多发性硬化患者的上下肢损伤之间有什么关系吗？运动学定量分析

抽象

背景。在患有多发性硬化器（PWM），残疾通常评估行走能力的基础上，而上肢运动功能障碍被较不频繁地考虑。然而，它们会严重影响的PWM的生活质量。迄今为止，它仍然是未知大多是否上肢和下肢损伤之间存在关系。瞄准。以两项基本运动任务，即行走和手对嘴(HTM)运动为基础，研究pwMS患者上肢和下肢损伤之间的关系。方法。28名扩展残疾状态量表(EDSS)得分范围为1-6分的pwMS和21名健康对照者(HC)通过运动捕捉系统对步态和HTM运动进行了运动学分析。利用Spearman秩相关系数计算两个任务的时空参数并进行相关。结果。所有的PWM比HC上都执行的任务加重。发现从小到大的相关性的总HTM移动持续时间之间，最步态参数（RHO，0.35-0.68的; ）。结论。随着残疾程度的增加，pwMS患者的上肢和下肢运动能力均恶化。不过，他们的关系只是温和的。这一发现强调了考虑到pwMS的整体运动功能，量化残疾的具体测试的必要性。

一。介绍

在患有多发性硬化器（PWM），电机功能障碍等共济失调，痉挛，共济失调，和感觉障碍可以影响较低和上肢的功能。在前者的情况下，它们很可能是负责步行异常，通常以增加的双支撑时间的形式表达，并减少了步态速度，步长，与韵律[1个]，这是在PWMS非常常见甚至在疾病的早期阶段[2个]。尽管如此，这些患者中的约50％还抱怨上肢损伤如肌肉无力，震颤，和笨拙[的三–5个]. 这些症状可能严重影响大多数日常生活活动，并可能随着疾病的发展而恶化[6个]，减少了患者的社区参与和整体生活质量[程度7个,八]。

值得注意的是，最常用的临床工具来评估多发性硬化症的残疾程度(即，扩展残疾状况量表，EDSS [9个]）基本上是基于行走能力，与下面的假设是它们是受该疾病影响的主要因素[9个,10]. 由于较长的神经通路更可能参与中枢神经系统的损伤（如小脑脱髓鞘），因此这种方法肯定是合理的，因为pwMS患者下肢功能障碍的频率和严重程度更高[11[]，根据这一框架，上肢损伤被忽视，或至少被含蓄地认为在整体残疾中具有与行走障碍类似的影响。然而，如果上肢和下肢的损伤很差或没有相关性，这可能是一个严重的缺陷。不幸的是，据我们所知，没有这样的数据。临床医生也有一系列专门用于评估ms患者上肢功能的工具，其中最常用的是九孔桩试验、箱形试验和块形试验，以及动作研究臂试验[三]），即使它们是具体的任务，比EDSS在日常临床实践[肯定不常见三,12]。

定量三维运动分析被认为是人体运动评估的金标准，可以对pwMS的功能损伤进行详细的评估。在pwMS中，这种方法已被广泛用于评估步态恶化（有关详细回顾，请参见[13])虽然只有很少的研究使用这种工具来分析功能性任务执行过程中MS可能导致的上肢运动学变化[14–16]. 然而，研究发现，定量的运动分析能够描述未受影响个体在执行功能性任务时的上肢损伤，并且几个感兴趣的运动变量与残疾程度、灵巧度和肌肉力量显著相关[16]。

值得注意的是，据我们所知，还没有研究探讨上肢和下肢运动学变化之间可能存在的关系。对同一个人的这两种损伤进行详细的定量评估，对于澄清疾病对这两个地区的影响的不同性质，从而确定是否有必要(以及在什么情况下)进行不同的评估，是很有价值的。在上述考虑的基础上，本研究的目的是:(1)定量探讨两种常见的功能性运动任务(步行和手对嘴运动)中下肢和上肢损伤的关系;(2)了解这些关系是否与未受影响的个体相似;(3)验证EDSS量表与分别代表上肢和下肢运动任务的运动学变量之间存在(如果有的话)相关差异的类型。这项研究的结果应该有助于进一步阐明，单独的步行评估是否足以完全反映MS患者的整体运动障碍，或者是否应该进行针对上肢评估的补充测量。

2.方法

2.1。参与者

在区域中心紧随其后研究对象为意大利撒丁岛多发性硬化症患者。25名受试者在病程中表现出副乳晕表型，3名受试者表现出明显的emiparetic受累。主要纳入标准是根据2005年McDonald标准诊断MS[17], absence of relapses in the 3 months before the study, ability to walk independently for at least 10 m, and absence of orthopaedic or cognitive disorders that could potentially interfere with the measurement protocol. The disability of each participant was evaluated by neurologists with expertise in MS (GC, EC, JF, LL and GF). An equally sized group of age-matched healthy individuals, recruited among pwMS caregivers, spouses, and hospital staff, formed the control group (HC). The main anthropometric and clinical characteristics of the participants are reported in Table1个.

该研究得到了当地伦理委员会的批准，所有参与者都签署了一份书面知情同意书，其中详细说明了该研究的目的。

2.2。实验步骤

所有参加者接受的两个任务运动学分析：（一）步态分析（下肢）。（二）手到口的任务（上肢）。这个任务被选中，因为它是代表的日常生活（如饮酒和进食）的共同活动，并在以往的研究，目的是在PWMS [表征上肢障碍已被调查16,18]。

In both cases, a motion capture system equipped with 8 infrared cameras set at a frequency of 120 Hz (BTS SMART-D; BTS Bioengineering, Milan, Italy) was employed. For each test, at least 6 trials were performed.

步态分析之前，获得人体测量的措施(即。,height, body mass, anterior superior iliac spine breadth, pelvis depth, knee and ankle width, and leg length) and placement of 22 spherical retro-reflective markers (14 mm in diameter) on the trunk and lower limbs at specific landmarks, according to the protocol described by Davis et al. [19]。参与者被要求赤脚走在一个10米的人行道上，以一个舒适的自我选择的速度，确保在试验之间适当的休息时间。

对于手到嘴任务，19个标记物定位在参与者的头部，躯干和上肢，如由拉布等人描述。[20.]。参与者舒适地坐在桌子前面的椅子上，他们被要求把手放在桌子上，手掌朝下，肩膀和手腕保持中立位置，肘部弯曲约90度，前臂俯卧[18,21–23]。然后，他们被要求按照自己选择的速度来做这个动作，如下所示:从起始位置开始，他们的手移动，用指尖触碰自己的嘴巴，然后回到起始位置。每个运动学参数的平均值，是在每个肢体三次试验的基础上计算出来的，被认为代表了一个特定的参与者，并用于后续的分析。

2.3。运动数据提取

的原始数据（即，标记的3D轨迹）与专用软件进行处理（智能分析仪; BTS生物工程，米兰，意大利）来计算该组兴趣运动学参数。特别地，速度，步幅长度，节奏和步骤宽度分别计算步态。与此相反，手到口运动被划分成下列三个阶段，如在以前的研究中[描述15,23,24]：（一）进行阶段(GP)，包括手从桌子到嘴的移动;（二）调整相位（AP），用于精确定位嘴；（三）返回阶段(RP)，是指手回到初始位置的运动。

对标记轨迹进行处理，得到如下参数:（一世）在GP，AP，和RP（表示为总时间的百分比）的持续时间;(2)GP期间手部标记的平均速度;（三）调整摇摆（AS，毫米），这是在AP期间的表示为指尖的轨迹的总长度的移动精确度的度量[15,25]。

2.4。统计分析

进行初步分析，以评估在左和右分支之间的调查参数的可能差异的存在。由于没有发现这样的差别，在两个肢计算出的各参数研究的平均值被认为是代表每个参与者的。

The possible differences introduced in both gait and the hand-to-mouth task by the presence of the disease were explored using a one-way multivariate analysis of variance (MANOVA) considering the participant’s status (pwMS or HC) as independent variables and the 4 (gait), or 5 (hand-to-mouth) previously listed spatiotemporal parameters as dependent variables. The level of significance was set at ,并用eta平方评估效应大小(η^2个)系数。通过降低显著性水平，采用单变量方差分析作为事后检验(0.05/4)适用于步态和(0.05/5)为经Bonferroni多次比较校正后的手口参数。

通过设置显著性水平，使用Spearman秩相关分析来评估步态和手嘴参数之间的关系 .同样的方法也被用来建立EDSS分数和所研究的运动参数值之间的相关性。假设0.1、0.3和0.5的Rho值分别代表小、中和大的相关性[26]。使用SPSS统计第20节（IBM，纽约Armonk，NY，USA）进行所有的分析。

3.结果

运动参数计算步态和手对嘴的任务在pwMS和未受影响的个人报告在表中2个,而表三提供斯皮尔曼的Rho系数两个调查任务之间的相关性分析。EDSS评分和两个任务的运动变量之间的相关性分析结果列于表4个.

MANOVA透露个人身份步态参数显著的影响[F型(4,85) = 22.07, ,威尔克斯 , ]。特别地，后续的方差分析显示pwMS表现出明显的步态速度降低(在未受影响的参与者中，步态速度为0.74比1.28 m/s， ）stride length (0.94 vs. 1.36 m, ）和cadence (90.9 vs 115.2 steps/min， )步长增加(0.22比0.19米， ）。

同样，状态显著主要影响的是手到口的参数中发现[F型(5,84) = 15.22, ,威尔克斯 , ]。随后的方差分析显示pwMS的特征是运动速度降低(0.51 vs. 0.58 m/s， )和三个阶段的改变幅度在其中运动被分割。事实上，PWMS在AP花了很多时间显著更大的量（7.1％比正常个体的3.7％， ）表现出较短的GP和较长的RP。

两组上肢和下肢参数的相关分析表明，在所调查的20个相关中，pwMS显示出11个显著的中到大的相关，而未受影响的个体仅显示出5个显著的相关。尤其是在pwMS中，除了GP持续时间外，步态速度与所有的手-口参数相关。此外，除了步幅宽度外，调节摇摆与所有步态参数显著相关。在未受影响的个体中，三个手-口变量（即运动速度、AP持续时间和调整摆动）与步态速度显著相关。

整体残疾，通过EDSS评分表示，被发现与在步态速度的情况下大的和负的RHO值的所有步态参数（-0.819被显著相关， ）步幅长度（–0.810， ）和韵律（-0.745， )阶跃宽度（0.389， ）。对于手-口运动，除RP持续时间外，所有参数均与EDSS显著相关。AP持续时间（0.422， )和调整摇摆(0.275， ）同时观察到平均运动速度为负值（-0.353， )和GP（0.427的时间， ）。

四。讨论

本研究的主要目的是通过两项运动任务验证pwMS患者上肢和下肢功能损伤之间是否存在相关关系。，步态和手对嘴)代表日常生活的常见活动。这项研究的主要新颖之处在于对同一个体进行了多种定量运动分析，以同时表征上肢和下肢的损伤。

首先，值得注意的是，正如预期的那样，pwMS在两项调查任务中的表现都比未受影响的个体差。在此背景下，我们的研究结果证实了以往大多数关于步态的研究结果(参见综述[27]对于详细信息），并且与现有的有限的手对口任务数据一致[14–16,28]以及所报道的类似的上肢精度的任务[29]。此外，步态和手到口的任务的运动学参数之间的关系也似乎既在数量和检测显著相关性的强度方面对于未受影响个人在的PWM更加明显。这很可能是由于这样的疾病，其可影响中枢神经系统的不同区域的性质，因此有可能导致在不加区分地在上或下主体区损坏电动机的功能。

上肢和下肢运动学参数之间的关系的幅度的详细检查显示，步速（和在较小程度上，步幅长度）是下肢性能参数表现出较高数量的上肢变量显著相关性。此外，较大的相关性被发现与手到口速度和调节摇摆。在步态速度的PWM的变化，这代表的疾病的最显着特征之一，是具有宽范围的移动性和平衡的措施[相关联三十]，主要是由于感觉改变及由此引起的失衡、肌无力或痉挛，以及小脑性共济失调[31]。这很可能是其中的一些因素可能有直接的影响，尽管有不同的大小，两个上肢和下肢。例如，一项研究表明相比未受影响的个体[时的PWM显示出降低在上肢肌肉等长收缩力32]，并常表现为痉挛(虽然与报告的下肢痉挛相比，病例的百分比有所下降[33]). 因此，可以合理地说，虽然上肢和下肢运动障碍有一个共同的根源，这可以在疾病的特定方面找到，但对各自功能的预期影响可能是完全不同的。

类似地，有趣的是观察到调整摆动（即，在专门定位嘴的阶段，指尖轨迹的总长度）与大多数步态参数显著相关。调整摆动是达到最终位置所需调整的一种测量，它可以被视为代表运动精度的程度[23]。在这种情况下，检测到的与步态参数的适度相关性可能是由于本体感受信号处理方式的改变，因为它们对姿势控制有影响，因此，间接地，甚至对步态也有影响。

最后，我们的数据证实了EDSS量表作为步行性能预测指标的高度有效性，这一点通过对所研究的步态参数计算的非常高的相关系数得到了证明。然而，与此同时，似乎很明显，这样的量表不能被视为是整体运动障碍的可靠指标，因为与上肢运动参数的相关性虽然大多显著，但在很大程度上减少了。这并不奇怪，考虑到步行代表了EDSS量表的基本方面，但这一发现也建议临床医生在试图仅从EDSS数据推断整体运动障碍估计时采取谨慎的方法。

这项研究的一些限制应该承认。首先，在这里测试的样品是有限的，通过受复发 - 缓解型只，并在残疾水平方面相当异质的PWM组成。Thus, further (and possibly longitudinal) tests are needed on a larger sample of pwMS with different forms of the disease (i.e., relapsing-remitting, primary, and secondary progressive MS) to clarify how the relationship between upper and lower limb motor abilities evolves during the disease course. Secondly, it would also be useful to investigate a wider range of upper limb functional tasks (i.e., reaching, grasping, and manipulation) to clarify whether the correlations reported here are task-specific or rather generalized. At last, as this was a monocentric study, caution should be taken with the generalization of its results.

5.结论

这项研究调查上肢和下肢功能障碍之间可能的关系存在于谁接受步态和手到嘴部运动的定量运动学分析PWM信号。结果表明两个区的该运动障碍被部分地相关的，特别是对于步态速度（下肢）和调节摇摆（上肢），可能是由于一组特定的MS的功能（具体而言肌肉无力，痉挛状态，和本体赤字），可以影响这两项任务，虽然以不同的方式。由于EDSS规模似乎不适合作为整体残疾指示符，可能有必要进行特定的测试以限定上肢损伤，并且因此获得的在MS官能马达任务的改变的更清楚的细节图。

数据可用性

如有需要，可提供数据。

利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

作者的贡献

Giancarlo Coghe和Federica Corona对本文的贡献是一样的。

致谢

这项工作得到了FISM Fondazione Italiana Sclerosi Multipa（意大利多发性硬化基金会）批准代码2017/R/19的支持。

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