脊柱側(cè)彎矯形器對(duì)AIS患者步態(tài)影響的探討

羅長(zhǎng)良，鄭倩

脊柱側(cè)彎是1種脊柱常見(jiàn)的復(fù)雜的三維畸形，是指脊柱的1節(jié)或數(shù)節(jié)在冠狀面上偏離身體正中線，矢狀面上伴有胸椎后凸減少或腰椎前凸增加，以及水平面上椎體旋轉(zhuǎn)的畸形表現(xiàn)[1-2]。脊柱側(cè)彎可分為結(jié)構(gòu)性、功能性和特發(fā)性3種類型[2]，其中特發(fā)性脊柱側(cè)彎通常發(fā)生于青少年，也稱青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎(Adolescent idiopathic scoliosis,AIS)，國(guó)內(nèi)外發(fā)病率為2%～4%，女性尤其多見(jiàn)[3]。除脊柱畸形外，脊柱側(cè)彎可引起如本體感受器功能障礙、運(yùn)動(dòng)平衡功能異常等表現(xiàn)[4]。相關(guān)研究表明，AIS患者在行走過(guò)程中其軀干在橫截面內(nèi)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)具有明顯不對(duì)稱性[5]。在正常步行中，恰當(dāng)?shù)募怪拖轮∪饧せ钅Ｊ娇梢钥刂粕眢w節(jié)段的活動(dòng)和軀干的平衡[6-7]。有研究認(rèn)為AIS患者會(huì)改變脊柱的連接結(jié)構(gòu)，從而引起活動(dòng)性和平衡的改變[4，8-9]。由于脊柱參與維持平衡的過(guò)程，脊柱出現(xiàn)畸形則可能引起重心活動(dòng)的改變從而產(chǎn)生病理步態(tài)，相比正常人，AIS患者的步態(tài)表現(xiàn)出步長(zhǎng)縮短[10-11]，步幅減慢[12]，髖關(guān)節(jié)和骨盆的活動(dòng)度減小[10]，能量消耗增加[13]，前進(jìn)模式和地面反作用力不對(duì)稱[14]等情況。

在脊柱側(cè)彎的眾多治療方法中，除了外科手術(shù)之外，矯形器被認(rèn)為是治療中輕度側(cè)彎最有效的保守方法之一[15-17]。脊柱側(cè)彎矯形器能讓患者保持正確的體位，輔助穩(wěn)定病變關(guān)節(jié)，減少椎體承重，預(yù)防和矯正椎體畸形，在提高患者的軀體功能方面起到積極的作用[18]。但另一方面由于側(cè)彎矯形器的設(shè)計(jì)通常包裹整個(gè)脊柱，骨盆和軀干在行走中的活動(dòng)會(huì)受到限制而減少，幾乎所有關(guān)于脊柱側(cè)彎的步態(tài)研究都表明患者步態(tài)有異常，但部分研究結(jié)果也有相互矛盾之處[10，11，19]。有些研究表明因?yàn)榧怪C形器減少了軀干、骨盆和髖關(guān)節(jié)的活動(dòng)，從而引起了異常步態(tài)[20-22]。但另外有研究認(rèn)為脊柱矯形器的使用可以通過(guò)改善本體感覺(jué)、平衡功能以及律動(dòng)能力來(lái)提高AIS患者動(dòng)態(tài)姿勢(shì)的控制[23]，從而改善其病理步態(tài)。

據(jù)我們所知，脊柱側(cè)彎患者配戴矯形器后對(duì)其步態(tài)影響的研究中鮮有全面的綜述，尤其是在國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)資料中，更少有探討相關(guān)主題的研究。本文就國(guó)外研究中關(guān)于矯形器對(duì)AIS患者造成的步態(tài)方面的影響進(jìn)行綜述，希望對(duì)未來(lái)國(guó)內(nèi)的類似研究提供參考，為矯形器作為1種重要療法如何達(dá)到更優(yōu)化的治療效果提供理論基礎(chǔ)。

1 脊柱矯形器對(duì)于AIS患者步態(tài)的即時(shí)影響

有研究發(fā)現(xiàn)，正常人穿戴1d的脊柱矯形器會(huì)引起僵硬步態(tài)，表現(xiàn)出軀干、骨盆和髖關(guān)節(jié)活動(dòng)的減少，身體肌肉肌電活動(dòng)會(huì)增加以實(shí)現(xiàn)身體重心的轉(zhuǎn)移。而對(duì)于沒(méi)有接受治療的特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者，也有表現(xiàn)出這種僵硬步態(tài)并且影響到他們的步行效率[24]。另外有研究表明配戴矯形器會(huì)影響步行時(shí)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)活動(dòng)，從而引起病理步態(tài)[24-25]。所以有研究者假設(shè)：當(dāng)AIS患者穿上矯形器之后會(huì)加重他們的僵硬步態(tài)，并且會(huì)對(duì)步態(tài)生物力學(xué)產(chǎn)生即時(shí)的不利影響[21，26]。Güth等[27]納入37名特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者，觀察他們?cè)诖┐髅軤栁只C形器后單腿站立和行走時(shí)豎脊肌與臀中肌的肌電活動(dòng)，同時(shí)記錄他們軀干和骨盆在冠狀面內(nèi)的活動(dòng)情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)豎脊肌幾乎沒(méi)有檢測(cè)到肌電信號(hào)，但是臀中肌比起未戴矯形器時(shí)的活躍度增加，軀干和骨盆在行走過(guò)程中的偏移幅度減小。而Mahaudens等[22]的試驗(yàn)卻發(fā)現(xiàn)臀中肌有完全不同的表現(xiàn)，該試驗(yàn)選取13個(gè)AIS女性患者作為研究對(duì)象，通過(guò)三維運(yùn)動(dòng)分析儀記錄她們?cè)跊](méi)穿戴和穿戴矯形器的2種情況下，步態(tài)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)、肌電圖、力學(xué)和能量變化情況，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)脊柱矯形器既沒(méi)有改變患者步態(tài)中的能量消耗也沒(méi)有改變腰盆部肌肉的活動(dòng)時(shí)間。但是對(duì)于穿戴矯形器的AIS患者，雙側(cè)臀中肌活躍度減少，冠狀面內(nèi)髖關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)活動(dòng)減少，骨盆旋轉(zhuǎn)減少。

另外Karimi 等[28]納入10位AIS患者觀察其與正常人相比行走過(guò)程中下肢關(guān)節(jié)、骨盆、軀干的活動(dòng)度以及步態(tài)對(duì)稱性，同時(shí)也觀察軀干矯形器對(duì)上述參數(shù)的短期影響。在前1次研究中，他們認(rèn)為脊柱側(cè)彎矯形器的使用可以改善左右兩側(cè)骨盆和髖關(guān)節(jié)的活動(dòng)對(duì)稱性，但是會(huì)減小這2個(gè)關(guān)節(jié)的活動(dòng)度。而在之后的研究中，表明AIS患者穿戴和未穿戴矯形器的情況下均減少了骨盆、軀干、髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍，但是僅骨盆在3個(gè)平面內(nèi)活動(dòng)和軀干在橫斷面內(nèi)活動(dòng)的減少才有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，此外兩種情況下踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)均沒(méi)有顯著變化，骨盆和軀干活動(dòng)的減小說(shuō)明了脊柱側(cè)彎矯形器可能僅對(duì)近端關(guān)節(jié)產(chǎn)生影響。在對(duì)稱性方面，有數(shù)據(jù)顯示軀干矯形器降低了患者步行過(guò)程中骨盆、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)在矢狀面以及骨盆和髖關(guān)節(jié)在冠狀面內(nèi)的不對(duì)稱指數(shù)。最后研究者得出結(jié)論，脊柱矯形器影響了AIS患者骨盆的關(guān)節(jié)活動(dòng)度，并改善了骨盆活動(dòng)的對(duì)稱性，但是矯形器并沒(méi)有明顯影響患者髖、膝、踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)[29]。Wong等[20]的研究也有相似的發(fā)現(xiàn)，他們觀察21名AIS患者在穿戴1個(gè)月的柔性和剛性兩種不同脊柱矯形器之后的下肢動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)脊柱的固定不會(huì)影響行走過(guò)程中下肢的運(yùn)動(dòng)學(xué)，但會(huì)顯著降低骨盆的傾斜度，雙側(cè)的骨盆在冠狀面的活動(dòng)減少，髖部的內(nèi)收外展活動(dòng)也減少。

除了脊柱矯形器對(duì)于AIS患者骨盆和下肢的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的影響外，也有學(xué)者研究過(guò)矯形器對(duì)于脊柱側(cè)彎患者能量消耗的影響，Lindh[30]的研究評(píng)估AIS患者穿戴和未穿戴密爾沃基式矯形器時(shí)的步態(tài)，發(fā)現(xiàn)穿上矯形器后患者在3km/h的低速下行走時(shí)的總攝氧量有不顯著的減少趨勢(shì)，在4.5和6km/h的速度下攝氧量增加。她的研究認(rèn)為，矯形器引起的軀干和骨盆的活動(dòng)限制可以通過(guò)其他運(yùn)動(dòng)得到補(bǔ)償，比如通過(guò)其他肌肉的過(guò)度活躍和增加能量攝入，因此在步行速度增加到一定程度時(shí)，佩戴脊柱側(cè)彎矯形器會(huì)引起患者能量消耗的增加。

2 脊柱矯形器對(duì)于AIS患者步態(tài)的長(zhǎng)期影響

以上研究者探討矯形器作用于脊柱短期內(nèi)產(chǎn)生的力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)了對(duì)骨盆和能耗等方面的影響，但由于AIS患者的矯形器多是長(zhǎng)期使用，從就診開(kāi)始持續(xù)到患者青春期生長(zhǎng)發(fā)育停止，并且每日時(shí)長(zhǎng)超過(guò)22h[31]，所以研究患者在長(zhǎng)期使用矯形器后對(duì)步態(tài)的影響可能更有意義。MS等[20]的研究發(fā)現(xiàn)患者在穿戴兩種強(qiáng)度不同的脊柱側(cè)彎矯形器1年之后，患者骨盆活動(dòng)度和側(cè)方傾斜度仍然明顯減少，但髖膝踝的動(dòng)力學(xué)和膝踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)沒(méi)有明顯改變。而Philippe和Maxime等[32]使用步態(tài)分析儀評(píng)估了患者穿戴6個(gè)月的脊柱側(cè)彎矯形器之后步行中的運(yùn)動(dòng)學(xué)、生物力學(xué)、肌電圖和能量消耗情況。他們的研究發(fā)現(xiàn)在步行中，患者冠狀面的骨盆和髖部活動(dòng)明顯增加，肌肉的生物力學(xué)活動(dòng)增加，接近但仍不同于正常人。AIS患者穿戴矯形器之前雙側(cè)腰骶肌肉活動(dòng)比正常人活躍度超40%；但在穿戴矯形器6個(gè)月后，除了豎棘肌肌電活動(dòng)明顯減少外，其他肌肉沒(méi)有變化。在步態(tài)過(guò)程中，患者肩部旋轉(zhuǎn)輕度減少，以自己最舒服的速度行走時(shí)，穿上矯形器能量消耗增加30%，在未穿戴矯形器時(shí)，患者能量消耗也超過(guò)正常人的30%，所以AIS患者穿戴6個(gè)月矯形器之后能耗沒(méi)有明顯變化。研究者最后的結(jié)論認(rèn)為，不同于他們一開(kāi)始的猜想，AIS患者長(zhǎng)時(shí)間穿戴矯形器與未接受矯形器治療前相比，并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的身體僵硬或損傷行走等功能活動(dòng)[32]。

Khanal等[33]也觀察了胸腰骶矯形器對(duì)于特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者姿勢(shì)控制和平衡功能的影響。通過(guò)對(duì)健康和AIS的各8個(gè)女孩相比得出結(jié)論：與健康受試者相比，脊柱側(cè)彎患者的平衡功能更差，并且在穿戴4個(gè)月的矯形器之后，AIS患者的平衡功能并未得到改善。此外，Paolucci等[34]在1個(gè)關(guān)于色努矯形器對(duì)AIS患者的姿勢(shì)性平衡影響的研究中，納入13個(gè)患有脊柱側(cè)彎的青少年在接受8個(gè)月的矯形器治療后和同樣數(shù)量的健康青少年相比，觀察他們的姿勢(shì)能力和左右兩側(cè)肢體的對(duì)稱性，并計(jì)算他們行走時(shí)的步速、步長(zhǎng)、步幅和步寬，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明使用色努矯形器后患者行走速度減慢，步寬和步長(zhǎng)沒(méi)有明顯變化，步幅減小，肢體對(duì)稱性相比未穿戴矯形器的時(shí)候有一定改善。

3 小結(jié)

國(guó)內(nèi)研究者關(guān)于矯形器對(duì)于脊柱側(cè)彎cobb角和椎體旋轉(zhuǎn)等方面的研究相對(duì)較多，而很少討論矯形器對(duì)步態(tài)生物力學(xué)方面的影響。以上研究都是針對(duì)脊柱矯形器對(duì)于患者步態(tài)和運(yùn)動(dòng)學(xué)方面的影響而得出的相關(guān)結(jié)論，其中Güth等[27]的研究是最早關(guān)于矯形器對(duì)AIS患者步態(tài)的影響，并明確了研究過(guò)程中使用的矯形器類型為密爾沃基式的研究；Lindh[30]也同樣觀察密爾沃基矯形器對(duì)AIS患者的影響，而Karimi等[28]為患者選擇的矯形器類型為波士頓矯形器，3個(gè)試驗(yàn)均表明矯形器的使用會(huì)引起患者行走時(shí)軀干和骨盆活動(dòng)度的減少。另外的研究中由于矯形器類型不明，而不同矯形器的設(shè)計(jì)和矯正原理各有其特點(diǎn)[35]，對(duì)患者身體結(jié)構(gòu)和心理接受程度的影響也會(huì)不同[36-37]，因而對(duì)患者行走時(shí)步態(tài)產(chǎn)生的影響可能也會(huì)有不同的結(jié)果。

Wong[20]和Karimi[28-29]的兩次試驗(yàn)均顯示脊柱矯形器對(duì)患者雙下肢髖膝踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)參數(shù)無(wú)明顯影響。此外Lindh[30]與Mahauden[22]以及Philippe等[32]的研究中都有涉及步行過(guò)程中能量消耗的評(píng)估，但前者認(rèn)為穿上矯形器后患者在一定速度內(nèi)氧耗和能耗會(huì)減少，而在加速行走時(shí)則引起能耗增加，后兩者均認(rèn)為矯形器的穿戴與否對(duì)于患者的能耗不會(huì)產(chǎn)生影響。另外在Alieh[38]的關(guān)于脊柱側(cè)彎矯形器對(duì)患者能耗的研究綜述中也認(rèn)為其穿戴和未穿戴矯形器時(shí)與健康人群消耗同樣多的能量，因此能耗并未因矯形器的使用而產(chǎn)生變化。在步行時(shí)下肢對(duì)稱性的研究中，Karimi和Paolucci都得出同樣結(jié)果，即使用矯形器后雙下肢對(duì)稱性得到改善[28-29,34]。在納入討論的試驗(yàn)中，僅Khanal[33]研究了矯形器對(duì)患者步行中平衡的影響，并證明平衡功能并未得到改善。Paolucci[34]的研究是眾試驗(yàn)中唯一對(duì)穿戴脊柱側(cè)彎矯形器的AIS患者步行的時(shí)間-空間參數(shù)進(jìn)行了分析，并得出患者步速降低、步幅減小，而步長(zhǎng)和步寬均未改變的結(jié)果，但是由于同主題的研究結(jié)果太少，矯形器對(duì)患者步速、步長(zhǎng)等方面的影響仍需要從更多更高等級(jí)的數(shù)據(jù)研究中來(lái)進(jìn)一步證實(shí)。

在上述眾試驗(yàn)中，納入AIS患者人數(shù)最多為37人[27]，樣本數(shù)量相對(duì)較少，其研究結(jié)果雖然能反映一定問(wèn)題，但是仍需納入更多患者的研究來(lái)證明結(jié)論的普遍性和可參考性。在探討脊柱側(cè)彎矯形器對(duì)患者的長(zhǎng)期影響時(shí)，Wong等[20]的研究持續(xù)到患者穿戴矯形器1年后，得出結(jié)論為骨盆活動(dòng)度仍然明顯減少，但下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)沒(méi)有明顯變化。該試驗(yàn)比起另外兩個(gè)研究中的隨訪時(shí)間(Philippe等[32]6個(gè)月，Khanal等[33]4個(gè)月)更具有說(shuō)服力。脊柱側(cè)彎患者通常需要在矯形器師為其適配矯形器6個(gè)月左右接受復(fù)查，對(duì)其矯形器的穿戴情況和矯正性能進(jìn)行檢查后再考慮是否更換矯形器或者添加力學(xué)矯正墊等，所以低于6個(gè)月時(shí)間的矯形器穿戴并不能很準(zhǔn)確地觀察出矯形器對(duì)于患者的長(zhǎng)期影響；但是隨訪時(shí)間更長(zhǎng)，研究結(jié)果可能會(huì)更可靠。

綜上所述，AIS患者穿戴脊柱矯形器后，行走過(guò)程中雙下肢運(yùn)動(dòng)對(duì)稱性得到改善，軀干和骨盆的活動(dòng)會(huì)減少，踝關(guān)節(jié)和足部的運(yùn)動(dòng)學(xué)及行走過(guò)程中的平衡功能沒(méi)有明顯變化，患者能量消耗保持不變，結(jié)論表明脊柱側(cè)彎矯形器并不能達(dá)到很有效的改善患者異常步態(tài)的效果，仍需要更大樣本量和更長(zhǎng)時(shí)間隨訪的研究結(jié)果來(lái)證實(shí)，并且使用不同設(shè)計(jì)的脊柱側(cè)彎矯形器對(duì)研究結(jié)果的影響變化，在以后同主題的研究中也應(yīng)當(dāng)納入考慮。