余 浩，張錦明

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院康復(fù)科，哈爾濱 150001)

下肢骨折是骨科最常見的疾病之一，科學(xué)指導(dǎo)下肢骨折術(shù)后早期負(fù)重訓(xùn)練對促進(jìn)恢復(fù)非常重要。下肢骨折后制動能夠減輕局部受損組織的疼痛和腫脹，促進(jìn)受損組織的自然修復(fù)過程，降低病情不穩(wěn)定時進(jìn)一步發(fā)生損傷的風(fēng)險，但是臥床制動也會帶來一系列不利影響。臥床制動會引起失用性肌萎縮、肌力減退，導(dǎo)致運(yùn)動障礙，早期進(jìn)行肢體活動訓(xùn)練和肌力訓(xùn)練有利于減輕此類障礙[1]。長期臥床制動還可能導(dǎo)致深靜脈血栓和骨質(zhì)疏松等一系列并發(fā)癥，盡管臨床上有充分的理由應(yīng)用制動措施，但是往往忽略其可能導(dǎo)致繼發(fā)功能障礙，影響治療和康復(fù)進(jìn)程[2-3]。生物力學(xué)和動物研究表明，早期給予骨折部位適當(dāng)?shù)膽?yīng)力有利于骨折愈合[4]。早期負(fù)重訓(xùn)練可以促進(jìn)骨折愈合、改善患者步行功能、加快恢復(fù)速度[5-6]。研究顯示在目前的負(fù)重訓(xùn)練方法下，患者負(fù)重訓(xùn)練的依從性較差，如何在早期進(jìn)行有效的負(fù)重訓(xùn)練是臨床待解決的問題[7-8]?，F(xiàn)就負(fù)重促進(jìn)骨折愈合的機(jī)制及早期負(fù)重訓(xùn)練方法的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 早期負(fù)重訓(xùn)練促進(jìn)骨折愈合的機(jī)制

1.1負(fù)重對骨折愈合的作用 骨折愈合是一個繁雜的生物修復(fù)過程，受血液供應(yīng)、損傷程度、機(jī)械應(yīng)力刺激等許多因素的影響，其中機(jī)械應(yīng)力刺激是最重要的因素之一，而骨折骨痂的機(jī)械刺激最常見的作用方式是負(fù)重。生物力學(xué)研究表明骨折部位的局部機(jī)械環(huán)境在骨折愈合過程中起重要的調(diào)節(jié)作用[9]。正常骨骼處于不斷的重塑狀態(tài)，破骨細(xì)胞破壞骨基質(zhì)，成骨細(xì)胞形成新骨。骨量是通過成骨細(xì)胞骨形成和破骨細(xì)胞骨吸收之間的動態(tài)平衡來維持的。骨重塑是一個連續(xù)的過程，其中由于成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的相對活性導(dǎo)致骨物質(zhì)被保留或丟失，而機(jī)械刺激是保持骨骼完整的關(guān)鍵。負(fù)重可以促進(jìn)成骨細(xì)胞的功能，缺乏機(jī)械刺激，如太空飛行或長時間的臥床休息都可能導(dǎo)致骨質(zhì)疏松，因此機(jī)械刺激對于保持骨骼完整和骨骼質(zhì)量必不可少[10]。

1.2機(jī)械應(yīng)力刺激促進(jìn)骨折愈合的機(jī)制 研究表明應(yīng)力刺激可以促進(jìn)骨折的愈合，但促進(jìn)骨折愈合的機(jī)制尚不十分清楚，機(jī)械應(yīng)力刺激一方面可以刺激成骨細(xì)胞，促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖、分化和分泌細(xì)胞外基質(zhì)[11-12]，另一方面也可以作用于骨骼微環(huán)境，引起局部生長因子的釋放，促進(jìn)骨折端血管的生成[13]。Schwarz等[14]研究應(yīng)力對大鼠股骨骨折愈合的影響，將骨痂組織標(biāo)本和對照組分別分為機(jī)械負(fù)荷組和無負(fù)荷組，機(jī)械負(fù)荷組手術(shù)后即刻開始體內(nèi)加載，每周持續(xù)1次，每周1次，分別于術(shù)后2、4、6周用微型CT分別對新形成的骨痂組織進(jìn)行定量評價，并于術(shù)后6周進(jìn)行組織學(xué)分析。結(jié)果顯示在應(yīng)力刺激下，術(shù)后6周組織學(xué)顯示機(jī)械負(fù)荷組骨折端新生骨組織量較無負(fù)荷組骨組織量明顯增多。Shadmehr等[15]研究機(jī)械應(yīng)力對大兔骨折愈合的早期影響，實(shí)驗組術(shù)后1～3周施加機(jī)械應(yīng)力刺激(0.5 Hz，每次15 min)，對照組動物不受機(jī)械應(yīng)力刺激，結(jié)果顯示機(jī)械應(yīng)力刺激不僅能夠促使骨痂的增長，而且能夠增強(qiáng)骨痂的質(zhì)量。

1.2.1機(jī)械刺激對骨折端血管生成的影響 骨折愈合過程中機(jī)械環(huán)境影響組織血管化，機(jī)械刺激可以促進(jìn)骨折端早期血管生成，對內(nèi)皮細(xì)胞和血管生成有直接影響。血管生成被認(rèn)為是治療骨折的關(guān)鍵。血管功能的損害與骨折愈合的失敗(例如骨不連、延遲愈合)之間有很強(qiáng)的相關(guān)性[16-18]。Hausman等[16]研究血管生成抑制劑TNP-470對骨折愈合的影響，用血管再生抑制劑復(fù)合物TNP-470作用于小鼠后導(dǎo)致小鼠骨折不愈合。Takeda等[17]研究不同類型應(yīng)力刺激對大白鼠骨折愈合早期的影響，實(shí)驗將大白鼠分為實(shí)驗組(應(yīng)力刺激組)和對照組(不加任何機(jī)械刺激)。在骨折后3 d，兩組均觀察到骨折間隙血腫和明顯的炎癥細(xì)胞聚集，7 d后實(shí)驗組的炎癥細(xì)胞聚集得更為明顯，骨折后14 d實(shí)驗組骨痂量明顯多于對照組。Boerckel等[18]以大鼠節(jié)段性骨缺損修復(fù)為背景，研究了體內(nèi)機(jī)械負(fù)荷對新生血管生長及組織再生的影響，體內(nèi)機(jī)械負(fù)荷對新生血管生長和組織形成有調(diào)節(jié)作用。分別在術(shù)后(早期組)與4周后(晚期組)給予應(yīng)力負(fù)載，晚期應(yīng)力組骨生成增加，且血管的量明顯多于制動組。這些數(shù)據(jù)共同顯示了新生血管網(wǎng)的機(jī)械敏感性，并突出了生物力學(xué)刺激調(diào)節(jié)新生血管生長和重建的能力。適當(dāng)?shù)膽?yīng)力刺激可促進(jìn)毛細(xì)血管的生成，為骨折斷端修復(fù)提供所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，升高損傷局部組織氧含量。隨著毛細(xì)血管的生長，間充質(zhì)干細(xì)胞在應(yīng)力刺激和有氧環(huán)境下增殖分化為成骨細(xì)胞，進(jìn)而促進(jìn)骨折愈合[19]。

1.2.2機(jī)械信號在骨細(xì)胞中的傳遞機(jī)制 機(jī)械刺激可以調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞的各種生理功能，并通過細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和基因誘導(dǎo)增強(qiáng)成骨細(xì)胞的活性，包括基因誘導(dǎo)、蛋白質(zhì)合成、增殖和分化，了解細(xì)胞水平的機(jī)制轉(zhuǎn)導(dǎo)是了解骨折愈合的關(guān)鍵。骨是一種動態(tài)的黏彈性組織，對機(jī)械應(yīng)力刺激非常敏感，骨細(xì)胞的機(jī)械受體包括骨細(xì)胞膜和細(xì)胞骨架上的整合素，并且骨間隙的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以直接或間接地感測到組織水平的應(yīng)變。在成骨細(xì)胞及破骨細(xì)胞遇到應(yīng)力刺激后，開始在骨細(xì)胞中進(jìn)行機(jī)械信號轉(zhuǎn)化過程。將骨細(xì)胞接收的機(jī)械信號轉(zhuǎn)化為生化信號，誘導(dǎo)細(xì)胞生化效應(yīng)，促進(jìn)細(xì)胞增殖和分化[20]。在骨折愈合過程中，應(yīng)力可以刺激骨細(xì)胞，使細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流，促進(jìn)前列腺素E2及一氧化氮釋放。前列腺素E2促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖和分化，增加堿性磷酸酶的活性和促進(jìn)膠原纖維的形成。一氧化氮通過抑制破骨細(xì)胞活性減少骨吸收，并促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞生成，增加骨折端的血液供應(yīng)，從而促進(jìn)骨折愈合[21]。

2 早期負(fù)重訓(xùn)練的方法

早期負(fù)重訓(xùn)練包括觸地負(fù)重和部分負(fù)重，觸地負(fù)重定義為體重0%～20%的負(fù)重量，部分負(fù)重定義為體重20%～50%的負(fù)重量[22]。早期負(fù)重訓(xùn)練是下肢骨折術(shù)后康復(fù)階段的一項基本原則。一般在術(shù)后兩周即給予患者早期負(fù)重訓(xùn)練，對于手術(shù)固定良好、身體條件允許的也可術(shù)后立刻開始進(jìn)行部分負(fù)重訓(xùn)練。根據(jù)患者手術(shù)處理情況及醫(yī)師判斷開始進(jìn)行觸地負(fù)重并逐步增加負(fù)重量達(dá)到部分負(fù)重，最終達(dá)到完全負(fù)重。患者的部分負(fù)重處方根據(jù)骨折類型、損傷程度和臨床醫(yī)師的經(jīng)驗不同而有差異[23]。雖然早期負(fù)重是骨折患者康復(fù)中的一項常見建議，但患者對早期負(fù)重訓(xùn)練的依從性受到許多因素的限制，包括醫(yī)師或物理治療師指導(dǎo)患者的能力、準(zhǔn)確評估患者安全負(fù)重的量及有效的負(fù)重訓(xùn)練方法。

然而,在目前的負(fù)重訓(xùn)練方法下，早期負(fù)重訓(xùn)練的效果并不理想[24]。在負(fù)重研究中仍有兩個問題未得到解答：①負(fù)重處方問題。如何設(shè)計負(fù)重處方已獲得最佳臨床效果。②負(fù)重訓(xùn)練方法問題。如何設(shè)計訓(xùn)練方法以使患者遵守負(fù)重處方指示，達(dá)到有效的訓(xùn)練效果。研究人員和臨床醫(yī)師一直在努力確定最佳的負(fù)重處方，但迄今為止，還沒有針對特定臨床條件下負(fù)重處方的大型標(biāo)準(zhǔn)化臨床試驗。這很可能與手術(shù)技術(shù)快速發(fā)展和手術(shù)材料的不斷更新，使得常規(guī)術(shù)后的康復(fù)程序發(fā)生改變,以及部分負(fù)重訓(xùn)練方法也在不斷改進(jìn)有關(guān)。

2.1傳統(tǒng)部分負(fù)重訓(xùn)練方法 傳統(tǒng)部分負(fù)重訓(xùn)練方法包括物理治療師口頭指導(dǎo)和使用電子秤訓(xùn)練?？陬^指導(dǎo)是物理治療師經(jīng)常使用一種臨床訓(xùn)練方法，也是最原始的方式，一般由治療師將手放在患者腳下來估測患者的負(fù)重量。由于易于應(yīng)用，目前是最常使用的方式。另一種常用的訓(xùn)練方式是利用電子秤訓(xùn)練，醫(yī)師根據(jù)臨床經(jīng)驗確定安全負(fù)重量，患者健側(cè)下肢站于等高(和電子秤等高)墊上，患側(cè)站于電子秤上，訓(xùn)練開始前身體重心完全在健側(cè)，根據(jù)治療師指令緩慢將重心向患側(cè)移動，當(dāng)達(dá)到安全負(fù)重量時，囑患者保持?jǐn)?shù)秒，并同時感受足底壓力。患者自身訓(xùn)練時，可根據(jù)壓力值決定重心的轉(zhuǎn)移程度。若訓(xùn)練熟練后，可離開電子秤，拄拐自行行走，患肢支撐負(fù)重時，按照體重秤上訓(xùn)練的感覺轉(zhuǎn)移重心讓足底壓力控制在安全范圍之內(nèi)以避免過度負(fù)重產(chǎn)生損傷。在進(jìn)行患肢步行訓(xùn)練時單純依靠在電子秤上訓(xùn)練的感覺來判斷，依然有很高的主觀性和不穩(wěn)定性。相關(guān)研究也表明當(dāng)使用口頭指導(dǎo)的方法和體重秤時，患者無法準(zhǔn)確遵循部分負(fù)重的重量[25]。這種不確定性大大影響了患者對負(fù)重訓(xùn)練的依從性及訓(xùn)練效果，針對上述兩種訓(xùn)練方法的缺陷，新的部分負(fù)重訓(xùn)練方法及設(shè)備也在研究中。

2.2壓力平臺訓(xùn)練方法 壓力平臺是生物力學(xué)實(shí)驗中最重要的測量設(shè)備，是一種價格昂貴、精度高的測量裝置。在步行過程中，壓力平臺可以準(zhǔn)確測量外力，并在訓(xùn)練患者遵守部分負(fù)重指示方面比體重秤或治療師的經(jīng)驗估測更準(zhǔn)確。然而，由于費(fèi)用昂貴及不可移動，大多數(shù)壓力平臺僅限于實(shí)驗室研究使用，無法實(shí)現(xiàn)臨床廣泛應(yīng)用[26]。

2.3反饋技術(shù)在負(fù)重訓(xùn)練中的應(yīng)用 為了克服傳統(tǒng)部分負(fù)重訓(xùn)練方法的缺陷，保證負(fù)重訓(xùn)練的安全有效性，研究者設(shè)計了足底壓力測量方法，該法屬于足底壓力的間接測量方法，利用智能拐杖，通過拐杖底部的壓力傳感器測量負(fù)重量，用自身的身體重量減去拐杖下的壓力值來間接測量出患側(cè)肢體的負(fù)重量。這種方法可以在行走時實(shí)時監(jiān)測下肢的準(zhǔn)確負(fù)重量，但是不夠直觀，使用起來不方便[27-28]。研究者設(shè)計了更好的動態(tài)情況下的足底壓力監(jiān)測方法，利用智能足底壓力鞋墊，通過壓力鞋墊直接測量出下肢的具體負(fù)重量，該方法具有準(zhǔn)確、直觀、方便的優(yōu)點(diǎn)[29]。

下肢負(fù)重量測量和負(fù)重信息的即刻反饋對于負(fù)重訓(xùn)練的安全有效性十分重要。為此在壓力測量的基礎(chǔ)上加入了負(fù)重信息反饋裝置，常用的反饋系統(tǒng)類型有視覺反饋(小型電子屏幕顯示負(fù)重值)、聽覺反饋(超過負(fù)重量發(fā)出警報聲)、觸覺反饋(超過負(fù)重量時反饋裝置震動)。負(fù)重信息反饋裝置和壓力測量鞋墊結(jié)合起來的智能足底壓力反饋系統(tǒng)是目前用于早期負(fù)重訓(xùn)練研究的熱門。

智能足底壓力反饋系統(tǒng)使用方法是訓(xùn)練前設(shè)定好患肢的具體負(fù)重量，患者通過穿上帶有足底壓力傳感器的步行鞋，使用雙杠或者拐杖幫助減輕患肢負(fù)重量進(jìn)行負(fù)重行走，步行時足底壓力傳感器可以直接測量出患肢的具體負(fù)重量，然后信息處理元件會對負(fù)重信息進(jìn)行處理，并通過特定的反饋(視覺、聽覺或者觸覺)元件對負(fù)重信息即刻反饋給患者及治療師?；颊咄ㄟ^所反饋的信息及時調(diào)整患肢的負(fù)重量來保證負(fù)重訓(xùn)練的有效性及安全性，治療師也能根據(jù)反饋的信息對患者進(jìn)行明確的指導(dǎo)。

智能足底壓力反饋系統(tǒng)擁有可以動態(tài)負(fù)重、負(fù)重量客觀準(zhǔn)確、負(fù)重量過量時即刻反饋的優(yōu)點(diǎn)。相對傳統(tǒng)的負(fù)重訓(xùn)練方式，智能足底壓力反饋系統(tǒng)能提供更可靠、準(zhǔn)確和客觀的負(fù)重數(shù)據(jù)[30]。

智能足底壓力反饋系統(tǒng)相比體重秤和治療師手法估量有本質(zhì)性的改進(jìn)。為了確定反饋技術(shù)的相對有效性，研究人員也做了相關(guān)的臨床試驗來證實(shí)其有效性及安全性。結(jié)果顯示利用足底壓力反饋系統(tǒng)訓(xùn)練能使患者更好地遵從部分負(fù)重的指導(dǎo)[31-32]。Braun等[33]通過一種新型的足底壓力測量鞋墊，持續(xù)監(jiān)測各種下肢損傷患者術(shù)后負(fù)重是否符合標(biāo)準(zhǔn)的負(fù)重處方，并確定其可行性。結(jié)果顯示接受傳統(tǒng)的負(fù)重訓(xùn)練方式患者對待負(fù)重處方的依從性較低，而基于測量鞋墊的足底壓力反饋系統(tǒng)用于提高術(shù)后各種下肢損傷的負(fù)重依從性是可行的。Raaben等[34]研究了視覺足底壓力反饋系統(tǒng)對下肢骨折患者負(fù)重的影響，發(fā)現(xiàn)無論是部分負(fù)重還是觸地負(fù)重，患者負(fù)重訓(xùn)練的依從性都很低，使用視覺壓力反饋系統(tǒng)能顯著提高負(fù)重測量的準(zhǔn)確性，并可提高患者負(fù)重訓(xùn)練的依從性。Hershko等[35]將33例骨科手術(shù)患者隨機(jī)分為研究組(使用足底壓力反饋系統(tǒng))和對照組(常規(guī)手法估計)，利用SmartStep系統(tǒng)(一種聽覺足底壓力反饋系統(tǒng))完成10 d的康復(fù)治療，研究組能夠更好地遵從負(fù)重處方。當(dāng)使用這種聽覺足底壓力反饋系統(tǒng)用于指導(dǎo)患者部分負(fù)重時，步態(tài)康復(fù)更加有效，它能夠測量患者在實(shí)驗室外行走時的負(fù)重量并記錄數(shù)據(jù)，在受傷肢體過度負(fù)重即時發(fā)出音頻警告，從而避免過度負(fù)重引起的損傷。這套系統(tǒng)操作簡單，使用方便，能夠更準(zhǔn)確、有效地進(jìn)行患肢負(fù)重訓(xùn)練。Fu等[36]研究評估了一種觸覺足底壓力反饋系統(tǒng)，該系統(tǒng)有一條可以提供震動覺的腰部系帶與足底壓力墊相連接，在負(fù)重訓(xùn)練時負(fù)重量在負(fù)重處方允許的范圍內(nèi)時腰部的系帶會及時發(fā)生震動提醒患者。該研究選取30名健康、無癥狀的參與者，隨機(jī)分為治療師口頭指導(dǎo)組、電子秤訓(xùn)練組和觸覺足底壓力反饋訓(xùn)練組三組。參與者被指示利用拐杖減輕肢體負(fù)重量將下肢負(fù)重限制在25磅(1磅=0.45 kg)以下，設(shè)定可接受的范圍為15～35磅。三組參與者均安裝了鞋底傳感器和反饋系統(tǒng)，但只有觸覺足底壓力反饋組在超過設(shè)定的可接受范圍(15～35磅)時獲得腰帶振動觸覺信號。最終的評估結(jié)果顯示觸覺足底壓力反饋組對于提高下肢部分負(fù)重訓(xùn)練的依從性方面大大優(yōu)于傳統(tǒng)的訓(xùn)練方法。上述研究證實(shí)了足底壓力反饋技術(shù)的有效性及實(shí)用性，具有用于臨床實(shí)踐的最大潛力。

3 結(jié) 語

早期負(fù)重訓(xùn)練是下肢骨折及損傷后促進(jìn)功能恢復(fù)的最有效的措施之一，如何選擇一種安全、有效、實(shí)用的技術(shù)來幫助患者科學(xué)進(jìn)行早期負(fù)重訓(xùn)練是臨床亟待解決的問題。目前的智能足底壓力反饋系統(tǒng)在某種程度上為早期負(fù)重的安全性提供了一定保障，隨著智能技術(shù)的發(fā)展，社會對醫(yī)療需求的變化，特別是分級診療的逐步推進(jìn)，骨折及損傷患者的住院時間會不斷縮短，后續(xù)的功能恢復(fù)會在一級醫(yī)院或家庭中進(jìn)行，而具有智能下肢負(fù)重監(jiān)測、步態(tài)分析功能、借助手機(jī)APP可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的康復(fù)技術(shù)將是實(shí)現(xiàn)醫(yī)療同質(zhì)化的理想載體。