踝关节不稳与本体感觉研究现状

李 坤 综述 王予彬 审校

(同济大学附属东方医院运动医学科,上海 200120)

踝关节损伤后的组织学重建和生物力学功能的恢复一直受到极大的关注。然而,踝关节韧带及周围肌群的相互协调维持着关节的动态稳定,而关节本体感觉的信号传导以及由此产生的有意识的对肌肉的控制或者不自觉的保护性反射活动在调节并维持关节动态稳定的机制中起着重要作用。踝关节退变、创伤常导致膝关节本体感觉的减退甚至缺失,神经肌肉控制的减弱,从而加重关节不稳定。本文总结近年踝关节不稳定及踝关节本体感觉的相关研究,以进一步了解本体感觉在踝关节不稳定中的作用和机制,并探讨其治疗。

1 踝关节不稳定定义的近代诠释

踝关节因其骨骼、韧带等静力性稳定结构特征,易发生外侧踝关节不稳。外侧踝关节不稳分为功能性不稳定和机械性不稳定。Freeman等提出“功能性不稳定”(functional instability,FI),并用以表示患者所诉的足打软或不稳的感觉状态;“机械性不稳定”(mechanical instability,MI)则用于特指韧带松弛。经过数十年的积累,其定义有了进一步的完善：前者指踝关节无解剖结构的松弛,而是本体感觉功能受损,对力量和姿势的控制能力不足,踝关节本身并不超出正常活动范围;而后者则存在外侧韧带或关节囊的松弛,超出正常活动范围[1,2]。

FI和 MI在经常发生踝关节扭伤者中,常常出现一定程度的交叉重叠[3],即功能性不稳定可伴或不伴有机械性不稳定,反之目前则不确定。Hubbard等[4]研究了韧带松弛度、肌力与踝关节稳定性的关系,认为 FI与 MI共同导致慢性踝关节不稳。造成FI的可能原因大致有：①肌肉力量的下降;②踝关节韧带的松驰度增加;③本体感觉接受器的损伤。

2 踝关节不稳定与本体感觉

2.1 本体感觉的基本概念及形态

本体感觉是一种自觉的或不自觉的感受肢体空间位置的感觉,是运动器官本身在不同状态时产生的感觉,包含关节运动觉和位置觉的一种特殊感觉形式。临床中本体感觉主要包括 3个方面的内容：①关节位置的静态感知能力;②关节运动的感知能力(关节运动或加速度的感知);③反射回应和肌张力调节回路的传出活动能力。前两者反映本体感觉的传入活动能力,后者反映其传出活动的能力[5]。

2.2 本体感觉的组织学研究

关节本体感觉由位于肌肉、肌腱、关节囊、韧带和皮肤的感受器发出的信号整合而成。其中肌肉和关节的感受器是关节本体感觉的主要来源。产生位置觉和运动觉的本体感受器包括以下 2种类型：机械性刺激感受器,感受压力和组织变形;伤害性刺激感受器,传递疼痛信息。

作为本体感觉研究重点、目前了解最多的人体组织,Schultz首先描述了前交叉韧带中的机械感受器。而 Freeman和 Wyke在组织学研究中按形态学将机械感受器分为以下四型：鲁菲尼小体、环层小体、高尔基腱器官及游离神经末梢。Friemert等[6]进一步证明这些感受器大部分分布在接近韧带末端与骨连接的部分,感受并向中枢传递关节角度、机械张力、加减速度等信息。Takebayashi等[7]在家兔踝关节外侧副韧带中也发现了丰富的本体感受器,其中 93%的本体感受器集中在韧带的远端和近端。

2.3 踝关节不稳定本体感觉改变的神经肌肉反馈机制

踝关节周围肌腱等稳定结构的完整性对维持踝关节稳定非常重要,肌肉收缩并与韧带联合发生作用,从而对踝关节动态产生抑制作用,限制踝关节活动度,达到维持稳定的目的[8]。踝关节损伤后导致不稳定的一个重要理论就是去传入作用[9],即损伤后神经肌肉反射回路传入信号延迟、减弱,也称为“关节传入阻滞”,1965年由 Freeman等首次提出后,已被广泛接受,特别是作为对受伤后所见到的功能性不稳定的一种解释。而健康人从摇摆晃动过渡到稳定步态或者站立,踝关节需要非常精确的神经肌肉控制。踝关节机械稳定结构和神经肌肉反射回路的改变,被认为是发生反复扭伤的潜在因素,并可以解释为何在只有轻微甚至没有任何外部因素刺激的情况下出现踝关节反复扭伤[10]。踝关节外翻肌无力与功能性踝关节不稳定共存。反复内翻扭伤的踝关节在内翻位时外翻肌和内翻肌的力矩比值下降,损伤踝关节外翻肌在外翻运动初始表现出肌无力[11]。但也有文献[12,13]提出外翻肌肌力减弱和踝关节不稳定并没有相关性,内翻离心肌力、跖屈离心肌力下降在造成功能性踝关节不稳定的过程中才有重要意义。踝关节韧带及周围肌群的相互协调维持着踝关节的动态稳定,而关节本体感觉的信号传导以及由此产生的有意识的对肌肉的控制或者不自觉的保护性反射活动在调节并维持踝关节动态稳定的机制中起着重要作用。躯体感觉传入信息的有意识的感知能力、反射性反应能力以及运动控制信息的传出能力,三者之一出现功能下降,即会出现踝关节不稳定。踝关节不稳定的运动控制的反馈和前馈机制均发生改变[14]。

3 踝关节本体感觉的临床测定

目前,对于关节本体感觉的临床测定,各种方法并未规范、统一,并且各有所长及不足,由此造成研究结果的选择性、敏感性不一,可比性不强。前人对近年来的研究的总结归纳,比较常用且认为有一定作用的大致概括为以下 3种：①关节主动、被动位置重现;②被动运动感知阈值;③体感诱发电位。在踝关节的本体感觉研究中,位置重现和体感诱发电位更为常见。

Noronha等[15]研究了功能性踝关节不稳定患者在进行单腿跳时踝关节内翻角度与位置觉得关系,发现落地时踝关节内翻的控制受位置觉功能的影响。研究中常采用的方法是让受试者踝关节主被动反复模拟设定的内、外翻角度(通常是内翻),通过计算其差值来了解踝关节对自身位置的感知能力。普遍认为被动重现因其肌肉的放松,而可能会使位置觉的感知相对于主动重现更为灵敏。但不论主动还是被动,都应排除视、听觉和其他信号干扰的情况下进行。另外,慢性踝关节不稳侧关节位置觉在与健侧的比较中并没有发现显著的统计学差异[16]。这是否表明踝关节本体感觉也许同前交叉韧带一样,健侧本体感觉也会随着患侧减退?因此,在测定时是否可用健侧作为对照还需要更多的支持。

体感诱发电位的测量方法大体上可分为外力扰动和直接刺激靶组织 2种。目前,大多数采用的是前者,通常测定肌肉反应时间以评定本体感觉水平。而对于内翻扭伤更常见的踝关节,测定腓骨肌反应时间(the peroneal reaction time,PRT)具有重要意义。目前认为 PRT可在本体感觉训练后缩短,并认为测定 PRT可以判断本体感觉功能水平,并且可以借此评定解剖结构修复后踝关节外侧韧带功能恢复的情况。Santilli等[3]通过测量踝关节功能性不稳定的患者发现,患肢 PRT明显延长,而对健康人群进行平衡板训练后发现腓骨肌反应潜伏期明显缩短。虽然这种方法受到皮肤、肌肉、肌腱、韧带、关节囊,甚至视觉前庭等传入信息的综合影响,但在研究人体功能性活动时的神经肌肉信号传导模式时,因其可以模拟、重现损伤条件而具有特定优势。

4 影响踝关节本体感觉的因素

4.1 运动创伤

大多数踝关节不稳定都是由创伤引起。踝关节侧副韧带损伤后张力改变,导致其机械性感受器损坏,神经肌肉反馈系统的信息传递功能异常甚至因此中断,可最终引起功能性踝关节不稳定。传入信号的改变可造成整个反射回路传导信号错误,并导致关节周围肌肉功能下降或抑制[17]。在反复发生单侧踝关节内翻扭伤的人群中发现,部分患者健侧踝关节位置觉与患侧并没有显著差异[16],这说明单侧慢性踝关节不稳定可能会影响到健侧本体感觉功能。另外,临床中发现踝关节扭伤越严重,其关节活动度、本体感觉能力都越差。虽然这些表现可能受到疼痛、肿胀等影响,但是踝关节本体感觉受损程度是否与扭伤的严重程度成正比依然需要考虑。另外,创伤导致踝关节骨性关节炎,甚至一定量的渗出,都会影响关节的感觉传入,从而抑制神经肌肉反应。然而 Konradsen等[18]报道在急性内翻扭伤 1周内患者对于位置的判断以及外翻肌力都没有出现显著地改变,这说明首次急性踝扭伤,即使为临床Ⅱ型或Ⅲ型,一定时间内不会发生本体感觉减退。

4.2 年龄

在健康人群中,Schmidt等[19]的研究表明,年龄超过 50岁是影响 PRT的唯一有意义因素。这可能与随着年龄增长,踝关节组织中的机械感受器数目减少有关。动物组织学研究[20]已经显示,随着年龄的增长,本体感受器以鲁菲尼小体为主,环层小体、高尔基腱器官都将减少,并会发生不同程度的形态学改变。Tsang等[21]比较了健康老年人与有姿势不稳伴多次摔倒的老年人踝关节肌肉反应潜伏期,提出踝关节周围肌肉协同收缩作用的减弱、中断可能是导致老年人平衡能力下降甚至摔倒的原因。

4.3 运动训练

适当的运动训练已被证实能够提高本体感觉。具体方法可借助移动平台、脚踏船、平衡训练仪、迷你蹦床或弹簧垫、气垫、不平坦的路面等训练器械或环境对患者的平衡觉和关节协调性进行加强,并通过弹力带训练、有氧阶梯训练等增强患肢关节周围的肌肉力量和耐力。Lee等[22]对单侧踝关节不稳患者进行为期 12周的本体感觉康复训练,患侧足部压力分布异常及踝关节位置觉明显改善,再损伤的几率下降。对健康人群进行平衡板训练后腓骨肌反应速度明显提高[23]。

5 踝关节不稳治疗中的本体感觉问题

5.1 保守治疗

对于慢性踝关节功能性不稳定患者可首先尝试保守治疗。具体措施可先借助护具保护损伤踝关节,如弹力绷带包扎、护踝、支具等协助支撑重量、分散应力,甚至还可借助矫形器调节踝关节负荷分布。针对本体感觉及腓骨肌力量等的物理康复训练对于踝关节功能性不稳定有较好的效果[24,25]。有研究证实,康复训练可以改善慢性踝关节不稳定患者的姿势控制和功能限制,而平衡测试可以监测康复训练前后踝关节功能的变化情况[26]。Eils等[27]对 20例功能性踝关节不稳定(functional ank le instability,FAI)进行每周 1次的康复训练,包括热身、在移动平台上单腿站立、利用弹力带进行外展练习,并在气垫、倾斜板、水平(和垂直)移动平台、Biodex稳定系统等装置或仪器上进行单腿和双腿的平衡训练,每个项目 20 min,6周后发现受试者姿势晃动明显改善(P＜0.01),并且腓骨肌反应时间显著缩短(P＜0.001)。Clark等[28]对 19例踝关节功能性不稳定进行了数周的平衡板摇摆训练,每周 3次,分别在训练 2周和 4周时测定胫前肌和腓骨长肌表面肌电反应,结果显示训练 2周后胫前肌和腓骨长肌肌肉反应潜伏期明显缩短(胫前肌 P＜0.05;腓骨长肌 P＜0.01),训练 4周后踝关节功能评分显著改善(P＜0.01)。 Van Der Wees等[29]和 Loudon等[30]认为平衡、本体感觉以及肌力等方面的训练对 FAI患者踝关节稳定和功能恢复有积极作用。Mckeon等[31]对146篇报道进行荟萃分析,结果显示预防性或者踝关节急性扭伤恢复期持续 6周的平衡训练可在 1年内有效避免踝关节的再扭伤,但目前尚无足够证据来评估其对慢性踝关节不稳的作用。Kaminski等[32]对自诉有单侧踝关节功能性不稳定的受试者进行 6周肌力和本体感觉训练后测量内外翻等速肌力比值,提出肌力和本体感觉训练对单侧踝关节功能性不稳定没有帮助。这也许和该研究中受试者纳入标准不严谨有关。

5.2 手术治疗

目前,所有手术的目的均为纠正踝关节机械性不稳定,对于手术是否对促进踝关节本体感觉的恢复有积极意义仍在国内外学者中存在争议。踝关节韧带撕裂后失去正常的张力,本体感觉受损,在踝关节过度活动时失去有效的保护机制。手术治疗旨在修补关节囊和断裂的韧带,重建机械稳定性,避免反复扭伤关节引起感受器损伤[21]。因此,严重的踝关节外侧副韧带撕裂手术应修复韧带的解剖结构,尤其是韧带的正常张力,这是恢复韧带本体感觉功能的基础。因此,关节稳定性的重建,不仅应包括关节生物力学的重建,而且还应有健全的神经肌肉反馈机制的重建。Halasi等[33]报道损伤踝关节与正常踝关节的位置觉差异在手术后改善并消失,并进一步提出如果采用手术作为治疗踝关节功能性不稳定的方法,无论是移植重建还是其他的手术方式,保留原前外侧结构对于本体感觉恢复有重要意义。常用的几种手术方法有：改良 Watson-Jones法、Evans法、Chrisman-Snook法、改良 Brostrom法等等。

不论保守还是手术治疗,本体感觉训练对踝关节功能的恢复、预防再损伤都有积极意义。康复治疗过程中,由于部分研究提出在功能性踝关节不稳定中内翻肌肌力表现出减弱,因此,在制定康复训练计划时,有必要将内翻肌离心肌力训练项目掺入到整个计划当中。因为存在关节传入阻滞,所以开环(前馈)神经肌肉控制要比闭环神经肌肉控制可能更适合维持动态的踝关节稳定性,并且在预防踝关节扭伤方面,无论是保守治疗还是术后康复,开环前馈神经肌肉控制的训练意义重大。故在患者康复计划中加入一些扰动以加强协同肌的活动,可能对开环控制机制的功能提高有所帮助,例如利用弹簧垫练习着地技巧(包括着陆时间的把握,着陆时踝关节周围肌肉协同收缩,以及对关节空间位置的控制等等),对此可能会有很好的帮助[34]。

6 总结

尽管踝关节不稳定潜在的病理学原因已经受到极大关注,但是关于踝关节不稳定发展过程中的神经肌肉反馈机制的变化却不甚清楚,还有待于进一步探索。踝关节扭伤后可能会出现本体感觉功能和外翻肌肌力不足,从而导致平衡和姿势控制能力降低,这种下降可以通过中枢神经前馈机制介导的训练得到改善。在今后的研究中,对于本体感觉前馈控制机制的康复训练的具体方法及其在临床治疗,尤其是在预防慢性踝关节不稳定再损伤中的作用,值得我们进一步研究。

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