脊髓损伤(spinal cord injury,SCI)是由各种原因导致椎管内神经结构(包括脊髓和神经根)及其功能的损害,出现损伤水平及以下脊髓功能(运动、感觉、反射等)障碍[1],最终影响患者的身体、心理健康以及社会参与能力。据WHO统计,全球发病率约25—50万人/年,尤以16—30岁的青中年男性居多,给个人、家庭和社会均带来了巨大的负担[2]。脊髓损伤患者常伴有感觉障碍、肌肉容积和力量的丧失、痉挛和运动模式异常等问题,严重影响其姿势控制和平衡[3],无论在站立位还是坐立位都会使基本日常生活活动变得困难[4]。
躯干稳定性不足是颈、胸段脊髓损伤患者面临的重要问题,即使静态坐姿也有较高的不稳定性和跌倒风险,进而增加与跌倒有关的疼痛和骨折可能性,并给患者带来焦虑、恐惧等心理问题[5]。脊髓损伤患者可能需要面临依赖轮椅的生活,躯干稳定性是其完成日常生活任务的基础和前提。为了预防并发症、促进神经恢复、最大限度发挥损伤后的功能,提高患者生活的独立性,以及促使他们重新融入社会,以躯干运动控制训练为主的康复策略已成为物理治疗师和作业治疗师治疗脊髓损伤患者必不可少的环节,大量研究也证明躯干控制训练对于脊髓损伤患者具有临床和生理意义上的益处,包括减轻颈部和背部疼痛[6—7],缓解坐姿下的躯干压力[8],矫正骨盆倾斜和胸腰椎后凸[9—10],改善横膈膜功能和深呼吸模式[11]。躯干控制训练对脊髓损伤的治疗作用日益显著,为提高康复疗效提供了新思路。如何科学、规范的进行躯干控制障碍的评估和康复尤为重要。鉴于目前国内尚缺乏脊髓损伤后躯干控制障碍的统一规范的评定和康复共识,本共识邀请相关领域专家,依据当前国内外最新的研究进展及最佳的临床证据,主要针对颈胸段完全性脊髓损伤的轮椅依赖患者,对躯干控制障碍的评定和康复治疗做出了临床推荐,旨在为轮椅依赖的脊髓损伤患者提供一个全面规范的康复诊疗与智能化辅具决策相结合的干预方案,以提升康复疗效,最大程度发挥潜力,改善患者功能和预后。
脊柱的稳定性由三部分共同决定,脊柱及周围韧带等(被动控制系统)、肌肉肌腱(主动控制系统)和中枢神经控制单元(神经控制系统)[12]。脊髓是中枢神经系统中控制躯干和四肢运动、感觉功能的重要结构,接收运动和感觉输入信息,处理大脑发出的运动计划信息,向躯干肌群输出运动信息从而调控姿势,脊髓损伤后削弱或阻断了感觉和运动神经元与脑部特异性皮质区域的联系,对躯干的运动和感觉控制受阻,导致躯干控制障碍。躯干控制下的坐位平衡系统主要由感觉整合、静态平衡、动态平衡和预期性平衡构成[13],躯干控制异常,各个组分都可能会受到影响,从而影响了患者坐位平衡。姿势控制系统框架修订版确定了维持平衡的9个主要因素:①功能稳定极限,如支撑面积;②基本运动系统,如肌力;③静态稳定性,如在支撑面中的身体中心;④垂直性(如相对于重力、支撑面、视觉环境和内部参照确定身体部位的方向);⑤反应性姿势控制(如髋策略、踝策略和跨步策略);⑥预期姿势控制(如预测到干扰时下肢肌肉活动的调节);⑦动态稳定性(如在支撑面改变时保持身体平衡);⑧感觉整合(如个体输入的本体觉、视觉和前庭觉);⑨认知(如在执行活动时需将部分注意力分配在维持平衡上)[14]。脊髓损伤后造成躯体感觉传入受损、躯干肌群的激活改变包括躯干肌的快速反应性收缩下降、躯干肌的激活及募集减少和躯干肌群的激活模式异常、肌力下降、启动延迟、痉挛以及相关核心肌群的不同协调功能障碍[15],躯干控制系统异常,从而导致姿势控制和平衡异常。因此会导致在安静坐、立位下姿势摆动增加,转移重心时精确度降低,对外界干扰的反应延迟等[16],最终导致患者的日常生活活动能力和社会参与受限。
从国际功能、残疾和健康分类(International Classification of Functional,Disability and Health,ICF)框架来分析躯干控制障碍对脊髓损伤患者功能的影响。在躯体结构和躯体功能层面,脊髓损伤患者由于躯干控制不良导致躯干姿势异常在长期坐位下和代偿下产生颈部和背部疼痛、压疮、骨盆倾斜和胸腰椎后凸等畸形改变,异常呼吸模式和横膈膜功能下降导致的呼吸功能下降,跌倒风险增加近一步导致骨折等损伤,此外还会产生焦虑、恐惧等心理情绪问题。从活动和社会参与层面的角度看,脊髓损伤患者募集躯干肌肉的能力较差(例如腹横肌)与无法进行日常生活活动(例如从椅子上站起来拾物)有相关性[16],由于躯干肌肉力量和核心稳定性减弱导致日常生活活动能力下降。最终造成脊髓损伤患者的社会参与能力受限。
躯干控制能力对轮椅依赖的脊髓损伤患者尤其重要,60%—80%的患者需依赖轮椅完成日常生活活动[17],60%截瘫患者将躯干稳定性和上肢功能作为改善生活质量的优先事项[18]。躯干控制是完成复杂肢体活动的重要先决条件,对复杂ADL能力有预测价值。因此提倡早起介入脊髓损伤后躯干控制的康复评定和康复训练对于改善患者的躯干控制障碍,改善功能独立性和生活质量有关键作用。
康复评定是康复治疗的前提与基础,康复介入前应该对脊髓损伤患者的躯干控制障碍进行全面评估。主要包括临床功能评定和生物力学参数评定。
采用临床功能测试和评定量表从静态、动态和反应性躯干功能活动下的稳定程度来评估脊髓损伤患者的躯干控制功能。国外常用的有躯干控制测试(Trunk Control Test,TCT)[19],根据有无外力的干预将躯干控制分为静态控制和动态控制,TCT有助于快速评估并预测患者的运动恢复情况,且适用于所有脊髓损伤类型患者,不论其神经损伤水平和损伤程度,但与运动功能独立性量表的相关性低,TCT得分在13分以上表明患者具有充分的躯干控制能力。神经肌肉恢复量表(Neuromuscular Recovery Scale,NRS)[20]对不完全性脊髓损伤患者的功能表现进行了量化分级,在不同难度的功能性任务中评估脊髓损伤患者的躯干控制能力,为康复进程中设置阶段性目标提供了有价值的参考依据。MINIBEST(mini-Balance Evaluation Systems Test)[21]和改良功能前伸试验(modified Functional Reach Test,mFRT)[22]是临床实用性较高和较全面的评估脊髓损伤患者躯干控制功能的测试。国内常用Berg平衡量表和Tinetti[23]量表评估患者的平衡功能来反映其躯干控制功能,与躯干活动相关的条目得分越高,表明躯干控制功能越好。
3.1.5.1康复外骨骼机器人:康复外骨骼机器人是脊髓损伤的新型治疗技术,可提供更精确的评估和更接近正常运动模式的功能锻炼,能完成需多名治疗师才能完成的训练任务[41]。在有关机器人的研究中大多数使用上肢或下肢机器人对脊髓损伤患者进行肢体功能和步行训练,而尚缺乏对躯干运动控制康复机器人的研究。美国哥伦比亚大学和哈佛大学联合报道了TruST躯干训练系统(Trunk-Support-Trainer),可测量脊髓损伤患者的姿势稳定性极限和坐姿活动空间范围,并应用于康复训练,可以有效协助患者改善躯干控制功能[42]。北京大学与北京大学第一医院合作研制具有自主知识产权的动态脊柱支撑机器人康复系统(RoboBDsys)[43]。该系统具有多种训练模式,可在位置控制模式下进行患者躯干的被动运动、主动力控模式下进行患者的抗阻训练或助力训练。该系统可进行患者躯干控制能力的评估,包括机器人可反馈坐位下的COP指标、躯干的位姿参数及多维力/力矩参数。可进一步根据机器人反馈数据,计算得到患者静态平衡、运动范围以及抗阻维持的参数指标,综合评估患者的躯干控制能力。尤其是针对重度躯干控制障碍无法完成坐位活动的患者,可以在提供脊柱支撑的前提下在定量评估患者的躯干控制能力,同时可以针对患者的评估结果,个性化的精准设计康复训练方案和目标,有助于提高临床康复疗效,进一步改善患者功能独立性。
3.1.5.2虚拟现实技术训练:虚拟现实训练(virtual reality training)利用视觉反馈将脊髓损伤患者的前庭觉、本体觉和视觉信息混合在一起进行感觉整合,也可以作为感觉训练来改善患者的静态和动态姿势控制,从而增强患者的躯干控制和平衡能力,因为动静态姿势控制依赖于有效的躯干控制和精细动作[44]。从运动康复的角度来看,虚拟现实技术使用多感官反馈系统提供了个性化的高强度训练的可能性,患者可以想象自己在真实的物理空间中移动以改善对运动的控制和平衡[45]。因此虚拟现实训练在改善脊髓损伤患者的躯干控制功能、减少疼痛、改善心理状态、增强协同生理反馈方面是一种有用的治疗工具。
3.1.5.3机器视觉辅助训练:机器视觉是一门结合了光学、机电控制、图像处理、人工智能等技术的综合性学科,在康复领域应用时的基本技术构成一般包括图像采集部分、图像处理部分和外部控制部分。应用于康复领域的基本技术包括图像采集、图像处理、外部控制。利用机器视觉技术,设计适用于脊髓损伤患者辅助类康复器具如智能轮椅、辅助起立装置、机器臂等。适用于脊髓损伤患者躯干控制障碍的智能轮椅,通过机器视觉技术可以进行轮椅车路径规划与避障,实现了轮椅对使用者的实时跟随与障碍躲避。利用机器视觉技术,可以识别不同身高和坐姿情况下对辅助起立运动的要求,辅助起立机器人按照预测的轨迹精准辅助患者完成起立动作。集成机器视觉技术通过摄像头实时采集的图像提取躯干轮廓,生成骨架系统后进行轨迹分析,判断躯干运动轨迹是否正确并进行实时调整与反馈[46],进一步增强患者自主躯干控制能力。综合机器视觉、姿态估计、深度学习等技术,设计了不同康复训练场景下的在线康复动作识别系统,帮助患者实现居家康复锻炼。
传统中医主要采用针灸、电针、联合治疗等来改善脊髓损伤患者的运动功能障碍[57]。针灸取穴选取背部足太阳膀胱经第一侧线经穴和胸腹部与之相对应的阿是穴,这些穴位位于躯干部的竖脊肌、背阔肌、腹内斜肌、腹外斜肌以及胸腹部其他肌群内,通过对这些穴位进行针刺手法刺激,发挥穴位的近治作用,提高躯干控制能力[58]。针灸有平衡阴阳、调理脏腑之功效,这不仅兴奋脊髓损伤后受损的躯干肌,增加患者躯干的感觉传入,同时也提高了本体感觉。
躯干控制能力对于轮椅依赖的颈胸段脊髓损伤患者的功能起着非常重要的作用。本共识总结了目前临床上基于循证依据的脊髓损伤躯干控制障碍康复评定和康复治疗方案,但针对躯干肌群严重力弱,无法维持坐位平衡的患者尚缺乏切实有效的康复治疗方法,动态脊柱支撑康复机器人的研发是这一领域的有效补充。针对不同损伤节段、严重程度的脊髓损伤患者,康复机器人的具体训练方案、参数选择和疗效仍有待未来进行临床大样本研究以进一步明确和验证。