刚度优化的踝足矫形器对小腿肌肉无力患者步态稳定性的影响——一项探索性研究

《Journal of Biomechanics》：Effects of stiffness-optimized ankle–foot orthoses on gait stability in people with calf muscle weakness – An exploratory study

　　

摘要

尽管频繁使用踝足矫形器（ankle-foot orthoses, AFOs），稳定性问题在小腿肌肉无力患者中仍然存在。优化AFO刚度以最小化步行能量消耗，与常规护理AFOs相比，可改善步行相关结局。虽然步行能量消耗与步态稳定性相关，但刚度优化的AFOs是否能改善步态稳定性尚未被研究。研究人员开展了一项事后分析（post hoc analysis），纳入十名诊断为神经肌肉疾病且伴有双侧小腿肌肉无力的成年患者。通过三维步态生物力学分析，评估了三种条件下的步态表现：1）仅穿鞋行走；2）穿戴常规护理AFOs行走；3）穿戴刚度优化AFOs行走。步态稳定性通过步长和步宽变异性以及内外侧和前后向稳定性裕度（margin of stability, MoS）进行量化。采用广义估计方程（generalized estimating equations, GEE）分析三种条件之间的差异，并对步行速度进行了校正。与仅穿鞋或常规护理AFO相比，刚度优化AFOs对步长变异性（p = 0.054）或步宽变异性（p = 0.35）无显著影响。刚度优化AFOs条件下的内外侧稳定性裕度（0.060 ± 0.007 m）显著大于仅穿鞋条件（0.050 ± 0.005 m，p < 0.001），但与常规护理AFOs（0.058 ± 0.007 m）相比无显著差异。刚度优化AFOs条件下的前后向稳定性裕度（0.27 ± 0.03 m）显著大于仅穿鞋条件（0.26 ± 0.01 m）和常规护理AFOs（0.26 ± 0.015 m，p = 0.032）。初步结果表明，与常规护理AFOs相比，刚度优化AFOs可能改善前后向稳定性裕度，但并未改善其他稳定性指标。未来研究应探索专门针对稳定性进行AFO优化是否能提供额外获益。

论文解读：刚度优化的踝足矫形器对小腿肌肉无力患者步态稳定性的影响

一、研究背景与目的

对于患有神经肌肉疾病（如Charcot-Marie-Tooth病）并伴有小腿肌肉无力的患者而言，改善步态稳定性和降低跌倒风险是康复治疗的重要目标。这类患者因腓肠肌推力减弱（push-off）不足，常表现为步态不规则，步长和步宽变异性增加，平衡恢复能力受损，从而导致跌倒恐惧和生活质量下降。步态稳定性通常通过步态变异性（gait variability）和稳定性裕度（margin of stability, MoS）来量化。步态变异性反映步态的一致性，通常以步长和步宽的标准差表示；MoS则通过计算身体重心（center of mass, COM）相对于支撑面边缘的距离来量化机械稳定性，同时考虑COM的位置和速度。

在康复实践中，弹簧式踝足矫形器（ankle-foot orthoses, AFOs）常用于改善此类患者的步行能力。这类AFO通过能量储存与释放可增加踝关节推力，相比仅穿鞋可提高步行速度和降低步行能量消耗。然而，尽管使用AFO，患者的稳定性问题和跌倒率仍然较高。研究表明，通过个体化优化AFO刚度以最小化步行能量消耗，可进一步改善步行速度和日常感知功能，优于常规护理AFO。然而，刚度优化AFO是否能改善步态稳定性尚未得到验证。因此，本研究旨在比较仅穿鞋、穿戴常规护理AFO和穿戴刚度优化AFO三种条件下的步态变异性与稳定性裕度，验证刚度优化AFO能否改善步态稳定性。

二、研究方法概述

本研究是对PROOF-AFO试验数据的事后分析（post hoc analysis），该试验为前瞻性非对照干预研究。研究人员纳入了十名患有神经肌肉疾病并伴有双侧小腿肌肉无力的成年人（平均年龄59±12岁，其中5名男性；7名诊断为Charcot-Marie-Tooth病，其余分别患有强直性肌营养不良、脊髓灰质炎后综合征或三好远端肌病）。基线时评估仅穿鞋和穿戴常规护理AFO的数据，经过三个月居家使用刚度优化AFO后进行随访测量。刚度优化AFO采用定制碳纤维护壳和可更换的Carbon Ankle7 leaf?弹簧（Ottobock公司），刚度范围2.6–6.6 Nm/deg，通过预定义算法选择最小化步行能量消耗的最优刚度。步态分析使用8摄像头Vicon MX 1.3运动捕捉系统（Vicon, Oxford, UK），采用Plug In Gait标记模型，以舒适步行速度在12米步行道上进行。步态稳定性指标包括步长和步宽变异性、内外侧和前后向稳定性裕度（ML_MoS和AP_MoS）及其变异性。统计采用广义估计方程（GEE），以步行速度为协变量进行校正。

三、研究结果

3.1 时空参数与步态变异性

刚度优化AFO条件下的平均步行速度（1.14 m/s，95%CI：1.07–1.21）和步长（62 cm，95%CI：59–65）均显著高于常规护理AFO（速度：1.05 m/s，步长：58 cm）和仅穿鞋条件（速度：0.85 m/s，步长：52 cm）。步宽在三组间无显著差异。经步行速度校正后，步长变异性（p = 0.054）和步宽变异性（p = 0.35）在三组间均无显著差异。未校正步行速度时，常规护理AFO的步长变异性显著低于仅穿鞋条件（p = 0.015），但刚度优化AFO与常规护理AFO之间无显著差异。

3.2 稳定性裕度

经步行速度校正后，刚度优化AFO（0.060 m）和常规护理AFO（0.058 m）的ML_MoS均显著高于仅穿鞋条件（0.050 m，p < 0.001），但两种AFO之间无显著差异。AP_MoS在刚度优化AFO条件下（0.27 m）显著高于常规护理AFO（0.26 m）和仅穿鞋条件（0.26 m，p = 0.032）。ML_MoS变异性在两种AFO条件下均显著低于仅穿鞋条件（p = 0.034），而AP_MoS变异性在三组间无显著差异。

四、讨论与结论

本探索性研究结果显示，与常规护理AFO相比，刚度优化AFO仅增加了前后向稳定性裕度，并未改善内外侧稳定性裕度或步态变异性。AP_MoS的增加保持在正常参考范围内，表明刚度优化AFO并未导致过度加速而引发向前不稳。然而，AP_MoS与跌倒风险之间的关联尚存争议。刚度优化AFO未影响ML_MoS这一发现与脑瘫儿童的研究不同，可能因本研究中步宽和双支撑时间未发生变化，且刚度优化AFO未增加踝关节功率，减少了近端代偿的需求。

与仅穿鞋相比，刚度优化AFO同时增加了AP_MoS和ML_MoS，这与既往神经肌肉疾病研究显示AFO可改善动态步态指数（Dynamic Gait Index, DGI）的结果一致。步态变异性未因穿戴AFO而降低，提示AFO补偿了部分腓肠肌力量不足，但未改变足部放置的准确性，这可能与神经肌肉疾病患者本体感觉受损有关。

本研究存在样本量小、缺乏先验功效分析等局限。事后功效分析显示，对于ML_MoS和AP_MoS有足够的检验效能，但对于步长变异性功效不足（power = 0.60），可能为假阴性结果。此外，常规护理AFO的设计和刚度存在较大异质性，且步态分析在实验室环境中以非随机顺序进行。

研究结论为：这项探索性研究的结果表明，与常规护理AFO相比，刚度优化AFO增加了前后向稳定性裕度，但未改善内外侧稳定性裕度或步态变异性。由于刚度优化AFO仅影响前后向稳定性裕度，其对跌倒风险的影响可能有限。未来研究应探索专门针对稳定性进行AFO优化是否能对其他步态稳定性指标提供额外获益。