运动锻炼对全膝关节置换术后患者影响的研究进展

吴福霞，杨 洋，孟晨阳，鲁玉宝，马占军，陈果湖，陈 楠

前言

全膝关节置换术(total knee arthroplasty, TKA)是一种治疗以膝关节骨性关节炎(knee osteoarthritis, KOA)为主的严重膝关节疾病的常用方法，其通过人工关节部件代替机体自身损伤关节，能够在矫正身体力线、缓解膝关节疼痛的同时，保持关节稳定性，从而改善病变或损伤关节的基本功能。研究表明，患者在进行单髁膝关节置换术后，膝关节在旋转和平移运动过程中表现良好，并且在运动学表现上比对侧病变膝关节更接近正常膝关节的运动学特性[1]。随着我国人口老龄化程度的不断加深，近年来骨关节炎发病率也一直保持着上升趋势。据调查研究结果显示，全球超过60岁的人中男女骨关节炎患病率分别为9.6%和18%[2]。虽然TKA是一种高效的治疗KOA及其他膝关节疾病的手术方式，其效果与适应证选择和医师的手术技巧有一定关系，但是提高和巩固TKA的远期疗效如何结合正确、科学、有效的围术期康复运动锻炼以恢复置换关节的功能[3]。其原因主要是运动锻炼可以促使膝关节周围肌肉和韧带快速恢复、挤出关节腔内的积血和积液以及预防术后并发症如下肢深静脉血栓和膝关节僵硬等的发生，从而帮助患者膝关节功能的有效恢复，减轻疼痛并进一步提升患者的生活质量。

1 运动锻炼在全膝关节置换术后功能恢复中的影响

1.1 CPM机辅助锻炼在全膝关节置换术后功能恢复中的影响

由于膝关节是人体最重要的承重关节，其解剖结构比较复杂，因此TKA术后常出现隐性失血现象，进而严重影响了患者术后的功能恢复[4]；且术后疼痛不仅不利于患者主动进行康复锻炼，也易引起膝关节僵硬等并发症[5]。赵斌、毕霞[6-7]等的研究表明：传统的TKA术后康复辅助治疗方案并不能对膝关节活动度以及关节功能起到有效的改善作用[8]，若缺乏科学的运动锻炼用做术后辅助治疗，患者术后膝关节的功能很难达到预期水平。持续被动运动(continuous passive motion, CPM)作为运动疗法的基础，已被广泛应用于骨科术后的康复治疗中。自Salter[9]等1980年首次研制出CPM装置以来，其在应用于全膝关节置换术后康复治疗后疗效显著。相关研究结果显示，在TKA术后进行CPM机辅助下膝关节功能锻炼，能有效够减轻患者疼痛、从而缩短功能恢复周期。CPM机的优点主要有：(1)增加关节软骨的对膝关节置换术后营养和代谢活动恢复的影响；(2)刺激骨原细胞向软骨转化；(3)缓解损伤后或术后疼痛；(4)促进关节周围组织修复，减少关节粘连的发生。

除此之外，在Mac Donald[10]等对TKA后CPM训练的前瞻性试验观察中，结果显示是否进行CPM训练在药物使用量、关节互动度、住院天数、膝关节评分等方面差异不显著；而刘茜[11]等的研究结果也显示，由于CPM机锻炼属于被动锻炼，虽然在肌力恢复上具有一定的促进作用，但同时也会增加关节囊、滑膜、韧带等组织的渗出，说明仅进行CPM训练并不能作为TKA后康复的主要方法，只能作为一种康复辅助锻炼方式。其原因是CPM机锻炼过程本质为肌肉的被动拉伸，尚未充分发挥肌肉的主动作用，只有与运动疗法相结合，才促进患者肌肉等长收缩和等张收缩功能的恢复。在TKA后早期将CPM训练与全关节范围的屈曲和伸展结合后，通过关节内的压力变化使关节及其周围组织的积血、积液等排出关节区，从而减轻关节及周围的肿胀程度，从而减少关节活动阻力，增大活动范围[12]。肌肉的等长收缩能促使血液回流，改善由于长期骨性关节炎导致的下肢肌肉失用性萎缩[13]。

1.2 围术期进行运动锻炼对患肢膝关节功能恢复的重要性

关节周围肌肉萎缩、肌腱和韧带挛缩或是粘连是导致手术后膝关节活动度的减少的主要原因，而产生痉挛的主要诱因是制动。实验结果显示，连续5周制动后，股骨头萎缩体积达到了40%，韧带刚性损失约为30%[14]。由于制动关节内成纤维缺乏应力的刺激，排列紊乱，再加上原有胶原纤维被不断吸收等原因，从而使软骨细胞的正常代谢收到严重影响，主要表现为营养物质吸收和产物代谢受阻等。进一步将会出现软骨含水量下降、细胞聚集成团等器质性改变，并且这种改变持续8周以上即转变为不可逆性损伤[15]。因此为了防止膝关节术后因为制动时间过长而造成功能上和器质上不可逆性损伤，术后应尽早开始进行肌力和关节活动度的相关训练。而膝关节置换术后恢复早期的伸直训练与回复效果密切相关，其训练成功标准为两周内膝关节活动度能否达到0°[16]，否则后期极难膝关节完全伸直，从而造成患者下肢相对不等长，进一步影响患者日后的负重、行走以及群体美观性，使其生活质量大大下降。此外，由于髋、膝、踝关节共同构成人体的负重关节体系，在生理功能上彼此相关，无法独立完成人体的相关功能。因此在膝关节活动训练时应同时配合髋关节和踝关节的活动度和肌力锻炼，从而保证患者恢复后行走的协调性和美观性。

TKA后进行主动运动训练以收缩舒张膝关节周围组织和肌肉，有利于增加有关肌群的肌肉力量，有效改善动力肌本体感觉的恢复情况，同时增加膝关节周围血液供应、促进周围组织淋巴液回流，并且在一定程度上增大膝关节的活动度，从而达到促进膝关节整体功能恢复的目的[17]。重复性的主动运动康复训练还可以激活人体自主运动神经系统，从而改善大脑皮层运动区的神经功能和自主运动功能[17]，从而更好地改善肌力，提高行走的灵活性、协调性和美观性。

2 不同锻炼方式对膝关节置换术后恢复的影响

TKA术后对患者采取不同的锻炼方式会对患者的恢复产生不同的影响。总体来说，系统、全面、有针对性的运动锻炼相较于传统的康复训练更有利于TKA后患者膝关节功能的恢复。系统功能锻炼在患者体力、肌力、关节活动度的恢复中有积极作用，防止了深静脉血栓、关节僵硬等并发症的发生，提高了患者的生活质量和自理能力[18]。目前，各学者研究出的TKA后运动锻炼方式很多，本文中列举几种以供参考。

2.1 功能锻炼督查表在膝关节置换术后恢复中的影响

功能锻炼督查表对于TKA术后康复训练中有较好的应用效果。其主要特点是功能锻炼表比较具体的列出了患者在TKA后第一天至两个月(具体期限应按患者自身情况而定)内每天的训练内容及时间。根据凌燏、靳立巾[19-20]等的研究结果，TKA功能训练表规范和量化了TKA功能训练的强度和时间，促进了患者早期康复，提高了护理质量和患者满意度。

TKA功能锻炼表不仅在护理人员的整体专业知识水平给予了充分指导，而且规范化和量化了TKA功能锻炼，有效缩短了TKA患者术后康复周期[21]；其次，TKA功能训练表使得患者的锻炼有据可循，保证锻炼的连续性，提高护理质量；同时，功能锻炼表明确易懂，有助于建立良好的医患关系，便于护理工作的落实[19]；最重要的是，功能锻炼督察表非常灵活，医生、护士和病患共同参与，有助于医师每天根据患者的病情和对各项锻炼的接受程度，为不同患者制定个性化的训练方案，结合患者自身情况调整训练强度和时间。

2.2 快速康复外科对膝关节置换术后恢复的影响

快速康复外科(fast-track surgery, FTS)在膝关节置换术后功能锻炼的应用效果也比较良好。自2001年丹麦外科医生Kehlet和Wilmore提出FTS[22]的概念以来，其锻炼模式多样化，因此又被称为“术后多模式康复”[23]。它的理念在于通过术前患者期望值管理、避免机械性肠道准备、鼓励患者下床活动等更加科学的围术期处理来减轻患者各系统的应激反应，降低并发症发生率，从而缩短康复周期。Husted[24]等较早地将 FTS理念运用到关节置换患者，并设计了快速康复的临床治疗方案，加速了快速康复关节外科(Fast-Track arthroplasty, FTA)的发展。目前我国已有学者将 FTS理念应用于TKA的围术期管理，其主要在于教会患者辅助工具的使用和术后功能锻炼的方法，如助行器的使用、踝泵训练、直腿抬高训练、行走和压腿训练等，抓奸缓解患者焦虑情绪，增强其对术后康复的信心，且结果显示FTA的应用效果良好。

在谷旺[25]等的研究中，实验组训练计划的制定完全遵循快速、全面、规律、循序渐进的原则。其内容主要包括肌肉力量训练、负重位屈曲和伸直训练、非负重位屈曲和伸直训练等运动训练内容。且所有训练方法均比传统康复更早实施，而且加强了训练强度。而在患者术后1个月、3个月膝关节活动度、美国特种外科医院(hospital for special surgery, HSS)评分结果中[26]显示，TKA术后1个月、3个月，实验组膝关节活动度和HSS评分均优于对照组(P<0.05)，因此相较于传统康复治疗方案，结合FTA历年与术后运动锻炼可以有效促进 TKA术后后患者膝关节功能的恢复情况，值得在临床上大面积普及使用。

2.3 伸膝位压腿锻炼对膝关节置换术后恢复的影响

根据丁小丽[27]的研究，伸膝位压腿锻炼对全膝关节置换术后的功能恢复效果也比较良好。其将以往康复训练方法的基础基础与临床实践相结合设计出了伸膝位压腿锻炼方式，其主要思路与作用方式是对TKA后的患者进行沙袋压迫患膝、责任护士双手重叠压迫患膝等，是一种以伸膝位压腿训练为主、CPM机被动训练为辅的锻炼方式。其优点主要体现在：(1)术后早期伸膝压腿练习通过加强周围肌肉的力量来调节新生胶原纤维的方向和生长，从而改善了膝关节的伸直功能[28]；(2)伸膝位压腿练习能够在一定程度上弥补手术治疗的部分不足，例如类风湿性、创伤性关节炎等膝关节疾病患者，术前膝关节常出现极其严重的屈曲挛缩畸形，其关节周围肌肉组织和韧带机能也有不同程度的退化现象。而术中医师并不能将膝关节硬性伸直(比较容易损伤膝关节后侧的血管和神经)，而手术后早期关节内外软组织尚未形成粘连或粘连末端完全机化，实施锻炼难度不大；(3)术后早期伸膝压腿练习加强了周围肌肉组织的力量和关节稳定性；同时减轻膝关节周围组织水肿程度，使术后下肢静脉血栓、疼痛、感染等并发症发生率大大下降。

除以上三种锻炼方式之外，因为需要关节置换的患者大都出现了患肢功能低下的问题，需要进行术前超前锻炼以加强肢体的机能，从而进一步促进全膝关节置换术后的康复锻炼效果，该现象证明了术前长期功能锻炼在全膝关节置换术后患肢功能恢复中的重要性[29]；苏晴晴[30]等的研究则提示术后患者适当的增加每日运动量可以提高关节置换病人康复锻炼的积极性，加快膝关节置换病人术后膝关节功能的恢复；张莉[31]等的研究提示结合膝关节手法被动活动与主动锻炼相能够帮助TKA后患者膝关节功能的恢复。总而言之，科学、合理、系统的运动锻炼方式对TKA后患者膝关节功能的快速恢复有着积极的影响，有助于患者早日摆脱疼痛，提高其生活质量。

3 运动锻炼可预防膝关节置换术后并发症

3.1 运动锻炼对膝关节置换术后深静脉血栓形成的影响

深静脉血栓(DVT)是全膝关节置换术围术期内最为常见的严重并发症之一。其成因是TKA术后的患肢制动或活动明显减少，损伤静脉血管内膜、从而使静脉瓣膜处血液出现淤滞，而且术后出现的暂时性血氧高凝状态也是促使 DVT的发生的重要原因[32-33]。深静脉血栓对的主要临床表现为术侧肢体出现肿胀、疼痛、皮肤苍白、皮温低、足背动脉不能扪及[34]等表征。若治疗延迟可导致患者下肢功能部分或完全丧失甚至残疾。严重时也可能诱发严重的肺栓塞，而研究数据显示患有高血压、冠心病、糖尿病的患者中DVT的发病率远高于正常。

DVT的发生高峰期在膝关节置换术后1-3天，单侧人工膝关节置换术后发生 DVT的概率超过50%，因此即使采取预防措施是临床必要的干预手段[35]。而结合常规锻炼、护理的基础以及空气压力波是目前较为成熟有效的预防方案，其原理是对远侧气囊向近侧气囊进行顺序性充放弃气产生不同的压力，形成下肢静脉血液的向心回流，以达到促进静脉血液回流的效果。临床对照结果显示，空气压力波可以预防TKA后下肢DVT的发生，且相对安全、有效[36]。蔡书伟[37]的研究表明，充分联合被动运动与运动疗法能够在TKA术后有效预防下肢下肢DVT形成。该疗法能够通过舒张患者的肌肉组织及血管调节患者的膝关节周围肌肉的血液循环，加速膝关节的活动范围的恢复，同时牵拉挛缩软组织，减少粘连发生，使凝血指标水平得到改善，因此有效的防止了DVT的形成[38-39]，很大程度上缩短了术后恢复时间，提升了患者生活质量。但是DVT一旦出现，则应医师制定详细的溶栓治疗以及适度锻炼方案，家属及患者绝对禁止自行活动锻炼[40]。

3.2 运动锻炼可预防膝关节置换术后膝关节僵硬

除下肢深静脉血栓外，膝关节僵硬同样是TKA术后早期较为常见的问题[41]，其主要表现为膝关节活动功能受限，患者会出现上下楼梯、坐下及起立等日常行为的执行困难。李为[42]认为，TKA后最大屈曲度不仅与患者术前膝关节活动度、手术技术、特殊的假体设计有关，还与患者术后锻炼程度等因素密切相关。在TKA后早期，瘢痕和组织粘连尚未在手术损伤部位形成，因此尽早进行较为主动的运动训练并加以冰敷，可以在增强肌力的同时恢复关节活动范围，防止肌肉萎缩、关节粘连、僵硬等问题的发生。而早期对于患肢关节进行屈曲运动，可以排出关节腔内的体液及血液、促进局部血液回流，减轻患者疼痛的，在最大可能地快速恢复关节功能的同时，防止关节僵硬和下肢DVT的产生。

3.3 运动锻炼可预防膝关节置换术后关节疼痛和肿胀

由于TKA术后早期无法迅速消除创伤引起的剧烈疼痛和组织肿胀，患者的恐惧心理成为了放弃康复治疗的主要原因。研究表明早期主动运动配合被动运动对于缓解膝关节肿胀和疼痛有极大效果，其主要原因在于：(1)持续被动关节运动对血管起到“按摩”作用[43]；(2)患者进行膝关节置换后由于恐惧心里主动制动，严重影响了手术部位血液和关节滑液循环，而持续抬高患肢和适量运动可改善手术部位的血液和体液循环，加速肿胀的消退和疼痛的缓解；(3)持续运动不断将刺激信号经关节囊的神经末梢上传至神经中枢，抑制痛觉信号的上传，使痛阈上升，从而缓解疼痛[43-45]；(4)运动可以促进组织液回流，减轻局部组织的创伤反应，改善局部的微循环障碍，从而减轻疼痛，使肿胀快速消退。

4 总结

全膝关节置换手术(TKA)是一种在临床上有着广泛应用的严重膝关节疾病的有效方法，为特别是骨性膝关节炎患者提供了健康生活的可能。但是TKA术后患者膝关节功能的恢复情况不仅与患者自身体征和医师的技术水平有关，更与术后的康复锻炼方式有关。根据各学者的研究，我们已经认识到传统的康复观念和不系统、不全面的锻炼方法对TKA后患者膝关节功能的恢复效果甚微。采取科学的运动锻炼方式、制定详细的康复锻炼方案、谨遵医嘱，才能使患者膝关节周围肌肉与韧带力量快速恢复，迅速且安全地排出关节腔内的体液与血液，缩短患者术后恢复周期。不同的运动锻炼方式有着不同的效果，不能一味的依靠CPM机被动运动，应主动采取功能锻炼督察表、快速康复外科、伸膝位压腿锻炼等科学有效的锻炼方案，在医师的指导和规划下，定时、定量、科学的锻炼患肢，有助于膝关节活动度的增加、功能的恢复。除此之外，运动锻炼还能有效的配合其他治疗防止下肢深静脉血栓的形成、缓解术后膝关节僵硬、减轻膝关节疼痛及肿胀。需要明确指出的是，患者在运动锻炼过程中可以逐步增加运动量及运动强度，但不可急于求成，以免对关节及周围组织造成损伤[46]。

总而言之，行全膝关节置换术后患者的康复治疗过程中，运动锻炼是医师和家属绝对不能忽视的一部分。进行科学的运动锻炼有助于患者膝关节功能的恢复以及预防术后并发症，促进患者早日康复，回归健康生活。