水中平板步行訓(xùn)練在脊髓損傷患者康復(fù)中的應(yīng)用

吳瓊,叢芳,周紅俊,金龍

隨著交通事業(yè)和工礦業(yè)的發(fā)展,脊髓損傷(spinal cord injury,SCI)的發(fā)病率呈逐年上升趨勢。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展提高了脊髓損傷的生存率,但脊髓損傷導(dǎo)致的運動功能障礙,尤其是步行能力的降低或喪失一直是個難以解決的問題。長期臥床或依賴輪椅會引起一系列并發(fā)癥,其危害可能超過脊髓損傷本身導(dǎo)致的不利影響。盡管脊髓損傷患者的壽命在近些年有所延長,但仍低于正常水平[1]。

水中平板步行訓(xùn)練(underwatertreadmilltraining,UWT T)是利用溫度刺激、浮力、壓力、阻力等水的特性及活動平板的特性促進下肢功能恢復(fù)的訓(xùn)練方法,兼有浸浴、水中步行及減重平板步行訓(xùn)練(body-weight support treadmill training,BWST T)等特點。文獻報道對下背痛[2]、腦卒中[3]、腦損傷[4]、脊髓損傷[5]、肥胖[6]、風(fēng)濕[7]、慢性阻塞性肺疾病[8]等均有較好療效。本文對UWTT的原理及其在改善脊髓損傷患者功能潛力方面的作用進行綜述。

1 水中運動的作用原理

人體在水中會受到浮力的影響,水的浮力對抗重力;當(dāng)水深至C7水平、劍突、髂前上棘水平時,人體下肢承受的重力分別是體重的15%、29%、43%。體重的減輕降低了下肢部分肌群的收縮負荷、能量消耗及地面對關(guān)節(jié)的沖擊力[9],使不能進行地面活動的人可以進行水中運動,從而獲得有益的生理反應(yīng)。水中運動的阻力主要由肢體運動速度、運動方向及水流速度所產(chǎn)生,改變上述條件可調(diào)節(jié)水中運動的強度。當(dāng)身體直立浸入水中時,靜水壓作用于下肢靜脈系統(tǒng),可增加中心血容量、中心靜脈壓、每搏輸出量等,這些改變刺激心肺壓力感受器,可產(chǎn)生腎的排鈉、利尿作用。水深達到胸部時,可使胸廓內(nèi)血量增加、膈肌移位、肺活量減少,從而產(chǎn)生呼吸調(diào)整作用(如呼吸加深等)[10]。溫水浴可減輕疼痛,緩解痙攣,改善關(guān)節(jié)活動度,增加本體感覺反饋。35℃的水溫可增加膠原溶解度及軟組織伸展性。但過高的水溫可使心率加快、心輸出量增加,例如人體浸在33℃水中時,心輸出量增加33%,在39℃水中則增加121%[11]。對明顯的心、腎、肺臟疾病患者進行水中治療時要謹(jǐn)慎選擇溫度。在26℃～29℃的水中進行訓(xùn)練時心臟負擔(dān)較輕。

2 UWTT在脊髓損傷康復(fù)中的作用

2.1 對運動功能的影響

2.1.1 減輕肌肉收縮負荷,減緩地面沖擊力 UWTT水深設(shè)定在人體劍突水平時,下肢承受的體重相當(dāng)于陸地體重的29%。Masumoto等對健康志愿者進行UWTT訓(xùn)練,發(fā)現(xiàn)在相同的心肺反應(yīng)及主觀疲勞度分級情況下,下肢肌肉活動引起的表面肌電變化約是陸地訓(xùn)練的70%,倒退行走時亦然,提示水中步行需要的肌肉活動低于陸地[12-15]?？赡芤驗樗羞\動時,上肢的活動對心肺反應(yīng)及主觀疲勞度分級的影響比下肢更大,而以上研究中受試者雙臂自由交互擺動以保持平衡,因此下肢需要的活動量降低;另外,浮力、阻力導(dǎo)致水中步行速度低、步幅短,垂直于地面的反作用力減少,這些步態(tài)特征的改變都可能導(dǎo)致水中步行時下肢肌電活動的減少;或者因為在水中運動時地面的反作用力降低、體重負荷減輕以及神經(jīng)肌肉系統(tǒng)受靜水壓力影響導(dǎo)致最大H反射峰值降低,由壓力感受器介導(dǎo)的反射導(dǎo)致肌電活動減少。

肌肉骨骼系統(tǒng)的退行性改變是脊髓損傷后的必然結(jié)局,脊髓損傷患者髖膝部出現(xiàn)退變的百分率較高,下肢負重可加重脊髓損傷患者的退行性骨關(guān)節(jié)病[16]。陸地站立相早期膝關(guān)節(jié)的主要作用是吸收地面沖擊力。在水中,垂直于地面的反作用力因受浮力影響而降低,伸膝肌活動明顯降低。踝關(guān)節(jié)主要功能是維持身體直立狀態(tài)和支持體重,水面至劍突水平時,踝跖屈對地面的反作用力只有陸地運動的20%,相當(dāng)于體重減輕約80%。水中運動時地面反作用力的降低可能會減少或延緩脊髓損傷患者下肢退行性骨關(guān)節(jié)病的發(fā)生和發(fā)展。

2.1.2 緩解痙攣,改善關(guān)節(jié)活動度 Kesiktas等進行水中浸浴對20例脊髓損傷患者痙攣影響的隨機對照研究,發(fā)現(xiàn)與對照組相比,水療組的功能獨立性評分明顯提高,痙攣程度明顯減輕,患者的巴氯酚口服用量明顯減少[17]。丁葆麗等的研究顯示,多種水療方法均可改善脊髓損傷患者的痙攣與功能狀態(tài)[18]。

張志杰等將25例不完全性胸段脊髓損傷后痙攣的患者分為治療組(15例)和對照組(10例),對照組應(yīng)用常規(guī)康復(fù)療法,治療組在常規(guī)康復(fù)療法基礎(chǔ)上進行溫泉水療,于治療前、后進行改良的Ashworth痙攣評分法(M AS)評定,結(jié)果治療組MAS評分優(yōu)于對照組(P＜0.05)[19]。

脊髓損傷患者受累關(guān)節(jié)主動與被動活動范圍減小主要源于肌力不足或肌張力過高。UWTT訓(xùn)練時,水的溫度可影響肌纖維的活動,使肌梭對牽拉的敏感性下降,經(jīng)溫度感受器觸發(fā)的反射降低,可暫時緩解痙攣;在由浮力產(chǎn)生的減重狀態(tài)下運動可減輕脊髓損傷患者早期負重行走時足下垂、內(nèi)翻等病理性步態(tài);水中訓(xùn)練后下肢肌力加強,也可改善下肢關(guān)節(jié)活動度。

2.1.3 改善步態(tài) Charalambous對兩組腦卒中患者分別進行UWT T訓(xùn)練及一般水中步行模式的訓(xùn)練,發(fā)現(xiàn)UWTT訓(xùn)練時,腦卒中患者健側(cè)的伸髖、伸膝及踝背屈的角度峰值明顯增大,患側(cè)髖外展、外旋程度減輕[3]。利用踝砝碼可減少水中步態(tài)訓(xùn)練時肌力較差的下肢出現(xiàn)不必要的飄動,腦卒中患者進行UWT T運動時患肢踝部佩戴0.7～1.1 kg的砝碼,可使患側(cè)步幅、站立/擺動相時間比明顯增加,促進患髖上提,同時患側(cè)髖外展、外旋明顯減輕,踝背屈加大,提示使用踝砝碼可加強腦卒中患者步態(tài)的對稱性及穩(wěn)定性[20]。Threlkeld等發(fā)現(xiàn),健全人行BWSTT,在1.25 m/s速度下會有50%的動作變形,在此方面UWTT訓(xùn)練可能有更大的優(yōu)勢[21]。不完全性脊髓損傷患者雙下肢肌力減退往往造成步態(tài)不穩(wěn)、能量消耗增加及摔傷發(fā)生率升高等。水中步行時髖部和雙下肢負荷的減輕,可使脊髓損傷患者步行中身體重心的分布趨于對稱,從而提高步行穩(wěn)定性。

2.1.4 提高步行能力 脊髓損傷患者的步行能力恢復(fù)可能與脊髓步行中樞模式發(fā)生器(central pattern generator,CPG)有關(guān)。步行CPG主要位于腰骶段脊髓的運動池中,與脊髓反射關(guān)系密切。在失去上位中樞的抑制后,規(guī)律的康復(fù)訓(xùn)練可激活CPG的中間神經(jīng)元,促使其建立相關(guān)的反射通路,通過低位脊髓中樞的可塑性產(chǎn)生相應(yīng)的節(jié)律運動。UWTT訓(xùn)練與 BWSTT類似,可減輕下肢的負荷,提高脊髓損傷患者的步行能力,并可增強與髖關(guān)節(jié)有關(guān)的感覺輸入,可能促進CPG的發(fā)生[22-23];同時由于浮力的支持,患者不易跌倒,即使患者的軀干控制能力很差也可獲得直立姿勢,軀干、四肢可自由活動,從而在保持直立姿勢的同時訓(xùn)練平衡、協(xié)調(diào)能力。

叢芳等對11例外傷性不完全性脊髓損傷患者進行了以UWT T為主的康復(fù)訓(xùn)練,結(jié)果經(jīng) UWTT訓(xùn)練后患者的ASIA感覺評分提高(P＜0.05),ASIA運動評分、行走距離及最大步速明顯提高(P＜0.01),提示在常規(guī)康復(fù)治療基礎(chǔ)上進行UWT T訓(xùn)練可改善不完全性脊髓損傷患者的運動、感覺功能及步行能力[5]。

2.1.5 降低局部脂肪含量,延緩肌肉萎縮,增強殘存肌力 脊髓損傷后神經(jīng)肌電活動減少,損傷水平以下的骨骼肌顯著萎縮,脂肪組織含量相對增多,肌肉組織含量及其所占比例較正常人群明顯減少,總脂肪組織與局部脂肪組織的含量與比例均明顯增加。脊髓損傷后1～2年骨骼肌萎縮的程度達到頂峰,隨后肌肉與肌纖維的體積處于平臺期[24]。

Greene比較57例超重受試者接受12周UWTT與陸地平板訓(xùn)練之后體質(zhì)、體重及身體成分的變化,結(jié)果兩種訓(xùn)練后最大氧耗量都有明顯升高,體重、體重指數(shù)(BMI)、體脂百分比、脂肪量明顯降低,局部去脂肪體重顯著增加,但只有UWT T組的全身去脂肪體重增加[6]。

UWTT訓(xùn)練有增加肌電活動的作用,改變運動速度、方向、水流速度及下肢負荷均可改變肌電活動。相同速度下水中步行時,股直肌、股二頭肌、腓腸肌的平均肌電活動均高于陸地上行步,但脛骨前肌變化不顯著[12]。以自感舒適的速度進行水中步行訓(xùn)練時,內(nèi)側(cè)腓腸肌、股二頭肌的肌電活動隨速度增加而明顯增加,但在陸地上步行時只有內(nèi)側(cè)腓腸肌電增加,股二頭肌肌電增加不明顯[25]。水中倒退行走時,股二頭肌、股內(nèi)側(cè)肌、椎旁肌、脛骨前肌的肌電活動均明顯增加[16]。增加負重可使比目魚肌的肌電活動增強[25]。增加水流或步行速度可同時增強軀干及下肢肌肉的肌電活動[15]。

骨骼肌的肌電活動增加,肌肉負荷增大,可促使肌肉蛋白的合成增加、降解減少。骨骼肌收縮可釋放如腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、膠質(zhì)源神經(jīng)營養(yǎng)因子等,這些神經(jīng)營養(yǎng)因子可參與脊髓功能的重組;而脊髓的功能重組又可增加神經(jīng)肌肉的電活動,使骨骼肌萎縮減輕[26]。UWTT訓(xùn)練既可增加肌電活動,又可增加肌肉負荷,設(shè)計不同的訓(xùn)練方案可能對脊髓損傷患者產(chǎn)生增加肌肉含量、減少脂肪、緩解肌肉萎縮等的作用。

2.1.6 改善機體耐力 脊髓損傷患者在進行站立與步行訓(xùn)練時,需要考慮的一個重要因素是骨骼肌的抗疲勞性。肌肉的抗疲勞性降低可使患者訓(xùn)練時間縮短,影響康復(fù)療效,降低ADL的完成能力,也可導(dǎo)致生活質(zhì)量的降低。

水中訓(xùn)練時,水中的靜水壓力迫使機體呼吸加深以保證足夠的空氣攝入,從而加大肺活量,改善心肺功能。有研究顯示,水中訓(xùn)練可使腦損傷患者更好地完成ADL訓(xùn)練,如獨立步行、穿衣、下床等,且抗疲勞能力提高[27]。Fujishima等觀察溫度對人體長時間、低強度水中步行訓(xùn)練的影響,發(fā)現(xiàn)在溫水中產(chǎn)熱與散熱過程趨于平衡,因而建議進行長時間、低強度的游泳或其他水中訓(xùn)練時宜采用溫水[28]。Gass等研究四肢癱患者對60 min、39℃浸浴的反應(yīng),發(fā)現(xiàn)患者出現(xiàn)心律變慢、血漿中去甲腎上腺素含量降低、外周血容量擴大等變化,因而認為四肢癱的脊髓損傷患者進行水療時應(yīng)注意溫?zé)嵋鸬臋C體反應(yīng)[29]。

2.2 減少心血管疾病的危險因素 心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)是正常人及脊髓損傷群體的主要致死疾病,研究證實,脊髓損傷患者CVD發(fā)病率更高、發(fā)病時間更早;活動減少和受限可能是其關(guān)鍵機制之一?；顒邮芟奘荂VD的主要獨立危險因素,可導(dǎo)致血脂濃度升高。與正常人群相比,脊髓損傷患者低密度脂蛋白(LDL)、總膽固醇、甘油三酯增高,高密度脂蛋白(HDL)減少,動脈粥樣硬化發(fā)生率增加。胰島素抵抗所致糖耐量降低,葡萄糖內(nèi)環(huán)境異常,增加2型糖尿病的風(fēng)險。脊髓損傷后,血管隨血壓變化而舒縮的功能受損,股動脈僵硬及相關(guān)的內(nèi)皮功能喪失在脊髓損傷群體中發(fā)生率較多[30],以上原因均可導(dǎo)致脊髓損傷群體CVD發(fā)生率的增加。

目前尚無研究證實UWT T訓(xùn)練可直接降低脊髓損傷患者CVD的發(fā)病率,但可明顯降低CVD的相關(guān)風(fēng)險因素。研究表明,UWT T訓(xùn)練可明顯降低肥胖者體重、BMI、體脂百分比、脂肪量、LDL、總膽固醇含量[6],與 UWTT相似的 BWSTT可改善血糖耐量及胰島素敏感性,這些對CVD的發(fā)生可能會有重要影響,由此推測UWT T通過多肌群、直立位的大強度訓(xùn)練,可能產(chǎn)生比傳統(tǒng)訓(xùn)練更為積極的影響。

2.3 對脊髓損傷并發(fā)癥的影響

2.3.1 體位性低血壓 體位性低血壓是脊髓損傷后常見并發(fā)癥之一,主要與脊髓損傷后自主神經(jīng)損害或功能紊亂等有關(guān)。在主觀疲勞度分級評分相同情況下,水中訓(xùn)練與陸地訓(xùn)練相比可使健康老年婦女收縮壓或舒張壓上升[31]。葉超群等發(fā)現(xiàn),水中步行雖然未使脊髓損傷患者的血壓發(fā)生顯著性改變,但其血壓較對照組患者有增高的趨勢,其原因可能與患者交感神經(jīng)調(diào)節(jié)機能及血管舒縮功能的改善等有關(guān)[32]。人體浸入齊頸深的水中后,可使回心血量增加,右心房壓強增加;水的溫?zé)徇€可調(diào)節(jié)交感神經(jīng)系統(tǒng)功能,使去甲腎上腺素、腎素、甲狀旁腺素分泌量增加,且此作用呈現(xiàn)出明顯的溫度依賴性[33];脊髓損傷患者進行UWTT訓(xùn)練可改善下肢肌力,增強肌肉的“唧筒”效應(yīng),促進血液回流,這也是體位性低血壓得到改善的重要因素。

2.3.2 其他 水中運動可改善下背痛[2]、纖維肌痛綜合征[11]、骨性關(guān)節(jié)炎[34]及脊髓灰質(zhì)炎[35]的骨骼肌肉性疼痛,還可改善腰痛患者的焦慮狀態(tài)[36]。UWT T訓(xùn)練的水深大多選取胸部劍突水平,脊髓損傷患者進行此項運動不需特殊的游泳技巧,不會嗆水,不必擔(dān)心摔倒或力弱;水中訓(xùn)練同時還具有娛樂功能。因此,UWTT也許是改善脊髓損傷患者慢性疼痛、調(diào)節(jié)情緒及心理狀態(tài)的潛在方法。

3 小結(jié)

UWTT是一項較新的水療技術(shù),對脊髓損傷患者可能具有改善運動功能、防治并發(fā)癥、改善心理狀態(tài)、促進回歸等作用。但現(xiàn)階段有關(guān)此項技術(shù)對脊髓損傷患者影響的研究尚不充分,還需進一步探討。

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