石墨烯溫熱外展矯形器對痙攣型腦癱患兒髖關節發育的影響

崔美玉，劉建軍，張 雁，曾凡勇

中國康復研究中心（北京博愛醫院），北京 100068

腦性癱瘓（cerebral palsy，CP）簡稱腦癱，是導致兒童軀體殘疾的最常見原因［1-2］。由于髖關節屈曲、內收肌群的過度活動和痙攣導致髖關節無法保持頭臼同心位，股骨近端前傾和頸-軸外翻增加，同時CP患兒的運動功能落后導致負重不足，髖臼發育表淺，最終出現髖關節脫位和骨關節畸形［3-5］。研究顯示，CP患兒髖關節半脫位的發生率為27%～35%［6-7］，全脫位的發生率10%～15%［8-9］。早期髖關節脫位通常無癥狀，后期逐漸發展出現疼痛和功能障礙，神經系統受累更嚴重的CP患兒疼痛發生率更高，并且隨著年齡的增長而增加［4，10］。

有效的康復治療是必要的，否則可能會出現疼痛和坐位、行走等功能障礙，降低生活質量。多項研究顯示，姿勢管理是預防和改善髖關節脫位的有效方法［11-18］。PICCIOLINI 等［17］研究了坐位和站立姿勢管理對髖關節脫位的影響，HANKINSON 和MORTON［18］報道了臥位髖關節外展系統對髖關節脫位的影響，結果均顯示髖關節脫位有顯著的改善。目前髖關節是否脫位依賴骨盆正位X線片來評估，以便于盡早發現進行性的髖關節脫位，并及時轉診進行相關治療。

本研究通過隨機對照試驗，利用石墨烯溫熱外展矯形器對痙攣型CP患兒進行姿勢管理，觀察其對痙攣型CP 患兒的粗大運動功能及髖關節發育的影響。

1 臨床資料

1.1 病例選擇標準

1.1.1 納入標準 ① 年齡2～10 歲；② 符合《中國腦性癱瘓康復指南（2015）：第一部分》［19］診斷標準的痙攣型CP 患兒；③ 內收肌痙攣；④ 不伴有其他慢性疾病和先天性疾病；⑤ 患兒監護人簽署知情同意書。

1.1.2 排除標準 ① 內收肌已攣縮或髖關節全脫位的患兒；② 接受過手術治療的CP患兒；③ 曾接受過肉毒毒素注射治療的患兒；④ 患兒監護人依從性差或不會使用矯形器；⑤ 正在服用降肌張力藥物的患兒。

1.2 一般資料

選自2019 年9 月—2021 年11 月就診于中國康復研究中心（北京博愛醫院）2～10歲的痙攣型CP患兒28 例（56 髖），采用隨機數字法分為對照組15 例和治療組13 例。5 例患兒因失訪而退出研究，其中對照組3 例，2 例因拒絕回院復查，1 例因顧慮X 線檢查的輻射危害而退出研究；治療組2 例，1 例因患兒入組期間接受了內收肌肉毒毒素注射退出研究，1 例因疫情回京復查不方便而退出研究。故本研究最終收集對照組12例（24髖）和治療組11例（22髖）。2 組患兒性別、年齡、隨訪時間、身高、體質量及粗大運動功能分級系統（gross motor function classfication system，GMFCS）等一般資料比較，差異均無統計學意義（P＞0.05），2 組數據具有可比性，見表1。治療前向監護人進行解釋說明知情同意書的內容并簽署知情同意書。本研究已獲中國康復研究中心醫學倫理委員會批準（審批號：2020-134-1）。

表1 2組一般資料比較Table 1 Comparison of general data between two groups

2 方 法

2.1 治療方法

常規康復訓練主要包括神經生理療法（又稱Bobath 療法）、誘導療法（又稱Vojta 療法）等運動方法；目標導向型療法、限制誘導及雙手強化訓練等作業療法；經顱磁刺激、蠟療、水療等物理因子療法；還有按摩、針灸等中醫療法。

2.1.1 對照組 進行常規康復訓練聯合內收肌牽拉訓練。內收肌牽拉訓練需要家長或治療師模仿矯形器的外展作用，訓練時內收肌最小角度＞30°，每天累計訓練時間1～2 h，讓患兒監護人記錄每日訓練時間及訓練天數，2 個月內使用天數必須＞50 d。

2.1.2 治療組 進行常規康復訓練聯合佩戴石墨烯溫熱外展矯形器。佩戴矯形器時患兒仰臥位雙下肢伸展，雙髖關節外展位，內收肌角度最小＞30°，矯形器置于雙側大腿相同高度，利用移動電源開啟溫熱作用，其分為3個檔位，以患兒能接受的檔位為宜，每日佩戴1～2 h。讓患兒監護人記錄每日使用時間及使用天數，2個月內使用天數必須＞50 d。

2.2 評定指標

首先，在標準體位拍攝髖部X 線片，髖關節內收/外展中性，骨盆應該是平坦的，如果有一個固定的屈曲畸形導致前凸，應將腿墊高，直到腰椎變平，并且需要兩側對稱，以確保有一個相對正常的骨盆［20］。測量治療前后的髖關節股骨頭偏移百分比（migration percentage，MP）、髖臼指數（ace tabular index，AI）、頸干角（neck shaft angle，NSA），并評估粗大運動功能評定量表（gross motor function measure，GMFM）和改良Tardieu量表（modified Tardieu scales，MTS）。治療前后MP、AI、NSA 之間取差值，若為正，則表示半脫位改善；若為負，則表示半脫位進展。治療前后GMFM、MTS 取差值，若為負，則表示半脫位改善；若為正，則表示半脫位進展。見圖1。

圖1 骨盆X線片上MP、AI及NSA的測量方法Figure 1 Measurement methods of MP, AI and NSA on pelvic radiographs

2.2.1 MP MP 是最有效、最可靠的測量CP 患兒髖關節脫位的方法［21-22］。在骨盆X 線片上，經髖臼外上緣頂點做一與兩側髖臼內下緣兩點連線的垂線，在垂線外面的股骨頭與垂線兩側股骨頭的比值乘以100%就是MP。見圖1。MP分為4級：1級（正常）為MP＜25%；2 級（風險）為25%≤MP＜33%；3 級（半脫位）為33%≤MP＜50%；4 級（全脫位）為MP≥50%。

2.2.2 AI 在骨盆X 平片中，兩髖臼內下緣連線和內下緣頂點至外上緣頂點連線之間的角度即為AI值，見圖1。新生兒正常≤30°，AI 隨年齡的增長而逐漸變小，AI 越大，說明髖臼發育不良的程度越嚴重。

2.2.3 NSA 股骨干長軸與股骨頸長軸間的夾角見圖1。兒童為150°～160°，隨年齡的增大而減小。NSA＞正常值為髖外翻，NSA＜正常值為髖內翻。研究顯示NSA與內收肌痙攣有明顯相關性［4］。

2.2.4 GMFM 包含88 個按四分制評分的項目，分臥位和翻身，坐位，爬和跪，站立位，走、跑、跳5個功能區。GMFM 常被用來評價患兒粗大運動功能，評判各種康復訓練和治療手段對CP 患兒粗大運動的影響及各種治療方法之間的療效對比［23］。

2.2.5 MTS MTS 通過評估2 種不同速度（慢速和快速拉伸）下的阻力來量化痙攣狀態［24］。在慢速（V1）下測量的關節角度為R2，即內收肌角度；而在快速（V2）下肢體出現卡住的關節角度為R1，用于評價內收肌痙攣。R2-R1 表示肢體的痙攣程度，差值較小時提示可能存在肢體攣縮，而差值較大時則提示肌肉痙攣為主［25］。MTS 可以結合關節活動度及改良Ashworth分級（modified Ashworth scale，MAS）的優勢，因此有研究者提出與MAS 相比，MTS 更能有效地評定痙攣情況，且可以區分痙攣和攣縮［26］。

2.2.6 GMFCS GMFCS 主要是客觀地描述患者目前的運動能力和受限程度。該分級在不同年齡段區間內，依據下肢病情嚴重程度分成5個等級，等級越高，患兒下肢運動功能越差，髖關節脫位、半脫位發生的概率越大。

2.3 統計學方法

采用SPSS 23.0 對數據進行統計學分析。符合正態分布的計量資料以（±s）表示，不符合正態分布的數據用［M（P25，P75）］表示，正態分布的數據組間比較用兩獨立樣本t檢驗，組內比較用配對t檢驗，非正態分布數據組內比較使用2 個相關樣本Wilcoxon檢驗，組間比較使用2個獨立樣本Mann-WhitneyU檢驗。計數資料滿足條件的用χ2檢驗，不滿足條件的用Fisher確切概率法分析。等級資料比較用秩和檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

3 結 果

3.1 2組治療前后各測量指標比較

治療組治療后MP、AI、GMFM、MTS 值均較治療前明顯改善（P＜0.05）；NSA改善為（152.20±8.72）°，但與治療前比較差異無統計學意義（P＞0.05）。對照組治療后GMFM 改善為（49.9±13.08），與治療前比較差異有統計學意義（P＜0.05）；而MP、MTS、NSA較治療前均有所加重，但差異無統計學意義（P＞0.05）；AI 雖有所改善，但較治療前相比，差異無統計學意義（P＞0.05）。見表2。

表2 2組治療前后各測量指標比較（±s）Table 2 Comparison of measures between the two groups before and after treatment （±s）

表2 2組治療前后各測量指標比較（±s）Table 2 Comparison of measures between the two groups before and after treatment （±s）

注：與治療前比較，1） P＜0.05。Note: Compared with that before treatment, 1) P＜0.05.

組別對照組治療組例數12 11 MP/%AI/°治療前25.91±13.70 31.93±11.37治療后30.64±14.92 26.82±12.441）治療前18.50±5.09 17.50（13.00，21.00）治療后17.42±6.29 15.00（13.75，19.00）1）GMFM/分治療前47.67±3.56 51.79±9.15治療后156.92±9.311）152.20±8.72治療后49.90±13.081）55.96±0.121）MTS/°治療前18.97±7.68 19.09±8.93治療后49.90±13.08 26.12±7.491）NSA/°治療前149.00±8.07 154.27±1.03

3.2 2組治療前后各測量指標差值比較

治療組治療后MP、AI、GMFM、MTS 及NSA 均較治療前改善；對照組MP，AI、GMFM、MTS 有所改善，而NSA較治療前進展了（7.90±8.63）。2組MP、NSA及GMFM 的改善程度（d-MP、d-NSA、d-GMFM）比較，差異均有統計學意義（P＜0.05），而AI 和MTS 的改善程度（d-AI、d-MTS）差異均無統計學意義（P＞0.05）。見表3。

表3 2組治療前后各測量指標差值比較（±s）Table 3 Comparison of the measures' difference between two groups before and after treatment （±s）

表3 2組治療前后各測量指標差值比較（±s）Table 3 Comparison of the measures' difference between two groups before and after treatment （±s）

注：與對照組比較，1） P＜0.05。Note: Compared with the control group, 1) P＜0.05.

d-MTS/°-2.95（-6.08，-1.32）-4.98（-7.06，-4.42）組別對照組治療組例數12 11 d-MP/%0.00（-3.70，2.80）3.75（0.09，10.61）1）d-AI/°0.00（-2.75，4.75）2.00（0.50，4.00）d-NSA/°-7.90±8.63 2.28±9.541）d-GMFM/分-2.14±1.60-3.80±1.971）

4 討 論

有研究發現CP 患兒髖關節脫位風險在2～3 歲時最高［27］。另有研究發現MP＞33%或＞40%的最常見年齡為3～4 歲，一些患兒在2 歲時就已經出現脫位［28-29］。髖關節脫位的發生率隨年齡的增大而減小，一般認為7～8 歲時沒有出現髖關節脫位，以后基本不會再發生［27，30］，并且在6 歲時通常穩定在MP＜30%［31］。本研究選取了2～10歲的CP患兒，包括開始出現脫位、已出現脫位或半脫位和不易脫位的年紀，說明石墨烯溫熱外展矯形器在預防髖關節脫位發生、改善已經發生的髖關節脫位等方面都有明顯效果。

課題組在前期的研究中進行了常規康復訓練聯合內收肌牽拉訓練與常規矯形器的效果對比的研究，結果顯示2 組療效差異無統計學意義。并且檢索資料時發現暫無研究顯示普通矯形器對CP 患兒髖關節發育有顯著影響。另外納入研究的患兒年齡偏小，配合度欠佳，所以本研究對照組選擇應用常規康復訓練聯合內收肌牽拉訓練的方法而不是常規矯形器。

本研究結果顯示：治療組在接受矯形器聯合常規康復訓練后MP、AI、GMFM、MTS值都有明顯改善，NSA 從數值上雖有所改善，但差異無統計學意義。而對照組除了GMFM 的改善差異有統計學意義外，AI、MTS 值改善差異無統計學意義，MP、NSA 則是加重，說明2組治療后粗大運動功能均明顯改善，另外治療組髖關節脫位情況優于治療前。比較2組治療前后各測量指標的改善程度，2 組d-MP、d-NSA、d-GMFM 差異有統計學意義，d-AI、d-MTS 差異無統計學意義，治療組改善更明顯，說明治療組MP、NSA和GMFM 的改善程度優于對照組。HANKINSON 和MORTON［18］對14 例因腦癱導致髖關節半脫位的兒童進行為期12 個月的臥位髖關節外展姿勢管理的治療，治療前后均測量MP，結果顯示MP 有顯著的改善。MARTINSSON 和HIMMELMANN［32］的研究則顯示，保持15°～30°的內收肌角度按10 h/周的頻率進行姿勢管理可減少MP，并保持長達7年的治療效果。POUNTNEY 等［16］進行的前瞻性隊列研究，跟蹤了39 名18 個月以下開始使用姿勢管理設備的患兒，分別在30 個月和60 個月時進行髖關節X 線檢查，并測量MP，將結果與歷史對照組進行比較，結果顯示治療組患兒的髖關節脫位的發生率顯著降低。本研究結果與上述既往研究結果相符，證明石墨烯溫熱外展矯形器可以有效改善髖關節脫位或延緩髖關節脫位的進展，促進髖關節的正常發育，并且可以增強CP患兒粗大運動功能。

髖關節脫位的治療除了上述的常規康復訓練，還包括藥物或外科手術。A 型肉毒毒素（botulinum toxin type A，BTX-A）的局部注射治療是臨床常用的降低肌張力的方法，BTX-A 治療在改善CP 患兒的步態、關節活動范圍及痙攣等方面均有效，主要表現在短期或中期評估時，可能因為其作用時間較短［33］。常用的手術治療包括選擇性脊神經后根切斷術、內收肌切斷術和骨性手術。無論采用何種手術方法，術后常常出現髖關節肌肉失衡，剩余的生長期都有再脫位的風險。在平均年齡為4歲的患兒進行早期軟組織或股骨近端手術后，由于術后髖臼重建不可靠，再次手術率較高［34］。且手術創傷較大可能對患兒的心理造成影響。以上治療均缺乏持續性，治療期過后髖關節內收、屈曲肌群張力往往又會上升。

在常規的姿勢管理中，睡眠姿勢管理占很大一部分，通常包括一個或多個組成部分組裝而成，雖然盡可能地使患兒更舒適，但因使用時間長，仍嚴重限制了CP患兒的活動，睡眠障礙可能是導致停止使用臥位矯形器的重要原因［14］。同時攜帶不方便、價格昂貴、治療師和護理人員的經驗不足等其他因素的影響也可能會導致患者退出研究。PICCIOLINI 等［17］研究使用的定制座椅與常用的石膏矯形器類似，從膝蓋下方延伸到上乳頭線，使患兒的髖關節和軀干受到了很大限制。

本研究使用的石墨烯溫熱外展矯形器，相對于普通矯形器除了單純的牽拉作用，還有溫熱作用。溫熱作用被認為可以降低γ 運動神經元的興奮性，從而降低肌肉的敏感性［35-36］。熱能降低肌肉組織的黏彈性［37］。另有研究認為溫熱作用可以增加肌肉膠原蛋白的延展性，減輕關節剛度［38-39］。以上機制可能對改善肌肉痙攣和髖關節脫位有效。溫熱作用還可以通過減輕疼痛來讓患者更好地忍受肌肉牽拉，從而增加牽拉的療效［40-41］。

石墨烯具有獨特的電子、光學、熱學和力學性能，如優異的載流子遷移率、強電子-電子相互作用和超高熱導率［42-43］。近年來，碳材料（尤其是石墨烯）中的熱紅外輻射已經得到了研究［44］。矯形器中所用的發熱材料是石墨烯紅外線發熱膜，具有超薄、輕便、平整、電阻率小的特點。石墨烯電熱膜是一種方便且非侵入性工具，在石墨烯電熱膜兩端電極通電的情況下，電熱膜中的碳分子在電阻中產生聲子、離子和電子，由產生的碳分子團之間相互摩擦、碰撞而產生熱能［45］，熱能又通過控制波長在7～14 μm 的遠紅外線以平面方式均勻地輻射出來［46］，把石墨烯電熱膜壓在雙側內收肌上，石墨烯電熱膜的紅外線就能有效地照射到皮膚上。它可以在分子水平上產生強烈的旋轉和振動效應［47］。同時加上石墨烯材料的超導性，保證發熱性能穩定。石墨烯電熱膜的用電功率小，熱量分布均勻，熱效率高。通電后，電能可迅速加熱至緩解痙攣所需要的溫度。

本研究將新型材料石墨烯引入到康復中，并將溫熱療法和牽拉訓練2 種緩解痙攣的方法聯合應用，提高緩解痙攣的效果。其優勢在于：① 置于雙側大腿，保持髖臼同心促使髖關節以正確的解剖位置發育，且不限制各個關節的活動，佩戴矯形器時可自由活動軀干和上肢。② 矯形器與肢體的接觸面采用石墨烯電熱膜，在體位保持的同時可對內收肌進行熱療，其根據患兒的接受程度可調節不同擋位。③ 根據患兒大腿粗細可調節松緊，不存在一段時間后由于患兒生長發育而不適用的情況。④ 內收肌角度可自行調節，配備了小螺絲刀，方便操作，患兒家長也可快速上手，可以實現內收肌的持續牽拉。⑤ 體積小方便攜帶，使用方法簡單易學，依從性較好，可以長期使用。⑥ 佩戴時間較短不會影響患兒睡眠。⑦ 造價便宜。所以我們認為石墨烯溫熱外展矯形器聯合常規康復的療效是確定的，帶有溫熱作用的矯形器可能比常規的矯形器效果更好，石墨烯溫熱外展矯形器的應用可以提高CP 患兒康復訓練的效果，減少髖關節半脫位的發生，減輕家庭負擔，促進社會和諧。也可以應用于其他腦損傷造成內收肌痙攣的患者，建議有髖關節脫位風險或已經脫位的患兒常規使用。

本研究的不足在于病例數較少，但最終共23例患兒堅持完成了平均2 個月矯形器和康復治療，已經非常不易。本研究只初步采取了臥位矯形器佩戴，雖然臥位可保持髖臼同心的體位，但髖關節缺乏重力刺激，后期將會納入CP患兒的病例繼續開展不同姿勢佩戴矯形器時的效果，且延遲觀察時間。另外本研究的樣本是痙攣型CP患兒，其他類型患兒的應用效果尚需進一步觀察。