动态电刺激在脑卒中后踝关节功能障碍居家康复中的应用研究

郭亮亮，钱竞光，邱永斌，贾 伟，陈兴东



动态电刺激在脑卒中后踝关节功能障碍居家康复中的应用研究

郭亮亮1，钱竞光1，邱永斌2，贾 伟2，陈兴东2

1.南京体育学院健康系，江苏南京，210014；2.南京军区总医院全军脑损伤康复中心，江苏南京，210014。

随着医疗水平和康复技术的发展，经过正规的医疗及康复治疗后，大部分脑卒中患者可恢复步行功能，但仍有至少1/5的患者会遗留足下垂、内翻等踝关节功能障碍，影响步行能力进一步改善。并且患者回归家庭后，因为缺乏专业的康复治疗，踝关节功能障碍往往进一步加重。所以采用何种手段能延续患者回归家庭后的有效治疗就显得尤为重要了。本文旨在对脑卒中后踝关节功能障碍特点、机理、评价指标和治疗进展进行综述；并对居家康复现状做一简单总结；同时对动态电刺激原理进行分析，判断是否可用于脑卒中后踝关节功能障碍的居家康复治疗。为脑卒中后踝关节功能障碍的居家康复提供一种新的手段。

动态电刺激；脑卒中；踝关节功能障碍；居家康复

由于生活环境及习惯的改变，加之现在过大的工作压力，使脑血管病发生率逐年增高。随着医疗水平的提高，脑卒中死亡率有所降低，然而致残率却进一步增高，约80% 的患者遗留有运动功能障碍，表现为一侧肢体瘫痪，是最常见，也是最严重的并发症[1]。且由于步行能力是患者日常生活活动的基础，并与他们的自力能力和对社会的需要有着密切的关系，因此患者最急切需要康复的目标是恢复步行能力[2]。偏瘫行走功能障碍，主要以划圈步态最为典型，主要表现为步行稳定性差、步态不对称及能量消耗增加。造成划圈步态主要原因为足下垂、足内翻等踝关节功能障碍[3-4]。而目前针对脑卒中踝关节功能障碍的治疗一般采用踝足矫形器、运动疗法、电刺激，虽然临床上已取得一定疗效，但长期效果并不十分理想，很多出院的患者仍存在踝关节运动控制障碍。并且患者回归家庭后，因为缺乏专业的康复治疗，踝关节功能障碍往往进一步加重。所以采用何种手段能延续患者回归家庭后的有效治疗就显得尤为重要了。

1 偏瘫患者踝关节功能障碍研究现状

1.1 脑卒中后踝关节功能障碍的类型

以往的观点认为“划圈步态”是脑卒中后足下垂或/和足内翻导致的，严重影响了患者步行功能及生存的质量[5][6]。这种说法其实并不完全准确，临床过程中发现很多患者存在背伸内翻，并不会产生典型的“划圈步态”，但患者在迈步向末期以足外侧缘着地，导致支撑下肢不稳甚至足内翻扭伤。综上所述，脑卒中后踝关节功能障碍主要有单纯足下垂、足下垂伴内翻和踝背伸伴内翻。

1.2 脑卒中后踝关节功能障碍的机理

采取具体哪些治疗来纠正足下垂或/和足内翻，是临床医务人员需要不断探究的问题。传统观点常常认为小腿三头肌张力增高和痉挛导致了足下垂和足内翻，但这种说法并不准确，因为小腿三头肌并不能产生足内翻，导致足下垂伴内翻的为小腿后侧肌群。Carr[7]等研究显示，除了高位中枢对低位中枢的控制障碍，肌肉纤维和肌腱的物理特性本身的改变也将导致肌张力增高，而后两者很可能与制动和废用有一定的相关性。同时长期制动对踝背伸肌群激活也将产生一定消极的影响，出现废用性肌肉萎缩，也是导致踝背伸困难的重要因素之一[8]。

1.3 评价指标

部分文献以临床痉挛指数（CSI）[9]、胫骨前肌表面肌电、等速踝背伸峰力矩等评价偏瘫踝关节恢复情况，部分文献以步态改善情况及步行能力等改善情况间接评估脑卒中后踝关节功能恢复情况。

刘丹[10]等根据踝背屈角度评价踝关节活动范围来评定足下垂的康复治疗效果。踝关节活动正常范围0-20°。以治疗后背伸角度的提高度数确定为显效（4°以上）、有效（2°以上）和无效（不足2°或无改变）。

由于足下垂和踝阵挛的出现时间及程度一致，故张千生等[11]采用观察踝阵挛的次数来评定足下垂的康复治疗效果。

胡楠、毕胜等[12]，利用压力板测量研究偏瘫患者与健康人群自由步行下的足底压力变化。对结果分析得到的结论：患者内侧/外侧压强较正常人小，说明患者外侧缘负重较多，并可将其值作为评定足内翻的定量指标。

1.4 治疗方法

现在，针对脑卒中后踝关节功能障碍的治疗措施主要包括：药物、手术、各种物理因子、运动疗法、矫形器、中药及针灸等。

谢学然[13]等研究对足下垂（由痉挛导致）患者小腿后部肌群注射肉毒杆菌毒素A，观察其对足下垂的影响。研究显示，小腿后部肌群痉挛程度降低，患者足下垂得到改善，进而进一步改善了患者的步行能力。Bakheit等[14]研究对患者胫神经实施阻滞，观察患者踝阵挛情况，结果显示患者的踝阵挛消失，步态显著改善。相对肉毒杆菌毒素注射，该阻滞技术副作用小，费用低，但效果维持时间较短需要反复注射。李冰[15]等通过延长跟腱、外移胫骨前肌、矫正异常骨位置等方法并结合康复手段治疗痉挛性足下垂内翻患者，结果显示，其优良率占93％。上述手段虽能部分解决其小腿后侧肌群痉挛或挛缩的问题，然而足下垂患者往往存在踝背伸肌无力，肌痉挛或挛缩的改善并不一定能使足下垂得到改善。

王永慧[16]等采用TENS（经皮神经电刺激）治疗偏瘫踝跖屈内翻患者，结果显示研究组患者的步态有所改善，而踝关节本身的改善情况并未有详细报道。

关于足下垂矫形支具的报道也很多[17][18]。其主要是通过力学原理矫正足下垂，通过限制踝趾屈，牵伸抑制趾屈肌痉挛，对患者步态改善有一定作用。由于材料学及科技的发展，矫形器越来越轻便和舒适，对于因为各种因素导致足下垂无法恢复的患者，也可以考虑终身穿戴。但其本质是一种代偿的手段，患者踝关节本身的功能并没有得到恢复。

同时上述关于踝关节功能障碍的治疗大部分关注于小腿三头肌痉挛的处理，而对踝背伸肌群的治疗关注度不够，即使针对踝背伸肌群也只在静态过程给与治疗。而踝关节功能障碍往往表现在步行过程中，故在步行过程给与治疗，将可能更有利于踝关节功能障碍的恢复。

2 脑卒中后居家康复研究现状

针对脑卒中后功能障碍的康复治疗，目前多集中在综合性医院的康复医学科或康复专科医院，康复时间长，在人力、物力、财力方面消耗较多。但脱离这些康复环境后，由于社区及家庭的康复条件所限，不能进行持续有效的康复治疗，常导致“废用综合征”；有些患者回归家庭后采取自我锻炼的方式，由于患者对康复专业知识知之甚少，同时缺少康复器械，不科学的锻炼常导致“误用综合征”，加重偏瘫肢体功能障碍甚至造成对患肢的损伤，导致不可逆的功能障碍，最终致残，给家庭以及社会都将带来沉重的负担[19-20]。

我国人口老龄化进程加速，脑卒中发病率呈现逐年增多的趋势，但卒中后偏瘫患者功能康复是一个持续、长期坚持的过程。然而，现阶段我国的康复资源仍十分有限，既要考虑成本又要考虑效果，同时要保证更多患者甚至每个患者都能受益，居家康复可以作为很重要的一种探索模式。

2.1 居家康复定义

居家康复是社区康复的一种新的模式，是医院康复的延续，是患者回归家庭，融入社会的基础。居家康复，包括了家庭成员照顾和专业的康复医疗服务，相关研究结果证实[21]，出院后能得到正规而系统的居家康复治疗是绝大多数脑卒中患者及家属的愿望。

2.2 居家康复的优势

居家康复可以根据患者居住的实际情况，利用居住的环境和工具，对患者进行康复训练，因为患者对家里的环境相当熟悉，环境的刺激赋予他们独立生活的责任感，加强其主动参与，更利于患者功能恢复[22]。郝小波，王旭[22]等研究将门诊康复患者和居家康复患者的疗效进行对比，治疗3个月后，患者运动功能均有显著改善，且居家康复组在ADL能力和QOL方面改善更明显。国内有相关研究也证实了居家康复在改善脑卒中患者ADL能力中的作用[23-25]。

2.3 我国居家康复的现状及居家康复模式

至今，在我国脑卒中后居家康复仍是一项比较稀缺且不完善的康复医疗服务[26]。我国居家康复，大部分仍停留在康复指导层面或以治疗师上门提供服务为主[27]。治疗师上门服务虽然疗效有所保证，但成本较高且医疗资源不足。我国现阶段康复技术人员仍是严重缺乏的，目前各类康复医务人员才达到需要的5.7%左右[28]。

随着科技的发展，特别是互联网的应用，居家康复的手段呈现多样化。Chumbler等[29]将远程康复纳入居家康复，使用网络视频访问及评估患者的居住环境和运动功能，根据评估结果为卒中患者设定个体化的康复目标及康复处方，继而根据康复疗效进行重新评估设定康复处方。Faria[30]等使用康复@home系统，是一款专门帮助居家脑卒中患者独立进行运动的康复工具，主要锻炼患者的平衡能力和从坐到站的运动能力。Johnson等[31-32]报道了TheraDrive治疗，其作用原理是和运动再学习理论相结合，借助计算机创建上肢康复的环境，以游戏治疗、功能训练与实际活动，强化脑的可塑性。

2.4 展 望

借助互联网，治疗师远程进行居家康复指导，不仅提高了工作效率，降低了医疗成本，同时缓解了我国康复医疗人才短缺的问题，远程康复指导可能会成为未来居家康复的主流。但无论是上门服务或是通过互联网，大部分治疗仍停留在指导层面。同时市场上的康复医疗设备大多是为医院设计的，不仅价格昂贵，而且需要有专业知识和技术的人员进行操作。因此设计或研究更适合居家康复治疗的设备就显得格外重要了。

3 动态电刺激研究现状

3.1 功能性电刺激的发展

Stanic在1974年初次使用多通道电刺激系统，刺激多块肌肉群协调收缩，研究其对下肢截瘫患者行步行功能的影响[33]。

运用肌电诱发的电刺激治疗手腕背伸不足，利用电刺激辅助患者实现腕背伸，以便患者很明确的看到即利用视觉反馈，部分代偿了本体感受器内在性反馈的不足，使整个感觉运动反馈过程顺利完成，这类型的电刺激称为功能性电刺激，即对有一定收缩能力的肌群进行反馈性治疗。王彤[34]等研究使用肌电触发电刺激对偏瘫足下垂患者进行治疗，结果显示肌电触发电刺激（功能性电刺激）可迅速改变患者瘫痪肌的肌力，且远期疗效优于传统的电刺激。

目前功能性电刺激已经广泛用于康复临床治疗，患者通过功能性电刺激，刺激本体感受器，反复电刺激产生的运动信息，利于在脑中形成“记忆”，而这种“记忆”又会对运动功能的改善起长期效应[35]。且有部分研究已经证明其短期疗效[36]。

3.2 动态电刺激的概念及其应用

传统的电刺激是在静态和定位前提下实施治疗，静态电刺激很难按照研究对象具体问题，配合具体动作的需要在运动背景下进行有效的治疗。功能性电刺激，也只是对有一定收缩能力的肌群实施反馈性治疗。如何在运动过程中对瘫痪肌群进行有效收缩训练，改善中枢神经调控功能，一直是困扰临床康复的难题。

针对上述问题，钱竞光、喻欣楠[37]等2009年提出动态电刺激的理念，即将功能性电刺激与运动分析技术相联系，分析患者的运动过程中相关肌肉收缩的时相，在肌肉需要收缩时相就给予电刺激，需要放松时，电刺激就停止，也就是所谓的与运动动作同步的动态电刺激理论。Liberson等关于对偏瘫足下垂患者治疗的研究，是在步行过程中给予电刺激，但没有对步行动作做细致的分析，电刺激的时间并不能保证符合正常步态肌肉收缩的时序[38]。

钱竞光[35]等认为动作技术分析是动态电刺激方案的基础，要确切了解不同肌群在动作过程中的用力时序，才能精确确定肌群运动的刺激程序，保证电刺激与运动同步，促进动作的完成和动作效率的提高。并于同年开发出了新的专利产品便携式径前肌电刺激器（如图1、图2），是一款微型化的可佩带式医疗设备，由主机（ARM7的主控制芯片）、刺激电极线、刺激电极片、足底压力传感器、触发手柄等部件组成，采用锂电池供电，外壳带固定夹，机身重量只有150克，可挂在腰带或腿部绑带上。主要用于偏瘫病人足下垂步态的矫正和康复治疗，通过电刺激刺激病人的径前肌，达到矫正足下垂的目的，电刺激可由通过病人足底的压力传感器触发。喻欣楠[39]等关于动态电刺激的实证研究发现，患者佩带后，步行时的足下垂问题得到了改善，但其他时空参数并无显著性改变。

图1 动态电刺激可操作界面

图2 动态电刺激侧面插孔

在单通道动态电刺激仪的基础上，钱竞光课题组于2010年研制出多通道动态电刺激，该电刺激由8通道低频电流发生器组成，每个通道由两个电流输出电极。各通道的参数都可通过计算机编程分别控制和调整。压力感受器放于患者足跟处用于判断步态周期时相，并根据足底压力变化在合适的时期触发电刺激。考虑患者治疗过程中安全问题，此设备设定一个红色急停按钮，一旦病人出现不适可以紧急按下红色按钮，所有通道的电流将迅速关闭（图3），该仪器已经获得国家专利。并将此设备用于8名偏瘫患者步态研究，刺激部位选择股四头肌和胫骨前肌，采用配对样本T检验，发现加载电刺激时患者的肌肉力量、步宽、踝关节角度和膝关节角度均有改善[35]。

图3 多通道动态电刺激前面观

近年来，随着医疗器械行业的发展，出现了类似动态功能电刺激的设备，该类设备主要用于偏瘫步态的治疗。例如，盂殿怀等人[40]研究了电刺激辅助步行设备对偏瘫足下垂患者的影响，该研究结果表明佩带此设备能显著改善患者的步态。

上述研究选择电刺激的部位为腓总神经或胫骨前肌。腓总神经对胫骨前肌和腓骨长短肌都有支配作用，迈步相电刺激腓总神经虽然产生了踝背伸和足外翻，但不符合一般人体步行过程中肌肉收缩的特点（步行过程中，迈步相腓骨长短肌并不收缩[41]）。而选择胫骨前肌，将在步行中出现足内翻，特别是迈步相末期的内翻，导致足外侧缘着地，这可能也是部分研究中患者时空参数无改善的原因。同时上述动态电刺激的研究，往往停留在实验阶段（多通道动态电刺激）或者仅仅用于临床康复医学科的治疗（单通道电刺激），而将其做为居家康复的治疗手段尚无相关报道。

4 动态电刺激在脑卒中后踝关节功能障碍居家康复中应用的可行性分析

上述关于踝关节功能障碍的治疗大部分关注于小腿三头肌痉挛的处理，而忽略了踝背伸肌群的治疗，且针对背伸肌群也只在静态过程给予治疗。而踝关节功能障碍往往表现在步行过程中，故在步行过程给与治疗，将可能更有利于踝关节功能障碍的恢复。

随意运动的产生需要有完整的神经通路，并且大脑释放的电信号能传递到运动神经。对于脑卒中偏瘫患者神经通路基本是完整的，只是运动神经没有接收到大脑释放的合适电信号，而导致自主运动的能力缺失，但患者偏瘫侧的肌肉本身是具有兴奋和收缩能力的。通过功能性电刺激瘫痪肌群，使肌肉细胞去极化引起肌肉收缩，从而产生肢体运动。

功能性电刺激产生的电刺激信息和无数次重复的运动模式信息刺激本体感受器传入中枢神经系统，利于在脑中形成“记忆”，而这种“记忆”又会对运动功能的改善起长期效应[42]。由于偏瘫患者下运动神经元通路基本存在，这种刺激可到达脑区，对皮层下兴奋和抑制机制以及对控制运动功能的相关脑区，均有很大的影响。

动态电刺激是将功能性电刺激和步行运动分析技术相结合，根据病人患侧足跟压力设定触发压力阈值，根据足跟着地到足趾离地的时间，设定电流延迟刺激时间。为患者设定个体化治疗，在步行过程中给予模拟正常步态肌肉收缩时序的电刺激，将更有利于皮层中兴奋痕迹的建立。

考虑到患者回归家庭后，由于缺乏专业康复的服务，有效延续的踝关节康复治疗将很难实现。因此研究更适合居家康复治疗的设备就显得格外重要了。此设备操作简便，相对于踝足矫形器（ankle foot orthosis，AFO）。（1）动态电刺激可锻炼踝背伸肌群；（2）在患者迈步相给与电刺激，不仅对足下垂有矫正作用，同时不影响患者支撑末期蹬地动作的产生。此设备操作虽然简便，但仍需要具备一定的专业知识对设备相关参数进行设定，设备的进一步完善，最好针对不同类型的障碍设定治疗处方（包括刺激部位的选择），使操作更简便，以利于在居家康复中推广。

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Research Overview on Dynamic Electrical Stimulation and its Application in the Home Rehabilitation of the Ankle Joint Dysfunction After Stroke

GUO Liangliang1, QIAN Jingguang1, QIU Yongbin2, et al

1.Department of health, Nanjing Sport Institute, Nanjing JiangSu, 210014, China;2.PLA Brain Injury Rehabilitation Center, Nanjing General Hospital of Nanjing Military Command, Nanjing JiangSu, 210014, China.

With the development of the medical and rehabilitation technology, most of patients with stroke hemiplegia are on the mend in some degree by formal cure and rehabilitation. At least 20 percent of the patients, however, produce sequelae, such as foot drop, strephenopodia, which affect the improvement of patients walking ability.After retuning home, the patients with ankle joint disorders are worse for lack of professional rehabilitation. Therefore, solving the treatment of patients at home is an urgent problem. The purpose of this article is to review the characteristics, pathogenesis, evaluations and progress of ankle joint dysfunction after stroke and summarize present situation of home rehabilitation and analyze the principle of dynamic electrical stimulation to estimate the effect for home rehabilitation and to provide a new treatment for ankle joint dysfunction after stroke of home rehabilitation.

Dynamic electrical stimulation; Stroke; Ankle function disorder; Home rehabilitation

1007―6891（2017）05―0038―05

10.13932/j.cnki.sctykx.2017.05.10

A

2017-04-05

2017-05-03

国家自然科学基金项目资助，项目编号：31270998。