下肢肌力主動鍛煉儀的研制及在膝關節置換患者圍手術期的應用

龍 艷 董麗娟 嚴潔敏

廣州中醫藥大學附屬中山市中醫院骨三科，廣東中山 528400

隨著人口老齡化的日益嚴峻，膝關節骨性關節炎已成為常見疾病，終末期膝關節骨關節炎導致的嚴重疼痛及功能障礙已成為一個世界性的健康難題。人工全膝關節置換（TKA）成為治療終末期膝關節骨關節炎的一種重要的方法。手術的最終目的是讓患者緩解疼痛、恢復膝關節活動度及步行功能，提高患者的生活質量[1]。功能鍛煉是膝關節置換術后肢體康復護理中的重要組成部分，是減少傷殘率及促進患者膝關節功能恢復的關鍵[2]。另外，術后主動功能鍛煉效果優于被動鍛煉，而有監督的鍛煉對患者活動限制情況下的功能恢復和生活質量方面帶來好處[3]，目前，臨床上常用的鍛煉儀均為被動鍛煉儀，為解決這一類問題，同時也為了能更準確控制患者鍛煉過程中所承受的應力，使患者能夠及時、安全地負重、進行行走鍛煉，特研制了一種醫用，可量化，可根據個體情況調節鍛煉力度的下肢肌力主動鍛煉儀，它操作簡便，患者可在床上使用，且患者感覺舒適，療效良好，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2019年6月至2020年6月在中山市中醫院關節專科治療的100例符合納入標準患者為研究對象。按入院的先后順序隨機分成常規組和鍛煉儀組，每組各50例。納入標準：根據中華醫學會骨科分會《骨關節炎診治指南》（2007年版）確診為膝關節炎[4-5]，同意參與本研究且已獲醫院醫學倫理委員會同意，本市居住，自愿使用此儀器進行功能鍛煉，并能堅持隨訪，首次行人工全膝關節置換且均為單膝關節置換，手術均由同一組醫生完成。排除標準：合并靜脈血栓者、嚴重心功能衰竭、腎功能衰竭或多器官衰竭、惡性腫瘤、近期有嚴重感染性疾病、嚴重精神障礙疾病、血壓及血糖控制不穩定者。兩組患者一般資料比較，差異無統計學意義（P＞ 0.05），具有可比性。見表1。

表1 兩組一般資料比較

1.2 方法

1.2.1 常規組膝關節置換術圍手術期常規康復訓練，其內容包括：①術前股四頭肌靜力舒縮及踝趾關節屈伸鍛煉；②術后第一天股四頭肌靜力舒縮及踝趾關節屈伸鍛煉；③術后第二天CPM機被動鍛煉，角度從15°開始，以每天10°的屈曲幅度逐日遞增，并指導患者主動伸屈膝關節鍛煉，主動收縮時間盡量長，伸屈幅度以患者可耐受最高值為度；④術后第三天：仰臥直腿抬高運動，抬高30°，2 次/d，每次15 min；⑤根據患者肌力恢復情況，指導患者助行器輔助下下地行走。

1.2.2 鍛煉儀組在常規組的基礎上，增加下肢肌力主動鍛煉儀的干預，整個圍手術期均指導患者運用鍛煉儀訓練肌力，根據個體耐受情況，調節力度在1～50 kg，設定每天上、下午各一次，每次鍛煉500下。

如圖1～2所示，下肢肌力康復鍛煉儀主要包括活動平臺和腿墊兩部分，腿墊的前側設置有活動平臺，活動平臺上端后部兩側對稱設置腳踏板支架固定踏板，上側前部安裝減速器，減速器一端橫向連接輸入軸，輸入軸一端安裝力度調節手輪，其上安裝摩擦組件，摩擦組件與力度調節手輪之間的輸入軸上套接彈簧，減速器另一端輸出軸和腳踏板一端轉軸均軸向連接同步輪，兩個同步輪之間通過同步帶相連。通過力度調節手輪的轉動可以調節彈簧的壓縮量，調節摩擦組件阻力，通過同步輪和同步帶傳遞阻力給腳踏板，從而調節腳踏板擺動阻力。

圖1 下肢肌力主動鍛煉儀

操作方法：患者仰臥，將下肢安置于腿墊上，保持中立位，腘窩與腿墊斜面貼合，調節腿墊高度，至腳適合嵌入活動平臺上的腳踏，固定好固定帶，避免運動過程中松脫。自主活動方法：評估患者肌力，根據肌力情況，調節手輪的阻力至患者運動中能帶動腳踏板前后運動，并能有效計數，以患者能耐受為準。腳踏板每前后運動碰觸感應器一次，計為一次有效運動，計數一次。見圖2。

圖2 下肢肌力主動鍛煉儀使用

臨床應用前準備：經試驗及安全測試后，于2019年5月經15例健康人群30次安全試用，均無不適。并于治療前按程序向患者進行告知談話患者簽署知情同意書，臨床應用不收取相關費用。

1.3 觀察指標

①比較兩組患者術后首次下地時間，下地越早，肌力恢復越好；②術后3 d、7 d、1個月膝HSS評分（HSS包括30分疼痛，22分功能，18分肌力，10分活動度，10分穩定性，10分屈曲畸形，共100分，分數越高，說明治療效果越好[6]）；③術后14 d日常生活自理能力（ADL包括10個方面，即大、小便控制、洗澡、修飾、如廁、吃飯、穿衣、轉移、行走、上下樓梯。其中無需依賴：100分；輕度依賴：61～99分；中度依賴：41～60 分；重度依賴：≤40 分。分數越高，關節功能及生活質量越好[7-8]）；④住院天數。

1.4 樣本量計算

1.5 統計學處理

采用統計學軟件SPSS 22.0進行數據分析，計量資料采用均數±標準差（）表示，兩組間比較采用t檢驗，采用重復測量方差檢驗分析HSS治療前后變化情況，計數資料采用[n（%）]表示，組間比較采用χ2檢驗，P＜ 0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組間住院天數、ADL量表評分、術后首次下地時間比較

鍛煉儀組ADL量表評分高于常規組，鍛煉儀組住院天數、下地時間均短于常規組，差異有統計學意義（P＜ 0.05）。見表2。

表2 兩組間住院天數、ADL量表評分、下地時間比較（±s）

表2 兩組間住院天數、ADL量表評分、下地時間比較（±s）

注 ADL：日常生活自理能力

組別 n 住院天數（d） ADL量表評分 下地時間（d）鍛煉儀組 50 9.48±2.08 91.20±3.23 2.52±0.89常規組 50 10.68±3.01 84.90±5.25 3.24±0.98 t值 -2.317 7.23 -3.852 P值 0.023 ＜ 0.001 ＜ 0.001

2.2 兩組患者手術前后HSS比較

兩組術后各時間點HSS與術前比較，差異有統計學意義（P＜ 0.05），說明術后均有改善，術后3 d、7 d、1個月比較，差異有統計學意義（P＜ 0.05），且均為鍛煉儀組高于常規組，說明鍛煉儀組療效優于常規組。見表3。

表3 兩組患者手術前后HSS比較（分，±s）

表3 兩組患者手術前后HSS比較（分，±s）

注 同組間與術前比較*P ＜ 0.05

組別 n 術前 術后 F值 P值3 d 7 d 1個月鍛煉儀組 50 40.76±6.38 60.54±5.02* 66.78±4.89* 71.88±4.88* 497.937 ＜ 0.001常規組 50 41.18±6.61 54.24±5.30* 60.70±4.58* 65.90±4.37* 460.751 ＜ 0.001 t值 -0.323 6.104 6.418 6.453 P值 0.747 ＜ 0.001 ＜ 0.001 ＜ 0.001

3 討論

3.1 下肢肌力康復鍛煉儀研制的意義

膝關節置換臨床療效明顯，術后康復鍛煉質量直接影響治療整體效果[9]，而股四頭肌肌力對患者離床站立和行走功能起著決定性作用。若術后鍛煉不合理，導致肌力下降，將直接影響患者生活質量及術后康復，許瑩瑩等[10]研究發現：患者進行功能鍛煉后，肌力提高的程度與各項功能鍛煉的總量呈顯著正相關，鍛煉總量越大，肌力提高程度越大。膝關節置換術后患者大多年老，加上受傷或術后疼痛等因素，很多患者無法重復進行功能訓練，或無進行主動鍛煉，或鍛煉的力度低，效果差，或是指定每天鍛煉的次數有無達到既定量，均沒有合適的方法去恒量。

3.2 下肢肌力康復鍛煉儀的特色和創新

查閱相關文獻發現，周東容等[11]進行了自助式阻力鍛煉儀的研制及臨床應用研究，其阻力在100～500 G間，可負重力量過小。李雪陽等[12]在預防下肢深靜脈血栓床尾式下肢功能鍛煉儀的研制中，其鍛煉儀雖有主動抗阻運動，但不能個體化調節負重力量，即所有患者鍛煉阻力為同一標準。陳小花等[13]在多功能肢體鍛煉儀的研制及在臨床中的應用中，其鍛煉儀是依靠自己健肢的主動運動帶動患肢的被動運動，仍是屬于被動鍛煉儀。梁莉娟等[14]在四肢多功能主動訓練儀的研制中，其鍛煉的力度無法調節與控制。

本鍛煉儀經過精心的設計與數次的試用改良，有效改進了上述設計的不足：①此儀器研制主要是借鑒踝泵運動的原理，由踝關節活動帶動小腿腓腸肌和比目魚肌的主動收縮[15]，另外，由于在背伸、跖屈的時候，通過儀器的阻力給予了腿部一定的反作用力，運動過程中為了抵抗阻力的作用，勢必會同時引發下肢核心肌肉群的主動收縮，從而逐漸增強下肢脛前肌、股四頭肌、比目魚肌、腓腸肌、股二頭肌等肌肉的力量[16]，因此有利于整個下肢肌力的恢復；②引導患者主動鍛煉，患者必須通過患肢的主動運動才能帶動踏板的活動，并且運動軌跡必須符合標準（最大限度地跖屈和背伸）才能有效計數；③鍛煉的力度可根據個體情況調節，根據患者肌力情況，以患者不累為原則，設定鍛煉的阻力，可在1～50 kg之間調節；④根據個體情況設定鍛煉目標，即鍛煉次數可量化，根據患者肌力恢復情況，循序漸進增加每天鍛煉的組數和次數。⑤不僅有效減少護士康復指導的時間，避免指導流于形式，還能夠根據計數器顯示的鍛煉次數，評估患者鍛煉效果；⑥該儀器的使用不受患者文化程度的影響，達到相應的力度，即計為有效鍛煉，另外，還可根據患者耐受程度，調節下肢所承受應力，使患者術后能夠及時、安全地進行負重，促進肌力的恢復。

經臨床觀察，下肢肌力康復鍛煉儀應用于膝關節置換患者，通過其主動鍛煉，加快了肌力的恢復速度，術后首次下地時間提前，術后膝關節活動功能得到改善，生活自理能力得到全面的提高，同時縮短了住院時間，減輕了患者經濟負擔，且此儀器無創、無痛、無副作用、無并發癥、經濟實用，值得推廣。但本研究觀察時間短、樣本少，病種單一，今后還需進一步對多病種做中長期的進一步觀察和研究。