行走过程中，腓肠肌（Vastus lateralis）与腓骨肌（Gastrocnemius）的协同激活与慢性中风患者对类似滑倒的干扰姿态的反应性稳定性有关

《Journal of Electromyography and Kinesiology》：Vastus lateralis–gastrocnemius co-activation during gait is associated with reactive stability to slip-like perturbations in chronic stroke

　　冈萨洛·瓦拉斯-迪亚兹（Gonzalo Varas-Diaz）、克里斯托瓦尔·莫恩内-洛科兹（Cristobal Moenne-Loccoz）、古斯塔沃·努涅斯-萨韦德拉（Gustavo Nunez-Saavedra）、胡安·何塞·马里曼（Juan José Mariman）、卡洛斯·克鲁兹-蒙特西诺斯（Carlos Cruz-Montecinos）、哈维尔·桑切斯（Javier Sanchez）
智利圣地亚哥天主教大学健康科学学院运动学系

**摘要**
**背景**
中风后，步态过程中的神经肌肉协调通常表现为下肢肌肉之间的共激活增加。尽管这种改变在稳定行走时已被充分描述，但它们对意外干扰后反应性平衡控制的影响仍不明确。
**目的**
研究慢性中风患者在行走过程中股外侧肌（vastus lateralis）与腓肠肌内侧肌（gastrocnemius medialis，VL–GM）共激活与意外滑倒式干扰后反应性平衡表现之间的关联。
**方法**
37名慢性中风患者进行了地面步态评估，使用表面肌电图（surface electromyography）量化站立阶段VL–GM的协调情况。计算了VL–GM之间的峰值激活间隔（Peak Activation Interval, PAI_VL–GM）以及共激活幅度指数（Co-activation Amplitude Index，包括CAI_VL–GMmax和CAI_GM–VLmax）。在另一项实验中，参与者在行走过程中暴露于由可移动平台引起的意外滑倒式干扰。通过无量纲质心（center-of-mass, CoM）稳定性指标评估反应性平衡表现。
**结果**
较高的PAI_VL–GM与更好的CoM稳定性相关。此外，跌倒的参与者表现出较低的PAI_VL–GM和较高的CAI_GM–VLmax。
**结论**
步态阶段的VL–GM肌电图协调性与慢性中风患者滑倒式干扰后的反应性平衡控制密切相关。

**引言**
中风后，神经肌肉协调障碍是运动控制改变的显著特征，通常表现为步态期间下肢肌肉的异常激活时序和共激活增加（Feigin等人，2022年）。这些改变反映了运动神经控制的紊乱，导致行走效率降低、平衡能力受损以及功能性移动和社区参与的限制（Winstein等人，2016年；O'Dell，2023年）。有效的平衡恢复对于安全和独立的行走至关重要，因为它可以降低跌倒风险，并支持中风的长期移动能力和生活质量（Lendraitiene等人，2017年；Rahayu等人，2020年）。尽管有广泛的康复治疗，跌倒仍然是中风后的主要并发症，大约40%的患者在康复后的第一年内会发生严重跌倒（Denissen等人，2020年；Xu等人，2018年）。重要的是，平衡能力受损和倾向于向瘫痪侧跌倒显著增加了髋部骨折和长期残疾的风险，这凸显了需要更好地理解限制平衡恢复的神经肌肉因素（Luan等人，2016年）。
反应性平衡控制依赖于下肢肌肉的快速和协调激活，以在外部干扰后恢复平衡（Schinkel-Ivy等人，2019年）。有效的支撑变化反应（如反应性踏步）依赖于精确的神经肌肉时序、选择性肌肉激活以及对意外干扰的主动-拮抗肌相互作用的灵活调节（Welch和Ting，2014年；McCrum等人，2022年；Handelzalts等人，2019年）。在中风患者中，反应性平衡反应经常受损，反映了肌肉激活的神经控制缺陷，而不仅仅是生物力学限制（Bhatt等人，2019年）。这些缺陷通常表现为步态起始延迟、多步反应以及偏好使用非瘫痪侧肢体行走（Bhatt等人，2019年；Gangwani等人，2020年；Bhatt等人，2023年）。这些行为通常伴随着拮抗肌群选择性的降低、肌肉无力以及感觉整合的改变（Chvatal和Ting，2012年），从而限制了在平衡恢复期间快速重新配置运动输出的能力（Gangwani等人，2020年；Bhatt等人，2023年）。因此，瘫痪侧的典型共激活模式可能限制了反应性平衡策略，使中风患者容易产生无效的恢复反应并增加跌倒风险。
在正常行走中，膝关节和踝关节伸肌作为功能上耦合但在时间上不同的肌肉群，以阶段依赖的方式支持身体支撑和前进步进（Neckel等人，2006年）。股四头肌通常在站立初期达到峰值激活以支持体重，而足底屈肌（包括腓肠肌）在站立后期达到最大激活，以控制踝关节背屈并产生推进力（Dyer等人，2011年）。这种异相激活模式反映了高效的神经协调，最小化了拮抗干扰并允许站立阶段任务之间的平滑过渡。然而，在偏瘫步态中，常见股四头肌在站立后期持续激活以及踝关节伸肌在站立初期过早激活（Benedetti等人，2001年；Bowden等人，2010年；Dyer等人，2011年）。这些时间上的改变降低了膝关节和踝关节的选择性运动控制，破坏了关节扭矩的产生，并损害了运动模式的适应性。结果，异常的膝关节-踝关节伸肌共激活增加了能量消耗，限制了步态效率，并可能限制了有效应对行走平衡干扰所需的神经肌肉灵活性（Clark等人，2010年）。
除了对肌肉激活改变的描述性观察外，还开发了定量肌电图指标来表征步态过程中膝关节和踝关节伸肌的协调情况。特别是，股外侧肌（VL）与腓肠肌（GM）峰值激活之间的时间间隔（称为峰值激活间隔，PAI）提供了一个指标，用于衡量相邻关节肌肉群之间的阶段依赖性分离（Dyer等人，2011年）。此外，共激活幅度指数（CAI）量化了VL和GM之间重叠激活的相对幅度，反映了站立阶段主动肌和拮抗肌驱动之间的平衡。这些指标共同捕捉了神经肌肉控制的两个不同但相关的方面，即激活时序和激活幅度。在偏瘫患者中，较低的PAI_VL–GM和较高的CAI_VL–GM与无效的体重转移、改变的站立阶段力学以及有效承受体重和推动所需的关节扭矩调节受损相关（Benedetti等人，2001年；Dyer等人，2011年；Dyer等人，2014年）。重要的是，这些肌电图衍生的协调特征反映了神经运动输出的约束，可能在需要快速重组肌肉活动时限制运动系统的灵活性。
尽管膝关节和踝关节伸肌之间的神经肌肉协调与中风后的步态表现和行走效率有关（Benedetti等人，2001年；Clark等人，2010年；Dyer等人，2011年），但其对反应性平衡控制的相关性仍很大程度上未被探索。对意外干扰的反应性平衡反应需要快速重组肌肉激活模式和跨关节的肌肉协调的灵活调节。然而，目前尚不清楚在稳态步态期间测量的肌电图衍生协调特征（如VL和GM之间的PAI和CAI）是否反映了行走稳定性突然受到挑战时反应性平衡策略有效性的限制。鉴于中风患者步态障碍与平衡缺陷之间的已知关联（Gangwani等人，2020年；Wang等人，2019年），研究这种关系可能有助于了解步态期间神经肌肉时序和共激活的变化如何影响干扰后的平衡恢复能力。解决这一空白可能有助于阐明步态阶段肌电图协调在跌倒风险中的作用机制。
本研究的目的是调查步态过程中膝关节和踝关节伸肌之间的神经肌肉协调（使用肌电图衍生的时序和幅度指数量化）是否与慢性中风患者在意外滑倒式干扰后的反应性平衡策略的有效性相关。具体而言，我们研究了步态期间测量的峰值激活间隔（PAI_VL–GM）和共激活幅度指数（CAI_VL–GM）与反应性平衡恢复的运动学指标之间的关系。此外，我们还评估了成功恢复平衡的参与者与在干扰后跌倒的参与者之间的步态阶段神经肌肉协调是否存在差异。我们假设VL和GM峰值激活之间的较大时间间隔（较高的PAI_VL–GM）和较低的共激活幅度指数（较低的CAI_VL–GM）与更有效的反应性平衡反应相关。我们进一步假设，在首次暴露于平衡干扰时跌倒的参与者在步态期间的PAI_VL–GM较低，而CAI_VL–GM较高。

**参与者**
38名慢性中风患者（中风后>6个月）参与了这项研究，研究了步态期间的神经肌肉协调和反应性平衡控制。一名参与者因数据收集问题而被排除在外，这些问题影响了步态评估期间的表面肌电图信号质量。参与者需要独立行走，可以使用辅助设备，也可以不使用。排除标准包括认知缺陷。
**结果**
共有38名慢性中风患者（中风后>6个月）参与了研究。由于一名参与者的肌电图记录质量受技术问题影响，最终分析中仅使用了37名参与者的数据。表1总结了人口统计特征和基线临床测量结果。实验过程中未报告任何不良事件。
**讨论**
本研究探讨了在稳态步态期间使用肌电图衍生的时序和幅度指数量化的膝关节和踝关节伸肌之间的神经肌肉协调是否与慢性中风患者在意外滑倒式干扰后的反应性平衡表现相关。主要发现是，股外侧肌与腓肠肌内侧肌激活之间的较大时间间隔（较高的PAI_VL–GM）与更有效的反应性平衡相关。
**结论**
本研究表明，步态期间膝关节和踝关节伸肌之间的神经肌肉协调，特别是通过PAI_VL–GM量化的激活时序，与慢性中风患者滑倒式干扰后的反应性平衡表现密切相关。这些发现支持了肌电图衍生时序指标作为影响平衡恢复和跌倒风险的神 经肌肉控制约束标志物的相关性。