懸吊訓練對前交叉韌帶重建術后患者雙膝三維運動對稱性的影響

黃冬冬 陳良華 于哲 陳權軍 賴潔暖 李海紅 劉剛

南方醫科大學第三附屬醫院康復醫學科（廣州510630）

前交叉韌帶重建術（anterior cruciate ligament reconstruction，ACLR）是前交叉韌帶損傷后常見的外科修復手術［1-2］，但有高達12%的前交叉韌帶重建患者在術后發生韌帶的二次損傷［3-4］。有研究發現，ACLR術后發生二次損傷和膝骨關節炎的主要原因為雙下肢運動的不對稱性［5-6］，即使ACLR患者進行了系統的早期康復，術后仍長期遺留雙側膝關節運動不對稱［7］、雙側力量失衡［8］和本體感覺缺失［9］等問題。懸吊訓練是一種神經肌肉控制訓練，通過懸吊治療促使患者在不穩定支撐平面上進行主動訓練，已被廣泛運用于體育及康復領域［10］。在康復領域中，懸吊訓練主要運用于慢性腰痛、骨關節疾病、運動損傷、神經損傷等患者的康復，有研究指出將懸吊訓練用于膝關節置換患者的術后康復，可有效改善其關節活動度和本體感覺［11］；并且，已有研究證實懸吊訓練有助于患者步行功能的恢復和步態對稱性的提高［12］。但目前尚無關于懸吊訓練在ACLR術后康復療效的報道。因此，本研究將標準化懸吊訓練方案運用于ACLR患者術后康復治療，探討其對患者雙膝關節三維運動對稱性、下肢力量對稱性和下肢整體平衡能力的影響，為懸吊訓練在ACLR術后康復中運用提供科學的理論依據。

1 對象與方法

1.1 研究對象及分組選取我院首次行單側前交叉韌帶重建術的患者44例，將其隨機分為懸吊組和對照組。懸吊組于本院康復治療中心實施懸吊訓練。所有患者術后按照我院的前交叉韌帶重建康復手冊進行術后康復，于運動功能評估室進行運動能力的評估。納入標準：（1）年齡在18 ～45歲者；（2）經臨床診斷及關節鏡下檢查證實ACL斷裂；（3）在關節鏡下行前交叉韌帶重建術，采用自體半腱肌肌腱或股薄肌肌腱移植進行韌帶重建，術程順利；（4）術后3 ～6個月，經主診醫生批準后，患者自愿參加本研究的康復訓練；（5）既往雙側膝關節無其他手術病史者。排除標準：（1）既往有膝關節受傷史或合并其他系統疾病；（2）近期出現影響術后康復進程的其他損傷；（3）經研究團隊認定不適合參與本研究康復訓練。本研究經過我院倫理委員會審核并獲得批準，同時告知所有患者相應的康復計劃和可能出現的風險和不適，所有患者均簽署書面知情同意書。

1.2 治療方法兩組患者均進行常規康復訓練：（1）靜蹲訓練：每次15 min，每天1次；（2）抗阻直抬腿訓練：每次20 ～30個，每天2次；（3）上下臺階訓練：每次15 min，每天1次；（4）功率自行車訓練：每次20 min，每天1次；（5）逐步開始慢跑：每次30 min，隔天1次。

懸吊組患者在常規康復訓練的基礎上融入懸吊訓練（懸吊訓練每周2次，連續6周），每周例行懸吊訓練的當天暫停常規康復訓練，其余時間繼續按照規定的常規康復訓練計劃繼續進行訓練。懸吊訓練計劃主要由6個動作模塊（4個體位）組成：（1）患側臥位：用患側肘撐住身體，將患側腿放在調整好的吊繩上，繩子的固定點位于髕骨上緣，雙腿并攏；患側腿用力下壓繩子，使肩關節、髖關節、膝關節位于同一直線，同時，健側腿外展至45°并維持2 s，然后健側腿內收至初始位置。重復10次/組，共4組，組間休息1 min。（2）健側臥位：用健側肘撐住身體，將患側腿放在調整好的吊繩上，繩子的固定點位于髕骨上緣，雙腿并攏；患側腿用力下壓繩子，使肩關節、髖關節、膝關節位于同一直線，同時健側腿外展至45°并維持2 s，然后健側腿內收至初始位置。重復10次/組，共4組，組間休息1 min。（3）仰臥位：①雙手抱胸，將患側腿放在調整好的吊繩上，繩子的固定點位于腘窩，雙腿并攏；患側腿用力下壓繩子，同時健側腿外展至45°并維持2 s，然后健側腿內收至初始位置。重復10次/組，共4組，組間休息1 min。②雙手接觸床面，雙腳踝放在調整好的懸吊繩上，雙膝關節逐漸屈曲至90°，同時挺直軀干，維持姿勢2 s，然后雙膝關節伸直至初始位置。重復10次/組，共4組，組間休息1 min。（4）俯臥位：①雙上肢屈曲支撐在床面上，將患側腿放在調整好的吊繩上，繩子的固定點位于髕骨上緣，雙腿并攏；患側腿用力下壓繩子，同時健側腿外展至45°并維持2 s，然后健側腿內收至初始位置。重復10次/組，共4組，組間休息1 min。②雙上肢屈曲支撐在床面上，雙腳踝放在調整好的懸吊繩上；雙膝關節逐漸屈曲至90°，同時髖關節前屈，維持姿勢2 s，然后恢復初始體位。重復10次/組，共4組，組間休息1 min。

1.3 療效評價兩組患者在干預前和干預后分別進行運動功能評估，評估內容包括雙下肢膝關節運動三維運動位移、雙下肢膝關節屈伸膝肌力、雙下肢站立位動態平衡能力。

1.3.1 雙膝關節三維運動位移評估采用便攜式紅外運動捕捉系統（Opti-Knee；上海）進行雙側膝關節運動生物力學測試，先進行儀器調配，在受試者大腿和小腿上綁定指定識別剛板，對股骨和脛骨解剖標記點進行定位，測試系統可記錄步態周期中股骨和脛骨解剖學標志的三維位置，在此基礎上建立三維坐標系，膝關節相對位移是指股骨標記點在脛骨坐標系中的相對位移，主要測試膝關節運動的3個維度：前后、上下、內外。測試前囑患者于跑步機上以3 km/h的速度行走來適應測試環境，測試開始后，由Opti-Knee系統自動采集數據，研究人員收集患者步行時的膝關節運動位移結果，測評3次，最終結果取平均值。測量結果為雙膝關節的最大相對位移（relative translation，RT）：前后相對位移、上下相對位移、內外相對位移，計算雙膝關節的差值（inter-leg difference，ILD）：

RT患和RT健分別代表同一水平面上患側和健側膝關節相對位移。ILD數值越接近0，代表雙側膝關節運動對稱性越好。

1.3.2 雙下肢屈伸膝肌力評估采用等速肌力測試訓練系統（IsoMed 2000，德國）進行肌力測試，測試前進行儀器質檢及調整，囑患者坐上測試椅，進行體位固定，采用3號適配器對測試肢體進行固定。選擇向心-向心肌力測試模式進行評估，在60 °/s角速度下進行測試，雙側肢體分別完成5次最大的向心收縮。分別測量雙膝關節屈伸膝峰力矩（peak torque，PT）：指膝關節屈伸過程中產生最大力矩，一般代表肌肉的最大肌力。計算雙側力量對稱指數（strength index，SI）：

PT患和PT健分別代表患側和健側屈膝/伸膝的峰力矩。SI數值越接近1，代表雙側力量的對稱性越好。

1.3.3 雙下肢站立位動態平衡能力評估采用平衡能力測試系統（Tecnobody，PK 254，意大利）進行站立位動態平衡能力測試，選擇多軸測試模式，囑患者取雙腳站立位，測試側置于測試平板上，非測試側置于測試平板外，測試前使患者熟悉測試環境適應及測試流程。先健側后患側進行評定，分別測量雙側多軸平均軌跡差（average trace error，ATE），ATE數值越小，代表動態平衡控制能力越強。計算雙側多軸平均軌跡差的差值（average trace error difference，ATED）。

ATE患和ATE健分別代表患側和健側多軸平均軌跡差。ATED數值越接近小，代表雙側動態平衡能力的對稱性越高。

1.4 統計學方法采用SPSS 25.0對所有的數據進行分析，計量資料符合正態分布時表示為均值±標準差，非正態分布使用M（P25，P75）表示。用獨立樣本t檢驗分析兩組患者的基線特征。用Shapiro-Wilks檢驗評估數據的正態分布。雙側膝關節相對位移的差值和多軸平均軌跡差的差值不服從正態分布，用Wilcoxon符號秩檢驗分析組內差異，用U檢驗分析組間差異；力量對稱指數服從正態分布，方差齊，用配對t檢驗分析組內差異，用獨立樣本t檢驗分析組間差異。以P ＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 受試者基線資料總共納入44例患者，其中3例患者脫落（對照組2例，懸吊組1例），脫落原因均為未按照指定康復計劃完成相應康復項目。僅有41例患者完成所有研究計劃（懸吊組21例，對照組20例），兩組平均年齡、BMI指數、術后時長、訓練前運動能力測評參數差異均無統計學意義（P ＞0.05），見表1。

2.2 雙側膝關節三維運動訓練前后對比，懸吊組雙膝關節前后相對位移的差值比訓練前顯著減小（P ＜0.05），對照組雙膝關節前后相對位移的差值較前無顯著變化（P ＞0.05），兩組上下相對位移的差值和內外相對位移的差值較前均無顯著改變（P ＞0.05）；訓練后兩組對比，懸吊組雙膝前后相對位移的差值小于對照組（P ＜0.05），見表2。

2.3 雙下肢屈伸膝肌力訓練前后對比，懸吊組伸膝和屈膝力量對稱指數均較前顯著提高（P ＜0.001），對照組的伸膝力量對稱指數較前提高（P ＜0.05），而屈膝力量對稱指數無明顯改變（P ＞0.05）；訓練后兩組對比，兩組伸膝和屈膝力量對稱指數均差異無統計學意義（均P ＞0.05），見表3。

表1 懸吊組和對照組臨床基線特征的比較Tab.1 Comparison of baseline characteristics of patients between SET group and control group M（P25，P75）

表2 兩組訓練前后雙膝三維運動位移的差值比較Tab.2 Comparison of inter-leg difference of knee three-dimensional motion in both group before and after training M（P25，P75），mm

2.4 雙下肢站立位動態平衡能力訓練前后對比，兩組雙側多軸平均軌跡差的差值均較前減小（P ＜0.05）；訓練后兩組對比，懸吊組雙側多軸平均軌跡差的差值小于對照組（P=0.047），見表4。

表3 兩組訓練前后下肢力量對稱指數比較Tab.3 Comparison of strength index in both group before and after training ±s

表3 兩組訓練前后下肢力量對稱指數比較Tab.3 Comparison of strength index in both group before and after training ±s

SI（伸膝）SI（屈膝）懸吊組訓練前0.582±0.152 0.732±0.163訓練后0.735±0.150 0.917±0.118 t 值4.359 7.231 P 組內＜0.001＜0.001對照組訓練前0.681±0.220 0.783±0.174訓練后0.744±0.173 0.833±0.228 t 值2.434 1.152 P 組內0.025 0.264

3 討論

據以往的研究報道，由于術后肌肉萎縮及關節源性抑制，不同時期ACLR術后患者存在不同程度的下肢生物力學異常和神經控制能力缺失［7，13-14］，雙下肢功能的失衡是ACLR患者再次損傷的危險因素［3］，而改善雙膝關節運動的對稱性是提高患者運動功能的關鍵。神經肌肉訓練是ACLR術后康復的重要組成部分，可增強下肢的控制能力，提高膝關節周圍穩定性，糾正患者雙膝關節異常的運動生物力學［15］。MYER等［16］研究結果顯示，通過一種漸進式、終末期回歸神經肌肉訓練方案可減小雙下肢足底壓力分布的差異。懸吊訓練作為一種新興的神經肌肉訓練技術，將其運用于ACLR康復訓練是一項重要的方法創新。懸吊訓練系統可提供三維不穩定訓練平面，將患者一側肢體固定于懸吊繩上，利用自身重力的作用進行多平面、多關節的主動訓練，并且在進行動態訓練時，雙側的負重是不均勻的［17-18］。相比于二維平面上的神經肌肉訓練，懸吊訓練對雙側關節的控制能力要求更高，不僅可以促進主動肌和拮抗肌的協同收縮，還可以改善雙下肢的位置控制能力和提高雙側運動的協調性［19，23］。

有研究指出，ACLR術后膝關節運動學改變主要在矢狀面上［20-21］，前后相對位移是膝關節運動在矢狀面上的一個參考指標，而懸吊訓練可以使患者在不同的平面上進行高水平的運動控制訓練，有助于糾正患者矢狀面上的異常運動模式，改善雙下肢在整個步態周期中的對稱性。本研究通過將懸吊訓練用于前交叉韌帶重建術后康復，可顯著減小患者雙側膝關節在矢狀面上運動的差異，提高膝關節運動的對稱性。此外，已有研究證明，雙下肢運動學的對稱性與雙側力量和下肢平衡能力具有顯著相關性［8，22-23］，可見，通過改善患者下肢力量的對稱性和縮小雙側平衡能力的差異亦可影響雙下肢運動的協調性［11，24］。本研究中懸吊訓練方案的設計主要以患側閉鏈運動和健側開鏈運動的訓練方式為主，可有效激活患側膝關節局部肌肉的收縮及增強前側肌肉鏈和后側肌肉鏈的協同作用，同時促進軀干核心肌群的有效激活［19，24］，這有助于提高患者局部肌肉力量和改善整體的動態平衡協調能力。本研究結果提示，經過6周的懸吊訓練，懸吊組患者的下肢力量對稱性和動態平衡對稱性較前提高，由此可推測，懸吊訓練通過改善患者雙側力量和動態平衡的對稱性，增強了對膝關節運動功能的康復療效。

本研究存在一定局限性，經過懸吊訓練后，患者雙膝關節在上下移動水平面和內外移動水平面的運動對稱性未見顯著改變，筆者推測其原因是：ACL損傷患者往往是由于膝關節屈伸肌肉力量不平衡，導致膝關節穩定性變差，從而在運動中受傷，而ACLR術后關節制動會導致膝關節屈伸活動受限，加重了股四頭肌和腘繩肌廢用性萎縮，而髖關節屈伸和內收外展肌群活動不受限，肌肉萎縮相對不明顯。訓練后ACLR患者的膝關節運動學改變主要發生在矢狀面上前后方向，與懸吊訓練改善了膝關節屈伸肌群的力量有顯著關聯性［5，20］，而膝關節上下相對位移和內外相對位移與髖關節屈伸和內收外展肌群有密切聯系，這部分肌肉功能受手術的影響不大，因而改善不顯著。在今后的研究中，可制定針對髖關節活動肌群的懸吊訓練操作方案，并探討其對患者膝關節在上下和內外移動水平面上運動的影響，獲得更多懸吊訓練技術的循證醫學依據。

表4 兩組訓練前后雙側多軸平均軌跡差的差值比較Tab.4 Comparison of average trace error difference in both group before and after training M（P25，P75），%

綜上所述，本研究基于膝關節三維運動分析、等速肌力測試和動態平衡測試，從臨床研究角度探討懸吊訓練對于ACLR患者雙膝關節運動對稱性的影響，結論認為：前交叉韌帶重建術后早期介入具有針對性的懸吊訓練治療，可有效提高患者雙膝關節三維運動的對稱性，有助于提高雙下肢力量的對稱性和縮小雙側整體平衡能力的差異。本研究為懸吊治療技術在ACLR中的應用提供了良好的理論支持和科學依據。