《Brain Sciences》：Corticomuscular Coherence in Post-Stroke Motor Function and Recovery
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**摘要**
**背景**：关于动力型可穿戴外骨骼步行训练在慢性缺氧缺血性脑病（hypoxic-ischemic encephalopathy, HIE）患者中的应用证据几乎空白，且现有研究聚焦于宏观功能结局，忽视了关节水平神经肌肉力生成特征，如力发展速率（r
**摘要**
**背景**：关于动力型可穿戴外骨骼步行训练在慢性缺氧缺血性脑病（hypoxic-ischemic encephalopathy, HIE）患者中的应用证据几乎空白，且现有研究聚焦于宏观功能结局，忽视了关节水平神经肌肉力生成特征，如力发展速率（rate of force development, RFD）。**目的**：检验为期六周的动力型外骨骼步行训练程序对慢性HIE所致四肢轻瘫患者的等长髋部力量与RFD、坐-站（sit-to-stand, STS）表现、额状面髋部力量及压力中心（center-of-pressure, CoP）动力学的影响。**方法**：采用个案报告设计，进行干预前后评估。一名47岁男性慢性HIE所致四肢轻瘫患者（2017年发病）完成了18次（每周三次，共六周）动力型下肢外骨骼步行训练。结局指标包括等长髋部峰值力与RFD（DynaMo, Vald Performance）、STS峰值力与体质量标准化RFD（ForceDecks, Vald Performance）、额状面髋部力量（ForceFrame, Vald Performance）以及CoP路径长度与平均速度。**结果**：双侧髋伸展峰值力增加247–256%，髋伸展RFD增加174–188%，而髋屈曲峰值力变化甚微（+3.3–5.2%）。体质量标准化STS RFD增加250%（10至35 N·s-1·kg-1），为所有结局指标中相对增幅最大者。髋外展力量增加27.1–36.8%，双侧对称性改善；髋内收不平衡由右侧优势逆转为左侧优势。CoP路径长度与平均速度均下降3.7%。**结论**：六周动力型外骨骼步行训练选择性地增强了时间依赖性神经肌肉输出——特别是RFD——超越了最大力量增益，同时在STS期间实现了功能性承重接受的有意义改善。这些发现支持基于外骨骼的训练作为慢性中枢神经系统（central nervous system, CNS）损伤患者康复策略的前景。
## 研究背景与问题提出
缺氧缺血性脑病（HIE）源于全脑缺氧导致的细胞代谢稳态紊乱，引起病变核心坏死及周边半暗带缺血性损伤。该损伤影响包括皮质脊髓束在内的下行运动通路，所致功能障碍反映感觉整合与神经肌肉控制的缺陷，而非单纯肌力下降。HIE相关四肢轻瘫患者表现出本体感觉障碍、痉挛、反射亢进、运动单位募集延迟及不对称肌肉激活等特征。其核心缺陷在于神经肌肉输出的质性下降——具体表现为RFD降低和发力起始延迟，而非单纯最大力量减少。RFD即在50–100 ms内产生力量的能力，是早期支撑相成功承重接受和坐-站转换的关键决定因素，脑损伤后RFD降低与移动能力下降及跌倒风险增加相关。
步态稳定性还依赖于额状面髋外展功能，该功能在单肢支撑期维持骨盆水平并限制躯干侧向位移；其损伤导致代偿актив性躯干策略和步态不对称。坐-站表现作为功能独立的核心，同样受下肢力量、体重分布及座椅高度、扶手使用等任务相关因素影响，CNS损伤患者在坐-站过程中呈现患肢承重减少且不对称。
静态站立反映感觉整合与姿势控制策略。压力中心（CoP）动力学被用于量化神经损伤后的姿势控制；CoP位移减少反映僵硬策略，过度变异则反映不稳定策略。
活动能力降低导致久坐生活方式及继发性并发症，包括心肺功能和骨密度下降。恢复步态因此成为主要康复目标，但常规方法——任务导向训练和减重平板训练——受限于重复强度和治疗师依赖性，固定式机器人外骨骼仍受预编程轨迹约束。动力型可穿戴外骨骼作为替代方案出现，能够在真实环境中进行重复、对称性步行练习。系统综述表明，基于外骨骼的训练可改善步态速度、移动能力和功能独立性，近期研究还报告了肌肉激活模式和承重对称性的改变。
根据运动控制理论，高效运动更少依赖绝对肌力，而更多依赖肌肉激活的时间组织和感觉重加权策略，这些能力在CNS损伤后受到破坏。康复因此应针对神经肌肉输出的时间特征，而非仅关注力量。然而，现有外骨骼文献主要聚焦于步速等宏观结局，全面检验关节水平RFD、额状面髋稳定性、坐-站承重接受及CoP动力学的研究仍有限。因此，本个案报告检验了为期六周的动力型可穿戴外骨骼步行训练干预对慢性HIE所致四肢轻瘫患者的影响，涵盖：（1）关节水平神经肌肉力生成特征（RFD）；（2）额状面髋稳定性；（3）坐-站期间功能性承重接受能力；及（4）静态站立期间姿势控制。
## 关键技术方法
本研究采用干预前后评估的个案报告设计，在一名47岁慢性HIE所致四肢轻瘫男性患者中开展（2017年因心脏骤停导致缺氧性脑损伤，研究时处于症状发作后七年以上的慢性期）。干预方案为使用三星Bot Fit动力型下肢外骨骼进行为期六周（共18次，每次约15–25分钟）的重复性步行训练，由训练有素的物理治疗师监督，采用“按需辅助”控制算法根据患者残余运动能力调节辅助扭矩。主要评估技术包括：（1）使用手持式测力计（DynaMo, Vald Performance）评估等长髋部力量与RFD（0–200 ms力-时间曲线斜率）；（2）使用双测力板系统（ForceDecks, Vald Performance）评估坐-站峰值力及体质量标准化RFD；（3）使用等长力量测试系统（ForceFrame, Vald Performance）评估额状面髋外展/内收力量及肢体间不平衡度；（4）使用同一双测力板系统在睁眼/闭眼条件下进行30秒静态站立，采集CoP路径长度和平均速度作为姿势稳定性指标。所有评估由同一检查者在相同测量条件下进行。
## 研究结果
**等长髋部肌肉力量变化**：干预后髋伸展力量显著增加。左侧髋伸展峰值力从66 N增至235 N（+256%），右侧从65 N增至226 N（+247%）。髋伸展RFD同样大幅增加：左侧从145 N·s
-1增至398 N·s
-1（+174%），右侧从151 N·s
-1增至435 N·s
-1（+188%）。相比之下，髋屈曲峰值力变化较小：左侧增加5.2%（249 N至262 N），右侧增加3.3%（274 N至283 N）。值得注意的是，干预前髋屈曲值（249–274 N）已远超髋伸展值（65–66 N），这与HIE中上行运动神经元损伤导致的屈肌高张力和痉挛性屈曲优势一致。
**坐-站（STS）表现变化**：STS峰值力从639 N增至799 N（+25%）。体质量标准化STS RFD从10 N·s
-1·kg
-1增至35 N·s
-1·kg
-1（+250%），为所有结局变量中相对增幅最大者。
**额状面髋部力量适应性变化**：干预后额状面髋部肌肉力量增加。髋外展力量左侧增加27.1%，右侧增加36.8%。值得注意的是，外展的肢体间不平衡从14.7%降至6.7%，呈现改善双侧对称性的趋势，较弱侧（右侧）呈现比例更大的增益。髋内收力量左侧增加43.7%，右侧增加14.6%。内收的肢体间不平衡方向发生逆转——从干预前的右侧优势（-14.7%）转为干预后的左侧优势（+6.7%），提示外骨骼训练程序后额状面神经肌肉激活模式发生实质性转变。
**静态平衡变化**：干预后静态站立期间CoP总路径长度下降3.7%。CoP平均速度同样下降3.7%。其他姿势稳定性指标未观察到显著变化。
## 讨论与结论
本研究的关键发现表明，六周动力型下肢外骨骼步行训练选择性地增强了时间依赖性神经肌肉输出——特别是RFD——其增益超越最大肌肉力量，同时伴有坐-站期间功能性承重接受的显著改善和额状面髋部肌肉对称性提高。这些发现提示，基于外骨骼的步行训练可能改变以髋为中心的神经肌肉输出策略，超越单纯重复性步行练习的效果。
从神经肌肉解释角度，RFD的增加可能反映早期运动单位募集增强和运动单位放电同步化改善，尽管本研究未直接进行神经生理学确认。RFD是比最大肌肉力量更敏感的中枢神经系统快速激活能力指标，在CNS损伤后可能相对于峰值力不成比例地受损。此处观察到的髋伸展RFD选择性改善与外骨骼训练范式任务需求一致，即步态推进相反复要求髋伸展驱动，可能促进支撑相和推进相髋伸肌的任务特异性激活，并贡献于适应性CNS运动控制改变。体质量标准化STS RFD的大幅增加（+250%）提示功能性任务表现期间更高效的神经肌肉输出。髋屈曲峰值力量微小增益与髋伸展及STS RFD显著增益之间的脱节，进一步支持时间依赖性力量能力作为该中枢性神经损伤患者一个独特且有临床意义的神经肌肉维度。额状面肢体间不平衡的减少，包括内收优势方向从右至左的逆转，与CNS损伤特征性不对称神经肌肉激活模式的适应性改变一致。
临床意义方面，研究结果表明以髋为中心的神经肌肉输出能力在慢性神经损伤患者功能性运动恢复中发挥重要作用。特别是，RFD与需要短暂时间窗内快速力量产生的功能任务密切相关，如坐-站、步态启动和体重转移。基于外骨骼的步行训练因此代表一种潜在康复策略，通过增强以髋为中心的神经肌肉输出来改善功能表现能力，超越简单步行练习所能达到的效果。这些发现进一步强调需要将时间依赖性力量指标如RFD纳入康复评估，与最大肌肉力量同等对待。
本研究存在若干局限性：作为单个患者的个案报告，结果推广性受限；仅进行单次基线评估而非多次序列基线测量，无法排除基线评估时参与者处于非典型状态的可能性；缺乏表面肌电图（sEMG）直接评估肌肉激活模式和皮质运动兴奋性神经生理学指标，无法直接阐明观察变化的神经机制；未使用改良Ashworth量表等标准化量表评估痉挛，不能排除肌张力变化对观察到的等长力量和RFD增益的贡献；DynaMo测力计采用手持式手动对抗法而非机械固定装置，在0–200 ms早期时间窗内RFD的精确定量受检查者相关变异性影响，绝对RFD值应极其谨慎地解释；尽管使用双测力板系统进行STS评估，但软件输出无法提取单肢负荷数据，无法直接量化STS期间体重承重不对称的变化；未纳入功能独立性、步态表现或跌倒风险的标准化临床结局测量。
**研究结论**：六周动力型可穿戴外骨骼步行训练产生了选择性和有临床意义的时间依赖性神经肌肉输出改善——特别是RFD——其增益超越最大肌肉力量，同时伴有坐-站期间功能性承重接受增强和额状面髋部肌肉对称性改善，见于该名慢性HIE所致四肢轻瘫患者。这些发现凸显RFD作为敏感且有功能相关性的康复目标，可能无法被传统力量评估充分捕捉。动力型外骨骼步行训练展现出作为康复策略的前景，能够驱动超越单纯重复性步行练习所能实现的神经肌肉适应性改变，适用于慢性CNS损伤患者。未来需要更大样本和神经生理学测量的对照研究来确认这些发现并阐明潜在机制。
