单侧脑瘫儿童的双手协调能力：短期密集双手训练对时空特征的影响

《Human Movement Science》：Bimanual coordination in children with unilateral cerebral palsy: Effects of short- and intensive bimanual training on spatiotemporal characteristics

　　

# 摘要

**目标**

本研究旨在比较短期与强化双手训练对单侧脑瘫(UCP)儿童双手协调时空间特征的影响。

**方法**

在一项前瞻性重复测量设计中，28名UCP儿童完成了两种训练方案：短剂量(75次速叠杯练习；约1–1.5小时)和强化剂量(30小时手-臂双手强化训练)。双手运动时间以完成九次叠杯练习的平均时间作为双手学习指标。采用三维运动分析评估时空间运动学特征。对于双手协调(叠6个杯子)任务，结果指标包括归一化运动重叠、总任务时长和参与时间。对于对称双手任务(同时搬运两个杯子)，分析任务同步性和完成时间。两个任务中均评估了峰值切向速度和手部轨迹。采用重复测量的一般线性模型分析训练剂量和肢体侧别的影响。

**结果**

训练剂量对运动时间有显著主效应(p < 0.001)，两种剂量均表明双手学习有所改善。在双手协调任务中，强化剂量在归一化运动重叠、总任务时长、手部轨迹和参与时间方面均取得显著更大的改善(所有p = 0.001)。峰值切向速度存在剂量与肢体侧别的交互作用(p = 0.03)，显示受影响较重肢体的速度改善更大。在对称任务中，剂量主效应仅在手部轨迹中发现(p < 0.03)。

**结论**

短期和强化双手训练均改善了UCP儿童反映双手学习和协调的双手运动时间。虽然强化训练取得了更大改善，但即使是短暂的、具有生态效度的任务也能产生可测量的改善，这凸显了在儿童神经康复中训练强度和任务特异性的的重要性。

# 引言

单侧脑瘫(UCP)儿童表现出感觉运动障碍，如无力、痉挛、不自主运动和运动规划缺陷，导致身体一侧的运动控制异常(Surkar, Hoffman, Davies, Harbourne, & Kurz, 2018; Surkar, Hoffman, Davies, Harbourne, & Kurz, 2019; Surkar, Hoffman, Harbourne, & Kurz, 2018)。这些障碍阻碍了儿童执行协调的双手任务的能力，如系鞋带、扣纽扣、进食等，这些是功能独立性所必需的日常活动(Birtles等，2011；Coluccini, Maini, Martelloni, Sgandurra, & Cioni, 2007; Hung等，2012)。此外，由于感觉运动障碍，UCP儿童通常依赖其受影响较轻的上肢(UE)，而不会主动在双手任务中动用其受影响较重UE所保留的功能(Houwink, Aarts, Geurts, & Steenbergen, 2011)。这种对受影响较重UE的使用限制可能导致发育性忽视，即儿童对其受影响的手变得不那么敏感，随时间推移加剧双手协调困难，进而影响功能独立性和整体生活质量(Steenbergen, Charles, & Gordon, 2008; Zielinski, Jongsma, Baas, Aarts, & Steenbergen, 2014)。

强化运动学习干预措施，如手-臂双手强化疗法(HABIT)(Gardas等，2023; Surkar等，2018)和约束诱导运动疗法(CIMT)(Dong, Tung, Siu, & Fong, 2013)，在改善UCP儿童双手协调和增强其受影响较重UE功能方面显示出前景。常用的临床评估，如Jebsen手功能测试、九孔柱、辅助手评估(AHA)和加拿大职业表现测量(COPM)，已用于评估这些干预措施的有效性(Ouyang, Yang, Qu, Koduri, & Chien, 2020; Shierk, Lake, & Haas, 2016)。虽然这些评估很重要，但它们存在显著局限性，因为它们通常侧重于单手动巧性或受影响较重UE在双手任务中的自发使用，但无法客观衡量手部使用质量、运动准确性或双手活动期间的时空间特征(Gardas等，2023; Jaspers等，2009)。此外，一些评估如AHA需要基于视频录像的专家编码，而其他评估如COPM则容易产生主观偏差(Adams, 2005; Elad等，2013)。为了更好地捕捉双手协调的动态和复杂性质，需要更客观和全面的测量方法(Jaspers等，2009)。

三维运动分析(3DMA)提供了一种客观方法，用于量化实际生活中双手协调的时空间特征(Jaspers等，2009)。虽然3DMA已被用于研究单手动任务或基本双手任务，如伸手和抓取，但很少应用于更准确地反映日常生活的功能活动(Kelso, Southard, & Goodman, 1979; Steenbergen, Hulstijn, de Vries, & Berger, 1996; Swinnen, 2002)。近期研究已将3DMA用于双手任务，如用杯子喝水、在桌上移动盒子、伸手按电灯开关或儿童友好的方案，如Nintendo Wii，或需要双手用操纵杆驾驶飞机的游戏场景(Cacioppo等，2020; Klotz等，2014; Mailleux等，2017; Rudisch等，2016)。然而，这些方案中许多要么过于简单，无法完全捕捉协调模式，要么涉及复杂的实验设置，限制了可行性。像叠杯这样的任务，需要双手协调完成复杂的多步骤动作，代表了双手协调更具生态效度的测量(Surkar, Willson, Cassidy, Kantak, & Patterson, 2023)。叠杯需要以特定模式伸手、抓取、移动和释放杯子，要求双手协调。叠杯涉及同相和反相运动(Kelso & Sch?ner, 1988; Swinnen, 2002)，调动了许多日常活动所需的时空间协调。本研究采用了两个不同的叠杯任务来研究同相和反相运动的运动学。对称表现任务，即儿童用双手快速拿起并将杯子放入目标位置，旨在评估同相运动。相反，协调任务涉及通过双侧合作以特定模式叠起六个杯子，用于评估反相运动。

本研究的另一个重要方面是比较短期和强化双手训练后双手协调的时空间特征。历史上，评估UCP儿童双手协调时空间特征的研究侧重于强化剂量(90小时)的双手疗法(Ouyang等，2020)。尽管强化干预措施前景广阔，但这些强化疗法可能昂贵且耗时。UCP儿童的典型治疗方案是每周1–2小时的治疗，持续数月(Ferrante等，2019)，这提出了即使是短暂的练习期如何影响双手协调的问题。先前的研究，如涉及HABIT方案中抽屉开启任务的研究，已证明强化疗法可改善双手协调的时空间测量指标(Hung, Casertano, Hillman, & Gordon, 2011)。然而，尚无研究专门将这些改善与较短时间(1–1.5小时)的训练时段进行比较。本研究旨在填补这一空白，通过研究短期和强化双手训练的效果，这些训练旨在反映临床治疗时段的典型时长。通过分析这一短暂双手练习后3DMA的时空间特征，我们旨在获得关于运动准确性、重叠和受影响较重UE轨迹变化的有价值客观见解，这些可能传统评估如AHA所遗漏的。

因此，本研究旨在探讨不同剂量(短期与强化)的双手训练如何影响UCP儿童双手协调的时空间特征。我们假设短期和强化双手训练都将改善协调性，这反映在协调叠杯任务的时空间指标中，与短期训练相比，强化训练获得更大的改善。通过解决临床评估方法和干预措施实践中的现有空白，本研究将为不同双手练习时段如何影响日常任务的功能结果提供有价值的信息，可能为该人群提供更可行且更易获取的改善双手协调方法。

# 试验设计

本研究是一项随机对照试验(NCT05355883和NCT05777070)的附属分析。这是一项在NC州东卡罗来纳大学(ECU)儿科评估与康复实验室(PeARL)和人体运动分析实验室(HMAL)进行的前瞻性重复测量训练研究。东卡罗来纳大学大学及医疗中心机构审查委员会批准了本研究。我们获得了书面家长同意和儿童同意。研究于11月开始进行……

# 结果

28名UCP儿童，年龄6–16岁(均值±标准差：10.4±3岁，男性=22，女性=6)，手动能力分级系统(MAC) I–III级(I=5，II=9，III=14)参与了本研究。图4展示了CONSORT流程图，详细说明了参与者如何通过研究，包括退出者，及其纳入分析的情况。表1总结了参与者的人口统计学和临床特征。

# 讨论

本研究的主要目的是比较两种剂量(短期和强化)的双手训练对UCP儿童双手学习和双手协调时空间特征的影响。我们采用了一种新颖的速叠杯任务，在两种范式下——双手协调和对称表现——来检查训练后时空间特征的变化。UCP儿童在两种训练剂量后双手运动时间均有所改善，表现为减少……

# 结论

在UCP儿童中，短期和强化双手训练均改善了代表双手学习及双手协调时空间特征的双手运动时间，强化剂量取得了显著更大的改善。值得注意的是，我们的研究结果表明，即使是使用具有生态效度任务的短暂训练期，如速叠杯，也能增强时空间协调性。然而，只有强化训练剂量产生了具有临床意义的……

# CRediT作者贡献声明

Shailesh S. Gardas：写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿，可视化，软件，方法论，调查，正式分析，数据整理。

John Willson：写作 – 审阅与编辑，验证，监督，软件，方法论，调查。

Swati M. Surkar：写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿，可视化，验证，监督，软件，资源，项目管理，方法论，调查，资金获取，正式分析，数据……

# 伦理声明

已获所有参与者或其法定代理人书面知情同意参与本研究并发表文章。参与者隐私权已得到保护。

本研究在研究所在地遵守相关法律法规、监管框架和指南进行。

本研究获得东卡罗来纳大学大学及医疗中心机构审查委员会批准。(批准号：21–001913)

本临床研究结果……

# 资金

本工作由美国国立卫生研究院尤妮斯·肯尼迪·施里弗国家儿童健康与人类发展研究所支持，资助编号R03HD107644，主要研究者Swati M. Surkar，以及美国物理治疗协会(APTA)儿童物理治疗(资助号21-0810)支持，主要研究者Swati M. Surkar。

# 利益冲突声明

作者声明他们不存在已知的可能影响本论文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。

# 致谢

我们感谢参与本研究的儿童及其家庭，认证临床治疗师(Christine Lysaght医生和Caroline Adams医生)，以及HABIT营地的所有志愿者(物理治疗和作业治疗学生)干预者所做的贡献。我们衷心感谢研究生助理Brody Morton、Taylor Key、Caroline Pusey-Brown、Katie Woosley、Natalie McBryde、Grant Kirkman和Tanner Hallgren对本项目的贡献。

Shailesh S. Gardas | John Willson | Swati M. Surkar
东卡罗来纳大学物理治疗系，美国北卡罗来纳州格林维尔，NC 27834