經(jīng)顱直流電刺激前交叉韌帶重建術(shù)后康復(fù)效果研究

宋炎成，曹明德，許華亮，張俊輝，昌宏，王華

（廣東藥科大學(xué)附屬第一醫(yī)院骨科，廣東廣州 510080）

前交叉韌帶（anterior cruciate ligament，ACL）重建手術(shù)是ACL斷裂最常見治療方法。其主流手術(shù)方式是關(guān)節(jié)鏡下自體腘繩肌肌腱重建手術(shù)，該技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，臨床療效確切。由于ACL不僅有限制脛骨前移及脛骨過度外旋的機(jī)械作用，它也含有機(jī)械感受器，因此可直接影響本體感覺及膝關(guān)節(jié)的神經(jīng)肌肉控制［1］。即使在保殘ACL重建后，膝關(guān)節(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu)得以重建修復(fù)，但是由于本體感覺傳入神經(jīng)的部分缺失，同時(shí)改變脊柱和脊髓上行運(yùn)動(dòng)控制，患者的本體感覺和平衡覺喪失會(huì)影響患者的運(yùn)動(dòng)方式，從而阻礙患者重返運(yùn)動(dòng)［2］。而對(duì)于本體感覺及平衡覺訓(xùn)練，尚無有效、明確方案。經(jīng)顱直流電刺激（transcranial direct?current stimulation，tDCS）是一種非侵入性的腦電刺激技術(shù)。研究表明，tDCS可以通過作用于初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層，提高下肢肌肉興奮性、肌力及動(dòng)態(tài)平衡能力［3］。本研究采用前瞻性、對(duì)照研究的方法，對(duì)單純ACL斷裂重建術(shù)后患者分別采用標(biāo)準(zhǔn)方法及標(biāo)準(zhǔn)方法基礎(chǔ)上使用tDCS方法膝關(guān)節(jié)功能及本體感覺的效果進(jìn)行對(duì)比，以初步分析評(píng)價(jià)tDCS對(duì)于ACL重建術(shù)后患者康復(fù)的臨床效果。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

選取2018年1月-2020年4月診斷為前交叉韌帶斷裂并于我院接受關(guān)節(jié)鏡下自體腘繩肌前交叉韌帶重建術(shù)的圍手術(shù)期患者。排除納入標(biāo)準(zhǔn)基于文獻(xiàn)［4］，具體如下。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）臨床診斷為前交叉韌帶斷裂并于我院骨外科行初次關(guān)節(jié)鏡下前交叉韌帶重建術(shù)的患者；（2）不伴內(nèi)側(cè)副韌帶、后交叉韌帶損傷等伴發(fā)韌帶損傷，對(duì)側(cè)膝關(guān)節(jié)正常的單側(cè)損傷病例；（3）患側(cè)半月板未損傷或僅行部分修整術(shù)，負(fù)重訓(xùn)練啟動(dòng)時(shí)間基本一致；（4）患者手術(shù)均由同一組醫(yī)生、同一麻醉師完成，術(shù)式均采用自體腘繩肌移植解剖重建前交叉韌帶；（5）患者及家屬遵醫(yī)能力及康復(fù)意愿強(qiáng)烈，自愿配合。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）伴有半月板、側(cè)副韌帶等膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的并發(fā)損傷需重建或縫合；（2）精神疾病及智障等不能配合者；（3）曾有精神病史、吸毒史、腦腫瘤史或存在藥物濫用者；（4）膝關(guān)節(jié)既往有關(guān)節(jié)感染、關(guān)節(jié)結(jié)核或急、慢性骨髓炎，或合并嚴(yán)重的內(nèi)科疾病伴行走受限、下肢其他關(guān)節(jié)病變導(dǎo)致嚴(yán)重畸形和活動(dòng)受限的情況。

共計(jì)60名患者滿足納入標(biāo)準(zhǔn)，采用隨機(jī)數(shù)表法分為對(duì)照組和觀察組，每組30例，所有患者隨訪時(shí)間均為12個(gè)月，術(shù)前觀察組及對(duì)照組一般資料比較，兩組患者在性別、年齡、受累肢體側(cè)別方面，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05，見表1）。本研究經(jīng)廣東藥科大學(xué)附屬第一醫(yī)院臨床研究倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)，所有患者均簽署知情同意書。

表1 兩組膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶重建術(shù)后康復(fù)患者一般資料比較Table 1 Comparison of general data of rehabilitation patients after anterior cruciate ligament reconstruction between the two groups

1.2 手術(shù)方式

患者手術(shù)均由同一組醫(yī)生完成，均采用自體腘繩肌移植單束重建前交叉韌帶，腘繩肌均取自自體同側(cè)膝關(guān)節(jié)。麻醉方式采用腰椎椎管內(nèi)麻醉，于小腿前內(nèi)側(cè)作斜切口，取腱器取出半腱肌和股薄肌各一束，編織成韌帶復(fù)合體備用。保留前交叉韌帶脛骨側(cè)殘端，股骨側(cè)通道循解剖重建點(diǎn)，經(jīng)脛骨隧道向股骨隧道拉入韌帶復(fù)合體，股骨側(cè)使用endobut?ton固定，脛骨側(cè)使用可吸收螺釘固定。抽屜試驗(yàn)、Lachman試驗(yàn)均陰性，伸、屈膝關(guān)節(jié)時(shí)無受限，鏡下髁間窩無撞擊，沖洗縫合，加壓包扎，下肢伸直位支具固定。

1.3 康復(fù)鍛煉

1.3.1 對(duì)照組

（1）術(shù)前康復(fù)宣教：健康教育是術(shù)前康復(fù)的重要內(nèi)容，包括介紹手術(shù)方案和術(shù)后快速康復(fù)的措施，教會(huì)患者正確使用疼痛、功能評(píng)價(jià)表格、支具及拐杖、呼吸訓(xùn)練、膝關(guān)節(jié)伸展訓(xùn)練、肌力訓(xùn)練、飲食指導(dǎo)等，旨在幫助患者樹立康復(fù)的信心，緩解對(duì)手術(shù)的恐懼心理，更好地配合治療。

（2）各階段活動(dòng)度及肌肉力量訓(xùn)練，嚴(yán)格遵照ACL運(yùn)動(dòng)康復(fù)循證共識(shí)中前交叉韌帶重建術(shù)后康復(fù)方案［5］進(jìn)行。

（3）本體感覺訓(xùn)練：術(shù)后下地即可啟動(dòng)重心轉(zhuǎn)移、關(guān)節(jié)位置覺訓(xùn)練等基礎(chǔ)的訓(xùn)練。若患者已具備較好姿勢控制能力，術(shù)后7~8周時(shí)啟動(dòng)下一階段訓(xùn)練計(jì)劃，每周2次，在活動(dòng)度及力量訓(xùn)練后進(jìn)行。固定自行車訓(xùn)練15 min。平衡板訓(xùn)練每次15 min，可在保護(hù)下進(jìn)行，結(jié)合前后翹及左右翹兩組動(dòng)作。正常步態(tài)行走訓(xùn)練/靜蹲動(dòng)作/單腿平衡練習(xí)/動(dòng)態(tài)平衡練習(xí)（依據(jù)患者情況選擇），每次固定10 min，總本體感覺訓(xùn)練時(shí)長為40 min。

1.3.2 觀察組

（1）進(jìn)行與對(duì)照組相同的術(shù)前康復(fù)宣教。

（2）患者的活動(dòng)度及肌力訓(xùn)練模式與對(duì)照組相同。

（3）基于halo設(shè)備的經(jīng)顱直流電刺激的本體感覺及平衡覺訓(xùn)練：每周2次，在完成活動(dòng)度及力量訓(xùn)練后，使用Halo Sport（San Francisco，CA，United States）生產(chǎn)的商用tDCS設(shè)備。Halo Sport被設(shè)計(jì)為獨(dú)立式耳機(jī)，外觀類似于音頻耳機(jī)。使用前先使用流水弄濕釘狀泡沫電極（6.4 cm×4.4 cm海綿），使其與探頭電接觸。與普通耳機(jī)一樣，Halo Sport需要放置在頭頂上方。在該位置，電極橫跨頭部分布，從耳朵到耳朵，目的是刺激運(yùn)動(dòng)皮層的兩側(cè)。電極連接到由鋰離子電池（36 V）驅(qū)動(dòng)的連續(xù)電流電刺激器。最大能量輸出為2.2 mA，由Halo應(yīng)用程序控制，該應(yīng)用程序使用iPhone或iPad設(shè)置。陽極電極位于右運(yùn)動(dòng)皮層（C4）上，陰極電極位于左運(yùn)動(dòng)皮層（C3）上。觀察組開始平衡鍛煉前于休息狀態(tài)下斜坐在椅子上。Halo Sport耳機(jī)已正確放置在受試者的頭部，并且在30 s的過程中，電流增加到2.0 mA。在活躍的Halo Sport組中，電流強(qiáng)度在此水平上保持20 min。20 min激活完成后，按照上述本體感覺訓(xùn)練計(jì)劃進(jìn)行功能鍛煉。

1.4 觀察指標(biāo)

1.4.1 膝關(guān)節(jié)功能評(píng)估 采用Lysholm膝關(guān)節(jié)評(píng)分表，項(xiàng)目包括跛行、負(fù)重、絞鎖、關(guān)節(jié)不穩(wěn)定疼痛、腫脹、爬樓梯、下蹲，滿分100分。

1.4.2 被動(dòng)活動(dòng)察覺閾值測試（threshold to detection of passive motion，TTDPM）使用Biodex S4等速肌力訓(xùn)練裝置進(jìn)行被動(dòng)活動(dòng)察覺閾值測試［6］，以評(píng)估雙側(cè)膝關(guān)節(jié)的本體感覺，囑患者感覺下肢出現(xiàn)活動(dòng)時(shí)告知檢查者。測試前囑患者戴耳機(jī)并播放舒緩適度的音樂，測試對(duì)象取仰臥位，雙下肢放置于等速肌力訓(xùn)練裝置上，起始角度定為20°，以0.25°/s的速度使膝關(guān)節(jié)伸直并開始計(jì)時(shí)，當(dāng)患者自述感到膝關(guān)節(jié)發(fā)生活動(dòng)時(shí)即刻停止計(jì)時(shí)。需重復(fù)測試3～5次，以測試次數(shù)算出計(jì)時(shí)時(shí)間的平均值后乘以0.25所得數(shù)值為測試結(jié)果。

1.4.3 全身動(dòng)態(tài)平衡測試（whole?body dynamic balanc?ing task，DBT）采用DBT穩(wěn)定平臺(tái)（model 16030，LaFayette Instruments，US），可測試患者全身動(dòng)態(tài)平衡功能［7］。平板到兩側(cè)的最大角度為26°。參加DBT測試患者在試驗(yàn)過程中將盡可能將平板保持在水平位置。該平臺(tái)通過將電壓轉(zhuǎn)換到放大器來捕獲運(yùn)動(dòng)將信號(hào)轉(zhuǎn)換為5 000 Hz的尖峰波形。使用MATLAB構(gòu)建腳本分析穩(wěn)定情況，其中包括對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行低通過濾5 Hz以去除硬件衍生的偽影。在數(shù)據(jù)預(yù)處理之后，計(jì)算了主要結(jié)局指標(biāo)的平衡時(shí)間（time in balance,TiB）。TiB定義為參與者能夠?qū)⑵脚_(tái)水平放置在±3°到兩側(cè)花費(fèi)的總時(shí)間[8]。每次試驗(yàn)后，為患者提供Tib時(shí)間作為為口頭反饋。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 23.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）表示。符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)采用t檢驗(yàn)，各組治療前后比較用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，兩組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

兩組患者平均住院時(shí)間均為1周左右，出院前指導(dǎo)患者于家中繼續(xù)行膝關(guān)節(jié)屈伸、肌力保持行走時(shí)正確步態(tài)保持、平衡和本體感覺恢復(fù)、保護(hù)支具的使用等練習(xí)。于術(shù)后2周拆線并在康復(fù)門診進(jìn)行規(guī)律康復(fù)鍛煉。

2.1 Lysholm評(píng)分與膝關(guān)節(jié)功能

表2顯示，術(shù)后3個(gè)月時(shí)，兩組Lysholm評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）；術(shù)后6個(gè)月時(shí)，兩組膝關(guān)節(jié)功能改善，Lysholm評(píng)分均高于術(shù)前（P<0.05）；術(shù)后6個(gè)月、12個(gè)月時(shí)，觀察組Lysholm評(píng)分高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）

表2 兩組患者手術(shù)前后Lysholm評(píng)分比較 分Table 2 Comparison of Lysholm score between the twogroups before and after operation(x±s,n=30)

2.2 被動(dòng)活動(dòng)察覺閾值測試

兩組患者被動(dòng)活動(dòng)察覺閾值（TTDPM）結(jié)果見表3。兩組患側(cè)術(shù)前TTDPM值高于健側(cè)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），術(shù)后3個(gè)月時(shí)對(duì)照組患側(cè)肢體TTDPM值高于健側(cè)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），術(shù)后6個(gè)月、12個(gè)月時(shí)，患者兩側(cè)肢體被動(dòng)察覺閾值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。

表3 兩組患者手術(shù)前后TTDPM比較Table 3 Comparison of passive activity detection threshold（TTDPM）between the two groups before and after oper?ation(x±s,n=30) t/s

2.3 全身動(dòng)態(tài)平衡測試

兩組患者3月、6月、12月的動(dòng)態(tài)平衡檢查結(jié)果如表4所示。可見觀察組及對(duì)照組基線及3個(gè)月時(shí)水平，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。術(shù)后6個(gè)月和12個(gè)月，兩組均有改善，且觀察組均優(yōu)于對(duì)照組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。術(shù)后12月全身動(dòng)態(tài)平衡測試波動(dòng)描繪見圖1。

圖1 術(shù)后12月兩組動(dòng)態(tài)平衡測試波動(dòng)描繪Figure 1 Fluctuation description of dynamic balance test in two groups at 12 monthsafter operation

表4 兩組患者手術(shù)前后全身動(dòng)態(tài)平衡測試平衡時(shí)間對(duì)比Table 4 Comparison of balance time between the two groups before and after operation by whole body dynamic balance test(x±s,n=30) t/min

3 討論

隨著關(guān)節(jié)鏡技術(shù)的不斷發(fā)展，關(guān)節(jié)鏡下微創(chuàng)手術(shù)前交叉韌帶重建手術(shù)日趨成熟，ACL損傷后本體感覺的喪失［9］，神經(jīng)機(jī)械解耦，這也是影響患者功能及預(yù)后的重要因素［10］。傳統(tǒng)的康復(fù)方案，更加著重于強(qiáng)調(diào)患者膝關(guān)節(jié)活動(dòng)度及肌肉力量的鍛煉，對(duì)于運(yùn)動(dòng)感知層面，缺乏有效的干預(yù)手段，更多依賴患者自行通過神經(jīng)可塑性恢復(fù)運(yùn)動(dòng)感知。這顯然對(duì)于患者快速重返運(yùn)動(dòng)不利。經(jīng)顱直流電刺激是一種非侵入性的顱腦刺激技術(shù)，它在運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)及運(yùn)動(dòng)序列學(xué)習(xí)方面的作用已經(jīng)被廣泛證實(shí)［11?12］。Halo Sports是基于tDSC技術(shù)的頭戴式刺激器，其工作原理是在大腦的運(yùn)動(dòng)皮層（大腦區(qū)域在控制人體運(yùn)動(dòng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用）的“超塑性”或“過度學(xué)習(xí)”的暫時(shí)狀態(tài)中起作用。在運(yùn)動(dòng)前向運(yùn)動(dòng)皮層施加輕微的電場。這將打開一個(gè)時(shí)間窗口，在該時(shí)間窗口中，運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)可以更快地適應(yīng)運(yùn)動(dòng)場景，提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。研究證實(shí)，該裝置使用對(duì)于正常人群的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，尤其是下肢的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)、耐久力、平衡性等有明顯改善［3，7，13］，但是尚無證據(jù)表明，其對(duì)前交叉韌帶損傷康復(fù)有幫助。在此基礎(chǔ)上，提出tDCS可以改善ACL重建患者康復(fù)療效這一科學(xué)假設(shè)。并從膝關(guān)節(jié)Lysholm功能評(píng)分、被動(dòng)活動(dòng)察覺閾值以及全身動(dòng)態(tài)平衡測試3方面評(píng)估tDCS康復(fù)效能［14］。

本研究表明，觀察組與對(duì)照組Lysholm評(píng)分都隨著康復(fù)進(jìn)程逐漸提高。觀察組及對(duì)照組在術(shù)后3個(gè)月時(shí)Lysholm評(píng)分差異不顯著，6個(gè)月時(shí)差異顯著，12個(gè)月時(shí)兩者差異有所縮小，但觀察組優(yōu)勢仍然顯著。據(jù)此可以初步推測tDCS可能對(duì)膝關(guān)節(jié)的綜合功能康復(fù)有幫助。Lysholm評(píng)分相對(duì)綜合，其平衡感子項(xiàng)占比較少（25%），其綜合成績區(qū)分度欠佳。早期患者處于炎癥腫脹期，長期佩戴膝關(guān)節(jié)支具，其功能評(píng)分子項(xiàng)近似。后期隨著患者疼痛、腫脹減退，患者各子項(xiàng)評(píng)分均明顯上升，導(dǎo)致兩組Lysholm綜合評(píng)分整體差異性反而減少。雖然如此，Lysholm評(píng)分中跛行和不穩(wěn)定度2個(gè)子分類仍為主要差異貢獻(xiàn)點(diǎn)，提示tDCS對(duì)于ACLR康復(fù)的下肢穩(wěn)定性和肢體協(xié)調(diào)改善有實(shí)質(zhì)性幫助。

目前有大量tDCS有助于提升運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的報(bào)道，但其中大多研究都針對(duì)手運(yùn)動(dòng)皮層。但腿部運(yùn)動(dòng)皮層是一個(gè)在解剖學(xué)上可能與手部運(yùn)動(dòng)皮層不同的區(qū)域，但有研究表明該區(qū)域也存在對(duì)TMS協(xié)議的響應(yīng)能力［15］。Krishnan等［16］研究證明tDCS可以通過改善運(yùn)動(dòng)單位募集改善關(guān)節(jié)功能。本研究立足臨床，進(jìn)一步觀察患者本體感覺指標(biāo)被動(dòng)活動(dòng)察覺閾值，可以發(fā)現(xiàn)隨著患者康復(fù)鍛煉進(jìn)行，治療組恢復(fù)較快，在術(shù)后6月時(shí)，與健側(cè)相比，被動(dòng)活動(dòng)閾值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。術(shù)后12月，不管對(duì)照組還是觀察組被動(dòng)活動(dòng)察覺閾值均可達(dá)到健側(cè)水平。這證實(shí)tDCS短期內(nèi)可以顯著降低患者運(yùn)動(dòng)察覺閾值，改善本體感覺。值得注意的是，被動(dòng)活動(dòng)察覺是評(píng)價(jià)患者本體感覺及平衡覺的一個(gè)維度，有些患者雖然被動(dòng)活動(dòng)察覺閾值恢復(fù)，但是仍有走路不自然、平衡協(xié)調(diào)能力差表現(xiàn)。這從側(cè)面提示，本體感覺及平衡感需要綜合評(píng)價(jià)。

全身動(dòng)態(tài)平衡測試可以更好地評(píng)估患者的全身穩(wěn)定和綜合平衡能力。本研究可以觀察到6個(gè)月及12個(gè)月觀察組Tib顯著高于對(duì)照組（P<0.05），即觀察組患者動(dòng)態(tài)平衡測試表現(xiàn)優(yōu)于對(duì)照組，證明tDSC對(duì)于ACL患者術(shù)后中長期的全身穩(wěn)定和綜合平衡能力提升有積極作用。Steiner等［17］報(bào)道tDCS在健康人群中可以提高動(dòng)態(tài)平衡能力，然而tDCS在各類神經(jīng)肌肉疾病中的康復(fù)價(jià)值存在爭議，一項(xiàng)Meta分析表明，卒中患者的運(yùn)動(dòng)康復(fù)中，tDSC的治療作用并不顯著［18］，但是仍然能觀察到微弱的治療作用。卒中康復(fù)和ACL損傷后神經(jīng)?肌肉康復(fù)不同，仍需要高質(zhì)量臨床研究進(jìn)一步探究其療效。

本研究尚存在一些不足，首先樣本量較?。╪=60），是tDCS對(duì)于ACLR康復(fù)效果的初步探究，仍然需要更大量樣本和亞組分析，識(shí)別tDCS干預(yù)最佳人群。本研究選取的是單純ACL損傷病人，患者未合并嚴(yán)重的半月板撕裂，針對(duì)復(fù)合半月板損傷的ACL患者，其療效有待進(jìn)一步驗(yàn)證。本實(shí)驗(yàn)沒有采用盲法，對(duì)照組患者沒有采用頭戴式的Halo設(shè)備設(shè)盲，這在以后的研究中需要進(jìn)一步改進(jìn)。長期隨訪數(shù)據(jù)和更加全面的運(yùn)動(dòng)評(píng)估也亟待進(jìn)一步探索。

綜上所述，經(jīng)顱直流電刺激方法對(duì)前交叉韌帶重建患者的綜合康復(fù)，尤其是本體感覺、平衡覺康復(fù)具有潛在幫助。經(jīng)顱直流電刺激是簡單、安全的康復(fù)方法，對(duì)于運(yùn)動(dòng)要求高的患者，在標(biāo)準(zhǔn)康復(fù)流程外增加tDCS，可為患者帶來潛在收益，并提高康復(fù)方案的立體性、科學(xué)性。