虚拟现实平衡训练联合神经肌...腘绳肌肌力和步行功能的影响_郑黎明.pdf

现代生物医学进展Progress in Modern Biomedicine Vol.23NO.2JAN.2023doi:10.13241/ki.pmb.2023.02.017虚拟现实平衡训练联合神经肌肉电刺激对前交叉韧带重建术后患者膝关节功能、腘绳肌肌力和步行功能的影响*郑黎明何斌王新生铁贵瑶李欣蕊（中国人民解放军联勤保障部队第九八医院康复医学科 江西 南昌 330001）摘要 目的：探讨虚拟现实平衡训练联合神经肌肉电刺激（NMES）对前交叉韧带重建术（ACLR）后患者膝关节功能、腘绳肌肌力和步行功能的影响。方法：选择 2019 年 8 月 2021 年 12 月期间我院收治的前交叉韧带（ACL）损伤患者 96 例，并成功实施 ACLR，采用随机数字表法分为对照组（n=48，常规康复训练、虚拟现实平衡训练）和研究组（n=48，常规康复训练、虚拟现实平衡训练联合NMES 干预）。对比两组膝关节功能优良率、膝关节功能、腘绳肌肌力和步行功能。结果：研究组的临床膝关节功能优良率 93.75%（45/48）高于对照组 68.75%（33/48），差异有统计学意义（P0.05）。两组干预后膝关节功能评分、膝关节活动度对均升高，且研究组高于对照组（P0.05）。两组干预后患侧腘绳肌等长肌力升高，且研究组高于对照组（P0.05）。两组干预后步长、步速升高，且研究组高于对照组，患侧摆动相降低，且研究组低于对照组（P0.05）。两组干预后被动活动察觉阀值、进行被动角度再生试验降低，且研究组低于对照组（P0.05）。结论：虚拟现实平衡训练联合 NMES 应用于 ACLR 术后患者的疗效显著，有助于其膝关节功能恢复，提高腘绳肌肌力，改善步行功能。关键词：前交叉韧带重建术；神经肌肉电刺激；虚拟现实平衡训练；膝关节功能；腘绳肌肌力；步行功能中图分类号：R686文献标识码：A文章编号：1673-6273（2023）02-294-05Effects of Virtual Reality Balance Training Combined with NeuromuscularElectrical Stimulation on Knee Function,Hamstring Muscle Strength andWalking Function after Anterior Cruciate Ligament Reconstruction*ZHENG Li-ming,HE Bin,WANG Xin-sheng,TIE Gui-yao,LI Xin-rui(Department of Rehabilitation Medicine,The 908 Hospital of Joint Logistics Support Force of Chinese Peoples Liberation Army,Nanchang,Jiangxi,330001,China)ABSTRACT Objective:To investigate the effects of virtual reality balance training combined with neuromuscular electrical stimula-tion(NMES)on knee function,hamstring muscle strength and walking function after anterior cruciate ligament reconstruction(ACLR).Methods:96 patients with anterior cruciate ligament(ACL)injury who were treated in our hospital from August 2019 to December 2021were selected,and ACLR was successfully implemented.They were randomly divided into control group(n=48,routine rehabilitationtraining,virtual reality balance training)and study group(n=48,outine rehabilitation training,virtual reality balance training combinedwith intervention)by random number table method.The excellent and good rate of knee function,knee function,hamstring musclestrength and walking function of the two groups were compared.Results:The excellent and good rate of knee joint function in the studygroup was 93.75%(45/48)higher than 68.75%(33/48)in the control group,and the difference was statistically significant(P0.05).Afterintervention,knee function score and knee range of motion were increased in the two groups,and the study group was higher than thecontrol group(P0.05).After intervention,the isometric strength of the affected side hamstring muscle in the two groups increased,andthe study group was higher than the control group(P0.05).After intervention,the step length and step speed in the two groupsincreased,and the study group was higher than the control group,the affected side swing phase decreased,and the study group was lowerthan the control group(P0.05).After intervention,the threshold of passive activity perception and conduct passive angle regenerationtest decreased in two groups,and the study group was lower than the control group(P0.05），具有可比性。1.2 纳入排除标准纳入标准：（1）查体时能发现明显的关节松弛，经膝关节轴移试验、拉赫曼试验、前抽屉试验等结果捐献是为阳性，并经 X线检查、核磁共振等影像学检查确诊；（2）患者及其家属知情本次研究，并签署了相关同意书者；（3）均为单侧损伤。排除标准：（1）骨质疏松者；（2）既往有损伤关节手术治疗史或骨折史者；（3）因自身身体原因，不能坚持完成本研究者；（4）合并后交叉韧带和/或侧副韧带损伤；（5）术后存在严重并发症者；（6）严重心血管、肺部疾病、椎间盘突出、癫痫者。1.3 治疗方法两组术后均接受常规康复训练，包括等张肌力训练、关节活动度练习、行走训练、负重训练等。且从术后第 8 周起，两组均接受虚拟现实平衡训练，使用美国生产的 Biodex 三维平衡训练系统进行动态平衡训练，包括驾船竞赛、城市赛道、撞击球训练等。具体为：撞击球训练：双脚并足站立于测力板中央区域，VR 场景显示周围出现不同方向、不同速度的小球撞击移动平板。难度等级 19 级，根据个体情况选择不同等级，并由双足站立过渡到单足站立。驾船竞赛：患者双脚与肩同宽站立于测力板中央，双膝微屈。VR 场景为患者驾驶一艘小船行驶于海面上，左右转向、前进与后退分别通过左右重心转移、前后位重心转移控制，以最少时间到达指定终点为最终目标，城市赛道：患者双脚与肩同宽站立于测力板中央，VR 场景为患者驾驶一辆汽车行驶于马路上，左右转向、前进与后退分别通过左右重心转移、前后位重心转移控制；以躲避对向车道的来车训练为主要目标。15 min/次，每天 2 次，每周 6 d，训练 8 周。研究组术后第 3 d，患 者 取 仰 卧 位，采 用 德 国 贝 朗 公 司 生 产 的STIMU-PLE-DIG 型 NMES 治疗仪对患者患侧股外侧肌、股内侧肌实施 NMES 治疗。将电极片放置在病变肢体上，固定，接通电源，刺激频率为脉宽 30 s，20 Hz 疏密波，电流强度调整范围 1530 mA，间歇时间设置为 1015 s。30 min/次，1 次/d，6 d/周，共持续 8 周。1.4 评价指标（1）考察两组干预后的膝关节功能优良率，优：可做高难度动作，关节功能完全恢复；良：高难度下肢动作受限，关节功能恢复；中：日常活动不受限，关节恢复；差：患者日常行走受限。优良率=优率+良率8。（2）干预前后记录两组膝关节功能评分、膝关节活动度，其中膝关节活动度评价采用关节活动度尺。膝关节功能评分采用 Lysholm 膝关节功能评分量表，总分为100 分，评分越高，膝关节功能改善效果越好9。（3）干预前后采用 BIODEX 等速肌力测试仪测试双侧（健侧、患侧）腘绳肌等长肌力。（4）干预前后采用三维步态分析系统采集两组患者的步态时空参数（步长、步速、患侧摆动相）。（5）干预前后采用 I-SOMED200 等速测试仪测量被动活动察觉阀值和进行被动角度再生试验，被动角度再生试验分别在屈曲段 80100、中间段 4060、伸直段 020三段进行，每段随机抽取 2个角度共 6 个位置进行测定，最终结果取 6 次平均值。被动活动察觉阀值重复测量 3 次取均值。1.5 统计学方法采用 SPSS27.0 软件处理数据，计量资料包括膝关节功能评分、膝关节活动度等符合正态分布、方差齐性采用均数标准差（xs）表示，行 t 检验。计数资料包括膝关节功能优良率等采用（%）表示，行 x2检验，检验水准为=0.05。2 结果2.1 两组膝关节功能优良率对比研究组膝关节功能优良率 93.75%（45/48）高于对照组68.75%（33/48），差异有统计学意义（P0.05）。两组干预后膝关节功能评分、膝关节活动度均升高，且研究组高于对照组（P0.05）。两组干预后患侧腘绳肌等长肌力升高，且研究组高于对照组（P0.05）。见表 3。295现代生物医学进展Progress in Modern Biomedicine Vol.23NO.2JAN.2023Note:compared with the control group after intervention,*P0.05）。两组干预后步长、步速升高，且研究组高于对照组；患侧摆动相降低，且研究组低于对照组（P0.05）。两组干预后被动活动察觉阀值、进行被动角度再生试验降低，且研究组低于对照组（P0.05）。见表5。3 讨论ACL 处有着丰富的本体感觉器官，可以感受关节的拉力和应力，肌肉的运动，进而通过神经传导通路传送至中枢神经系统，在对抗胫骨前后方向的应力负荷和旋转扭矩方面发挥着重要作用10-12。ACL 损伤会导致其本体感受器数量减少或出现变性，并出现传入神经功能障碍，最终影响膝关节本体感觉13,14；同时，ACL 损伤后也可累及健侧膝关节的本体感觉，导致平衡障碍，需及时予以正确、有效的治疗15,16。ACLR 是治疗 ACL 损伤的常用方法之一，尽管手术可帮助患者恢复膝关节结构，但也存在残余损伤，不利于患者术后恢复17。此外，膝关节周围肌肉术后也有残余损伤，会导致肌力下降，步行功能受到影响18。不少研究证实19,20，合理有效的康复训练可促使人体本体感觉恢复，并可以促进 ACLR 患者膝关节功能恢复。虚拟现实平衡训练具有交互、沉浸、想象三大特点，早前的报道证实21，虚拟现实平衡训练能提高脑卒中偏瘫患者的平衡Note:compared with the control group after intervention,*P0.05.表 1 两组膝关节功能优良率对比 例（%）Table 1 Comparison of excellent and good rate of knee function between the two groups n（%）GroupsExcellentGoodMiddleBadExcellence and good rateControl group（n=48）12（25.00）21（43.75）11（22.92）4（8.33）33（68.75）Study group（n=48）17（35.42）28（58.33）3（6.25）0（0.00）45（93.75）x29.846P0.002表 2 两组膝关节功能评分、膝关节活动度对比（xs）Table 2 Comparison of knee function score and knee range of motion between the two groups（xs）GroupsTimeUnaffected sideAffected sideControl group（n=48）Before intervention41.226.1932.674.36After intervention41.655.2639.135.39t-0.367-6.456P0.7150.000Study group（n=48）Before intervention40.834.7332.315.41After intervention41.575.6447.584.53*t-0.697-14.993P0.4880.000表 3 两组双侧腘绳肌等长肌力对比（xs，n.m/kg）Table 3 Comparison of isometric hamstring strength between the two groups（xs,n.m/kg）GroupsTimeKnee function score（scores）Knee range of motion（）Control group（n=48）Before intervention63.246.4969.257.43After intervention76.785.1891.786.09t-11.297-16.248P0.0000.000Study group（n=48）Before intervention62.486.3168.469.62After intervention85.095.67*103.9212.97*t-18.465-15.124P0.0000.000296现代生物医学进展Progress in Modern Biomedicine Vol.23NO.2JAN.2023功能及姿势控制能力。施明等4学者的研究发现：虚拟现实平衡训练可改善 ACLR 患者术后膝关节的本体感觉，同时还可改善患者的平衡功能。早在 1964 年就有研究证实 NMES 能使肌肉产生可见收缩，帮助机体关节功能恢复22。也有相关基础实验表明23，NMES 可使肌肉被动地有节律性地收缩，延缓废用性萎缩，为神经再支配创造条件，恢复其传导功能。金伟等人24的报道证实：早期康复训练联合 NMES 可明显改善 ACLR 患者的膝关节活动度，有利于膝关节功能恢复。本次研究结果显示，虚拟现实平衡训练联合 NMES 应用于 ACLR 患者，可促进膝关节功能恢复，改善步行功能，疗效优于单用虚拟现实平衡训练。虚拟现实平衡训练通过执行依赖视听觉信息的双重认知任务来训练患者处理物理平衡扰动的能力。NMES 经预先设定程序的电刺激与支配肌肉的神经上发挥作用，引起肌肉收缩，并促进病灶患肢周围组织代偿与重组，同时提高机体的运动功能，改善步态参数25,26。此外，NMES 可模拟部分的轴突断裂，刺激神经元细胞反应，通过突触和中枢神经系统的反馈回路来对运动神经元予以激活，有助于缓解神经元麻痹，进而改善机体的感觉以及运动神经27。同时，血液循环状况与肌肉组织中有氧、低氧、无氧等程度相关，而 NMES 刺激神经肌肉也能够促进局部的静脉以及淋巴回流，改善血液循环，加快膝关节血液循环，让病灶处组织加快重组，构建新的神经运动网络，最终恢复其正常的传导功能28。戴文敏等29学者的研究显示，ACLR 患者坚持进行电刺激治疗，可有效降低突触阻力，重新建立与中枢神经系统的联系，最终达到加快膝关节功能恢复的目的。本次研究结果还发现，两组干预后患侧腘绳肌等长肌力升高，且研究组高于对照组，提示虚拟现实平衡训练联合 NMES 可缓解腘绳肌肌力萎缩，并促进其肌力逐步恢复。腘绳肌包括半腱肌、半膜肌、股二头肌，其收缩的主要功能就是屈膝和后伸髋关节，维持膝关节稳定性，既往的报道证实30，在膝关节动态伸膝过程中，腘绳肌的功能可明显提高膝关节的稳定性。推测 NMES 可通过易化作用和提高运动单位兴奋性达到改善肌力的目的。综上所述，虚拟现实平衡训练联合 NMES 用于 ACLR 患者，可提高腘绳肌肌力，促进膝关节功能恢复，改善步行功能，具有较好的临床应用价值。参 考 文 献（References）1 Kohn L,Rembeck E,Rauch A.Anterior cruciate ligament injury inadults:Diagnostics and treatmentJ.Orthopade,2020,49(11):1013-10282Sonnery-Cottet B,Daggett M,Fayard JM,et al.AnterolateralLigament Expert Group consensus paper on the management ofinternal rotation and instability of the anterior cruciate ligament-Note:compared with the control group after intervention,*P0.05.表 4 两组步态时空参数对比（xs）Table 4 Comparison of temporal and spatial gait parameters between the two groups（xs）GroupsTimeStep length（cm）Step speed（m/s）Affected side swing phase（%）Control group（n=48）Before intervention52.176.290.970.1351.366.29After intervention65.136.141.320.1740.965.31t-10.215-11.3318.753P0.0000.0000.000Study group（n=48）Before intervention52.635.790.950.1950.125.74After intervention72.566.46*1.510.25*29.194.25*t-15.917-12.35620.303P0.0000.0000.000Note:compared with the control group after intervention,*P0.05.表 5 两组膝关节本体感觉相关指标对比（xs，）Table 5 Comparison of knee proprioception related indexes between the two groups（xs,）GroupsTimeThreshold of passive activityperceptionConduct passive angle regenerationtestControl group（n=48）Before intervention3.160.385.380.37After intervention2.520.413.490.41t7.93223.710P0.0000.000Study group（n=48）Before intervention3.190.445.460.45After intervention2.160.28*2.580.31*t13.68336.515P0.0000.000297现代生物医学进展Progress in Modern Biomedicine Vol.23NO.2JAN.2023deficient kneeJ.J Orthop Traumatol,2017,18(2):91-1063 Lin KM,Boyle C,Marom N,et al.Graft Selection in Anterior CruciateLigament Reconstruction J.Sports Med Arthrosc Rev,2020,28(2):41-484 施明,潘文平,曾明,等.虚拟现实平衡训练对前交叉韧带重建术后膝关节本体感觉的效果 J.中国康复理论与实践,2020,26(12):1458-14635 施明,潘文平,曾明,等.虚拟现实平衡训练对前交叉韧带重建术后步行能力的影响J.江苏医药,2021,47(2):129-1326 Hauger AV,Reiman MP,Bjordal JM,et al.Neuromuscular electricalstimulation is effective in strengthening the quadriceps muscle afteranterior cruciate ligament surgery J.Knee Surg Sports TraumatolArthrosc,2018,26(2):399-4107 王李琴,方景.神经肌肉电刺激联合早期康复训练对关节镜下前交叉韧带重建术后康复的影响J.实用临床医药杂志,2020,24(17):110-1138 Lysholm J,Gillquist J.Evaluation of knee ligament surgery resultswith special emphasis on use of a scoring scale J.Am J Sports Med,1982,10(3):150-1549 林建宁,孙笑非,阮狄克.膝关节 lysholms 评分等级评价膝关节功能J.中国骨与关节损伤杂志,2008,23(3):230-23110 Stone AV,Marx S,Conley CW.Management of Partial Tears of theAnterior Cruciate Ligament:A Review of the Anatomy,Diagnosis,and TreatmentJ.J Am Acad Orthop Surg,2021,29(2):60-7011 DosSantos T,Thomas C,Comfort P,et al.The Effect of TrainingInterventions on Change of Direction Biomechanics Associated withIncreased Anterior Cruciate Ligament Loading:A Scoping ReviewJ.Sports Med,2019,49(12):1837-185912 陈能,吕燃,谭方,等.六味地黄丸组方对前交叉韧带损伤患者TGF-1、BMP-2 基因表达及术后功能康复的影响J.现代生物医学进展,2022,22(6):1174-117913 Sikidar A,Marieswaran M,Kalyanasundaram D.Estimation of forceson anterior cruciate ligament in dynamic activities J.BiomechModel Mechanobiol,2021,20(4):1533-154614 Almeida AM,Santos Silva PR,Pedrinelli A,et al.Aerobic fitness inprofessionalsoccerplayersafteranteriorcruciateligamentreconstructionJ.PLoS One,2018,13(3):e019443215 Lka D,Zelnk R.Clinical Assessment of Anterior CruciateLigament RuptureJ.Acta Chir Orthop Traumatol Cech,2020,87(5):318-32216 Shanbehzadeh S,Mohseni Bandpei MA,Ehsani F.Knee muscleactivity during gait in patients with anterior cruciate ligament injury:a systematic review of electromyographic studies J.Knee SurgSports Traumatol Arthrosc,2017,25(5):1432-144217 Sasaki Y,Fujii M,Araki D,et al.Effect of Percentage of FemoralAnterior Cruciate Ligament Insertion Site Reconstructed WithHamstring Tendon on Knee Kinematics and Graft Force J.Am JSports Med,2021,49(5):1279-128518 He C,He W,Li Y,et al.Biomechanics of Knee Joints after AnteriorCruciate Ligament Reconstruction J.J Knee Surg,2018,31(4):352-35819 Parisien RL.Editorial Commentary:The Epic Saga of the AnteriorCruciate Ligament and Anterolateral Complex of the Knee-LoyalSidekick May Provide Protection Without ConstraintJ.Arthroscopy,2020,36(5):1374-137520Volpi P.Editorial Commentary:Timing of Anterior CruciateLigament Reconstruction Is Just as Important as a Correct SurgicalProcedureJ.Arthroscopy,2021,37(4):1221-122221 梁明,徐奕鹏,曲源,等.基于 3D 环境的虚拟现实任务导向训练在脑卒中患者平衡功能康复中的应用 J.临床神经病学杂志,2021,34(5):348-35122 Valenti F.Neuromuscular electrical stimulation in clinical practiceJ.Acta Anaesthesiol,1964,15(6):227-24523 宋光,王磊,任超世,等.模型动物失神经支配及神经肌肉电刺激的可编程植入式神经肌肉电刺激器J.中国组织工程研究与临床康复,2011,15(22):4098-410224 金伟.激进康复训练联合神经肌肉电刺激对关节镜下前交叉韧带重建术后关节功能恢复的影响 J.中国医药导报,2016,13(36):121-12425 Conley CEW,Mattacola CG,Jochimsen KN,et al.A Comparison ofNeuromuscular Electrical Stimulation Parameters for PostoperativeQuadriceps Strength in Patients After Knee Surgery:A SystematicReviewJ.Sports Health,2021,13(2):116-12726WellauerV,ItemJF,BizziniM,etal.Home-BasedNonoperative-Side Quadriceps Neuromuscular Electrical StimulationPrevents Muscle Weakness Following Anterior Cruciate LigamentReconstructionJ.J Clin Med,2022,11(2):46627 江泽平,黄珍,陈耀东,等.神经松动术和神经肌肉电刺激及二者联合治疗上肢周围神经损伤的疗效对比J.广西医学,2021,43(14):528 陈建,周敬滨,解强,等.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J.中国运动医学杂志,2016,35(8):750-75329 戴文敏,丁杰,周稳,等.前交叉韧带重建后肌肉功能恢复中神经肌肉电刺激的应用J.中国组织工程研究,2015,14(7):1082-108630 章闻捷,叶祥明,张大威,等.腘绳肌等速离心训练对前交叉韧带重建术后膝关节功能的影响 J.中国运动医学杂志,2017,36(9):805-809298