血流限制训练在前交叉韧带重建术后康复中的应用研究进展

成琳 汪皓男 王丽娜 陈妍 张晚霞 倪国新

北京体育大学运动医学与康复学院（北京100084）

前交叉韧带（anterior cruciate ligament，ACL）损伤是最常见的需要手术治疗的膝关节韧带损伤，美国每年实施超过17.5 万例前交叉韧带重建（anterior cruciate ligament reconstruction，ACLR）手术[1]。随着我国竞技体育事业的发展以及全民健身的推进，膝关节运动性损伤，特别是ACL 损伤的患者日益增多[2]。临床上，由于ACL 损伤后会出现组织缺氧和微循环障碍、支配关节周围肌肉的神经发放的神经冲动减少和肌肉应激刺激等[3]，导致ACLR 术后早期出现关节周围肌肉萎缩、力量下降，进而影响膝关节生物力学的动态稳定。而早期膝关节的疼痛肿胀，又会延迟患者开始负重的时机，加重了肌肉萎缩的程度。两者同时存在，形成恶性循环，甚至在ACLR 术后很长一段时间，肌肉力量不足和功能障碍等情况仍持续存在[4]。

血流限制（blood flow restriction，BFR）训练是通过充气袖带或弹性绷带等特殊装置对肢体施加外部压力，实现被施压肢体动脉血流的部分阻塞和静脉血流的闭塞[5]，以达到增加肌肉力量与体积，提升身体机能的目的。近些年来，该技术在ACL 损伤康复中的研究逐渐增多，在促进肌肉增长，提高肌肉力量，降低膝关节疼痛、肿胀和改善功能状态等方面表现出有益的训练效果，或可成为ACL 损伤后高强度训练的一种替代方法。本文从临床作用、作用机制、技术考量和安全性四个方面对BFR 在ACLR 术后康复中的应用进行综述，以期为ACLR患者安全、有效地进行BFR训练提供理论依据与科学指导。

1 文献检索策略

本文文献来源为2000年1月～2020年9月收录在PubMed 和中国知网（CNKI）数据库中关于血流限制训练在前交叉韧带损伤术后康复中应用的相关研究。英文检索词为“blood flow restriction training；Kaatsu training；occlusion training；vascular occlusion ；anterior cruciate ligament reconstruction；ACL reconstruction；musculoskeletal rehabilitation”；中文检索词为“血流限制性运动；加压训练；Kaatsu 训练；前交叉韧带重建术；肌肉骨骼康复”。通过阅读标题和摘要，筛选出BFR 在相关领域中的研究文献38 篇，其中前交叉韧带损伤康复中应用BFR 的随机对照试验9 篇，均为英文文献。

2 BFR训练的临床作用

肌力减退、关节积液、运动受限、功能障碍等几乎普遍存在于ACLR 术后数天、数周、甚至数月，并显著影响术后膝关节的神经肌肉控制能力[6]。ACLR术后康复计划的重点是早期负重、疼痛控制、达到正常的运动范围、减少关节积液和激活股四头肌，并逐渐过渡到神经肌肉控制、平衡和本体感觉训练[7]。有证据表明，BFR训练可以在较小的负荷条件下增加股四头肌的力量和肥大程度[8-10]，在减轻膝关节疼痛肿胀、改善关节活动度、提高膝关节稳定性和下肢平衡功能上也有一定效果。

2.1 BFR训练对肌肉的影响

BFR 训练可减缓ACLR 术后早期膝关节伸肌的废用性萎缩，增加术后伸肌力量与体积。在一项研究中，8名ACLR患者仅进行BFR加压，结果显示经过两周的压力限制，BFR组膝伸肌废用性萎缩明显减缓[11]。除了单纯进行BFR 外，BFR 结合运动训练同样可以改善肌肉状态。有研究表明，有或无BFR 的两组ACLR 患者进行相同的康复训练，14 周后BFR 训练组股四头肌肌肉厚度和伸肌力量均显著恢复[12]；同时，一项纳入28名ACLR患者的随机对照试验表明，低强度BFR训练得到与传统高强度训练相似的肌肉肥大和力量增加[13]。BFR在ACLR术后的居家训练中也表现出有益效果，一项评估BFR 居家训练有效性的研究显示，在ACLR 术后多年进行BFR 居家训练，仍可增加肌肉力量和体积[14]。

BFR对肌肉的作用效果受训练负荷和作用时间的影响。一项ACLR 术后早期应用间歇性BFR训练的研究表明，在训练两周后BFR 组肌肉萎缩程度并未减缓[15]，这可能是由于研究中的训练负荷小于能够引起肌肉增长的最小负荷，且BFR作用时间较短。同样，另一项ACLR 术前短期进行低强度BFR 训练的研究中，研究者在手术前8天内对患者进行5次低强度BFR训练，但训练后股四头肌耐力增长和肌肉激活等作用效果在术后并没有持续，最终未能改变股四头肌萎缩程度[16]。BFR 对肌肉的作用效果并不随训练负荷增加而持续增加，有研究显示ACLR术后进行8周高强度BFR抗阻训练，对股四头肌肌力恢复、肌肉激活或萎缩程度较单纯的高强度抗阻训练相比没有明显改善作用，研究者认为高强度训练已经明显促进蛋白质合成，而这与BFR训练改善肌肉功能的机制似乎并不能叠加[17]。

2.2 BFR训练对其他方面的影响

BFR训练除了改善肌肉形态、增加肌肉力量外，还可以减轻ACLR 患者膝关节疼痛、肿胀，提升下肢稳定性和平衡功能。

有研究表明，BFR 低强度抗阻训练与传统高强度抗阻训练相比，更有利于减轻膝关节疼痛、肿胀[13，18，19]。血流限制训练中，由于袖带压力和较高水平的缺血引起肌肉疼痛，诱发条件性疼痛调节，并可能促进运动期间内源性阿片肽和内源性大麻素的释放，诱导抗伤害感受性反应，从而减轻疼痛[20]。相关研究中虽未提及肿胀减轻的原因，但伴随训练中和训练后疼痛的缓解，主动活动增加，可能对关节积液减少，肿胀减轻有益。

研究表明，BFR 训练前后膝关节松弛度并没有发生改变，支持了BFR 抗阻训练的使用并不影响移植物稳定性及组织愈合的观点。并且，研究者采用Y-balance和星形偏移平衡试验（star excursion balance test，SEBT）检测平衡性能，结果显示低强度BFR 抗阻训练使平衡性能得到更大改善[13]。

3 BFR训练的作用机制

BFR 训练可以减少快肌纤维的萎缩，增加肌肉质量和力量[21]。虽然产生这种作用的决定性机制尚未完全阐明，但目前主要认为是代谢应激和机械应力的影响，在分子水平上，两者均最终影响了骨骼肌细胞中蛋白质周转状态[22]，从而引起肌肉肥大。在结合BFR 训练的相关机制研究中，不同学者从不同角度对BFR 训练的作用机制进行了解释。

3.1 代谢应激

研究表明，BFR 训练产生肌肉肥大和力量增长主要归因于代谢应激水平的增加。BFR训练使动脉血液流入减少，静脉血液聚集，形成缺血缺氧状态，造成乳酸等代谢产物堆积，最终引起代谢压力水平增加。主要涉及生长激素（growth hormone，GH）和类胰岛素生长因子1（insulin-like growth factors -1，IGF-1）等激素分泌增加，哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）、热休克蛋白（heat shock protein，HSP）等合成增加，肌肉生长抑制素降低，肌纤维募集增多，以及细胞肿胀等过程[23]，从而引起肌肉生长。

3.2 机械应力

机械应力是刺激肌肉生长的另一主要机制[24]。在低强度BFR 抗阻运动中，尽管低水平机械应力不会在很大程度上诱发促进肌肉肥大和力量增长的机制，但是代谢应激可能起到介导作用，产生累加效应，最终促进肌肉肥大和力量增长[25]。有学者推测，机械应力与代谢应激相互作用，协同促进肌肉生长。考虑到训练强度或训练方式对肌肉肥大的影响，BFR 结合中等强度抗阻运动导致的机械应力和代谢应激可能是促进肌肉增长的最佳组合方式，使其具有最大的刺激肌肉增长的潜力[26]，但相关研究较少，仍需更多的实验证实机械应力在BFR训练中的作用。

4 BFR训练的技术考量

BFR 训练的重点是确定加压方案和训练方案，根据已有研究，我们可以看到不同方案的有效性，但是目前围绕ACLR 患者进行BFR 训练的研究还较少，且存在异质性，在临床实践和科学研究中还需要进行深入探索[27]。

4.1 BFR加压方案的选择

限制压力是影响训练效果的一个重要因素。ACLR术后康复中BFR加压方案主要包括加压依据、压力大小、加压位置和袖带参数（表1）。

表1 ACLR康复中应用BFR训练的加压方案

ACLR 术后压力限制主要依据以下两类。一类是基于给定的绝对压力值范围，起始压力为130～180 mmHg，在训练过程中逐渐递增袖带压力至180～260 mmHg[11，12，15]。然而，这种加压方式不一定将每个人的血流量限制在同一水平，血流限制程度会因袖带宽度和肢体围度差异而改变，使用绝对压力进行血流限制训练可能并不适宜[28]。另一类基于受试者静息状态下肢体闭塞压（limb occlusion pressure，LOP）或动脉闭塞压（arterial occlusion pressure，AOP）的百分比[13，14，17-19]。使用手持式多普勒测量LOP，并在50%～80%LOP下训练。采用这种压力限制的方法能够根据患者自身情况，个性化限制压力大小，可以在设备监督下避免引起动脉阻断，保证实验或训练安全进行。

其他肌肉骨骼损伤研究中，低强度BFR 抗阻训练的限制压力多选在40%～80%LOP之间[28，29]，有研究显示，在这一范围内随血流限制程度的增加，肌肉厚度和等长力矩增大[30]。但限制压力继续增加到一定程度，训练效果似乎不再变化。经过8周的训练，40%LOP的血流限制在肌肉肥大、力量和耐力方面产生了与90%LOP 相似的增长，但较高的限制压力却更容易引起参与者的不适感，不建议使用[31]。不同的是，在肌肉骨骼损伤康复早期BFR 与被动训练相结合时，有研究者建议使用70%～100%AOP 的限制压力，以改善肌肉萎缩程度[29]。

训练中研究者均选择在大腿近端施加压力，这有助于患者进行下肢抗阻运动，并且由于近端肢体围度较大，可以防止运动过程中由于神经卡压而引起并发症[10]。研究中记录的袖带宽度从9～18 cm不等，这与研究选择的BFR 装置有关。然而有研究证明，不同宽度的袖带对应的血流限制程度不同，相同压力下宽袖带对应的血流限制程度、加压反应、主观疲劳度和疼痛感觉更大，故而针对不同人群时，袖带宽度的选择更应慎重，保证安全性[32]。另外，科学研究中多采用可充气袖带，以便量化压力限制程度。

（续表1）

4.2 BFR训练方案的选择

ACLR 术后康复中BFR 训练方案主要包括BFR 介入时期、负荷重量、训练模式、间歇时间、训练时间、频率和周期（表2）。

表2 ACLR康复中应用BFR的训练方案

BFR 训练可以在ACLR 术前或术后的不同时期介入。研究表明，ACLR 术前短期介入低强度BFR 训练，对术后早期股四头肌力量增长和激活程度均有益[16]。术后早期也可采用BFR与被动运动相结合[29]或无运动下单纯施加BFR 的形式[11]，以达到预防肌肉萎缩的效果[11，12，15]。ACLR 术后BFR 结合低强度抗阻训练一般在术后2～4周开始介入，可用于促进肌肉肥大，增加肌肉力量。另外，ACLR术后多年进行BFR训练仍能收获有益效果[14]，同样，一篇关于跟腱断裂手术较长时间后应用BFR 训练的病例报告中，也得到了患者功能障碍程度减轻的结果[33]。

负荷重量是影响BFR 训练效果的另一重要指标。Takarada 等[11]的研究采用术后早期无负荷下单纯使用BFR，而较多研究选择1 次重复最大力量（1 repetition maximum，1RM）的百分比来确定下肢抗阻训练强度[13，17-19]，负荷重量一般为20%～30%1RM，仅有一项研究采用了70%1RM的高强度BFR训练[17]。另外还有一些研究未量化负荷重量，但均在较低强度下进行抗阻训练[12，14-16]。

ACLR 术后应用BFR 可以结合不同运动模式进行干预。一是BFR 相关文献中常见的抗阻运动模型，即采用1RM 的百分比计算负荷重量大小，强度一般为20%～30%1RM，训练量为4 组，共重复75 次（即30-15-15-15 次）[29]，依目前的研究来看，这一模式可以产生足够的适应性。另一种是在常规运动康复项目的基础上施加BFR，这种运动模式更加贴近临床术后康复，但是较难计算运动量，用于科学研究时难以量化评估。在这两种方式的BFR 训练中，既包括开链运动也包括闭链运动，但有报道显示，在ACL重建术后早期进行开链运动，存在前交叉韧带松弛度增加的风险[34]，因此在进行BFR 训练时，我们也要继续探究运动形式对术后安全性的影响，在临床实施康复治疗时，具体的训练方案也要根据患者耐受，进行个体化的选择。

BFR抗阻训练的间歇时间一般为30秒到2分钟不等，而在无运动参与或间歇性的BFR训练中，间歇时间较长，为3分钟。整个BFR训练周期从8天到16周不等。

（续表2）

5 BFR训练的安全性

在ACLR术后BFR训练的临床研究中，Ohta等[12]报道了前交叉韧带重建术后患者使用止血带在180 mmHg 的压力下进行肌肉训练，有2 名患者在训练12分钟后出现下肢轻微不适和钝痛，这种不适和钝痛可能是由高压引起的神经压迫以及肢体过度缺血造成的，在停止训练或解除压力后症状会消失[22]。除此之外，相关研究并没有发现在BFR 训练期间引起其他并发症。在ACLR 患者临床研究中应用BFR 时，常采用BFR 与低强度抗阻训练相结合，多数研究表明其能够增加肌肉力量，促进股四头肌肥大，安全性也达到了可接受的水平。但这并不意味着安全性问题得到了解决，BFR训练方法不当仍然可能造成肢体麻木、延迟性肌肉酸痛、横纹肌溶解、深静脉血栓甚至肺栓塞等危险事故发生[35-37]。

影响ACLR 术后BFR 训练安全性的方法学因素主要包括：限制压力、袖带宽度和材料、负荷强度以及受试者身体素质。有研究显示较高压力的BFR训练可能会引起交感神经兴奋性增加，血压升高，导致心脑血管疾病发生风险增加[38]；过度闭塞还可能导致神经传导速度变慢，在长时间训练中尤其不利[39]。袖带宽度也会影响训练的安全性，研究表明，经过一段时间的BFR训练后，较宽的袖带下肌肉生长受到抑制，这不仅影响运动表现，而且对参与者的身体健康构成巨大风险[40，41]。另外，肢体闭塞程度还会受袖带宽度和材料的影响。相同加压下，不同宽度和材料的袖带造成的肢体闭塞程度不同，也是需要考虑的安全性问题[42-44]。负荷重量是影响安全性的一个重要因素，有研究显示，BFR结合高强度抗阻训练更容易导致运动过程中发生劳累性横纹肌溶解，引发生命危险[45]。除此之外，BFR训练的安全性在老年或患有心血管疾病的患者中值得引起注意，应排除患有高血压、外周血管疾病、心力衰竭等心血管疾病的受试者，并在开始BFR训练前，对受试者进行相关筛查和体检以保证实验安全进行[46]。

ACLR 术后，BFR 训练是否增加静脉血栓（venous thromboembolism，VET）发生风险，是BFR 训练亟需考虑的安全性问题。威尔绍三要素是被大家普遍接受的血栓发生机制模型，即血流停滞、血管壁损伤和血液高凝状态[47]。毫无疑问，BFR 暂时造成了局部血流限制，但其限制时间较短，与手术中使用2小时止血带相比，影响要小得多。BFR训练的限制压力一般选择40%～80%AOP，也与手术中完全闭塞动静脉不同[48]，因此，BFR训练造成的短暂且较低程度的血流受限可能不会增加血栓发生风险。另外，所有骨科手术都会造成一定程度的血管损伤，但是相比全膝关节和全髋关节置换术的患者，在关节镜下实施ACLR 手术的侵入性小，血管损伤程度低，从这方面考虑也不会引起VET 高发风险[49]。最后，虽然我们不知道ACL 损伤后多久血液高凝状态会恢复到基线水平，但有研究表明BFR 刺激组织中纤溶酶原激活剂的分泌和表达增加，这是纤维蛋白溶解的标志，表明BFR 训练在一定程度上可以降低血液高凝状态[48]。尽管大多数患者发生VTE的风险可能很小，但发生VTE后果严重，应在威尔绍三要素原则下正确使用BFR，从而降低患VTE的发生风险。

6 小结

ACL 损伤康复中应用BFR 可减少肌肉萎缩程度，有效促进肌肉质量和力量的增加，并且在减少运动中和运动后膝关节疼痛、肿胀和提高术后膝关节的稳定性方面展现出有益效果。但是相关研究较少报道BFR训练对肌腱刚度、韧带和软骨状况的影响，可以作为日后的研究方向，为ACLR患者进行BFR训练，提供更加全面的证据支持。在神经肌肉功能恢复方面，有证据表明，与没有BFR的高强度运动相比，低强度BFR抗阻运动导致运动单位募集减少，对肌肉的神经刺激较少[50]，而神经肌肉功能的恢复对ACL 术后康复起着至关重要的作用，因此还需要进一步研究BFR 对神经肌肉功能的影响和作用机制。此外，日后的研究还应在完善袖带压力、运动强度和持续时间的交互作用上多加探索，以期为ACLR 术后提供最佳的康复方案。