血流限制訓練在前交叉韌帶重建術后康復中的應用研究進展

成琳 汪皓男 王麗娜 陳妍 張晚霞 倪國新

北京體育大學運動醫(yī)學與康復學院（北京100084）

前交叉韌帶（anterior cruciate ligament，ACL）損傷是最常見的需要手術治療的膝關節(jié)韌帶損傷，美國每年實施超過17.5 萬例前交叉韌帶重建（anterior cruciate ligament reconstruction，ACLR）手術[1]。隨著我國競技體育事業(yè)的發(fā)展以及全民健身的推進，膝關節(jié)運動性損傷，特別是ACL 損傷的患者日益增多[2]。臨床上，由于ACL 損傷后會出現(xiàn)組織缺氧和微循環(huán)障礙、支配關節(jié)周圍肌肉的神經(jīng)發(fā)放的神經(jīng)沖動減少和肌肉應激刺激等[3]，導致ACLR 術后早期出現(xiàn)關節(jié)周圍肌肉萎縮、力量下降，進而影響膝關節(jié)生物力學的動態(tài)穩(wěn)定。而早期膝關節(jié)的疼痛腫脹，又會延遲患者開始負重的時機，加重了肌肉萎縮的程度。兩者同時存在，形成惡性循環(huán)，甚至在ACLR 術后很長一段時間，肌肉力量不足和功能障礙等情況仍持續(xù)存在[4]。

血流限制（blood flow restriction，BFR）訓練是通過充氣袖帶或彈性繃帶等特殊裝置對肢體施加外部壓力，實現(xiàn)被施壓肢體動脈血流的部分阻塞和靜脈血流的閉塞[5]，以達到增加肌肉力量與體積，提升身體機能的目的。近些年來，該技術在ACL 損傷康復中的研究逐漸增多，在促進肌肉增長，提高肌肉力量，降低膝關節(jié)疼痛、腫脹和改善功能狀態(tài)等方面表現(xiàn)出有益的訓練效果，或可成為ACL 損傷后高強度訓練的一種替代方法。本文從臨床作用、作用機制、技術考量和安全性四個方面對BFR 在ACLR 術后康復中的應用進行綜述，以期為ACLR患者安全、有效地進行BFR訓練提供理論依據(jù)與科學指導。

1 文獻檢索策略

本文文獻來源為2000年1月～2020年9月收錄在PubMed 和中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫中關于血流限制訓練在前交叉韌帶損傷術后康復中應用的相關研究。英文檢索詞為“blood flow restriction training；Kaatsu training；occlusion training；vascular occlusion ；anterior cruciate ligament reconstruction；ACL reconstruction；musculoskeletal rehabilitation”；中文檢索詞為“血流限制性運動；加壓訓練；Kaatsu 訓練；前交叉韌帶重建術；肌肉骨骼康復”。通過閱讀標題和摘要，篩選出BFR 在相關領域中的研究文獻38 篇，其中前交叉韌帶損傷康復中應用BFR 的隨機對照試驗9 篇，均為英文文獻。

2 BFR訓練的臨床作用

肌力減退、關節(jié)積液、運動受限、功能障礙等幾乎普遍存在于ACLR 術后數(shù)天、數(shù)周、甚至數(shù)月，并顯著影響術后膝關節(jié)的神經(jīng)肌肉控制能力[6]。ACLR術后康復計劃的重點是早期負重、疼痛控制、達到正常的運動范圍、減少關節(jié)積液和激活股四頭肌，并逐漸過渡到神經(jīng)肌肉控制、平衡和本體感覺訓練[7]。有證據(jù)表明，BFR訓練可以在較小的負荷條件下增加股四頭肌的力量和肥大程度[8-10]，在減輕膝關節(jié)疼痛腫脹、改善關節(jié)活動度、提高膝關節(jié)穩(wěn)定性和下肢平衡功能上也有一定效果。

2.1 BFR訓練對肌肉的影響

BFR 訓練可減緩ACLR 術后早期膝關節(jié)伸肌的廢用性萎縮，增加術后伸肌力量與體積。在一項研究中，8名ACLR患者僅進行BFR加壓，結果顯示經(jīng)過兩周的壓力限制，BFR組膝伸肌廢用性萎縮明顯減緩[11]。除了單純進行BFR 外，BFR 結合運動訓練同樣可以改善肌肉狀態(tài)。有研究表明，有或無BFR 的兩組ACLR 患者進行相同的康復訓練，14 周后BFR 訓練組股四頭肌肌肉厚度和伸肌力量均顯著恢復[12]；同時，一項納入28名ACLR患者的隨機對照試驗表明，低強度BFR訓練得到與傳統(tǒng)高強度訓練相似的肌肉肥大和力量增加[13]。BFR在ACLR術后的居家訓練中也表現(xiàn)出有益效果，一項評估BFR 居家訓練有效性的研究顯示，在ACLR 術后多年進行BFR 居家訓練，仍可增加肌肉力量和體積[14]。

BFR對肌肉的作用效果受訓練負荷和作用時間的影響。一項ACLR 術后早期應用間歇性BFR訓練的研究表明，在訓練兩周后BFR 組肌肉萎縮程度并未減緩[15]，這可能是由于研究中的訓練負荷小于能夠引起肌肉增長的最小負荷，且BFR作用時間較短。同樣，另一項ACLR 術前短期進行低強度BFR 訓練的研究中，研究者在手術前8天內對患者進行5次低強度BFR訓練，但訓練后股四頭肌耐力增長和肌肉激活等作用效果在術后并沒有持續(xù)，最終未能改變股四頭肌萎縮程度[16]。BFR 對肌肉的作用效果并不隨訓練負荷增加而持續(xù)增加，有研究顯示ACLR術后進行8周高強度BFR抗阻訓練，對股四頭肌肌力恢復、肌肉激活或萎縮程度較單純的高強度抗阻訓練相比沒有明顯改善作用，研究者認為高強度訓練已經(jīng)明顯促進蛋白質合成，而這與BFR訓練改善肌肉功能的機制似乎并不能疊加[17]。

2.2 BFR訓練對其他方面的影響

BFR訓練除了改善肌肉形態(tài)、增加肌肉力量外，還可以減輕ACLR 患者膝關節(jié)疼痛、腫脹，提升下肢穩(wěn)定性和平衡功能。

有研究表明，BFR 低強度抗阻訓練與傳統(tǒng)高強度抗阻訓練相比，更有利于減輕膝關節(jié)疼痛、腫脹[13，18，19]。血流限制訓練中，由于袖帶壓力和較高水平的缺血引起肌肉疼痛，誘發(fā)條件性疼痛調節(jié)，并可能促進運動期間內源性阿片肽和內源性大麻素的釋放，誘導抗傷害感受性反應，從而減輕疼痛[20]。相關研究中雖未提及腫脹減輕的原因，但伴隨訓練中和訓練后疼痛的緩解，主動活動增加，可能對關節(jié)積液減少，腫脹減輕有益。

研究表明，BFR 訓練前后膝關節(jié)松弛度并沒有發(fā)生改變，支持了BFR 抗阻訓練的使用并不影響移植物穩(wěn)定性及組織愈合的觀點。并且，研究者采用Y-balance和星形偏移平衡試驗（star excursion balance test，SEBT）檢測平衡性能，結果顯示低強度BFR 抗阻訓練使平衡性能得到更大改善[13]。

3 BFR訓練的作用機制

BFR 訓練可以減少快肌纖維的萎縮，增加肌肉質量和力量[21]。雖然產(chǎn)生這種作用的決定性機制尚未完全闡明，但目前主要認為是代謝應激和機械應力的影響，在分子水平上，兩者均最終影響了骨骼肌細胞中蛋白質周轉狀態(tài)[22]，從而引起肌肉肥大。在結合BFR 訓練的相關機制研究中，不同學者從不同角度對BFR 訓練的作用機制進行了解釋。

3.1 代謝應激

研究表明，BFR 訓練產(chǎn)生肌肉肥大和力量增長主要歸因于代謝應激水平的增加。BFR訓練使動脈血液流入減少，靜脈血液聚集，形成缺血缺氧狀態(tài)，造成乳酸等代謝產(chǎn)物堆積，最終引起代謝壓力水平增加。主要涉及生長激素（growth hormone，GH）和類胰島素生長因子1（insulin-like growth factors -1，IGF-1）等激素分泌增加，哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）、熱休克蛋白（heat shock protein，HSP）等合成增加，肌肉生長抑制素降低，肌纖維募集增多，以及細胞腫脹等過程[23]，從而引起肌肉生長。

3.2 機械應力

機械應力是刺激肌肉生長的另一主要機制[24]。在低強度BFR 抗阻運動中，盡管低水平機械應力不會在很大程度上誘發(fā)促進肌肉肥大和力量增長的機制，但是代謝應激可能起到介導作用，產(chǎn)生累加效應，最終促進肌肉肥大和力量增長[25]。有學者推測，機械應力與代謝應激相互作用，協(xié)同促進肌肉生長?？紤]到訓練強度或訓練方式對肌肉肥大的影響，BFR 結合中等強度抗阻運動導致的機械應力和代謝應激可能是促進肌肉增長的最佳組合方式，使其具有最大的刺激肌肉增長的潛力[26]，但相關研究較少，仍需更多的實驗證實機械應力在BFR訓練中的作用。

4 BFR訓練的技術考量

BFR 訓練的重點是確定加壓方案和訓練方案，根據(jù)已有研究，我們可以看到不同方案的有效性，但是目前圍繞ACLR 患者進行BFR 訓練的研究還較少，且存在異質性，在臨床實踐和科學研究中還需要進行深入探索[27]。

4.1 BFR加壓方案的選擇

限制壓力是影響訓練效果的一個重要因素。ACLR術后康復中BFR加壓方案主要包括加壓依據(jù)、壓力大小、加壓位置和袖帶參數(shù)（表1）。

表1 ACLR康復中應用BFR訓練的加壓方案

ACLR 術后壓力限制主要依據(jù)以下兩類。一類是基于給定的絕對壓力值范圍，起始壓力為130～180 mmHg，在訓練過程中逐漸遞增袖帶壓力至180～260 mmHg[11，12，15]。然而，這種加壓方式不一定將每個人的血流量限制在同一水平，血流限制程度會因袖帶寬度和肢體圍度差異而改變，使用絕對壓力進行血流限制訓練可能并不適宜[28]。另一類基于受試者靜息狀態(tài)下肢體閉塞壓（limb occlusion pressure，LOP）或動脈閉塞壓（arterial occlusion pressure，AOP）的百分比[13，14，17-19]。使用手持式多普勒測量LOP，并在50%～80%LOP下訓練。采用這種壓力限制的方法能夠根據(jù)患者自身情況，個性化限制壓力大小，可以在設備監(jiān)督下避免引起動脈阻斷，保證實驗或訓練安全進行。

其他肌肉骨骼損傷研究中，低強度BFR 抗阻訓練的限制壓力多選在40%～80%LOP之間[28，29]，有研究顯示，在這一范圍內隨血流限制程度的增加，肌肉厚度和等長力矩增大[30]。但限制壓力繼續(xù)增加到一定程度，訓練效果似乎不再變化。經(jīng)過8周的訓練，40%LOP的血流限制在肌肉肥大、力量和耐力方面產(chǎn)生了與90%LOP 相似的增長，但較高的限制壓力卻更容易引起參與者的不適感，不建議使用[31]。不同的是，在肌肉骨骼損傷康復早期BFR 與被動訓練相結合時，有研究者建議使用70%～100%AOP 的限制壓力，以改善肌肉萎縮程度[29]。

訓練中研究者均選擇在大腿近端施加壓力，這有助于患者進行下肢抗阻運動，并且由于近端肢體圍度較大，可以防止運動過程中由于神經(jīng)卡壓而引起并發(fā)癥[10]。研究中記錄的袖帶寬度從9～18 cm不等，這與研究選擇的BFR 裝置有關。然而有研究證明，不同寬度的袖帶對應的血流限制程度不同，相同壓力下寬袖帶對應的血流限制程度、加壓反應、主觀疲勞度和疼痛感覺更大，故而針對不同人群時，袖帶寬度的選擇更應慎重，保證安全性[32]。另外，科學研究中多采用可充氣袖帶，以便量化壓力限制程度。

（續(xù)表1）

4.2 BFR訓練方案的選擇

ACLR 術后康復中BFR 訓練方案主要包括BFR 介入時期、負荷重量、訓練模式、間歇時間、訓練時間、頻率和周期（表2）。

表2 ACLR康復中應用BFR的訓練方案

BFR 訓練可以在ACLR 術前或術后的不同時期介入。研究表明，ACLR 術前短期介入低強度BFR 訓練，對術后早期股四頭肌力量增長和激活程度均有益[16]。術后早期也可采用BFR與被動運動相結合[29]或無運動下單純施加BFR 的形式[11]，以達到預防肌肉萎縮的效果[11，12，15]。ACLR 術后BFR 結合低強度抗阻訓練一般在術后2～4周開始介入，可用于促進肌肉肥大，增加肌肉力量。另外，ACLR術后多年進行BFR訓練仍能收獲有益效果[14]，同樣，一篇關于跟腱斷裂手術較長時間后應用BFR 訓練的病例報告中，也得到了患者功能障礙程度減輕的結果[33]。

負荷重量是影響B(tài)FR 訓練效果的另一重要指標。Takarada 等[11]的研究采用術后早期無負荷下單純使用BFR，而較多研究選擇1 次重復最大力量（1 repetition maximum，1RM）的百分比來確定下肢抗阻訓練強度[13，17-19]，負荷重量一般為20%～30%1RM，僅有一項研究采用了70%1RM的高強度BFR訓練[17]。另外還有一些研究未量化負荷重量，但均在較低強度下進行抗阻訓練[12，14-16]。

ACLR 術后應用BFR 可以結合不同運動模式進行干預。一是BFR 相關文獻中常見的抗阻運動模型，即采用1RM 的百分比計算負荷重量大小，強度一般為20%～30%1RM，訓練量為4 組，共重復75 次（即30-15-15-15 次）[29]，依目前的研究來看，這一模式可以產(chǎn)生足夠的適應性。另一種是在常規(guī)運動康復項目的基礎上施加BFR，這種運動模式更加貼近臨床術后康復，但是較難計算運動量，用于科學研究時難以量化評估。在這兩種方式的BFR 訓練中，既包括開鏈運動也包括閉鏈運動，但有報道顯示，在ACL重建術后早期進行開鏈運動，存在前交叉韌帶松弛度增加的風險[34]，因此在進行BFR 訓練時，我們也要繼續(xù)探究運動形式對術后安全性的影響，在臨床實施康復治療時，具體的訓練方案也要根據(jù)患者耐受，進行個體化的選擇。

BFR抗阻訓練的間歇時間一般為30秒到2分鐘不等，而在無運動參與或間歇性的BFR訓練中，間歇時間較長，為3分鐘。整個BFR訓練周期從8天到16周不等。

（續(xù)表2）

5 BFR訓練的安全性

在ACLR術后BFR訓練的臨床研究中，Ohta等[12]報道了前交叉韌帶重建術后患者使用止血帶在180 mmHg 的壓力下進行肌肉訓練，有2 名患者在訓練12分鐘后出現(xiàn)下肢輕微不適和鈍痛，這種不適和鈍痛可能是由高壓引起的神經(jīng)壓迫以及肢體過度缺血造成的，在停止訓練或解除壓力后癥狀會消失[22]。除此之外，相關研究并沒有發(fā)現(xiàn)在BFR 訓練期間引起其他并發(fā)癥。在ACLR 患者臨床研究中應用BFR 時，常采用BFR 與低強度抗阻訓練相結合，多數(shù)研究表明其能夠增加肌肉力量，促進股四頭肌肥大，安全性也達到了可接受的水平。但這并不意味著安全性問題得到了解決，BFR訓練方法不當仍然可能造成肢體麻木、延遲性肌肉酸痛、橫紋肌溶解、深靜脈血栓甚至肺栓塞等危險事故發(fā)生[35-37]。

影響ACLR 術后BFR 訓練安全性的方法學因素主要包括：限制壓力、袖帶寬度和材料、負荷強度以及受試者身體素質。有研究顯示較高壓力的BFR訓練可能會引起交感神經(jīng)興奮性增加，血壓升高，導致心腦血管疾病發(fā)生風險增加[38]；過度閉塞還可能導致神經(jīng)傳導速度變慢，在長時間訓練中尤其不利[39]。袖帶寬度也會影響訓練的安全性，研究表明，經(jīng)過一段時間的BFR訓練后，較寬的袖帶下肌肉生長受到抑制，這不僅影響運動表現(xiàn)，而且對參與者的身體健康構成巨大風險[40，41]。另外，肢體閉塞程度還會受袖帶寬度和材料的影響。相同加壓下，不同寬度和材料的袖帶造成的肢體閉塞程度不同，也是需要考慮的安全性問題[42-44]。負荷重量是影響安全性的一個重要因素，有研究顯示，BFR結合高強度抗阻訓練更容易導致運動過程中發(fā)生勞累性橫紋肌溶解，引發(fā)生命危險[45]。除此之外，BFR訓練的安全性在老年或患有心血管疾病的患者中值得引起注意，應排除患有高血壓、外周血管疾病、心力衰竭等心血管疾病的受試者，并在開始BFR訓練前，對受試者進行相關篩查和體檢以保證實驗安全進行[46]。

ACLR 術后，BFR 訓練是否增加靜脈血栓（venous thromboembolism，VET）發(fā)生風險，是BFR 訓練亟需考慮的安全性問題。威爾紹三要素是被大家普遍接受的血栓發(fā)生機制模型，即血流停滯、血管壁損傷和血液高凝狀態(tài)[47]。毫無疑問，BFR 暫時造成了局部血流限制，但其限制時間較短，與手術中使用2小時止血帶相比，影響要小得多。BFR訓練的限制壓力一般選擇40%～80%AOP，也與手術中完全閉塞動靜脈不同[48]，因此，BFR訓練造成的短暫且較低程度的血流受限可能不會增加血栓發(fā)生風險。另外，所有骨科手術都會造成一定程度的血管損傷，但是相比全膝關節(jié)和全髖關節(jié)置換術的患者，在關節(jié)鏡下實施ACLR 手術的侵入性小，血管損傷程度低，從這方面考慮也不會引起VET 高發(fā)風險[49]。最后，雖然我們不知道ACL 損傷后多久血液高凝狀態(tài)會恢復到基線水平，但有研究表明BFR 刺激組織中纖溶酶原激活劑的分泌和表達增加，這是纖維蛋白溶解的標志，表明BFR 訓練在一定程度上可以降低血液高凝狀態(tài)[48]。盡管大多數(shù)患者發(fā)生VTE的風險可能很小，但發(fā)生VTE后果嚴重，應在威爾紹三要素原則下正確使用BFR，從而降低患VTE的發(fā)生風險。

6 小結

ACL 損傷康復中應用BFR 可減少肌肉萎縮程度，有效促進肌肉質量和力量的增加，并且在減少運動中和運動后膝關節(jié)疼痛、腫脹和提高術后膝關節(jié)的穩(wěn)定性方面展現(xiàn)出有益效果。但是相關研究較少報道BFR訓練對肌腱剛度、韌帶和軟骨狀況的影響，可以作為日后的研究方向，為ACLR患者進行BFR訓練，提供更加全面的證據(jù)支持。在神經(jīng)肌肉功能恢復方面，有證據(jù)表明，與沒有BFR的高強度運動相比，低強度BFR抗阻運動導致運動單位募集減少，對肌肉的神經(jīng)刺激較少[50]，而神經(jīng)肌肉功能的恢復對ACL 術后康復起著至關重要的作用，因此還需要進一步研究BFR 對神經(jīng)肌肉功能的影響和作用機制。此外，日后的研究還應在完善袖帶壓力、運動強度和持續(xù)時間的交互作用上多加探索，以期為ACLR 術后提供最佳的康復方案。