前交叉韧带重建后Pro-kin平衡系统训练患膝本体感觉和平衡功能的评价

doi:10.12307/2024.208

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

Pro-kin平衡系统：是目前临床康复医学常用的一套利用视觉反馈对人体进行全面动静态平衡训练与评估的系统，其通过为患者提供实时的视觉反馈来使患者及时调整自身姿势的对称性以及重心偏移，最终达到提高患者下肢本体觉、躯干控制能力和关节稳定性的康复效果。
本体感觉和平衡功能：本体感觉即为躯体意识，不仅包括躯体对自身移动的速度与距离的感知，还包括躯体在空间中位置的感觉；平衡功能则包括静态与动态平衡，其是指躯体在受到外力作用或需维持某种姿态时，身体自动调整以维持姿势稳定性的一种能力。本体感觉及平衡功能的减弱会引起姿势反射性不稳，进而影响膝关节功能的康复效果。

背景：Pro-kin平衡系统指导对脑卒中患者的下肢本体感觉及躯干控制功能有较为优良的康复效果，但其对前交叉韧带重建术后患者患膝本体感觉和平衡功能影响的报道较少。

目的：探讨基于Pro-kin平衡系统指导康复训练对膝关节前交叉韧带重建术后患膝本体感觉和平衡功能的影响。
方法：纳入2021年1月至2022年8月海南省中医院收治的84例前交叉韧带断裂重建术后患者，采用随机数字表法分为观察组与对照组，每组42例。对照组患者术后接受常规康复训练，观察组患者术后在接受常规康复训练的基础上给予基于Pro-kin平衡系统指导的康复训练，持续训练8周。训练前及训练结束后，采用Lysholm评分、国际膝关节文献委员会评分评估患者膝关节功能变化，平均负重力量差、轨迹误差、摆动数值及患肢膝关节30°，45°，60°被动成角误差评估患膝本体感觉变化，睁眼、闭眼状态下的运动轨迹面积及长度评估患者平衡功能变化，并调查两组患者对康复训练的满意度。

结果与结论：①训练结束后，两组患者Lysholm评分、国际膝关节文献委员会评分均高于干预前(P < 0.01)，且观察组上述评分高于对照组(P < 0.01)；②训练结束后，两组患者平均负重力量差、轨迹误差、摆动数值均小于干预前(P < 0.01)，且观察组上述指标检测值均小于对照组(P < 0.01)；两组患者患肢膝关节30°，45°，60°被动成角误差均小于干预前(P < 0.01)，且观察组上述被动成角误差均小于对照组(P < 0.05，P < 0.01)；③训练结束后，两组患者睁眼状态下的运动轨迹面积及长度均小于干预前(P < 0.01)，且观察组上述指标检测值均小于对照组(P < 0.05，P < 0.01)；两组患者闭眼状态下的运动轨迹面积及长度均小于干预前(P < 0.01)，且观察组上述指标检测值均小于对照组(P < 0.01)；④观察组患者对干预康复效果的满意度高于对照组(95%，81%，P < 0.05)；⑤结果表明，与常规康复训练相比，基于Pro-kin平衡系统指导的康复训练对前交叉韧带断裂重建术后患者患侧膝关节功能、本体感觉和平衡功能的改善效果更为显著，患者满意度较高。

https://orcid.org/0000-0002-5777-7182(张熙辉)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

关键词: 前交叉韧带断裂, Pro-kin平衡系统, 术后康复, 本体感觉, 平衡功能

Abstract: BACKGROUND: Pro-kin balance system guidance has a relatively excellent rehabilitation effect on lower extremity proprioception and trunk control in stroke patients, but its effect on knee proprioception and balance function in patients after anterior cruciate ligament reconstruction has been less reported.
OBJECTIVE: To investigate the effect of rehabilitation training guided by Pro-kin balance system on proprioception and balance function of the affected knee after anterior cruciate ligament reconstruction.
METHODS: A total of 84 patients who underwent anterior cruciate ligament rupture reconstruction surgery were randomly divided into observation group and control group, with 42 patients in each group. The patients in the control group received routine rehabilitation intervention after surgery, and those in the observation group were given rehabilitation training based on the guidance of Pro-kin balance system. The training in each group lasted for 8 weeks. Lysholm score and International Knee Documentation Committee score were used to evaluate the change of knee joint function before and after the intervention. Average weight-bearing strength difference, trajectory error, swing value and 30°, 45° and 60° passive angulation errors of the affected knee joint were used to evaluate the changes in the proprioception of the affected knee. The area and length of motion trajectory under open and closed eyes were used to evaluate the change of balance function. The satisfaction of patients in both groups with this rehabilitation training was investigated.
RESULTS AND CONCLUSION: After training, Lysholm score and International Knee Documentation Committee score of patients in both groups were significantly higher than those before training (P < 0.01), and the above scores in the observation group were significantly higher than those in the control group (P < 0.01). After training, the average weight-bearing strength difference, trajectory error and swing value of the two groups were significantly lower than those before training (P < 0.01), and the above scores in the observation group were significantly lower than those in the control group (P < 0.01). After training, the passive angulation errors of 30°, 45° and 60° of the affected knee joints in both groups were significantly lower than those before training (P < 0.01), and those in the observation group were significantly lower than those in the control group (P < 0.05, P < 0.01). After training, the area and length of motion trajectory in both groups with eyes open were significantly smaller than those before training (P < 0.01), and the above indicators in the observation group were significantly smaller than those in the control group (P < 0.05, P < 0.01). After training, the area and length of the movement track of the patients in both groups with eyes closed were significantly smaller than those before training (P < 0.01), and the above indicators in the observation group were significantly smaller than those in the control group (P < 0.01). The satisfaction of patients in the observation group was 95, which was significantly higher than 81% in the control group (P < 0.05). To conclude, compared with the conventional rehabilitation training, the rehabilitation training based on Pro-kin balance system is more effective in improving the function, proprioception and balance function of the affected knee joints of patients undergoing anterior cruciate ligament rupture reconstruction, and the patients’ satisfaction is higher.

Key words: anterior cruciate ligament rupture, Pro-kin balance system, postoperative rehabilitation, proprioception, balance function

中图分类号:

张熙辉, 李峥嵘, 李仕能, 邢增宇, 王蛟. 前交叉韧带重建后Pro-kin平衡系统训练患膝本体感觉和平衡功能的评价[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(8): 1259-1264.

Zhang Xihui, Li Zhengrong, Li Shineng, Xing Zengyu, Wang Jiao. Effect of rehabilitation training guided by Pro-kin balance system on proprioception and balance function of the affected knee after anterior cruciate ligament reconstruction[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2024, 28(8): 1259-1264.

图/表（结果） 9

2.1 参与者数量分析按意向性处理分析，84例患者均在对应时间段进行患肢膝关节功能、本体感觉、平衡功能及康复效果满意度的评估，数据全部记录，研究过程中无脱落，并最终进入结果分析。
2.2 研究方案流程图见图1。

2.3 两组患者一般资料对比两组患者的年龄、性别、体质量指数、受伤至手术时间、患侧等一般资料比较差异均无显著性意义(均P > 0.05)，见表1，具有可比性。

2.4 训练前后两组患者膝关节功能变化对比训练前，两组患者Lysholm评分、国际膝关节文献委员会评分比较差异无显著性意义(P > 0.05)；训练结束后，两组患者Lysholm评分、国际膝关节文献委员会评分均明显高于训练前(P < 0.01)，且观察组Lysholm评分、国际膝关节文献委员会评分明显高于对照组(P < 0.01)，见表2。

2.5 训练前后两组患者平均负重力量差、轨迹误差、摆动数值变化对比训练前，两组患者平均负重力量差、轨迹误差、摆动数值比较差异无显著性意义(P > 0.05)；训练结束后，两组患者平均负重力量差、轨迹误差、摆动数值均明显小于训练前(P < 0.01)，且观察组平均负重力量差、轨迹误差、摆动数值均明显小于对照组(P < 0.01)，见表3。

2.6 训练前后两组患者患肢膝关节30°，45°，60°被动成角误差变化对比训练前，两组患肢膝关节30°，45°，60°被动成角误差比较差异无显著性意义(P > 0.05)；训练结束后，两组患者患肢膝关节30°，45°，60°被动成角误差均明显小于训练前(P < 0.01)，且观察组患肢膝关节30°，45°，60°被动成角误差均明显小于对照组(P < 0.05，P < 0.01)，见表4。

2.7 训练前后两组患者睁眼状态下的运动轨迹面积及长度变化对比训练前，两组患者睁眼状态下的运动轨迹面积及长度比较差异无显著性意义(P > 0.05)；训练结束后，两组患者睁眼状态下的运动轨迹面积及长度均明显小于训练前(P < 0.05)，且观察组患者睁眼状态下的运动轨迹面积及长度均明显小于对照组(P < 0.05，P < 0.01)，见表5。

2.8 训练前后两组患者闭眼状态下的运动轨迹面积及长度变化对比训练前，两组患者闭眼状态下的运动轨迹面积及长度比较差异无显著性意义(P > 0.05)；训练结束后，两组患者闭眼状态下的运动轨迹面积及长度均明显小于训练前(P < 0.01)，且观察组患者闭眼状态下的运动轨迹面积及长度均明显小于对照组(P < 0.01)，见表6。

2.9 两组患者对干预康复效果的满意度对比观察组患者对干预康复效果的满意度为95%(40/42)，明显高于对照组的81%(34/42)(P < 0.05)，见表7。

2.10 不良事件两组患者在康复训练过程中均未出现任何不良事件。

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引言

材料方法

1.1 设计随机对照试验，组间对比满足正态分布则选择独立样本t检验，否则选用秩和检验；组间满意度采用χ2检验进行比较。
1.2 时间及地点试验于2021年1月至2022年8月在海南省中医院运动医学科完成。
1.3 对象纳入2021年1月至2022年8月海南省中医院收治的84例前交叉韧带断裂重建术后患者，采用随机数字表法随机分为观察组与对照组，每组42例。患者对治疗知情同意同意，并签署知情同意书。研究已通过海南省中医院伦理委员会批准(批准号：HY20210217)。
纳入标准：①术前行影像学检查确诊为前交叉韧带断裂者；②均接受膝关节镜下自体腘绳肌腱重建手术治疗者；③年龄≥18岁者；④所有患者均志愿参加，其或家属签署知情同意书。
排除标准：①既往存在前交叉韧带断裂史者；②存在手术禁忌证者；③合并后交叉韧带损伤、副侧韧带损伤、膝内外翻者；④合并严重肝、肾功能不全者；⑤合并严重精神疾病，无法正常完成试验者；⑥合并下肢骨折等影响本体感觉疾病者。
样本量计算：采用非劣性试验计数资料例数估计公式，规定两组样本量相等：N1=N2=(Uα+Uβ)2×(1+1/k)×P(1-P)/(Pe-Pc)2，P=(Pe+k×Pc)/(1+k)，Pe为观察组的预期治疗成功率，Pc为对照组的预期治疗成功率，由于两组样本量相等，则k=1，Uα、Uβ为单侧标准正态离差界值，N1为试验组样本含量，N2为对照组样本含量，根据以往文献资料知，Uα=1.644 9
(α=0.05)，Uβ=0.841 7(β=0.2)，Pe=0.97，Pc=0.77，得出样本量：N1=N2=(1.644 9+0.8417)2×2×0.87(1-0.87)/0.22≈35，为确保剔除脱落病例的补充，样本量增加20%，即(35+35)×(100%+20%)≈84例。
1.4 方法
1.4.1 康复训练方法两组患者术后第2天开始均接受为期8周的常规康复干预[7]：①步行训练：患者需在术后4周内借助双拐进行步行训练，术后第5周根据患者恢复情况考虑改用单拐，当患者可无痛或微痛步行时考虑脱拐；②中频电刺激患肢股四头肌：采用MTZ-M型中频电疗仪(购自北京御健康复医疗仪器有限公司)，输出频率参数为1/8-150 Hz(低频调制波)、1-10 kHz(中频载波)，1次/d，20 min/次；③患肢膝关节活动度练习：脚踝底部垫预先杀菌消毒的毛巾，令膝关节悬空，并在医护人员的指导下逐步伸膝至-10°，之后在无痛或微痛下进行膝关节被动屈曲训练，术后2周内进行被动屈曲训练至90°，术后4周内进行被动屈曲训练至120°，术后5周内进行被动屈曲训练至130°，术后8周内进行被动屈曲训练至膝关节活动度正常；④肌力训练：在患肢佩带支具且锁定在0°位的情况下进行直腿抬高训练，站立位弹力带髋内旋、外旋、内收、外展训练，术后第4周开始增加功率自行车训练、靠墙蹲训练，根据患者的疼痛情况对训练强度进行适当调节；⑤肌肉泵训练：每天进行泵踝训练500个；⑥冷敷治疗：上述训练完成后对膝关节进行为时20 min的冰水袋(0-4 ℃)冷敷治疗，1次/d。
观察组患者在在常规康复干预的基础上，从术后第5周开始给予Pro-kin平衡系统指导的康复训练。将Pro-kin平衡仪(型号：PK254型；厂家：意大利Tecnobody公司)的电子平台倾斜角度调至为左、右、前、后个5°-10°，灵敏度参数调至“5”，之后将患者的患肢轻放于平台上，健肢则站立于固定支持台上，根据系统对患者患肢本体感觉进行评估后自动给出的训练方案，在平衡仪的可移动平板上进行对应的本体感觉训练，如混合轨迹单足控制、蛇形单足控制、圆周单足控制、斜线单足控制、直线单足控制等。每组轨迹运动时间调制为3 min，并根据患者患肢肌肉疲劳、膝关节疼痛情况考虑是否添加滑翔机、控球等训练内容。每周训练6 d，1次/d，每次训练时间为30 min，训练至术后第8周结束。
1.4.2 检测指标试验采用单盲法评估，评估者不知晓试验分组及干预情况。由同一位医师于训练前及训练结束后评估两组患者的膝关节功能、本体感觉和平衡功能。
患肢膝关节功能：采用Lysholm评分及国际膝关节文献委员会评分对患者的膝关节功能进行评估[8-9]。Lysholm评分量表包括下蹲、爬楼梯、肿胀、疼痛、交锁、跛行、支撑、关节不稳等8项内容，分值范围0-100分，分值越高代表患者的膝关节功能情况越优良。国际膝关节文献委员会评分量表包括关节活动度、自我评估、临床症状等10个方面调查，满分100分，分值越高代表患者的膝关节功能情况越优良。
患肢膝关节本体感觉：采用Pro-kin平衡仪自带的本体感觉测量系统对患者患侧膝关节进行定量检测，每组指标均重复测量3次后取平均值。①平均负重力量差、轨迹误差：检测时，平衡仪系统会给出备好的轨迹图，患者需提供膝关节发力尽可能快地控制平衡板的倾斜，进而进行对应的轨迹描记，观察并记录患者的平均负重力量差(体现患者对负重力量的控制情况)、平均轨迹误差(体现患者膝关节对躯体运动的控制能力)，平均负重力量差及轨迹误差的值越小，说明患者患膝本体感觉情况越优良。②平均摆动数值：该轮测试需检测患者在6个模式下站立30 s的躯体摆动结果(电脑以图表形式自动生成)，模式包括前后跨步站立在平衡板上、单足站立在平衡板上、双足站立在平衡板上、前后跨步站立在泡沫垫上、单足站立在泡沫垫上、双足站立在泡沫垫上，平均摆动数值越小，说明患者的综合本体感觉越强。③患肢膝关节30°，45°，60°被动成角误差：检测前先用深色不透明眼罩蒙蔽患者的双眼，在确认蒙眼效果后充分暴露患者的患侧下肢膝关节并轻放在关节被动活动机上，以膝关节完全伸直位作为起点，做角速度[2 (°)/s]恒定的被动屈曲运动，分别于屈曲30°，45°，60°位置保持10 s，提醒患者记住目标位置，然后回到起始膝关节伸直位置，再次做角速度[2 (°)/s]恒定的被动屈曲运动，当患者感觉到达目标位置时按下停止按钮，记录重现角度与目标角度的误差值。
平衡功能：采用Pro-kin平衡仪自带的平衡功能测量系统完成对患者平衡功能的定量检测。测试前患者需先光脚站立于测试平台上，人与标志物的距离为1.5 m，先在睁眼状态下做平衡测试，之后再进行闭眼状态下做平衡测试，记录下睁闭眼状态下的运动轨迹面积及运动轨迹长度。每组指标重复测量3次后取平均值，测得的运动轨迹面积及运动轨迹长度值越小，说明患者的平衡功能越优良。
康复效果满意度：采用Likert 5级评分法评估患者对康复干预效果的满意度情况[10]。满意度情况包括非常满意、满意、一般、不满意、非常不满意，总满意度=(非常满意例数+满意例数)/总例数×100%。
1.5 主要观察指标训练结束后，两组患者膝关节功能、患膝本体感觉及平衡功能变化，以及患者对康复训练的满意度。
1.6 统计学分析采用SPSS 25.0(美国IBM公司)建立数据库并对数据进行分析处理。符合正态分布的计量资料以x±s表示，组间比较选用独立样本t检验，组内比较选用配对样本t检验。计数资料以n/%表示，选用χ2检验进行组间差异比较。检验水准α=0.05。该文统计学方法已经海南省中医院生物统计学专家审核。

讨论

膝关节镜下前交叉韧带重建手术是目前临床上治疗前交叉韧带撕裂后恢复其正常生物力学的最好方法，其手术切口较小、对损伤处的骨质破坏相对较少，且可在一定程度上缩短患者的手术时间，减轻患者的痛苦[11-12]。但相关研究表明，病因与手术创伤会破坏了肌腱及韧带上的本体感受器，对患者膝关节的动态平衡功能造成影响，本体感觉的弱化会引起膝关节动态稳定性变差和打软，使患者跌倒及关节再次损伤的风险增加[13]。季程程等[14]的研究结果也提示，在前交叉韧带重建术后相当长一段时间内，患者的本体感觉功能与伤前仍具有较大差距，如这种情况不能及时得到改善容易造成膝关节二次损伤，而本体感觉和平衡功能训练可能使前交叉韧带重建术后患侧膝关节周围神经肌肉活力得到提高，膝关节功能及稳定性得以有效改善，为加速患者术后康复进程提供了良好的基础。因此，如何有效提高前交叉韧带断裂患者重建术后患膝本体感觉和平衡功能，是近年康复医学领域的重点研究方向。此次研究结果表明，相较于常规康复训练，基于Pro-kin平衡系统指导的康复训练对前交叉韧带断裂重建术后患者患侧膝关节功能(Lysholm评分及国际膝关节文献委员会评分)、本体感觉(平均负重力量差、轨迹误差、摆动数值与30°，45°，60°被动成角误差)和平衡功能(睁闭眼状态下的运动轨迹面积及长度)改善效果更为显著，且收获的患者满意度更高。
已有研究表明，改善本体感觉和平衡功能是前交叉韧带损伤患者恢复步态的重要决定因素[15]。赵卫卫等[16]的研究指出，部分前交叉韧带损伤患者在接受重建手术后仍存在步行能力下降、步行稳定性差、本体感觉障碍、膝关节疼痛、活动受限等诸多问题，术后6，12个月内患者的动态平衡控制能力相比于健康人群仍较低。近年较多研究表明，Pro-kin平衡训练在平衡姿势控制及感觉输入等方面具有较好的增强效果，其可通过高效的本体感觉刺激及适时的视觉反馈来优化患者对躯体重心的控制能力，目前已被广泛应用于本体感觉及平衡功能的训练中[17-19]。焦爱菊等[20]的研究表明，在常规康复训练(包括步行训练、核心肌群训练、重心转移、平衡训练等)的基础上加用Pro-kin平衡系统指导训练后，患者的Berg平衡量表评分、计时起立行走测试评分、平均步长改善程度、闭眼状态下的运动长度、睁眼状态下的运动长度和运动椭圆面积均明显优于常规康复训练，其中睁眼状态下的运动长度提高了21.32%、平均步长提高了62.75%。临床实践中相对于平衡板的训练，从对关节运动和自身姿势的调整角度来看，患者采用Pro-kin平衡系统指导训练时更容易从图像反馈中调整自己的训练姿势及重心位置，且能坚持的训练时间更长。Pro-kin平衡系统指导的康复训练患者可根据不同的康复阶段选择相应难度的本体感觉训练，系统中自带的本体感觉训练系统包括本体感觉加强训练、本体感觉巩固训练等不同训练阶段，且在不同的训练内容后配以一两个游戏，将对膝关节的巩固训练模拟到更复杂的场景中，如对滑翔机的控制、控球、滑雪等。研究表明，前交叉韧带损伤患者重建术后在闭眼状态下保持静态平衡非常困难，尤其在矢状面上保持平衡[21]。故此次研究在考虑训练难度及部分患者初期可能对康复训练存在恐惧心理等因素，对观察组患者前4周采用常规康复干预，第5周开始在常规康复干预的基础上给予Pro-kin平衡系统指导的康复训练，循序渐进，使患者更容易接受。此次研究结果显示，干预后观察组患者的Lysholm评分、国际膝关节文献委员会评分、平均负重力量差、轨迹误差、摆动数值均、患肢膝关节30°，45°，60°被动成角误差、睁闭眼状态下的运动轨迹面积及长度均明显优于干预前，且改善程度明显高于对照组，说明基于Pro-kin平衡系统指导的康复训练可有效改善前交叉韧带断裂重建术后患者患侧膝关节功能、本体感觉和平衡功能，且其改善效果要优于常规康复干预，分析原因为：一方面，在前交叉韧带上的本体感受器可为中枢神经系统传导与运动感觉、关节位置觉有关的信号，前交叉韧带断裂患者的脑结构产生可塑性变化，神经肌肉控制能力减弱，视空间信息整合能力下降，患者进行复杂运动时容易出现信息判断失误[22]，而基于Pro-kin平衡系统的本体感觉与平衡功能训练可能会改善脑的可塑性，增强本体感觉的敏感度与兴奋性，且通过平衡系统及视觉信息输入对各种姿势摇摆的动态信息进行及时反馈，躯体对重心的控制能力得到加强，进而使机体的平衡失调状态得到有效改善[23-25]；另一方面，基于Pro-kin平衡系统中储备有多阶段的平衡功能及本体感觉训练方案，患者可根据不同康复阶段选择合适的配套训练方案，循序渐进，逐步提高训练的复杂程度，使患者比较容易接受，且常在训练后增加一两个游戏以提高患者的参与兴趣和专注力，本体感觉、触觉、视觉的联合刺激也会明显影响患者的运动知觉，修复本体感觉及平衡功能，进而加速康复进程[26-27]。此外，此次研究还发现，观察组患者对干预康复效果的满意度为95%(40/42)，明显高于对照组的81%(34/42)，这表明基于Pro-kin平衡系统指导的康复训练可取得令患者较为满意的效果，值得临床加以推广。
综上所述，与常规康复训练相比，基于Pro-kin平衡系统指导的康复训练对前交叉韧带断裂重建术后患者患侧膝关节功能、本体感觉和平衡功能改善效果更为显著，患者满意度较高。同时，研究存在以下不足：为单中心研究且样本量较少，研究结果难免存在人为偏倚，后续有待多中心、样本量充足的研究做进一步验证。中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程