JNER:不完全性脊髓损伤患者的步态障碍研究

不完全脊髓损伤（iSCI）与行走障碍有关。大多数患有iSCI的人都能恢复一定的行走能力，可能使他们能够在无障碍和多变的表面行走，而不会有很高的跌倒风险。然而，当他们在更具挑战性的环境中行走时，可能会遇到困难，包括户外地形，在肢体协调、平衡和注意力方面要求很高。然而，iSCI对在挑战性步行条件下保持适应性所采用的运动策略了解甚少，在康复进展的过程中基本上被忽视。患有iSCI的个体在挑战性步行任务中无法完全适应自己的步态模式。这种情况的一个例子发生在倾斜行走时，iSCI患者无法保持姿势适应，从而调整躯干和骨盆姿态以适应梯度变化。相比之下，虽然患有iSCI的个体能够成功地适应步态以避免障碍，当提供体重支持或改变行走速度时，患有iSCI的个体仍有能力改变其步态模式的时间方面，包括步态时间和双支撑阶段。iSCI患者由于髋关节和膝关节屈曲减少，难以改变步态模式，导致肢体协调性降低，这可能与他们的神经损伤水平（NLI）或痉挛有关。

对iSCI患者和健康对照者进行了步态适应的比较研究，执行了一项名为目标步行（TW）的挑战性步行任务。在这里，个体通过踩到投射到移动跑步机上的虚拟目标来调整步态模式。TW需要对脚的位置进行视觉指导，以实现对步长和宽度的修改，并通过预期控制策略实现。为了评估这项步行任务的表现，使用了质心（CoM）运动的客观测量。焦点CoM代表了步态期间身体重心的运动，可以作为研究iSCI和对照组比较步态模式的一个有价值的工具。三维CoM轨迹的改变有助于量化病态步态模式、缺乏稳定性和适应策略引起的变化。根据个体的病理情况，影响CoM的特定策略或补偿机制可能会使该个体避免在不规则地形上行走时失去平衡或摔倒。虽然跌倒更多地与反应性控制有关（例如，通过迈出一步或抓住把手快速防止跌倒），这项研究考察了对足部位置的预期（即自愿）控制，利用CoM测量来量化我们的参与者群体所使用的适应的有效性（即主动调节步态模式以响应扰动）。

在临床实践中，日常生活中的熟练运动功能通过脊髓独立性测量（SCIM III）户外活动评分（SCIM户外）进行评估。SCIM III是一个顺序量表，对受伤后随时间推移的行走能力变化敏感，包括对助行器依赖性的信息。iSCI患者的步行能力（例如步行距离）在很大程度上取决于损伤的严重程度和NLI。根据NLI（四肢瘫痪或截瘫），损伤将在不同程度上影响躯干稳定性和手臂运动，再加上本体感觉受损和自主运动控制的叠加效应，将导致CoM运动改变。基于这些原因，本文调查了iSCI患者的CoM运动及其与NLI的相关性。本文发表在《J NeuroEngineering Rehabil》。

对13名iSCI参与者（受伤后0.3-24年；1名亚急性和12名慢性）和12名健康对照进行了单中心对照诊断性临床试验，在两种情况下获得了足部和骨盆运动学：正常跑步机行走（NW）和带扶手支撑的视觉引导目标行走（TW），在此过程中，参与者踩到与运动跑步机表面同步的投射虚拟目标上。根据骨盆标记计算近似CoM，并用于计算CoM轨迹长度和平均CoM欧氏距离TW-NW（主要结果）。进行非参数统计，包括spearman秩相关，以评估临床参数、户外活动评分、表现和CoM参数（次要结果）之间的关系。参与者用一个安全带（JSP，PN21型）固定，该安全带不提供体重支撑，但在参与者失去平衡时可以限制跌倒风险。同样，如果需要，参与者可以握住跑步机的扶手。参与者以随机顺序（即TW优先或NW优先）完成NW和TW任务。参与者被要求踏上移动的圆形目标（白点、直径） = 10厘米）投射到左右跑步机皮带上和前面。任务持续时间为三分钟。这段时间确保有足够的数据和步骤可供我们进行统计分析，但足够短，以确保iSCI参与者和健康对照者完成TW任务。

目标步行任务。Motek GRAIL系统示意图

 健康对照组通过减少前后和垂直CoM轨迹长度来适应TW（p < 0.001），而iSCI参与者仅在垂直方向上减少CoM轨迹长度（p = 0.002). 平均欧氏距离TW-NW与参与者的神经损伤水平相关（R = 0.76，p = 0.002）和CoM轨迹长度（TW期间）与户外机动性得分（R = − 0.64，p = 0.026)。iSCI受试者和健康对照者在TW期间的适应性策略相似，包括CoM轨迹长度的不成比例减少，超过了NW期间系统观察到的减少。然而，患有iSCI的参与者对TW任务的适应能力较差，这种能力降低的程度与户外活动性得分相对应：TW期间获得的三维CoM轨迹长度与平均SCIM户外得分相关。此外，三维CoM轨迹中的平均欧几里德距离与参与者的NLI相关，表明NLI越高，步态适应性越差。

质心轨迹。在iSCI（上，右）和对照组（上，左）的参与者中，TW的CoM三维和二维轨迹减少；然而，在对照组（上，左）中，这种减少更为明显。箭头表示运动方向。

TW引入了一种通过视觉引导脚部定位自愿修改步长和宽度的方法。这种情况是户外环境中脚部放置的特点。所有患有iSCI的参与者都能完成任务。然而，健康对照组在AP和V方向的TW任务中显著降低了他们的CoM轨迹。虽然iSCI参与者和健康对照组的AP准确度相似，但仅在ML准确度方面存在差异。虽然在V CoM轨迹长度和ML精度之间没有发现显著的关系，但本研究认为减少V CoM可能是维持TW任务稳定性的一种策略。iSCI参与者的ML和AP准确率似乎很高，但CoM轨迹长度和平均欧几里德距离的改变与此相矛盾，表明适应性机制不足。大多数参与者和所有健康对照者都会降低他们的首选步行速度，以适应TW需求。然而，尽管NW和TW期间的步行速度范围相似，CoM轨迹长度却不同。因此，TW期间CoM轨迹长度的减少可能与应对TW需求的常用策略有关，与病理学和首选步行速度无关。然而，在iSCI参与者中发现的NLI和户外活动评分中反映的功能限制可能会抑制这种常见策略的使用。

在对照组中，减少CoM运动是应对TW挑战的一种常见策略，但在iSCI患者中，它受到损害。在iSCI组，应对步态挑战的能力随着损伤程度的增加而恶化。因此，TW任务可以作为行走iSCI个体的步态挑战任务。

Mohammadzada, F., Zipser, C.M., Easthope, C.A. et al. Mind your step: Target walking task reveals gait disturbance in individuals with incomplete spinal cord injury. J NeuroEngineering Rehabil 19, 36 (2022). https://doi.org/10.1186/s12984-022-01013-7