術前下肢肌肉鍛煉對改善閉合性脛骨干骨折預后的影響及患者腓腸肌平均肌電值變化

王家梁, 張理選,鐘少文,李燕珍

1.汕頭大學醫(yī)學院,廣東 汕頭 515000; 2.惠州市中心人民醫(yī)院骨科,廣東 惠州 516000

脛骨干骨折是一種常見的四肢長骨骨折,占全身骨折的13.7%,多因直接或間接暴力導致,臨床上以閉合性損傷為主,多采用髓內(nèi)釘固定技術治療,可有效恢復患肢功能[1]。然而,患者在脛骨骨折部位切開復位內(nèi)固定后,需要制動數(shù)周甚至更長時間,這可能導致小腿肌肉萎縮、小腿肌肉無力、骨質(zhì)減少、膝關節(jié)和踝關節(jié)活動受限等不良反應,其中最可預見的后果之一是小腿圍的喪失[2]。最令人擔憂的是,制動所帶來的有害影響似乎無法預防,甚至無法完全恢復[3]。脛骨是下肢主要的承重骨之一,針對小腿的肌肉鍛煉需考慮到脛骨干骨折的特點及患者的自身情況,才能避免術后小腿功能喪失的同時預防下肢骨與關節(jié)功能減退,因此肌肉訓練的方式及類型上必須設計準確。但是,當前缺乏可靠的術前肌肉康復鍛煉評估方法。表面肌電技術(surface electromyography,sEMG)是一種通過測量人體皮膚表面生物電信號反映人體肌肉活動的肌電監(jiān)測技術,其本質(zhì)是肌肉組織受到神經(jīng)刺激后,能在肌肉纖維表面誘發(fā)傳導動作電位的變化,通過從表面肌電信號中獲取有用的信息,并對這些信息進行量化,客觀有效地反映骨骼肌的損傷狀態(tài)[4]。本課題組前期工作研發(fā)并評價了可穿戴sEMG監(jiān)測裝備監(jiān)測肌肉鍛煉的效果。本研究旨在通過探討術前跖屈肌運動對閉合性脛骨干骨折術后功能及療效的影響,進而探討術前康復鍛煉的必要性,基于sEMG監(jiān)測下獲得患者平均肌電值(average electromyography,AEMG)并形成量化指標,以期指導患者康復鍛煉,從而填補臨床上脛骨骨折術后康復鍛煉的量化指標空缺,指導患者功能鍛煉及減少術后并發(fā)癥的發(fā)生。

資料與方法

1 一般資料

前瞻性選擇2021年5月—2023年1月因脛骨干骨折于惠州市中心人民醫(yī)院行髓內(nèi)釘內(nèi)固定手術治療的60例患者作為研究對象。納入標準:(1)年齡≥18歲;(2)閉合性脛骨干骨折,伴或不伴有腓骨骨折,AO/OTA分型[5]為A1、A2及B1型;(3)骨折后5～7 d手術;(4)采用髓內(nèi)釘內(nèi)固定術;(5)骨折前患側肢體膝踝關節(jié)功能正常;(6)隨訪時間>6個月。排除標準:(1)合并嚴重多發(fā)傷,合并同側髖臼、股骨其他部位骨折;(2)合并同側髖膝關節(jié)炎;(3)合并有實質(zhì)器官嚴重功能障礙;(4)合并下肢運動神經(jīng)功能障礙;(5)精神病史或智力障礙。將上述60例患者按照隨機方法分配的原則分為研究組及對照組,每組各30例。其中研究組男性22例,女性8例;年齡38～59歲,平均45.8歲;對照組患者男性21例,女性9例;年齡40～58歲,平均44.9歲。道路交通傷35例,重物砸傷17例,高處墜落傷8例。兩組患者在性別、年齡、BMI等方面差異無統(tǒng)計學意義,具有臨床可比性,見表1。本研究經(jīng)筆者醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會審批(20220405)。患者及家屬知情并同意。

表1 兩組患者一般資料比較

2 治療方法

兩組患者入院后均接受可穿戴式sEMG測量患者術前、術后小腿肌群等長收縮時腓腸肌的AEMG。具體方法如下:受試者均由同一位有經(jīng)驗的治療師完成。采用芬蘭Megawin 6000肌電信號采集系統(tǒng)監(jiān)測采集肌電信號,用乙醇清潔部位以減少皮膚阻抗后,將記錄電極分別貼于患肢腓腸肌的肌腹上,與肌肉纖維方向平行。肌電信號采集頻率為1 000 Hz,通道帶20～500 Hz,共模抑制比>85 dB,噪聲<5 dB,測試時囑患者依次用最大力量做小腿肌群的等長收縮,維持5 s作為1次測試,每次測試后休息2 min,重復3次(圖1)。記錄腓腸肌的肌電信號,通過電腦軟件的信號處理獲取的腓腸肌AEMG。研究組在術前進行踝泵運動,具體步驟如下:患者取平臥位或半臥位,自身踝關節(jié)做最大幅度用力(以不引起患者明顯疼痛為限度)進行背伸、屈跖、下踩、內(nèi)翻、外翻運動,每個動作持續(xù)進行至少10 s,完整完成上述所有運動,每次運動5～10 min,每小時至少2次,每天至少3 h,至少完成5 d。對照組不進行訓練,盡量保持下肢制動。

圖1 可穿戴式sEMG記錄腓腸肌的肌電信號。a.可穿戴式sEMG穿戴位置;b.患者用最大力量做小腿肌群的等長收縮記錄腓腸肌的肌電信號

患者術后3～5 d依據(jù)患者情況是否進行負重訓練,術后6周開始進行部分負重訓練,術后9～10周開始進行完全負重訓練。

3 觀察指標

(1)VAS:對比兩組患者術前、術后(術后1 、3、7 d)早期VAS。(2)下肢靜脈血栓(deep vein thrombosis,DVT)形成風險:術后(術后3～7 d)住院期間查血復查患者D-二聚體水平,對比兩組超過上限閾值(D-二聚體數(shù)值≥3 g/L)的人數(shù);測量患者的兩側大腿周徑差及兩側小腿周徑差;采用下肢深靜脈超聲評估是否存在下肢DVT,診斷依據(jù)如下:當被檢查者深靜脈受到壓迫時,血管壁前后不能貼合;靜脈管腔內(nèi)可見塊狀或條索狀強弱不等回聲;超聲下可見彩色血流信號中斷。若患者出現(xiàn)胸痛、呼吸困難等情況時,立即進行計算機斷層掃描肺動脈血管造影(computer tomography angiography,CTA)評估是否出現(xiàn)急性肺栓塞(acute pulmonary embolism,APE)。(3)遠期功能恢復:包括完全負重活動時間、膝關節(jié)伸-屈活動度(range of motion,ROM)、踝關節(jié)背伸-跖屈ROM、Johner-Wruhs評分[6]、下蹲及跛行情況臨床評價。同時進行影像學檢查(X線片)對患者的脛骨對位情況進行評估:骨折完全解剖復位為優(yōu);骨折塊移位程度<3 mm且無成角畸形為良;骨折塊移位≥3 mm且伴有成角畸形為差。記錄患者的脛骨骨折愈合時間,并對兩側脛骨長度差進行測量(兩側脛骨長度差=健側-患側,負值為過長,正值為短縮)。(4)根據(jù)患者的可穿戴式sEMG的記錄情況,記錄患者骨折后(術前)1、3、5 d腓腸肌AEMG,以及術后1、3 d、1周、1、3、6個月時的腓腸肌AEMG。

4 隨訪

患者均隨訪6個月。自患者入院時始,采用可穿戴式sEMG對患者進行腓腸肌AEMG記錄。囑患者定期回筆者醫(yī)院門診隨訪觀察。患者術前及術后1周內(nèi)的觀察指標記錄于患者住院期間進行,術后1、3、6個月時的觀察指標記錄于患者在筆者醫(yī)院門診隨訪期間進行。

5 統(tǒng)計學分析

結 果

1 兩組患者術前及術后早期VAS比較

兩組患者術前VAS比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05),隨著治療的進行,兩組患者VAS呈顯著下降趨勢(P<0.05),術后1、3、7 d兩組患者VAS比較差異無統(tǒng)計學意義(P<0.05),見表2。

表2 兩組患者術前及術后早期VAS比較分)

2 兩組患者術后DVT形成風險評估比較

兩組患者均于術后3～7 d內(nèi)進行DVT形成風險評估,可見兩組患者均有不同程度的D-二聚體升高,但研究組升高比例明顯低于對照組(P<0.05),同時研究組患者的大腿及小腿的周徑差均明顯低于對照組(P<0.05)。同時,超聲檢查結果提示,研究組患者術后發(fā)生下肢DVT的比例低于對照組,但差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05),術后住院期間兩組患者均未發(fā)生APE。見表3。

表3 兩組患者術后下肢DVT形成風險評估比較

3 兩組患者術后功能恢復情況比較

研究組患者完全負重活動時間顯著短于對照組(P<0.05),患者骨折愈合時間差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。研究組術后1、3個月的膝關節(jié)伸-屈ROM顯著大于對照組(P<0.05);而術后6個月隨訪時差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05);兩組患者踝關節(jié)背伸-跖屈ROM在術后1、3、6個月比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。術后6個月時,兩組患者的Johner-Wruhs評分、下蹲及跛行情況、脛骨對位對線程度、脛骨長度差比較差異均無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)。見表4。

表4 兩組患者術后功能恢復情況比較

4 兩組患者腓腸肌AEMG比較

比較兩組患者在不同時間段下可穿戴式sEMG所檢測的腓腸肌AEMG水平,結果顯示,在骨折后5 d(研究組患者開始下肢肌肉功能鍛煉5 d),研究組患者腓腸肌AEMG水平顯著高于對照組(P<0.05);在術后1、3 d、1周、1、3個月時,研究組患者的腓腸肌AEMG水平顯著高于對照組(P<0.05),其余時間段所檢測兩組間腓腸肌AEMG水平比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。見表5。

表5 兩組患者不同時間段腓腸肌AEMG水平比較

討 論

脛骨干骨折是臨床上比較常見的骨折類型,由于脛骨是小腿主要的負重骨,故脛骨骨折的預后對下肢功能很重要,而目前該類患者術前術后仍存在不少并發(fā)癥[7]。臨床上比較認可術前功能鍛煉對骨折術后康復療效具有積極作用,但目前尚無具體的評價指標,故急需一種方便的方法來測量脛骨干骨折患者肌力的量化指標進而指導患者功能鍛煉[8-10]。目前sEMG是國內(nèi)外的研究熱點,在軍事、神經(jīng)外科、康復等領域具有廣泛運用,精度高,發(fā)展快,當前已逐漸向便攜可穿戴型轉化,在醫(yī)療研究上具有較高的使用價值和應用前景[11-12]。表面肌電信號是神經(jīng)肌肉系統(tǒng)在進行隨意性和非隨意性活動時,人體電信號產(chǎn)生變化后經(jīng)表面電極對其放大,進行相應的信號處理予以顯示和記錄,所獲得的結果為電壓時間序列信號,是無創(chuàng)檢測體表肌肉活動的重要方法[13]。利用表面肌電信號檢測出的肌電圖是反映肌肉神經(jīng)系統(tǒng)的生物電活動規(guī)律的波形圖,記錄了肌肉收縮的電學效應。由于sEMG電信號的幅值十分微弱,幅值一般是幾百微伏,均值最高可達到1 mV左右,且表面肌電動作電位的產(chǎn)生具有很強的隨機性,屬于隨機非平穩(wěn)信號,因此該技術具有良好的安全性[14],在骨科、神經(jīng)外科及康復理療科等學科均有成功的應用。研究[15]表明常規(guī)康復治療的同時在sEMG監(jiān)測下行動態(tài)關節(jié)松動術,對肘關節(jié)骨折術后導致的活動度受限有明顯的治療效果,提示sEMG在輔助骨折患者康復鍛煉中具有一定的潛在價值。

各類骨折患者術后均會根據(jù)患者病情制定運動康復訓練,而少有研究從術前的角度探索術后康復的問題:其一在于患者術前患肢存在不同程度損傷,難以承受此時的鍛煉所帶來的疼痛;其二是在不清楚病情的情況下進行鍛煉可能會加重病情的進展,尤其是對于負重骨。負重骨骨折的臨床管理中,細微的變化可能會對患者的術后康復造成明顯影響,這也是sEMG技術出現(xiàn)在負重骨骨折術后康復領域的重要原因之一。本研究從sEMG的角度出發(fā),通過對閉合性脛骨干骨折患者術前是否進行簡單的下肢肌肉鍛煉踝泵運動,觀察在手術前后的一段時間內(nèi)AEMG的細微變化。簡單的踝泵運動并沒有明顯減輕患者術后早期的疼痛感(P>0.05),這可能與手術本身及術前鍛煉時間較短有關,但需要注意的是術前適當鍛煉在宏觀層面上未對患者造成進一步損害。術前不恰當?shù)腻憻捒赡茉黾踊颊咛弁锤?但在明確病情的情況下進行適當?shù)腻憻捰兄诮档虳VT形成風險。研究組患者D-二聚體水平及兩側大小腿圍差距明顯小于對照組(P<0.05),表明與術后類似,術前的踝泵運動同樣在一定程度上預防DVT的形成[16]。進一步研究顯示研究組的完全負重活動時間更短(P<0.05),在術后1、3個月內(nèi)膝關節(jié)伸-屈ROM顯著大于對照組(P<0.05),從宏觀的角度提示在骨折及手術因素相同的情況下此種簡單的踝泵運動對下肢肌肉的鍛煉成果,提示鍛煉對肌肉功能恢復的影響與當前的研究較為類似[17-18]。最后從sEMG的角度分析兩組患者肌肉電活動的變化,可見在鍛煉一段時間后,研究組患者的腓腸肌AEMG顯著高于對照組,提示術前短期的踝泵運動可影響腓腸肌的功能。而在術后6個月兩組患者腓腸肌AEMG無明顯差異。AEMG值升高,反映出患者術前術后下肢肌肉鍛煉程度,這也表明AEMG具有較強實用性,可作為一個評判下肢康復鍛煉效果的量化指標。本研究提示術前短期踝泵運動可以加快閉合性脛骨干骨折患者術后康復進程,進一步強調(diào)了sEMG技術在骨與關節(jié)領域術后康復中的價值[19]。

綜上所述,本研究分析了術前踝泵運動對閉合性脛骨干骨折術后腓腸肌功能的影響,并基于穿戴式sEMG技術,從sEMG所記錄到的AMEG層面更明確了術前康復鍛煉可以加快閉合性脛骨干骨折患者術后康復進程。研究也表明基于可穿戴式sEMG技術監(jiān)測患者AEMG并對其進行量化,在指導閉合性脛骨干骨折患者的下肢肌肉鍛煉以改善預后具有較好的應用價值。同時本研究也注意到自身存在樣本量較少的缺陷,可能會對本研究的結論造成一定的影響,有待后續(xù)研究的進一步開展。

作者貢獻聲明：王家梁:設計并開展試驗、統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)、撰寫論文; 張理選:提出研究思路和框架、指導試驗方法、修改論文;鐘少文:收集整理數(shù)據(jù); 李燕珍:統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)