JNER：帕金森病患者步行时的肌肉激活模式

帕金森病（PD）是一种进行性神经退行性疾病，常见症状为步态障碍和姿势功能障碍。黑质多巴胺神经递质的生成减少导致基底神经节环路过度抑制，从而导致与行走相关的习惯模式丧失，肢体运动范围缩小。大多数帕金森病患者都是通常步态不稳，步态拖沓，力量减弱，僵硬，容易跌倒。通常，由于前脚的足底力减小，导致摆动前阶段的速度降低，从而导致摆动阶段的腿部加速度、步幅和步速降低 。然而，人类步态是许多非神经因素（如骨骼畸形）的结果，在疾病的早期，可能会忽略一些步态损伤症状。

步态中可重复运动的周期被定义为步态周期。步态间隔，也称为步幅间隔，是同一只脚的后续脚跟撞击之间的时间。它包括两个主要的子阶段：站姿和摆动。他们在站立阶段腓肠肌活动较低，调节激活模式的能力降低，活动不稳定。帕金森病患者在站姿阶段的胫骨前肌（TA）降低，在摆动后期的TA振幅降低，这反映了对脚和步幅控制有限的运动控制受损。在行走和保持姿势期间，具有高表面肌电调制指数（MI）的健康人的TA和MG肌肉活动存在周期性变化。这可以节约能量并提供稳定性。MI越大，说明招募的运动单位数量越多，活动范围也越大。帕金森病患者在保持平衡的同时减少了调制。姿势不稳和步态障碍（PIGD）的下降是UPDRS-III的一个分项评分，是监测疾病进展的重要参数之一。本实验研究的目的是使用可穿戴传感器，确定患有早期PIGD的PD患者与正常人在行走过程中的神经肌肉活动差异。本文发表在《Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation》。

该研究招募了72名参与者：24名早期PD患者、24名健康老年人（HOA）和24名健康青年人（HYA）。帕金森病患者的排除标准为临床观察或自我报告的骨骼损伤、除帕金森病以外的神经或肌肉骨骼疾病以及运动障碍协会统一帕金森病评定量表（MDS-UPDRS > 50），帕金森病患者的表型是混合型的，所有患者都处于药物治疗周期的ON阶段。选择HOA和HYA组，使性别比例（男性：女性）与PD组相似。收集受试者的人口统计学数据、病史、精神病史、当前用药和PD病史（持续时间、症状、先前用药时间、进展）。根据MDS-UPDRS运动检查部分的指南、Hoehn和Yahr（H&Y）量表，由接受运动障碍专家培训和监督的检查人员评估PD运动症状的严重程度。

PD和HOA受试者、PD和HYA受试者、 HOA和HYA受试者在步态周期分阶段肌电图

对每个参与者进行两个完整步态周期的研究。信号记录经过预处理以消除噪音。使用20–450 Hz六阶巴特沃斯带通滤波器对表面肌电进行滤波。使用均方根（RMS）移动平均值（100 ms窗口和10 ms重叠）获得包络。使用截止频率为0.01–20 Hz的二阶带通巴特沃斯滤波器降低加速计和陀螺仪中的噪声。

在水平直线行走过程中，PD患者的共激活显著增加，TA激活减少。对于帕金森病患者，步态障碍量表的平均姿势不稳定和步态障碍（PIGD）评分较低 = 5.29分，最高分为20分。对步态的单支撑和双支撑阶段的研究表明，虽然对照组的肌肉活动和协同激活指数（CI）在步态周期中进行调节，但帕金森病患者的这一点大大降低。对照组和帕金森病患者的CI之间最大的差异是在步态的双支撑阶段。

MI-TA与临床特征之间的散点图

与文献一致，从表面肌电图中可以直观地观察到，年龄匹配的对照组在中间阶段表现出更大的TA激活，而帕金森病患者在站姿期间TA激活降低。亚期分析显示，在步态的早期和中期摆动阶段，TA的活性增加，PD的所有步态阶段，MG的RMS均较小。HOA与PD1、HOA与PD2的CI有显著性差异（p < 0.05)。踝关节肌肉过度共激活可能是步态障碍的原因之一，也可能是可观察到的症状的前兆。激动剂-拮抗剂肌肉的共同激活增加导致PD患者踝关节僵硬和步态受损，代谢成本增加。这可以解释本文的结果，该结果显示了协同激活与运动迟缓和UPDRS-PIGD之间的强烈相关性，UPDRS-PIGD是对平衡和步态的简单评估。步态各亚期的MI显示，对于PD患者，TA肌肉的MI在1DS期较低，而MG肌肉的MI在所有亚期均较低。调节肌肉激活能力的降低可能与本体感觉系统的损伤有关，导致肌肉调节不良。

研究表明，早期帕金森病患者具有高度不对称性和较高的共激活。本文结果对于帕金森病患者的诊断和定期评估具有潜力，可以使用可穿戴传感器检测步态损伤，对临床治疗提供指导。

Keloth, S.M., Arjunan, S.P., Raghav, S. et al. Muscle activation strategies of people with early-stage Parkinson’s during walking. J NeuroEngineering Rehabil 18, 133 (2021). https://doi.org/10.1186/s12984-021-00932-1