表面肌電生物反饋在功能性踝關節不穩康復中的應用

黃墩兵，姜財，林忠華，賈小飛，鄭紹敏，陳雨翔，全俊，林堅

功能性踝關節不穩(functional ankle instability，FAI)是指踝關節受到反復扭傷后，踝關節無解剖結構的松弛，但存在踝周力量缺失、本體感覺功能下降和神經肌肉控制功能改變等一系列臨床表現[1-3]。研究表明，踝扭傷中97.6%為足內翻造成踝外側穩定結構的損傷，尤其是腓側肌群[4]。然而，針對于腓側肌群常規肌力訓練是在無監測下的主動訓練，其踝外翻訓練往往被脛前肌收縮所代償，導致訓練效果并不理想。表面肌電生物反饋(surface electromyographic biofeedback，sEMGBF)療法是在表面肌電圖的定量、定性分析下，通過調變反射條件建立起自主控制性特異生理反射的訓練技術，其療效已得到了臨床證實[5-6]。本研究將探討sEMGBF對FAI患者腓側肌群力量和功能的影響，為臨床上進一步推廣提供理論依據。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2020年1月～2020年10月在本院康復醫學科門診及住院的50例FAI患者。參考國際踝關節協會提出的慢性踝關節不穩者篩選標準[7]，納入標準：在進行本研究之前12個月，至少出現過一次嚴重的踝關節扭傷，并出現患側疼痛、腫脹等癥狀；參加本研究前1年內單側踝關節出現扭傷、失控和不穩的感覺2次及以上；坎伯蘭踝關節不穩量表(Cumberland Ankle Instability Tool,CAIT)得分≤27分；另一側踝關節未出現過扭傷、失控及不穩的情況；踝關節前抽屜實驗和距骨傾斜實驗結果均呈陰性。排除標準：下肢曾骨折或接受手術；下肢有任何已知的機械性不穩定或急性病理癥狀；全身性神經肌肉系統失調、前庭系統功能異常；雙側功能性踝關節不穩定者。本研究已通過福建省立醫院倫理委員會批準(K2019-03-035)，所有患者均簽署知情同意書。根據隨機數字表分為觀察組和對照組各25例。2組患者性別、損傷側、年齡、身高、體重、BMI和CAIT等差異均無統計學意義。見表1。

表1 2組患者一般資料比較

1.2 方法 2組患者均采用常規康復訓練，對照組在常規康復訓練基礎上增加肌力訓練，觀察組在常規康復訓練基礎上增加sEMGBF治療。①常規康復訓練：包括關節活動度訓練，通過主動和被動關節活動訓練相結合以保持踝關節活動度。20min/次，1次/d，5次/周，共8周；平衡功能訓練：在平衡墊上保持單、雙足站立，同時拋接球訓練。20min/次，1次/d，5次/周，共8周。②肌力訓練：在常規康復訓練基礎上再進行踝關節局部肌群力量訓練，采用彈力帶進行踝關節內翻/外翻抗阻訓練。20次/組，2組/d，組間休息1min，5d/周，共8周。③sEMGBF治療：在常規康復訓練基礎上再進行sEMGBF治療。采用荷蘭產Myomed932肌電生物反饋治療儀，在安靜的治療室內，患者舒適坐于椅子上，治療師先用95%的脫脂酒精擦拭患側小腿皮膚，待其干燥后將正電極置于腓骨肌運動點的皮膚上，將負電極置于腓骨肌肌腱上，參考電極貼于中間，但3塊電極互不接觸。治療前鼓勵患者努力做踝外翻動作3次，將采集到的肌電信號最高值作為基線。治療開始后，要求患者做踝外翻同時注視顯示屏上的動作提示和肌電信號，當患者的肌電信號超過基線時，儀器依次發出“刺激”、“維持”和“放松”指令，患者會受到一個外加的電刺激，踝外翻動作幅度增大，然后盡力維持該動作一段時間，最后完全放松肌肉。治療期間當患者的自發肌電信號連續3次超過基線，儀器將在患者下一次收縮時自動調高基線至3次的均值。刺激方式為自動觸發電流，頻率10～50Hz，電流強度調至最大耐受為宜。患者共接受8周治療，20min/次，1次/d，5d/周。

1.3 評定標準 ①等速肌力測試：應用Biodex System 4型多關節等速系統，患者髖、膝關節角度大約維持在45°屈曲位置，踝關節處于中立位置，并以皮帶固定髖、膝關節，待受試者熟悉等速肌力測試后，讓受試者在角速度以60°/s和120°/s下做5次內/外翻重復最大收縮，記錄患側踝外翻峰值力矩(peak torque,PT)和外翻/內翻峰值力矩(eversion/inversion,E/I)比值。其中，PT是指肌肉收縮產生的最大力矩，代表肌肉收縮產生的最大肌力[8]。E/I值代表關節活動中肌肉平衡情況，間接判斷關節穩定性[9]。②姿勢穩定性評估：采用Pro-Kin254評估FAI患者患足姿勢控制能力，包括靜態平衡能力、動態平衡能力和本體感覺。在正式測試前獲得受試者患側的壓力中心(Center Of Pressure，COP)變換情況。靜態平衡能力測試：鎖上測試臺的固定鎖，患者患側單足站于測試臺上，雙手自然垂于體側，患者盡可能控制身體保持靜止。靜態平衡能力指標包括運動長度(mm)：指COP運動軌跡的總長度，反映人體重心移動的總距離和晃動程度，其數值越大表示穩定性越差[10]。運動橢圓面積(mm2)：指COP運動軌跡所圍繞的面積，反映人體重心移動的區域面積，該面積越大表示穩定性越差[10]。動態平衡能力測試：去除測試臺的固定鎖，調節測試臺阻力，患者單足站于測試板上，在20s時間內通過踝關節控制盡可能保持身體不動。動態平衡能力指標為總偏移指數，指患者整體偏移的位置與垂直中線形成的角度，其數值越大代表姿勢控制能力越差，跌倒風險程度越高[11]。本體感覺測試方法：去除測試臺的固定鎖，調節測試臺阻力為第“5”檔，圈數為“5”，患側單足站于測試臺上，健足站立于測試臺外，根據顯示器上藍色曲線軌跡，控制足部斜板運動，在最短時間內(最長不超過120s)完成5次圓周運動，電腦自動記錄評估耗時和平均軌跡誤差(average track error，ATE)。ATE=(患者踝足控制光標所描記軌跡長度-理想軌跡長度)/理想軌跡長度。ATE值越小代表患者運動控制能力越強，本體感覺越好[12]。為避免因臨床因素和主觀因素造成的誤差，以上所有療效評估均由同一名治療師完成。

2 結果

治療前2組患者在60°/s和120°/s角速度下，踝外翻PT和E/I值組間差異均無統計學意義；治療8周后，2組患者在60°/s和120°/s角速度下，踝外翻PT值和E/I值均較治療前明顯提高(均P<0.05)，且觀察組在60°/s和120°/s角速度下踝外翻PT和E/I值均顯著高于對照組(均P<0.05)。見表2。

表2 2組患者等速肌力評定治療前后比較

治療前2組患者運動長度、運動橢圓面積、總偏移指數和ATE值差異無統計學意義；治療8周后，2組患者運動長度、運動橢圓面積、總偏移指數和ATE值均較治療前明顯下降(均P<0.05)；且觀察組運動長度、運動橢圓面積、總偏移指數和ATE值均低于對照組(均P<0.05)。見表3。

表3 2組患者姿勢穩定性評估治療前后比較

3 討論

踝關節反復扭傷易導致FAI形成，并且踝關節扭傷好發于外踝，導致腓側肌群和韌帶的損傷，而腓側肌群對于控制踝關節內翻及維持穩定起著重要的作用[13-15]。研究表明FAI患者肌肉和韌帶組織的受傷導致其中負責感受張力和位置等本體感受器和傳入神經纖維破壞，外界干擾信息經傳入神經傳導到募集肌肉，促使募集肌肉正確收縮的時間延長。由于信息傳入障礙，踝關節在觸地后踝關節周肌肉無法對踝關節異常位置產生正確收縮反應，導致踝關節失控和扭傷的發生[16]。另有研究表明踝關節扭傷后會出現踝關節外翻肌無力和腓骨肌群延遲收縮[17,18]。目前，FAI患者常用的綜合康復訓練以踝關節力量、本體感覺和平衡功能訓練為主。本體感覺訓練和平衡功能訓練強調的是一個整體的訓練方案，未能對腓側肌群等小肌群進行針對性訓練。而常規肌力訓練(如彈力帶抗阻訓練)對于訓練腓側肌群時往往會被脛前肌等大肌群收縮所代償，導致訓練效果并不理想。sEMGBF根據腦的可塑性理論，通過表面電極對腓側肌群進行電刺激，經過反復向中樞神經系統提供輸入沖動，使大腦皮層逐漸恢復對失能肌肉的控制，提高患者主動運動的控制能力，達到恢復運動功能的目的[19-20]。本研究利用sEMGBF訓練來彌補傳統運動康復訓練的不可檢測性，通過反饋的視覺、聽覺信號提高患者對目標肌肉訓練的準確性，增加患者參與治療的積極性，從而增強傳統運動訓練對FAI患者的康復療效。

腓側肌肉力量下降導致踝內翻控制能力的降低，是FAI的潛在因素[21-22]。臨床上許多治療師認為外翻力量的薄弱是功能性不穩的重要因素之一，并將腓側肌的力量訓練作為功能性踝關節不穩的主要訓練方案[23]。如何提高腓側肌力訓練效果是目前亟需解決的臨床問題。本研究結果表明干預8周后sEMGBF組患者外翻肌PT值大于常規訓練組，結果提示sEMGBF訓練可有效改善FAI患者踝外翻肌力。既往研究表明sEMGBF通過主動反復刺激、收縮，使神經、肌肉細胞發生興奮，促使中樞神經系統釋放內源性嗎啡，提高肌群神經肌肉功能恢復和力量控制，有效提高患者康復訓練療效[24]。FAI患者內/外翻肌力出現不同程度降低，外翻肌力缺失程度大于內翻肌力(即E/I值降低)，導致踝關節側面力學上的不平衡。正常的E/I值能促使外翻和內翻肌力保持平衡，維持肌群之間協調性，對于保持踝關節側面穩定性，防止運動中較弱肌群的拉傷和降低踝關節受傷概率具有重要的意義[25]。本研究結果提示sEMGBF通過提高腓側肌PT值改善踝關節E/I值，從而維持踝關節側方穩定性，降低了踝關節受傷風險。在對FAI患者進一步的姿勢穩定性評估發現，sEMGBF能有效提高FAI患者單足靜態平衡能力、動態平衡能力和本體感覺，從而進一步對上述結果予以驗證。分析原因來源可能在于：①患者通過肌電信號反饋來加強腓側肌群的肌力和神經肌肉控制，增強踝關節外側結構的穩定性，減少了外踝扭傷的風險。②外踝反復扭傷致本體感受器和傳入神經破壞，肌肉對異常位置正確收縮的反應時間延長，增加踝關節失控、扭傷的發生率。而sEMGBF訓練可增加運動皮質的信號輸入，通過不斷刺激運動皮質并建立新的感覺興奮痕跡，加強中樞神經系統對于目標肌肉的控制，減少了肌肉在失穩狀態下正確收縮的反應時間。

綜上所述，sEMGBF通過強化肌肉訓練能有效提高腓側肌肌力，改善踝關節側方動態穩定結構的平衡，增強FAI患者姿勢控制能力，減少踝關節扭傷和跌倒風險。但是目前sEMGBF在FAI患者訓練中的應用尚不成熟，還需做大樣本、多中心的臨床研究及實驗總結對本研究結果予以進一步的驗證。