JNER:外骨骼辅助行走改善脊髓损伤患者的肺功能和行走参数

脊髓损伤(SCI)往往导致损伤节段以下肢体严重的功能障碍。脊髓损伤不仅会给患者本人带来身体和心理的严重伤害，还会对整个社会造成巨大的经济负担。SCI后呼吸系统并发症很常见，占死亡原因的5.4%。此外，肺容量可能对运动表现有较大影响，因为氧气对器官系统代谢至关重要。因此，良好的肺功能（PF）对SCI患者至关重要。

肺功能参数受呼吸肌瘫痪程度（完全或部分）的影响，呼吸肌包括膈肌、肋间肌、腹肌。此外，PF参数与受损脊髓的水平相关。因此，医生和治疗师更关注高损伤水平患者的PF。他们经常进行特殊训练，如呼吸肌训练和腹部牵引动作。步行和跑步是有氧运动计划的关键要素，有助于保持肺功能和运动能力。然而，脊髓损伤后的下肢瘫痪和骨质疏松会使患者难以行走或跑步。上肢有氧运动、力量训练和平衡训练很难改善静息肺功能或运动表现。因此，下肢运动完全性损伤的患者需要辅助装置来完成行走训练，促进肺功能和运动能力的改善。

外骨骼辅助行走（EAW）已被证实有助于胸腰椎SCI患者安全行走。但很少有研究使用EAW训练改善PF。很少有研究关注PFT对PF参数的变化，包括肺活量、用力肺活量（FVC）、1秒用力呼气量（FEV1）、用力呼气流量（FEF25/50/75）、最大呼气流量（PEF）和最大自主通气（MVV）。本随机对照研究的主要目的是了解EAW训练在改善SCI患者PF参数方面是否不同于常规康复训练。本文发表在《Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation》。

从2020年5月到2020年8月，前瞻性地登记了所有被诊断为脊髓损伤小于T3且大于L2至少1个月的成年患者。参与者来自四川大学华西医院康复中心3个单元的住院患者。他们之前都没有EAW培训经验。 通过简单随机方法，将个体以1:1的比例随机分为EAW组或常规组。训练前和训练后的个体PFT和LEMS评估由相同的两名临床研究人员（X.Y.和Y.O）进行，6MWT由两名参加EAW培训（H.C和C.P.D）和常规培训（H.Y.Z）的研究人员进行。取平均值后记录临床数据。

实验流程

AEDER（瘫痪患者辅助装置）动力机器人外骨骼用于EAW培训。所有受试者根据骨盆宽度、大腿长度和小腿长度分别安装到机器人外骨骼上。外骨骼辅助步行训练计划每周连续进行4天，共16次训练。每次训练持续50-60分钟，根据需要进行间歇休息，包括站立、靠墙或坐在设备上。训练课程包括坐、站、走、爬楼梯和斜坡，最大协助步行模式，并达到40–60%的最大心率使用心率传感器的值进行检查。对于常规组，康复计划包括使用5至20 kg哑铃的力量训练、有氧运动（如带支架的步行训练）以及坐姿或站姿的静态和动态平衡训练。常规康复训练的强度、持续时间和频率与EAW训练相同（HRmax为40–60%，50–60分钟/次，每周4天）。药物治疗和康复护理是根据病情而定的。

患者使用助行机器人训练

用计算机肺活量计（Vyntus）完成肺功能测试，基于美国胸科学会所述的标准化程序。为了确定PF参数，参与者在轮椅上进行PFT坐位，并且禁止向评估员透露他们的干预任务。PFT是在参与者佩戴鼻夹的情况下进行的。如果参与者咳嗽或出错，则不会记录数值。进行了三次重复操作，间隔五分钟休息，并自动记录最佳结果。PFT包括FVC、FEV1、FEF25/50/75、PEF和MVV的评估。强制肺活量是指在最大吸气后，通过最大强制呼气可排出的空气总容量。1秒用力呼气量是指在一秒钟内呼出的空气量。用力呼气流量25/50/75指用力呼气流量为FVC的25%、50%和75%。呼气峰流量反映呼吸肌的强度。最大自主通气量是指受试者在指定时间内能够呼吸的最大空气量。

两组患者肺功能试验（PFT）的改善情况

在本研究中，与SCI康复计划中广泛使用的常规训练相比，FVC、FEV1的结果更好。EAW、FEV1、FEF75、PEF和MVV与治疗前相比有统计学差异。PF参数的改善可能反映呼吸肌力和肺通气的增加。与跑步机行走相比，通过外骨骼进行的地面行走会引起躯干肌肉的更大激活，即使在控制手持辅助设备的使用后也是如此。EAW改善PF参数的潜在机制可能是招募躯干肌肉。SCI患者躯干肌肉的改善导致了更好的肺功能。

与传统训练相比，EAW训练在FVC、FEV1方面提供了统计上显著的改善。尽管如此，两组的FEF、PEF和MVV没有差异。对于推荐并广泛使用多年的常规训练，本研究仅证明了SCI患者保持PFT的能力。然而，由于常规组的所有参与者都处于急性期，这些变化可能是自然恢复的次要变化。尽管如此，各组之间的差异仍然证明了EAW的优势。机器人外骨骼可以提高行走能力。

目前的结果表明，与常规训练相比，EAW在促进低胸椎神经水平SCI患者的PF参数方面具有潜在的优势。此外，机器人外骨骼有助于行走。

Xiang, XN., Zong, HY., Ou, Y. et al. Exoskeleton-assisted walking improves pulmonary function and walking parameters among individuals with spinal cord injury: a randomized controlled pilot study. J NeuroEngineering Rehabil 18, 86 (2021). https://doi.org/10.1186/s12984-021-00880-w