腦卒中偏癱患者肩肘關節(jié)在等長性收縮運動中的力量控制①

趙晨鈺，畢勝，盧茜

腦卒中偏癱患者肩肘關節(jié)在等長性收縮運動中的力量控制①

趙晨鈺1，畢勝2，盧茜3

目的評價慢性期腦卒中患者肩關節(jié)和肘關節(jié)在等長性收縮運動中的力量控制能力。方法2015年1月至12月，22例慢性腦卒中患者及12名健康對照者，采用手臂靜力力量測量儀器測量在肩外展、內收和肘屈曲、伸展4組動作下的最大力量，計算變異系數(shù)。結果腦卒中患者上肢最大力量低于健康人(t＞2.349,P＜0.05)，除肘伸展外，變異系數(shù)也增加(t＞1.974,P＜0.05)。結論通過力量測試及變異系數(shù)的計算，能客觀反映腦卒中患者肩肘運動的控制能力。

腦卒中；偏癱；肩；肘；等長性收縮；力量控制

[本文著錄格式] 趙晨鈺，畢勝，盧茜.腦卒中偏癱患者肩肘關節(jié)在等長性收縮運動中的力量控制[J].中國康復理論與實踐, 2017,23(1):81-84.

CITED AS:Zhao CY,Bi S,Lu X.Force control of elbow and shoulder during isometric contraction in hemiparetic stroke patients[J]. Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2017,23(1):81-84.

有效生成力量和精確調控力量對于上肢精細運動功能至關重要。腦卒中后，由于上肢感覺運動功能缺失，常造成患側肢體力量減弱[1]、控制能力降低[2-3]和肢體協(xié)調性下降[4]；而且腦卒中偏癱上肢功能的恢復較下肢慢、效果差，對日常生活影響很大[5]。

雖然肌力被當作腦卒中后運動功能恢復的一個重要的臨床指標，但調控力量的能力在運動評價和康復研究中卻較少受到關注。一些臨床測試(如徒手肌力測試)只提供了快速的、近似的運動功能評價，對力量調控能力的評價仍不典型[3]?？陀^、量化地評定腦卒中偏癱患者的力量控制能力十分重要。

本研究采用偏癱手臂靜力力量測量儀器[6]測量腦卒中患者在獨立的肩關節(jié)及肘關節(jié)等長性自主收縮的肌力，對力量的變異性進行分析，以實現(xiàn)對腦卒中患者偏癱上肢肩肘關節(jié)力量控制的量化評估。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2015年1月至12月在解放軍總醫(yī)院康復醫(yī)學中心和北京康復醫(yī)院接受康復治療的慢性腦卒中患者22例，男性18例，女性4例，年齡(55.13±10.84)歲；由CT或MRI診斷為一側大腦半球損傷。

納入標準：①均為初次發(fā)病，病程＞3個月；②肩外展肌、內收肌，肘屈曲肌和伸展肌徒手肌力Ⅱ～Ⅳ級，改良Ashworth量表＜Ⅱ級；③簡易精神狀態(tài)檢查評分≥22分；④患者本人及家屬簽署知情同意書。

排除標準：①運動功能障礙較為嚴重，不能進行主動運動；或運動功能恢復良好，接近正常功能；②患側上肢嚴重肩痛、骨折和手術；③腦干病變；④正在口服或注射抗痙攣藥物。

另選12名健康對照者，均為本院護工，其中男性10名，女性2名；年齡(50.08±11.19)歲，身高及體質量與患者相匹配，沒有神經(jīng)系統(tǒng)損傷或神經(jīng)系統(tǒng)基礎疾病。

1.2 方法

1.2.1 數(shù)據(jù)采集

受試者坐于固定背靠椅上，軀干由經(jīng)過胸、腹部的帶子固定于椅背上，軀干和骨盆被限制移動，防止軀體代償；手臂放于靜力力量測量儀器的支架上。測量儀器可實現(xiàn)受試者上肢肩外展75°、屈曲40°，肘屈曲90°[7]。固定受試者上臂遠端及腕部，手對自身的正中矢狀位，手掌側朝向身體。受試者進行肩關節(jié)外展、內收，肘關節(jié)屈曲、伸展動作，支架測定手臂近端與遠端在等長收縮(isometric contraction)過程中最大自主收縮力(maximum volunteer contraction,MVC)。在受試者以50%MVC執(zhí)行肩關節(jié)外展、內收與肘關節(jié)的屈曲、伸展動作時，支架能夠測量前、后臂在動作平面X、Y兩個方向的力和垂直于動作平面的力矩。受試者頭部正前方60 cm有一顯示器，可以顯示測試的肌力。

運動任務包括等長性肩外展、內收和肘屈曲、伸展四組動作，先測定MVC，再測定在50%MVC時肩、肘關節(jié)在完成上述動作時的肌力，在(預計值± 10%)范圍內即為完成動作。實驗開始時，給予受試者聽覺信號提示實驗開始，引起受試者的注意力；然后語音提示所要完成的任務，如“肩外展最大”“肩內收最大”或“肩外展50%”，受試者根據(jù)提示做相應動作，達到目標力值時保持1 s，然后提示受試者放松，休息5～7 s。每個動作3次，取平均值。完成一個動作后，休息3～5 min。

測試前，實驗人員認真向患者解釋實驗過程、每個動作用力的方向及注意事項，告知受試者實驗時要避免運用身體的力量，可讓受試者練習5～10 min。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理

對所采集的數(shù)據(jù)進行基線矯正，即選取動作開始前相對平穩(wěn)的2 s力線作為基準線，取其余時間的力值點減去該段基線數(shù)據(jù)的均值。

計算50%MVC下三次測試過程中，受試者在力量保持1 s中力量的平均值及標準差，計算力量的變異系數(shù)(coefficient of variation,CV)：

CV=標準差/平均值[3]

1.3 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理。符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)采用獨立樣本t檢驗，不符合正態(tài)分布數(shù)據(jù)采用Wilcoxon秩和檢驗。顯著性水平α=0.05。

2 結果

2.1 肌力

與健康人相比，患者肩外展肌力下降32.87%，肩內收肌力下降36.46%，肘伸展肌力下降46.01%，肘屈曲肌力下降52.06%，均有顯著性差異(P＜0.05)。見表1。

表1 腦卒中患者與健康人肩肘關節(jié)MVC比較(N)

50%MVC時，患者肩外展肌力(23.60±10.79)N，肩內收(21.68±12.45)N，肘屈曲(32.40±25.50)N，肘伸展(32.11±23.53)N；健康人肩外展(34.24±18.06) N，肩內收(30.95±11.85)N，肘屈曲(53.86±23.42)N，肘伸展(50.97±16.87)N。與預計50%MVC相差不超過10%，均達到目標力值。

2.2 CV

患者的肩外展、內收CV明顯大于健康人(P＜0.01)；肘關節(jié)屈曲CV大于健康人(P＜0.05)，肘關節(jié)伸展CV值有大于健康人的趨勢，但無顯著性差異(P＞0.05)。

表250 %MVC條件下力量CV比較

3 討論

本研究主要涉及腦卒中偏癱患者偏癱側上肢肩肘關節(jié)的力量、變異性。首先，腦卒中偏癱患者偏癱側上肢肌力減弱，尤其是肘關節(jié)。在50%MVC條件下執(zhí)行四組動作任務時，不論是患者還是健康人都達到目標力值，但患者表現(xiàn)出明顯變異性，尤其是在肩關節(jié)內收時變異性更大，腦卒中后肩關節(jié)控制能力更差。

盡管神經(jīng)肌肉機制在力量產(chǎn)生方面的確切角色還不是很清楚，但腦卒中后中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷被認為影響了力量的產(chǎn)生[3]。中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷可能中斷了皮質脊髓和皮質延髓的投射，導致α運動神經(jīng)元數(shù)量減少，造成運動單位活化數(shù)量降低[8]、目標肌肉募集減少。

本研究中患者偏癱肢體力量小于健康人，尤其是肘關節(jié)力量下降更明顯。這可能與損傷部位有關。已有動物研究表明，上肢遠端肌肉主要受脊髓背外側下行通路控制[9-10]。對人類的研究表明，上肢近端肌肉受皮質脊髓束控制[11-12]，運動前區(qū)損傷患者上肢近端肌肉力量更差[13]。另外，由于長期靜止不動導致的肌肉萎縮，也被認為影響了患者力量的產(chǎn)生[3]。

還有研究表明，肢體力量的產(chǎn)生除主動肌肉的活化外，還有被動因素的參與，如關節(jié)囊、韌帶及關節(jié)接觸點等，這些被動要素起到傳遞力量的作用[14]。

力量控制(force control)是指肌肉穩(wěn)定、準確、實時地產(chǎn)生與目標要求相匹配的力量的能力[15]。力量控制的能力可由力量產(chǎn)生的變異性決定[1]，CV即為力量控制變異性的評價指標，CV越小表明控制性能越好[16]。已有研究證明腦卒中患者健患側手力量的不對稱性[17]，且力量的不對稱性越大，運動損傷越嚴重[18]；且與對照組相比，腦卒中患者在單手和雙手等長性力量控制任務中都表現(xiàn)出更大的力量變異性[19]，變異性與Fugl-Meyer評定量表評分呈負相關[3]。Kang等[20]的研究也發(fā)現(xiàn)，在5%和25%MVC條件下執(zhí)行雙手力量控制任務時，盡管兩手間的力量相近，但健患側手之間卻表現(xiàn)出力量變異性的不對稱。這些研究表明，力量變異性的不對稱是腦卒中慢性期一種額外的運動缺陷?？偟膩碚f，CV可用于評價力量控制能力?，F(xiàn)階段的研究多集中于手掌及手指運動。

人類上肢關節(jié)的活動以靈活為主，遠端手用于抓握和操作，近端肩、肘關節(jié)用于控制運動的方向，尤其是肩關節(jié)，可在多個自由度運動，多自由度提供了活動過程中的復雜性和適應性[3]。有人認為運動系統(tǒng)結構成分的數(shù)量和功能耦合的改變，會造成運動系統(tǒng)復雜性的降低[21]，而運動系統(tǒng)復雜性的改變可以用力量的變異程度表現(xiàn)，這在以前的研究中已得到證明。

力量控制損傷的機制可能涉及皮質脊髓束的損害[22]和皮層的激活程度[23]。很明顯，腦卒中造成了運動系統(tǒng)的功能重組：在宏觀水平上，由于協(xié)同異常，肩肘肌肉群被迫作為一個運動單位進行活化[4]，而單個關節(jié)肌肉無法被活化，造成關節(jié)自由度的缺失；在微觀水平上，神經(jīng)元和運動單位的缺失以及神經(jīng)系統(tǒng)放電模式的改變，也會限制運動系統(tǒng)可獲得的自由度數(shù)量[3]。更重要的是，由于腦卒中導致的力量降低，造成了更高的力量變異性。Neha等[2]對腕關節(jié)和手指等長伸展運動的力量控制研究證明，隨著力量的增大，CV逐漸減小，即控制能力增強。Hu等[16,24]的研究發(fā)現(xiàn)，年齡越大，CV越大；Westerveld等[25]研究發(fā)現(xiàn)，與健康人相比，腦卒中患者在力量控制中對視覺反饋有更大的依賴性。本研究中，肩關節(jié)的力量損傷比肘關節(jié)輕，控制能力反而更差。對此的機制不十分明確，可能是因為肩關節(jié)是多軸關節(jié)，靈活但穩(wěn)定性差，而腦卒中會加重這種關節(jié)的不穩(wěn)定。

通過對腦卒中患者患側肩肘關節(jié)不同任務下力量水平的測試，可以對患者的運動功能恢復進行定量評價；通過CV的計算能客觀反映腦卒中患者肩肘運動控制能力明顯比健康人更差，尤其是對肩關節(jié)的控制能力。因此在康復過程中，應加強肌肉控制能力的訓練，尤其是對肩關節(jié)的訓練。變異性的產(chǎn)生機制仍不十分明確。因此在以后的研究中可以結合臨床評價、生物力學和電生理學等方面，對控制肩肘關節(jié)的單個肌肉的活動進行測量，對腦卒中患者肩肘等大關節(jié)的運動損傷進行更系統(tǒng)的研究。

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Force Control of Elbow and Shoulder during Isometric Contraction in Hemiparetic Stroke Patients

ZHAO Chen-yu1,BI Sheng2,LU Xi3
1.Chinese PLA Medical School,Beijing 100853,China;2.Department of Rehabilitation Medicine,Chinese PLA General Hospital,Beijing 100853,China;3.China-Japan Friendship Hospital,Beijing 100029,China

BI Sheng.E-mail:bisheng301@gmail.com

ObjectiveTo evaluate the ability of force control of elbow and shoulder during isometric contraction in patients with chronic stroke.MethodsFrom January to December,2015,22 chronic stroke patients and 12 healthy people were measured the maximum force during shoulder abduction/adduction and elbow flexion/extension with instrument for measuring force of upper extremity.The coefficient of variation was calculated.ResultsThe maximum force was less in the patients than in the healthy controls(t＞2.349,P＜0.05),and the coefficient of variation increased(t＞1.974,P＜0.05),except those of elbow extension.ConclusionThe force measure and the coefficient of variation can reflect the force control in shoulder and elbow motion in stroke patients.

stroke;hemiplegia;shoulder;elbow;isometric contraction;force control

10.3969/j.issn.1006-9771.2017.01.019

R743.3

A

1006-9771(2017)01-0081-04

2016-10-27

2016-12-08)

國家自然科學基金項目(No.81272162)。

1.解放軍醫(yī)學院，北京市100853；2.解放軍總醫(yī)院康復科，北京市100853；3.中日友好醫(yī)院，北京市100029。作者簡介：趙晨鈺(1989-)，女，漢族，河北保定市人，碩士研究生，主要研究方向：神經(jīng)康復。通訊作者：畢勝，主任醫(yī)師，教授。E-mail:bisheng301@gmail.com。