量化截瘫患者在重复电刺激辅助站起训练中上肢与下肢的贡献：一项初步研究

摘要

坐-站转移（SitTS）过程中上肢的参与程度取决于下肢肌肉的状态。在完成完整的坐-站转移周期过程中，已发现多种代偿策略。这些发现将脊髓损伤（SCI）个体在不同坐-站转移方式中双侧肢体所承受负荷的生物力学测量结果与其主观感受相互印证。

摘要

不完全性脊髓损伤（SCI）患者执行坐-站转移（SitTS）动作时，涉及上肢和下肢的运动功能。在SCI患者群体中，使用手臂支撑是完成坐-站转移动作的重要辅助因素。此外，对股四头肌和臀大肌施加功能性电刺激（FES）是临床上用于改善不完全性SCI患者下肢简单运动肌肉功能的推荐管理方法之一。然而，上肢与下肢在坐-站转移过程中的相对贡献尚未得到充分研究。两名运动功能不完全性SCI截瘫患者完成了重复坐-站转移直至疲劳的运动挑战。通过一项混合方法的病例对照研究，分析他们在有无FES辅助情况下的坐-站转移表现。共完成三组坐-站转移测试，每组之间安排5分钟休息时间，并在双侧股直肌表面放置机械肌电图（MMG）传感器。实验分为两个阶段进行：第1天为自主完成坐-站转移，第2天为FES辅助下的坐-站转移。每次实验后均进行问卷调查，以收集参与者对重复坐-站转移体验的反馈。分析结果证实，一个完整的坐-站转移周期可分为三个阶段：第1阶段（起立准备期），第2阶段（离座期），第3阶段（髋关节伸展启动期），分别占坐-站转移周期的23% ± 7%、16% ± 4% 和 61% ± 6%。在坐-站转移过程中，上肢与下肢的贡献程度因不同参与者的下肢医学研究委员会（MRC）肌力分级而异。特别是当下肢发力开始下降时，上肢施加的力会明显增加。该发现得到了显著降低的MMG信号的支持，表明下肢肌肉出现疲劳，且参与者自我报告感到疲倦。

引言

坐-站转移（SitTS）是人类日常生活活动（ADL）中一项重要的动作，也是站立、转移和行走等基本功能活动的前提。对于不完全性脊髓损伤（SCI）患者，尤其是截瘫患者而言，坐-站转移训练是实现其功能独立的关键活动^1,2。该训练对独立性康复至关重要，最终有助于提高脊髓损伤人群的生活质量。为了进行充分且有效的坐-站转移训练，有必要在训练过程中可行地测量其生物力学特征和肌肉活动情况。

在临床康复项目中，美国脊髓损伤协会（American Spinal Cord Injury Association, ASIA）损伤量表分级为AIS C的脊髓损伤（SCI）患者，其运动功能恢复的进展和可能性优于分级为AIS B的患者，后者存在完全性运动功能缺损。坐-站-坐（SitTS）测试的表现是评估SCI患者在康复过程中运动功能的重要指标³。然而，AIS C级的SCI患者需要上肢和下肢的共同辅助，才能完成一系列重复的SitTS动作。其中，上肢辅助在减轻膝关节负荷、提供足够的抬升力量以及确保运动过程中的身体平衡方面起着关键作用⁴。

本研究旨在描述不完全性脊髓损伤个体在重复进行坐立-站立（SitTS）过程中，上肢和下肢的生物力学贡献....

方案

本研究中的坐-站-坐（SitTS）运动及知情同意书已获得马来亚大学医学中心伦理委员会（2017119-4828）的伦理批准¹²。研究人员向每位参与者详细解释了研究流程，并在开始SitTS试验前获取了书面知情同意。本研究采用混合模式进行，其中定量数据通过生物力学分析获得，而主观评分则来自参与者的反馈访谈以及研究过程中研究人员与参与者互动的音频记录。该初步研究比较了参与者在自主完成SitTS运动时与在功能性电刺激（FES）辅助下完成该运动时上肢和下肢的参与程度。

1. 受试者选择

1. 对潜在的脊髓损伤（SCI）参与者进行评估。
   1. 向参与者详细说明SitTS方案的具体内容，包括研究周期（4天）和每次训练时长（SitTS：2小时）。
      注：第1天进行自愿性的SitTS，随后休息2天。之后在下一天继续进行功能性电刺激（FES）辅助的SitTS，并定义为第2天。
   2. 向潜在参与者说明医学入选要求，包括性别不限，脊髓损伤美国脊髓损伤协会（AIS）分级为C级 （能够站立），年龄18–60岁，伤后时间超过12个月，并愿意穿着特定服装。
      注：AIS C级SCI参与者均已签署书面知情同意书，自愿参加本研究。参与者1为男性（45岁；体重指数（BMI）20.32 kg/m²），参与者2为女性（49岁；....

结果

共完成了399次和463次SitTS试验，分别对应未使用和使用FES辅助的情况。各组试验所贡献的试验次数已列于下表。 表2受试者在腿部接受电刺激（即功能性电刺激，FES）的情况下能够完成更多的坐-站-坐（SitTS）试验。总体而言，两名受试者在FES辅助下均完成了更多次SitTS试验。这表明FES有助于刺激受试者的股四头肌，从而在较长时间内支持其完成SitTS动作。²⁰本研究描述了SitTS的三个阶段。第1阶段从动作开始时算起，持续至臀部离开座椅。第2阶段指从臀部离开座椅至髋关节屈曲达到最大值的时间段。第3阶段从髋关节伸展开始，持续至动作结束。各阶段分别占SitTS周期的23% ± 7%（第1阶段）、16% ± 4%（第2阶段）和61% ± 6%（第3阶段），如图所示。 图3本研究根据Kagaya等人先前的一项研究，将SitTS分为三个阶段，该研究采用类似的运动方案，其中脊髓损伤（SCI）参与者使用手部辅助。²¹第1阶段的贡献值标准差（SD）最高，为.......

讨论

本研究证实了脊髓损伤（SCI）个体在坐-站-坐（SitTS）运动过程中存在体重贡献。该研究提出，上肢支撑装置（SF）是截瘫患者顺利完成SitTS循环的重要辅助设备。此外，本研究开发了一种仪器化的SF，以确保同时评估上肢施加的力²⁸。研究中还引入了机械肌电图（MMG）技术，用于观察参与SitTS动作的主要肌肉，帮助研究人员更深入地理解SitTS运动表现。此外，通过反馈环节，研究人员获得了受试者主观感受的相关信息，从而为SitTS研究的定量数据提供了支持性证据。

代表性结果显示出腿部作用力的负值，表明在进行校准之前，足部存在已被消除的作用力（图8）。该SitTS方案解决了在运动初期产生腿部作用力负值这一局限性。因此，研究人员应针对未来类似的SitTS运动，预期采用相应的条件修正技术。此外，我们发现，在FES辅助的SitTS运动过程中，与肌电图（EMG）相比，MMG设备更适合用于测量肌肉活动。

MMG 提出了一种替代肌电图（E.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
定制座椅			定制座椅根据测力台的尺寸制作。
FES RehaStim 2	Hasomed		一种可向肌肉施加电刺激的设备。
FlexiForce A201	Tekscan, Inc., USA	力测量范围：0–100 磅（440 N）	力传感器用于在站立架上采集上肢力量数据。
可折叠站立架		高度：70.0 cm – 90.0 cm	从本地医疗公司购买的助行架。
Motion Analysis	Vicon Oxford, UK		用于记录活动过程中运动学与动力学数据的系统。
串口终端应用程序	CoolTerm	版本 1.4.6；Roger Meier 开发	用于记录力传感器数据的应用程序。
振动肌图软件	BIOPAC System Inc., USA	AcqKnowledge 4.3.1	用于记录和存储原始 MMG 数据的软件，同时具备离线分析功能。
VMG 传感器与 BIOPAC 振动肌图系统	BIOPAC System Inc., USA	BP150 和 HLT100C	用于测量肌肉活动的设备。