振动疗法在康复中的应用及其影响因素

史智君，严隽陶，孔亚敏

上海中医药大学附属岳阳中西医结合医院推拿科，上海200437

前言

振动疗法是指利用具有一定频率的振动源作用在机体上并能够对疾病产生一定治疗效果的方法［1］。多是直接或间接作用于人体肌肉上，运动训练与医学康复中常用的为局部振动疗法（直接振动）、全身振动疗法（间接振动）［2］。在医学史上，振动疗法早已存在，古希腊时期就得到简单的应用，当时的医护人员运用手动训练器将振动刺激传至患部以改善机体功能。上世纪60年代，Eklund等［3］对偏瘫患者进行振动刺激治疗时发现振动刺激能引起不随意收缩的肌肉收缩，并且首次提出张力性振动反射这一概念。1970年，Johnston等［4］发现对肌肉和肌腱进行局部振动刺激能够引起肌肉收缩力量的增加。此外，中国古代中医推拿的“拍法”、“振法”、“抖法”亦是振动疗法应用于康复治疗的体现，隋代·巢元方所著《诸病源候论》一书中介绍每一病症之后不列方药，而列“补养宣导法”，其中介绍的“振臂”、“振腹”等法，就是利用人手臂肌作为振动源，通过其手与病人接触将产生的振动传达到患部以达到治疗的目的，并沿用至今［5］。振动疗法作为一种现代康复手段，主要包括机械振动疗法（低频、中频、高频等物理因子治疗、手法产生的振动）以及磁致振动疗法等（因交变磁场产生的振动等），在康复治疗的应用技术上均提供了便捷有效的作用。

1 振动疗法的作用机制

振动疗法对机体影响的主要机制是神经系统调节机能的改善。神经因素是导致肌肉力量增加的原因，其对力量的调节主要体现在运动单位的募集以及冲动频率、神经协调、抑制水平和反射的调节［6］。有研究表明能够起到改善神经肌肉性能的重要机制是由振动作用致使局部肌肉温度的升高、血液循环流速的增加、激素分泌量的增加、肌肉细胞体积的增大、知觉的变化以及出现振动性阻力紧张反射和运动神经元兴奋性的增高［7-8］。正常的生理状态下，肌肉纤维会根据运动量而发生规律性的交替收缩，在病理状态下的肌肉收缩无规律性，引发肌肉收缩异常、运动控制障碍。肌肉性能所发挥的有效性可能基于张力性振动反射的原理通过涉及脊髓反射和肌肉活化的神经源性增强作用而发生的［9-10］。振动疗法可增加引起伸展反射的肌梭活动并且能够引起肌肉长度的快速变化［9］，其作用基础是通过振动刺激肌梭、腱梭等本体感受器，诱发受神经支配的骨骼肌的牵张反射以增强其神经肌肉的功能［11］，并通过激活拮抗肌的Ia抑制神经元，使拮抗肌的兴奋受到抑制，从而增强肢体活动的灵活性和协调性［12］。

2 振动疗法在康复治疗中的应用

2.1 肢体功能康复

Cellitti等［13］将振动频率为100 Hz、正弦位移为0.2～0.5 mm、驱动传感器力为7～9 N的振动治疗作用于20例乳腺癌术后≥12个月上肢后遗症患者的胸小肌和肱二头肌，结果显示局灶性振动短时间应用和长期持续效应可能是乳房切除术后改善上肢功能的治疗方法，是通过提高身体活动的附着力来改善生活质量和肌肉表现。Calabrò等［14］应用局部肌肉振动疗法联合机器人改善卒中后上肢痉挛及功能障碍，肌肉振动由压缩空气的气动振动器提供，通过公式（2πf）2A计算肌肉振动的强度并由峰值加速度（a-峰值）表示，频率设定为80Hz，振动的幅度为（0.3±0.1）mm；并联合机器人Armeo-Power从肩部到手部（包括肩、肘、腕部和抓握动作）进行强化、重复和任务导向的训练，患者共进行40次Armeo-Power训练（1 h/次，每周5次，持续8周），研究显示肌肉振动疗法与Armeo-Power联合使用可以持续减少上肢痉挛状态，提高上肢运动功能，而联合方法对改善肢体痉挛状态和运动功能的作用可能取决于联合训练之间的一种联合可塑性，这种联合可塑性可能重塑了皮质脊髓可塑性，从而减少脊髓水平的节段兴奋性并引起皮层层面的恢复过程。朱昌娥等［15］探讨3周肌肉振动治疗结合常规康复方案对脑卒中后肩-手综合症的临床疗效。应用频率为60 Hz的振动治疗，由上臂至前臂、腕关节及手，再沿反方向重复振动，以上步骤重复4次，约20 min（7次/周，共3周），结果表明振动疗法结合常规康复不仅可以更有效地减轻脑卒中后肩-手综合征的肿胀、疼痛症状，促进手及腕部功能恢复，还可以扩大肱骨外展及外旋活动度。陈钊德等［16］治疗脑卒中后偏瘫患者上肢痉挛和功能障碍时，应用频率为25 Hz的局部振动作用于肱二头肌肌腹中部和前臂前侧中上三分之一处各10min（5次/周，共8周），并结合常规康复训练。结果显示局部振动疗法结合康复训练可减轻脑卒中后偏瘫患者的上肢痉挛程度，并改善其偏瘫侧上肢的运动功能。关于振动疗法对卒中后肢体痉挛及功能改善的作用，Noma等［17］认为振动疗法减轻肢体痉挛的作用机制可能是振动通过抑制H反射，使得完全或部分脊髓损伤患者经振动刺激后，肌张力及H/M比率明显下降。局部振动可提高偏瘫侧深、浅感觉的输入，而感觉输入的增加可改善运动功能能力及日常生活活动能力［18］。

各项研究均采用局部振动疗法治疗上肢功能障碍，并表明振动疗法可以改善肢体运动功能、缓解痉挛、增强肌肉力量。在临床治疗中，100 Hz以下的频率多用于兴奋神经肌肉组织，但研究者在上肢康复治疗时所选用的局部振动频率从25 Hz到100 Hz不等，虽都取得了良好的疗效，但对其疗效与参数的选择之间是否存在相关性尚未有报道。

2.2 心肺功能康复

Gerhardt等［19］研究显示应用振动频率20 Hz、振幅20 mm的全身振动对稳定型肺动脉高压患者的运动能力、体能以及健康相关生活质量有显著益处，全身振动可能会进一步长期应用于肺动脉高压患者的体能训练。Sañudo等［20］对比剧烈运动后全身振动对恢复期间人体心率变异情况，将振动频率25 Hz、振幅4 mm的全身振动作用于疲劳运动后的健康人体，用心电图观察心脏自主反应，结果显示全身振动在剧烈运动后早期恢复期间可以降低心率增加总功率谱，提示振动疗法可能降低心血管高风险人群剧烈运动后心脏并发症的发生率。振动疗法作为一种无创性的康复手段，可提高心肺功能不全患者的生活质量，降低相关并发症的发生率。但研究者采用频率相近、振幅差异较大的振动参数，而目前对于频率与振幅之间的搭配选择是否与疾病、健康的状态有关尚未见报道。

2.3 骨质系统康复

振动疗法对骨质疏松患者骨密度的增加起促进作用。Aae等［21］在全身振动与磁疗对老年骨质疏松症患者骨密度的影响研究中发现应用振动频率20～50Hz、振幅1.0～3.4 mm的全身振动并有效结合标准的骨质疏松症药物治疗能够增加老年骨质疏松患者的骨密度。El-Shamy［22］认为应用振动频率 30～40 Hz、振幅2～4 mm的全身振动训练是增加血友病儿童骨密度、股四头肌力量以及功能能力的有效方式。陆铁等［23］对绝经后女性采用频率30 Hz、加速度0.2 g（g为重力加速度）的全身振动治疗（10 min/次、3次/周，共12周），结果发现全身振动治疗可显著提高绝经后妇女的骨密度、改善骨痛、增加患者肌力、改善平衡能力、减少跌倒以及骨质疏松性骨折的发生率。方斌等［24］对62～85岁男性骨质疏松患者采用频率30～35 Hz，加速度0.3g的全身振动疗法（20 min/次，1次/d，5次/周，连续治疗6个月），结果发现全身振动疗法可提高老年男性骨质疏松患者腰椎、股骨颈的骨密度，并可缓解疼痛，提高生活质量。Siggini等［25］应用集中机械-声学振动和药物联合治疗绝经后骨质疏松患者，频率为980 Hz、波幅630 mbar的振动治疗联合药物治疗对提高绝经后骨质疏松患者腰椎及股骨颈的骨密度、T-评分、膝关节伸肌肌力、平衡步态以及生活质量有促进作用，并认为未来声学振动系统（VibrationSound System）不仅可用于骨质疏松症的晚期，还可用作疾病的预防。以上研究均涉及不同振动方式、振动参数、不同年龄阶段以及不同性别的试验对象，提示振动疗法在增加患者骨密度的同时可缓解骨痛，增加肌肉力量，降低骨折的发生率。

振动疗法应用于康复治疗时，所设置的振动参数均不相同，这可能与所治疗的疾病、患者的年龄、性别以及选用的振动方式、振动作用部位等因素有关。但即使疾病和作用部位相同，其应用的振动参数依然不同，虽均取得了较好的临床疗效，但是目前尚无关于振动参数选择依据的报道。在临床应用中，医学工作者应注意振动频率和振幅、加速度参数的个体化设置，采用适宜的刺激频率，从而最大程度地激活机体的兴奋性，达到有效治疗目的，并注意收集资料加以总结。

3 振动疗法的影响因素

振动是机械产生的振荡刺激，主要由频率、振幅、加速度组成，将其作为一种治疗方法作用于机体时，频率是影响神经肌肉反应幅度的最主要因素。频率是指物体1 s内完成的振动次数，单位为Hz，振动频率与周期之间存在着倒数关系。人体对1～1000Hz的振动产生振动感觉，当频率相同时，加速度越大，危害越大；频率一定时，振幅越大，其对机体的影响亦越大。振动作用于人体肌肉时，振动频率和振幅决定了靶肌肉承受离心负荷的大小，而附加负荷则决定了靶肌肉的紧张程度［26］。频率参数的选择亦存在一定的范围，对于人体来说，正常人体的固有频率一般在5 Hz左右，每个部位有其自身的固有频率，人体肌肉软组织的固有频率根据其激活程度的不同而有所差异。在肌肉完全激活的状态下，小腿三头肌和股四头肌的固有频率接近50 Hz；而在放松状态下，小腿三头肌的固有频率范围在10～20 Hz，股四头肌固有频率范围在 8～11 Hz［27］。当外在激励的频率接近组织器官的固有频率时就会和这些器官或组织达成共振，共振常易引起对人体脏器的损害，人体一些重要器官的共振频率为5～20 Hz，躯干处的共振频率大约为5 Hz，下肢在20 Hz以下，头部共振频率大约为 16～20 Hz，眼球约为 20～30 Hz［28］。在疾病状态下，相同或不同病种的康复应用频率亦不同，Doucet等［29］和Tavernese等［30］研究均证实了低频振动能够对偏瘫上肢及手部的运动控制起作用；有研究者认为脑卒中后患者的最佳振动频率为70～120 Hz［17］，而有研究显示振动频率为60 Hz也有利于偏瘫患肢的功能恢复［15］；Constantino等［31］证实高频低幅振动治疗也可用于改善偏瘫患者上肢功能。因此，应用振动疗法作用于治疗部位时应参考每个部位的固有频率、共振频率以及疾病状态的个体化选择，从而确定治疗时的最佳振动频率，以免使机体产生不适症状阻碍疾病的治疗。

4 振动疗法中谐振的研究

谐振属于一类特殊的振动形式，是共振现象在人体上的一种良性表现形式，是指在应用振动疗法作用于治疗部位时的最佳振动频率，被定义为能够最大程度激活肌肉活动的振动频率，它可能在最短时间内对神经肌肉性能产生最大的影响［32-35］。谐振反映了人体神经肌肉系统与外在刺激之间的和谐性。20世纪末，Mattsson等［36］阐述谐振是自然界必然存在的现象，谐振状态下的运动是能量应用效率最高的运动状态。Nollet等［37］提出人体若能有效利用生物谐振规律，则肌肉可最大程度激活，有可能促进病理状态下的神经肌肉恢复或接近正常肌肉生理机能。

谐振目前多应用于运动康复的研究，古福明等［38］分别用25、35、45 Hz振动频率观察实验大鼠腓肠肌生物力学性能变化，研究显示25和45 Hz振动频率下，大鼠腓肠肌的最大载荷、最大应力显著增加，最大载荷的增加可以提高机体运动时肌肉承受最大负荷的能力，最大应力的增加提高了肌肉的强度。张园园［39］通过对健康人体采用了不同体位、振幅相同、频率10～50 Hz的振动治疗，发现不同条件下，小腿局部振动刺激均引起小腿肌肉放电量增加，其中引起小腿肌群放电量最大的振动频率集中在30～50 Hz，说明这个范围可能是激活正常人体神经肌肉最佳的频率范围，即谐振刺激频率范围。Pistone等［40］和Giombini等［41］在一项早期全身振动治疗对前交叉韧带重建术后膝关节神经肌肉功能和姿势控制的影响的临床研究中，对振动频率0、20、25、30、35、40、45、50 Hz，振幅2 mm的参数进行分析，结果表明35 Hz是最佳振动频率，对术后1个月患者进行早期干预，能够促进膝关节屈肌肌力的恢复，其可能是由于最佳振动频率能够最大程度地刺激牵张反射途径促进运动功能的恢复。张文通［42］在生物谐振影响脊髓运动神经元兴奋性的电生理研究中应用20、30、40、50、60 Hz的振动频率研究脊髓运动神经元存在的谐振频率，发现该频率在30 Hz左右，并将该频率应用于脊髓损伤及脑卒中患者，结果显示利用谐振频率，有可能提高正常人体或肌力低下患者的下肢训练效果，促进肌力的提高。

谐振刺激能够兴奋处于软瘫期的上运动神经元综合症患者的脊髓运动神经元，但持续时间较短，仍需要进一步改进振动刺激的形式。适宜谐调的振动训练可以提高肌肉的最大力量，促进运动功能恢复，而应用谐振频率时应综合分析时-量-效多方因素，如训练方法、训练时间、间隔时间、作用部位等，以期提高谐振应用的临床疗效。目前有关谐振研究大多是应用全身振动，而局部振动的谐振研究相对较少，局部振动可直接作用于机体肌肉组织，能够更快速地刺激肌肉活性，因此未来应针对局部振动的机体生物谐振频率进行深入研究。

5 讨论及展望

振动疗法利用振动因素使人体局部组织或全身发生周期性或非周期性的往复变化以产生治疗效果，在一定频率的作用下能够促使患处的神经肌肉性能有急性及恒久效应，根据生物谐振规律，适宜的外部机械振动作用于人体能够最大程度地激活神经肌肉系统，使病理状态下的神经肌肉恢复至正常状态。当人体受到振动时会以复杂的方式响应，在谐振频率处，器官和骨骼结构之间存在最大位移，从而在所涉及的身体组织上产生生物动力应变［43］。运动谐振可以提高最大运动能力，肌肉组织可以利用振动间期进行能量代谢［44］；谐振的反复积累可产生动能积蓄，从而在特定的时期释放，产生最大收缩做功。人体固有谐振规律是最大运动能力的重要基础研究，为神经肌肉疾病的运动能力障碍提供更进一步的研究基础，若固有谐振是制定运动训练方案的基本要素之一，那么谐振规律的训练可以改善和提高人体运动功能障碍［45］。虽然已有研究证实采用谐振频率的振动运动疗法可以最大程度地激活肌肉兴奋性，使振动刺激与肌肉的固有频率达到谐振状态，提升肌肉收缩效率等，但是振动运动疗法的频率设定并没有完全遵循生物谐振规律，欠缺标准化。这使我们思考：若没有找到精准的作用机制，则会发生过度的干预，其治疗效果亦是有限。现有谐振频率范围研究大多集中于全身振动，而局部振动及在临床疾病的研究中较少。因此未来我们需明确疾病不同状态下的谐振规律，以及全身振动及局部振动的谐振范围，综合量效、时效关系并将其应用于振动疗法的最佳频率设定中，进一步探讨振动疗法的优化应用及长期疗效，通过标准化研究以期提高康复治疗。