下肢矫形器在运动损伤中的应用现状

蔡丽飞,曹学军

矫形器又称支具,是装配于人体外部,通过力的作用,以预防、矫正畸形,补偿功能和辅助治疗骨关节及神经肌肉疾患的体外使用装置的总称。随着矫形外科、康复医学及现代高分子材料学、生物力学的发展,矫形器的研发、制作、装配取得了很大进步,矫形器的应用范围也越来越广。本文主要对下肢矫形器在运动损伤治疗与预防中的影响进行综述。

1 运动损伤与矫形器

运动损伤是指在运动中发生的损伤,多与体育运动项目的技、战术动作、训练水平、运动环境与条件等因素有关[1]。下肢运动损伤主要为骨折、韧带损伤、软骨病等,例如距腓前韧带损伤、髌腱末端病、踝关节韧带断裂和不稳、髌骨软骨病、踝关节骨折及侧副韧带损伤、胫腓骨骨折、膝韧带损伤、半月板损伤等。

下肢矫形器有多种分类,Rovere等根据矫形器的作用将矫形器分为3大类:康复性、功能性和预防性矫形器[2]。康复性矫形器主要应用于运动损伤或手术后康复训练过程,保护受伤部位、促进运动功能恢复;功能性矫形器是在运动损伤或手术后确保运动员能够重返比赛,避免受伤部位再次受伤;预防性矫形器主要用于保护正常部位避免发生运动损伤。用于运动损伤下肢矫形器的主要作用是辅助或部分替代下肢承重,固定、制动病损肢体以及预防和矫正畸形。随着近年来新技术的发展,下肢矫形器增加了许多品种。现代临床常用的矫形器包括数字卡盘调节式、膝关节前/后交叉韧带(ACL/PCL)重建专用、足踝真空固定矫形器等[3]。

数字卡盘调节式矫形器可用于膝关节半月板损伤治疗和术后康复;韧带损伤的治疗,术后制动;膝骨关节炎的辅助治疗,以及膝关节滑膜病变,滑膜炎的治疗和手术后康复。膝关节手术后的康复要求膝关节损伤或手术部位相对固定,而关节的正常部位保持运动功能,加强肌力,以促进滑液循环代谢,保证关节软骨的营养供应,并增强动、静力稳定结构的功能,防止并发症。数字卡盘调节式矫形器的设计与应用满足了这一要求[4-5]。

膝关节前交叉韧带的功能是防止膝过伸和胫骨前移,对抗内、外翻应力,防止膝关节过度内外旋转[6]。前交叉韧带重建专用支具符合这一生物力学特点。PCL术后专用矫形器与ACL专用矫形器类似,主要起到防止胫骨后移的作用。

2 下肢矫形器在运动损伤中的生物力学原理

矫形器功能是固定与保护、预防和矫正畸形、减轻体重和改善功能。运动损伤中矫形器主要的功能通常作为辅助治疗和预防手段。矫形器生物力学原理主要是固定、矫正、免荷、补高。谭先军在下肢矫形器原理剖析中详细分析了矫形器生物力学原理,其中固定、矫正及免荷功能在运动损伤中最常用到[7]。

2.1 固定 目标是完全限制肢体某节段(或关节)的运动-静置;限制关节非正常、非生理性的运动,允许正常的生理性运动——运动导向。原理是成对三点力作用。常用于骨折、膝关节不稳等。要求不影响固定范围之外的关节功能。但是周大伟等认为,固定实际上也对患者本身相关肢体的其他各个关节运动角度和力矩产生一定影响[8]。

2.2 矫正 生物力学上是将非生理的力学关系转变为或接近生理的力学关系,将非生理的对线转变为生理对线或接近生理对线。利用三点力原理,作用力的大小、方向、位置,作用力的杠杆臂长度都会影响矫形器矫正作用。

2.3 免荷 减轻肢体某节段骨骼(关节)的轴向负重,在需要免荷部位的上部对肢体进行支撑达到免荷目的。在克服重力对骨关节产生负荷作用的同时,一定要避免肌力对骨关节的负荷作用。对骨关节免荷的同时必须限制该节段的运动。限制运动一方面可以防止运动产生的磨擦负荷,一方面可以防止肌肉活动,避免产生附加肌力。主要应用于踝部骨折。

3 矫形器在运动损伤中的作用机制

Maitland认为,没有科学的理论原理支持矫形器能够提供关节稳定性,ACL缺损应用矫形器是否有效果还存在争议,在测试中并没有发现膝关节功能性矫形器能够减少胫骨前移,尤其是在高负荷或突然承受负荷时,因此,膝关节功能性矫形器并不能够给ACL缺损膝提供机械性固定[9]。在给尸体膝关节外侧施加压力时测量ACL拉长的长度,结果显示,穿矫形器者与不穿矫形器者没有显著性意义。但Beynnon等在从坐到站等活动中直接测量研究发现,ACL矫形器无论是在膝关节负重还是不负重情况下都能显著降低胫骨内外旋扭矩,从而有效地保护膝关节前交叉韧带[10]。Swirtun等也认为,膝关节功能性矫形器对于急性ACL损伤保守治疗的患者可以减少膝关节的不稳定性、减轻疼痛、促进早期康复[11]。造成这种差异的原因可能是研究条件和方法的不同。

Cordova等认为,在使用踝关节矫形器后能促进腓骨长肌牵张反射,可能产生神经肌肉适应性,从而减少腓骨长肌对踝关节的动态支持[12]。Matthew等研究了踝关节矫形器预防动态强迫踝内翻的效果,结果显示,踝关节矫形器能有效地预防踝关节过度内翻并提高运动员的运动成绩[13]。Boyce等比较了踝关节内翻扭伤后应用弹力绷带和充气的踝关节矫形器(aircast ankle brace)对踝关节功能的影响,结果显示伤后10 d和1个月,应用充气的踝关节矫形器比应用弹性绷带能显著改善踝关节功能[14]。由此可见,踝矫形器的作用已得到一致肯定,但对于使用类型和时间等方面还有待进一步研究。

Stefanyshyn等认为,现在的一些新的理论,比如降低肌肉活动、较少关节载荷和增加缓冲被认为是足矫形器对运动损伤的潜在功效,但是若要发表还需要更多数据支持[15]。许多生物力学和肌电图(EMG)研究致力于调查穿矫形装置运动时下肢运动学、力学和肌肉肌电图的变化。然而这些研究存在一些方法学差异。Ferber认为,足矫形器在过运动损伤治疗中是有效的[16]。但是,这些实验在足矫形器对下肢运动力学影响机制的研究方面结论互相矛盾。Hume等强调评价足矫形器在下肢损伤治疗和预防的临床效用的重要性,认为由于评价差异或研究方法不科学造成各文献对足矫形器效用不同的结论[17]。

4 总结

国外将现代矫形器应用于运动损伤康复中始于上世纪70年代初,而国内相对晚了近20年[18]。国外现在对于下肢矫形器在运动损伤治疗与预防的影响是有争议的,这种争议主要由于研究方法、环境等差异造成,一些科学家提出要重视此方面的研究、统计方法,这对评价矫形器在运动损伤中的效用很重要。在我国,虽然矫形器的优点已逐步被临床骨科、康复医学科和矫形外科医师所认识和接受,主要应用于临床神经康复和骨科康复领域,许多报道对此都进行了较全面的论述[19-21],但对于基础理论及作用机制研究很少。

[1]曾小娥,吕雯.运动损伤研究现状综述[J].科技信息,2008,7:196-197.

[2]Rovere GD,Curl WW,Browning DG.Bracing and taping in an office sports medicine practice[J].Clinics Spo rts Med,1989,8(3):497-515.

[3]李敏杰,王予彬.现代康复支具在运动创伤治疗中的应用[J].中国运动医学杂志,2003,22(2):200-203.

[4]王予彬,王惠芳,刘威,等.数字卡盘调节支具在膝关节康复中的应用[J].中华物理医学杂志,1998,3(20):57-58.

[5]王予彬.膝关节外科与关节康复的临床研究动态[J].现代康复,2000,1(4):6-7.

[6]Solomonow M.Knee bracing after ACL reconstruction[J].Arch Phys Med Rehabil,2001,82(5):709-710.

[7]谭先军.下肢矫形器原理剖析[J].社会福利,2003,1:54-56.

[8]周大伟,杨建坤.固定式踝足矫形器对下肢的影响[J].中国康复医学杂志,2006,21(9):829-831.

[9]Maitland ME.On"Is there evidence that bracing could provide adequate stability for a 47-year-old man with a deficient anterior cruciate ligament to resume down hill skiing?"[J].Phys Ther,2004,84(9):859-860.

[10]Beynnon BD,Johnson RJ,Fleming BC,et al.The effect of functional knee bracing on the anterior cruciate ligment in the weig ht bearing and non weight bearing knee[J].Am J Sports M ed,1997,25:353-359.

[11]Swirtun LR,Jansson A,Renströ m P.T he effects of a functional knee brace during early treatment of patients with anonoperated acute anterio r cruciate ligamenttear:A prospective randomized study[J].Clin J Sport Med,2005,15(5):299-304.

[12]Cordova M L,Ingersoll CD.Peroneus longus stretch reflex amplitude increases after ankle brace application[J].Bri J Sports Med,2003,37(3):258-262.

[13]Matthew L,Boylan JP,Ashton-Miller JA,et al.T he effect of ankle braces on the prevention of dynamic forced ankle inversion[J].Am J Sports Med,2003,31:935-940.

[14]Boyce SH,Quigley M A,Campbell S.Management of ankle sprains:a randomized controlled trail of the treatment of inversion injuries using an elastic support bandage of an aircast ankle brace[J].Br J Sports Med,2005,39:91-96.

[15]Stefanyshy n DJ,Hettinga BA.Running injuries and orthotics[J].Inter Spo rt Med J,2006,7(2):109-119.

[16]Ferber R.The influence of custom foot o rthoses on lower extremity running mechanics[J].Inter Sport Med J,2007,8(3):97-106.

[17]Hume P,Hopkins W,Rome K,et al.Effectiveness of foot orthoses for treatment and prevention of lower limb injuries-A review[J].Sport Med,2008,38(9):759-779.

[18]陈建.矫形器在运动损伤康复中的应用进展[J].中国康复医学杂志,2008,23(4):384-386.

[19]赵辉三.矫形器在康复医学中的作用[J].中国矫形外科杂志,1997,4(6):517-518.

[20]杜雁,王安庆,刘克敏,等.矫形器在骨科康复中的应用[J].中国康复理论与实践,2007,13(8):772—774.

[21]范清宇.矫形器在骨科临床康复领域中的应用进展[J].现代康复,2001,5(9):5-7.