膝關節手術術后關節源性肌肉抑制的原理及治療＊

孫文娟 任玉香 楊 鑫 楊 力 尤 田,*

1.廣東省深圳市北京大學深圳醫院運動醫學與康復醫學科 (廣東 深圳 518000)

2.長江大學醫學部護理系 (湖北 荊州 434023)

股四頭肌肌力減弱、收縮障礙、伸膝障礙是膝關節創傷、手術后常見的臨床表現，早在1965年，就有國外學者將這種神經反射抑制造成的股四頭肌無力的現象歸納為關節源性肌肉抑制(arthrogenic muscle inhibition，AMI)[1]。有研究報道，AMI在前交叉韌帶損傷和重建術后發生率高達100%[2]。AMI不僅發生在膝關節手術術后早期，也有可能持續到術后數年。對于膝關節手術術后早期患者，輕微的AMI不影響股四頭肌發力，但會影響最大肌力[3-5]，而重度的AMI會導致力量訓練完全不起作用[6]，從而進入訓練無效-肌肉萎縮-訓練更無效的惡性循環，嚴重影響康復進程。從長期來看，持續的股四頭肌無力會導致膝關節不穩[7]、運動功能障礙[8]、生活質量下降、增加膝關節再受傷的風險，從而進一步導致膝關節骨性關節炎的發生和進展[9]。由此可見，從源頭上解決AMI具有極大的臨床意義。因此，眾多學者致力于探究AMI的發生機制，試圖從根本上解除股四頭肌抑制。AMI是一種突觸前的、持續的神經反射抑制所導致的關節周圍肌肉群的激活障礙，主要原因是關節結構的損傷或關節腔內環境的改變，包括關節腫脹、炎癥、疼痛、關節松弛和結構損害等[6]，關節傳入神經興奮性改變引起脊髓水平和脊髓上神經反射的變化，通過降低股四頭肌運動神經元的興奮性，導致股四頭肌收縮障礙。治療AMI的方法國外學者也進行了廣泛探究，包括膝關節冷療、康復鍛煉、TENS(trancutaneous electrical nerve stimulation)、NMES(neuromuscular electrical stimulation)、腘繩肌疲勞訓練、抽吸、振動等。然而，國內關于AMI的報道極少[10]。本研究意在簡述AMI發生機制，主要總結國外對于AMI的治療方法，在引起臨床工作重視的同時，為臨床治療提供借鑒。

1 AMI的主要關節內因素及脊髓神經反射通路

AMI是由于創傷關節內或周圍的感受器異常放電引起的。膝關節的感受器主要分為兩大類，一類是粗大的，有髓鞘傳入神經(groupⅡ傳入神經)，一類是細小的脫髓鞘傳入神經(group Ⅲ和Ⅳ)[11]。Group Ⅱ終止于微粒神經末梢，它主要感受機械變化，例如壓力和牽拉[11-12]；Group Ⅲ &Ⅳ 終止于自由神經末梢，它們的興奮閾值更高，主要感受強機械刺激、溫度和化學刺激(例如炎癥因子)[13-14]?，F有研究表明，腫脹、炎癥反應、關節松動和關節結構改變是最主要的AMI激發因素，它們通過激活不同的神經反射通路抑制股四頭肌α運動神經元的興奮性[6](圖1)。也有研究表明，為了避免膝關節受傷和免除膝關節疼痛，潛意識的自主效應調節可能會部分抑制股四頭肌肌力[15-16]。另外，關節創傷會使腦干抑制屈曲反射通路發生障礙，導致屈曲反射通路的興奮性增高。以上神經反射的改變都將作用于股四頭肌α運動神經元，使其興奮性降低，使腘繩肌興奮性增高，最終表現為腘繩肌興奮收縮、股四頭肌無力、膝關節屈曲、伸直受限。

圖1 AMI發生機制匯總圖[6](實線箭頭代表較強的證據支持；虛線箭頭代表較弱的證據支持)

2 AMI治療方法

2.1 冷療對股四頭肌電活動和肌力的影響冷凍療法通過降低關節內異常放電對股四頭肌的抑制，促進股四頭肌運動神經元池興奮性，對膝關節術后早期患者股四頭肌肌電活動和肌力均有改善[17]。Pietrosimone等[18]評估20h的局部膝關節冷療干預對健康志愿者四頭肌中樞激活率(central activation ratio，CAR)的影響，結果表明在20min時，冷療組的CAR顯著高于對照組(P=0.003)。此外，冷療對提升膝關節術后早期患者的肌肉功能同樣有效。Loro等[19]將22名ACL術后10d內的患者隨機分為冷療和修飾安慰劑組(常溫療法)，分別測量干預前后兩組股四頭肌功能，冷療組患者的股內側肌EMG(electromyography)提升38%，伸膝最大等長收縮力(maximum voluntary isometric contraction，MVIC)提升30%，與非冷療相比差異有統計學意義(P＜0.05)。Kuenze等[20]采用病例對照研究的方法，對比膝關節術后AMI的患者和健康志愿者股四頭肌和比目魚肌功能，對兩組患者實施同樣的30min的康復鍛煉方案，在所有受試者運動30min前后分別測量股四頭肌和比目魚肌肌肉功能指標，結果顯示AMI患者的股四頭肌MVIC(P=0.002)、CAR(P=0.03)和比目魚肌V∶M(P=0.03)比值的下降幅度均小于健康志愿者，這個有趣的研究結果提示運動能夠幫助AMI患者維持肌肉功能。在冷療后實施康復鍛煉似乎可以取得更為顯著的效果，Hart等[21]將冷療和康復鍛煉相結合，在前交叉韌帶重建術后6個月仍有AMI的患者同時使用兩者，結果發現，在應用冷凍療法后立即進行康復鍛煉有更高的MVIC值(P=0.002，Cohen d effect size=1.4)相比單純冷療(P=0.16，Cohen d effect size=0.58)和單純功能鍛煉(P=0.16，Cohen d effect size=0.58)。

總之，冷療在臨床的應用十分普遍，與康復鍛煉聯合使用效果更好，但以上研究中所提到的膝關節冷療均為環繞全膝關節的冰袋，而非僅對膝關節的前方或后方實施冷療。另外，不同文章納入患者的術后時間點不同，臨床在選擇康復鍛煉方法時需結合患者不同康復時期的具體情況。

2.2 TENS對股四頭肌興奮性的作用TENS可能是通過提高股四頭肌α運動神經元的募集能力，提高股四頭肌肌肉興奮性來治療AMI，即使在γ環受損時，TENS依然可以發揮作用[22]。Konishi等[22]招募了12個年輕健康男性，通過震動髕下韌帶制造AMI模型，然后將患者隨機分成非TENS和TENS組，記錄實施震動前、給予干預措施后的股四頭肌最大自主力矩和EMG，來觀察TENS對AMI的治療效果，結果發現，非TENS組實施震動前后股四頭肌峰力矩下降了16%，而TENS組只下降了4%(P＜0.05，效應值為 0.76)；關于EMG參數，相比非TENS組，TENS也能大大降低震動對股內側肌(VM)和股外側肌(VL)的抑制作用(P＜0.05，VM效應值為0.69，VL效應值為0.57)，但是兩組股直肌的EMG變化并不明顯。有多個研究表明，應用高頻TENS可以顯著提高股四頭肌次強收縮興奮性，防止股四頭肌H-reflex振幅下降[17-23]。Hart等[21]將TENS與力量訓練相結合應用于ACL術后患者，一組在力量鍛煉前給予20min冰敷，另一組在力量鍛煉的同時給與膝關節周圍TENS治療，在開始2周的治療方案前、第一次治療后和最后一次治療后24h內記錄MVIC和CAR值，2周治療之后，組間比較無統計學差異，但是兩組組內比較MVIC和CAR均提升明顯(效應值范圍在0.9～1.5)，尤其是力量鍛煉聯合TENS組效應值均大于1，并且95%置信區間未跨越0[24]。以上證據表明TENS能夠在短期內有效緩解ACL術后AMI，提高股四頭肌功能尤其是MVIC和CAR值，但是長期作用尚值得探索。

2.3 NMES康復方案對股四頭肌肌力的影響NMES的主要原理是直接刺激肌肉活動，解除受抑制的股四頭肌運動神經池，從而促進股四頭肌收縮，減輕肌肉萎縮[25]。一項納入11項ACL重建術后臨床隨機對照試驗的薈萃分析顯示，標準治療聯合NMES,能夠顯著提高患者術后4～12周的股四頭肌肌力[SMD=0.73，95%CI(0.29～1.16)]，并且患者運動功能相對于單純標準治療組也提高了將近40%(PEDro分數從3/10到7/10)[26]。另外，應用NMES加強股四頭肌肌力訓練，同樣可以提高患者步行速度，提高患者爬樓梯實驗的表現和坐-站測試結果[27]。Bax等[28]將NMES與自主訓練相結合，發現聯合使用比單獨使用自主訓練方案有更好的效果，其中在自主訓練中加入等長收縮訓練也被認為是一種有效的方法[10]，膝關節稍屈曲20°～30°比完全伸直條件下效果更好[29-30]，原因是有研究表明膝關節在屈膝20°～30°時，膝關節內壓力最小，對股四頭肌的抑制作用最小[31]。然而，也有學者用NMES方案，得到相反的結果，Palmieri-Smith[32]等的一項臨床研究發現，應用NMES 5周后，患者得到弱負性效應值(-0.25，95%CI=-0.94、0.45)；16周后，NMES組患者負性效應值繼續增大(-0.50，95%CI=-1.19、0.22)，說明NMES不利于股四頭肌肌力恢復。關于如何使NMES效果最大化，也有多個研究提到了NMES的使用技巧，NMES的效果似乎跟強度成正相關，在可耐受范圍內或舒適的前提下給予患者最大強度的股四頭肌刺激，可能可以取得更好的效果[26]。然而，以上文章的證據等級不高，NMES的有效性需高質量的臨床隨機對照試驗來進一步證實。

2.4 腘繩肌疲勞訓練在解除AMI中的應用屈曲反射是AMI的重要機制之一，屈曲反射的原理是屈膝肌群(腘繩肌)興奮和伸膝肌群(股四頭肌)抑制，導致膝關節發生屈曲動作[33]。如果可以使腘繩肌的興奮性減弱，那么股四頭肌的抑制或許將被解除，肌肉疲勞訓練從原理上來講就是一種可以使腘繩肌興奮性降低的方法[34]。Delaloye等[35]報道了一種通過腘繩肌疲勞鍛煉迅速解除膝關節伸直受限的方法，僅需要10min左右，AMI導致的膝關節屈曲就能消失。根據Delaloye所描述的方法：首先，讓患者行俯臥位，健側伸直，患肢屈曲30°～40°；然后，腘繩肌行最大力收縮，此時治療師將手放在患者足跟處給患者抗阻訓練，堅持2～3s，然后充分放松，重復此動作，一般10min內，患者可實現膝關節伸直；最后也是非常重要的一步，就是進一步讓患者實現主動伸膝鍛煉，使康復鍛煉效果得以鞏固[35]。同樣Lowe等[36]發現腘繩肌疲勞訓練后(M=96%，S D=7.6%)相比腘繩肌疲勞訓練之前(M=8 1.2%，SD=15.8%)，ACL重建患者在腘繩肌疲勞訓練前后CAR值有顯著提升(P=0.01)，而對照組在訓練前后并沒有差異(訓練前：M=97.0%,SD=17.1%；訓練后：M=96.9%，SD=9.6%)。腘繩肌疲勞訓練出現較晚，證據較少，但是實施簡單、無創且不需要工具，似乎是一種值得進一步探究與臨床推廣的技術。

2.5 基于AMI發生機制的其他治療方法除了以上方法，還有很多解除AMI的方法被世界各地學者廣為探究，例如膝關節抽吸、關節內注射激素、非甾體抗炎藥物、局麻、經顱磁刺激和震動等[6]。其中，膝關節積液抽吸被認為可以直接改善膝關節腫脹，從根本上解除AMI，然而這種方法似乎對骨關節炎的患者效果不佳[6]，也有增加關節腔內感染的可能。對比本文前面提到的冷療、康復鍛煉、TENS、NMES、腘繩肌疲勞訓練，膝關節抽吸等方法或因為有創，不容易被患者接受且風險較高；或因為證據較少存在較大爭議，因此臨床應用較少。作為臨床工作者，在面對治療方法的選擇時，除了考慮證據的有效性，同時也會考慮對患者造成的傷害和實施的可行性、簡易性，這也可以解釋某些AMI治療方法發展緩慢的原因。

3 結論與展望

膝關節術后普遍存在股四頭肌關節源性抑制，往往持續數月甚至數年之久。股四頭肌抑制會使肌肉萎縮，肌力訓練無效，長此以往會導致患者步態異常，運動表現下降，更會進一步導致骨關節炎的發生與發展。AMI的原因很多，膝關節腫脹、炎癥、疼痛、關節松弛、結構受損是關節腔內環境中最主要的激發因素，以上變化會刺激膝關節感受器，導致傳入神經持續興奮，通過脊髓反射通路和脊髓上的改變，持續抑制股四頭肌α運動神經元的興奮性，從而造成AMI，然而，中樞神經對AMI的作用機制遠遠沒有被探究清楚。關于AMI的治療方法繁多，其中冷療、TENS、NEMS、康復鍛煉是大多數學者公認的有效治療方法，但未來仍需要高質量的隨機對照臨床試驗來證實。最后，西方國家探究AMI已經有60多年的歷史，相比而言，我國臨床上對AMI的認知仍有待提高，我國學者可根據現有證據探究AMI在中國人群中的發生機制和治療。