神经肌肉电刺激对前交叉韧带重建术后腘绳肌功能的影响

陈建周敬滨解强李方祥李国平

1武汉体育学院健康科学学院（武汉 430079）2国家体育总局运动医学研究所

神经肌肉电刺激对前交叉韧带重建术后腘绳肌功能的影响

陈建1周敬滨2解强2李方祥2李国平2

1武汉体育学院健康科学学院（武汉 430079）2国家体育总局运动医学研究所

目的：观察神经肌肉电刺激（NMES）对前交叉韧带（ACL）重建术后腘绳肌功能的影响，为预防自体腘绳肌腱重建ACL术后患侧腘绳肌肌力的下降、及早促进膝关节功能恢复提供依据。方法：选取自体腘绳肌重建ACL男性患者30名为对象，随机分为常规康复组、等长收缩组、神经肌肉电刺激（NMES）组，采用BIODEX等速肌力测试仪测试双侧腘绳肌等长肌力，采用Tensiomyography肌肉状态测试分析仪测试电机械延迟（EMD）和收缩持续时间；行IKDC膝关节主观功能评分。结果：术后3个月患侧腘绳肌等长肌力常规组较术前有所下降，而等长收缩组和NMES组则较术前有所增加，且与常规组均有显著性差异（P＜0.05）。半腱肌EMD：术后NMES组较常规康复组和等长收缩组增加较少，均有显著差异性（P＜0.05，P＜0.01）。股二头肌EMD：术后三组受试对象EMD患侧均较健侧增加，等长收缩组较常规康复组有显著差异性（P＜0.05）。半腱肌和股二头肌收缩持续时间：三组患者术前和术后无论是健侧还是患侧股二头肌收缩持续时间均无显著差异性。IKDC评分：三组患者术后3个月与术前差值，常规康复组较等长收缩组差异显著（P＜0.05）。结论：术后早期应用NMES可以有效地预防自体腘绳肌腱重建ACL术后腘绳肌肌力的下降以及电机械延迟的延长。

神经肌肉电刺激；前交叉韧带重建；肌力；电机械延迟

自体腘绳肌腱重建前交叉韧带（ACL）术后患侧膝关节股四头肌和腘绳肌肌力发生明显改变，且术后多年仍存在患侧肌力缺失10%～20%[1]，从而影响患者功能活动和生活质量水平，因而促进膝关节肌力恢复是ACL重建术后的重要康复目标之一。神经肌肉电刺激（neuromuscular electric stimulation，NMES）主要应用于中枢神经和周围神经损伤后急性期和恢复期的肢体瘫痪等康复治疗。本研究将NMES应用于自体腘绳肌腱重建ACL术后的早期康复治疗，以防止术后腘绳肌萎缩和肌力下降，指导患者正确地进行肌肉力量康复训练，提高患者膝关节功能活动水平和生活质量。

1 对象与方法

1.1研究对象

选取国家体育总局运动医学研究所附属体育医院创伤外科2013年7月至12月期间收治的确诊为ACL断裂并施行了自体腘绳肌重建的男性患者为试验对象，所有受试对象移植物均取自同侧半腱肌和股薄肌，共30人（有合并软骨Ⅲ度以上损伤、半月板缝合或韧带修补术、伤后到手术时间超6个月、患膝曾有受伤或手术史者除外）。按入院先后顺序随机分为三组：常规康复治疗组、常规康复结合等长收缩练习组和常规康复结合NMES组各10人。3组受试对象在性别、年龄、身高、体重、功能活动水平等方面无显著性差异（表1），所有受试对象均签署患者知情同意书。

表1　受试对象基本资料

1.2实验设备

本研究于2013年7月至2014年3月在国家体育总局运动医学研究所运动创伤与康复重点实验室、体育医院创伤外科、运动康复科完成。实验设备包括BIODEX Isokinetic system-Ⅲ多关节等速测试系统、Tensiomyography（TMG）肌肉状态测试分析仪、神经肌肉电刺激治疗仪。

1.3康复干预

（1）常规康复组：术后接受国家体育总局运动医学研究所体育医院制定的常规康复治疗计划，包括关节活动度练习、等张肌力训练、负重训练、行走训练等；

（2）等长收缩组：术后第3天开始在常规康复治疗的基础上实施患侧股后肌群等长抗阻收缩，以1～2 kg绑式沙袋固定于术侧小腿远端，每次持续5～6 s，重复收缩10次为一组，每次3组，组间间隔30 s，1次/天；

（3）NMES组：术后第3天开始在常规康复治疗的基础上实施患侧半腱肌、股薄肌和股二头肌NMES，电流频率20 Hz，脉宽200 μs，强度10～20 mA，通断比1∶2，1次/天，20 min/次，5天/周。

3组干预时间均为6周。

1.4测试方法及观察指标

采用BIODEX Isokinetic system-Ⅲ，TMG肌肉状态测试分析仪，分别在术前和术后3个月采集受试者双侧腘绳肌等长肌力和EMD，评价IKDC膝关节主观功能评分。所有测试均由同一位实验技术人员完成。等长肌力测试主要选取相对峰力矩（average peak torque/ bodyweight，APT/BW），即平均峰力矩与体重的比值，单位为N·m/kg。TMG主要选取Td（delay time）和Ts（sustain time）来评价术前和术后3个月半腱肌和股二头肌反应时间EMD（electromechanical delay）和收缩持续时间的变化。

1.5数据处理及统计学分析

所有统计学分析使用SPSS17.0软件包，手术前后常规康复组、等长收缩组和NMES组各参数比较采用多因素方差分析（ANOVA），P<0.05为显著性水平，P< 0.01为非常显著性水平。

2 研究结果

2.1等长肌力测试结果

从表2可以看出，术前患者健侧和患侧腘绳肌等长肌力三组间均无显著性差异。术后3个月，患者健侧腘绳肌等长肌力三组间无显著性差异，患侧腘绳肌等长肌力常规康复组较术前有所下降，而等长收缩组和NMES组则较术前有所增加，且与常规康复组均有显著性差异（P＜0.05），表明等长收缩和NMES能有效预防术后腘绳肌等长肌力的下降。

表2　三组患者腘绳肌等长肌力测试结果（AVE PT/BW：N·m/kg）

2.2腘绳肌电机械延迟EMD

如表3所示，无论是术前还是术后三组患者患侧半腱肌EMD均较健侧增加。术前三组间无显著性差异。术后常规康复组平均增加6.32 ms，等长收缩组平均增加7.44 ms，NMES组平均增加1.66 ms，NMES组较常规康复组和等长收缩组均增加较少，有显著差异性（P＜0.05和P＜0.01）。此结果表明：NMES可以有效地减少ACL重建后患侧腘绳肌电机械延迟，且较等长收缩作用明显。

表3　三组患者半腱肌EMD测试结果（单位：ms）

表4显示，股二头肌和半腱肌一样，三组受试对象术前EMD患侧均较健侧增加，但三组间无显著性差异。术后三组受试对象EMD患侧均较健侧增加，常规康复组平均增加9.71 ms，等长收缩组平均增加1.48 ms，NMES组平均增加5.43 ms，等长收缩组较常规康复组有显著性差异（P＜0.05），NMES组与常规康复组和等长收缩组间无差异性，但NMES组较常规康复组EMD时间增加较少。此结果表明：等长收缩可以有效地减少ACL重建患者患侧股二头肌电机械延迟，较常规康复和NMES组效果显著。

表4　三组患者股二头肌EMD测试结果（单位：ms）

2.3半腱肌收缩持续时间

从表5可以看出，三组受试对象术前患侧半腱肌收缩持续时间均较健侧有所增加，这与患侧半腱肌电机械延迟表现相一致，三组间无明显差异性。患侧半腱肌收缩持续时间术后等长收缩组和NMES组较健侧有所减少，与EMD结果相似，但二组之间无差异性。但常规康复组术后患侧半腱肌收缩持续时间较健侧有所增加，与等长收缩组和NMES组之间无明显差异。

表5　三组患者半腱肌收缩持续时间测试结果（单位：ms）

2.4IKDC膝关节主观功能评分

从表6可以看出，三组患者术前的IKDC评分无差异性（P＞0.05），术后3个月三组患者的IKDC评分均高于术前，但无显著差异性。三组患者术后3个月与术前差值，常规康复组较等长收缩组差异显著（P＜0.05），此结果可能与本临床研究随访时间较短有一定关系。

表6　三组患者膝关节IKDC评分

3 分析与讨论

本研究针对自体腘绳肌腱重建ACL术后取腱对腘绳肌肌力的影响，在术后第3天开始应用神经肌肉电刺激和等长收缩来锻炼患侧腘绳肌，结果显示：三组受试患者健侧和患侧腘绳肌等长肌力较术前均有所下降，等长收缩组和NMES组较常规康复组下降小，有显著性差异，等长收缩组与NMES组之间没有差异性，此结果表明自体腘绳肌腱重建ACL术后患侧腘绳肌应用等长收缩和NMES可以有效地预防患侧腘绳肌等长肌力的下降。相对于等张或等速练习来说，等长收缩练习无须关节活动，仅在开始训练早期内有轻微酸胀不适，不会增加患膝疼痛，亦无须特殊设备支持，不受时间、地点限制，可行性好，易被患者接受。

本研究采用Tensiomyography肌肉状态测试分析仪测试腘绳肌电机械延迟，该仪器具有非介入性、选择性、客观性、重复性和简洁性等特点，不会给测试者带来任何伤害及影响。影响EMD的因素较多，其中肌肉疲劳和组织温度也是影响EMD的主要因素，肌腱或肌肉组织性质发生改变时会导致EMD延长，可能原因：肌肉弹性结构的机械性质、肌肉大小及长度、肌纤维类型成份、疲劳的发生等[2]。Ristanis研究了自体腘绳肌腱重建ACL后疲劳状态下腘绳肌的反应，结果表明：尽管半腱肌和股二头肌EMD由于疲劳而显著延长，但二者同步收缩性仍保持一致，故自体腘绳肌重建ACL后膝关节收缩反应仍是平稳而协调的，半腱肌与股二头肌的激活方式一致[3]。Stavros认为导致半腱肌和股二头肌EMD延长的原因可能与取腱后局部瘢痕组织的生物机械特性持续变化有关[4]。Fuminari等研究分析了ACL重建术后股四头肌电机械延迟的原因，结果认为：导致股四头肌电机械延迟的主要原因是周围组织生理结构的破坏，例如：肌肉组织弹性纤维的僵硬，肌纤维成分的改变，神经肌肉兴奋收缩耦联功能的下降[5]。本研究结果显示：无论是术前还是术后三组受试患者患侧半腱肌EMD均较健侧增加，术前三组间无显著差异性，术后NMES组较常规康复组和等长收缩组均有显著性差异，表明神经肌肉电刺激可以有效地减少ACL重建后患侧腘绳肌电机械延迟，且较等长收缩作用明显。患侧股二头肌和半腱肌一样，三组受试对象术前EMD患侧均较健侧增加，三组间无显著性差异。术后三组受试对象EMD患侧均较健侧增加，等长收缩组较常规康复组有显著性差异，NMES组与常规康复组和等长收缩组间无差异性，但NMES组较常规康复组EMD时间增加较少。此研究结果表明：等长收缩可以有效地减少ACL重建患者患侧股二头肌电机械延迟，较常规康复和NMES组效果显著。

郑光新等将神经肌肉电刺激应用于全膝置换术后股四头肌力量康复训练，结果表明NMES有助于早期提高伸膝装置的功能[6]。Feil等比较了两种不同的神经肌肉电刺激作用于ACL重建术后患者股四头肌对膝关节功能康复的效果，结果表明神经肌肉电刺激组较对照组在伸膝肌等速力量、单足跳等功能活动方面效果显著，研究结论为神经肌肉电刺激结合康复训练能加速术后膝关节功能恢复[7，8]。Fitzgerald等研究发现ACL重建术后在传统康复训练基础上增加12周的股四头肌电刺激治疗，结果股四头肌等速肌力力矩明显较传统康复程序组[9]。也有研究比较了神经肌肉训练和传统力量训练对ACL重建术后前6个月膝关节功能的影响，结果除了在临床膝关节评分（cincinnati knee score，CKS）和疼痛视觉模拟评分法（visual analogue scale，VAS）方面，神经肌肉训练组较传统力量训练组有显著效果外，而在平衡、本体感觉和肌力等方面没有差异[10，11]。

本研究从术后第3天即开始应用NMES对取腱侧腘绳肌实施电刺激治疗，目的在于最大程度减少取腱后对肌腱特性的影响和术后佩戴支具制动带来的不利影响。研究结果表明术后早期应用神经肌肉电刺激可以有效地减少自体腘绳肌腱重建ACL术后腘绳肌肌力的下降以及电机械延迟，从而防止腘绳肌萎缩和肌力下降，使膝关节屈伸肌力量协调恢复，最大程度地保护移植物，恢复膝关节的稳定性，但相关神经生理学作用机制尚需进一步深入研究。

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2015.08.24

湖北省教育厅一般项目（B20114104）

李国平，Email：ligp@263.net