振動刺激促進前交叉韌帶重建后本體感覺恢復機制研究進展

張新強，馮會成

(1.解放軍總醫院第八醫學中心骨科，北京 100091；2.河北北方學院，河北 張家口 075051)

前交叉韌帶(Anterior cruciate ligament，ACL)是膝關節的重要組成部分，是阻止脛骨前移的主要結構。ACL損傷后，通常會出現患側膝關節疼痛、活動受限、關節不穩等癥狀。如不進行有效治療，可引起半月板損害及膝關節軟骨退變，嚴重者可引起骨關節炎。ACL斷裂后幾乎沒有自行生物愈合的能力。因此，ACL重建術被認為是恢復生物學功能穩定性及防止膝關節早期退變的有效手段。

1 ACL損傷的治療

目前，ACL損傷后在關節鏡下行ACL重建手術(ACLR)為首選方案，主要優點有切口小、組織反應輕等。ACLR移植物有自體移植物、同種異體移植物以及人工材料移植物，各有優缺點。例如，喻剛等[1]發現在關節鏡下行同種異體肌腱和自體肌腱治療ACL損傷效果相當，雖然后者手術時間長，但術后發熱時間短，膝關節本體感覺恢復比前者早。另外，自體移植物無排異反應，組織愈合快，同時避免了疾病傳播風險，但供區也有相關并發癥，如疼痛、髕骨骨折、股四頭肌無力等。與自體肌腱行相比，同種異體肌腱可避免供區并發癥。然而，同種異體肌腱移植面臨的問題有疾病傳播、免疫排斥等。人工材料韌帶是一種合成材料，旨在為新韌帶的生長提供支架，與自體移植物相比，無供區相關并發癥，手術時間縮短，能提供更好的膝關節穩定性；與同種異體移植物相比，可避免疾病傳播風險；缺點有抗磨損能力差、滑膜反應等。手術醫生必須充分了解移植物的基本生物學特性、優缺點、手術技術以及患者期望，以達到理想的手術結果。術后康復對于ACL損傷患者同樣重要，研究[2]發現ACLR后恰當的康復可促進患者恢復到受傷前的活動水平和膝關節功能。Edwards等[3]研究發現，在ACLR后完成6個月康復結合跳躍和敏捷任務的患者有更高的回歸運動比率，這表明術后康復在回歸運動方面很重要。

2 本體感覺恢復在ACL重建術后的重要性

2.1 ACL本體感覺 本體感覺是一種關于身體運動和位置的深度敏感或深度感知[4]。膝關節本體感覺比較復雜，包括關節囊中的機械感受器、韌帶和連接脊髓和大腦皮層的神經纖維。ACL是負責膝關節本體感覺重要結構[5]，ACL中 2.5%的結構由本體感受器組成[6]。研究[7]發現，ACL是一個重要的感覺器官，它強化本體感覺，啟動保護和肌肉反射，起穩定作用。機械感受器分為四類，包括魯菲尼末梢、環狀小體、高爾基腱器官和游離神經末梢，位于ACL股骨和脛骨附著點[8]。魯菲尼末梢為樹突狀或卵圓形神經纖維，被膜較薄且松弛，大小約25～330 μm；環狀小體為圓形或橢圓形感受器，由多層神經外周細胞包繞一個長的中心部位組成，大小約40～220 μm；高爾基腱器官感受器呈梭形，被膜相對較薄，形態最大，大小約140～900 μm；游離神經末梢通常為無髓鞘神經末梢，數量較多，其長軸與ACL長軸平行，大小約0.5～1.5 μm[9]。其中，魯菲尼受體適應較慢，在檢測靜態關節位置時可能更為重要；環狀小體對刺激的變化很敏感，為快速適應機械感受器，被認為是負責本體感覺的動態階段(運動感覺)；高爾基腱器官同樣適應較慢，與關節極限運動、肌肉主動收縮有關；游離神經末梢功能被認為與疼痛刺激和血管舒縮控制有關[10-11]。機械感受器可以檢測到膝關節張力、速度、加速度、運動方向和位置變化[12]，向中樞神經系統提供有關肢體位置和運動的感覺以及力和力的感覺的傳入反饋[13]。另一項研究[14]發現，本體感覺可能在控制膝關節矢狀面和前平面的運動中發揮作用。另外，神經營養因子-3(NT-3)/酪氨酸蛋白激酶C(TrkC)信號通路在ACL損傷后本體感覺的恢復中起著重要作用，TrkC是NT-3特異性受體，NT-3對本體感覺神經元具有保護作用，并維持和改善其生理功能[15]。蔡東高等[16]研究發現，腺病毒介導NT-3的基因轉染能夠使ACLR術后本體感覺器再生和功能恢復。

2.2 ACL損傷后本體感覺變化 忻慰等[17]觀察發現，兔不同部位ACL損傷均可導致本體感受器形態異常、數量減少以及功能下降，但不同部位損傷導致本體感覺器變化無差異。ACL損傷后本體感覺障礙歸因于韌帶損傷后失去向中樞神經系統提供傳入輸入功能[18]。如果ACL機械感受器受損，那么有關膝關節位置和運動的重要傳入信息可能會改變，導致運動控制模式變化，從而可能產生繼發性損傷[19]。與健側膝關節相比，ACL損傷的膝關節本體感覺降低，這是由關節運動(運動感覺)和關節位置共同決定的。關節位置本體感覺喪失的幅度大于關節運動[20]。Relph等[21]研究證實，在ACL損傷行保守治療后膝關節存在靜態本體感覺缺陷，可能是由于韌帶中的機械感受器功能隨著時間的推移而減少。

2.3 ACL損傷后本體感覺變化對機體的影響 本體感覺功能的降低被認為是導致第二次ACL損傷風險增加30～40倍的主要因素[22]，也是ACL損傷后發生膝關節骨性關節炎的主要因素[23]。文獻[24]報道，ACL損傷不僅導致單側本體感覺減退，而且導致對側膝關節本體感覺退化，隨著時間的推移，這種現象越來越嚴重。Lee等[25]研究發現，一側ACL損傷重建后，對側ACL損傷的發生率(通常發生在ACL重建后1～4年)在2%～15%。研究[26]發現，ACL缺乏癥患者的本體感覺差可能導致膝關節運動質量差，而ACLR患者則無此現象；ACL缺損患者本體感覺差可能與膝關節運動質量差有關，而ACLR患者本體感覺差可能與膝關節運動質量差無關；重建和未重建ACL患者感覺運動功能的差異應在訓練和康復方案中加以考慮，以提高這些患者的表現和防止進一步的損傷。

目前，本體感覺訓練已在世界范圍內得到證實，并被廣泛應用于ACLR患者。本體感覺訓練對ACLR術后膝關節功能和本體感覺改善的影響是混合的[27]。ACL損傷患者術前本體感覺喪失，以本體感覺訓練為主的康復方案對膝關節ACLR術后本體感覺和功能狀態有顯著改善[28]。

3 振動刺激在ACLR術后康復中的作用及機制

很多研究認為ACLR術后康復中振動刺激起著關鍵作用。Risberg等[29]研究發現，肌肉強度、本體感覺和平衡從術后3個月逐漸開始恢復。因此，術后前3個月的康復對以后膝關節的功能恢復非常重要，應術后盡早進行康復鍛煉。康復方法有常規訓練、振動刺激、中醫、針灸、冷療法等，旨在恢復早期完全被動伸膝、恢復本體感覺、加強股四頭肌和腘繩肌力量等，進而快速恢復到受傷前的日常生活活動和運動。馬玉翠等[30]研究發現，關節松弛訓練、中藥熏洗外敷、超聲波綜合康復治療可促進ACLR術后膝關節功能恢復，提高生活質量。

3.1 振動刺激對本體感覺恢復作用及相關機制 振動刺激是應用振動作為刺激的方法。肌肉受到振動刺激后不自主產生收縮，激活本體感覺發生反射。全身振動產生垂直的正弦振蕩，傳遞到身體并被肌肉骨骼器官感知，通過神經肌肉反射的激活迅速適應它們[31]。此外，研究[32]認為全身振動可以改善神經肌肉功能，因為在幾個敏感結構(如皮膚、關節和次級末端)上進行的振動可能會促進γ系統并增強α運動神經元敏感度。Salvarani等[33]認為機械振動可以誘導神經適應，而神經適應反應是對機械振動的響應，從而提高神經肌肉的效率。Moezy等[34]對20例ACLR的運動員研究后發現，全身振動訓練改善重建前交叉韌帶運動員的本體感覺和平衡，主要原因是腳底的外感受體對機械刺激是敏感的，同時振動刺激對姿勢穩定性指標有明顯改善。另一項研究[35]發現，全身振動傳遞到人體可刺激許多生物系統，可能導致多層次的生理變化，包括皮膚感受器、肌梭、關節機械感受器、前庭系統的刺激，大腦活動的變化，神經遞質和激素濃度的變化。Fagnani等[36]認為全身振動可改善神經肌肉活動的可能機制是“緊張性振動反射”和對高級皮質的適應。Liu-Ambrose等[37]研究表明，在ACLR后單獨進行本體感覺訓練可以誘導等速力量的增加。另一項研究[38]證明單獨加強運動可以改善本體感覺。Lu等[39]研究表明，體外沖擊波振動能增強ACL殘端細胞的活力、增殖、遷移以及膠原、轉化生長因子β和血管內皮生長因子的表達水平，而且顯著增強了其旁分泌調節周圍細胞的能力。Zandiyeh等[40]研究發現，低振幅機械噪聲振動對ACLR患者本體感覺有積極影響作用，可改善ACLR術后的本體感覺，認為低振幅機械噪聲振動刺激提高了本體感覺敏銳度。

3.2 不同振動頻率、振幅、時間對機體的影響 目前對振動刺激在ACLR術后何時開始、振動頻率、振幅、間隔時間等問題存在很多爭議。Fu等[41]將48例ACL損傷重建術后患者隨機分配到對照組或治療組，對照組接受常規ACL康復治療，治療組在常規康復治療基礎上從術后1個月開始進行8周全身振動刺激治療，振動頻率從35 Hz逐漸增加到50 Hz，幅度為4 mm，結果證明術后1個月開始早期全身振動刺激是一種不影響膝關節活動度和穩定性的有效訓練方法，并建議將全身振動刺激納入目前的神經肌肉康復計劃，以促進術后1個月開始的康復。研究[42-43]發現，在肌肉力量方面都是通過振動平臺進行本體感覺刺激，訓練頻率在35～50 Hz，實驗組優于對照組。Hazell等[44]研究證明較高的頻率(如35、40、45 Hz)可導致膝關節伸肌活動增加。此外，研究[45]證明頻率在26～44 Hz可提高肌肉力量，頻率低于20 Hz僅用于肌肉放松，超過50 Hz將導致肌肉損傷。Cosimo等[46]對38例女子排球/籃球運動ACL斷裂重建術后康復進行研究，將其隨機分為兩組，在標準化的6個月康復計劃期間，從術后13～20周，全身振動組在振動平臺進行振動治療，對照組進行同樣的全身振動板訓練但不進行振動，結果發現，全身振動治療(頻率26 Hz，振幅4 mm)結合標準化康復程序可能是ACLR后的一種有效康復干預措施，可以增強肌肉力量。Pistone等[47]對34例前ACLR后患者康復進行研究，結果發現術后1個月在傳統康復方案基礎上加用4周全身振動刺激可促進ACLR患者的早期肌肉力量恢復。吳博等[48]將40例ACLR術后患者隨機分成試驗組和對照組，在試驗組和對照組相同康復方法的基礎上，從第13周開始試驗組增加全身振動刺激(振動頻率30 Hz，振幅為3 mm，時間為10 min)，結果發現全身振動刺激可促進ACLR術后患者患肢肌力和運動控制恢復。而另一項研究得出相反結果，Costa等[49]將44例男性ACLR患者隨機分為對照組(22例，關閉振動平臺上的鍛煉方案)和全身振動刺激組(22例，開啟振動平臺上的鍛煉，頻率50 Hz，振幅4 mm)，結果發現全身振動刺激不會立即改變股四頭肌功能，也不能刺激股外側肌和股內側肌的肌電活動。

4 結 語

ACLR是否成功取決于膝關節生物力學功能和本體感覺的恢復。而ACL損傷后重建韌帶對本體感覺的早期和漸進性改善有顯著的積極影響。振動刺激對本體感覺的恢復有積極影響作用，目前振動刺激對本體感覺恢復的機制研究很多，多數學者認為振動刺激可提高本體感覺敏銳度，誘導神經適應，增加肌肉力量，改善本體感覺。筆者認為：首先，ACL損傷重建后，ACL內的本體感覺功能減退，振動刺激可使ACL中的本體感覺恢復一部分，同時刺激使關節囊、滑膜、肌肉內的本體感覺增強，來代償ACL內的本體感覺功能減退，另外振動刺激也使ACL內的本體感覺功能恢復時間大大提前，從而減少ACL損傷后相關并發癥。其次，振動刺激對機械感受器的影響研究較少，是否能恢復到受傷前水平不得而知。未來應進行大量前瞻性研究，在膝關節周圍本體感覺測定、細胞再生等方面進行實驗，以了解振動刺激在重建ACL本體感覺恢復方面的機制。

目前振動刺激的頻率、振幅、時間等因素均沒有統一標準。在以后的研究中，應對此問題進行深入研究，以了解對ACLR術后最有利于本體感覺恢復的振動刺激頻率、振幅、時間，促使患者ACL術后盡快恢復本體感覺和膝關節功能。