踝關節平衡裝置訓練對功能性踝關節不穩患者踝關節功能及姿勢控制能力的影響

王回，陳卉芳，賈毓棟，張甜甜，楊麗竹，謝地

踝關節扭傷是最常見的肌肉骨骼損傷之一[1-3]， 40%的扭傷會最終發展為功能性踝關節不穩(functional ankle instability, FAI)[4]。FAI通常被歸因于神經肌肉控制缺陷、踝周肌力不足、本體感覺障礙及姿勢控制能力下降[5-6]，主要表現為反復自感不穩。較強的踝關節功能和姿勢控制能力是預防踝關節反復扭傷的關鍵[7]。不穩定平面平衡訓練可針對性地改善踝關節功能性活動和應對復雜運動的姿勢控制能力，是FAI患者保守治療及神經肌肉功能恢復的重要手段[7]。平衡訓練可以改善FAI患者的神經肌肉控制能力、踝關節功能、平衡能力及踝周肌力[8-11]等。然而，現存的平衡訓練方式如平衡板、平衡球[9, 12]等雖然有一定的效果但并未完全針對FAI的障礙特點，無法自如應對復雜的運動環境；并且Biodex等大型平衡訓練設備使用不便、價格昂貴、不易普及[13]。因此，迫切需要一種實用、方便、針對FAI功能障礙的平衡訓練設備。本研究研制了一種新型的踝關節平衡訓練裝置(專利號：ZL201410770491.8)，可以高度仿真模擬踝關節扭傷的過程，可結合復雜環境，在多任務的條件下進行訓練，本研究擬探究踝關節平衡裝置訓練對FAI患者的治療效果，為FAI患者的康復提供更高效的訓練方法和理論依據。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2021年3月～2022年1月山東第一醫科大學的FAI患者60名,根據國際踝關節協會相關指南進行篩選，納入標準：在篩選之前的3個月至一年內至少有一次急性踝關節扭傷史；受傷的踝關節出現“不穩定感”；在篩選前的6個月內，出現至少2次踝關節不穩定感，或在運動過程中出現再次扭傷的恐懼感；坎伯蘭踝關節不穩定工具(Cumberland ankle instability tool，CAIT)得分<24分；距骨傾斜試驗以及前抽屜試驗陰性。排除標準：下肢手術史、骨折史、及其他疾病引起的肌肉骨骼損傷史；實驗開始之前參加除本實驗以外的系統性運動訓練；多發性硬化、類風濕性關節炎、2 型糖尿病、心臟病等影響實驗的其他臨床疾病。本研究為單盲(受試者盲)隨機對照研究，招募60名FAI患者并隨機分為2組：常規組(n=30)和踝關節平衡組(n=30)，15名患者因個人原因中途退出無法完成，最終順利完成研究的有效受試人數45名，患者基本情況如表1所示。受試者自愿參加本實驗并簽署知情同意書。本項研究已通過山東第一醫科大學倫理委員會審查(批號：R202107080167)。

表1 2組患者一般資料比較

1.2 方法 研究前熟悉測試方案及具體研究過程?；颊呓邮転槠?周、每周4次、每次30min的運動干預。2組患者分別接受常規功能訓練和新型踝關節平衡訓練裝置訓練。

1.2.1 踝關節平衡訓練裝置 自制一種新型踝關節平衡裝置(圖1)，其主要組成部分為2cm厚的木制底板、兩個大小相同直徑為5cm的木質半圓球和彈性固定帶。兩個木質半圓球分別對應于足跟骨結節和第一跖骨頭的位置，其中的一個半圓球是可移動的，可根據受試者足的尺寸適時調整并安裝在相應的位置，它們的連線形成的旋轉軸與距下關節旋轉軸也就是踝關節內外翻運動的功能軸一致，與足的縱軸成16°夾角[14]，靜止時會發生內翻，迫使穿戴者主動收縮踝關節外翻肌肉以使踝關節處于中立位。

圖1 踝關節平衡裝置

1.2.2 平衡裝置訓練方案 患者先進行10min的熱身，然后開始正式訓練，訓練時需要裝配平衡裝置，進行：①雙足站立、左右交替的單足站立、閉眼雙足站立練習、閉眼患側腿站立練習，每個動作持續3min，每兩個動作之間休息1min，循環進行；②踏步、行走訓練，每個動作持續5min，中間休息2min，兩個動作循環進行。根據每位患者的不同情況逐漸增加難度，如：模擬踢球動作、互相推動瑞士球、互相投擲網球等。

1.2.3 常規功能訓練方案[15]患者先進行10min的熱身，然后進行：①左右交替單足站立、平衡墊患側單足站立、閉眼雙足站立練習、閉眼患側腿站立練習，每個動作3min，每兩個動作之間休息1min；②患側踝關節最大靜力性內翻、外翻、雙側提踵練習、患側提踵練習，每個動作持續10s，休息10s，各進行10次；③患側站立平衡墊上，在保證安全和個人允許范圍內最大力向前、后方跳躍，每次落地保持10s，各跳躍10次。

1.3 評定標準 干預前后進行以下測試。

1.3.1 踝關節功能 運用CAIT量表對FAI患者進行評分[16]。

1.3.2 肌肉潛伏期 使用Noraxon表面肌電測試系統和Trap-door踝關節內翻誘發裝置進行踝周肌肉潛伏期的測試，選取患側腓腸肌內外側頭、腓骨長肌、脛骨前肌作為測試對象(圖2)?；颊叱嗄_站立在Trap-door測試裝置平板上，等患者自然站穩后記錄肌電波形，連續記錄10s后，在患者毫無察覺的情況下按下平板反轉按鈕，如圖3所示，同時Noraxon MR3.6軟件會標記出平板落下起始時間，進行3次測試，每兩次之間休息5min。使用MR3.6軟件進行肌電信號處理，采用帶通濾波(低頻20Hz，高頻500Hz)，四階無相移全波整流，50ms平滑過濾處理，并歸一化為均方根(root mean square，RMS)。分別計算目標肌肉10s安靜時肌電值的基線值和標準差，突發內翻時相對應肌肉激活的衡量標準為基線值±5標準差，平板下落起始時間與踝周肌群肌肉激活時間之間的間隔作為肌肉潛伏期[17]。取3次測試的平均值作為踝關節突發內翻時的肌肉潛伏期。

圖2 測試肌肉粘貼部位

圖3 Trap-door測試裝置

1.3.3 姿勢控制能力 患者患側赤腳站在Y型平衡測試(Y-balance test, YBT)裝置的測試平面上，雙手交叉放于胸前，健側腳依次向前、后內和后外3個方向推動測試標桿至最遠距離并維持3s，每個方向成功完成3次，每兩次之間休息30s[18]。每個方向距離的平均值用平均腿長進行標準化。

1.3.4 踝內外翻等速肌力 利用Biodex Systems IV型等速肌力測試系統分別測量踝關節做60°/s向心內外翻運動時所產生的峰力矩并進行體重標準化[19]，重復測量3次并取平均值。

1.3.5 踝關節位置覺 使用Biodex Systems IV型等速肌力測試系統測量踝關節主動內翻30°的位置覺。動力軸移動速度為1°/s，重復測量3 次，用復位的絕對誤差表示[20]。

2 結果

2.1 CAIT評分及位置覺 與干預前比較，干預后常規組與平衡組的CAIT評分均顯著提高(P<0.05)，平衡組的CAIT評分顯著高于對照組(P<0.05)。2組踝關節位置覺干預前后及干預后組內組間差異均無統計學意義。見表2。

表2 2組訓練前后CAIT評分和位置覺比較

2.2 肌肉潛伏期 相比于干預前及常規組干預后，干預后平衡組的腓腸肌內外側頭、腓骨長肌和脛骨前肌的潛伏期顯著縮短(P<0.05)，常規組各指標干預前后差異無統計學意義。見表3。

表3 2組訓練前后肌肉潛伏期比較

2.3 姿勢控制能力 相比于干預前，干預后常規組外展和內收的最大距離顯著增大(P<0.05)，平衡組前伸、外展和內收的最大距離均顯著增大(P<0.05)；相比于常規組，平衡組外展和內收的最大距離顯著增大(P<0.05)。見表4。

表4 2組訓練前后姿勢控制能力比較

2.4 踝內外翻等速肌力 相比于干預前，干預后平衡組峰值踝內、外翻力矩顯著增大(P<0.05)；相比于常規組，平衡組峰值踝外翻力矩顯著增大(P<0.05)。見表5。

表5 2組訓練前后踝內外翻力矩比較

3 討論

本研究的目的是明確踝關節平衡裝置訓練對踝關節功能及姿勢控制能力的影響，結果表明：相比于常規功能訓練，平衡裝置訓練后FAI患者的CAIT評分、踝外翻肌群力矩和姿勢控制能力顯著增強，踝周肌肉潛伏期顯著縮短。

FAI患者最常見的癥狀是“打軟腿”，即姿勢控制能力的下降。對FAI患者進行姿勢控制訓練可以改善踝關節的感覺運動功能，預防反復扭傷[21]。本研究的結果表明對FAI患者進行平衡裝置訓練能有效地恢復FAI患者橫向的動態姿勢控制能力。FAI患者裝配平衡裝置是一個高度模擬崴腳的過程，在這個過程中FAI患者的中樞神經系統重新適應軀體感覺信息傳入的方式[22]，即先適應受傷的韌帶無法將信息傳入，加大來自周圍肌肉、肌腱、關節囊和皮膚中受體的傳入信息權重，使得中樞神經系統重新適應受試者踝扭傷的事實，并從這個過程中不斷學習優化，從而更好地控制肢體的動態穩定性[23]，即神經肌肉控制能力得到了全面提高。前向姿勢控制能力與常規訓練沒有差異的原因可能是我們的平衡裝置主要訓練內外翻的橫向姿勢控制能力而不是前后向。

踝周肌力增強是提高踝關節穩定性的關鍵[24]。Docherty等[25]的研究表明，FAI患者進行為期6周，每周3次的彈力帶抗阻訓練后，踝背屈、外翻肌力顯著增加。Smith等[26]的實驗研究也得出了同樣的結論。這與我們的研究結果一致，踝外翻肌在作向心運動時峰值力矩顯著增大，肌力的增強增加了踝周肌肉剛度，使外翻肌在應對突發踝內翻時能及時使踝關節內翻減速從而提高踝關節的穩定性[10]。

Méndez等[17]的研究顯示伴有FAI的籃球運動員的腓骨長肌和脛骨前肌潛伏期較無FAI的籃球運動員和健康的非籃球運動員顯著延后，這從一定程度上反映了FAI患者的神經肌肉支配處于抑制狀態。Clark等[27]的研究報道，4周的搖板運動后FAI患者面對快速的踝關節內翻時脛骨前肌和腓骨長肌的潛伏期顯著縮短，且踝關節自我穩定感得到了明顯改善。與Clark等[27]的研究結果一致，本研究結果顯示FAI患者的腓骨長肌、脛骨前肌、腓腸肌內外側頭的潛伏期明顯縮短。肌肉在較短時間內被激活，有利于肌肉的快速收縮以適應踝關節不斷變化的位置。剛度增大的肌肉由于激活的增加提高了負荷信息的傳遞效率即肌肉反應能力[28]?？傊∪饽技脑龆鄷股窠浖∪饪刂扑矫黠@提高，腓骨長肌潛伏期明顯縮短，肌肉激活水平也大大增加，有利于保護性收縮肌力的增強從而形成良性循環，進一步增強了踝關節的穩定性。

本體感覺的改善是神經肌肉控制能力提高的基礎。平衡訓練能顯著提高下肢本體感覺[29]。Eils等[30]的研究表明，FAI患者利用平衡板、平衡盤等裝置，進行6周增強訓練后，踝關節位置覺有顯著改善。然而，本研究并未發現位置覺改善，主要的原因可能是受測試方法的影響。本體感受器發揮作用與解剖位置有關，肌肉中的感受器主要作用在正常的關節活動范圍內[25]，而關節的感受器則是在高度負重、關節活動度末端及速度較大的動態運動時才會有較大的活化作用[31]。本研究中位置覺測試和平衡裝置訓練均是在0～30°的范圍內進行的，可能不足以激活關節中的感受器而引起位置覺的改善，但踝周肌群潛伏期的縮短足以客觀地證明FAI患者肌肉中的感受器得到了更大程度的激活，本體感覺功能得到了進一步的改善，FAI患者主要是通過激活、募集肌肉來增強神經肌肉控制的。

本研究也存在局限性，第一是受試者的選擇主要是在校學生，不能排除不同年齡階段、不同地區及人種會對實驗結果產生影響，這可能會限制本研究的外部效度；本研究的另一局限是未能對前饋機制的實驗數據進行明確的測量評估，未來的研究可以用量化指標明確前饋機制的調節程度。

綜上所述，相比常規訓練，踝關節平衡裝置訓練可更顯著改善FAI患者的動態姿勢控制能力和踝關節的功能。這在一定程度上豐富了 FAI 康復方案，為FAI患者的康復提供了理論依據和更高效的訓練方式，為促進全民健身及競技體育蓬勃發展提供了切實保障。