振動刺激促進(jìn)前交叉韌帶重建后本體感覺恢復(fù)機(jī)制研究進(jìn)展

張新強(qiáng)，馮會成

(1.解放軍總醫(yī)院第八醫(yī)學(xué)中心骨科，北京 100091；2.河北北方學(xué)院，河北 張家口 075051)

前交叉韌帶(Anterior cruciate ligament，ACL)是膝關(guān)節(jié)的重要組成部分，是阻止脛骨前移的主要結(jié)構(gòu)。ACL損傷后，通常會出現(xiàn)患側(cè)膝關(guān)節(jié)疼痛、活動受限、關(guān)節(jié)不穩(wěn)等癥狀。如不進(jìn)行有效治療，可引起半月板損害及膝關(guān)節(jié)軟骨退變，嚴(yán)重者可引起骨關(guān)節(jié)炎。ACL斷裂后幾乎沒有自行生物愈合的能力。因此，ACL重建術(shù)被認(rèn)為是恢復(fù)生物學(xué)功能穩(wěn)定性及防止膝關(guān)節(jié)早期退變的有效手段。

1 ACL損傷的治療

目前，ACL損傷后在關(guān)節(jié)鏡下行ACL重建手術(shù)(ACLR)為首選方案，主要優(yōu)點(diǎn)有切口小、組織反應(yīng)輕等。ACLR移植物有自體移植物、同種異體移植物以及人工材料移植物，各有優(yōu)缺點(diǎn)。例如，喻剛等[1]發(fā)現(xiàn)在關(guān)節(jié)鏡下行同種異體肌腱和自體肌腱治療ACL損傷效果相當(dāng)，雖然后者手術(shù)時間長，但術(shù)后發(fā)熱時間短，膝關(guān)節(jié)本體感覺恢復(fù)比前者早。另外，自體移植物無排異反應(yīng)，組織愈合快，同時避免了疾病傳播風(fēng)險，但供區(qū)也有相關(guān)并發(fā)癥，如疼痛、髕骨骨折、股四頭肌無力等。與自體肌腱行相比，同種異體肌腱可避免供區(qū)并發(fā)癥。然而，同種異體肌腱移植面臨的問題有疾病傳播、免疫排斥等。人工材料韌帶是一種合成材料，旨在為新韌帶的生長提供支架，與自體移植物相比，無供區(qū)相關(guān)并發(fā)癥，手術(shù)時間縮短，能提供更好的膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性；與同種異體移植物相比，可避免疾病傳播風(fēng)險；缺點(diǎn)有抗磨損能力差、滑膜反應(yīng)等。手術(shù)醫(yī)生必須充分了解移植物的基本生物學(xué)特性、優(yōu)缺點(diǎn)、手術(shù)技術(shù)以及患者期望，以達(dá)到理想的手術(shù)結(jié)果。術(shù)后康復(fù)對于ACL損傷患者同樣重要，研究[2]發(fā)現(xiàn)ACLR后恰當(dāng)?shù)目祻?fù)可促進(jìn)患者恢復(fù)到受傷前的活動水平和膝關(guān)節(jié)功能。Edwards等[3]研究發(fā)現(xiàn)，在ACLR后完成6個月康復(fù)結(jié)合跳躍和敏捷任務(wù)的患者有更高的回歸運(yùn)動比率，這表明術(shù)后康復(fù)在回歸運(yùn)動方面很重要。

2 本體感覺恢復(fù)在ACL重建術(shù)后的重要性

2.1 ACL本體感覺 本體感覺是一種關(guān)于身體運(yùn)動和位置的深度敏感或深度感知[4]。膝關(guān)節(jié)本體感覺比較復(fù)雜，包括關(guān)節(jié)囊中的機(jī)械感受器、韌帶和連接脊髓和大腦皮層的神經(jīng)纖維。ACL是負(fù)責(zé)膝關(guān)節(jié)本體感覺重要結(jié)構(gòu)[5]，ACL中 2.5%的結(jié)構(gòu)由本體感受器組成[6]。研究[7]發(fā)現(xiàn)，ACL是一個重要的感覺器官，它強(qiáng)化本體感覺，啟動保護(hù)和肌肉反射，起穩(wěn)定作用。機(jī)械感受器分為四類，包括魯菲尼末梢、環(huán)狀小體、高爾基腱器官和游離神經(jīng)末梢，位于ACL股骨和脛骨附著點(diǎn)[8]。魯菲尼末梢為樹突狀或卵圓形神經(jīng)纖維，被膜較薄且松弛，大小約25～330 μm；環(huán)狀小體為圓形或橢圓形感受器，由多層神經(jīng)外周細(xì)胞包繞一個長的中心部位組成，大小約40～220 μm；高爾基腱器官感受器呈梭形，被膜相對較薄，形態(tài)最大，大小約140～900 μm；游離神經(jīng)末梢通常為無髓鞘神經(jīng)末梢，數(shù)量較多，其長軸與ACL長軸平行，大小約0.5～1.5 μm[9]。其中，魯菲尼受體適應(yīng)較慢，在檢測靜態(tài)關(guān)節(jié)位置時可能更為重要；環(huán)狀小體對刺激的變化很敏感，為快速適應(yīng)機(jī)械感受器，被認(rèn)為是負(fù)責(zé)本體感覺的動態(tài)階段(運(yùn)動感覺)；高爾基腱器官同樣適應(yīng)較慢，與關(guān)節(jié)極限運(yùn)動、肌肉主動收縮有關(guān)；游離神經(jīng)末梢功能被認(rèn)為與疼痛刺激和血管舒縮控制有關(guān)[10-11]。機(jī)械感受器可以檢測到膝關(guān)節(jié)張力、速度、加速度、運(yùn)動方向和位置變化[12]，向中樞神經(jīng)系統(tǒng)提供有關(guān)肢體位置和運(yùn)動的感覺以及力和力的感覺的傳入反饋[13]。另一項研究[14]發(fā)現(xiàn)，本體感覺可能在控制膝關(guān)節(jié)矢狀面和前平面的運(yùn)動中發(fā)揮作用。另外，神經(jīng)營養(yǎng)因子-3(NT-3)/酪氨酸蛋白激酶C(TrkC)信號通路在ACL損傷后本體感覺的恢復(fù)中起著重要作用，TrkC是NT-3特異性受體，NT-3對本體感覺神經(jīng)元具有保護(hù)作用，并維持和改善其生理功能[15]。蔡東高等[16]研究發(fā)現(xiàn)，腺病毒介導(dǎo)NT-3的基因轉(zhuǎn)染能夠使ACLR術(shù)后本體感覺器再生和功能恢復(fù)。

2.2 ACL損傷后本體感覺變化 忻慰等[17]觀察發(fā)現(xiàn)，兔不同部位ACL損傷均可導(dǎo)致本體感受器形態(tài)異常、數(shù)量減少以及功能下降，但不同部位損傷導(dǎo)致本體感覺器變化無差異。ACL損傷后本體感覺障礙歸因于韌帶損傷后失去向中樞神經(jīng)系統(tǒng)提供傳入輸入功能[18]。如果ACL機(jī)械感受器受損，那么有關(guān)膝關(guān)節(jié)位置和運(yùn)動的重要傳入信息可能會改變，導(dǎo)致運(yùn)動控制模式變化，從而可能產(chǎn)生繼發(fā)性損傷[19]。與健側(cè)膝關(guān)節(jié)相比，ACL損傷的膝關(guān)節(jié)本體感覺降低，這是由關(guān)節(jié)運(yùn)動(運(yùn)動感覺)和關(guān)節(jié)位置共同決定的。關(guān)節(jié)位置本體感覺喪失的幅度大于關(guān)節(jié)運(yùn)動[20]。Relph等[21]研究證實(shí)，在ACL損傷行保守治療后膝關(guān)節(jié)存在靜態(tài)本體感覺缺陷，可能是由于韌帶中的機(jī)械感受器功能隨著時間的推移而減少。

2.3 ACL損傷后本體感覺變化對機(jī)體的影響 本體感覺功能的降低被認(rèn)為是導(dǎo)致第二次ACL損傷風(fēng)險增加30～40倍的主要因素[22]，也是ACL損傷后發(fā)生膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎的主要因素[23]。文獻(xiàn)[24]報道，ACL損傷不僅導(dǎo)致單側(cè)本體感覺減退，而且導(dǎo)致對側(cè)膝關(guān)節(jié)本體感覺退化，隨著時間的推移，這種現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。Lee等[25]研究發(fā)現(xiàn)，一側(cè)ACL損傷重建后，對側(cè)ACL損傷的發(fā)生率(通常發(fā)生在ACL重建后1～4年)在2%～15%。研究[26]發(fā)現(xiàn)，ACL缺乏癥患者的本體感覺差可能導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)運(yùn)動質(zhì)量差，而ACLR患者則無此現(xiàn)象；ACL缺損患者本體感覺差可能與膝關(guān)節(jié)運(yùn)動質(zhì)量差有關(guān)，而ACLR患者本體感覺差可能與膝關(guān)節(jié)運(yùn)動質(zhì)量差無關(guān)；重建和未重建ACL患者感覺運(yùn)動功能的差異應(yīng)在訓(xùn)練和康復(fù)方案中加以考慮，以提高這些患者的表現(xiàn)和防止進(jìn)一步的損傷。

目前，本體感覺訓(xùn)練已在世界范圍內(nèi)得到證實(shí)，并被廣泛應(yīng)用于ACLR患者。本體感覺訓(xùn)練對ACLR術(shù)后膝關(guān)節(jié)功能和本體感覺改善的影響是混合的[27]。ACL損傷患者術(shù)前本體感覺喪失，以本體感覺訓(xùn)練為主的康復(fù)方案對膝關(guān)節(jié)ACLR術(shù)后本體感覺和功能狀態(tài)有顯著改善[28]。

3 振動刺激在ACLR術(shù)后康復(fù)中的作用及機(jī)制

很多研究認(rèn)為ACLR術(shù)后康復(fù)中振動刺激起著關(guān)鍵作用。Risberg等[29]研究發(fā)現(xiàn)，肌肉強(qiáng)度、本體感覺和平衡從術(shù)后3個月逐漸開始恢復(fù)。因此，術(shù)后前3個月的康復(fù)對以后膝關(guān)節(jié)的功能恢復(fù)非常重要，應(yīng)術(shù)后盡早進(jìn)行康復(fù)鍛煉?？祻?fù)方法有常規(guī)訓(xùn)練、振動刺激、中醫(yī)、針灸、冷療法等，旨在恢復(fù)早期完全被動伸膝、恢復(fù)本體感覺、加強(qiáng)股四頭肌和腘繩肌力量等，進(jìn)而快速恢復(fù)到受傷前的日常生活活動和運(yùn)動。馬玉翠等[30]研究發(fā)現(xiàn)，關(guān)節(jié)松弛訓(xùn)練、中藥熏洗外敷、超聲波綜合康復(fù)治療可促進(jìn)ACLR術(shù)后膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)，提高生活質(zhì)量。

3.1 振動刺激對本體感覺恢復(fù)作用及相關(guān)機(jī)制 振動刺激是應(yīng)用振動作為刺激的方法。肌肉受到振動刺激后不自主產(chǎn)生收縮，激活本體感覺發(fā)生反射。全身振動產(chǎn)生垂直的正弦振蕩，傳遞到身體并被肌肉骨骼器官感知，通過神經(jīng)肌肉反射的激活迅速適應(yīng)它們[31]。此外，研究[32]認(rèn)為全身振動可以改善神經(jīng)肌肉功能，因?yàn)樵趲讉€敏感結(jié)構(gòu)(如皮膚、關(guān)節(jié)和次級末端)上進(jìn)行的振動可能會促進(jìn)γ系統(tǒng)并增強(qiáng)α運(yùn)動神經(jīng)元敏感度。Salvarani等[33]認(rèn)為機(jī)械振動可以誘導(dǎo)神經(jīng)適應(yīng)，而神經(jīng)適應(yīng)反應(yīng)是對機(jī)械振動的響應(yīng)，從而提高神經(jīng)肌肉的效率。Moezy等[34]對20例ACLR的運(yùn)動員研究后發(fā)現(xiàn)，全身振動訓(xùn)練改善重建前交叉韌帶運(yùn)動員的本體感覺和平衡，主要原因是腳底的外感受體對機(jī)械刺激是敏感的，同時振動刺激對姿勢穩(wěn)定性指標(biāo)有明顯改善。另一項研究[35]發(fā)現(xiàn)，全身振動傳遞到人體可刺激許多生物系統(tǒng)，可能導(dǎo)致多層次的生理變化，包括皮膚感受器、肌梭、關(guān)節(jié)機(jī)械感受器、前庭系統(tǒng)的刺激，大腦活動的變化，神經(jīng)遞質(zhì)和激素濃度的變化。Fagnani等[36]認(rèn)為全身振動可改善神經(jīng)肌肉活動的可能機(jī)制是“緊張性振動反射”和對高級皮質(zhì)的適應(yīng)。Liu-Ambrose等[37]研究表明，在ACLR后單獨(dú)進(jìn)行本體感覺訓(xùn)練可以誘導(dǎo)等速力量的增加。另一項研究[38]證明單獨(dú)加強(qiáng)運(yùn)動可以改善本體感覺。Lu等[39]研究表明，體外沖擊波振動能增強(qiáng)ACL殘端細(xì)胞的活力、增殖、遷移以及膠原、轉(zhuǎn)化生長因子β和血管內(nèi)皮生長因子的表達(dá)水平，而且顯著增強(qiáng)了其旁分泌調(diào)節(jié)周圍細(xì)胞的能力。Zandiyeh等[40]研究發(fā)現(xiàn)，低振幅機(jī)械噪聲振動對ACLR患者本體感覺有積極影響作用，可改善ACLR術(shù)后的本體感覺，認(rèn)為低振幅機(jī)械噪聲振動刺激提高了本體感覺敏銳度。

3.2 不同振動頻率、振幅、時間對機(jī)體的影響 目前對振動刺激在ACLR術(shù)后何時開始、振動頻率、振幅、間隔時間等問題存在很多爭議。Fu等[41]將48例ACL損傷重建術(shù)后患者隨機(jī)分配到對照組或治療組，對照組接受常規(guī)ACL康復(fù)治療，治療組在常規(guī)康復(fù)治療基礎(chǔ)上從術(shù)后1個月開始進(jìn)行8周全身振動刺激治療，振動頻率從35 Hz逐漸增加到50 Hz，幅度為4 mm，結(jié)果證明術(shù)后1個月開始早期全身振動刺激是一種不影響膝關(guān)節(jié)活動度和穩(wěn)定性的有效訓(xùn)練方法，并建議將全身振動刺激納入目前的神經(jīng)肌肉康復(fù)計劃，以促進(jìn)術(shù)后1個月開始的康復(fù)。研究[42-43]發(fā)現(xiàn)，在肌肉力量方面都是通過振動平臺進(jìn)行本體感覺刺激，訓(xùn)練頻率在35～50 Hz，實(shí)驗(yàn)組優(yōu)于對照組。Hazell等[44]研究證明較高的頻率(如35、40、45 Hz)可導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)伸肌活動增加。此外，研究[45]證明頻率在26～44 Hz可提高肌肉力量，頻率低于20 Hz僅用于肌肉放松，超過50 Hz將導(dǎo)致肌肉損傷。Cosimo等[46]對38例女子排球/籃球運(yùn)動ACL斷裂重建術(shù)后康復(fù)進(jìn)行研究，將其隨機(jī)分為兩組，在標(biāo)準(zhǔn)化的6個月康復(fù)計劃期間，從術(shù)后13～20周，全身振動組在振動平臺進(jìn)行振動治療，對照組進(jìn)行同樣的全身振動板訓(xùn)練但不進(jìn)行振動，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，全身振動治療(頻率26 Hz，振幅4 mm)結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化康復(fù)程序可能是ACLR后的一種有效康復(fù)干預(yù)措施，可以增強(qiáng)肌肉力量。Pistone等[47]對34例前ACLR后患者康復(fù)進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)術(shù)后1個月在傳統(tǒng)康復(fù)方案基礎(chǔ)上加用4周全身振動刺激可促進(jìn)ACLR患者的早期肌肉力量恢復(fù)。吳博等[48]將40例ACLR術(shù)后患者隨機(jī)分成試驗(yàn)組和對照組，在試驗(yàn)組和對照組相同康復(fù)方法的基礎(chǔ)上，從第13周開始試驗(yàn)組增加全身振動刺激(振動頻率30 Hz，振幅為3 mm，時間為10 min)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)全身振動刺激可促進(jìn)ACLR術(shù)后患者患肢肌力和運(yùn)動控制恢復(fù)。而另一項研究得出相反結(jié)果，Costa等[49]將44例男性ACLR患者隨機(jī)分為對照組(22例，關(guān)閉振動平臺上的鍛煉方案)和全身振動刺激組(22例，開啟振動平臺上的鍛煉，頻率50 Hz，振幅4 mm)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)全身振動刺激不會立即改變股四頭肌功能，也不能刺激股外側(cè)肌和股內(nèi)側(cè)肌的肌電活動。

4 結(jié) 語

ACLR是否成功取決于膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)功能和本體感覺的恢復(fù)。而ACL損傷后重建韌帶對本體感覺的早期和漸進(jìn)性改善有顯著的積極影響。振動刺激對本體感覺的恢復(fù)有積極影響作用，目前振動刺激對本體感覺恢復(fù)的機(jī)制研究很多，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為振動刺激可提高本體感覺敏銳度，誘導(dǎo)神經(jīng)適應(yīng)，增加肌肉力量，改善本體感覺。筆者認(rèn)為：首先，ACL損傷重建后，ACL內(nèi)的本體感覺功能減退，振動刺激可使ACL中的本體感覺恢復(fù)一部分，同時刺激使關(guān)節(jié)囊、滑膜、肌肉內(nèi)的本體感覺增強(qiáng)，來代償ACL內(nèi)的本體感覺功能減退，另外振動刺激也使ACL內(nèi)的本體感覺功能恢復(fù)時間大大提前，從而減少ACL損傷后相關(guān)并發(fā)癥。其次，振動刺激對機(jī)械感受器的影響研究較少，是否能恢復(fù)到受傷前水平不得而知。未來應(yīng)進(jìn)行大量前瞻性研究，在膝關(guān)節(jié)周圍本體感覺測定、細(xì)胞再生等方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以了解振動刺激在重建ACL本體感覺恢復(fù)方面的機(jī)制。

目前振動刺激的頻率、振幅、時間等因素均沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。在以后的研究中，應(yīng)對此問題進(jìn)行深入研究，以了解對ACLR術(shù)后最有利于本體感覺恢復(fù)的振動刺激頻率、振幅、時間，促使患者ACL術(shù)后盡快恢復(fù)本體感覺和膝關(guān)節(jié)功能。