全身振動訓練在慢性踝關節不穩治療中的應用進展:范圍綜述

李 璐,李海偉,劉海濤

1.山西師范大學體育學院,山西030031;2.河南大學體育學院

踝關節扭傷是最常見的運動損傷之一[1],約70%的踝關節扭傷會發展為慢性踝關節不穩(chronic ankle instability,CAI)[2],通常形成扭傷-不穩-再次扭傷的惡性循環。足球、籃球和排球等項目的職業運動員最易發生CAI[3-4],一系列持續性癥狀和較長的治療周期會嚴重影響運動員的正常訓練和比賽[1]。CAI發病機制主要與神經控制機能失調有關,主要體現在信號傳入、中樞處理、動作輸出3個過程[5]。有研究表明,CAI病人肌肉、韌帶、肌腱等部位的本體感受器及皮膚上的感受器被破壞,致使中樞神經系統無法獲取足夠的本體感覺信息去調整姿勢,增加了日?；顒又凶藙莶环€和再次扭傷的風險[6]。同時,運動中腓骨肌反應時間增加,小腿三頭肌和腓骨長肌活動減少,導致踝關節姿勢穩定性有所下降[7-8]。因此,對于CAI病人,特定康復訓練是至關重要的,可以有效降低運動中踝關節扭傷的風險。目前,CAI的治療主要以物理治療和矯形器治療為主,而神經肌肉訓練和本體感覺訓練是CAI病人主要的康復方法[1,9]。全身振動訓練(whole body vibration,WBV)是一種通過振動平臺傳遞機械振動的神經肌肉訓練方法,通過刺激肌梭末端、關節機械感受器,激活α運動神經元和γ運動神經元的興奮性,增加運動單位的募集率,增強肌肉活動[10],作為傳統訓練和治療的補充或替代[11],受到學界的關注。已有學者對WBV治療CAI的作用機制、臨床療效等展開研究,并取得了一系列成果[12-14]。但有關WBV治療CAI的有效治療方案及與其他療法聯合的治療效果研究相對欠缺。本研究通過綜述WBV對CAI病人的功能改善效果、訓練方案、與傳統治療結合的訓練效果,為WBV在CAI病人中的應用提供參考。

1 資料與方法

1.1 數據來源

檢索PubMed、Web of Science、EMbase、the Cochrane Library等數據庫中關于WBV和CAI為主題的文獻,以PubMed為例,英文檢索詞為:(CAI OR chronic ankle instability OR unstable ankle OR ankle sprain OR chronically ankle ligament injury)AND(WBV OR whole body vibration OR vibration training OR vibration therapy),檢索時限為2010年8月—2021年9月。

1.2 文獻納入及排除標準

1.2.1 納入標準

①全英文文獻;②主要干預方式為WBV;③納入人群為CAI、機械性踝關節不穩、功能性踝關節不穩者;④踝扭傷時間≥12個月,且未進行影響下肢功能的手術;⑤受試人群年齡≥18歲;⑥所納入的研究為臨床對照研究(CT)。

1.2.2 排除標準

受試人群存在下肢手術史或當前存在限制功能的膝關節或髖關節損傷;存在前庭系統或其他神經系統損傷;在參加試驗3個月內進行過康復訓練;測試時出現急性踝扭傷;存在WBV禁忌證。

2 結果

2.1 文獻檢索結果及納入文獻的基本特征

初步檢索得到相關文獻144篇,根據納入與排除標準閱讀文獻,最終納入11篇[6,8,15-23]文獻,納入研究基本特征見表1。

表1 納入研究的基本特征

2.2 WBV治療CAI病人的效果

2.2.1 WBV治療對CAI病人神經肌肉功能的影響

肌肉對刺激的反應包括肌肉反應時和肌肉活動時的表現,通常需要通過表面肌電圖(surface electromyography,sEMG)來測量[24]。肌肉反應時是指介于刺激出現和運動開始之間的一段較短的時間間隔[25]。增強肌肉反應時間,可導致突然反轉時活動范圍的減少,降低復發性踝關節扭傷的風險,而在CAI病人中,腓骨肌的反應時間明顯長于健康人群,使其容易發生進一步的損傷[1]。在Sierra-Guzmán等[19]的研究中,受試者單腿站在不穩定的振動平臺上,增加踝關節周圍肌群的刺激,最終的肌電變化結果表明,CAI病人在接受WBV訓練后,腓骨長肌、腓骨短肌和脛骨前肌的反應時間顯著改善,但在訓練結束后6周,除脛骨前肌外,其余肌肉均回歸至初始水平。Jeong等[15]的研究也顯示,進行WBV干預后CAI病人的小腿三頭肌、腓骨長肌和脛骨前肌的活動得到了明顯的提升。這些研究結果表明,WBV能夠改善CAI病人踝關節周圍肌肉的神經肌肉功能,但是這一療效在WBV治療結束后短期內存在,長期療效還不明確。

2.2.2 WBV治療對CAI病人姿勢穩定性的影響

SEBT是評估動態姿勢的有效手段,由于花費較低且操作簡單,所以被廣泛應用于CAI的病人姿勢穩定性評估[26]。與健康人群相比,CAI病人的SEBT測試結果主要表現在前方、后外側和后內側的得分較差。Shamseddini等[18]在研究中發現4周的WBV訓練能夠提高CAI病人前、后外側的SBET得分,且在2周的隨訪中這一動態平衡的效果也得以維持。然而Sierra-Guzmán等[20]的研究顯示,WBV訓練干預后CAI病人SBET內側、后外側和綜合得分均有改善,但在6周后的隨訪中所有的得分都回歸最初水平。造成這種差異的原因可能與隨訪時間的長短以及訓練方案中所用的不穩定平面的類型有關。在Chang等[16]的研究中,訓練6周后,在前內側、后外側和外側的得分都較初始成績有所提高,但是與對照組相比,通過WBV訓練和波速球(BOSU)平衡訓練的動態平衡增強效果相似,且這2種訓練干預對CAI的影響都很小。Rendos等[21]發現CAI病人在WBV訓練后即刻測量SEBT的分數,前方的得分明顯提高,但是在后內側和后外側方向的得分沒有明顯改善。

TTS可以通過觀察單腿跳躍著陸后的穩定情況,來有效評估動態姿勢穩定性。Adelman等[8]的研究表明,CAI病人在進行短時間的WBV干預后,TTS無明顯變化。COP測試的測量值可以評估足部的穩定性和功能情況[27]。Cloak等[22]的研究表明,CAI病人在進行WBV干預后的COP結果顯著改善。Tohidast等[6]的研究也同樣發現6周的WBV訓練可以有效改善CAI病人的COP。

WBV干預CAI病人獲得的SEBT數據不是完全一致,造成這種差異的原因可能與訓練參數的設置、受試人群的運動水平有關,但是大都顯示能顯著改善CAI病人的姿勢穩定性,此外COP的測試結果與SEBT的測試結果也較為一致。綜上所述,4～6周的WBV訓練可以改善CAI病人的姿勢穩定,而1次訓練干預效果不明顯。

2.2.3 WBV治療對CAI病人肌力和本體感覺的影響

多數研究表明,CAI病人踝關節內的本體感覺神經末梢損傷是導致其本體感覺受損的主要原因[1],反復扭傷也使得踝關節肌腱受損,從而引起踝周肌力下降。而CAI病人的肌力不足[28]和本體感覺受損會對關節位置覺和姿勢控制產生負面影響[29]。踝關節位置覺是評定踝關節本體感覺的常用方法。關節位置覺和等速肌力測試(Isokinetic Strength Test)的評定通常采用等速測力儀進行測量。Chang等[16]的研究顯示,WBV訓練后CAI主動復位時踝關節內翻和外翻的關節運動感覺能力和在角速度為30°/s的等速內翻肌力得到改善,但其效果與平衡訓練方案相同,但對被動關節位置覺無顯著改善,這種現象的出現可能是因為紡錘波傳入活動和肌肉的增加[30]。然而,在Shamseddini等[18-19]發現WBV訓練后向心和離心的內外翻力量并沒有得到明顯改善,對關節位置覺在訓練后和之后的隨訪中也沒有過多的改善,這種結果可能由于在振動平臺上增加了額外的平臺而使得振動刺激減弱;其次,在運動訓練的過程中受試者進行的是閉鏈運動,而等速測試是開鏈運動,這種運動方式的差異也可能導致結果不顯著。由此可見,WBV的振動頻率可能是踝關節位置覺和肌力改善的關鍵,但由于上述研究中本體感覺和肌力的測量方法不同,可能會導致結果不同,未來的研究應進一步統一測量方法以得出更為可靠的結果。

2.3 WBV訓練方案參數

WBV的振動頻率是治療的關鍵[31],研究表明,<10 Hz的訓練可以放松肌肉,10～20 Hz的頻率被用于協調運動的訓練,當頻率>20 Hz時可以增強肌肉收縮[32]。WBV的振幅大小主要與肌肉活動有關,高振幅會增強肌肉的激活程度[33]。因此,不同的WBV參數選擇對于CAI病人的功能改善效果不同。在11篇研究中,5篇[18-20,22-23]研究采取漸進式訓練,在30～40 Hz的范圍內逐漸增加,其中4篇[19-20,22-23]研究每2周增加5 Hz,使CAI病人平衡能力的改善顯著,踝周肌群的肌電活動也明顯增強。Feland等[17]的研究發現,30 Hz的振動訓練對踝關節的背屈活動度有明顯提高;Tohidast等[6]的研究在第1周進行30 Hz、2 mm的WBV訓練,姿勢控制能力并無顯著改善,而在2～6周進行35 Hz、4 mm的WBV訓練后其姿勢控制能力得到提高;Jeong等[15]的研究采用隨機混合5～25 Hz、3～6 mm的WBV,每天30 min,結果表明,該訓練方式可以明顯增加小腿肌群的活動,且其平衡能力明顯優于對照組;Chang等[16]的研究中干預組進行了5 Hz、3 mm的WBV訓練后,干預前后的平衡能力、關節位置覺及肌力都有所改善,但與對照組比較差異無統計學意義。

研究證實,3周以上的WBV干預對CAI的功能障礙有明顯治療效果。5篇[15,19-20,22-23]研究結果表明,6周的WBV訓練對于CAI病人的姿勢控制和肌肉活動有明顯改善作用;Feland等[17]進行了3周的WBV訓練結合牽伸訓練后,踝關節的活動度得到明顯提升;Shamseddini等[18]進行4周的WBV-S訓練后,姿勢控制能力也得到明顯改善;Tohidast等[6]對WBV干預1周和6周的效果對比,發現1周的WBV訓練對CAI功能改善效果無顯著影響。

當前有學者對WBV的即刻干預效果進行了研究,但并未發現對CAI病人的動態、靜態平衡有顯著改善。Adelman等[8]測試WBV對CAI病人的動態姿勢穩定性和足踝部肌肉活動的即刻影響,結果表明WBV對動態姿勢控制和下肢肌肉活動均無顯著影響。Rendos等[21]研究在干預后3 min、15 min和30 min進行平衡測試,結果表明即刻的WBV對平衡能力改善效果不明顯。

以上證據表明,5 Hz的WBV訓練與傳統康復訓練無明顯差異,WBV的振動頻率及振幅普遍采取漸進式訓練,變化幅度在30～40 Hz,一般每2周增加5 Hz;振幅在2～4 mm,訓練頻率為每周3次,每次30 min,每組45 s,設置4組或5組,且組間有45 s的休息時間,訓練前后均進行熱身活動和整理活動,該訓練安排對于CAI病人功能和運動表現的改善更為顯著。且短低于3周的訓練效果并不理想,3～6周的訓練才會對CAI病人的功能有較為明顯的改善。具體訓練方案及結果見表2。

表2 WBV干預訓練方案及結果

2.4 單純WBV或WBV聯合與其他康復手段的療效

2.4.1 單純WBV與WBV聯合常規康復訓練的療效

WBV的振動刺激可以激活關節機械感受器,能夠更好地改善CAI病人的力量、本體感覺和平衡,因此也被用于和一些常見康復治療結合使用。Shamseddini等[18,23]采取在WBV振動平臺上通過穿鞋或在振動平臺上額外增加平衡板來改變支撐面穩定性的訓練方法,降低了踝關節肌群的反應時間,可以更快地調整姿勢以維持平衡,改善CAI病人的靜態和動態姿勢穩定。這些研究結果表明,WBV訓練和改變支撐面穩定性訓練的聯合干預可以改善CAI病人的功能。Feland[17]的研究發現,踝關節損傷后距骨向后滑動受限,肌腱受損,使CAI病人行走時無法完成足廓清動作而影響步態,造成再次損傷,將牽伸訓練和WBV結合的訓練方法可以增加對踝關節的刺激,明顯改善病人的踝關節活動度。以上研究表明,與單純的WBV訓練相比,WBV結合平衡訓練和牽伸訓練的治療方式可以更好地改善平衡控制和關節活動度。

2.4.2 WBV訓練與常規康復方法的療效

2.4.2.1 平衡訓練

平衡訓練作為一種踝關節扭傷的治療方式,可減少踝關節扭傷的復發率,是CAI臨床康復的一種重要的治療方法[34]。3項研究[18-19,23]的結果顯示,通過改變訓練支撐面的穩定性,可以改善姿勢控制表現,且結合WBV訓練的療效更好。Chang等[16]進行了WBV干預和平衡訓練的對照試驗,結果WBV組各項指標的改善效果與平衡訓練組比較,差異無統計學意義。Shamseddini等[18]的研究中,分別光腳進行WBV訓練和穿鞋進行WBV訓練,結果表明穿鞋進行WBV訓練更為有效。因此,WBV的治療CAI的效果優于單純的平衡訓練。

2.4.2.2 牽伸訓練

踝關節閉合位是最為穩定的位置,踝關節扭傷后最常出現的就是背屈活動范圍受限[28],使得距骨向后滑動減少,增加了再次損傷的風險,CAI病人足背屈活動受限,這有可能導致病人的動態姿勢平衡受損,從而進一步造成病人自我感知殘疾和與健康相關的生活質量減弱[35]。研究表明,4～6周的牽伸訓練可以增加肌肉厚度和肌束長度[36],增加CAI病人足背屈的范圍,并改善病人的本體感覺[37],從而改善病人的平衡控制能力。Feland[17]將WBV訓練結合牽伸訓練與單獨牽伸訓練進行對比研究后,發現前者對足背屈范圍的增加與后者相比更為有效。

2.4.2.3 神經肌肉訓練

由于CAI病人的姿勢穩定性下降,肌肉活動模式改變,關節的活動異常,而踝關節的穩定控制依賴于中樞神經系統的前饋控制[38],為了改善和優化受損的運動控制能力,特別是對運動員來說,踝關節扭傷后的康復訓練應著重于恢復和提高神經肌肉的能力。NMT是指基于功能的運動組合,包括姿勢穩定性、本體感覺和力量訓練[39]。在Jeong等[15]的研究中,將30名足球運動員分為兩組,進行為期6周WBV訓練和傳統的NMT,結果表明WBV的干預使腓骨長肌、腓骨短肌和小腿三頭肌的電活動明顯優于NMT,而且試驗組動態平衡能力也得到更明顯的改善。

3 小結

近幾年來,有眾多學者圍繞WBV治療CAI的效果進行研究,發現WBV長期干預與即刻干預相比,前者可以顯著改善CAI病人踝關節的動靜態平衡,提高姿勢控制能力,增強肌肉活動和縮短肌反應時及提高踝關節活動度;且WBV在與牽伸治療、平衡治療等療法結合治療后效果更加明顯。當前WBV的訓練參數設置采取漸進式改變,訓練周期為3～6周,初始振動頻率為30 Hz,最大振動頻率為40 Hz,每2周增加5 Hz,振幅為2～4 mm,這一參數設置可以明顯改善CAI病人的功能障礙;頻率為5 Hz的訓練對本體感覺的改善有效。盡管當前WBV對CAI治療的研究取得了大量的研究成果,但是仍然存在一些不足和研究空白,例如研究選取的樣本量普遍較少;研究對象選取的范圍較為寬泛,未區分運動員病人和普通病人的療效區別;療效評估方法不統一;短期和長期療效對比研究較少;WBV治療結束后效果持續時長的研究較少等。后續研究應進一步關注上述不足,為臨床治療提供更加可靠、有效的理論支撐,以達到治療效果的最優化。