体表感觉训练对前交叉韧带重建术后患者足偏角和足底冲量的影响

马玉宝，王晨曦，高维广，樊志娇，马全胜，孙凤龙

1.首都医科大学附属北京康复医院肌骨康复中心，北京市 100144；2.北京德尔康尼骨科医院，北京市 100144；3.沈阳体育学院研究生工作部，辽宁沈阳市110102

0 引言

前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)是膝关节囊内韧带，主要作用是防止胫骨前移，维持膝关节稳定和下肢力学平衡[1-2]。ACL损伤后，多数患者选择进行前交叉韧带重建术(anterior cruciate ligament reconstruction,ACLR)，可以有效减少半月板、关节软骨和周围韧带牵拉而引起的继发性损伤[3-4]。步行是人类最重要和最基础的活动，直接关乎患者的生活质量。ACLR 后，患者常因下肢生物力学改变导致步态异常，具体表现为股四头肌抑制，负重受限，髋关节、踝关节代偿性运动，严重影响患者日常生活活动[5-6]。

运动的调节可分为感觉输入、运动输出和认知3个部分。认知部分调节感觉和运动部分的功能，当环境和任务变化时，认知功能可以使它们做好准备和反应[7-8]。基于条件反射自我调节理论提出的认知运动疗法(cognitive therapeutic exercise,CTE)认为，功能恢复的过程就是学习的过程，在运动输出和感觉输入间建立直接的联系被认为是病理条件下的学习过程，而学习以大脑认知功能为基础[9]。动态足底动力学变化能敏感反映步行负重的改变，可用于ACL损伤后步态特征的描述和评价[10-11]。本研究观察体表感觉训练对ACLR后患者步行功能的影响，并探讨其相关机制。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2021年1月至11月北京康复医院ACLR后6～8周的住院患者56例。

纳入标准：①年龄18～40 岁；②单侧ACL 断裂，关节镜辅助下行ACLR；③移植物为患侧膝关节股薄肌或半腱肌肌腱；并发半月板损伤者，行半月板成形或修补术；④在室内环境中可以拆下支具步行；⑤签署知情同意书。

排除标准：①并发侧副韧带和后交叉韧带损伤、关节脱位或其他部位骨折；②既往膝关节损伤史，如骨折、韧带拉伤和骨关节炎等；③并发其他脏器疾病不能耐受康复训练；④并发感觉障碍、心脑血管疾病和精神疾病；⑤严重骨质疏松；⑥妊娠和哺乳期。

剔除和脱落标准：①不配合治疗和评定；②资料信息不全，无法进行疗效或安全性评判；③因意外事件发生或因病情变化不能继续治疗。

患者按入院顺序编号，采用Excel 软件生成随机数，与患者编号对应，按随机数升序排序，排位1～28为试验组，排位29～56 为对照组。两组一般资料无显著性差异(P＞0.05)。见表1。

表1 两组一般资料

所有患者均自愿参与，并签署知情同意书。本研究经首都医科大学附属北京康复医院伦理委员会批准(No.2021bkky-037)。

1.2 方法

两组均按规范进行常规康复训练。对照组每次行常规康复训练45 min；试验组每次行常规康复训练30 min，加体表感觉训练15 min。均每周5次，共8周。

1.2.1 常规康复训练

1.2.1.1 第一阶段(1～4周)

关节活动度训练：患者坐于床边，双下肢自然下垂，利用滚筒主动最大程度行膝关节屈曲与伸展。

肌力训练：侧卧位弹力带抗阻髋关节外展训练；侧卧位弹力带抗阻蚌式运动；仰卧位臀桥练习；仰卧位弹力带抗阻直腿抬高。

患侧负重训练：从体质量的20%开始，直至患侧负重100%，且维持30 s以上。

本体感觉训练和平衡训练。

1.2.1.2 第二阶段(5～8周)

肌力训练：站立位弹力带抗阻髋关节外展后伸训练；坐位弹力带抗阻伸膝训练；仰卧位闭链腿举训练。

步行训练：膝关节屈曲状态下侧方移动的侧方步训练；跨越障碍物步行训练。

本体感觉训练和平衡训练。

慢跑训练：在无痛情况下尝试慢跑。

若患者对第二阶段训练任务完成困难或出现疼痛，则退回至第一阶段训练方案。

1.2.2 体表感觉训练

所有课题均先行被动运动，连续3 次无错误后行主动运动，主动运动3 次无错误后进行下一任务。共8项任务，包括4项接触课题和4项空间课题，其中浅感觉接触课题时棉块接触部位皮肤均裸露[12-14]。

1.2.2.1 任务1，卧位时膝关节浅感觉接触课题

训练前向患者介绍编号1～5 的5 种不同硬度棉块，患者睁眼状态下于膝关节处依次尝试。

被动运动：患者闭眼，仰卧或俯卧位，治疗师将不同硬度棉块在膝关节上方和腘窝处按压，嘱患者感知棉块硬度，并询问棉块编号。

主动运动：患者闭眼，仰卧或俯卧位，治疗师将不同硬度棉块置于膝关节前方和腘窝处，嘱患者主动屈伸膝关节，感知棉块硬度，并询问棉块编号。见图1。

图1 任务1

1.2.2.2 任务2，站立时膝关节体表感觉接触课题

训练前向患者介绍编号1～5 的5 种不同硬度棉块，患者睁眼状态下于膝关节处依次尝试。

患者闭眼，站立位两足前后分开类似迈步。

被动运动：治疗师将不同硬度棉块置于支撑腿和摆动腿的膝关节前方和腘窝处按压，嘱患者感知棉块硬度，并询问棉块编号。

主动运动：治疗师将不同硬度棉块置于患侧膝关节前方和腘窝处，嘱患者主动屈伸膝关节，感知棉块硬度，并询问棉块编号。见图2。

图2 任务2

1.2.2.3 任务3，仰卧位多关节深感觉空间课题

采用质地较硬的80×80 cm 铜版纸，画满边长10 cm 正方形网格(图3)。训练前向患者解释每个网格所代表的坐标意义，患者睁眼观察记忆。

被动运动：患者仰卧闭眼，网格置于下肢下方，治疗师将患侧足跟置于网格不同位置，询问患者此处坐标，患者根据位置觉回答。

主动运动：患者仰卧闭眼，治疗师随机说出一个网格位置，患者根据位置觉主动将足跟放于指定的网格位置。见图3。

图3 任务3

1.2.2.4 任务4，站立位多关节深感觉空间课题

网格同前。训练前向患者解释每个网格所代表的坐标意义，患者睁眼观察记忆。

被动运动：患者闭眼，健侧腿支撑站立，网格置于下肢后方，治疗师将患足尖置于网格不同位置，询问此处坐标，患者根据位置觉回答。

主动运动：患者闭眼，健侧腿支撑站立，治疗师随机说出一个网格位置，患者根据位置觉主动将足尖放于相应位置。见图4。

图4 任务4

1.2.2.5 任务5，不同膝、髋关节屈曲角度下足跟体表感觉接触课题

训练前向患者介绍编号1～5 的5 种不同硬度棉块，患者睁眼状态下于足跟处依次尝试。

被动运动：患者闭眼坐位，膝、髋关节处于不同屈曲角度，治疗师将不同硬度的棉块依次放置于踝背屈下足跟处按压，嘱患者感知棉块硬度，并询问棉块编号。

主动运动：患者体位同前，在不同膝、髋关节屈曲角度时，嘱患者足跟主动接近棉块，感知棉块硬度，并询问棉块编号。见图5。

图5 任务5

1.2.2.6 任务6，不同膝、髋关节屈曲角度下跖趾关节体表感觉接触课题

训练前向患者介绍编号1～5 的5 种不同硬度棉块，患者睁眼状态下于跖趾关节处依次尝试。

被动运动：患者闭眼坐位，膝、髋关节处于不同屈曲角度，治疗师将不同硬度的棉块依次放置于踝跖屈下跖趾关节处按压，嘱患者感知棉块硬度，并询问棉块编号。

主动运动：患者体位同前，在不同膝、髋关节屈曲角度时，嘱患者跖趾关节主动接近棉块，感知棉块硬度，并询问棉块编号。见图6。

图6 任务6

1.2.2.7 任务7，站立位踝关节背屈深感觉空间课题

角度仪为天津市易达恒通科技有限公司生产。训练前向患者解释每个角度数值所代表的意义，患者睁眼观察记忆。

被动运动：患者闭眼站立，两足前后分开，将患者踝关节被动背屈至某一角度，并询问此处角度，患者根据位置觉回答。

主动运动：治疗师随机说出一个角度，患者根据位置觉主动踝背屈到该角度。见图7。

图7 任务7

1.2.2.8 任务8，站立位时踝关节跖屈深感觉空间课题

角度仪同前。训练前向患者解释每个角度数值所代表的意义，患者睁眼观察记忆。

被动运动：患者闭眼站立，两足前后分开，将患者踝关节被动跖屈至某一角度，并询问此处角度，患者根据位置觉回答。

主动运动：治疗师随机说出一个角度，患者根据位置觉主动踝跖屈到该角度。见图8。

图8 任务8

若接触课题中患者出现错误，则告知此棉块对应的编号，然后放置原棉块，再次询问棉块编号；若回答错误，则嘱患者睁眼观察；若回答正确则继续训练。空间课题中患者出现错误，则告知此处数值，然后将肢体放回，再次询问数值；若回答错误，则嘱患者睁眼观察。

1.3 评定方法

采用平板式足底压力测试系统FDM-System(德国ZEBRⅠS MEDⅠCAL 公司，以下简称“Zebris 跑台”)分别于干预前、后进行评定。选择动态测试模块，测试前让患者在跑台上行走，逐渐适应跑台速度，直至主观感觉近似于正常步速[15]。数据采集前，患者脱鞋，在Zebris跑台上以自身最适速度行走3 min，以适应跑台步行模式。当测试者观察到患者步态稳定时，点击鼠标进行数据采集，采集时间1 min。选择较为平稳的连续15个步行周期进行分析[15]。以患侧足跟触地到患侧足跟再次触地为一个步态周期。采用Noraxon MR3 3.10.64 软件的Viewer 模块，以步态周期中测力板上足跟触地出现力的一帧作为起始时间，该侧足跟第16次触地出现力的一帧作为结束时间节点。测量以下数据。

足偏角：支撑期足底中心轴线与前进方向的夹角，与压力中心密切相关[16]。

冲量：外力与作用时间的乘积。冲量百分比指冲量与足底压力的比值，可反映地面反作用力在时间上的累积，以及慢性疾病所造成的损伤[17]。

Zebris 跑台将足底分为7 个区：足跟内侧区、足跟外侧区、中足区、前足内侧区、前足中部区、前足外部区和足趾区。

1.4 统计学分析

采用SPSS 24.0 统计软件进行数据分析，经Shapiro-Wilk 检验，计量数据符合正态分布，以(xˉ±s)表示，组间比较采用独立样本t检验，组内比较采用配对样本t检验；计数数据以频数表示，采用χ2检验。显著性水平α=0.05。

2 结果

2.1 足偏角

干预前两组间健侧足偏角无显著性差异(P＞0.05)；干预后两组均显著下降(P＜0.001)，两组间无显著性差异(P＞0.05)。见表2。

表2 干预前后两组健侧足偏角比较 单位：°

患侧干预前两组间无显著性差异(P＞0.05)；干预后两组均显著下降(P＜0.001)，试验组低于对照组(P＜0.05)。见表3。

表3 干预前后两组患侧足偏角比较 单位：°

2.2 冲量

干预前两组间无显著性差异(P＞0.05)。干预后，两组足跟内侧区和足跟外侧区显著增加(P＜0.001)，试验组显著高于对照组(P＜0.001)；两组中足区、前足中部区和前足外部区明显减少(P＜0.01)，试验组前足中部区和前足外部区少于对照组(P＜0.01)；试验组前足内侧区、足趾区明显减少(P＜0.01)，但与对照组无显著性差异(P＞0.05)。见表4～表10。

表4 干预前后两组足跟内侧冲量百分比比较 单位：%

表5 干预前后两组足跟外侧冲量百分比比较 单位：%

表6 干预前后两组中足冲量百分比比较 单位：%

表7 干预前后两组前足内侧冲量百分比比较 单位：%

表8 干预前后两组前足中部冲量百分比比较 单位：%

表9 干预前后两组前足外部冲量百分比比较 单位：%

表10 干预前后两组足趾冲量百分比比较 单位：%

3 讨论

60 岁前，人们的足偏角无显著性差异[18]。足偏角变化与下肢健康状况有关，股骨颈扭转、膝骨关节炎和足底疾病等都会影响足偏角[19]；进行足偏角分析可以定量评价膝骨关节炎对步态的影响[20]。本研究显示，康复训练可减少ACLR后健、患侧足偏角。

曹方园等[16]发现，跑步中外“八”字时，地面反作用力对胫骨冲击可能增加胫骨应力性骨折的风险。体表感觉训练时，患者通过注意、记忆和思考等认知任务，促进功能恢复。健侧足偏角未发现两组间显著性差异，可能与体表感觉训练针对踝关节矢状面关节位置觉训练较多，对水平面关节位置觉训练较少等有关。

虽然ACL损伤及手术重建未对踝关节和足底造成损伤，但膝、踝关节间存在偶联机制，彼此之间相互影响。跟骨外翻时，足旋前并引发胫骨内旋；跟骨内翻也会引起足旋后、胫骨外旋；同样，胫骨旋转也会引起跟骨的适应性改变。步行时，支撑腿从足跟着地开始到全足着地前表现为足旋前、胫骨内旋，全足支撑到足趾离地表现为足旋后、胫骨外旋[21]。黄红拾等[22]发现，ACLR 后，随着功能恢复，步行时动态足底压力显著改善，足跟触地阶段双侧对称性得到改善。本研究干预前后均选择同一速度测量，患者体质量无变化，可以不考虑速度和体质量对足底动力学的影响。

本研究发现，康复训练可使患者足跟区冲量增高，跖趾关节区冲量降低，从而纠正ACLR 后异常的足底动力学分布。以前的研究表明[23-25]，常规康复训练可以纠正ACLR 后步行过程中异常的足底动力学分布，但和健康成年人相比仍然存在差异。ACLR 后，患者支撑相初始触地相时间减少、全足支撑相时间增加[23]，与本研究相符。ACLR 患者常表现股四头肌逃避步态，支撑相中期膝关节屈曲减少、髋关节屈曲增加，身体质心前移，因此前足压力上升，足跟压力下降。跖趾关节压强过大与跖趾关节活动度降低和背屈角度增加有关[26-27]。ACLR 患者存在蹬离不足现象，主要表现为跖趾关节活动度不足、足趾离地时背屈角度增大等，这导致第一跖趾关节下压强增大。为避免足跟处受到冲击、减轻疼痛，患者质心前移，形成脚掌支撑的行走方式。这种步态在膝关节疼痛患者及膝、髋关节骨性关节炎患者中均有发现[28-29]。常规康复训练针对踝关节的训练集成于平衡、步态和本体感觉的训练中，并未对踝关节跖屈和背屈进行训练。

脑卒中患者进行CTE的浅感觉辨别任务训练，可改善其平衡功能[30]；健康男性和老年人进行浅感觉辨别任务训练，可降低姿势晃动程度，提高平衡功能[31-32]。Nakano 等[33]对老年人足部进行浅感觉辨别任务训练，可有效增加步行的姿势稳定性。Park[13]对老年人足部进行浅感觉辨别任务训练，发现计时起立-行走测试时间减少，跌倒疗效量表评分改善。体表感觉训练的任务5～8 针对不同髋、膝关节位置下的踝关节进行接触课题及空间课题，激活对踝关节的认知，改善步行中足底动力学分布。

总之，体表感觉训练联合常规康复训练，可进一步改善ACLR 后患者步行中的足偏角和足底力学分布，有利于足底各区域负荷模式正常化，一定程度改善患者的步行功能。

本研究未进行性别区分，后续研究应分析体表感觉训练效果是否受性别影响；同时应增加评定指标，进一步分析疗效。

利益冲突声明：所有作者声明不存在利益冲突。