在步态过程中，当存在辅助或阻碍水平力时，对下肢肌肉的振荡性神经驱动进行频率特异性调制

《Journal of Electrocardiology》：Frequency-specific modulations of oscillatory neural drives to lower leg muscles during gait with aiding and impeding horizontal forces

本研究通过施加横向阻抗力，利用表面肌电互相关分析发现，横向阻抗力显著增强比目鱼肌群亚皮质起源（α波段）的神经驱动协调性，并伴随皮质（β波段）的参与，可能提升步态速度。

　　

北谷亮辅 | 楠田里奈 | 索里马奇ルナ | 大鹤直文 | 柴田纯也 | 大西英明

日本新潟健康福祉大学物理治疗系

摘要

在重心（COM）周围施加阻碍性水平力进行步态训练，由于腓肠肌（GC）活动的增强，可以提升步态速度；然而，这些变化背后的神经机制尚不清楚。本研究旨在通过配对表面肌电图（EMG）的相干性分析，探讨步态过程中重心周围阻碍性水平力对小腿肌肉振荡性神经驱动的影响。其中，α波和β波分别反映了皮下和皮层来源的神经活动。20名健康的年轻成年人参与了三种步态条件下的实验：无额外水平力的正常步态，以及通过腰带在第二骶椎水平施加5%体重负荷的辅助性水平力和阻碍性水平力步态。在α波（7.5–15 Hz）范围内，腓肠肌内外侧的肌间相干性在阻碍性水平力条件下显著高于辅助性水平力和正常步态条件；而在β波（15–35 Hz）范围内，仅在阻碍性水平力条件下相干性显著升高。步态过程中重心周围的水平阻力增强了来自皮下来源的振荡性神经驱动，同时也有皮层的参与。

引言

中风患者的步态障碍表现出多种特征，包括步态速度减慢、步态不对称（Wonsetler和Bowden，2017年）以及异常步态模式，如绕行步态和膝关节僵硬步态（Li，2024年）。由于步态速度与社区中的活动范围（Perry等人，1995年）和生活质量（Grau-Pellicer等人，2019年）密切相关，因此提高步态速度被认为是中风康复的主要目标（Tasseel-Ponche等人，2022年）。在中风后导致步态速度下降的因素中，患侧肢体的推进作用起着关键作用（Roelker等人，2019年）。步态中的推进作用通过地面反作用力的前向分量（A-GRF）来衡量，即前后方向地面反作用力正值的峰值或积分，这与步态期间踝关节跖屈肌的活动和力矩相关（Awad等人，2020b年）。末端站立期时，大转子与第五跖骨头连线与地面垂直轴之间的角度（TLA）也是推进作用的指标（Lewek和Sawicki，2019年）。A-GRF和TLA在健康成年人和中风患者中均与彼此以及步态速度有很强的相关性（Lewek等人，2018年；Lewek和Sawicki，2019年；Hedrick等人，2021年；Hsiao等人，2016年）。因此，开发能够增加A-GRF和TLA的步态训练方法对于改善中风患者的步态能力至关重要。

在步态过程中，重心（COM）周围施加的水平阻力会增强腓肠肌（GC）等小腿后侧肌肉的活动（Ellis等人，2014年），并在健康成年人的中后期站立阶段增加GC肌肉在较宽频率范围内的活动（Kim和Franz，2021年）。这些肌肉活动的增加已在健康成年人的脊髓运动神经元激活图中观察到，这是通过表面肌电图（EMG）评估的（Dewolf等人，2020年）。由于踝关节跖屈肌的活动与步态期间的A-GRF相关（Awad，Lewek，2020b年），因此在步态过程中重心周围施加的水平阻力可以增加中风患者患侧A-GRF和TLA等推进指标（Lewek等人，2018年）。结果表明，每周三次、每次20分钟的8周步态训练可以改善中风患者的步态速度、步频、步长和平衡能力（Na等人，2015年）。然而，包括皮层贡献和皮下过程（如脊髓激活）在内的神经机制仍不清楚。阐明健康成年人在步态过程中重心周围水平阻力作用下推进作用的神经机制，有助于进一步研究和发展针对中枢神经系统疾病患者的神经康复工具，特别是这些区域的特定缺陷。

利用EMG-EMG相干性分析评估了来自皮下和皮层区域的振荡性神经驱动。α波（约10 Hz）和β波（约20–30 Hz）范围内的相干性分别归因于皮下（Aguiar等人，2018年；Grosse和Brown，2003年；Norton等人，2003年）和皮层（Grosse等人，2002年；Kitatani等人，2020年；Power等人，2006年）来源。在本研究中，我们旨在通过EMG-EMG相干性分析探讨步态过程中重心周围水平阻力对健康成年人小腿肌肉振荡性神经驱动的影响。我们假设步态过程中的水平阻力主要增强了来自皮下来源的振荡性神经驱动，同时也有皮层的参与。

参与者

20名右利手的健康年轻成年人（Chapman等人，1987年）（平均年龄：21.4±0.9岁；平均身高：163.5±7.0厘米；平均体重：55.6±7.0千克；10名男性，10名女性）参与了本研究。所有参与者均无可能影响步态的疾病（如神经系统疾病、下肢骨科疾病和心血管疾病），并在测量前提供了书面知情同意。所有实验程序均获得了伦理委员会的批准。

步长和TLA

对于步长和TLA（图3），重复测量单因素方差分析显示显著的主效应（步长：F(2, 34) = 79.617，p < 0.001，η2 = 0.824；TLA：F(2, 34) = 46.984，p < 0.001，η2 = 0.734）。事后比较显示，与辅助性水平力条件和正常步态条件相比，阻碍性水平力条件下的步长和TLA显著增加（步长：p < 0.001，Cohen’s d = 1.211；TLA：p < 0.001，Cohen’s d = 1.164）。

讨论

我们利用EMG-EMG相干性分析研究了步态过程中重心周围水平阻力作用的神经机制。与辅助性水平力和正常步态条件相比，阻碍性水平力条件下步长和TLA显著增加，同时腓肠肌（MGC）和比目鱼肌（LGC）的活动也显著增强。

结论

步态过程中重心周围的水平阻力主要增强了来自皮下结构（如网状结构和脊髓）的振荡性神经驱动，同时也有皮层的参与。考虑到这些神经机制，利用重心周围的水平阻力进行步态训练可能是改善中枢神经系统疾病患者步态能力的有效物理治疗方法。

CRediT作者贡献声明

北谷亮辅：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法学设计、资金获取、数据分析、概念构建。 楠田里奈：数据收集、数据分析。 索里马奇ルナ：数据收集。 大鹤直文：撰写 – 审稿与编辑、方法学设计。 柴田纯也：撰写 – 审稿与编辑、方法学设计。 大西英明：撰写 – 审稿与编辑、监督。

资助

本研究部分得到了日本学术振兴会（Japan Society for the Promotion of Science）的科学研究资助（C类项目，项目编号：24K14313）和新潟健康福祉大学的研究扩展资助的支持，时间为2024年。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

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