青年慢性非特异性腰痛患者步态的时空和动力学参数特征

刘红，黄武杰，李雅萍，江征★

（1.福建中医药大学康复医学院，福建 福州；2.福建中医药大学中医骨伤及运动康复教育部重点实验室，福建 福州）

0 引言

慢性下腰痛（Chronic Low Back Pain，CLBP）是一种症状[1]，也是引发残疾的最主要原因之一，在2007至2017年间，慢性下腰痛成为全年龄段致残率（17.5%）最高的疾病[2]，且女性多于男性[3]。而最常见的一类腰痛是非特异性腰痛，约占90%[4]，其中持续3个月以上为慢性非特异性腰痛（Chronic Non-specific Low Back Pain，CNLBP）。随着生活方式的改变，CNLBP影响各个年龄层，通常与久坐的职业息息相关[5]，呈现年轻化趋势，严重影响了人们的工作生活，带来了直接或间接的社会负担。

近年来的研究表明，CNLBP会影响患者步态，步态可以反映CNLBP患者肌肉骨骼的功能活动[6,7]。目前三维步态分析（Three-dimensional Gait Analysis，3DGA）可详细描述整个步态周期的时空参数（步速、步长、步幅等）、各个关节运动学（屈伸、内收外展、内外旋等）、关节动力学（地面反作用力、关节力矩和做功等），已经被用于CNLBP的诊断、治疗和康复[8]。但已有的研究多是针对于老年CNLBP患者的步态模式研究[9]，对青年CNLBP患者步态模式关注较少。因此，本研究的目的是通过比较青年CNLBP患者与健康青年人步态的时空和动力学参数，探索青年CNLBP患者的步态特征，为青年CNLBP患者的诊断和康复提供参考。

1 资料与方法

1.1 伦理审查及临床注册

本研究方案经福建中医药大学附属康复医院伦理委员会审查通过（伦理委员会批准号：2018KY-013-02），并已完成中国临床试验注册（临床注册号：ChiCTR1900022838）。

1.2 纳入标准

1.2.1 青年CNLBP 患者

（1）符合2016年中国康复医学会脊柱脊髓专业委员会专家组发布的《中国急/慢性非特异性腰背痛诊疗专家共识》中的诊断标准[10]：病程持续12 周以上，病因不明的、除脊柱特异性疾病及神经根性疼痛以外原因所引起的肋缘以下、臀横纹以上及两侧腋中线之间区域内的疼痛与不适，伴或不伴大腿牵涉痛。

（2）年龄在20-29周岁之间；

（3）近7天腰部疼痛视觉模拟评分量表(visual analogue scale，VAS)评分平均分≥3分；

（4）能够理解并完整填写相关评分问卷；

（5）以患者自愿为原则，签署知情同意书。

1.2.2 健康青年人

（1）年龄在20-29周岁之间；

（2）无腰痛史；

（3）了解试验过程，自愿参与试验并签署知情同意书。

1.3 排除标准

（1）坐骨神经受压，疼痛放射到膝盖以下，伴有感觉异常；

（2）下肢肌肉运动功能障碍；

（3）急性椎间盘突出；

（4）既往有手术史或腰椎骨折史或下肢骨骼骨折史；

（5）患有神经系统疾病，如脑卒中、脊髓损伤、多发性硬化等；

（6）最近肌肉骨骼系统有损伤，如上肢、下肢、头部、颈部和躯干的骨骼、肌肉、韧带及软组织结构受损等，可能干扰步态[11]；

（7）任何可能影响步态的临床症状，如肌肉骨骼、神经系统、心肺系统的症状等[12]；

（8）膝关节和髋关节骨关节炎[13]；

（9）扁平足、踝关节不稳、足旋前过度、足大拇指及踝关节矢状面运动受阻等[14]；

（10）最近无法解释的体重减轻[15]；

（11）BMI超过 30 kg / m2[16]；

（12）患有危重病、凝血功能异常、皮肤病、严重内科疾病等不适宜针刺治疗或长期坚持治疗的患者；

（13）孕期妇女；

（14）不同意参加研究。

1.4 一般资料

本研究有22名青年志愿者自愿参与，均签署知情同意书，其中青年CNLBP患者11名，健康青年人11名，2组患者的性别、年龄、身高、体重、BMI、优势侧比较，差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。见表1。

表1 2 组一般资料比较（±s）

表1 2 组一般资料比较（±s）

男 女青年CNLBP组 11 23.55±2.50 3 8 1.66±0.07 61.55±12.23 22.25±2.92 11 4右/7双侧 29.24±23.10健康青年人组 11 23.27±1.76 3 8 1.68±0.05 58.36±3.5 20.59±1.96 11 / /组别 n 年龄（岁，images/BZ_10_937_2175_964_2209.png±s）性别 身高（m，images/BZ_10_937_2175_964_2209.png±s）体重（kg，images/BZ_10_937_2175_964_2209.png±s）BMI（kg/m2，images/BZ_44_1529_334_1547_351.png±s） 优势侧（右） 疼痛侧 病程（月，images/BZ_10_937_2175_964_2209.png±s）

1.5 测试仪器及方法

1.5.1 放置荧光标记物

在受试者身上根据CAST下肢模型[17,18]及相关文献[19]的位置要求放置好各部位的荧光标记物，部位包括双侧髂嵴最高点、双侧髂前上棘、双侧髂后上棘、双侧股骨大转子、股骨内外上髁、内外踝最高点、第5趾骨头背侧缘、第2趾骨底背侧缘、第1趾骨头背侧缘、足跟，用弹力绷带固定大腿、小腿部位的荧光标记架（cluster）于双下肢外侧，作为运动过程中的动作追踪点，共计40个点。

1.5.2 步态数据采集

所有数据都是采用3D光学运动捕捉系统（Qualisys，Gothenburg，Sweden）以100Hz的采样频率捕捉步态的时空参数和动力学参数。测试开始前先校准标定大地坐标系(global coordinate system，GCS，方向的确定采用国际通用的笛卡尔坐标系：前进方向为X轴，与地面垂直的方向为Z轴，垂直于X轴、Z轴所形成平面的方向为Y轴)及12部摄影机（Oqus700+）坐标位置后，再进行静态、动态数据采集。步态数据采集前先让受试者脱鞋袜熟悉走道后才开始记录数据，要求受试者以自觉舒适的步态速度在嵌有两块测力台（AMTI 400600，美国，采样频率1000Hz）的10m走道上行走，用于同步记录动力学参数并自动确定步态周期。每次测试均采集5组有效的步态数据。

1.6 主要观察指标

1.6.1 步态时空参数：步速、步宽、步长、步频、支撑期时间、摆动期时间、步行周期、首次双支撑期时间。

1.6.2 步态动力学参数：垂直方向的地面反作用力（Ground Reaction Force，GRF）最大值。

2 数据的处理与分析

2.1 数据处理

将采集好的三维步态数据在Qualisys软件中进行预处理，接着将处理完毕的步态文件导出C3D文件格式，再导入仿真建模分析软件（Visual 3D Professional V6，C-motion Inc，美国）进行骨骼动静态模型的构建，然后进行模型计算分析，在步态相关参数计算前，先通过低通滤波（Butterworth，四阶6 Hz）进行平滑处理，然后计算步态时空参数和动力学参数，将获得的步态数据导出为MS EXCEL格式，采用数理统计法对实验获得的数据进行处理。

2.2 数据分析

采用SPSS 21.0统计软件对测试获得的数据进行描述和统计学处理，所有数据用±s表示。计量资料符合正态分布者，组间比较采用两独立样本t检验进行统计推断；非正态分布者，组间比较采用两独立样本秩和检验。以P＜0.05为差异统计学意义。

3 结果

表1显示了青年CNLBP患者和对照组的基线数据。

表2显示了青年CNLBP患者在步态周期中支撑期时长大于健康青年人，相比具有统计学差异（P＜0.05）；青年CNLBP患者出现首次双支撑期的时间晚于健康青年人，相比具有统计学差异（P＜0.05）。

表2 健康青年人和青年CNLBP 患者时空参数结果比较（±s）

表2 健康青年人和青年CNLBP 患者时空参数结果比较（±s）

注:本表中所列t/Z值为组间比较的值，符合正态分布的为t 值，不符合正态分布的数据( * ) 为非参数检验得出的Z值。

参数 CNLBP患者 健康青年人 t/Z值 P 值步速(m/s) 1.23±0.14 1.30±0.10 -1.14 0.27步宽(m) 0.12±0.02 0.10±0.02 1.59 0.13步长(m) 0.64±0.05 0.64±0.05 -0.35 0.73步频(step/min) 116.89±5.54 120.17±4.60 -1.44 0.17步长时间(s) 0.51±0.02 0.50±0.02 1.45 0.16支撑期时间(s) 0.62±0.04 0.59±0.03 2.28 0.03摆动期时间(s) 0.42±0.02 0.42±0.01 0.43 0.67步行周期(s) 1.02±0.06 1.00±0.04 0.80 0.43首次双支撑期时间(s) 0.10±0.01 0.08±0.01 3.18 0.00

表3显示了左右两侧垂直方向GRF最大值青年CNLBP患者小于健康青年人，相比具有统计学差异（P＜0.05）。

表3 健康青年人和青年CNLBP 患者动力学参数结果比较（±s）

表3 健康青年人和青年CNLBP 患者动力学参数结果比较（±s）

注:本表中所列t /Z 值为组间比较的值，符合正态分布的为t 值，不符合正态分布的数据( * ) 为非参数检验得出的Z值。

左 0.66±0.22 0.84±0.13 -2.53* 0.01右 0.66±0.21 0.78±0.09 -2.27 0.02参数 CNLBP患者 健康青年人 t/Z值 P 值垂直方向GRF最大值（N/kg）/

4 讨论

4.1 青年慢性非特异性腰痛患者与健康青年人时空参数分析

一个完整的步态周期由支撑期和摆动期组成，其中支撑期包括首次双支撑期、单支撑期、结束时的双支撑期[20]。本研究显示，患有CNLBP的青年人优势侧支撑时间更长，且出现首次双支撑期的时间更晚。在本研究中，所有患者优势侧均为右侧，双侧疼痛的患者右侧痛甚。根据现有的研究结果，我们初步认为青年CNLBP患者因规避疼痛而增加优势侧支撑时长，减少摆动时长，使疼痛最小化。

相关研究显示[6,13]，与健康对照组相比，腰痛患者的步速较低。在本研究中，青年CNLBP患者与健康青年人的步速相比，虽不具有统计学意义，但青年CNLBP患者的步速下降已初步显示了与前人研究结果的一致性，未见差异有统计学意义可能是因为我们的研究主体相较于前人的研究主体较年轻且CNLBP病程较短。

4.2 青年慢性非特异性腰痛患者与健康青年人动力学参数分析

步行是一项复杂的任务，需要肌肉系统的协调，同时产生和维持各个关节周围和地面的各种多向力，即地面反作用力（GRF），以保持站立姿势的平衡[21]。相关研究认为[6,8,22]，CNLBP 患者在行走中的GRF相比正常人较小，这与我们当前的研究结果一致。在本研究中，青年CNLBP患者在行走过程中相较于正常人步速降低、出现首次双支撑时间变晚，这些步态改变可能是由于患者尝试通过减少脚跟着地时的GRF来减轻疼痛，可能是一种补偿机制，有待于进一步的研究。

5 结论

我们的研究结果表明，与年龄、性别匹配的无CNLBP青年人相比，青年CNLBP患者表现出了不同的步态模式。青年CNLBP患者优势侧支撑期变长、双侧GRF降低都与腰痛有关。从临床角度来看，这些步态特征可能是肌肉力量变弱的表现，以此减慢步速，改变整体的步行能力。但本研究的样本量有限，未来尚需要更多大样本、多中心、设计科学、操作规范的高标准试验进一步研究证明。