全身振动训练治疗慢性踝关节不稳的研究进展

耿治中，汪冕，陈建，李丹阳，裴子文

1.武汉体育学院，a.研究生院；b.健康科学学院；c.体能中心，湖北武汉市430079；2.香港理工大学护理学院，香港

踝关节外侧扭伤(lateral ankle sprain,LAS)是最常见的运动损伤之一，在所有运动损伤中占约10%～30%[1]。在英国，踝关节扭伤占所有急诊病例的3%～5%，给卫生部门带来沉重的负担[2]。LAS如果处理不当会引发慢性踝关节不稳定(chronic ankle instability,CAI)，以踝关节的不稳以及LAS的重复出现为主要症状[3-4]。CAI患者存在各种运动学、动力学及电生理学表现异常，这会对患者运动功能乃至生活质量造成不良影响[5]。CAI发生机制仍存在不同观点，国际踝关节协会声明认为，CAI主要是由于外周感觉运动障碍所致[6]；中枢运动控制机制异常也可能是造成CAI的原因之一[7]。CAI治疗一般首先推荐保守治疗，包括运动治疗、理疗及护具的使用等，其中运动治疗在CAI治疗中占有重要的地位[8]。

全身振动训练(whole body vibration training,WBVT)作为一种新兴的运动治疗手段逐渐受到关注，其对CAI患者肌肉功能、神经肌肉控制、姿势稳定性等方面存在一定疗效，但是不同研究中治疗参数设置不一致，造成疗效也有所差异。本文通过回顾国内外研究现状，以期进一步明确WBVT对CAI的治疗效果，为此技术的临床应用提供理论依据。

1 WBVT概述

WBVT是在振动治疗过程中，将不同振幅和频率的振动刺激从振动平台通过足底传递到全身，使其释放的冲击性振动刺激通过肢体传递到邻近肌群上，进而增加主动肌的激活程度并提高高阈值运动单位的生物学活性，引起参与运动单位肌群以高频率放电，达到神经肌肉系统兴奋性提高的训练效果[9]。近年来，其在康复医学领域应用广泛，有研究证实其有助于改善肌肉骨骼系统疾病(慢性腰痛[10]，膝骨关节炎[11])和神经系统疾病(脑卒中[12]、脊髓损伤[13])功能障碍，预防和缓解骨质疏松[14]，在竞技体育领域常用于提升运动员运动表现[15-16]。尽管WBVT疗效显著，但目前对其作用机制还了解甚少。

作为一种外源性刺激，振动刺激可以通过激活骨髓基质细胞的Wnt信号通路，促进骨髓基质细胞向成骨细胞分化，进而促进成骨，使骨量增加[17]。对肌肉功能的影响主要是通过影响神经肌肉的兴奋性，使肌肉在实际的运动中能够募集到更多的运动单位，从而增强肌肉收缩力量[18]。振动刺激对大脑皮质运动区域也有调节作用，从而对运功控制造成影响[19]。但是相关研究较少，影响机制还有待进一步明确。

2 WBVT对CAI的疗效

2.1 肌肉力量

踝关节周围肌群包括腓骨肌、胫骨前肌、腓肠肌和比目鱼肌。这些肌肉协同收缩在主动维持踝关节稳定中起着至关重要的作用[20]。在CAI患者中普遍存在踝关节周围肌群力量不足和肌肉体积减少的现象，其中腓骨肌肌力减退，造成踝关节外侧动态稳定性缺失，是诱发踝关节重复扭伤的主要原因。

振动力量训练作为一种新兴的力量训练方法，与传统的抗阻力训练相比，在提高肌肉快速力量、最大力量等方面有着明显的效果[21]。

Aminianfar等[22]开展随机对照试验探索WBVT对CAI患者踝周肌群肌力的影响，实验中共30例女性患者进行为期6周的干预(振动频率25 Hz，振幅4 mm，每次30 min)，结果显示干预后，WBVT组踝关节内翻、外翻峰力矩均明显高于对照组，表明6周WBVT可以改善FAI患者踝关节内外翻肌力。

徐珊珊[23]开展类似研究，对照组进行常规功能训练(力量训练和平衡训练)，实验组进行常规训练同时进行振动频率40 Hz、振幅4 mm的WBVT，结果发现8周WBVT训练后CAI患者内外翻相对峰力矩较对照组显著提升。

Tseng等[24]观察24周的WBVT(振动频率25 Hz，振幅5 mm)对健康老年人下肢肌肉的影响，结果显示干预后下肢肌肉肌力显著增强，且受试者平衡能力也显著提升。贺慨等[21]研究WBVT(振动频率20～55 Hz，振幅2～6 mm)对踝关节肌力变化的影响，结果显示干预后踝关节屈肌群爆发力和肌肉耐力均显著提升。

分析肌力增强的原因主要是振动刺激作为一种外源性刺激，能促使中枢神经系统发出调节性指令，使潜在的运动单位进一步激活，这就使肌肉在实际的运动中能够募集到更多的运动单位，从而增大肌肉的收缩力量[25]。而踝关节屈肌耐力的增长除了与更多的肌纤维被募集之外，还可能与中枢神经系统功能的改善有关。在振动刺激的作用下，运动中枢的兴奋与抑制过程更加集中，肌肉的收缩与放松更加协调；使肌肉活动的机械效率得以提高，节省能量消耗，进而保障了长时间的肌肉活动的能量供应，使肌肉耐力增强[21]。踝关节周围肌群肌肉爆发力增强，利于CAI患者在应对干扰时肌肉快速收缩稳定关节，而肌肉耐力的提升，为长时间维持关节动态稳定提供了保障。

尽管多数研究结果显示WBVT对肌肉功能积极影响，但是汤晨曦[26]研究却发现，8周WBVT(振动频率30～36 Hz，振幅2 mm)对CAI患者踝关节内翻、外翻、跖屈和背伸相对峰力矩均无显著影响。可能是由于振动参数设置的差异所致。目前尚未有直接证据证实长期WBVT对CAI患者踝关节周围肌群肌肉爆发力和肌肉耐力有积极影响，还有待进一步研究。

2.2 肌肉激活

慢性踝关节患者在神经肌肉控制上存在缺陷，踝关节肌肉激活和反应时与健康人群存在差异，由于这些缺陷的存在，导致患者在动态活动过程中反复扭伤踝关节[27]。

目前研究多采用表面肌电图监测肌肉激活表现。Jeong等[28]探索WBVT对肌肉激活的影响，研究者将30例CAI足球运动员随机分为WBVT组和神经肌肉训练组，WBVT组进行振动频率5～25 Hz、振幅3～6 mm的振动训练，结果发现经过6周干预后，WBVT组胫骨前肌、腓肠肌和腓骨长肌均方根值(root mean square,RMS)均较神经肌肉训练组提高明显。Roelants等[29]研究也发现，振动频率35 Hz的WBVT可以增加腿部肌肉激活程度。分析认为，WBVT通过肌肉肌梭反射性募集和激活不活跃的运动单位，增加运动单位之间的同步性，从而增加肌肉激活程度。振动训练时，机械振动直接作用于肌肉，这刺激了肌肉肌梭上的运动末梢，增加了Ia传入神经元的活性，从而使高尔基肌腱器官(Golgi tendon organs,GTOs)的兴奋阈值降低[30]。这有利于运动单位的募集和肌肉的激活。从而改善肌肉功能。

还有学者探索WBVT对CAI患者肌肉激活时间的影响。Sierra-Guzmán等[31]将50例CAI患者随机分为WBVT组(振动频率30～40 Hz，振幅2～4 mm)、平衡训练组和对照组，WBVT组进行振动台上BOSU球平衡训练6周，平衡训练组仅进行BOSU球上平衡训练，对照组不进行任何干预，结果发现WBVT组患侧腓骨长肌及胫骨前肌的肌肉激活时间明显缩短，而其余两组均未发生显著改变。提示WBVT有助于提升患者快速激活踝周肌群肌肉的能力，这有利于患者在应对干扰时快速收缩肌肉，从而稳定踝关节，防止扭伤。

2.3 姿势稳定性

CAI患者常由于本体感觉缺失或神经肌肉控制缺陷导致姿势稳定性下降[32]。这也是CAI患者动态活动时容易重复扭伤踝关节的原因之一。

近期的多数研究结果都显示，长期WBVT利于CAI患者姿势稳定性的提升。Sierra-Guzmán等[33]研究发现，CAI患者在进行6周 WBVT(振动频率30～40 Hz，振幅为2～4 mm)后，WBVT结合BOSU组患者星形移动平衡测试(Star Excursion Balance Test,SEBT)和Biodex平衡系统(Biodex Balance System,BBS)测试结果均有显著改善，而BOSU球训练组仅SEBT得分显著提升。提示WBVT和BOSU球训练改善CAI患者姿势稳定性的机制并不一样，且疗效存在叠加效应。Cardinale等[34]认为，WBVT可以增强肌梭α和γ运动神经元的敏感性和兴奋性。这些适应性改变可以减少踝关节稳定肌激活时间和运动单元兴奋阈值。

Cloak等[35]进行类似研究也有同样的发现，其研究结果显示WBVT(振动频率30～40 Hz)有助于提升单腿站立平衡成绩、SEBT得分和单腿三级跳距离(Single-Leg Triple Hop for Distance,SLTHD)，这表明干预后CAI患者静态和动态姿势稳定性均得到改善，且运动表现也显著提升。SLTHD的增加可能是由于训练后下肢肌力增加所致。最近一篇Meta分析结果显示，长期进行WBVT可以显著提升老年人姿势稳定性[36]。

也有学者探索WBVT对CAI患者姿势稳定性的即刻效果，结果发现WBVT对姿势稳定性并无即刻疗效。分析认为研究中样本量较少，且干预时间较短，是造成即刻效应不显著的原因之一。由于目前相关研究较少，WBVT的即刻疗效还有待进一步研究加以证实。

2.4 其他

近年来，也有学者关注WBVT对CAI患者本体感觉的影响。然而，从目前的研究结果来看，WBVT对CAI患者本体感觉并没有即刻疗效。Otzel等[37]比较CAI患者和健康人群在接受WBVT(振动频率35 Hz，振幅4 mm)后关节位置觉变化，结果发现CAI组和健康组关节位置觉干预前后均无显著性差异。Pollock等[38]和Hannah等[39]进行类似研究也得到同样的结论。然而Trans等[40]却发现，进行8周WBVT(振动频率25～30 Hz)可以显著提高膝关节本体感觉。分析即刻疗效不显著的原因可能是由于振动治疗时间较短，不足以引起踝关节本体感受器发生适应性改变。目前尚未有研究探索长期WBVT对CAI患者本体感觉的影响。

还有学者发现，WBVT可以改善CAI患者踝关节背屈活动范围。Jin等[41]观察为期4周的不同振动频率(10 Hz、20 Hz和25 Hz)WBVT对CAI患者踝关节活动度的影响，结果显示患者踝背屈活动度明显改善，且发现不同频率的治疗方案疗效有所差异。疗效机制可能是WBVT所产生的机械刺激可以在进行踝关节背屈活动时增加距骨向后滑动范围，以恢复正常的关节生理运动。也有研究表明WBVT可以使关节周围肌肉温度升高[42]，同时疼痛阈值提高[43-44]，这些改变也可能与关节活动度改善有关。

3 WBVT参数设置

尽管不少研究表明WBVT对CAI患者的肌肉力量、肌肉激活及姿势稳定性等有一定的积极促进作用，但各研究中所采用的振动参数设置还不统一，其中频率多集中在25～40 Hz，振幅2～4 mm。

振动刺激可以通过多种方式(包括改变振幅、频率和持续时间)发生变化，从而产生不同的效果[45]。当WBVT振动频率小于20 Hz时容易发生共振现象，对人体有害[46]；随着WBVT的频率增高，可募集运动单位的潜伏期缩短，更容易引起肌肉收缩[47]。一般来说，当频率大于20 Hz时就可以诱发肌肉等张收缩[48]。Pollock等[49]在研究WBVT对腿部肌肉影响时，发现使用较高的频率和振幅可以增加肌肉活动，并减少产生不良影响的可能性。当然，过高的频率和振幅也不利于患者的康复。Munera等[50]指出，由于共振信号的放大，踝关节疾病患者应避免过高频率(共振峰值为44 Hz)的WBVT。还有系统评价指出[51]，使用频率在12～45 Hz之间，振幅在1.7～5 mm之间的振动刺激，更利于腿部肌肉功能提升。

此外，治疗方案还应该不断对振动刺激参数进行调整，以避免神经肌肉系统的适应性[52]。诸多研究中WBVT频率以及振幅的设置均采用逐级递增(振动频率每2周增加5 Hz；振幅第1周2 mm，此后逐渐增加到4 mm)的方式，从而进一步提升训练效果。频率和振幅的适当变化将更有效地改善肌肉活动。

4 小结

WBVT作为一种非侵入性运动治疗手段，在运动医学和康复领域均得到广泛应用。本研究对其在治疗慢性踝关节不稳方面的应用现状进行综述，证实长期WBVT可以增强CAI患者的踝关节周围肌肉力量，改善肌肉激活缺陷，提高患者姿势稳定性。关于WBVT的即刻效应尚缺乏证据支持，且现阶段其疗效机制还不明确。WBVT对踝关节本体感觉以及关节活动度的影响少有文章报道，确切疗效有待进一步研究。对CAI患者的振动刺激方案基本明确，但也应遵循因人而异、循序渐进的治疗原则加以应用。

目前少有研究比较WBVT与其他治疗手段疗效差异。多数研究证实，在传统功能训练的基础上联合WBVT，可进一步提升临床疗效。现阶段研究中还存在着样本量不足、缺乏随机对照的问题，可能会对研究结果造成偏倚。因而，今后应进一步开展高质量研究以明确WBVT治疗CAI的即刻疗效和长期随访疗效，并积极探索其治疗机制，为其临床应用提供更多理论依据。