脊髓损伤康复中的生物力学分析课件

脊髓损伤康复中的 生物力学分析,主讲人：荣湘江 中国康复医学会理事 “中国康复医学杂志”编委 中国康复医学会康复治疗专业委员会常委 首都体育学院康复教研室主任 首都体育学院康复实验室主任,一. SCI生物力学分析的发展 二. 脊髓损伤的生物力学分析 三. SCI患者日常行为的生物力学分析 四. SCI患者运动康复策略的调整 五. 结论与展望,一. 生物力学分析的概念与发展,脊髓损伤（spinal cord injury, SCI）是由于各种原因引起的脊髓结构和功能损害，造成损伤水平以下脊髓功能障碍，导致正常运动、感觉和自主功能改变的损伤性疾病。随着现代化生活水平的提高以及现代交通事业和工矿业的发展，脊髓损伤的发病率呈逐年上升趋势 。,近年来，生物力学现代测量技术迅速发展，以三维动态测力、三维摄像、多道机电测量以及它们之间的同步测量技术为标志，大大提高了系统的测量精度。surface electromyogram, SEMG测试系统的发展为人体三维运动的立体分析提供了可靠、便捷的研究技术， 对于脊髓损伤中生物力学的研究可明确损伤机制并指导康复治疗。,二. 脊髓损伤的生物力学分析,脊柱损伤常累及脊髓,脊髓损伤通常是由于椎体撞击充满液体的硬膜囊,进而压缩其内部结构而产生。这一损伤过程的速度及持续时间主要取决于机械创伤的能量通过由硬膜、蛛网膜、蛛网膜小梁及软膜所组成的复杂膜系统和脑脊液的传导。目前脊髓损伤的生物力学研究主要侧重于用动物模型模拟损伤过程，分析受力及相应病理生理改变。,1.撞击模型 使用质量恒定的重物从不同高度坠落撞击脊髓造成损伤，分析了生物力学参数与脊髓功能损害程度之间的关系,发现冲量能有效测量致伤力的综合效应和持续时间,是预测损伤后功能损害的最佳参数，而在损伤最严重部位,残余的灰、白质与重物下落的高度呈负相关。,2.压迫模型,压迫损伤模型可对有关参数分别控制,又避免了撞击后重物在硬膜上的反弹,因此这类模型也有其重要的应用价值。气囊撞击模型研究撞击速率对脊髓损伤后神经学和组织病理学的影响,结果表明损伤后即刻严重的功能丧失和继发症状的恢复程度与撞击力大小和撞击程度之间有明显相关性。,三. SCI患者日常行为的生物力学分析,在中枢神经系统中，存在许多不同类型的运动控制理论和运动神经元募集模式，运动模式可能表现出多样性。在SCI后，由于部分肌肉失去神经支配，该现象则变得更加复杂和模糊。,因此，许多对SCI患者日常动作的生物力学研究就是围绕这一问题进行，并多为针对上肢运动的研究。研究表明，SCI患者可利用与正常受试者不同的残存肌活动模式来完成日常动作，提示神经系统能够选择肌肉募集模式。运用生物力学技术分析SCI患者如何通过改变运动策略和肌肉募集模式来代偿运动功能的残损以完成日常动作，对指导患者进行有效的康复训练有重要意义。,针对SCI患者上肢运动的生物力学分析,研究发现SCI水平会明显影响轮椅驱动过程中肩部肌肉的摹集模式。在57例损伤水平不同的男性SCI患者在下压抬举动作中肩部肌肉的机电活动，发现在截瘫和C7水平SCI的四肢瘫患者中，背阔肌、胸大肌胸骨部和肱三头肌的活动水平较高；与截瘫组相比，四肢瘫组肱三角肌前部的活动明显增加；与低位截瘫组相比，四肢瘫组冈下肌的活动也明显增加。这提示损伤水平不同，肩部肌肉的动员情况就有所不同，表明SCI水平是影响SCI患者运动模式多样性的一个重要因素。,康复训练可降低SCI患者运动模式的多样性，尤其是运动学方面的差异 。 研究发现，同一项运动任务的重复练习，可以提高SCI患者动作完成的成绩，表现为运动速度和动作完成的精确程度的改善。,提示运动任务的完成是一项习得技术，即通过反复的练习，可使SCI患者肌电活动的变化与正常人之间的差异减小。强调了加强康复训练对改善SCI患者运动功能障碍，提高其功能独立性的重要性。,四. SCI患者运动康复策略的调整,根据日常行为模式的生物力学分析，在SCI患者的日常康复训练中，适当调整运动训练康复的策略，具有重要的临床意义，主要集中在几个对日常生活影响较大的动作上，包括伸手触摸、抬举、转移、步行和驱动轮椅等。,4.1 伸手触摸 研究发现，SCI患者利用与正常受试者相似的球形运动模式来完成伸手触摸动作，但在该动作中仅动员肩部在各方向的主动肌，而正常受试者的触摸动作则是一个包含肩、肘、腕各个关节的相互运动模式。,这可能是因为SCI患者躯干的控制能力较差，导致其肩峰位移幅度不像正常人那样可以随着目标位置支持状况的变化而发生相应较大的变化。 这些研究结果提示，在康复训练重要注意加强肩部肌肉的力量训练以及躯干和上肢运动的协调性。,4.2 抬举 研究发现，四肢瘫受试者倾向于选择从直立位或前屈位抬起身体，并认为前屈位可使支撑躯干的垂直臂力最大化。但由于该体位可能破坏身体平衡，部分受试者并不采用。,另有研究表明，肱三头肌瘫痪的C5和C6水平SCI的四肢瘫患者通过产生主动或被动的肩、肘、腕屈曲运动及肩内收运动来实现自身抬举， 通过上肢的屈曲运动而非伸展运动来获得伸肘和支撑体重的能力。,4.3 转移 对SCI患者转移策略的研究发现：从正面观，大部分肱三头肌力量较弱的SCI患者往往采用旋转转移策略，其特点是在转移的侧位移相中，头与骨盆的移动方向相反；而肱三头肌力量较强的患者则采用平移策略，其在整个转移的动态相中，头和髂骨的标志点有相似的侧面轨迹。 从侧面观，SCI患者有上举和前屈两种转移运动模式。,4.4 步行 与正常受试者相比，SCI患者的步行周期延长，支撑相膝关节屈曲活动度增加，支撑相和摆动相髋关节屈曲活动度增加 。 SCI患者步行测试中，速度提高时是患者通过有限地增加其步长来达到的，而并非是进一步增加步频的结果。,所有的SCI患者均能通过调整其运动模式来完成障碍步行，并且采用的都是不同于正常受试者的运动策略。这种差异可能与SCI患者越过障碍物时髋屈曲幅度增加不足有关。,4.5 驱动轮椅 研究表明，中-低位和后-低位可能是较好的轮椅驱动位置。 提示在对肩部要求较高的快速机标准轮椅驱动动作中，主要的前驱相肌肉（胸大肌和三角肌前部）肌电活动的减小可能减少肩部肌肉疲劳和损伤的机会。这些发现对我们改善轮椅设计、指导患者选择适合自己的轮椅及进行合理的轮椅训练提供了有益的帮助。,4.6 长坐 发现SCI患者在长坐时骨盆后倾，腰椎前凸幅度较小，并将双臂伸展放在大腿上，其压力中心的分布模式明显不同。由于上肢的支撑功能可能影响SCI患者长坐过程中的平衡，因此在康复训练中因受到重视。,4.7 伸肘动作的代偿方式 研究发现C5-6水平SCI的四肢瘫患者通过产生较大幅度的肩屈曲和较小幅度的腕屈曲运动来稳定屈曲的肘关节并实现负重，肩和腕分别在上臂近端和前臂远端起作用，使上臂和前臂部分旋转以形成两者之间的适当关系。,一般认为，肩胛带的压缩在C5-6水平SCI的四肢瘫患者的伸肘抬举动作中起关键作用，另有学者研究发现，C5-6水平SCI的四肢瘫患者还可利用臂的惯性以及指长屈肌的肩腱效应（即通过腕关节的主动背屈来获得被动指屈）来弥补腕屈肌的功能缺失，以实现伸肘抓握。,五.结论与展望,综上所述，迄今为止，运用现代生物力学测量技术来分析脊髓损伤预后以及SCI患者的日常动作已经取得了许多有临床价值的研究成果，为康复医师和治疗师掌握SCI患者运动功能障碍的特点及制定合理的康复治疗方案提供了有益的帮助，对于帮助SCI患者利用残余能力进行日常生活