综述:增强脑卒中患者的姿势控制:核心稳定性训练(CST)的作用机制及功能恢复分析进展

时间:2025年4月8日
来源:Neurological Sciences

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这篇综述聚焦脑卒中患者姿势控制问题,深入探讨核心稳定性训练(CST)。阐述了 CST 的起源发展,分析其改善姿势控制的机制,从步态时空参数等多方面评估其对患者功能恢复的效果,为临床康复研究提供重要参考。

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引言

脑卒中是中国成年人死亡和残疾的主要原因,且患病率持续上升。许多脑卒中患者即便接受治疗,仍存在运动控制功能障碍,其中姿势控制功能障碍尤为突出,严重影响患者日常生活。姿势控制对于维持身体平衡和恢复行走能力至关重要,因此,在康复医学领域,研究和改善脑卒中患者的姿势控制障碍迫在眉睫。
近年来,脑卒中偏瘫患者的康复需求日益增长,核心稳定性训练(Core Stability Training,CST)作为一种有效提升患者躯干控制和平衡能力的策略,在临床实践中受到广泛关注。“核心” 通常指脊柱 - 骨盆 - 髋臼复合体,核心稳定性则是指在生理范围内,通过减少干扰引起的位移,维持脊柱中立稳定,保障身体关节功能。已有研究表明,增强核心稳定性对脑卒中偏瘫患者的平衡、功能活动、行走能力和姿势控制具有重要意义,但目前关于 CST 训练效果的评估及训练有效性的证据仍有待补充。
本综述旨在全面分析 CST 的研究进展,基于三维步态参数等定量数据探讨其在促进患者功能恢复方面的临床应用,并深入研究 CST 影响脑卒中后姿势控制的潜在机制,为后续相关临床研究提供有价值的参考。

CST 的起源与发展

1985 年,Pope 和 Panjabi 提出 “脊柱稳定性” 概念以解决腰椎不稳定问题。1992 年,Panjabi 正式引入 “核心稳定性” 概念,并将其应用于康复医学领域。核心稳定性的关键在于维持脊柱的中立稳定,为身体关节功能提供坚实的结构基础。核心稳定性的产生源于核心组件内主动和被动肌肉群以及神经在日常活动中的高效协作,从而实现对身体核心的持续控制。
基于核心稳定性概念,CST 在运动损伤预防和管理领域逐渐得到认可。CST 是一种基于神经肌肉控制系统原理的运动疗法,其主要目标是增强腰椎 - 骨盆 - 髋关节作为一个整体的力量和稳定性,促进人体标准解剖结构的维持,助力肢体运动的传递。同时,CST 还旨在全面强化人体躯干的浅层和深层肌肉群以及脊柱的运动。
在脑卒中患者康复领域,CST 的应用经历了逐步发展的过程。20 世纪 90 年代后期,CST 概念刚刚兴起并引入康复领域时,脑卒中患者的 CST 主要借鉴传统康复方法,例如让患者进行仰卧抬腿等基本核心肌群力量训练,以初步增强核心肌肉力量,提升基本身体控制能力。进入 21 世纪,研究发现脑卒中患者存在特定的肌肉激活模式异常,于是研究人员将神经肌肉电刺激(Neuromuscular Electrical Stimulation,NMES)融入 CST。研究表明,叠加 NMES 可使核心肌肉更有效地收缩,增加收缩时的肌肉厚度,帮助脑卒中患者激活正确的核心肌群,提高训练效果。近年来,随着技术进步,虚拟现实(Virtual Reality,VR)技术逐渐应用于 CST。临床实践显示,利用 VR 技术能为脑卒中患者创建模拟日常活动(如行走、爬楼梯)的训练环境,使患者在更具沉浸感和针对性的场景中进行 CST。
CST 广泛应用后,肌肉分类系统理论不断发展,以解释人体躯干核心肌群的动态稳定性。最初的理论将肌肉分为两类:一类是深层单关节肌肉,通过离心收缩控制运动并维持静态稳定,主要附着在椎骨及其周围区域,起局部稳定作用;另一类是双关节浅层肌肉,即全球运动肌,通过向心收缩产生运动扭矩和力量,主要附着在躯干和四肢。在此基础上,Gibbons 等人提出功能模型,将全球运动肌分为稳定肌(如腹内外斜肌和脊神经分支)和运动肌(如腹直肌和髂肋肌);Behm 等人则将全球运动肌分为运动肌和负荷传递肌,认为负荷传递肌连接核心与四肢,虽可自主运作,但对维持核心稳定性至关重要。
此外,生物力学分析研究发现,核心稳定性与腹内斜肌 / 腹直肌的激活比例存在显著相关性。然而,也有系统综述指出,在与健身运动相关的核心肌肉中,核心稳定性训练时腹内斜肌活动最强,自由重量训练时腹直肌、腹外斜肌和竖脊肌活动最强,传统训练时腰多裂肌活动最强。肌肉分类系统理论以及核心稳定性的解剖学和生物力学应用,逐渐揭示了不同肌肉之间的复杂关系和差异,为 CST 的多样化应用提供了新的思路和方法,有助于临床更好地管理肌肉骨骼功能障碍患者。

CST 在姿势控制中的作用机制

脑卒中对神经通路和运动控制的影响

脑卒中会导致局部脑组织缺血或出血性损伤,直接损害运动皮层、基底节或皮质脊髓束,干扰大脑与脊髓之间的信号传递。这使得下行运动控制指令缺失或延迟,表现为躯干肌肉激活延迟、肌肉力量下降以及姿势控制受损。例如,腹横肌激活延迟会降低脊柱稳定性,进而影响肢体运动的协调性。另一方面,脑卒中后感觉通路异常,使中枢神经系统难以准确感知躯干和四肢的空间位置,影响平衡调节,患者常出现坐位时重心偏移、行走时躯干姿势不对称等现象。研究还表明,受损区域的神经元细胞死亡可能伴随周围区域的突触修剪,抑制新突触的形成;异常补偿(如过度使用健康侧肢体)也会进一步阻碍患侧神经通路的恢复。

CST 增强神经可塑性的机制

研究表明,CST 通过重复、有节奏的动作刺激脊髓中的中枢模式发生器(Central Pattern Generator,CPG),可促使脊髓中间神经元自主激活,绕过受损的皮质脊髓束,重新建立运动模式。例如,外骨骼机器人训练可通过精确的步态再现激活 CPG,促进脊髓水平的神经重组。在不稳定的支撑环境中,核心肌群的持续收缩能增加本体感觉信号输入,刺激小脑和顶叶皮质的整合功能,增强大脑对躯干位置和运动状态的感知,有助于感觉运动回路的重新连接。此外,CST 要求患者在多平面运动中保持躯干稳定,这需要运动皮层对核心肌群进行精确控制。研究发现,CST 可显著扩大运动皮层的激活区域,表明其能增加突触密度和连接强度。还有研究指出,通过增强躯干对称力量,CST 可减少同侧补偿,迫使对侧肌群参与运动,这种 “强制使用” 机制能激活对侧大脑半球的神经可塑性,促进双侧大脑半球的功能平衡。

姿势控制调节机制及 CST 的作用

人体直立姿势的稳定性较差,由于心跳、体液流动和呼吸等因素,神经肌肉系统无法维持恒定的张力,难以达到严格的平衡状态。因此,姿势控制的调节依赖于通过复杂机制持续维持平衡。这种平衡调节机制与预期姿势调整(Anticipatory Postural Adjustments,APAs)和补偿性姿势调整(Compensatory Postural Adjustments,CPAs)相关。在运动开始前和运动过程中,APAs 和 CPAs 对实现姿势控制起着关键作用,它们调节躯干重心,调整姿势张力,减少对身体的干扰。研究表明,在经典框架中,APAs 是一种减少指向活动中动态成分产生的干扰力、增强肢体运动的创新方法,且 APAs 的发生不依赖于姿势稳定性。
核心稳定性可定义为对躯干、骨盆和脊柱区域肌肉的全面激活,通过核心控制优化协调的力传递。有研究提出,对上述肌肉进行选择性募集训练有助于重组中央皮层的运动控制模式,改善核心肌群的募集模式。当核心肌肉作为稳定系统的自主收缩意识和本体感觉建立后,通过核心训练改善神经肌肉控制就成为关键。核心控制在维持姿势控制中起着重要作用,主要由大脑皮层(尤其是脑桥网状脊髓束)调节。该束的高级 APAs 有助于恢复躯干的前馈反射调节,从而增强脑卒中患者的姿势控制能力。调节姿势控制的主要通路是内侧腹侧束,它促进下游运动传导。内侧腹侧束的多个传导通路与支配颈部、背部和四肢近端肌肉的运动神经元直接相连,在姿势控制稳定和肢体运动协调方面发挥着关键作用。

通过仪器步态分析评估 CST 的功能恢复效果

CST 近年来在物理治疗和运动康复领域重新受到关注,这得益于其能弥补传统运动疗法中对躯干和核心肌肉训练的不足,为姿势控制功能障碍的脑卒中患者提供了一种有效的训练方法。近期的系统综述表明,纳入以平衡、行走和功能评估为结果指标的相关随机对照试验(Randomized Controlled Trials,RCTs),使 CST 的效果得到了显著提升。早在 20 世纪 60 年代,就有研究人员提出近端稳定对远端活动至关重要,保持躯干的适当稳定可增强姿势控制和运动表现。因此,脑卒中患者可通过补偿策略提高功能活动能力。但需要注意的是,主观量表评分的改善可能无法准确反映脑卒中患者实际的姿势控制水平。为了区分患者活动模式的真正恢复和补偿,探究 CST 对下肢运动表现的影响,从三维步态参数的定量数据角度研究运动损伤和功能恢复情况具有重要意义。

利用步态时空和运动学参数增强运动控制

脑卒中后姿势控制功能障碍的患者常表现出异常的运动学特征,如姿势摆动范围异常、体重分布不均、四点同步性降低以及跌倒风险增加等。在三次关于脑卒中恢复和康复的圆桌讨论中,均强调应优先使用动力学和运动学指标评估患者运动功能的恢复情况,这些参数的变化能更准确地反映患者功能的改善。因此,研究 CST 对脑卒中患者运动控制(尤其是步态时空和运动学参数)的影响具有重要的研究价值。
脑卒中偏瘫幸存者由于中枢神经系统受损,常出现异常行走模式,如剪刀步态和划圈步态,这些异常在患者行走的时空参数中表现明显。因此,监测步态参数对于评估患者的运动和平衡能力至关重要。多项研究均证实了 CST 对改善脑卒中患者步态参数的积极作用。例如,Bai 等人的 RCT 研究使用平衡仪收集体重分布指数和总体稳定性数据,并利用三维步态分析系统评估 CST 对患者平衡功能的影响,结果显示患者组患侧肢体的体重分布指数、稳定性系数以及与行走相关的参数(如步频、速度和步长)均有显著改善,且优于接受传统康复训练的对照组。Xiao 等人对偏瘫患者的研究发现,其主要步态特征为步态速度降低和步长对称指数(患侧 / 健侧步长)增加,利用 Helen Hayes 标记集模型进行步态分析后发现,CST 对提高偏瘫患者的步态速度和恢复步长对称性有显著积极影响。Fan 等人采用全方位强化运动训练系统结合太空服对老年脑卒中患者进行早期康复,无论是将 CST 与运动训练系统联合应用,还是单独使用 CST,都能改善患者的步态时空参数、髋膝踝关节的关节运动参数以及步态时间参数中的双支撑相。Zhou 等人通过平衡针结合 CST 治疗,使脑卒中患者在三维步态中的步频、速度和步长比得到显著改善。Olczak 的观察性研究发现,核心稳定性在促进脑卒中患者躯干在冠状面和矢状面的更精确运动方面发挥着重要作用,还能增加患者的足离地高度,改善步态和扩大运动范围。由此可见,步态参数的改变可作为脑卒中患者姿势控制功能障碍更直观的指标,有助于临床治疗师准确判断具体功能障碍,制定更有效的干预措施。

通过改善重心轨迹和动力学参数增强姿势稳定性

分析人体重心轨迹是评估姿势稳定性和平衡的有效基本方法之一。多项研究表明,CST 能有效改善脑卒中患者的姿势稳定性相关指标。Li 等人的研究发现,结合视觉反馈的 CST 在缩短重心轨迹长度、增加轨迹重叠率、减少身体质量在前后左右区域的分布差异、改善小腿三头肌肌张力以及增强踝关节活动度方面效果显著。Pilkar 等人使用新型核心强化设备 AllCore360° 对三名脑卒中患者进行 CST 干预,通过姿势描记记录患者重心变化,结果显示所有患者冠状面重心偏移均减少,其中一名患者减少幅度高达 69%。Van Criekinge 等人的研究表明,CST 可改善脑卒中患者的多种步态参数,增加步长、速度和矢状面重心位移,提高活动能力,同时减少步宽和冠状面重心位移,且该研究首次证明了躯干训练可使患者行走时的躯干运动学恢复正常。Zhou 等人发现,平衡针结合 CST 可显著减小患者在睁眼 60 秒和闭眼 10 秒任务中的重心轨迹面积和摆动长度。Gao 等人使用 Zebris 平衡测试仪比较脑卒中患者压力中心轨迹总长度和压力中心椭圆面积,结果表明 CST 可使患者下肢重力重新分布,改善平衡功能,包括左右肢体以及患侧足底的重力分布。Sheng 使用相同的平衡测试仪也观察到类似结果,患者压力中心轨迹总长度、中心椭圆面积、中心椭圆横径和纵径均普遍减小。Liu 等人将 VR 与 CST 结合,发现患者压力中心椭圆面积显著改善。这些研究结果表明,评估重心轨迹的变化有助于临床治疗师及时了解患者病情,调整康复训练的内容和强度,确保患者双侧肌肉力量平衡。
此外,De Luca 等人使用创新的机器人设备进行 CST,发现患者在不稳定平面的动态平衡以及抗干扰平面的动态平衡均得到改善,躯干控制能力提高,且无需使用补偿策略,这些改善在干预结束后持续了三个月以上,患者在日常生活中使用补偿策略的频率也有所降低。Zhang 使用 Tetrax 平衡仪研究发现,CST 在改善脑卒中偏瘫患者睁眼和闭眼状态下的体重分布指数方面效果优于双下肢振动训练,且即时效果更明显。Haruyama 等人发现,CST 可增强脑卒中患者矢状面骨盆倾斜的主动活动度,这一指标可与步态参数和重心轨迹评估相结合,用于评估 CST 的运动学参数。

基于肌电图(EMG)活动参数的核心肌群神经肌肉恢复

脑卒中后偏瘫是由于运动皮层向脊髓运动神经元的运动信号中断或缺失所致,恢复脊髓神经支配是运动控制的神经基础。肌电图(Electromyography,EMG)数据用于电诊断和检测,与脊髓向肌肉传递的神经电信号密切相关,同时能反映脑卒中患者运动单位激活受损的程度以及运动功能障碍的潜在机制,因此 EMG 数据包含了与脑卒中患者运动任务表现相关的重要神经信息,值得深入研究。
以往研究表明,核心肌群(如腹直肌、腹外斜肌、背阔肌和竖脊肌)的肌电活动可作为脑卒中后姿势控制功能障碍患者神经肌肉控制功能障碍的指标。Zhou 在悬吊带辅助下进行 CST 治疗脑卒中患者的平衡功能,治疗前的表面 EMG 信号检测数据显示,仅多裂肌的积分肌电、中位频率和平均功率频率在健侧和患侧存在显著差异,而腹直肌、腹外斜肌和竖脊肌在两侧无明显差异。治疗结果表明,悬吊带辅助下的 CST 有效减少了多裂肌数据在健侧和患侧的差异,促进了两侧肌肉负荷的均衡分布。Zhou 等人的另一项研究对接受平衡针灸结合 CST 治疗的脑卒中患者的股四头肌、胫骨前肌和腓肠肌进行表面 EMG 测试,结果显示这三组肌肉的积分肌电显著增加,表明神经肌肉恢复得到改善,同时均方根振幅显著降低,提示肌肉力量增强,证明了平衡针灸结合 CST 在促进脑卒中患者神经肌肉恢复和增强肌肉力量方面的潜力。
Lee 等人测量了脑卒中后姿势控制功能障碍患者在快速前向肩部屈曲时预期姿势调整(APAs)的激活时间,使用 EMG 评估双侧腹外斜肌、竖脊肌、腹横肌和腹内斜肌的激活情况,结果显示传统 CST 治疗可缩短所有组 APAs 的激活时间,基于动态神经肌肉稳定的 CST 能使 APAs 激活更快。Yoon 等人发现,与基于神经发育疗法的 CST 相比,基于动态神经肌肉稳定的 CST 可使偏瘫脑卒中患者腹横肌和腹内斜肌的中位 EMG 振幅值增加更多,且通过压缩生物反馈装置进行 CST 可提高核心稳定性,超声成像显示腹横肌厚度增加。Pilkar 等人在随访期间收集患者双侧腹直肌、背阔肌和上竖脊肌的 EMG 数据,结果发现参与者的神经肌肉反应存在较大差异,尤其是腹直肌,但由于缺乏规范性的最大自主等长收缩数据,无法得出明确结论。

结合其他指标的功能恢复

除了三维步态参数分析获得的定量数据外,一些研究将超声测量脑卒中患者核心肌肉厚度作为观察指标。多项随机对照试验(RCTs)发现,使用 CST、超声视觉反馈下的 CST 以及基于动态神经肌肉稳定的 CST 干预后,患者患侧腹横肌厚度均有所增加,部分研究还观察到多裂肌厚度改善,以及膈肌和患侧腹内斜肌厚度增加等情况。然而,Du 等人发现,在存在深感觉功能障碍的脑卒中患者中,只有超声视觉反馈下的 CST 对患侧腹横肌厚度有积极影响,这表明这种改善可能是通过视觉通路对感觉输入功能障碍的补偿作用实现的。
综上所述,CST 可利用运动学参数改善三维步态和关节运动,减少脑卒中后姿势控制障碍患者重心轨迹的位移,促进下肢重量的均匀分布。EMG 数据表明,CST 有助于改善核心和下肢肌肉的神经肌肉恢复,超声测量结果显示 CST 可增加核心肌肉厚度,增强并平衡健侧和患侧的核心力量。

结论

基于上述研究结果,实施 CST 时应重点关注患者调节躯干和肢体运动的能力,通过协调和稳定不同肌肉群,逐步提高姿势控制中肌肉的精确控制能力,使患者的运动系统同步化,形成标准化、平衡的日常运动模式,最终提升患者的整体生活质量,促进其顺利回归社会。
作为一种新兴的运动疗法技术,大多数关于 CST 的临床研究都取得了积极成果。CST 在临床实践中的有效性已得到多项研究证实,其重要性不容忽视。然而,CST 的临床应用仍面临诸多挑战。目前,临床研究<

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