脑瘫儿童步行中的运动控制

运动控制(Motor Control)理论是当前康复界讨论和研究的一个新热点，由该理论支撑衍生出来的康复治疗新方法、新技术和新手段必将带来全新的进展和实际的治疗效果。从运动控制理论的角度来观察和分析脑瘫儿童的步行周期，能帮我们更好地认识步行周期和步态，从而指导我们科学地进行步行训练和步态训练，提高康复治疗效果。

1 关于步行周期的阶段划分，目前通用的是由美国加利福尼亚州Rancho LosAmigos(RLA)医学中心提出的RLA划分法。一个步行周期分为支撑相(Stance Phase)和摆动相(Swing Phase)。

支撑相的功能是维持姿势稳定和产生向前的推进力，包括5个环节：

①初始着地期(Initial Contact):足跟或足的其他部位接触地面的瞬间，为支撑相的起点。

②支撑反应期(Loading Response):一侧足跟着地后到对侧下肢离地前。

③支撑中期(Mid Stance):从对侧下肢离地到躯干位于支撑腿正上方。

④支撑后期(Terminal Stance):从躯干位于支撑腿正上方到对侧下肢足跟着地前。

⑤摆动前期(Pre Swing):从对侧足跟着地到支撑腿离地前。

摆动相的功能是使身体继续前行进并为重新摆放肢体的位置做准备，包括3个环节：

①摆动初期(Initial Swing):从支撑腿离地到该腿摆动到最大屈曲。

②摆动中期(Mid Swing):从膝关节最大屈曲摆动到小腿跟地面垂直。

③摆动末期(Terminal Swing):与地面垂直的小腿向前摆动到该侧足跟再次着地之前。

2 从运动控制角度来观察，步行运动的完成必备三个要素，包括姿势控制、推进、足的摆放和调适。 下面分述：

2.1姿势控制是指机体根据任务的不同，控制身体各节段在空间的位置以达到稳定性的目的。步行中的姿势控制主要包括以下两个方面：

2.1.1 支撑的稳定性：包括被动稳定和主动稳定。前者由髋关节前面和膝关节后面强有力的韧带完成，使身体在支撑中期、末期不至于发生髋关节和膝关节发生过度伸展。被动稳定机制无疑具有稳定和节能意义。踝关节却缺乏这种机制，必须依靠相关肌肉的有力协调收缩。主动稳定主要由髋、膝、踝等关节的抗重力肌来完成，保证下肢有足够的力量以抵抗身体重力以及足着地时地面对下肢的冲击力，保持躯体在矢状面上的稳定性。相关肌肉包括臀大肌、腘绳肌、股四头肌、小腿三头肌等。在支撑相的不同时期，这些肌肉的工作有所不同。由于臀大肌和股四头肌的强力收缩，使得躯干在初始着地期不会由于体重和地面对下肢的撞击而在髋关节、膝关节处发生屈曲坍塌。在支撑中期以后，身体重力线落在踝关节前方，由于小腿三头肌的离心收缩，使得身体不致于在踝关节处发生足背屈坍塌。脑瘫患儿，普遍存在上述肌肉的无力，表现为躯干前倾或臀大肌步态、屈膝或膝反张等，导致步态不稳。

步行是双下肢的交替运动，支撑期大部分时间处于单腿负重状态，因此单腿负重异常重要，主要由髋关节的展肌--臀中肌和臀小肌来完成，由他们来保证身体在冠状面的稳定性。如果髋展肌乏力，就导致单腿负重能力下降，表现为臀中肌步态、步态不稳、步幅缩小。同时，合适的颈干角提供良好的杠杆使得髋展肌发挥应有作用。痉挛型脑瘫患儿，由于内收肌痉挛、负重过少等原因导致颈干角增大、髋外翻，髋展肌的力臂缩短，加上臀中肌无力，导致单腿负重能力明显下降、步态不稳。因此，髋伸肌、髋展肌、膝伸肌、小腿三头肌等肌肉的肌力训练以及保持良好的颈干角，是步态稳定的必备条件。

2.1.2减震：步行中地面对机体的冲击力非常大，一般速度步行时在站立中期地面对足底的冲击力约是体重的1.2倍，而股骨头受到的冲力可达体重的2.5倍。正是由于减震机制吸收了巨大的冲击力从而使身体在步行中保持平衡，并且使关节肌肉避免机械性损伤。在这一机制中，在初始着地期膝关节、髋关节屈曲起到了非同寻常的减震作用。同时，首次着地期、支撑反应期胫前肌的离心收缩，使中足和前足落地减速，以缓冲足撞击地面时的跖屈。脑瘫患儿常常出现膝反张，因此不利于减震而导致步态不稳。各型脑瘫患儿由于存在胫前肌的控制障碍，因此在初始着地和支撑反应期时缺乏踝关节的减震而出现落地时足底拍击地面的啪啪声。

近年来，“核心稳定性”在脑瘫康复的重要性越开越受到重视，并运用于康复实践中。核心，指的是机体的核心部位，包括肩关节以下髋关节以上包括骨盆在内的区域。核心为四肢和头颈的稳定和活动提供了坚实的平台。核心稳定性是脑瘫患儿步行所必备的，核心肌群的控制训练，包括肌力、肌耐力、协调性等训练，对于脑瘫儿童的步行非常有益和重要。

2.2 推进是指在步行中身体朝着目标方向前进。在推进过程中，最主要的动力学机制包括以下几个方面：

2.2.1 蹬离。是指在支撑相的摆动前期中，小腿三头肌的强力收缩使踝关节发生快速有力的跖屈，将身体推向前方。根据Gottschall和Kram的研究，这一过程中消耗的能量占行走时的大约一半。如果小腿三头肌力弱，会导致步幅减小、步速减慢。在蹬离过程中，髋伸肌（腘绳肌、臀大肌）和膝伸肌（股四头肌）也起着协同作用，将蹬离的力通过下肢传到躯干。在慢速行走时，没有明显的蹬离动作。也有作者认为，在自由的两足交互行走中没有蹬离这一机制。

2.2.2体重的动量。从支撑中期后段开始，体重的重力线逐渐移动到踝关节前方，从而产生了向前的推力，使身体加速前进。Farley和Ferris的研究证实，身体重心在矢状面上一定幅度的上下波动是必要的，有利于机械能转移。有作者认为，这是最主要的推进机制。

2.2.3 对侧下肢的摆动。始于单侧支撑的开始，亦即支撑中期，髋关节从过伸展位迅速屈曲到30度，将大腿拉向前方。髋屈肌是责任肌，其中，髂腰肌起主要作用，缝匠肌、股薄肌、长收肌起辅助作用。股直肌在髋屈曲的起始可能起作用。脑瘫患儿由于髋屈肌力弱，或是由于拮抗肌的痉挛等原因，导致屈髋无力，因此步行中向前的推进力不足，导致步幅减小、步速减慢。上述肌肉的肌力训练对脑瘫患儿很有必要。

2.3调适和足的摆放：发生在摆动相。身体行进的目标除了达到个体的目的外，还要根据周围环境的情况而作适当调整、摆放肢体（主要是下肢）的位置，这就是所谓步行中的调适。在一般行走时，人体利用了“钟摆机制”，消耗能量少。步行过快或过慢，能耗都会增加。根据任务的不同，人体要调整步幅、步频、足廓清的程度等。慢速行走时，支撑相延长，快速行走时，支撑相缩短。跑步时，双支撑相消失。如果地面有障碍物，髋、膝的屈曲、足的背屈要增大，此时髋屈肌（髂腰肌、缝匠肌、股薄肌、长收肌等）、膝屈肌（股二头肌短头、缝匠肌、股薄肌）和足背屈肌（胫前肌）活动增强。如果需要增大步幅，则髋屈肌、膝伸肌、支撑腿的跖屈肌的活动加大。不管步幅大小，在摆动相末期，腘绳肌会发生主动收缩以减缓大腿（发生在髋关节）和小腿（发生在膝关节）的过分向前，为足的着地作准备。

3 运动控制原理：目前，关于神经系统在组织运动的过程中如何进行调控，尚存在分歧。现简述几个主要的学说、理论。

3.1 中枢模式发生器（CentralPattern Generator,CPG）:Sherrington发现在脑干水平离

断的脊髓猫可以完成基本的行走模式，Brown发现在脊髓T12水平离断的猫，其后肢仍可以进行迈步运动。大量研究证实脊髓中存在着步行中枢模式发生器。步行首先就是基于这种CPG控制下的节律性运动模式，在一定环境下不需要意识参与和感觉的输入。故有作者认为，对于小婴儿的迈步反射不应抑制，而是进行引导，有利于日后的步行发育。

3.2 阶梯运动控制学说(hierarchical controltheory)： Arnold Gesell提出，正常动作发展源自中枢神经系统的逐渐皮层化(corticalization)。皮层化使高级控制中心具有控制低级反射的扼力，这就是有关动作发展的神经成熟理论。Bobath在此基础上提出了神经发育理论（neurodevelopmental theory，NDT)，认为中枢神经系统损伤会使正常情况下受控制的下位中枢开始活动，从而引发不正常的姿势和异常的动作方式。Bobath神经易化技术就是通过控制不正常的姿势与运动模式来促进正常的运动模式，并依据正常的运动发育顺序进行训练。但该理论与技术有不足之处，①正常情况下，并非所有反射都受高级中枢控制，如成年人具有低级反射动作。②动作的发展并非完全依照固定顺序进行。如头控和躯干的稳定在一定发育阶段互相重叠，躯干的稳定控制可以促进头的控制。③忽视患者的主动参与意识。

3.3 反射运动控制学说(reflex model of motor control)：该理论认为，反射是一切运动的基础，神经系统通过整合一连串的反射来协调复杂的动作。在进行运动疗法时，利用感觉刺激来诱发目标反射，控制非目标反射。如，通过感觉刺激来降低痉挛，或通过抚摸式轻拍增强牵张反射来诱发动作。该学说有不足之处，如，即使缺乏感觉刺激仍可有动作产生；在动作执行前，中枢神经可修正即将执行的动作，这就是前瞻性或预期性的运动控制，如人体站立位拉手柄时，首先激活的不是肱二头肌而是小腿三头肌，后者的收缩维持身体的稳定，然后才是肱二头肌收缩使肘屈曲、完成拉手柄的目标动作。

3.4 多系统理论(multiple systems theory )：该理论认为，运动发育处于一个大体系中，其中包含很多对运动发育有影响的因素，他们相互交叉作用，共同决定了运动发育的模式及结果，主要因素归结为：机体、环境和任务。不同环境下的个体，其运动发育水平也有异。Fleuren报道，荷兰婴儿运动发育水平明显低于加拿大婴儿运动发育水平，分析其原因发现与较少采取俯卧位抚养方式有关。鲁利群等通过研究暴露于不同环境中的缺血缺氧性脑损伤SD大鼠表明，贫瘠环境、标准环境和丰富环境中的大鼠，其感觉运动和学习记忆能力依次提高。因此，康复训练中应根据机体的发育与障碍情况，针对性设计一定的训练环境与场景，制定任务导向性、目标导向性的功能性活动训练方案，让患儿主动参与，反复训练，最终应用于实际生活中。步行训练时，应根据患儿的步行能力设计不同的训练场景，如在室内平地、斜坡、软地面、台阶、独木桥上行走或跨越障碍物、搬运物品等，最终应把患儿的步行能力转移到实际生活中。同时该理论非常重视感觉系统在运动控制中的作用，包括视听觉、触觉、本体感觉等，因此康复训练中应注意感觉运动训练。

步行是人类独立的一个重要特征之一，步行对于生活刚起步的脑瘫儿童来讲具有特别重要的意义。步行能力为他（她）们未来的独立生活插上了自由的翅膀。对具有步行潜力的脑瘫儿童，要制定长远的康复目标，根据神经发育学、运动控制原理，实施基于循症医学的综合康复治疗手段，借助现代科技，帮助脑瘫儿童尽可能获得步行能力，获得尽可能好的步行能力。