腰椎间盘突出症患者步态特征的研究进展

焦青川，龚剑秋，2★

（1. 绍兴文理学院医学院，浙江 绍兴 312000 ；2. 绍兴文理学院附属第一医院，绍兴市人民医院康复医学中心，浙江 绍兴 312000）

腰椎间盘突出症（Lumbar Disc Herniation，LDH）是最常见的腰椎退行性疾病之一，它对人们的工作、日常生活和生活质量有很大的影响，保守治疗无效或症状严重者通常需要手术治疗[1]。LDH 患者常以腰腿疼痛为主诉就诊，且通常伴发姿势维持和步行功能障碍等一系列问题，对患者生活及工作造成困扰[2]。近年来，针对LDH 患者步态问题的研究逐渐得到了广泛的关注，本文主要对国内外在LDH 患者步态这一研究领域的研究现状进行系统归纳和总结，探讨研究热点与前景。

1 LDH 步态研究现状

1.1 运动学特征

针对LDH 患者运动学特征的步态分析，通常使用时空参数，主要包括单支撑相时间、双支撑相时间、摆动相时间、步长、步幅、步频、步速等。有研究显示，LDH 患者步态通常表现为整个步行周期延长，患肢支撑相延长、摆动期相对缩短，步行速度变慢等特征[3]。其中步速是目前公认的步行能力综合评价指标，LDH 患者的步速较健康个体降低约40%，同时步速和日常生活活动能力、平衡功能及下肢的运动功能均呈高度相关性[2]。Barzilay 的研究也发现，当患者被要求增加步速时，他们倾向于增加步频而不是步长[4]。这种短步长、高步频的步态模式被认为是一种保护机制，因为患者试图避免髋关节和脊柱的广泛运动，并通过减少作用在躯干上的力和力矩来减轻腰痛[5]。Barzilay 等对患者进行为期6 个月的步态纠正训练后发现，治疗前后步速改善最为明显(10.6%)，其次是步长(5.6%)，患者错误的步态得到纠正的同时伴随着疼痛的缓解和功能的改善[4]。部分研究还发现LDH 患者步态的时间参数与Oswestry 功能障碍指数（The Oswestry Disability Index，ODI）、视觉模拟评分法(Visual Analogue Scale，VAS) 评分均具有高度相关性[5-6]。综上所述，临床工作中可以结合步态的时空参数与腰痛功能障碍评估量表对治疗手段的有效性进行评估。针对关节运动学的步态分析发现，LDH患者步行时在关节角度上存在差异。国内的一项研究发现[6]，LDH 患者双侧髋关节与膝关节的屈伸活动范围较健康人均减小，这与Kuai 等人的研究结果相一致[2]，且日本骨科协会评估治疗分数（Japanese Orthopaedic Association Scores，JOA）、ODI 评 分、VAS 评分与患者的髋关节屈伸活动范围具有相关性，但与患者膝关节屈伸活动范围无明显相关。考虑可能是疼痛限制了髋关节活动度，导致膝关节活动度相应降低。髋关节的屈伸对于提高步长有着重要的作用，因此LDH 患者的步长也相应出现下降。而短步长，高步频是一种较为低效的步行模式[7]。因此步行训练可以针对性地改善髋关节的活动度、提高步速及步长。Huang 等[8]的研究发现，部分LDH 患者会通过增加骨盆旋转来代偿髋关节活动度受限，以维持步长。Kuai 等[2]的研究也表明，在水平行走时LDH 患者骨盆旋转明显多于健康对照组，而腰椎矢状面的活动度则明显减少。骨盆的这种异常表现被认为是一种自我保护机制，是为了减少脊柱的活动度，减轻疼痛[9]。

1.2 动力学特征

与运动学参数相比，动力学参数更能反映LDH患者的下肢力量以及发生腰痛的原因。然而由于动力学数据量庞大且复杂，往往需要专业理论来描述和解释，目前针对关节动力学参数( 地面反作用力、关节力矩和做功等) 的研究相对较少，因此部分学者提出了通过步态质量评分指数使步态动力学参数的变化显得更加直观。目前常用的指数主要有吉列步态指数( Gillette Gait Index ，CGI )、步态偏离指数(Gait Deviation Index，GDI)、步态轮廓评分(Gait Profile Score，GPS) 等。相较于CGI 和GDI，GPS 的优势在于不仅能评估整体的步态运动学质量，还可以分析单个关节在单个平面的变量分数，而且不需要大样本的对照数据[10]。往往GPS 越高代表步态质量越差，因此可以针对性地对相应关节进行处理。目前CPS 已被广泛应用于评估神经系统疾病的步态质量[11]。目前临床上尚未见应用GPS 评分对LDH 患者步态的动力学研究，未来围绕CPS 与LDH 患者步态的相关性研究可能会是一个新方向。

1.3 表面肌电评估现状

表面肌电图(Surface Electromyographic， sEMG)在反映神经肌肉的功能上表现出较高的敏感性，在神经根损害引起相应节段的肌肉功能受损时，通过sEMG 检测可以反映肌肉的实时募集能力和状态，目前被认为是反映肌肉生理变化最合适的参数[12]。均方根值(Root-In-Square，RMS) 是sEMG 的时域指标之一，通常被用来评估局部肌肉收缩功能；而频域指标中位频率(Median Frequency， MF) 则通常被用于局部肌肉耐力的评估[13]。LDH 患者腰背部肌肉通常会出现活动减少和易疲劳[14]、屈曲放松现象消失[15]、肌肉招募顺序的变化[16]以及结构和形态的改变[17]等问题。一些以椎旁肌为重点的研究观察到，在LDH 患者进行俯卧位固定等长收缩期间，躯干向后弯曲时腰椎多裂肌更易出现疲劳，从而可出现MF值降低的情况[18]。目前，多裂肌已被公认为是对维持机体稳定性有着重要作用的核心肌群之一[19]。同时，肌肉协同收缩在步行模式中起着重要的作用[20]。研究表明，高水平的共收缩会增加能量消耗，易导致肌肉产生疲劳[18]。因此，在研究LDH 患者步态的过程中，除研究特定肌肉的活动外，还需关注主动肌和拮抗肌之间的共收缩问题，这有助于理解步行过程中的神经肌肉控制原理。有研究显示，LDH 患者腰区前后拮抗肌间的协同收缩更大，肌肉协调不充分[21]。针对LDH 患者下肢功能的研究也发现下肢肌肉共收缩增加，关节活动度下降，表现为代偿姿势控制能力和本体感觉的降低[22]。Wang 等[22]研究记录了34 例LDH 患者和健康对照组行走过程中双下肢股直肌、股二头肌长头、胫前肌和腓肠肌外侧头的肌肉活动情况，结果显示，LDH 患者的股二头肌长头sEMG 的RMS 在单支撑相、双支撑相和摆动相显著升高，单支撑相股直肌的MF 值降低，摆动相胫前肌和腓肠肌外侧头的MF 值降低。此外，LDH 患者的胫前肌-腓肠肌外侧头共收缩率明显高于健康对照组。说明LDH 患者行走过程中下肢特定阶段的股二头肌长头放电频率增加，运动单位募集不足；其功能障碍与行走过程中胫前肌- 腓肠肌外侧头的过度共收缩有关。而针对多裂肌、腹直肌等核心肌群在步态周期各个时相的肌肉激活时序及共收缩方面的研究可能有利于进一步揭示LDH 患者临床症状与肌肉的内在相关性，但关于核心肌群的表面肌电特征在步态周期中变化的研究目前相对较少。

2 LDH 术后步态功能的评估现状

手术治疗仍是症状严重的LDH 患者主要的治疗手段，然而，部分患者术后仍可能存在腰痛、姿势维持及步行功能障碍等问题[23]。Aizawa T 等[24]发现LDH患者在术后出现上述症状的概率约为5% ～40%。并且近20% 接受腰椎融合术和/ 或减压手术的患者接受了二次手术[25]。目前临床上常用ODI、VAS 等量表作为评估LDH 患者术后功能恢复的常用量表。然而，主观测量容易受到固有偏差和个体差异的影响，加之患者对疼痛和功能的耐受域值不一，导致结果不够客观准确，故主观量表在术后功能评估中的作用较为局限[26]。而相应的影像学检查虽能较好地显示腰椎病变的形态学变化，却不能有效反映其功能障碍[27]。因此，利用客观、量化的评估来完善诊断和术后疗效评估逐渐受到重视，尤其是在评估术后运动功能的改善方面。大量的研究已经证明，使用步态分析或者姿势评估作为客观的工具来检测腰痛术后患者的功能问题具有较高的可靠性。

2.1 术后步态的变化及评估

对LDH 患者术后（L4/L5、L5/S1）步态的研究发现，术后步速与步频较术前明显改善，可能是手术解除了神经根压迫使患者下肢疼痛得到缓解，神经肌肉功能得到恢复，提高了步行能力，并且患者踝关节在矢状面上的关节活动度得到了改善[28]。而Ghahreman 等[29]的研究也发现，腰椎减压术能改善由LDH 造成的踝关节背伸功能减弱。可见步态分析对腰椎减压术后的评估是有意义的，可以通过步态分析对踝关节活动度进行监测，从而判断手术是否有效地解除了神经根的压迫。Ralph J 等[30]对L5/S1 椎间盘切除术的患者术前和术后持续3 个月的步态进行观察发现，术后一个月患者步速及每日步数均明显提高，但在术后第57 天，监测到患者的步速和每日步数下降，随即进行MRI 检查发现复发性椎间盘突出，进行了二次手术，患者在第二次手术后功能得到迅速恢复。步态分析客观的数据结果可以帮助第一时间发现患者的病情变化，让患者得到及时治疗。笔者认为，客观评估方法的进一步发展最终可能取代目前的主观测量工具。

2.2 术后表面肌电的变化及评估

国内的临床研究[31]对全椎板截骨再植手术的LDH 患者进行了术前及术后的表面肌电检测分析，结果发现患者手术前后的MF 差异明显；术后腓肠肌sEMG 的MF 和波幅较手术前均明显提高，提示术后腓肠肌耐力得到改善。另有研究发现，接受经皮内镜椎间盘切除术(Percutaneous Endoscopic Lumbar Discectomy，PELD) 的LDH 患 者，术后4 周竖脊肌的屈曲放松得到恢复、sEMG 的RMS 和腰椎屈曲活动度指标均明显高于术前，提示PELD 有效地改善了患者腰背部的肌肉功能[32]。原因可能是PELD 减轻了机械压力，使传感器的灵敏度获得重建，在脊柱韧带、椎间盘和周围肌肉之间重新形成了正常的韧带肌肉反射[16]。可见，对LDH 患者应用PELD 可使椎旁神经功能恢复正常，可在腰椎屈伸运动中激活肌肉，改善关节活动度，减轻功能障碍。上述研究均对LDH 术后患者采用了sEMG 测定，操作简单、便捷，并可对临床疗效进行量化评估，从而可有效指导患者的精准康复训练。

3 小结

综上所述，LDH 患者往往会出现步态异常的特征性表现，主要表现为步态运动学参数、动力学参数以及相关肌肉肌电信号的变化。LDH 术后患者腰痛及姿势平衡、步行功能障碍短期内可以得到明显改善，利用步态分析和表面肌电等客观量化指标进行评估具有较高的可靠性和临床指导价值。综合各项研究结果，提示步态的评估可以作为LDH 患者临床表现的参考量化指标，但相关生物力学测试并不能完全取代全面的体格检查，应当作为辅助性的补充检测手段。