退变性脊柱侧弯患者长节段融合固定术对下肢步态的影响

郜顺兴 王芳芳 吴琳琳 冯娟娟 王军 陶晓冰 陈彦平

[摘要] 目的 分析退變性脊柱侧弯（DS）患者行长节段融合固定术对下肢步态的影响。 方法 采用回顾性分析评估2015年1月～2017年6月在河北省沧州中西医结合医院行长节段融合固定术治疗的49例DS患者。观察患者手术前后的测量时空参数（步长、步速、步宽），以及运动学数据（髋关节运动角度、膝关节运动角度、足底压力分布），测量冠状面侧凸角（Cobb）、腰椎前凸角（LL）、骶骨倾斜角（SS），以及腰痛下肢痛视觉模拟评分法（VAS）评分、腰椎Oswestry功能障碍指数（ODI）评分。 结果 与术前比较，DS患者术后步长、步速、髋关节运动角度均增加，膝关节运动角度减小，差异均有统计学意义（均P < 0.05），术后步宽与术前比较，差异无统计学意义（P > 0.05）。DS患者术前地面反作用力（GRF）呈高耸单峰曲线，术后GRF变为低平双峰曲线。与术前比较，DS患者术后Cobb角度减小，LL、SS脊柱平衡参数均增加，VAS评分、ODI评分均降低，差异均有统计学意义（均P < 0.05）。 结论 长节段融合固定术能通过改善患者脊柱畸形状态来提高患者的步长、步速等步态参数，实现对患者肢体功能、步态的最终治疗，提高患者生活质量。

[关键词] 脊柱侧凸;减压;脊柱融合术;步态分析

[中图分类号] R687.3          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-7210（2020）05（c）-0076-04

Effects of long segment fusion and fixation on lower limb gait in patients with degenerative scoliosis

GAO Shunxing   WANG Fangfang   WU Linlin   FENG Juanjuan   WANG Jun   TAO Xiaobing   CHEN Yanping

The First Department of Spinal Cord Surgery， Cangzhou Hospital of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine， Hebei Province， Cangzhou   061001， China

[Abstract] Objective To analyze the effects of long segment fusion fixation surgery on lower limb gait in patients with degenerative scoliosis （DS）. Methods A retrospective analysis was performed to evaluate 49 patients with DS who underwent long segment fusion fixation surgery in Cangzhou Hospital of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine， Hebei Province from January 2015 to June 2017. The surgery were observed before and after treatment of measuring spatiotemporal parameters （step size， step speed and step width）， and the kinematic data （hip joint motion angle， knee joint motion angle and plantar pressure distribution）， and measurement of coronal plane scoliosis angle （Cobb）， lumbar lordosis angle （LL）， sacral slope （SS）， visual analogue scale （VAS） score of lumbago and lower limb pain， lumbar Oswestry disability index （ODI） score Results Compared with the preoperative results， the postoperative step size， step speed and hip joint motion angle of DS patients all increased， while the knee joint motion angle decreased， with statistically significant differences （all P < 0.05）. There was no significant difference of the step width between the postoperative and the preoperative （P > 0.05）. The preoperative ground reaction force （GRF） of DS patients showed a high single peak curve， and the postoperative GRF changed into a low level bimodal curve. Compared with preoperative results， the postoperative Cobb angle of DS patients decreased， spinal balance parameters of LL and SS increased， VAS score and ODI score decreased， and the differences were all statistically significant （all P < 0.05）. Conclusion Long segment fusion fixation surgery can improve patients′ gait parameters， such as step size and step speed， by improving patients′ spinal deformity， so as to achieve the ultimate treatment of patients′ limb function and gait and improve their quality of life.

[Key words] Scoliosis; Decompression; Spinal fusion; Gait analysis

退变性脊柱侧弯（degenerative scoliosis，DS）是老年人的常见疾病，其特征为疼痛、活动障碍，可造成巨大社会经济[1]、医疗[2]负担。DS的病理机制不同与颈椎疾病外科治疗的流行趋势也存在着差异[3]。一项回顾性研究发现需行手术治疗的DS和颈椎疾患发生率分别约为30%和16%[4]，且DS患者的个体往往存在生活质量功能性运动能力的降低[5-6]。

研究显示，DS患者步態发生变化，包括步长减小、上下肢运动范围减少[7]，并且可导致躯干发生不对称旋转[8]。这是由于在运动过程中，中枢神经系统通过控制脊柱运动调整平衡、维持不断变化的运动重心。DS手术治疗原则包括恢复腰椎冠状面平衡、阻止或延缓畸形进展以及重建矢状面平衡[9]，但长节段固定融合后患者脊柱可活动度降低，虽然纠正了力学上的平衡，但顺应性降低[10]，这种改变是否更符合人体下肢功能的需要，目前仍缺乏相关方面的研究。

步态分析是收集患者定量信息以帮助理解步态异常情况[11]。在这个过程中，最重要的是对这些数据的解释和对病理步态分析。目前，国内对于DS患者步态变化研究仍然处于起步阶段[12]。随着人体力线的改变，是否能够改善患者步态、步速，减少DS患者能量消耗，进而从整体上提高患者生活质量，目前仍不明确。因此，本研究拟通过对DS患者进行手术治疗前后下肢步态运动影响的观察，比较长节段固定矫形后在改善躯干和下肢肌肉控制方面的作用，观察DS患者长节段融合固定对下肢步态参数的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2015年1月～2017年6月在河北省沧州中西医结合医院（以下简称“我院”）住院并行手术治疗的DS患者49例，男26例，女23例;平均年龄（65.14±5.23）岁;病程3～132个月，中位病程23.5个月;入选病例随访时间12～36个月，平均（18.57±3.23）个月。均行长节段固定融合，融合固定节段≥4节椎体。入选病例术前腰椎冠状面侧凸角（Cobb）均>20°。

1.2 纳入标准

年龄18～70岁;手术固定节段≥4个;脊柱Cobb>10°;临床表现为腰痛及下肢放射痛，和/或间歇性跛行，行走距离<50 m;经X线、磁共振成像（MRI）和/或CT证实为腰椎侧凸症，可合并腰椎间盘突出和/或腰椎管狭窄。

1.3 排除标准

既往有脊柱外伤、感染、肿瘤、骨折病变或手术史;合并高血压、糖尿病、冠心病、近期脑梗死等麻醉科评估后认为不能耐受手术患者;经保守治疗1个月以上有所缓解。

1.4 手术方式

由我院脊柱脊髓外一科医师共同讨论决定，其中主任医师2名，副主任医师3名，主治医师5名。患者的主要症状为腰背痛伴有下肢神经根压迫症状和神经源性跛行，且经过3个月以上保守治疗无效。固定融合节段数、最上端固定椎位置，最下端固定椎位置，是否椎间融合，均由医生根据DS治疗原则讨论决定。

1.5 观察指标及检测方法

观察指标：患者年龄、性别、术前术后视觉模拟评分法（VAS）评分、术前术后腰椎Oswestry功能障碍指数（ODI）评分。影像学评估：测量Cobb、腰椎前凸角（LL）、骶骨倾斜角（SS）。1年后观察患者手术前后的运动学及动力学参数：步长、步宽、步速、髋关节运动角度、膝关节运动角度、足底压力分布。设备包括足底压力分布平板（FOOTSCAN-2M3D）、足底三维测力台（BP-0.5M）、3D数据采集盒、科研版步态测试分析软件、数据线、专用跑道等。选择运动平板行走过程中姿势稳定的连续6个步态周期测量计算各参数的均数、标准差。

1.6 统计学方法

采用SPSS 18.0统计学软件对所得数据进行分析，符合正态分布的计量资料采用均数±标准差（x±s）表示，用t检验，非正态分布的计量资料采用中位数表示，计数资料采用例表示。以P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 DS患者手术前后下肢步态比较

与术前比较，DS患者术后步长、步速、髋关节运动角度均增加，膝关节运动角度减小，差异均有统计学意义（均P < 0.05），但术后步宽与术前比较，差异无统计学意义（P > 0.05）。见表1。DS患者术前地面反作用力（GRF）呈高耸单峰曲线，术后GRF变为低平双峰曲线。见图1。

2.2 DS患者手术前后影像学参数比较

与术前比较，DS患者术后Cobb角度减小，LL、SS脊柱平衡参数均增加，差异均有统计学意义（均P < 0.05）。见表2。

2.3 DS患者手术前后临床效果比较

与术前比较，DS患者术后VAS评分、ODI评分均降低，差异均有统计学意义（均P < 0.05），见表3。

3 讨论

步态是根据个人的期望速度不断重复和循环的过程。步态周期包括两个阶段：脚在地上（站姿期）和离开地面的周期（摆动期）。临床医生可以检查特定的肌肉序列、关节活动角度，以获得肌肉骨骼病理学特征，进而了解某种疾病对步态的影响。步行障碍时往往首先表现为双支撑相时间延长，以增加步行稳定性[13]。DS患者在形体上具有非对称性特点，对其椎旁肌分布和双下肢各关节、肌肉功能对称性产生不良影响，DS患者步态发生变化包括步长减小、上下肢运动范围减少，躯干不对称旋转。Mahaudens等[14]发现DS患者肌肉能量消耗增加且做功效率低。刘啸等[7]对25例特发性脊柱侧弯患者的下肢步态波形分析，发现其步态呈梯形，且膝关节角度整体大于正常人组，角度变化幅度明显减低，而胸椎及腰椎旋转角度显著大于正常人，骨盆旋转角度未见明显异常。本研究显示，随着脊柱侧弯角度的增大，患者各步态参数均呈现下降趋势，步长较短、步频较低、步速较慢，且双足支撑相明显增加、单足支撑相明显减少，这提示DS患者是通过延长双支撑相时间来增加步行的稳定性。脊柱矫形后，患者VAS评分得到了纠正。1年后复查见患者步长、步速均较术前明显改善，步宽无明显改善，但固定节段以远的髋关节、膝关节等手术未累及区域，膝关节运动角度较术前增加。

人类行走时，每迈出一步，足底都会向地面施加负荷，地面给予一个反方向作用力，称为GRF。GRF的大小与方向直接与人体的重心转换相关[15]。正常人体的GRF呈双峰曲线，朴雪梅等[16]对31例强直性脊柱炎（AS）患者行走观察发现，脊柱左右侧倾幅度与正常值比较明显增大，静止状态脊柱旋转幅度与正常值比较减小。Shin等[17]一项关于左侧位综合征（LSS）患者行走过程中越障能力的研究中，作者测量了LSS患者臀中肌和股外侧肌的肌电图（EMG）参数。并发现在越过障碍物时，LSS患者臀中肌处收缩较健康人减少，而股外侧肌收缩增多，提示骨盆运动受限，躯干过屈，步态缺乏稳定性，跌倒风险增加。DS患者表现为头部和躯干的非对称性，在3个维度上的平移、旋转。步态周期中躯干有轻微的活动和伸展，人体的冠状面的运动轨迹显示，为了维持躯干平衡，以保持重心位于站立的脚上。因此，躯干会向站立肢体侧倾斜。在轴向平面上，躯干的旋转方向与骨盆旋转方向相反，躯干向前臂摆动一侧倾斜。躯干与骨盆的运动耦合有助于步态的效率和稳定性。岳剑宁等[18]通过对29例腰椎管狭窄患者观察发现，腰椎前倾度与腰痛加重呈负相关，骨盆前倾度增加与腰痛加重呈正相关。本研究观察到DS患者GRF变化情况，这些患者双峰曲线降低或消失，转变为单峰曲线，且DS患者凹侧的GRF较凸侧增加明显，这提示DS患者的GRF浪费更多能量，其步态周期效率低下。

步态分析为DS患者提供客观行走功能评定，相对于病例中关于行走能力、肌力的描述更具客观性，能提供更加全面的患者身体运动信息，步态分析提供了下肢运动功能的客观测量。在随访过程中，本研究发现，密切观察步态参数（即行走速度、步幅长度和步幅宽度）变化，可以帮助调整和监控术后康复情况，通过比较术前术后的步态，进而判定手术效果。康复团队可以根据人体步行过程中检测、记录特定时相躯干和关节运动、肌肉活动、对地面的作用力、关节做功、足底压力分布、步行中氧气消耗等数据，有助于调整和监控术后康复方案效果，并可对不同支具[19]、矫形器[20-21]的佩戴效果的评估，以实现对患者肢体功能、步态的治疗，最终提高其生活质量。

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（收稿日期：2019-12-23  本文编辑：顾家毓）