探討應(yīng)用下肢推蹬運動控制與訓(xùn)練系統(tǒng)對膝關(guān)節(jié)創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎患者功能恢復(fù)的影響

王 瑞，李圣節(jié)，李 飛，孫 彤，肖紅雨

解放軍總醫(yī)院 康復(fù)醫(yī)學(xué)中心，北京 100853

創(chuàng)傷性膝關(guān)節(jié)炎是由于半月板、前后交叉韌帶、關(guān)節(jié)囊、側(cè)副韌帶、軟骨和軟骨下骨等一系列損傷而引起的以疼痛和膝關(guān)節(jié)功能障礙為主要臨床癥狀的疾病，通常繼發(fā)于創(chuàng)傷骨折對位不良、關(guān)節(jié)扭傷、韌帶損傷修復(fù)不佳、關(guān)節(jié)承重面塌陷或關(guān)節(jié)面不平整等損害之后。本病可發(fā)生于任何年齡組，以青壯年多見，多見于創(chuàng)傷后或活動負重過度的關(guān)節(jié)。臨床表現(xiàn)為受累關(guān)節(jié)疼痛和僵硬，關(guān)節(jié)反復(fù)腫脹，疼痛持續(xù)并逐漸加重，可出現(xiàn)膝關(guān)節(jié)活動受限和畸形等[1]。創(chuàng)傷性膝關(guān)節(jié)炎的治療為階梯式治療方式，先進行保守治療，若保守治療無效，則進行手術(shù)治療。其中保守治療包括口服非甾體抗炎藥、物理因子治療和運動治療等。手術(shù)治療現(xiàn)階段則以人工關(guān)節(jié)置換為主要方式。保守治療為首選治療方式，其中運動療法是保守治療的重要組成部分[2]。運動治療主要是增強下肢肌肉的肌力、肌耐力和運動控制能力，特別是增強股四頭肌的各項能力。股四頭肌的鍛煉方式分為開鏈運動和閉鏈運動。在長期的臨床應(yīng)用過程中，形成了多個經(jīng)典的股四頭肌鍛煉方式，如直腿抬高運動、靜蹲運動、多角度伸膝抗阻運動等[3]。近年來下肢推蹬運動(leg press)在各級醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科、健身場館和居民小區(qū)里開展非常普遍，以往的研究也表明下肢推蹬運動對提高下肢整體運動表現(xiàn)能力有非常好的效果[3-4]。但筆者查閱中文數(shù)據(jù)庫，發(fā)現(xiàn)對leg press一詞尚無明確的翻譯，在互聯(lián)網(wǎng)上查閱leg press一詞有如下多種翻譯方式：坐姿蹬腿、腿舉、腿部伸展和腿壓等，也尚未形成標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一翻譯方式。在美國特種骨科醫(yī)院出版的骨科術(shù)后康復(fù)指南一書中，leg press被翻譯為腿部蹬踏運動[5]。筆者將其翻譯為腿部推蹬運動，認為比較貼切地描述該動作的表現(xiàn)方式。在運動治療時加入視覺反饋的應(yīng)用，計算機上設(shè)計的影像模式，通常會以圖形的高矮、長短和大小等方式來表現(xiàn)肌肉收縮時維持的時間，而移動圖像的速度能夠體現(xiàn)運動時關(guān)節(jié)活動和肌肉收縮的速度。這樣在下肢的運動過程中，幾個變量的大小就能夠轉(zhuǎn)化成精準(zhǔn)的量化數(shù)據(jù)予以體現(xiàn)。往往能夠豐富治療時運動的形式，如股四頭肌的向心收縮和離心收縮，肌肉收縮時速度的變化，這些內(nèi)容都可以在視覺反饋下的鍛煉中得到體現(xiàn)，更符合人體在步行、上下臺階、坐起和坐下時肌肉收縮的形式。所以本研究將觀察視覺反饋下的下肢推蹬運動對創(chuàng)傷性膝關(guān)節(jié)炎患者膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)的效果。

對象和方法

1研究對象 選取2015年7月- 2017年12月于我科就診膝關(guān)節(jié)創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎患者共40例。其中男21例，女19例。診斷標(biāo)準(zhǔn)：有慢性積累性關(guān)節(jié)損傷史或明顯的外傷史，發(fā)病過程緩慢；早期受累關(guān)節(jié)酸痛，運動僵硬感，活動后好轉(zhuǎn)，但過勞后癥狀又加重；后期關(guān)節(jié)疼痛與活動有關(guān)，活動時可出現(xiàn)粗糙摩擦感，可出現(xiàn)關(guān)節(jié)交鎖或關(guān)節(jié)內(nèi)游離體，關(guān)節(jié)變形；X線檢查可見關(guān)節(jié)間隙變窄軟骨下關(guān)節(jié)面硬化關(guān)節(jié)邊緣有程度不等骨刺形成。晚期可出現(xiàn)關(guān)節(jié)面不整，骨端變形，關(guān)節(jié)內(nèi)有游離體。入選標(biāo)準(zhǔn)：1)無認知功能障礙，可正確接受動作指令；2)診斷為膝關(guān)節(jié)創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎；3)體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)＜25。排除標(biāo)準(zhǔn)：1)嚴(yán)重的心臟及肝腎并發(fā)癥無法耐受治療；2)視覺功能障礙。采用隨機數(shù)余數(shù)分組法將40例分為治療組和對照組，治療組20例，其中男性14例(43 ～ 63歲)，女性6例(50 ～ 63歲)；對照組20例，其中男性15例(46 ～ 62歲)，女性5例(50 ～ 59歲)。兩組患者一般資料差異無統(tǒng)計學(xué)意義(表1)。

2視覺反饋下肢肌群推蹬運動控制與訓(xùn)練系統(tǒng)(Leg press MRS-FS蝶和醫(yī)療有限公司生產(chǎn)) 下肢推蹬運動系統(tǒng)應(yīng)用力學(xué)傳感器技術(shù)，測量下肢推蹬運動進行的動力學(xué)指標(biāo)，對采集到的力量與速度信息進行處理和分析，在計算機屏幕上以圖像的形式表現(xiàn)出來，量化了下肢推蹬運動的各指標(biāo)和參數(shù)。

表1 兩組一般資料比較Tab. 1 Comparison of general data between two groups

圖 1 直腿抬高運動Fig. 1 Straight leg raise

圖 2 腿部推蹬運動Fig. 2 Leg press

3干預(yù)方法 兩組患者每周治療3次，持續(xù)4周，共治療12次。兩組均采用超短波治療和脈沖磁療。對照組運動療法采用仰臥位直腿抬高練習(xí)方法(圖1)：每次直腿抬高至力竭，休息30 s，再進行下一次直腿抬高至力竭，再休息30 s，依此循環(huán)，共用時20 min。治療組運動療法采用視覺反饋下的腿部推蹬系統(tǒng)練習(xí)(圖2)，第1次治療前先測試患者的單次最大重復(fù)負荷(1 repetition maximum，1RM)[6]，以此為基礎(chǔ)設(shè)置患者視覺反饋時下肢肌群推蹬運動的負荷為1RM的50%，以此負荷為標(biāo)準(zhǔn)，患者根據(jù)下肢推蹬系統(tǒng)計算機軟件上的鍛煉程序，觀看計算機屏幕上的影像，眼腿協(xié)調(diào)，進行視覺反饋下的運動訓(xùn)練，共用時20 min。

4評價方法 使用視覺模擬評分法(visual analogue scale，VAS)評定患者膝關(guān)節(jié)疼痛，使用美國特種骨科醫(yī)院膝關(guān)節(jié)評分法(hospital for special surgery knee score，HSS)對患者膝關(guān)節(jié)功能進行評定。在患者接受治療前進行第1次評價，治療4周后進行第2次評價，比較兩組治療后的評分。

5統(tǒng)計學(xué)分析 應(yīng)用SPSS20.0軟件進行分析，各計量資料符合正態(tài)分布或近似正態(tài)分布，以±s表示，上述指標(biāo)比較采用重復(fù)測量方差分析，計數(shù)資料采用χ2檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

治療前，兩組VAS和HSS評分差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。治療4周后，治療組和對照組的VAS均降低，治療組降低更多，兩組差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.011)；兩組HSS評分均增加，治療組增加更多，兩組差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.025)。見表2。

表2 兩組創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎患者治療前后評分比較Tab. 2 Comparison of VAS and HSS between two groups

討 論

膝關(guān)節(jié)創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎的主要癥狀為膝關(guān)節(jié)的疼痛和僵硬。當(dāng)膝關(guān)節(jié)出現(xiàn)疼痛時，疼痛的信號向相關(guān)節(jié)段的脊髓前角細胞傳出信號，中樞神經(jīng)系統(tǒng)保護性抑制相關(guān)肌肉活動而使其肌力下降，這種由反射抑制導(dǎo)致的肌肉無力稱為關(guān)節(jié)源性肌肉抑制(arthrogenous muscle inhibition，AMI)，較長時間的AMI可造成股四頭肌等肌肉的萎縮。AMI是多種因素綜合的結(jié)果，如分布于關(guān)節(jié)的傳入纖維興奮增加、疼痛等傷害刺激引起的反射抑制等，它對運動神經(jīng)元的抑制具有選擇性。同時定量腱反射肌電圖檢查也顯示股四頭肌有明顯的關(guān)節(jié)源性肌抑制，而股二頭肌無明顯的關(guān)節(jié)源性肌抑制，因此在膝關(guān)節(jié)創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎的關(guān)節(jié)源性肌抑制中，表現(xiàn)了伸肌和屈肌抑制的區(qū)別[7]。從功能上來說股四頭肌是運動和穩(wěn)定膝關(guān)節(jié)最重要的肌肉，是伸膝裝置的重要組成部分，對伸直膝關(guān)節(jié)和直立時鎖定膝關(guān)節(jié)具有關(guān)鍵作用。股四頭肌萎縮后患者患肢大腿周徑變小，肌肉張力減弱，膝關(guān)節(jié)的動態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)受到影響，損害了關(guān)節(jié)本體的感覺系統(tǒng)，影響了患肢的穩(wěn)定性和步態(tài)的平衡性，乃至影響到膝關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)面應(yīng)力不平衡，進而引起更嚴(yán)重的膝關(guān)節(jié)功能障礙，影響患者的日常生活活動能力和生活質(zhì)量[8]。因此增強下肢肌肉(特別是股四頭肌)的肌力、肌耐力和運動控制能力就顯得尤為重要。而多年來的臨床實踐中總結(jié)出了許多有效的方法，如直腿抬高、靜蹲、多角度抗阻伸膝、終末端伸膝等[9]。這些方法按照肌肉收縮的類型可以分為等長收縮、等張收縮和等速收縮。按照運動的方式可以分為開鏈運動和閉鏈運動，運動的形式多種多樣。而臨床工作者需尋找一種安全、有效、易推廣的運動方式推薦給需要進行膝關(guān)節(jié)相關(guān)肌群鍛煉的患者，等速運動所需要的設(shè)備十分昂貴，并不適合大部分患者使用。在以往的門診和出院指導(dǎo)中，直腿抬高作為重要的鍛煉方法被推薦使用[10]，它通常在關(guān)節(jié)手術(shù)術(shù)后早期使用，其主要優(yōu)勢處在于運動環(huán)境安全，并可以在避免負重的情況下進行肌肉鍛煉，但這種鍛煉方式對膝骨關(guān)節(jié)炎尤其是保守治療的患者來說并不是最優(yōu)選擇，它與下肢日常生活活動功能有區(qū)別，人體的下肢總是在負重的條件下進行運動，站立、步行、坐起、坐下、蹲起和蹲下等運動形式的表現(xiàn)特點是下肢遠端足部固定在地面上、下肢近端進行活動的閉鏈運動，而直腿抬高的運動形式表現(xiàn)為下肢近端固定、遠端運動且無負重的開鏈運動，與人體日常生活活動中的生物力學(xué)形式截然相反，效率低下[11-13]。

治療組中的下肢推蹬運動是動態(tài)的閉鏈運動，很多研究表明下肢推蹬運動對提高下肢整體運動表現(xiàn)能力有非常好的效果[14-15]。與對照組中的仰臥位直腿抬高運動相比，其更符合下肢的日常生活運動模式[16-17]。此次研究中，引入視覺反饋的應(yīng)用，能夠更好地提高治療效果，在計算機上設(shè)計的影像模式，通常會以圖形的高矮、長短和大小等方式來表現(xiàn)肌肉收縮時維持的時間，而移動圖像能夠體現(xiàn)運動時關(guān)節(jié)活動和肌肉收縮的速度。這樣在下肢的運動的過程中，幾個變量的大小就能夠轉(zhuǎn)化成精準(zhǔn)的量化數(shù)據(jù)予以體現(xiàn)。視覺反饋所帶來的益處在許多大腦功能與運動表現(xiàn)、神經(jīng)傳導(dǎo)與運動控制的研究中得到了理論方面的支持[18]。同時因為視覺反饋的作用，患者在每次治療時都可認識到自己當(dāng)時關(guān)節(jié)的角度與肌力水平，因此主觀參與治療的愿望更強，依從性更高。視覺反饋下肢肌群運動控制與訓(xùn)練系統(tǒng)。包含有力量、耐力、速度、穩(wěn)定性和目標(biāo)準(zhǔn)確性等多種運動控制訓(xùn)練。通過傳感器與康復(fù)軟件的結(jié)合，實現(xiàn)實時有效的視覺生物反饋，為使用者在功能性運動姿勢下提供下蹲肌群肌肉力量、耐力、本體感覺和協(xié)調(diào)性的測評訓(xùn)練。

本研究仍有許多不足，所納入樣本量較少。創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎患者尚未根據(jù)病情嚴(yán)重程度進行更為精確的分組；且本次研究入選的40例患者排除了體質(zhì)量對膝關(guān)節(jié)的影響，無BMI＞25的過度肥胖者，未能得知體質(zhì)量過大者在本研究中的效果。因此尚需進行更大樣本量的試驗和更為精準(zhǔn)的分組來證實本研究結(jié)論。