功能性电刺激康复踏车训练对痉挛型脑性瘫痪儿童下肢运动功能的效果

何艳，张琦，胡晓诗，马婷婷，李思佳

1.首都医科大学康复医学院，北京市 100068；2.中国康复研究中心北京博爱医院儿童物理疗法科，北京市100068

脑瘫是一组持续存在的中枢性运动和姿势发育障碍、活动受限症候群，这种症候群是由于发育中的胎儿或婴幼儿脑部非进行性损伤所致。痉挛是最常见的运动障碍，发生在80%的脑瘫儿童中，可导致继发性问题，包括髋关节疼痛或脱位、平衡问题、手功能障碍和马蹄畸形，严重地影响脑瘫儿童的身心健康和生活质量[1]。此外，脑瘫儿童经常采用相对较高能耗的方式进行移动，这使他们无法进行长距离行走，从而影响日常生活活动能力和参与水平[2-3]。常规康复治疗虽然可以改善患儿的临床症状，但效果有限[4]。

功能性电刺激(functional electrical stimulation,FES)是一种常见的低频物理因子治疗，近年来作为辅助治疗改善脑瘫患儿的痉挛和运动功能[5]。FES 联合康复踏车作为一种主动性的运动康复方案，越来越多地应用于各类中枢性运动功能障碍患者[6]，并在成人脑卒中、脊髓损伤等的康复治疗中取得显著的效果[7]。本研究观察FES 康复踏车训练对痉挛型偏瘫患儿下肢运动功能的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2017 年11 月至2020 年12 月北京博爱医院痉挛型偏瘫患儿36 例，符合2015 年《中国脑性瘫痪康复指南》关于痉挛型偏瘫的诊断标准。

纳入标准：①年龄6～12岁；②粗大运动功能分级系统(Gross Motor Function Classification System,GMFCS)I～Ⅲ级；③有一定的认知能力，能听懂并服从治疗师的指令；④同意参加试验并签署知情同意书。

排除标准：①有严重并发症；②下肢有感觉缺失；③参与试验前6 个月内接受过肉毒毒素注射或外科手术。

剔除与脱落标准：①患儿或家属主观意愿退出；②试验过程中因各种突发原因无法继续训练。

采用随机数字表法将患儿分为对照组(n=18)和观察组(n=18)。两组一般资料无显著性差异(P＞0.05)。见表1。

表1 两组一般资料比较

本研究经中国康复研究中心医学伦理委员会批准(No.2017-059-1)。

1.2 方法

对照组接受常规康复训练，观察组在对照组基础上加用FES康复踏车训练。

1.2.1 常规康复

常规康复训练包括被动活动和牵拉训练，力量强化训练、平衡训练、步态矫正训练及任务导向性活动训练等，每次30 min，每天2 次，每周5 d，连续8周。

1.2.2 FES康复踏车训练

采用RT300-S 型康复评定与训练系统(美国RESTORATIVE THERAPIES INC 公司)进行训练。患儿取坐位，将刺激电极片分别置于患侧股四头肌和胫前肌的肌腹，选择FES 康复踏车儿童下肢模式，刺激频率10～100 Hz，根据患儿的耐受阈值确定电刺激强度。热身运动(被动运动) 5 min，FES 康复踏车训练(主动运动)20 min。在主动运动过程中，FES刺激股四头肌产生伸膝动作，刺激胫前肌产生踝背屈动作。最后再进行被动运动5 min。每次训练共30 min。每天1 次，每周5 d，连续8周。

1.3 观察指标

训练前后，由1 名不清楚分组情况的治疗师对所有患儿进行评价。

1.3.1 改 良Ashworth 量 表[8](modified Ashworth Scale,MAS)

采用MAS 评价偏瘫侧腓肠肌、腘绳肌肌张力。共0～Ⅳ级，将其量化为0 分、1 分、2 分、3 分、4 分、5分，分值越低，表明患儿肌张力越低。

1.3.2 10 米步行测试

采用10 米步行测试评价训练前后步行速度的改变，速度越快越好[9]。

1.3.3 6分钟步行测试[10]

采用6 分钟步行测试评价训练前后步行耐力的改变，患儿在6 min 内以最快的速度安全地行走，行走的距离越大越好。

1.3.4 粗大运动功能测试[11](Gross Motor Function Measure,GMFM)

采用GMFM 的D 区和E 区评价步行功能，共37项，总分111分，得分越高，运动功能越好。

1.3.5 生理消耗指数(physiological cost index,PCI)[12]

采用指夹式血氧仪测量6 min 步行前的静息心率和步行后的心率，通过步行距离和时间算出步行速度。

PCI越小表示能量消耗越少，步行效率越高。

1.4 统计学分析

采用SPSS 26.0 进行统计学分析。符合正态分布的计量资料以()表示，治疗前后比较采用配对t检验，两组间比较采用独立样本t检验；计数资料采用Fisher精确检验。显著性水平α=0.05。

2 结果

观察组脱落2例，其中1例中途出院，1例因肺炎停止训练。

2.1 MAS评分

训练前，两组腓肠肌和腘绳肌MAS 评分均无显著性差异(P＞0.05)。训练后，两组腓肠肌MAS 评分无明显变化(P＞0.05)；观察组腘绳肌MAS 评分显著降低(P＜0.001)，对照组无明显变化(P＞0.05)；观察组腘绳肌MAS 评分优于对照组(P＜0.05)。见表2、表3。

表2 两组治疗前后腓肠肌MAS评分比较

表3 两组治疗前后腘绳肌MAS评分比较

2.2 步行能力

训练前，两组10 m 步行速度、6 min 步行距离均无显著性差异(P＞0.05)。训练后，两组10 m 步行速度、6 min 步行距离均显著增加(P＜0.001)，且观察组显著高于对照组(P＜0.001)。见表4、表5。

表4 两组治疗前后10米步行测试比较(m/s)

表5 两组治疗前后6分钟步行测试比较(m)

2.3 GMFM评分

训练前，两组GMFM 评分无显著性差异(P＞0.05)。训练后，两组GMFM 评分均显著增加(P＜0.001)，观察组显著高于对照组(P＜0.001)。见表6。

表6 两组治疗前后GMFM评分比较

2.4 PCI

训练前，两组PCI 无显著性差异(P＞0.05)。训练后，两组PCI 均显著降低(P＜0.001)，观察组低于对照组(P＜0.05)。见表7。

表7 两组治疗前后PCI比较

3 讨论

痉挛型偏瘫患儿经常表现出关节活动范围减小、肌肉痉挛/张力增加、协调能力受损、肌肉力量下降等功能损害，行走能力下降[13]。随着时间的推移，以时空和运动学参数为特征的步行功能降低，大多数儿童的独立生活能力在整个青春期和成年期下降，功能性活动能力下降，步行效率低下和能量消耗增加[14-15]。导致这种恶化的因素是肌肉无力，这是由于缺乏与身高和体质量成比例的肌力增加以及痉挛造成的[15]。

常规康复通常采用力量训练等来解决这些问题，但是因脑瘫患儿选择性运动控制障碍和训练量不足，无法实现临床意义上的改变。选择性运动控制障碍是指根据自主姿势或运动的要求，在选定模式下肌肉激活的能力受损[16]。

FES 是应用外部电脉冲来启动有限的骨骼肌自主收缩，当电流通过放置在靶肌肉或皮肤神经上的电极传导，通过诱导肌肉收缩来激活完整的运动单元时，肌肉收缩潜力被激发。FES 的一个独特特点是能够改善患者的选择性运动控制[15]。因此FES 广泛用于脑卒中的康复，用以解决步行中足廓清的问题[17-18]。因为步态模式的可预测性和重复性，使摆动时踝关节背屈肌的FES 能够由可预测的步态阶段发出。同时FES 也逐渐应用于痉挛型脑瘫儿童的步行中以解决同样的问题。有研究显示[19]，在步态周期间应用于踝关节背屈肌FES 具有良好的效果和耐受性，并且FES 辅助步态训练可以改善痉挛型偏瘫患儿受刺激胫前肌的肌肉体积、力量和踝关节运动控制。

传统上，FES 的应用(如FES 辅助步态)不用于肌肉力量的强化，因为脉冲的传递强度通常不足以使肌肉力量增强。但是FES 辅助步态的优点是通过重复、与功能相关并基于活动的选择性地募集运动单元，促进肌肉收缩，从而达到增强肌力的目的[16]。康复踏车已普遍应用于临床康复，主要用来提高患者肌力、心血管功能、关节活动度及骨量等，但是部分患者没有足够的肌力或耐力来进行长时间的主动或持续抗阻踏车训练；FES 康复踏车克服了传统踏车的弊端，可以使患者多个肌群都能协调有力地完成抗阻踏车运动[6]。

本研究采用FES 结合康复踏车，在电脑预先设定的程序控制下，通过多通道刺激器刺激患儿多个运动肌群，从而诱发功能性运动来对抗康复踏车提供的阻力；通过大量重复和高强度的训练，快速提升患儿肌肉力量，改善肌群间收缩的协调性和稳定性。训练过程中实时监测患儿的运动状态，自动对患儿的运动目标进行动态调整，同时实时监测电刺激情况，在保证电刺激本身与患儿运动相一致的同时，根据患儿运动能力的大小自动调节刺激强度，使患儿在FES 的辅助下更有效地完成运动训练过程，有效地避免早期异常运动模式的发生。此外，患儿能通过电脑屏幕上显示的信息知晓自己的训练情况，通过视觉反馈调动患儿训练的积极主动性及运动过程中的自我调整控制能力。FES 还能使脑瘫患儿本体感觉生物反馈得到加强，把正确的关节运动感觉和肌肉收缩的感觉传递到大脑[20]。

本研究显示，FES 康复踏车训练后患儿步行速度和运动功能优于常规康复，这与姜艳等[20-21]的结果一致。首先，可能与患儿经过8 周的正常模式下抗阻训练，肌群间相互协调收缩，肌张力与肌力达到平衡状态有关；其次，正确模式下的重复多次训练，对偏瘫患儿下肢踝背屈角度、动态平衡及步行速度有明显改善作用[21]。此外，本研究通过多通道FES 康复踏车，在正确的运动模式下对下肢的周围神经进行调控，使神经肌肉本体感觉得到强化[20]；同时被使用的神经突触和神经通路被唤醒，帮助增强大脑皮质信号输入，促进神经系统正确皮质兴奋痕迹的形成，利于大脑皮质对正常运动模式的掌握和储存，对脑瘫儿童运动功能的发育起到促进作用[22]，从而有效地改善下肢运动功能。

本研究还显示，FES 康复踏车训练后腘绳肌肌张力小于常规康复，这可能与FES 康复踏车训练过程中患儿主要做的是膝关节抗阻屈伸运动，更多增强了起伸膝作用的股四头肌肌力，因此根据拮抗肌的交互收缩机制[22]，肌力增强的股四头肌对其拮抗肌腘绳肌的痉挛程度产生抑制，导致其痉挛程度降低。两组腓肠肌肌张力无显著变化，考虑到患儿在FES 训练时少有背屈动作，因此对于起踝关节背屈作用的胫骨前肌肌力增强较少，即使在蹬踏时产生踝背屈动作也多属于被动运动，说明FES 康复踏车需要与主动肌力训练相结合，才能更好、更有效地增强肌力。李娟等[23]观察脑卒中偏瘫患者治疗前后偏瘫侧股四头肌、腓肠肌的肌电积分值，结果显示治疗6 周后股四头肌的肌电积分值有显著差异，但是胫骨前肌的肌电积分值无显著差异；说明治疗前后股四头肌肌力增加较明显，而胫骨前肌增加不明显。本研究与此一致。

有研究表明[25]，经过4 周的FES 康复踏车训练，患者的心肺适能、有氧运动能力和运动耐力得到明显提高[24]；经过8 周的FES 康复踏车训练后，脑卒中患者的峰值摄氧量提高12%，步行速度和平衡等运动功能也显著提高。本研究中，观察组经过8 周的FES 康复踏车训练后，步行耐力和PCI 都有显著改善，与前期研究结果一致。可能的原因一方面是患儿在FES 康复踏车训练过程中，通过电刺激激活感觉运动系统，另一方面FES 结合康复踏车为患儿提供了大量重复性和高强度的训练，增强患儿下肢靶肌肉的力量，同时通过改善肌群间收缩的协调性，使患儿步行效率提高，步行耐力增高，能量消耗显著降低，因此PCI 显著降低。

综上所述，FES 康复踏车训练能够提高痉挛型偏瘫患儿的下肢运动功能，对脑瘫儿童的临床康复治疗具有重要意义，未来可以将其作为脑瘫儿童康复的辅助手段。

本研究样本量较小；观察对象为痉挛型偏瘫儿童，步态具有不对称性[26-27]。本研究只观察肌张力、步速、步行耐力、粗大运动功能以及PCI，后续可以加大样本量进一步观察患儿双侧足底压力分布、步态时空参数等。并且随着患儿步行耐力的增加，可以进一步通过肌骨超声观察患儿的肌肉体积是否有增大，通过气体代谢分析更加精确地判断患儿的能量消耗[28]情况等。

利益冲突声明：所有作者声明不存在利益冲突。