刁子龍，曹學(xué)軍,2，楊平,2，蔡麗飛,2

單側(cè)大腿截肢者步行能力研究①

刁子龍1，曹學(xué)軍1,2，楊平1,2，蔡麗飛1,2

目的探討單側(cè)大腿截肢者步行能力的特點(diǎn)。方法選擇單側(cè)大腿截肢者16例為實(shí)驗(yàn)組，健康成年人16名為對(duì)照組，分別進(jìn)行室內(nèi)6 min步行能力測試、室外1000 m復(fù)雜路面步行能力測試、平衡測試和能量消耗測試。結(jié)果室內(nèi)6 min步行能力測試中，實(shí)驗(yàn)組步速、步頻、跨步長低于對(duì)照組(P＜0.05)，步態(tài)周期時(shí)間、能量消耗高于對(duì)照組(P＜0.05)，單支撐期時(shí)間、雙支撐期時(shí)間和單/雙比例均存在顯著性差異(P＜0.05)。平衡測試中，重心軌跡面積、重心軌跡長度、X最大偏移量和Y最大偏移量兩組間無顯著性差異(P＞0.05)。室外1000 m步行測試完成時(shí)間和能量消耗存在顯著性差異(P＜0.05)。穿戴流體控制膝關(guān)節(jié)的截肢者，室內(nèi)6 min步行能量消耗與室外1000 m能量消耗與穿戴機(jī)械四連桿膝關(guān)節(jié)的截肢者無顯著性差異(P＞0.05)，但室內(nèi)6 min步行距離與室外1000 m完成時(shí)間存在顯著性差異(P＜0.05)。結(jié)論單側(cè)大腿截肢者步態(tài)缺乏效率，能量消耗大，平衡功能尚可。不同類型假肢膝關(guān)節(jié)可能對(duì)患者步行能力發(fā)生影響。

大腿截肢；大腿假肢；步行；康復(fù)；評(píng)定

[本文著錄格式]刁子龍，曹學(xué)軍，楊平，等.單側(cè)大腿截肢者步行能力研究[J].中國康復(fù)理論與實(shí)踐,2015,21(4):470-474.

CITED AS:Diao ZL,Cao XJ,Yang P,et al.Walking ability of amputees with unilateral transfemoral prosthesis[J].Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2015,21(4):470-474.

單側(cè)大腿截肢者是常見的截肢者，臨床僅次于小腿截肢者居于第二位[1]。截肢對(duì)于患者來說是永久性損傷，直接導(dǎo)致生活質(zhì)量下降，日?；顒?dòng)和社會(huì)活動(dòng)受到諸多限制。對(duì)于單側(cè)大腿截肢者來說，穿戴具有良好功能的假肢，步態(tài)趨近正常人，可以降低步行中能量的消耗，達(dá)到更高的步行能力水平[2]。

穿戴假肢后步行能力的評(píng)價(jià)對(duì)截肢者康復(fù)計(jì)劃的制定和臨床評(píng)價(jià)康復(fù)效果有一定指導(dǎo)意義，但目前對(duì)大腿截肢者步行能力的評(píng)價(jià)方法并不統(tǒng)一，常用的參考指標(biāo)主要為步行速度、步態(tài)對(duì)稱性、能量消耗，有

研究表明，靜態(tài)平衡也是步行能力的影響因素之一[3]。本研究使用智能日?；顒?dòng)能量消耗記錄儀，通過室內(nèi)6 min步行測試、靜態(tài)站立平衡測試、室外復(fù)雜路面1000 m測試，對(duì)單側(cè)大腿截肢者的步行能力進(jìn)行評(píng)定。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2014年6～12月來本院維修、調(diào)試、更換接受腔的大腿假肢患者和曾經(jīng)來本院制作大腿假肢的患者共16例為實(shí)驗(yàn)組，其中男性11例，女性5例。同時(shí)選取16名年齡、性別匹配的健康成年人為對(duì)照組。由一名經(jīng)驗(yàn)豐富的假肢師負(fù)責(zé)對(duì)截肢者假肢進(jìn)行檢查及對(duì)線調(diào)整，記錄截肢者的基本資料，包括性別、年齡、身高、體重、截肢原因、穿戴假肢時(shí)間、殘肢長度和假肢膝關(guān)節(jié)的種類、假腳種類(均為SACH腳)等。見表1。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①單側(cè)大腿截肢者；②年齡20～60歲；③無認(rèn)知障礙，可配合完成測試；④穿戴大腿假肢在無輔具幫助下行走1000 m以上；⑤穿戴假肢時(shí)間＞6個(gè)月。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①并發(fā)脊髓損傷或偏癱；②并發(fā)上肢截肢、殘端皮膚有未愈合傷口、髖關(guān)節(jié)屈曲或外展畸形。

所有受試者均預(yù)先了解整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過程和目的，并簽署知情同意書。

表1 單側(cè)大腿截肢者基本資料

1.2 研究方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

采用智能日?；顒?dòng)能量消耗記錄儀(intelligent device for energy expenditure and activity,IDEEA3, MINISUN)，包含加速度采集單元和數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)單元。其中處理、存儲(chǔ)單元系在腰部，5個(gè)加速度傳感器分別位于兩側(cè)足底第四跖骨頭后緣、兩側(cè)大腿前面中間位置、兩側(cè)胸鎖關(guān)節(jié)連線中點(diǎn)下4 cm處。

使用FDM-T步態(tài)分析跑臺(tái)(Medical GmbH,ZEBRIS)分析靜態(tài)平衡功能。設(shè)備有10,240個(gè)微型壓力傳感器，每個(gè)傳感器0.85×0.85 cm，跑臺(tái)測試面積為150×50 cm，采樣頻率120 Hz。

1.2.2 測試方法

1.2.2.1 靜態(tài)站立平衡測試

受試者中立位站在跑臺(tái)上，記錄重心軌跡長度、重心軌跡面積、X最大偏移量、Y最大偏移量。重復(fù)3次，每次30 s。

1.2.2.2 室內(nèi)6 min步行測試

在長30 m的室內(nèi)走廊進(jìn)行。受試者以自我感覺最舒適的速度步行6 min，通過IDEEA記錄步行距離、

步態(tài)時(shí)空參數(shù)和能量消耗數(shù)據(jù)。

1.2.2.3 室外1000 m復(fù)雜路面步行測試

選擇本院內(nèi)1000 m路程，包含平路650 m、坡路80 m(坡度比1∶12)、草地50 m、碎石子路180 m、上下樓梯各20級(jí)臺(tái)階。測試全程由測試員陪同，保證步行路線的一致性、安全性和可重復(fù)性，通過IDEEA記錄時(shí)間、能量消耗等數(shù)據(jù)。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 靜態(tài)站立平衡測試

實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組間重心軌跡面積、重心軌跡長度、X最大偏移量和Y最大偏移量無顯著性差異(P＞ 0.05)。見表2。

2.2 室內(nèi)6 min步行測試

實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組單支撐期時(shí)間、雙支撐期時(shí)間、單支撐期/雙支撐期比例、步態(tài)周期時(shí)間、步速、步頻、跨步長，以及步行距離、能量消耗均有顯著性差異(P＜0.05)。見表2。實(shí)驗(yàn)組中，穿戴流體控制膝關(guān)節(jié)者能量消耗與穿戴機(jī)械四連桿膝關(guān)節(jié)者無顯著性差異(P＞0.05)，步行距離較長(P＜0.05)。見表3。

2.3 室外1000 m復(fù)雜路面步行測試

實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組能量消耗和完成時(shí)間有顯著性差異(P＜0.05)。見表2。實(shí)驗(yàn)組中，穿戴流體控制膝關(guān)節(jié)者能量消耗與穿戴機(jī)械四連桿膝關(guān)節(jié)者無顯著性差異(P＞0.05)，完成時(shí)間較短(P＜0.05)。見表3。

表2 實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組各項(xiàng)測試結(jié)果比較

表3 實(shí)驗(yàn)組穿戴不同假肢膝關(guān)節(jié)者測試結(jié)果比較

3 討論

在臨床康復(fù)評(píng)定中，三維步態(tài)分析被認(rèn)為是一種準(zhǔn)確、客觀的方法，可以精確測量人體的動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和肌電活動(dòng)參數(shù)，定量評(píng)估人體的步行能力，全面反映患者的康復(fù)功能狀態(tài)[4]。但三維步態(tài)分析系統(tǒng)需在獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測試，受到實(shí)驗(yàn)室大小的限制，測試的數(shù)據(jù)只能取自短距離的步行信息，無法測量室外步行的步態(tài)信息，且無法同時(shí)對(duì)能量消耗進(jìn)行評(píng)估。

IDEEA是一種便攜式可穿戴的智能儀器，可以用來實(shí)時(shí)記錄日?；顒?dòng)、步態(tài)和能量消耗情況，在姿勢(shì)識(shí)別、步態(tài)分析、能量消耗方面有較好的準(zhǔn)確性[5]，在很多研究領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用[6-7]。

本研究除了進(jìn)行室內(nèi)6 min步行測試、靜態(tài)站立平衡測試外，還進(jìn)行了室外1000 m復(fù)雜路面步行測試。室外路面包含平路、坡路、草地、碎石子路、上下樓梯，盡可能模擬截肢者日常出行活動(dòng)可能遇到的各種路面情況，這種多樣化路面測試對(duì)單側(cè)大腿截肢者可能是更大的挑戰(zhàn)[8]。

6 min步行測試廣泛應(yīng)用于下肢截肢者的步行能力測試[9]。本研究顯示，截肢者室內(nèi)步行自我感覺舒適的速度低于正常人，單位體重、距離能量消耗比正常人增加，與以往研究結(jié)果一致[10-11]。較低的步行速度有助于提高步態(tài)穩(wěn)定性，正常人在復(fù)雜路面行走時(shí)同樣會(huì)降低步行速度來確保穩(wěn)定性[12]。

正常步行時(shí)，身體重心在矢狀面、水平面上有規(guī)律地進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，軌跡大致為均勻的正弦波，具有良好的協(xié)調(diào)性，處于平衡狀態(tài)。單側(cè)大腿截肢者穿戴假肢后，假肢側(cè)支撐期短，擺動(dòng)期長；為了彌補(bǔ)步態(tài)的不對(duì)稱性和假肢側(cè)足趾蹬離期跖屈力量不足[13]，通過假肢側(cè)提髖動(dòng)作代償，引起重心上下移動(dòng)的幅度加大，導(dǎo)致額外的機(jī)械功率消耗、步行效率下降和能量消耗增加[14]。

室外復(fù)雜路面測試中，截肢者室外步行1000 m時(shí)間比正常人多，單位體重能量消耗比正常人增加。這主要是因?yàn)榻刂咴趶?fù)雜路面行走時(shí)，需要調(diào)整步態(tài)模式[15]。

上坡時(shí)，由于假肢膝關(guān)節(jié)屈曲的限制，無法像正常人一樣通過屈曲膝關(guān)節(jié)適應(yīng)路面變化，假肢相對(duì)變長[16]；大腿假肢患者健側(cè)通常減小髖關(guān)節(jié)的伸展、增加膝關(guān)節(jié)屈曲和足尖蹬離期的跖屈角度輔助假肢側(cè)由支撐期向擺動(dòng)期轉(zhuǎn)變[17]，假肢側(cè)則通過劃圈步態(tài)或提髖適應(yīng)路面的坡度增加并防止跌倒[18]，這種步態(tài)模式的調(diào)整將引起能量消耗的增加[19]。

上下樓梯時(shí)，大部分單側(cè)大腿截肢者需要借助扶手或其他工具[20]，機(jī)械和流體控制假肢膝關(guān)節(jié)無法提供足夠的阻力防止假肢膝關(guān)節(jié)過度屈曲，無法幫助患者實(shí)現(xiàn)雙腿交替上、下樓梯的動(dòng)作。大腿假肢患者上樓梯時(shí)，要先將健側(cè)移到更高一級(jí)臺(tái)階，再將假肢側(cè)髖關(guān)節(jié)抬高完成上樓梯動(dòng)作；下樓梯時(shí)與上樓梯動(dòng)作類似。這種上下樓梯的步態(tài)模式會(huì)導(dǎo)致步行效率的降低和能量消耗的增加[21]。

靜態(tài)站立平衡功能與步行能力緊密相關(guān)，通過平衡功能測試可以預(yù)測單側(cè)大腿截肢者的步行能力[22]。重心軌跡長度越長、重心軌跡面積越大，身體的穩(wěn)定性越差，平衡功能障礙越明顯[23]。本組截肢者與正常人的重心軌跡面積、重心軌跡長度、X最大偏移量和Y最大偏移量均無顯著性差異，與之前研究不一致[24]。一方面這可能是由于大部分患者穿戴假肢年限較長，對(duì)假肢和身體姿勢(shì)的控制較好；另一方面，截肢后殘肢保留長度相對(duì)較長，內(nèi)收肌損失較少，靜止站立下不會(huì)出現(xiàn)明顯的失衡情況，使得在靜態(tài)平衡中兩組并無明顯差異。

假肢膝關(guān)節(jié)是大腿假肢的重要組成部分，可幫助截肢者代償失去肢體的功能，盡可能模擬正常人步行時(shí)的姿態(tài)與生物力學(xué)特征[25]。本研究顯示，穿戴流體控制膝關(guān)節(jié)者室內(nèi)步行距離比穿戴機(jī)械四連桿膝關(guān)節(jié)者長，室外復(fù)雜路面步行完成時(shí)間少；兩者能量消耗無顯著性差異。這可能是由于流體控制膝關(guān)節(jié)可以在膝關(guān)節(jié)屈曲時(shí)提供較大阻力，在擺動(dòng)末期降低小腿擺動(dòng)速度，起到緩沖的作用，有效縮短擺動(dòng)期時(shí)間，更加貼近自然步態(tài)，能提高截肢者步行速度[26]。

綜上所述，單側(cè)大腿截肢者與健康成年人的步行能力存在顯著性差異，本實(shí)驗(yàn)定量測試的結(jié)果可以幫助臨床工作者對(duì)單側(cè)大腿截肢者的康復(fù)效果進(jìn)行評(píng)估，為假肢部件的選擇和康復(fù)目標(biāo)的制定提供參考。

[1]趙輝三.假肢與矯形器學(xué)[M].2版.北京:華夏出版社,2013: 14.

[2]Hekmatfard M,Farahmand F,Ebrahimi I.Effects of prosthetic mass distribution on the spatiotemporal characteristics and knee kinematics of transfemoral amputee locomotion[J].Gait Posture,2013,37(1):78-81.

[3]Lamoth CJ,Ainsworth E,Polomski W,et al.Variability and stability analysis of walking of transfemoral amputees[J].Med

Eng Phys,2010,32(9):1009-1014.

[4]孫嘉利,唐丹,鐘世鎮(zhèn).三維步態(tài)分析的研究與應(yīng)用[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù),2007,11(5):944-948.

[5]Zhang K,Pi-Sunyer FX,Boozer CN.Improving energy expenditure estimation for physical activity[J].Med Sci Sports Exerc,2004,36(5):883-889.

[6]Zhang K,Gorjian A,Lester DK.Gait change after local anesthetic of chronically arthritic knee[J].J Long Term Eff Med Implants,2006,16(3):223-234.

[7]Saremi K,Marehbian J,Yan XH,et al.Reliability and validity of bilateral thigh and foot accelerometry measures of walking in healthy and hemiparetic subjects[J].Neurorehabil Neural Repair,2006,20(3):297-305.

[8]Vllasolli TO,Zafirova B,Orovcanec N,et al.Energy expenditure and walking speed in lower limb amputees:a cross sectional study[J].Ortop Traumatol Rehabil,2014,16(4):419-426.

[9]Kark L,McIntosh AS,Simmons A.The use of the 6-min walk test as a proxy for the assessment of energy expenditure during gait in individuals with lower limb amputation[J].Int J Rehabil Res,2011,34(3):227-234.

[10]Jaegers SM,Arendzen JH,De Jongh HJ.Prosthetic gait of unilateral transfemoral amputees:a kinematic study[J].Arch Phys Med Rehabil,1995,76(8):736-743.

[11]Waters RL,Mulroy S.The energy expenditure of normal and pathologic gait[J].Gait Posture,1999,9(3):207-231.

[12]Richardson JK,Thies SB,DeMott TK,et al.A comparison of gait characteristics between older women with and without peripheralneuropathyinstandardandchallengingenvironments[J].Am Geriatr Soc,2004,52(9):1532-1537.

[13]Houdijk H,Pollmann E,Groenewold M,et al.The energy cost for the step-to-step transition in amputee walking[J].Gait Posture,2009,30(1):35-40.

[14]Vrieling AH,Van Keeken HG,Schoppen T,et al.Obstacle crossing in lower limb amputees[J].Gait Posture,2007,26(4): 587-594.

[15]Starholm IM,Gjovaag T,Mengshoel AM.Energy expenditure of transfemoral amputees walking on a horizontal and tilted treadmill simulating different outdoor walking conditions[J]. Prosthet Orthot Int,2010,34(2):184-194.

[16]Rabuffetti M,Recalcati M,Ferrarin M.Transfemoral amputee gait:Socket-pelvis constraints and compensation strategies[J]. Prosthet Orthot Int,2005,29(2):183-192.

[17]Vrieling AH,Van Keeken HG,Schoppen T.Uphill and downhill walking in unilateral lower limb amputees[J].Gait Posture,2008,28(2):235-242.

[18]Drevelle X,Villa C,Bonnet X.Vaulting quantification during level walking of transfemoral amputees[J].Clin Biomech, 2014,29(6):679-683.

[19]Uchytil J,Jandacka D,Zahradnik D,et al.Temporal-spatial parameters of gait in transfemoral amputees:comparison of bionic and mechanically passive knee joints[J].Prosthet Orthot Int,2013,38(3):199-203.

[20]Narang IC,Mathur BP,Singh P,et al.Functional capabilities of lower limb amputees[J].Prosthet Orthot Int,1984,8(1): 43-51.

[21]Shiomi T.Effects of different patterns of stair climbing on physiological cost and motor efficiency[J].J Hum Ergol, 1994,23(2):111-120.

[22]Schoppen T,Boonstra A,Groothoff JW,et al.Physical,mental,and social predictors of functional outcome in unilateral lower-limb amputees[J].Arch Phys Med Rehabil,2003,84(6): 803-811.

[23]楊明,惲?xí)云?李煒垣,等.穿戴下肢假肢者站立平衡功能的定量評(píng)定[J].中華物理醫(yī)學(xué)與康復(fù)雜志,2003,25(5):44-46.

[24]Miller WC,Deathe AB.A prospective study examining balance confidence among individuals with lower limb amputation[J].Disabil Rehabil,2004,26(14-15):875-881.

[25]劉娜,刁興建.假肢膝關(guān)節(jié)概述[J].中國矯形外科雜志, 2006,14(3):225-226.

[26]Schmalz T,Blumentritt S,Jarasch R.Energy expenditure and biomechanical characteristics of lower limb amputee gait:the influence of prosthetic alignment and different prosthetic components[J].Gait Posture,2002,16(3):255-263.

WalkingAbility ofAmputees with Unilateral Transfemoral Prosthesis

DIAO Zi-long,CAO Xue-jun,YANG Ping,CAI Li-fei
1.Capital Medical University School of Rehabilitation Medicine,Beijing 100068,China;2.Rehabilitation Engineering Institute,Beijing Bo'ai Hospital,China Rehabilitation Research Center,Beijing 100068,China

Objective To investigate the characteristics of walking ability of the amputees with unilateral transfemoral prosthesis.Methods 16 unilateral transfemoral amputees(patients)and 16 healthy adults(controls)were tested with 6-minute walking test indoor,1000 m walking outdoor on various terrain,balance test and energy expenditure test.Results The speed,frequency and stride length were significantly less in the patients than in the controls(P＜0.05)in the indoor 6-minute walking test,and the cycle of gait and energy expenditure were significantly more(P＜0.05);single support time,double and single/double support time were different(P＜0.05).In balance tests,there was no significant difference in the total track length,confidence ellipse area,maximum horizontal deviation and maximum vertical deviation between the patients and the controls(P＞0.05).There were significant differences in time and energy expenditure of outdoor 1000 m walk test between two groups(P＜0.05).There were significant differences in time of outdoor 1000 m walk test and distance of indoor walking test between amputees wearing mechanical four-link prosthetic knee joint and fluid control prosthetic knee joint(P＜0.05),but not in energy expenditure of indoor and outdoor walking test.Conclusion The amputees with unilateral transfemoral prosthesis appear the inefficient in gait, and expend more energy.Their balance remains well.The transfemoral prosthesis the amputees wore may impact their walking ability.

transfemoral amputees;transfemoral prosthesis;walking;rehabilitation;evaluation

10.3969/j.issn.1006-9771.2015.04.024

R687.5

A

1006-9771(2015)04-0470-05

2015-01-09

2015-04-02)

1.首都醫(yī)科大學(xué)康復(fù)醫(yī)學(xué)院，北京市100068；2.中國康復(fù)研究中心北京博愛醫(yī)院康復(fù)工程研究所，北京市100068。作者簡介：刁子龍(1990-)，男，漢族，北京市人，碩士研究生，主要研究方向：康復(fù)工程。通訊作者：曹學(xué)軍(1961-)，男，漢族，上海市人，碩士，研究員，副教授，主要研究方向：康復(fù)工程。E-mail:zkba@sina.com。