下肢肌力主动锻炼仪的研制及在膝关节置换患者围手术期的应用

龙 艳 董丽娟 严洁敏

广州中医药大学附属中山市中医院骨三科，广东中山 528400

随着人口老龄化的日益严峻，膝关节骨性关节炎已成为常见疾病，终末期膝关节骨关节炎导致的严重疼痛及功能障碍已成为一个世界性的健康难题。人工全膝关节置换（TKA）成为治疗终末期膝关节骨关节炎的一种重要的方法。手术的最终目的是让患者缓解疼痛、恢复膝关节活动度及步行功能，提高患者的生活质量[1]。功能锻炼是膝关节置换术后肢体康复护理中的重要组成部分，是减少伤残率及促进患者膝关节功能恢复的关键[2]。另外，术后主动功能锻炼效果优于被动锻炼，而有监督的锻炼对患者活动限制情况下的功能恢复和生活质量方面带来好处[3]，目前，临床上常用的锻炼仪均为被动锻炼仪，为解决这一类问题，同时也为了能更准确控制患者锻炼过程中所承受的应力，使患者能够及时、安全地负重、进行行走锻炼，特研制了一种医用，可量化，可根据个体情况调节锻炼力度的下肢肌力主动锻炼仪，它操作简便，患者可在床上使用，且患者感觉舒适，疗效良好，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2019年6月至2020年6月在中山市中医院关节专科治疗的100例符合纳入标准患者为研究对象。按入院的先后顺序随机分成常规组和锻炼仪组，每组各50例。纳入标准：根据中华医学会骨科分会《骨关节炎诊治指南》（2007年版）确诊为膝关节炎[4-5]，同意参与本研究且已获医院医学伦理委员会同意，本市居住，自愿使用此仪器进行功能锻炼，并能坚持随访，首次行人工全膝关节置换且均为单膝关节置换，手术均由同一组医生完成。排除标准：合并静脉血栓者、严重心功能衰竭、肾功能衰竭或多器官衰竭、恶性肿瘤、近期有严重感染性疾病、严重精神障碍疾病、血压及血糖控制不稳定者。两组患者一般资料比较，差异无统计学意义（P＞ 0.05），具有可比性。见表1。

表1 两组一般资料比较

1.2 方法

1.2.1 常规组膝关节置换术围手术期常规康复训练，其内容包括：①术前股四头肌静力舒缩及踝趾关节屈伸锻炼；②术后第一天股四头肌静力舒缩及踝趾关节屈伸锻炼；③术后第二天CPM机被动锻炼，角度从15°开始，以每天10°的屈曲幅度逐日递增，并指导患者主动伸屈膝关节锻炼，主动收缩时间尽量长，伸屈幅度以患者可耐受最高值为度；④术后第三天：仰卧直腿抬高运动，抬高30°，2 次/d，每次15 min；⑤根据患者肌力恢复情况，指导患者助行器辅助下下地行走。

1.2.2 锻炼仪组在常规组的基础上，增加下肢肌力主动锻炼仪的干预，整个围手术期均指导患者运用锻炼仪训练肌力，根据个体耐受情况，调节力度在1～50 kg，设定每天上、下午各一次，每次锻炼500下。

如图1～2所示，下肢肌力康复锻炼仪主要包括活动平台和腿垫两部分，腿垫的前侧设置有活动平台，活动平台上端后部两侧对称设置脚踏板支架固定踏板，上侧前部安装减速器，减速器一端横向连接输入轴，输入轴一端安装力度调节手轮，其上安装摩擦组件，摩擦组件与力度调节手轮之间的输入轴上套接弹簧，减速器另一端输出轴和脚踏板一端转轴均轴向连接同步轮，两个同步轮之间通过同步带相连。通过力度调节手轮的转动可以调节弹簧的压缩量，调节摩擦组件阻力，通过同步轮和同步带传递阻力给脚踏板，从而调节脚踏板摆动阻力。

图1 下肢肌力主动锻炼仪

操作方法：患者仰卧，将下肢安置于腿垫上，保持中立位，腘窝与腿垫斜面贴合，调节腿垫高度，至脚适合嵌入活动平台上的脚踏，固定好固定带，避免运动过程中松脱。自主活动方法：评估患者肌力，根据肌力情况，调节手轮的阻力至患者运动中能带动脚踏板前后运动，并能有效计数，以患者能耐受为准。脚踏板每前后运动碰触感应器一次，计为一次有效运动，计数一次。见图2。

图2 下肢肌力主动锻炼仪使用

临床应用前准备：经试验及安全测试后，于2019年5月经15例健康人群30次安全试用，均无不适。并于治疗前按程序向患者进行告知谈话患者签署知情同意书，临床应用不收取相关费用。

1.3 观察指标

①比较两组患者术后首次下地时间，下地越早，肌力恢复越好；②术后3 d、7 d、1个月膝HSS评分（HSS包括30分疼痛，22分功能，18分肌力，10分活动度，10分稳定性，10分屈曲畸形，共100分，分数越高，说明治疗效果越好[6]）；③术后14 d日常生活自理能力（ADL包括10个方面，即大、小便控制、洗澡、修饰、如厕、吃饭、穿衣、转移、行走、上下楼梯。其中无需依赖：100分；轻度依赖：61～99分；中度依赖：41～60 分；重度依赖：≤40 分。分数越高，关节功能及生活质量越好[7-8]）；④住院天数。

1.4 样本量计算

1.5 统计学处理

采用统计学软件SPSS 22.0进行数据分析，计量资料采用均数±标准差（）表示，两组间比较采用t检验，采用重复测量方差检验分析HSS治疗前后变化情况，计数资料采用[n（%）]表示，组间比较采用χ2检验，P＜ 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组间住院天数、ADL量表评分、术后首次下地时间比较

锻炼仪组ADL量表评分高于常规组，锻炼仪组住院天数、下地时间均短于常规组，差异有统计学意义（P＜ 0.05）。见表2。

表2 两组间住院天数、ADL量表评分、下地时间比较（±s）

表2 两组间住院天数、ADL量表评分、下地时间比较（±s）

注 ADL：日常生活自理能力

组别 n 住院天数（d） ADL量表评分 下地时间（d）锻炼仪组 50 9.48±2.08 91.20±3.23 2.52±0.89常规组 50 10.68±3.01 84.90±5.25 3.24±0.98 t值 -2.317 7.23 -3.852 P值 0.023 ＜ 0.001 ＜ 0.001

2.2 两组患者手术前后HSS比较

两组术后各时间点HSS与术前比较，差异有统计学意义（P＜ 0.05），说明术后均有改善，术后3 d、7 d、1个月比较，差异有统计学意义（P＜ 0.05），且均为锻炼仪组高于常规组，说明锻炼仪组疗效优于常规组。见表3。

表3 两组患者手术前后HSS比较（分，±s）

表3 两组患者手术前后HSS比较（分，±s）

注 同组间与术前比较*P ＜ 0.05

组别 n 术前 术后 F值 P值3 d 7 d 1个月锻炼仪组 50 40.76±6.38 60.54±5.02* 66.78±4.89* 71.88±4.88* 497.937 ＜ 0.001常规组 50 41.18±6.61 54.24±5.30* 60.70±4.58* 65.90±4.37* 460.751 ＜ 0.001 t值 -0.323 6.104 6.418 6.453 P值 0.747 ＜ 0.001 ＜ 0.001 ＜ 0.001

3 讨论

3.1 下肢肌力康复锻炼仪研制的意义

膝关节置换临床疗效明显，术后康复锻炼质量直接影响治疗整体效果[9]，而股四头肌肌力对患者离床站立和行走功能起着决定性作用。若术后锻炼不合理，导致肌力下降，将直接影响患者生活质量及术后康复，许莹莹等[10]研究发现：患者进行功能锻炼后，肌力提高的程度与各项功能锻炼的总量呈显著正相关，锻炼总量越大，肌力提高程度越大。膝关节置换术后患者大多年老，加上受伤或术后疼痛等因素，很多患者无法重复进行功能训练，或无进行主动锻炼，或锻炼的力度低，效果差，或是指定每天锻炼的次数有无达到既定量，均没有合适的方法去恒量。

3.2 下肢肌力康复锻炼仪的特色和创新

查阅相关文献发现，周东容等[11]进行了自助式阻力锻炼仪的研制及临床应用研究，其阻力在100～500 G间，可负重力量过小。李雪阳等[12]在预防下肢深静脉血栓床尾式下肢功能锻炼仪的研制中，其锻炼仪虽有主动抗阻运动，但不能个体化调节负重力量，即所有患者锻炼阻力为同一标准。陈小花等[13]在多功能肢体锻炼仪的研制及在临床中的应用中，其锻炼仪是依靠自己健肢的主动运动带动患肢的被动运动，仍是属于被动锻炼仪。梁莉娟等[14]在四肢多功能主动训练仪的研制中，其锻炼的力度无法调节与控制。

本锻炼仪经过精心的设计与数次的试用改良，有效改进了上述设计的不足：①此仪器研制主要是借鉴踝泵运动的原理，由踝关节活动带动小腿腓肠肌和比目鱼肌的主动收缩[15]，另外，由于在背伸、跖屈的时候，通过仪器的阻力给予了腿部一定的反作用力，运动过程中为了抵抗阻力的作用，势必会同时引发下肢核心肌肉群的主动收缩，从而逐渐增强下肢胫前肌、股四头肌、比目鱼肌、腓肠肌、股二头肌等肌肉的力量[16]，因此有利于整个下肢肌力的恢复；②引导患者主动锻炼，患者必须通过患肢的主动运动才能带动踏板的活动，并且运动轨迹必须符合标准（最大限度地跖屈和背伸）才能有效计数；③锻炼的力度可根据个体情况调节，根据患者肌力情况，以患者不累为原则，设定锻炼的阻力，可在1～50 kg之间调节；④根据个体情况设定锻炼目标，即锻炼次数可量化，根据患者肌力恢复情况，循序渐进增加每天锻炼的组数和次数。⑤不仅有效减少护士康复指导的时间，避免指导流于形式，还能够根据计数器显示的锻炼次数，评估患者锻炼效果；⑥该仪器的使用不受患者文化程度的影响，达到相应的力度，即计为有效锻炼，另外，还可根据患者耐受程度，调节下肢所承受应力，使患者术后能够及时、安全地进行负重，促进肌力的恢复。

经临床观察，下肢肌力康复锻炼仪应用于膝关节置换患者，通过其主动锻炼，加快了肌力的恢复速度，术后首次下地时间提前，术后膝关节活动功能得到改善，生活自理能力得到全面的提高，同时缩短了住院时间，减轻了患者经济负担，且此仪器无创、无痛、无副作用、无并发症、经济实用，值得推广。但本研究观察时间短、样本少，病种单一，今后还需进一步对多病种做中长期的进一步观察和研究。