痉挛型脑性瘫痪儿童持续行走过程中步态参数与肌肉激活的时间变化

《Frontiers in Pediatrics》：Temporal changes in gait parameters and muscle activation during sustained walking in children with spastic cerebral palsy

　　

摘要

目的：步态时空参数与肌肉激活的时间变化可能反映痉挛型脑性瘫痪（spastic cerebral palsy, SCP）儿童在长时间行走过程中步态的进行性恶化。方法：采用便携式步态分析系统与表面肌电（surface electromyography, sEMG）评估15名SCP儿童及15名年龄匹配的健康对照者在3分钟行走方案中的步态特征。受试者以自选速度在水平地面上行走。在预设时间点评估步态时空参数、能量消耗以及双侧腓肠肌和胫骨前肌的肌肉激活。采用线性混合效应模型（linear mixed-effects model, LMM）检验组别与时间的交互作用，同时考虑受试者内部的重复测量。结果：线性混合效应模型分析显示，站立相、摆动相、步长、下肢前向加速度、足廓清角度和步行速度均存在显著的组别×时间交互作用（均P??0.05）。能量消耗方面，显著的组别×时间交互作用（P?=?0.047）表明SCP组在第三分钟仍维持较高的代谢成本，而对照组则呈下降趋势。同样，双侧腓肠肌（P?=?0.002）和胫骨前肌（P?=?0.006）的标准化均方根振幅（root mean square, RMS）均观察到显著的组别×时间交互作用，反映SCP组从第二分钟起肌肉激活出现更明显的时间性下降。结论：SCP儿童在长时间行走任务的后期可能表现出步态时空参数和肌肉激活模式的逐渐变化。这些发现提示，SCP儿童的选定步态和肌电参数在连续行走约2分钟后开始改变，表明在康复训练中存在一个可能需要更密切监测或安排结构化休息的潜在时间窗口。在做出明确临床推荐之前，需要进一步开展结合直接跌倒风险评估和经过验证的疲劳测量的研究。

痉挛型脑性瘫痪儿童持续行走过程中步态与神经肌肉变化的研究解读

一、研究背景与目的

脑性瘫痪（cerebral palsy, CP）是一组由发育中胎儿或婴儿脑部非进行性损伤导致的持续性中枢性运动与姿势发育障碍，分为痉挛型、运动障碍型、共济失调型和混合型。其中痉挛型脑性瘫痪（spastic cerebral palsy, SCP）占全部病例的一半以上，是临床管理和研究的重点。SCP以肌张力异常、肌力下降、继发性挛缩和骨骼肌肉畸形为特征，这些损害可导致步行效率降低、易疲劳性增加以及跌倒风险升高。既往研究已证实，脑瘫儿童在长时间行走中会出现下肢肌肉疲劳、神经肌肉激活改变和步态时空参数恶化。例如，Eken等观察到5分钟地面行走中下肢肌电中位频率加速下降，Ettema等报道6分钟跑步机步行中出现进行性肌电改变和肌肉疲劳增加。然而，在连续地面行走过程中，这些步态和肌电参数开始偏离正常模式的具体分钟级时间起点仍不清楚。确定这一时间阈值可能为理解步行疲劳机制和优化康复策略提供重要依据。本研究旨在确定SCP儿童步态恶化的时间起点，从而为日常活动和康复建立循证的行走—休息间隔，并为临床实践提供理论与实验基础。

二、研究方法概述

本研究为探索性观察研究，纳入15名来自滨州医学院附属医院儿童康复中心门诊的SCP儿童和15名年龄、性别、体质量指数（body mass index, BMI）匹配的健康对照者。SCP组纳入标准包括：符合中国脑瘫康复指南（2022）诊断、粗大运动功能分级系统（Gross Motor Function Classification System, GMFCS）Ⅰ–Ⅱ级、年龄3–6岁、能配合指令；排除标准包括近6个月使用抗惊厥药或肉毒毒素、严重癫痫等。为减少双侧不对称混杂，研究者采用爱丁堡可视化步态评分（Edinburgh Visual Gait Score, EVGS）肢体对称性子评分≤2且步长对称指数<15%的入组标准。所有受试者以自选速度在20 m×2 m硬质水平地面上往返行走3分钟，剔除每段直线行走首尾两步及转身阶段，仅保留稳态直线步态周期进行分析。每位受试者完成6次3分钟行走试验，试验间静坐休息约2分钟，总行走暴露量18分钟。便携式智能步态分析系统（IDEEA, Minisun, USA）采集时空参数和能量消耗，无线表面肌电系统（Delsys Trigno, USA）以2000 Hz记录双侧腓肠肌和胫骨前肌肌电信号，肌电振幅以均方根（root mean square, RMS）量化，并以行走最初10秒的均值标准化。统计分析采用独立样本t检验、配对t检验、重复测量方差分析和线性混合效应模型（linear mixed-effects model, LMM），以受试者为随机截距，组别、时间和侧别为固定因素，通过似然比检验评估交互作用显著性。

三、研究结果

3.1 步态与能量消耗分析

SCP组双侧步态参数比较显示，随着行走时间增加，右侧单步时间在第2、3分钟较行走初期增加，双侧步频下降，右侧站立相比例增加、摆动相比例减少，而左侧变化相对较小，提示部分参数在右侧变化更显著（P?
能量消耗方面，两组均在行走初期上升、第2分钟达峰后下降，但SCP组在第3分钟仍维持显著高于对照组的能耗水平（P?
3.2 表面肌电分析

标准化RMS值显示，行走初期两组均约100%；从第2分钟起，SCP组双侧腓肠肌和胫骨前肌激活较基线呈下降趋势，与对照组的差异在双侧多个时间点均达显著（P?
四、讨论与研究结论

本研究采用重复试验设计，SCP儿童和健康对照者各完成6次3分钟地面行走，间隔2分钟坐位休息。LMM分析显示SCP组在站立相、摆动相、步长、下肢前向加速度、足廓清角度和步行速度方面与对照组出现显著不同的时间轨迹，且从第2分钟起组间差异开始显现。同时，双侧腓肠肌和胫骨前肌标准化RMS振幅在SCP组呈现更陡峭的时间性下降。能量消耗在SCP组持续升高至第3分钟，而对照组表现为下降轨迹，暗示达到稳态。

讨论部分指出，重复试验设计引入了累积疲劳成分，2分钟休息可能不足以完全恢复磷酸原代谢，但这增强了日常活动模式的生态效度，因为SCP儿童通常进行间歇性而非持续性行走。步态速度对时空参数存在独立影响，但LMM框架通过建模组别×时间交互作用，表明观察到的参数变化超出单纯速度变化所能解释的范围，反映疲劳相关的神经肌肉损害。胫骨前肌和腓肠肌作为踝关节背屈和跖屈的主要肌肉，其RMS下降可能源于中枢疲劳（运动皮层或脊髓运动神经元池的自主驱动失败）或外周疲劳（神经肌肉接头或兴奋—收缩耦联失败），具体机制需通过抽搐插值或运动单位分解等技术进一步研究。能量消耗的持续升高表明SCP儿童维持步态稳定需要更高的代谢需求，且随步态参数和肌肉激活的同时恶化，神经肌肉效率逐渐下降。

研究局限性包括：样本量较小（每组15人），属于探索性假设生成研究；使用可穿戴传感器而非光学运动捕捉，对足廓清角度等运动学变量的准确性有限；转身步态的排除基于算法阈值而非力台定义；改良Ashworth量表仅评估静态被动条件下的痉挛，不能反映动态痉挛；2分钟试验间休息不足以完全恢复疲劳，重复试验设计可能引入顺序效应。结论认为，SCP儿童在重复行走过程中表现出步态时空参数、踝关节肌肉激活和能量消耗的时间性改变。单步时间、站立—摆动分布、足廓清角度以及标准化腓肠肌和胫骨前肌RMS振幅的组间差异从第2分钟起出现，而代谢需求在SCP组持续升高。这些发现表明持续行走可能给SCP儿童带来更大的神经肌肉和代谢挑战。然而，疲劳为间接推断，未直接评估跌倒风险，且重复试验设计、小样本、可穿戴传感器方法和静态痉挛评估限制了普适性。未来需采用连续行走方案、经过验证的疲劳测量和直接功能结局指标，以阐明这些时间性变化的临床意义。该研究发表于《Frontiers in Pediatrics》。