Rehabilitation strategy after anterior cruciate ligament reconstruction using autologous hamstring tendon

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.1045

Abstract

Abstract:

BACKGROUND: Rehabilitation after anterior cruciate ligament reconstruction is critical for the recovery of patients’ daily life and motor ability. However, the strategy of anterior cruciate ligament reconstruction with hamstring tendon as graft remains controversial, because of the decrease of hamstring muscle strength and the long-time of reconstructing blood supply.

OBJECTIVE: To review the rehabilitation methods after anterior cruciate ligament reconstruction using autologous hamstring tendon, and to clarify the status of related methods at home and abroad.

METHODS: The first author retrieved the articles addressing various rehabilitation methods and research progress of rehabilitation of anterior cruciate ligament after hamstring transplantation in the databases of PubMed, MEDLINE, Cochrane, CINAHL and CNKI from January 2002 to June 2018. The key words were “anterior cruciate ligament, anterior cruciate ligament reconstruction, hamstring tendon, rehabilitation, research progress, protective devices, joint movement training, functional training, down time, load, proprioceptive” in English and Chinese, respectively.

RESULTS AND CONCLUSION: The commonly used rehabilitation methods after anterior cruciate ligament reconstruction using autologous hamstring tendon include: (1) wearing early muscle recovery stage protective device, early pain and swelling control are conducive to sports rehabilitation. Load timing, joint activity training and muscle strength, proprioception, gait, and core training have good curative effect. In early-term treatment, we should focus on pain control and keep knee joint in extending position, and keep the stability of the implant. (2) At the middle-stage, we aim at restoring the range of the motion in flexion and extension and gait, and focus on keeping the stability of the implant.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

Key words: Anterior Cruciate Ligament, Tendons, Transplantation, Rehabilitation, Tissue Engineering

CLC Number:

R496

Qin Huasheng, Pan Weimin, Li Ran, Li Xintong, Qu Lei, Zhu Xinrui. Rehabilitation strategy after anterior cruciate ligament reconstruction using autologous hamstring tendon[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2019, 23(4): 628-635.

Figures/Tables 1

2.1 护具的使用由于腘绳肌腱重建前交叉韧带术后移植物在骨隧道外没有骨固定物，术后需要佩戴护具对韧带移植物和膝关节稳定性起保护作用，但术后患者佩戴护具存在一些争议。有研究者对28个护具相关研究进行了系统综述，发现前交叉韧带术后使用护具不会改善疼痛、运动功能，认为目前的文献不支持前交叉韧带术后使用护具[4]。但其研究仅从护具改善膝关节运动功能角度考虑，对于腘绳肌腱重建前交叉韧带患者护具的主要作用是在保持移植物稳定的基础上再进行功能训练。另外有学者认为对于腘绳肌移植的患者建议6-12周的绝对佩戴护具期，如果术后不佩戴护具，患者的胫骨旋转控制能力较差，不利于患者膝关节功能的恢复[5]。术后早期以保护性护具为主，到后期重返运动则以功能性运动护具为主。术后佩戴护具患者可以减少疼痛和防止移植物的应变，并提供过度用力的保护，不会对患者的肌肉力量造成影响[6]。目前尚未见早期佩戴保护性护具导致骨隧道扩大的相关报道，但有研究表明在佩戴护具后手术侧下肢和非手术侧下肢出现运动学和动力学方面的不对称[7]。这可能对患者后期步态康复或运动技能有一定影响。此外有学者还认为佩戴护具后可能导致对疼痛的掩饰。虽然护具的使用目前仍存在争议，但尚未发现任何证据表明患者前交叉韧带术后膝关节的疼痛、活动范围、移植物稳定性与佩戴护具有直接联系。建议今后增加更加优质的随机对照试验进行相关研究。另外市面护具种类繁杂，质量和价格差异较大，建议今后可以进行不同护具之间的对比研究。 2.2 疼痛与肿胀的控制肿胀与疼痛是前交叉韧带术后常见的问题，尤其是腘绳肌腱移植的患者，术后疼痛包括膝关节和腘绳肌疼痛，这种疼痛会极大的限制患者功能恢复，导致患者屈曲功能受到限制，甚至引起关节僵硬和挛缩。这种早期术后的疼痛和肿胀如果没有很好的控制，会造成后期康复难以展开。有研究表明采用局部浸润镇痛相对股神经阻滞可以更有效的缓解前交叉韧带术后的疼痛，达到更好的恢复效果[8]。Secrist等[9]收集了77个关于前交叉韧带术后疼痛控制的随机对照实验，其中14个关于神经阻滞治疗，21个关节腔注射治疗、4个静脉注射治疗、以及口服药物、冷疗等方法，研究结果表明，疼痛区域的神经阻滞和关节腔注射能有效缓解疼痛，冷疗也具有一定疗效，但对于口服药物持保守意见。另一方面使用股神经阻滞虽然能控制疼痛，但是在控制肿胀方面欠佳[10]。除了药物控制以外，肌效贴是运动创伤后改善血液和淋巴循环的一种有效手段。有研究者将肌效贴应用于前交叉韧带重建术后患者的疼痛控制中，选取60例患者分为肌效贴组和对照组，采取疼痛目测类比(VAS)评分。发现术后早期的疼痛肌效贴组是有效的[11]。对于疼痛控制方面有研究表明持续性被动活动可以少量的减少疼痛，但更多的应用于改善关节活动度方面[12]。此外还建议在手术当天或者术后隔天就要预防制动引起的下肢深静脉血栓，并且要开始股四头肌的激活训练，同时还要进行膝关节活动度的练习。在这个过程中要防止疼痛超过患者的忍受范围，可采取视觉评分控制疼痛的程度。 2.3 持续被动运动目前，持续被动运动(continuous passive motion, CPM)是前交叉韧带术后早期常用的训练方法，其被认为可以预防术后膝关节僵硬的发生并促进其功能的恢复。通过预先设定的角度不断无负重屈伸膝关节，维持并改善关节的运动学和生物学性能以预防关节僵硬，增强膝关节功能[13-14]。但有学者认为持续被动运动训练可能导致移植物变性扩大骨隧道，不利于膝关节的稳定性[15]。尤其是腘绳肌重建前交叉韧带的患者，由于没有腱骨固定物，此方法更容易导致移植物不稳定，扩大骨隧道。 Hill等[16]研究了持续被动运动对膝关节术后活动度和疼痛的影响，其纳入了40例膝关节术后患者，随机分为持续被动运动组和对照组，持续被动运动组术后即刻进行48 h的持续被动运动训练，评估其关节活动度和疼痛程度，结果表明使用持续被动运动训练48 h的患者关节活动度和疼痛改善不明显。Witherow等[17]选取了108例前交叉韧带重建术后患者，对其术后立即进行持续被动运动训练，结果发现膝关节活动度和疼痛没有明显变化，而未采用持续被动运动训练的患者虽然活动度没有明显变化，但疼痛程度显著降低了。由此可以推测持续被动运动训练可能延缓了术后康复的进程。从力学角度来考虑持续被动运动与下肢的相对位置，持续被动运动装置与小腿相固定在一起可能会导致膝关节的转动轴心可能与持续被动运动的运动轴心产生一个相对的偏差，这样可能会导致胫骨的相对位移，这种相对位移可能导致骨隧道扩大以及移植物的不稳定。综上，目前持续被动运动装置的成本很高，且疗效并不明确，甚至有扩大骨隧道的可能。作者研究认为，现阶段缺乏足够的证据证明持续被动运动训练应用于腘绳肌腱前交叉韧带重建患者是有效的，反而目前研究都表明持续被动运动对患者膝关节可能有不利影响，因此不建议将其作为早期康复训练的方法。 2.4 早期下地的时机负重训练包含站起和承重两个部分，是腘绳肌腱重建前交叉韧带术后重要的训练内容。研究显示相比于非负重的患者，负重训练能减少患者的疼痛，增强关节的稳定性，提高患者的满意度，并且使患者尽早的返回运动[18]。Tyler等[19]比较了前交叉韧带术后即刻负重和推迟负重对膝关节功能的影响，其选取了49名受试者随机分为即刻负重组和延迟2周负重组，随访6-14个月，评估了关节活动度、关节稳定性、疼痛、表面肌电、Lysholm、Tegner量表、KT1000等，结果显示Lysholm评分、术后疼痛、周围肌肉肌电显著改善。其认为早期负重对稳定性没有明显影响，反而可以通过增强肌肉活动来预防疼痛的发生。前交叉韧带术后早期，移植物所能承受的载荷要小于损伤之前，尤其是腘绳肌腱重建前交叉韧带术后，由于没有骨块固定物，早期更应当以保护移植物稳定性为主。但近年来越来越多的学者认为，虽然早期负重具有较好的效果，但对骨隧道的扩大和移植物的影响不可忽视。不仅可能扩大骨隧道，另外在后期移植物的融合过程中其直径降低，可能增加重建术的失败率。在起立的过程中，膝关节生物力学发生变化，屈曲10°-30°时，前交叉韧带承受的应力最大，而在30°-60°区间，对前交叉韧带的应力逐渐减小，60°时几乎为0，另外膝关节屈曲0°时比60°时前交叉韧带承受的应力载荷要更大[20]。对于腘绳肌腱移植患者，术后由于腘绳肌的疼痛和肌肉力量减退，极易导致移植物损伤，在起立的过程中，膝关节屈曲角度达到10°-30°时，伴随着胫骨前移，可能使前交叉韧带承受更大的应力[21]。因此术后负重的时机应该慎重。承重本身不会对腘绳肌腱移植物造成破坏，主要是屈伸膝负重的过程是膝关节抗重力屈伸的过程。研究表明10°-30°期间前交叉韧带受到负荷较小，到60°时负荷几乎为零。此次研究认为负重的过程是闭链运动(closed kinetic chain, CKC)，相比于关节活动度练习的开链运动(open kinetic chain, OKC)，闭链运动能更好的刺激主动肌与拮抗肌的收缩，提高下肢肌肉的力量，能很好的提高股四头肌的肌力和改善膝关节的关节活动范围。术后早期可在保护移植物稳定性前提下，进行部分的负重训练，在站起过程中需要绝对避免膝关节的内外翻、髋关节的内收以及下肢胫骨的旋转。 2.5 关节活动度关节活动受限是前交叉韧带术后最常见的功能障碍，一般由于术后疼痛肿胀等导致关节粘连活动受限。故前交叉韧带术后应尽快实现膝关节全范围的伸展角度，如果伸展活动度减少可能导致胫股关节和髌股关节的关节活动异常，进而限制膝关节的屈伸，同时还会使关节软骨受力异常产生疼痛，抑制股四头肌的激活。造成关节活动度受限的原因一方面是术后关节活动度训练介入不及时，另外一方面采用腘绳肌腱重建前交叉韧带患者股后肌群疼痛而无法完成屈伸动作。研究表明，术后应使膝关节保持伸展状态，在夜间休息期间严格保证膝关节0°伸展位置，防止屈曲挛缩的形成，关节活动度的练习应该从术后立即开始[22]。现阶段关节活动度的训练主要争议点在于是否采取激进的康复方法。有学者认为术后1周膝关节屈曲角度应该达到90°，膝关节的活动可以降低肿胀程度；到第2周屈曲角度应该达到100°；术后第4周关节活动度应该达到正常活动范围。但这种较为激进的康复极有可能对腘绳肌移植物造成不稳定。Zhu等[23]比较了不同康复方法对腘绳肌腱重建前交叉韧带术后患者膝关节功能的影响，其纳入了45例患者，分别采取保守、激进和适中的康复策略。保守方案是术后8周膝关节屈曲达到90°；激进方案术后2周完全负重，1周膝关节屈曲90°，以后每周增加10°；适中方案2周时活动度到达90°，以后每周增加10°。在干预3，6个月前后及术后1年随访，比较了膝关节运动功能、大腿周长、IKDC评分、骨隧道直径，结果发现激进方案的骨隧道直径明显扩大，且关节活动度和IKDC的改善不如保守和适中方案。这表明腘绳肌腱重建前交叉韧带术后早期不应采用激进的治疗方案。另外江海燕等[24]表明前交叉韧带术后关节活动训练从被动关节活动度练习过渡到助力关节活动度练习。被动关节活动度术后3周伸膝10°，屈膝70°。助力关节活动度术后3周伸膝25°，屈膝70°。术后四五周，主动伸/屈膝：20°/ 80°(第4周)，15°/ 90°(第5周)。被动伸/屈膝：0°/ 90°(第4周)，0°/100°(第5周)；第6周，被动关节活动度伸/屈为0°/110°；第8周，被动关节活动度恢复全范围。其康复方法较为保守。综上，此次研究认为术后早期易采用相对缓和的关节活动训练方案，以保护移植物的稳定和防止骨隧道扩大，在训练过程中动作要轻柔缓慢，避免暴力动作伤害到移植物的完整性。 2.6 膝关节周围肌力训练前交叉韧带术后下肢肌群力量减退严重，股四头肌力下降40%左右，腘绳肌力下降9%-27%[25]。此外受到患侧疼痛以及其他因素的影响，健侧下肢肌肉力量也相应减退，同侧的髋关节和踝关节周围肌力也降低。因此肌力训练必须包括整个下肢力量的训练，早期可以从膝关节周围肌肉训练开始，早期功能性电刺激可以很好的维持肌肉的形态，防止肿胀。Hauger等[26]研究了功能性电刺激对前交叉韧带术后股四头肌的影响，其筛选了11项相关研究进行系统评价，结果表明与常规物理治疗方法相比，功能性电刺激能更好的提高股四头肌力量和身体功能。随着功能的恢复，可以进行开链运动和闭链运动的练习。但一般认为大强度肌力训练是前交叉韧带术后的禁忌，可能导致移植物、关节软骨和周围软组织的损伤，故有学者认为可以采用低强度的开链运动练习联合血流限制，这种训练方法更为患者接受，且效果更好[27]。Hughes等[28]研究了血流限制训练在前交叉韧带术后中的应用，比较了低负荷血流限制运动对前交叉韧带术后和正常人群的影响，血流限制设置为80%的下肢肢体动脉闭塞压，进行4组30%的1RM练习，结果表明这种练习方法能显著降低术后膝关节的疼痛，增强力量。最近也有研究表明，早期激进的力量训练也有助于功能恢复，Lepley等[29]研究了前交叉韧带术后股四头肌离心训练对肌力的影响，其认为对患侧下肢进行早期渐进性的大强度离心训练能有效增加肌肉体积与强度，但早期激进力量训练缺乏更高级别的证据支持。 2.7 本体感觉的训练膝关节高效率的运动功能除了有肌肉骨骼韧带的支持、神经的支配与控制外，还需要良好的本体感觉。而前交叉韧带具有丰富的本体感觉感受器。本体感觉也称深感觉，前交叉韧带术后存在于韧带中的机械感受器损伤，无法正常的感受关节的运动与位置，因此术后对下肢的运动造成极大的影响，其主要影响膝关节的稳定和下肢的平衡功能，使其不能对空间位置破坏作出正确的反应。同时手术中是否保留残存的前交叉韧带也是本体感觉恢复的关键。前交叉韧带术后1周内，可以采用被动挤压膝关节和髌骨的方法进行刺激，随后可以进行负重训练，随着功能的恢复再进行进阶练习。有学者研究了本体感觉训练对前交叉韧带术后患者本体感觉的影响，其方法为睁眼闭眼的站立和步行训练，随着功能的恢复进行平衡板上的本体感觉练习和蹦床上的本体感觉练习，研究者采用等速肌力评价本体感觉，结果显示术后本体感觉的训练能明显改善膝关节功能[30]。在专项恢复的阶段还可以进行负重下的睁眼闭眼练习，睁眼闭眼的重心转移训练、单腿站蹲练习等[31]。研究表明电针治疗有助于恢复本体感觉，Xu等[32]研究了电针疗法对前交叉韧带术后本体感觉的影响，其选取了6只猴作为前交叉韧带术后模型，采用电针治疗前交叉韧带术后的猕猴6周，进行电生理和形态学检查，结果发现电针能有效增加改善猕猴的本体感觉。另外全身震动对前交叉韧带术后本体感觉恢复也有帮助，吴博等[33]研究了全身震动训练对前交叉韧带术后下肢运动控制的影响，其选取了40例前交叉韧带术后患者，分为震动组和空白对照组，震动组采用每周5次，每次10 min，共4周的全身震动训练，结果表明治疗前后膝关节本体感觉显著提升，但研究没有进一步说明其对移植物的影响。 2.8 核心稳定性的训练前交叉韧带损伤不仅与下肢生物力学的改变有关，还与躯干核心稳定性密切关联。在脊柱和骨盆周围有多条肌肉从中穿过，这些肌肉有助于维持核心稳定性，许多高效的动作都需要经由核心区传导与控制才能完成，核心稳定性的降低可能导致下肢损伤的风险增加。研究表明下肢前交叉韧带的损伤与核心肌群的力量降低、本体感觉减退和神经肌肉的控制减弱有关系。因此前交叉韧带重建术后加强核心稳定性的练习有助于预防损伤的再次发生。核心训练的过程主要有3个部分，首先是肌肉募集的训练，其次是核心肌群稳定性训练，最后是核心肌群动态稳定性训练[34]。因此核心训练有助于预防前交叉韧带损伤复发。Khaiyat等[35]将躯干核心肌训练加入到前交叉韧带术后的康复策略中，其纳入了12名女性受试者，其核心训练项目主要包括：①站立位，双手放在臀部，沿着矢状面横向行走；②前凸训练，仰卧位躯干保持直立，髋关节和膝关节屈曲90°，与肩同宽，髋膝踝保持在适当的范围内运动；③坐起训练，仰卧位时屈膝同时抬起躯干45°，躯干与大腿成V字形；④桥式练习，仰卧位屈膝90°，脚放在地面，抬起臀部，膝关节保持中立位，不能内外翻。经过一段时间训练后，腰部核心肌群显著增加，膝关节动态稳定性也有所增加。吴斌等[36]研究了核心力量训练对前交叉韧带术后运动功能的影响，研究共选取80例前交叉韧带术后患者，分为核心训练组和普通康复训练组，核心训练方式采用侧卧推控腿、仰卧挺髋、侧曲卷腹的训练方式。结果表明训练后下肢动态平衡能力显著增加。因此术后核心训练不仅可以有效增强膝关节稳定性，也有利于躯干核心稳定性。但训练不宜在术后早期进行，应在移植物稳定之后，关节活动度达到正常范围再进行核心稳定性训练。 2.9 步态前交叉韧带术后，由于患侧下肢运动功能减退、关节松弛、胫骨旋转和内外翻角度增大导致步行过程中表现出两侧不对称现象[37]，患者表现出膝过伸步态[38]。这可能增加运动损伤或骨性关节炎等疾病的风险[39]，因此对患者步态训练十分重要。前交叉韧带术后不同时期所表现出来的步态是不一样的，早期表现出膝关节屈伸无力、髋内收无力步态，在矢状面和额状面上关节负荷减少。中末期表现出矢状面负荷比健侧降低，在额状面的负荷比健侧大[40]。因此术后要根据不同的恢复时期，采取相应的康复措施。早期应该加强膝关节矢状面和额状面的力量训练，中晚期应该加强膝关节矢状面的力量训练。训练方法方面，早期在保护腘绳肌稳定性的前提下可以进行纠正力线训练。可以通过减重步态训练对患者训练，能够有效提高下肢的运动功能[41]。同时配合下肢的肌力训练，本体感觉和核心训练能够较好的恢复步行能力。此外Nagelli等[42]研究神经肌肉训练方法对前交叉韧带术后髋关节生物力学的影响，纳入了28例运动员，结果发现训练后髋关节屈曲角度增加了14%，其认为与前交叉韧带损伤发生显著相关的髋关节生物力学参数显著改善，这表明神经肌肉控制训练具有积极的影响。Santos等[43]研究了等速离心训练对前交叉韧带重建术后步态功能的影响，其纳入了16名男性前交叉韧带重建术后受试者，进行了12周的30 (°)/s和120 (°)/s的等速离心训练干预，结果表明这种训练方式对步态没有明显的影响。Charles[44]研究了电刺激和离心训练对前交叉韧带重建术后步态功能的影响，结果表明电刺激结合离心训练可以在较为安全的状态下恢复患者的步行功能。有学者研究了虚拟现实技术对前交叉韧带重建术后患者运动模式的影响，其选取了20例前交叉韧带重建和20例正常人，在虚拟环境和非虚拟环境中测试了单腿下蹲动作中膝关节的运动学和动力学参数，前交叉韧带重建在虚拟显示环境中其膝关节的生物力学参与接近正常人的生物力学参数，这说明这种方式有助于患者改变其异常的运动模式[45]。综上，早期的步态训练是十分重要的，但要结合患者的具体情况，在保护移植物的前提下纠正力线并加强肌肉力量训练，采取多样化的训练方式，可以有效改善患者的步态功能与姿势。具体治疗方案此次研究根据相关研究汇总提取见表1。"

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