悬吊训练对前交叉韧带重建术后患者双膝三维运动对称性的影响

黄冬冬 陈良华 于哲 陈权军 赖洁暖 李海红 刘刚

南方医科大学第三附属医院康复医学科

 

摘    要：

目的 探讨悬吊训练对前交叉韧带重建术后患者双膝关节三维运动对称性的影响。方法 纳入前交叉韧带重建术后患者44例,随机分为悬吊组(n=22)和对照组(n=22)。悬吊组按照悬吊训练方案进行康复,将悬吊训练融入常规康复训练(悬吊训练每周2次,连续6周),对照组按照常规康复训练方案进行康复。在干预前和干预后,采用红外运动捕捉系统、等速肌力测试系统以及平衡能力测试仪对两组患者进行运动能力评估。结果 经过训练,悬吊组双侧膝关节前后相对位移的差值较训练前显著减小(Z=-3.186,P=0.001),训练后悬吊组膝关节前后相对位移的差值小于对照组(Z=-2.044,P=0.041)；悬吊组双下肢屈伸膝力量对称指数较训练前显著提高(t=7.231,P <0.01;t=4.359,P <0.001)；双下肢多轴平均轨迹差的差值较训练前显著减小(Z=-3.627,P <0.001)。结论 悬吊训练能进一步改善前交叉韧带重建术后患者双膝关节三维运动的对称性。

 

关键词：

前交叉韧带重建术 悬吊训练 运动功能 对称性

 

Effect of suspension training on three-dimensional motion symmetry of both knees after anterior cruciate ligament reconstruction

HUANG Dongdong CHEN Lianghua YU Zhe CHEN Quanjun LAI Jienuan LI Haihong LIU Gang

Department of Rehabilitation Medicine,the Third Affiliated Hospital of Southern Medical University;

Abstract：

Objective To investigate the effect of suspension training(SET)on three-dimensional motion symmetry of both knees after anterior cruciate ligament reconstruction. Methods 44 patients after anterior cruciate ligament reconstruction were included and randomly divided into SET group(n = 22)and control group(n =22). The control group received routine rehabilitation training,while the SET group combined suspension training on the basis of routine rehabilitation training. Suspension training was conducted twice a week for 6 consecutive weeks. The infrared motion capture system,isokinetic muscle strength test system and balance ability test system were used to evaluate the motor ability of the two groups of patients before and after the intervention. Results After training,the difference of relative anterior-posterior translation in the SET group was significantly reduced(Z =-3.186,P = 0.001),and the difference was smaller than that in the control group(Z =-2.044,P = 0.041).In the SET group,the strength index of the knee flexion and extension were significantly increased(t = 7.231,P <0.001 and t = 4.359,P < 0.001). The difference of average trace error index between the two lower limbs were significantly reduced in SET group(Z =-3.627,P < 0.001). Conclusion Suspension training can further improve the three-dimensional motion symmetry of knee joint after anterior cruciate ligament reconstruction.

 

Keyword：

anterior cruciate ligament reconstruction; suspension training; motor function; symmetry;

 

前交叉韧带重建术（anterior cruciate ligament reconstruction,ACLR）是前交叉韧带损伤后常见的外科修复手术[1-2]，但有高达12%的前交叉韧带重建患者在术后发生韧带的二次损伤[3-4]。有研究发现，ACLR术后发生二次损伤和膝骨关节炎的主要原因为双下肢运动的不对称性[5-6]，即使ACLR患者进行了系统的早期康复，术后仍长期遗留双侧膝关节运动不对称[7]、双侧力量失衡[8]和本体感觉缺失[9]等问题。悬吊训练是一种神经肌肉控制训练，通过悬吊治疗促使患者在不稳定支撑平面上进行主动训练，已被广泛运用于体育及康复领域[10]。在康复领域中，悬吊训练主要运用于慢性腰痛、骨关节疾病、运动损伤、神经损伤等患者的康复，有研究指出将悬吊训练用于膝关节置换患者的术后康复，可有效改善其关节活动度和本体感觉[11]；并且，已有研究证实悬吊训练有助于患者步行功能的恢复和步态对称性的提高[12]。但目前尚无关于悬吊训练在ACLR术后康复疗效的报道。因此，本研究将标准化悬吊训练方案运用于ACLR患者术后康复治疗，探讨其对患者双膝关节三维运动对称性、下肢力量对称性和下肢整体平衡能力的影响，为悬吊训练在ACLR术后康复中运用提供科学的理论依据。

 

1 对象与方法

1.1 研究对象及分组

选取我院首次行单侧前交叉韧带重建术的患者44例，将其随机分为悬吊组和对照组。悬吊组于本院康复治疗中心实施悬吊训练。所有患者术后按照我院的前交叉韧带重建康复手册进行术后康复，于运动功能评估室进行运动能力的评估。纳入标准：（1）年龄在18～45岁者；（2）经临床诊断及关节镜下检查证实ACL断裂；（3）在关节镜下行前交叉韧带重建术，采用自体半腱肌肌腱或股薄肌肌腱移植进行韧带重建，术程顺利；（4）术后3～6个月，经主诊医生批准后，患者自愿参加本研究的康复训练；（5）既往双侧膝关节无其他手术病史者。排除标准：（1）既往有膝关节受伤史或合并其他系统疾病；（2）近期出现影响术后康复进程的其他损伤；（3）经研究团队认定不适合参与本研究康复训练。本研究经过我院伦理委员会审核并获得批准，同时告知所有患者相应的康复计划和可能出现的风险和不适，所有患者均签署书面知情同意书。

 

1.2 治疗方法

两组患者均进行常规康复训练：（1）静蹲训练：每次15 min，每天1次；（2）抗阻直抬腿训练：每次20～30个，每天2次；（3）上下台阶训练：每次15 min，每天1次；（4）功率自行车训练：每次20 min，每天1次；（5）逐步开始慢跑：每次30 min，隔天1次。

 

悬吊组患者在常规康复训练的基础上融入悬吊训练（悬吊训练每周2次，连续6周），每周例行悬吊训练的当天暂停常规康复训练，其余时间继续按照规定的常规康复训练计划继续进行训练。悬吊训练计划主要由6个动作模块（4个体位）组成：（1）患侧卧位：用患侧肘撑住身体，将患侧腿放在调整好的吊绳上，绳子的固定点位于髌骨上缘，双腿并拢；患侧腿用力下压绳子，使肩关节、髋关节、膝关节位于同一直线，同时，健侧腿外展至45°并维持2 s，然后健侧腿内收至初始位置。重复10次/组，共4组，组间休息1 min。（2）健侧卧位：用健侧肘撑住身体，将患侧腿放在调整好的吊绳上，绳子的固定点位于髌骨上缘，双腿并拢；患侧腿用力下压绳子，使肩关节、髋关节、膝关节位于同一直线，同时健侧腿外展至45°并维持2 s，然后健侧腿内收至初始位置。重复10次/组，共4组，组间休息1 min。（3）仰卧位：(1)双手抱胸，将患侧腿放在调整好的吊绳上，绳子的固定点位于腘窝，双腿并拢；患侧腿用力下压绳子，同时健侧腿外展至45°并维持2 s，然后健侧腿内收至初始位置。重复10次/组，共4组，组间休息1 min。(2)双手接触床面，双脚踝放在调整好的悬吊绳上，双膝关节逐渐屈曲至90°，同时挺直躯干，维持姿势2s，然后双膝关节伸直至初始位置。重复10次/组，共4组，组间休息1 min。（4）俯卧位：(1)双上肢屈曲支撑在床面上，将患侧腿放在调整好的吊绳上，绳子的固定点位于髌骨上缘，双腿并拢；患侧腿用力下压绳子，同时健侧腿外展至45°并维持2 s，然后健侧腿内收至初始位置。重复10次/组，共4组，组间休息1 min。(2)双上肢屈曲支撑在床面上，双脚踝放在调整好的悬吊绳上；双膝关节逐渐屈曲至90°，同时髋关节前屈，维持姿势2 s，然后恢复初始体位。重复10次/组，共4组，组间休息1 min。

 

1.3 疗效评价

两组患者在干预前和干预后分别进行运动功能评估，评估内容包括双下肢膝关节运动三维运动位移、双下肢膝关节屈伸膝肌力、双下肢站立位动态平衡能力。

 

1.3.1 双膝关节三维运动位移评估

采用便携式红外运动捕捉系统（Opti-Knee；上海）进行双侧膝关节运动生物力学测试，先进行仪器调配，在受试者大腿和小腿上绑定指定识别刚板，对股骨和胫骨解剖标记点进行定位，测试系统可记录步态周期中股骨和胫骨解剖学标志的三维位置，在此基础上建立三维坐标系，膝关节相对位移是指股骨标记点在胫骨坐标系中的相对位移，主要测试膝关节运动的3个维度：前后、上下、内外。测试前嘱患者于跑步机上以3 km/h的速度行走来适应测试环境，测试开始后，由Opti-Knee系统自动采集数据，研究人员收集患者步行时的膝关节运动位移结果，测评3次，最终结果取平均值。测量结果为双膝关节的最大相对位移（relative translation,RT）：前后相对位移、上下相对位移、内外相对位移，计算双膝关节的差值（inter-leg difference,ILD):

RT患和RT健分别代表同一水平面上患侧和健侧膝关节相对位移。ILD数值越接近0，代表双侧膝关节运动对称性越好。

 

1.3.2 双下肢屈伸膝肌力评估

采用等速肌力测试训练系统（Iso Med 2000，德国）进行肌力测试，测试前进行仪器质检及调整，嘱患者坐上测试椅，进行体位固定，采用3号适配器对测试肢体进行固定。选择向心-向心肌力测试模式进行评估，在60°/s角速度下进行测试，双侧肢体分别完成5次最大的向心收缩。分别测量双膝关节屈伸膝峰力矩（peak torque,PT）：指膝关节屈伸过程中产生最大力矩，一般代表肌肉的最大肌力。计算双侧力量对称指数（strength index,SI):

PT患和PT健分别代表患侧和健侧屈膝/伸膝的峰力矩。SI数值越接近1，代表双侧力量的对称性越好。

 

1.3.3 双下肢站立位动态平衡能力评估

采用平衡能力测试系统（Tecnobody,PK 254，意大利）进行站立位动态平衡能力测试，选择多轴测试模式，嘱患者取双脚站立位，测试侧置于测试平板上，非测试侧置于测试平板外，测试前使患者熟悉测试环境适应及测试流程。先健侧后患侧进行评定，分别测量双侧多轴平均轨迹差（average trace error,ATE),ATE数值越小，代表动态平衡控制能力越强。计算双侧多轴平均轨迹差的差值（average trace error difference,ATED）。

 

ATE患和ATE健分别代表患侧和健侧多轴平均轨迹差。ATED数值越接近小，代表双侧动态平衡能力的对称性越高。

 

1.4 统计学方法

采用SPSS 25.0对所有的数据进行分析，计量资料符合正态分布时表示为均值±标准差，非正态分布使用M(P25,P75）表示。用独立样本t检验分析两组患者的基线特征。用Shapiro-Wilks检验评估数据的正态分布。双侧膝关节相对位移的差值和多轴平均轨迹差的差值不服从正态分布，用Wilcoxon符号秩检验分析组内差异，用U检验分析组间差异；力量对称指数服从正态分布，方差齐，用配对t检验分析组内差异，用独立样本t检验分析组间差异。以P<0.05为差异有统计学意义。

 

2 结果

2.1 受试者基线资料

总共纳入44例患者，其中3例患者脱落（对照组2例，悬吊组1例），脱落原因均为未按照指定康复计划完成相应康复项目。仅有41例患者完成所有研究计划（悬吊组21例，对照组20例），两组平均年龄、BMI指数、术后时长、训练前运动能力测评参数差异均无统计学意义（P>0.05），见表1。

表1 悬吊组和对照组临床基线特征的比较   

 

2.2 双侧膝关节三维运动

训练前后对比，悬吊组双膝关节前后相对位移的差值比训练前显著减小（P<0.05），对照组双膝关节前后相对位移的差值较前无显著变化（P>0.05），两组上下相对位移的差值和内外相对位移的差值较前均无显著改变（P>0.05）；训练后两组对比，悬吊组双膝前后相对位移的差值小于对照组（P<0.05），见表2。

 

2.3 双下肢屈伸膝肌力

训练前后对比，悬吊组伸膝和屈膝力量对称指数均较前显著提高（P<0.001），对照组的伸膝力量对称指数较前提高（P<0.05），而屈膝力量对称指数无明显改变（P>0.05）；训练后两组对比，两组伸膝和屈膝力量对称指数均差异无统计学意义（均P>0.05），见表3。

 

表2 两组训练前后双膝三维运动位移的差值比较

2.4 双下肢站立位动态平衡能力

训练前后对比，两组双侧多轴平均轨迹差的差值均较前减小（P<0.05）；训练后两组对比，悬吊组双侧多轴平均轨迹差的差值小于对照组（P=0.047），见表4。

 

表3 两组训练前后下肢力量对称指数比较

表4 两组训练前后双侧多轴平均轨迹差的差值比较

3 讨论

据以往的研究报道，由于术后肌肉萎缩及关节源性抑制，不同时期ACLR术后患者存在不同程度的下肢生物力学异常和神经控制能力缺失[7,13-14]，双下肢功能的失衡是ACLR患者再次损伤的危险因素[3]，而改善双膝关节运动的对称性是提高患者运动功能的关键。神经肌肉训练是ACLR术后康复的重要组成部分，可增强下肢的控制能力，提高膝关节周围稳定性，纠正患者双膝关节异常的运动生物力学[15]。MYER等[16]研究结果显示，通过一种渐进式、终末期回归神经肌肉训练方案可减小双下肢足底压力分布的差异。悬吊训练作为一种新兴的神经肌肉训练技术，将其运用于ACLR康复训练是一项重要的方法创新。悬吊训练系统可提供三维不稳定训练平面，将患者一侧肢体固定于悬吊绳上，利用自身重力的作用进行多平面、多关节的主动训练，并且在进行动态训练时，双侧的负重是不均匀的[17-18]。相比于二维平面上的神经肌肉训练，悬吊训练对双侧关节的控制能力要求更高，不仅可以促进主动肌和拮抗肌的协同收缩，还可以改善双下肢的位置控制能力和提高双侧运动的协调性[19,23]。

 

有研究指出，ACLR术后膝关节运动学改变主要在矢状面上[20-21]，前后相对位移是膝关节运动在矢状面上的一个参考指标，而悬吊训练可以使患者在不同的平面上进行高水平的运动控制训练，有助于纠正患者矢状面上的异常运动模式，改善双下肢在整个步态周期中的对称性。本研究通过将悬吊训练用于前交叉韧带重建术后康复，可显著减小患者双侧膝关节在矢状面上运动的差异，提高膝关节运动的对称性。此外，已有研究证明，双下肢运动学的对称性与双侧力量和下肢平衡能力具有显著相关性[8,22-23]，可见，通过改善患者下肢力量的对称性和缩小双侧平衡能力的差异亦可影响双下肢运动的协调性[11,24]。本研究中悬吊训练方案的设计主要以患侧闭链运动和健侧开链运动的训练方式为主，可有效激活患侧膝关节局部肌肉的收缩及增强前侧肌肉链和后侧肌肉链的协同作用，同时促进躯干核心肌群的有效激活[19,24]，这有助于提高患者局部肌肉力量和改善整体的动态平衡协调能力。本研究结果提示，经过6周的悬吊训练，悬吊组患者的下肢力量对称性和动态平衡对称性较前提高，由此可推测，悬吊训练通过改善患者双侧力量和动态平衡的对称性，增强了对膝关节运动功能的康复疗效。

 

本研究存在一定局限性，经过悬吊训练后，患者双膝关节在上下移动水平面和内外移动水平面的运动对称性未见显著改变，笔者推测其原因是：ACL损伤患者往往是由于膝关节屈伸肌肉力量不平衡，导致膝关节稳定性变差，从而在运动中受伤，而ACLR术后关节制动会导致膝关节屈伸活动受限，加重了股四头肌和腘绳肌废用性萎缩，而髋关节屈伸和内收外展肌群活动不受限，肌肉萎缩相对不明显。训练后ACLR患者的膝关节运动学改变主要发生在矢状面上前后方向，与悬吊训练改善了膝关节屈伸肌群的力量有显著关联性[5,20]，而膝关节上下相对位移和内外相对位移与髋关节屈伸和内收外展肌群有密切联系，这部分肌肉功能受手术的影响不大，因而改善不显著。在今后的研究中，可制定针对髋关节活动肌群的悬吊训练操作方案，并探讨其对患者膝关节在上下和内外移动水平面上运动的影响，获得更多悬吊训练技术的循证医学依据。

 

综上所述，本研究基于膝关节三维运动分析、等速肌力测试和动态平衡测试，从临床研究角度探讨悬吊训练对于ACLR患者双膝关节运动对称性的影响，结论认为：前交叉韧带重建术后早期介入具有针对性的悬吊训练治疗，可有效提高患者双膝关节三维运动的对称性，有助于提高双下肢力量的对称性和缩小双侧整体平衡能力的差异。本研究为悬吊治疗技术在ACLR中的应用提供了良好的理论支持和科学依据。

 

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