振動療法在康復中的應用及其影響因素

史智君，嚴雋陶，孔亞敏

上海中醫藥大學附屬岳陽中西醫結合醫院推拿科，上海200437

前言

振動療法是指利用具有一定頻率的振動源作用在機體上并能夠對疾病產生一定治療效果的方法［1］。多是直接或間接作用于人體肌肉上，運動訓練與醫學康復中常用的為局部振動療法（直接振動）、全身振動療法（間接振動）［2］。在醫學史上，振動療法早已存在，古希臘時期就得到簡單的應用，當時的醫護人員運用手動訓練器將振動刺激傳至患部以改善機體功能。上世紀60年代，Eklund等［3］對偏癱患者進行振動刺激治療時發現振動刺激能引起不隨意收縮的肌肉收縮，并且首次提出張力性振動反射這一概念。1970年，Johnston等［4］發現對肌肉和肌腱進行局部振動刺激能夠引起肌肉收縮力量的增加。此外，中國古代中醫推拿的“拍法”、“振法”、“抖法”亦是振動療法應用于康復治療的體現，隋代·巢元方所著《諸病源候論》一書中介紹每一病癥之后不列方藥，而列“補養宣導法”，其中介紹的“振臂”、“振腹”等法，就是利用人手臂肌作為振動源，通過其手與病人接觸將產生的振動傳達到患部以達到治療的目的，并沿用至今［5］。振動療法作為一種現代康復手段，主要包括機械振動療法（低頻、中頻、高頻等物理因子治療、手法產生的振動）以及磁致振動療法等（因交變磁場產生的振動等），在康復治療的應用技術上均提供了便捷有效的作用。

1 振動療法的作用機制

振動療法對機體影響的主要機制是神經系統調節機能的改善。神經因素是導致肌肉力量增加的原因，其對力量的調節主要體現在運動單位的募集以及沖動頻率、神經協調、抑制水平和反射的調節［6］。有研究表明能夠起到改善神經肌肉性能的重要機制是由振動作用致使局部肌肉溫度的升高、血液循環流速的增加、激素分泌量的增加、肌肉細胞體積的增大、知覺的變化以及出現振動性阻力緊張反射和運動神經元興奮性的增高［7-8］。正常的生理狀態下，肌肉纖維會根據運動量而發生規律性的交替收縮，在病理狀態下的肌肉收縮無規律性，引發肌肉收縮異常、運動控制障礙。肌肉性能所發揮的有效性可能基于張力性振動反射的原理通過涉及脊髓反射和肌肉活化的神經源性增強作用而發生的［9-10］。振動療法可增加引起伸展反射的肌梭活動并且能夠引起肌肉長度的快速變化［9］，其作用基礎是通過振動刺激肌梭、腱梭等本體感受器，誘發受神經支配的骨骼肌的牽張反射以增強其神經肌肉的功能［11］，并通過激活拮抗肌的Ia抑制神經元，使拮抗肌的興奮受到抑制，從而增強肢體活動的靈活性和協調性［12］。

2 振動療法在康復治療中的應用

2.1 肢體功能康復

Cellitti等［13］將振動頻率為100 Hz、正弦位移為0.2～0.5 mm、驅動傳感器力為7～9 N的振動治療作用于20例乳腺癌術后≥12個月上肢后遺癥患者的胸小肌和肱二頭肌，結果顯示局灶性振動短時間應用和長期持續效應可能是乳房切除術后改善上肢功能的治療方法，是通過提高身體活動的附著力來改善生活質量和肌肉表現。Calabrò等［14］應用局部肌肉振動療法聯合機器人改善卒中后上肢痙攣及功能障礙，肌肉振動由壓縮空氣的氣動振動器提供，通過公式（2πf）2A計算肌肉振動的強度并由峰值加速度（a-峰值）表示，頻率設定為80Hz，振動的幅度為（0.3±0.1）mm；并聯合機器人Armeo-Power從肩部到手部（包括肩、肘、腕部和抓握動作）進行強化、重復和任務導向的訓練，患者共進行40次Armeo-Power訓練（1 h/次，每周5次，持續8周），研究顯示肌肉振動療法與Armeo-Power聯合使用可以持續減少上肢痙攣狀態，提高上肢運動功能，而聯合方法對改善肢體痙攣狀態和運動功能的作用可能取決于聯合訓練之間的一種聯合可塑性，這種聯合可塑性可能重塑了皮質脊髓可塑性，從而減少脊髓水平的節段興奮性并引起皮層層面的恢復過程。朱昌娥等［15］探討3周肌肉振動治療結合常規康復方案對腦卒中后肩-手綜合癥的臨床療效。應用頻率為60 Hz的振動治療，由上臂至前臂、腕關節及手，再沿反方向重復振動，以上步驟重復4次，約20 min（7次/周，共3周），結果表明振動療法結合常規康復不僅可以更有效地減輕腦卒中后肩-手綜合征的腫脹、疼痛癥狀，促進手及腕部功能恢復，還可以擴大肱骨外展及外旋活動度。陳釗德等［16］治療腦卒中后偏癱患者上肢痙攣和功能障礙時，應用頻率為25 Hz的局部振動作用于肱二頭肌肌腹中部和前臂前側中上三分之一處各10min（5次/周，共8周），并結合常規康復訓練。結果顯示局部振動療法結合康復訓練可減輕腦卒中后偏癱患者的上肢痙攣程度，并改善其偏癱側上肢的運動功能。關于振動療法對卒中后肢體痙攣及功能改善的作用，Noma等［17］認為振動療法減輕肢體痙攣的作用機制可能是振動通過抑制H反射，使得完全或部分脊髓損傷患者經振動刺激后，肌張力及H/M比率明顯下降。局部振動可提高偏癱側深、淺感覺的輸入，而感覺輸入的增加可改善運動功能能力及日常生活活動能力［18］。

各項研究均采用局部振動療法治療上肢功能障礙，并表明振動療法可以改善肢體運動功能、緩解痙攣、增強肌肉力量。在臨床治療中，100 Hz以下的頻率多用于興奮神經肌肉組織，但研究者在上肢康復治療時所選用的局部振動頻率從25 Hz到100 Hz不等，雖都取得了良好的療效，但對其療效與參數的選擇之間是否存在相關性尚未有報道。

2.2 心肺功能康復

Gerhardt等［19］研究顯示應用振動頻率20 Hz、振幅20 mm的全身振動對穩定型肺動脈高壓患者的運動能力、體能以及健康相關生活質量有顯著益處，全身振動可能會進一步長期應用于肺動脈高壓患者的體能訓練。Sa?udo等［20］對比劇烈運動后全身振動對恢復期間人體心率變異情況，將振動頻率25 Hz、振幅4 mm的全身振動作用于疲勞運動后的健康人體，用心電圖觀察心臟自主反應，結果顯示全身振動在劇烈運動后早期恢復期間可以降低心率增加總功率譜，提示振動療法可能降低心血管高風險人群劇烈運動后心臟并發癥的發生率。振動療法作為一種無創性的康復手段，可提高心肺功能不全患者的生活質量，降低相關并發癥的發生率。但研究者采用頻率相近、振幅差異較大的振動參數，而目前對于頻率與振幅之間的搭配選擇是否與疾病、健康的狀態有關尚未見報道。

2.3 骨質系統康復

振動療法對骨質疏松患者骨密度的增加起促進作用。Aae等［21］在全身振動與磁療對老年骨質疏松癥患者骨密度的影響研究中發現應用振動頻率20～50Hz、振幅1.0～3.4 mm的全身振動并有效結合標準的骨質疏松癥藥物治療能夠增加老年骨質疏松患者的骨密度。El-Shamy［22］認為應用振動頻率 30～40 Hz、振幅2～4 mm的全身振動訓練是增加血友病兒童骨密度、股四頭肌力量以及功能能力的有效方式。陸鐵等［23］對絕經后女性采用頻率30 Hz、加速度0.2 g（g為重力加速度）的全身振動治療（10 min/次、3次/周，共12周），結果發現全身振動治療可顯著提高絕經后婦女的骨密度、改善骨痛、增加患者肌力、改善平衡能力、減少跌倒以及骨質疏松性骨折的發生率。方斌等［24］對62～85歲男性骨質疏松患者采用頻率30～35 Hz，加速度0.3g的全身振動療法（20 min/次，1次/d，5次/周，連續治療6個月），結果發現全身振動療法可提高老年男性骨質疏松患者腰椎、股骨頸的骨密度，并可緩解疼痛，提高生活質量。Siggini等［25］應用集中機械-聲學振動和藥物聯合治療絕經后骨質疏松患者，頻率為980 Hz、波幅630 mbar的振動治療聯合藥物治療對提高絕經后骨質疏松患者腰椎及股骨頸的骨密度、T-評分、膝關節伸肌肌力、平衡步態以及生活質量有促進作用，并認為未來聲學振動系統（VibrationSound System）不僅可用于骨質疏松癥的晚期，還可用作疾病的預防。以上研究均涉及不同振動方式、振動參數、不同年齡階段以及不同性別的試驗對象，提示振動療法在增加患者骨密度的同時可緩解骨痛，增加肌肉力量，降低骨折的發生率。

振動療法應用于康復治療時，所設置的振動參數均不相同，這可能與所治療的疾病、患者的年齡、性別以及選用的振動方式、振動作用部位等因素有關。但即使疾病和作用部位相同，其應用的振動參數依然不同，雖均取得了較好的臨床療效，但是目前尚無關于振動參數選擇依據的報道。在臨床應用中，醫學工作者應注意振動頻率和振幅、加速度參數的個體化設置，采用適宜的刺激頻率，從而最大程度地激活機體的興奮性，達到有效治療目的，并注意收集資料加以總結。

3 振動療法的影響因素

振動是機械產生的振蕩刺激，主要由頻率、振幅、加速度組成，將其作為一種治療方法作用于機體時，頻率是影響神經肌肉反應幅度的最主要因素。頻率是指物體1 s內完成的振動次數，單位為Hz，振動頻率與周期之間存在著倒數關系。人體對1～1000Hz的振動產生振動感覺，當頻率相同時，加速度越大，危害越大；頻率一定時，振幅越大，其對機體的影響亦越大。振動作用于人體肌肉時，振動頻率和振幅決定了靶肌肉承受離心負荷的大小，而附加負荷則決定了靶肌肉的緊張程度［26］。頻率參數的選擇亦存在一定的范圍，對于人體來說，正常人體的固有頻率一般在5 Hz左右，每個部位有其自身的固有頻率，人體肌肉軟組織的固有頻率根據其激活程度的不同而有所差異。在肌肉完全激活的狀態下，小腿三頭肌和股四頭肌的固有頻率接近50 Hz；而在放松狀態下，小腿三頭肌的固有頻率范圍在10～20 Hz，股四頭肌固有頻率范圍在 8～11 Hz［27］。當外在激勵的頻率接近組織器官的固有頻率時就會和這些器官或組織達成共振，共振常易引起對人體臟器的損害，人體一些重要器官的共振頻率為5～20 Hz，軀干處的共振頻率大約為5 Hz，下肢在20 Hz以下，頭部共振頻率大約為 16～20 Hz，眼球約為 20～30 Hz［28］。在疾病狀態下，相同或不同病種的康復應用頻率亦不同，Doucet等［29］和Tavernese等［30］研究均證實了低頻振動能夠對偏癱上肢及手部的運動控制起作用；有研究者認為腦卒中后患者的最佳振動頻率為70～120 Hz［17］，而有研究顯示振動頻率為60 Hz也有利于偏癱患肢的功能恢復［15］；Constantino等［31］證實高頻低幅振動治療也可用于改善偏癱患者上肢功能。因此，應用振動療法作用于治療部位時應參考每個部位的固有頻率、共振頻率以及疾病狀態的個體化選擇，從而確定治療時的最佳振動頻率，以免使機體產生不適癥狀阻礙疾病的治療。

4 振動療法中諧振的研究

諧振屬于一類特殊的振動形式，是共振現象在人體上的一種良性表現形式，是指在應用振動療法作用于治療部位時的最佳振動頻率，被定義為能夠最大程度激活肌肉活動的振動頻率，它可能在最短時間內對神經肌肉性能產生最大的影響［32-35］。諧振反映了人體神經肌肉系統與外在刺激之間的和諧性。20世紀末，Mattsson等［36］闡述諧振是自然界必然存在的現象，諧振狀態下的運動是能量應用效率最高的運動狀態。Nollet等［37］提出人體若能有效利用生物諧振規律，則肌肉可最大程度激活，有可能促進病理狀態下的神經肌肉恢復或接近正常肌肉生理機能。

諧振目前多應用于運動康復的研究，古福明等［38］分別用25、35、45 Hz振動頻率觀察實驗大鼠腓腸肌生物力學性能變化，研究顯示25和45 Hz振動頻率下，大鼠腓腸肌的最大載荷、最大應力顯著增加，最大載荷的增加可以提高機體運動時肌肉承受最大負荷的能力，最大應力的增加提高了肌肉的強度。張園園［39］通過對健康人體采用了不同體位、振幅相同、頻率10～50 Hz的振動治療，發現不同條件下，小腿局部振動刺激均引起小腿肌肉放電量增加，其中引起小腿肌群放電量最大的振動頻率集中在30～50 Hz，說明這個范圍可能是激活正常人體神經肌肉最佳的頻率范圍，即諧振刺激頻率范圍。Pistone等［40］和Giombini等［41］在一項早期全身振動治療對前交叉韌帶重建術后膝關節神經肌肉功能和姿勢控制的影響的臨床研究中，對振動頻率0、20、25、30、35、40、45、50 Hz，振幅2 mm的參數進行分析，結果表明35 Hz是最佳振動頻率，對術后1個月患者進行早期干預，能夠促進膝關節屈肌肌力的恢復，其可能是由于最佳振動頻率能夠最大程度地刺激牽張反射途徑促進運動功能的恢復。張文通［42］在生物諧振影響脊髓運動神經元興奮性的電生理研究中應用20、30、40、50、60 Hz的振動頻率研究脊髓運動神經元存在的諧振頻率，發現該頻率在30 Hz左右，并將該頻率應用于脊髓損傷及腦卒中患者，結果顯示利用諧振頻率，有可能提高正常人體或肌力低下患者的下肢訓練效果，促進肌力的提高。

諧振刺激能夠興奮處于軟癱期的上運動神經元綜合癥患者的脊髓運動神經元，但持續時間較短，仍需要進一步改進振動刺激的形式。適宜諧調的振動訓練可以提高肌肉的最大力量，促進運動功能恢復，而應用諧振頻率時應綜合分析時-量-效多方因素，如訓練方法、訓練時間、間隔時間、作用部位等，以期提高諧振應用的臨床療效。目前有關諧振研究大多是應用全身振動，而局部振動的諧振研究相對較少，局部振動可直接作用于機體肌肉組織，能夠更快速地刺激肌肉活性，因此未來應針對局部振動的機體生物諧振頻率進行深入研究。

5 討論及展望

振動療法利用振動因素使人體局部組織或全身發生周期性或非周期性的往復變化以產生治療效果，在一定頻率的作用下能夠促使患處的神經肌肉性能有急性及恒久效應，根據生物諧振規律，適宜的外部機械振動作用于人體能夠最大程度地激活神經肌肉系統，使病理狀態下的神經肌肉恢復至正常狀態。當人體受到振動時會以復雜的方式響應，在諧振頻率處，器官和骨骼結構之間存在最大位移，從而在所涉及的身體組織上產生生物動力應變［43］。運動諧振可以提高最大運動能力，肌肉組織可以利用振動間期進行能量代謝［44］；諧振的反復積累可產生動能積蓄，從而在特定的時期釋放，產生最大收縮做功。人體固有諧振規律是最大運動能力的重要基礎研究，為神經肌肉疾病的運動能力障礙提供更進一步的研究基礎，若固有諧振是制定運動訓練方案的基本要素之一，那么諧振規律的訓練可以改善和提高人體運動功能障礙［45］。雖然已有研究證實采用諧振頻率的振動運動療法可以最大程度地激活肌肉興奮性，使振動刺激與肌肉的固有頻率達到諧振狀態，提升肌肉收縮效率等，但是振動運動療法的頻率設定并沒有完全遵循生物諧振規律，欠缺標準化。這使我們思考：若沒有找到精準的作用機制，則會發生過度的干預，其治療效果亦是有限。現有諧振頻率范圍研究大多集中于全身振動，而局部振動及在臨床疾病的研究中較少。因此未來我們需明確疾病不同狀態下的諧振規律，以及全身振動及局部振動的諧振范圍，綜合量效、時效關系并將其應用于振動療法的最佳頻率設定中，進一步探討振動療法的優化應用及長期療效，通過標準化研究以期提高康復治療。