器械辅助在帕金森病患者运动康复中的应用研究进展

尹慧梅，全凤英

(重庆医科大学附属第一医院，重庆)

0 引言

帕金森病(Parkinson’s Disease PD)：是一种以运动和非运动症状为特征的神经退行性疾病，常见于中老年人，我国65 岁以上人群总体患病率为1700/10 万[1]，是第二常见的神经系统变性疾病，仅次于阿尔茨海默病。由于帕金森病没有确切的治疗方法，PD 的治疗是基于对症治疗，如药物治疗(左旋多巴)和外科手术治疗(如深部脑电刺激)，然而，即使采用最佳的医疗和外科治疗，PD 患者的自主神经功能仍在不断恶化，并伴有越来越严重的残疾，这在很大程度上与步态、平衡和姿势等非多巴胺能特征相关，因此有学者提出康复物理治疗，且越来越多的实验表明：康复物理治疗能在一定程度上改善患者功能状况，提高日常生活活动能力。

目前，康复治疗的方法有很多，如感觉提示、运动训练、器械辅助、虚拟现实、运动想象等。而随着近年来智能技术和机械化的快速发展，以及具有高剂量、高强度的规范化训练优势，器械辅助康复在帕金森病领域应用越来越广泛，其中，以跑步机、康复机器人以及自行车为主要辅助器械，现就其在帕金森病患者运动功能康复中的应用综述如下。

1 跑步机

帕金森病是一种进行性神经退行性疾病，主要运动症状表现为运动迟缓、静止性震颤、姿势异常以及肌张力增高，患者往往表现为低步幅、慌张步态甚至冻结步态(Frozen gait，FOG)，严重影响了患者的运动状态、生活质量甚至易引起跌倒。而既往的研究表明：对于帕金森的步态训练，跑步机训练已成为一种常用的方法。跑步机训练能提高PD 患者的步速与步幅，增加其步态稳定性，改善步行能力，同时还能降低FOG 发作次数[2-3]。可能机制：(1) 增加多巴胺能神经递质水平：Hood 等[4]对帕金森病模型动物进行跑步机训练，可使运动皮质中TH 表达增加，提高TH 活性，促进多巴胺能神经生长，提高帕金森病患者运动能力。Arnold 等[5]的研究表明，跑步机训练可促使囊泡释放，多巴胺增加，突触数目增多，多巴胺清除减少，多巴胺转运体表达上调，从而升高多巴胺能神经递质水平。(2) 促进神经突触的可塑性：Fisher 等[6]研究发现，帕金森病小鼠模型进行强化跑步机运动可增加多巴胺D2 受体的数量，促进神经重塑。(3)促进免疫系统激活：跑步机训练通过抑制小胶质细胞活化，制延缓多巴胺能神经元变性缺失，从而缓解帕金森病的症状[7]。

Bello 等[8]探索在跑步机上行走和在地面上行走两种方案对PD 患者的效果的研究中，结果显示，跑步机训练对帕金森的步态和平衡有特殊的治疗作用，且步态参数改变可以维持在训练后一个月。且该研究第一次清楚的表明，与跑步机训练相关的影响和跑步机本身有关，而不是由于步行的数量，因为在地面组没有发现类似影响。而其中的原因可能是跑步机训练后患者的平衡功能显著改善，从而引起步幅增长，也有可能是跑步机训练能够改善步幅的内部调节机制[9]，但具体的机制目前仍不清楚，有待进一步研究。

Trigueiro 等[10]研究也证实，跑步机训练能有效改善患者的运动障碍和平衡功能，同时，还提示额外增加身体负荷(5%或10%)对结果没有影响。相反，近年来越来越多专家提倡减重支持训练。减重步行系统通过减重吊带将人体悬吊， 使患者步行时髋部和双下肢的负重减轻，提高患者步行稳定性；同时减少了步行中下肢相关肌群的收缩负荷，改善和加大下肢关节的活动范围，步幅相应加大，从而提高了步行速度[11]。减重支持可以提高患者的运动稳定性，增强训练效果，减轻看护者负担，降低患者在康复训练中因身体平衡障碍而出现的意外风险，同时减轻患者恐惧心理[12]。Miyai 等[13]研究了减重平板步行训练对PD 患者步态及症状的影响，减重步行训练与传统的康复练习相比，运动功能改善更大，有减重支持的运动平板练习比没有减重支持的练习更有效。还有研究表明跑步机训练结合外部反馈效果更优化，比如视觉提示和音乐干预结合跑步机训练对帕金森病患者冻结步态和步幅改善更明显[14-16]。

2 康复机器人

康复机器人(Rehabilitation robots) 作为一种新型机器人，它贯穿了康复医学、 生物力学、 机械学、电子学、材料学、计算机科学及机器人等众多领域，是一种自动化程度很高又有效的康复训练[17]。临床上多采用瑞士Hocoma 公司研究开发的Lokomat 下肢机器人步态训练系统。该系统由外骨骼式矫正器 、减重支持系统和运动跑台构成，基于“重复、集中、任务导向”的理念，帮助患者模拟正常的生理步态模式进行步行训练[18]。

在过去十几年里，将机器人技术引入帕金森康复环境已经从概念发展到现实，多项研究显示，机器人训练是一种安全、可行、有效的康复方式，特别是PD 患者的步态恢复[19-21]。近几年国内也掀起了康复机器人的热潮，刘燕平等[22]在常规康复的基础上进行Lokomat 下肢康复机器人步行训练，结果显示：治疗组在训练Berg平衡量表(Berg Balance Scale，BBS)、即时起立行走测试(Timed Up and Go Test，TUGT) 和6min 步 行 试 验(SixMinites Walking Test，6MWT)与治疗前比较有显著性提高(P＜0.05)，提示Lokomat下肢康复机器人可提高PD 患者平衡能力、步行能力和步行耐力。治疗组训练后与对照组相比较差异有统计学意义(P＜0.05)，提示Lokomat 下肢康复机器联合常规康复训练方法治疗PD 比单用常规治疗效果较好。与陈登钟等[23]的实验结果基本一致，在 TUGT、步长、步速这些反应行走功能的指标上，机器人步行训练组效果较常规康复训练组更明显，差异有显著意义；对于BBS 得分的改善，两组方法无显著差异。对于平衡功能，两组研究结果存在差异性，原因可能是两组研究的实验对象H-Y 分期不同以及参数设置不统一有关。

综合康复训练结合机器人步态训练较单纯的综合康复训练在改善帕金森患者步行能力方面效果更显著，这可能与以下的原因相关：可能是：(1)机器人系统辅助训练在一定时间内进行高密度的重复运动可以降低痉挛[24]，同时可以强化外周深浅感觉输入[25]；(2)机器人辅助训练系统可以设定相应的关节角度，纠正“小步态”，其强迫性运动以及平板速度的逐步增加，促使患者努力向前迈步；(3)机器人训练系统提供了充分的感觉反馈，屏幕上可以显示患者的用力程度，同时控制患者进行节律性步行；(4)帕金森疾病伴随焦虑、抑郁等非运动症状，机器人训练系统较常规康复训练提供了安全的环境和充分的保护，利于恢复步行功能。

Lokomat 下肢康复机器人步态训练，可帮助患者进行运动再学习，具备许多人工所无法比拟的特点，如长期、稳定地定量运动输入，并实时反馈，保证训练的一致性和持续性，实现训练方案及康复评估参数化，但是具体参数的设置还待进一步规范，比如患者髋、膝关节屈伸角度的设定、步行的速度、减重程度等；同时由于样本数量相对较少且缺乏长期的随访观察，因此，对于下肢康复机器人的辅助治疗，还有待更深入的研究。

3 自行车

近几年，有研究表明，骑自行车的能力在PD 患者中惊人地保留下来。在关于这一现象的第一份报告中，有一段视频显示了一名58 岁的男子，他有10 年的PD 病史，患有严重的冻结步态，经常摔倒在地，当提供视觉提示时，也只能完成几个步骤，根本不可能进行转弯，然而，患者在骑自行车和控制自行车方面没有明显的问题，跳下自行车，冻结步态又出现了[26]。这一现象激起了研究者通过模拟自行车训练可能改善帕金森患者步态异常，尤其是冻结步态的研究兴趣。

自行车训练可以改善PD 患者的步态异常，特别是冻结步态，可能的原因是：(1)高强度的运动可以促进神经可塑性和神经保护，防止多巴胺能细胞的丢失[27]。(2)高频率的被迫踏板运动，可以激活大脑皮层和皮层下活动，功能MRI 的影像数据支持了这一机制。(3)自行车的旋转踏板可以作为腿部的外部节奏提示[28]。(4)骑自行车的特殊条件，例如踏板的连续阻力和角动量可能会提供与步行不同的反馈[29]。根据几项研究表明，被迫运动可以显著改善运动症状[30-32]。一种新的方法被引入PD 患者的运动康复，这种方法使用一个固定的双人自行车和一个健全的自行车教练，教练来帮助PD 患者以80-90 转/分之间的节奏踏板，这个速度比他们自己骑行速度快了30%，根据测试，高频率的串联自行车显著降低了PD患者的运动症状，特别是，震颤和运动迟缓明显减少，而且这种改善是全身性的，上肢运动症状也得到了改善。但是每次康复都需要教练陪同，在现实康复中是不现实的，基于以上结果，研究者设计和开发了一款单骑智能运动自行车，基本框架是一个商用自行车底盘，同时配备了电机和控制设备，实时记录骑手的心率、速度、能量等数据，自行车可支持两种运动模式：静态和动态骑行。在静态模式下，电机通过反馈控制运行，车手控制自行车的踏板速度，在动态模式下，电机保持一个设定值的功率，同时保持一个指定速度。经过实验验证，动态骑行较静态骑行症状明显改善[33]。Angea 等[34]的研究也证实了这一点，在动态模式下，电机保持75-85 转/分，在静态模式下，骑手决定踏板的节奏，经过4 次训练后，结果显示UPDRS评分在动态组有13.9%的改善，而在静态组中又有0.9%的改善，动态组的TUG 也有16.5%的改善，而静态组只有8%的改善。同时，由于低输出功率和强迫运动，也降低了患者受伤、过度疲劳和不服从的风险。Angea 等[35]还做了另一个实验，将实验分为骑车组和拉伸组，骑车组采用高频率循环，拉伸组采用全身拉伸运动，干预2周过后，PD 患者的运动迟缓、僵硬和活动能力持续改善，效益在48小时内得以维持，虽然没有直接回答关于最佳训练频率的问题，但它提供了有关的比较数据。

Nadeau A[36]等对PD 患者和健康人群都采用为期12 周的固定自行车有氧运动，结果两组在有氧能力、执行力和认知能力都有明显改善，只有PD 患者的步行速度和步频有所改善，且训练相关的有氧能力改善和步行速度改善呈正相关，由于其稳定舒适的坐姿，使用固定自行车进行有氧运动对于PD 患者是可行的，也是安全的，但由于固定自行车所带来的物理局限性(平衡障碍)和长久效益仍有待研究。

4 小结

对于PD 患者的步态康复，器械辅助康复训练越来越成熟，其中跑步机训练已成为一种常用的方法，其康复效果也比较明确。同时越来越多的研究将机器人和自行车作为PD 患者康复运动新方法，其效果也较显著，并与跑步机训练做了一些对比。Picelli[37]等做了随机对照试验，将机器人辅助步态训练与同等强度的跑步机训练应用于轻到中度PD 患者，结果两组步态参数改善无差别，但在平衡功能方面，前者较后者改善明显，可能与外骨骼式矫正器和体重支持系统有关。I.Arcolin[38]等将自行车训练和跑步机训练也进行了对比，结果在6MWT、TUGT、UPDRS 测评中，取得了一样的成绩，但自行车较平板更方便更安全。

康复治疗是帕金森病患者治疗过程中重要的方法之一，是药物治疗和外科手术治疗之外的补充，器械辅助康复训练能够保证长期、稳定地定量运动输入，提供实时的反馈信息，保证训练过程中的一致性和持续性，实现训练方案及康复评估参数化，但是这些方法的作用机制以及效果长久性目前仍不明确，以及康复训练的频率、强度、参数都还没有具体的参考指南，仍需进一步的研究。