从通用到具体: 如何为个体化患者制定跟腱病康复处方?
这项生物力学建模研究提供了见解:个体化的患者特征如何影响中段跟腱病患者的跟腱应变
根据影响肌腱受力/应变的因素,可以对练习进行排序,并基于这些信息制定个体化的练习方案
这并不是一项临床研究,但我们会把它拆解成可落地的临床启示
导言
我们知道跟腱需要进行恰当的负荷训练,也已经开发了多种康复模型,但许多患者在跟腱病(Achilles tendinopathy)康复后疗效不佳,甚至进一步进展为更慢性的跟腱病。 在实际临床中,负荷的处方与递增是基于腱的承受能力、组织的刺激性(可激惹程度)以及症状反应来进行的。 我们也知道,一般来说,双侧训练比单侧训练更容易;而跳跃(助跳)类动作比不跳跃的动作要求更高。
尽管我们已经对负荷因素有了不少了解,但在实际临床中所关注的因素,主要还是来源于外部的训练剂量,往往忽略了内部、与患者个体相关的腱特性所带来的影响。 大多数康复决策都基于外部训练剂量,比如选择了哪种练习、完成多少次重复、使用的外部阻力、训练速度以及活动度范围。 但更不清楚的是:所处方的任务,到底会如何转化为腱实际承受的内部机械负荷。
这篇论文从生物力学角度解释了:为什么对某一位患者来说,某项运动可能很有帮助;而对另一位患者来说,同样的运动却几乎没有作用,甚至完全不产生效果。 我们会把这项生物力学研究拆解成临床中的例子与关键启示,帮助你把它用到实际工作中。
方法
Funaro 等人开展了一项横断面、针对个体的有限元建模研究,旨在估计患有中段跟腱病变的人群在 6 种常见康复训练练习过程中,跟腱内部的应变情况。
过去 5 年内,出现过间歇性跟腱病(Achilles tendinopathy)疼痛发作的参与者被纳入研究条件:若该疼痛已持续超过连续 6 周;并且在此期间内至少经历过一次跟腱疼痛的加重与缓解过程。 此外,参与者需要在跟腱中段可触及且疼痛明显的局灶性增厚,并且该情况有超声检查所见作为依据,支持跟腱病诊断。
如既往接受过跟腱手术或发生过跟腱断裂者,或存在影响胶原组织或累及附着点的跟腱病变的全身性疾病者,被排除在研究之外。 此外,合并跟骨骨刺、足底筋膜炎或其他足踝部疾病者也被排除。
所有参与者均完成了维多利亚运动评估中心的跟腱评分问卷(VISA-A),以了解他们的疼痛状况和功能水平。
参与者首先在等速测力计上进行最大跖屈收缩。 随后使用三维游标手持超声(freehand ultrasound)在静息状态以及以最大用力的30%和60%进行收缩时评估跟腱。 基于这些测量结果,研究者为每位参与者估算了肌腱长度、伸长量、横截面积、受力(力)以及硬度(stiffness)。
在第二次实验室测试中,参与者按随机顺序完成了6个常见康复训练动作中的5个重复:双侧提踵(heel rise)、双侧跟腱下降(heel drop)、膝关节伸直位单侧跟腱下降(unilateral heel drop with the knee extended)、步行、膝关节屈曲位单侧跟腱下降(unilateral heel drop with the knee flexed)以及双侧跳跃(bilateral hopping)。 动作捕捉(motion capture)、力板(force-plate)数据和表面肌电图(surface EMG)与肌肉骨骼建模相结合,用于估计每个训练动作中比目鱼肌(soleus)以及两侧腓肠肌(gastrocnemius)产生的力量。
这些测量数据用于为每位参与者的跟腱建立个性化的计算机模型。 主要模型纳入了单独的肌腱形态、弹性(硬度)以及肌肉力量,使研究人员能够估算跟腱中段的应变情况,并将训练动作的受应变水平从低到高进行排序。
另外创建了两个模型,用来探究是什么解释了参与者之间的差异。 其中一个保留了个体化的肌腱刚度,但使用了平均肌肉力;另一个保留了个体化的肌肉力,但使用了平均肌腱刚度。 这样,作者就能比较预测的肌腱应变更主要受到肌肉力产生的影响,还是受到肌腱特性的影响。 尽管外部肌腱形状是个体化的,但内部的亚肌腱排列和扭转是基于一个通用的解剖学模型,而不是对每位参与者分别测量得到的。

这项研究的主要结局指标是:在患有阿基里斯腱病变的受试者中,针对这 6 项练习,每一项练习在阿基里斯腱中段的平均最大应变。 随后,作者还评估了峰值局部应变及其位置,以及受试者之间的应变差异。 基于既往研究证据,选用了 5-7% 的应变范围,作为实现腱适应所需的最佳应变。
重要的是,所有测量均在开始任何康复计划之前完成。 通过这种方式,本研究反映了在引入康复计划之前,疼痛性肌腱病阶段阿喀里斯腱的特性及其对加载的反应。
成果
共招募了 21 名中段跟腱病(midportion Achilles tendinopathy)受试者,其中男性 17 名,女性 4 名。 受试者平均年龄为 49 岁(±13 岁)。身高平均为 178 cm(±8 cm),体重为 75 kg(±12 kg)。 受试者的平均 VISA-A 评分为 73(±19)。
从最低的平均中段跟腱牵拉应变到最高,揭示出的排序如下:

除伸膝状态下的步行和单侧踝跟下压(unilateral heel drop)产生相似的肌肉牵拉/应变外,其余所有练习之间在统计学上都存在显著差异。
基于这一结果,小组平均值显示:膝关节伸直的单腿踝后跟下放(heel drop)结合步行,能够提供足够的牵拉应力,从而促进肌腱适应。

当把跟腱拉伤在个体、患者特异性层面上的表现,与基于需要进行腱体适应的 5–7% 必要应变所对应的“最佳应变”进行对比时,出现了一项有意思的发现。 有些人在较轻松的训练(例如双足提踵)中达到了 5–7% 的范围;而另一些人则要在更高难度的动作中才达到,例如屈膝提踵下落或跳跃。 在部分参与者之间,从低应变到高应变的动作排序也不尽相同。
在每个练习中,达到所提议的 5-7% 应变范围的参与者人数为:

看起来,部分人需要更具挑战性的训练,才能达到最佳的跟腱受力(应变)。
计算机模型显示,腱内少数几个小区域的应变非常高,尤其是在膝屈位的跟腱降落以及跳跃过程中。 这些数据不应 被解读为整个腱都按该幅度拉长。 它们反映的是模型内部很小的局部“热点”,对腱的形状假设、腱下(subtendon)边界以及模型的构建方式都很敏感。 这些局部峰值通常出现在腱的中部或上中部,靠近比目鱼肌腱下(soleus subtendon)。 腱内的具体位置在不同受试者之间有所差异。 从临床角度看,这提示腱的受力并非均匀分布;但就目前而言,峰值本身还不足以直接用于制定运动处方。

研究人员也问了:是什么解释了患者之间牵张应变的差异。 他们发现,如果让每个人自身的小腿肌肉力量来驱动模型,结果会比只采用每个人的肌腱僵硬度更接近完全个性化模型。 这并不意味着肌腱僵硬度不重要。 这表示:在这些模型里,个体的力产生能力对预测的应变影响更大。
问题与思考
重要的是,这是一项计算建模研究。 它并未检验:根据估计的肌腱应变来开具/安排练习,是否能改善疼痛、功能、恢复时间或重返运动。 不过,这项研究所获得的信息可以帮助我们优化康复流程。
我们已经知道很多关于运动处方剂量(exercise dosing)的信息:我们会调整外部负荷、次数、组数、节奏、活动度范围、频率、任务复杂度;我们也已经知道康复应该是个体化的。 那这里真正“新”在哪里呢? 这项研究让我们更清楚地理解:外部肌腱负荷与内部肌腱负荷之间的差异。 我们会给患者开出这样的任务:让跟腱承受外部负荷,而跟腱内部会产生相应的机械刺激。 它们彼此有关联,但并不完全相同。 我们可以把这些负荷分为三个层级:
- 处方剂量: 物理治疗师选择的内容
- 运动
- 外在阻力
- 组数和重复次数
- 节奏
- 频率
- 实际剂量: 患者实际产生的产出
- 关节活动度
- 力量
- 运动速度
- 努力
- 补偿项目
- 疲劳
- 肌腱所受剂量: 肌腱所经历的情况
- 拉伸幅度
- 应力/牵张分布
- 加载速度
- 时长
- 累积机械负荷暴露
临床实践主要控制第一层级,并观察第二层级的一些内容。 本研究试图估计第三层级。 因此,本研究并未推翻常见的康复原则。 相反,它提醒不要假设“标准进展”就能对应“标准的生物学剂量”。
对我们来说,最关键的挑战是:如何判断——在不同患者身上,哪一种负荷会产生最佳的应变,从而实现肌腱适应所需的刺激。 这项研究是生物力学分析,确实提供了关于跖腱(跟腱)肌腱病变相关肌腱适应所需刺激的重要信息,但它没法给每位患者“直接可照做的配方”。 那我们要怎么把这些信息用到临床实践中?又应该如何调整我们的做法呢?
通用的分级体系在临床上依然有用:先做双侧,再做单侧,然后到屈膝负重,最后到跳跃。 不过,它应该被用作起点,而不是固定的康复框架。 从临床角度,我们无法针对每一位患者精确判断“最佳”负荷是多少,但我们可以尝试评估训练剂量是否不足、是否有成效,或是否过量。
让我们用一些临床案例来把它讲清楚:
患者A:容量不足、易怒/易激惹的肌腱
想象一下这样的患者:
- 日常步行时的疼痛;
- 双侧小腿提踵能力较弱;
- 明显的疲劳;
- 更有力的次日症状反应。
对于这个人来说,双侧提踵可能已经是一个有意义的跟腱刺激。
这项研究显示,尽管双侧训练的平均应变较低,但部分受试者在训练过程中确实达到了预设的目标范围。 不要因为双侧训练在方案早期就出现了,就轻易把它当成“太简单”。 相反,从患者能承受的动作开始,比如:
- 双侧小腿提踵(抬高)支持;
- 坐位跖屈;
- 活动范围受限;
- 节奏更慢;
- 更低的音量。
进展来自患者能力提升和恢复,而不是因为日程表上写着要开始单侧训练。
患者B:负荷不足的强壮患者
想象一下有运动背景的患者,他们是:
- 做双侧和单侧的提踵动作都很轻松;
- 几乎不怎么感到疲劳;
- 投入精力很少;
- 对该项目的反应非常有限;
- 仍低于运动训练的需求。
对这个患者来说,标准的提踵可能产生的力量不够,无法对肌腱形成有意义的挑战。 确认一下:这项练习是否真的足够有挑战性。
- 是否正在使用足够的外部负荷?
- 是否能维持完整的脚跟抬高高度?
- 整组训练过程中,表现会不会逐渐下滑?
- 最后一次重复动作接近力竭了吗?
- 患者是否在把重心转移到另一条腿?
- 正在训练伸直膝(直膝)和屈曲膝的踝关节跖屈吗?
逐步推进:
- 外部阻力增加;
- 单侧受力;
- 更大的活动范围;
- 屈膝位负重;
- 加载更快;
- 跳跃;
- 针对运动的能量储存任务。
完成这项练习并不能证明肌腱已经获得了足够的刺激。
C 病例:对“合理”强度的训练出现了出乎意料的强烈反应
想象一下:患者对直膝单侧抬高脚跟(直膝单腿跟腱抬举)耐受良好,但在进行以下动作后却会加重/出现炎症性反应:
- 屈膝位的跟腱下压动作;
- 跳跃;
- 速度或音量的小幅提升。
这篇论文估计,与伸直膝盖的单侧踵下沉相比,屈膝的单侧踵下沉通常会产生更大的受力/应变;而跳跃动作则会产生最高的受力/应变。 但同时也显示出明显的个体差异。 所以,不要把面部潮红(flare)自动解读为恐惧、依从性差或治疗失败。 对该患者而言,这个训练动作可能比预期更需要更大的内部力学步骤。
修改:
- 膝关节位置;
- 外部负荷;
- 范围;
- 运动速度;
- 重复次数;
- 组数;
- 每周频率。
比如,把要求很高的单侧屈膝跟腱抬高(heel drop)替换成更轻的坐姿提踵;先建立耐受/能力,再回到原来的训练动作。 看起来很小的运动调整,可能会显著改变肌腱承受的负荷。
跟我说说书呆子的事
一个非常重要的提醒是:这项研究并没有评估参与者在时间推移中如何变化;相反,他们是在某一个特定时间点接受评估——甚至在开始阿基里斯腱病的康复治疗之前。 因此,我们不能假设使用这项信息就会带来更好的康复结局。
这项研究的重要局限在于,它采用了一个基于健康人群以及动物和体外研究所提出的“最佳应变范围”。 但病理性肌腱可能需要不同的加载范围。 此外,剂量也可能会根据肌腱的易激性与承受能力、症状的慢性程度、既往加载史,以及康复阶段而有所变化。
这项当前研究的另一个需要仔细考虑的重要点是:研究仅在部分重复过程中评估了肌腱应变,但并未在规定的时间范围内对这些练习进行持续评估。 例如,步行确实落在建议的目标范围内,但研究并没有评估步行速度、步数(步频/节奏,cadence)、持续时间、坡度等。 因此,跟腱的适应并不仅取决于应变幅度,还受到时间和变化速率的影响。
这项研究聚焦于肌腱的拉力载荷和应变,但肌腱中同样也总会存在一定比例的压缩载荷。 此外,研究不考虑腱内各小分腱之间的摩擦接触,这简化了分析,但也可能是一项局限。
带回的信息
这篇论文并未提出新的跟腱康复方案。 它提供了一种更精确的方式来理解运动剂量(exercise dose)。 运动层级的总体规律基本可预期:双侧小腿训练所估计的肌腱应变最低;单侧负重产生更高;屈膝状态下的单侧训练应变进一步升高;而跳跃(hopping)产生最高的应变。 最重要的发现是:个体患者并不总是遵循这一平均模式。
同一个练习,可能会根据患者的情况,代表相对较低、适中或较高的肌腱内负荷:
- 肌肉力量的产生;
- 腱的几何形态;
- 横截面积;
- 材料特性。
因此,真正的做法不是放弃现有的康复原则,而是别那么有把握——一个“运动标签”就能定义训练负荷。 对某些人来说,双侧训练可能太轻松了;但对另一些人来说,又刚刚好。 作为物理治疗师,我们在处理跟腱病的康复时,应该把重点放在为患者量身开具训练处方,而不是只套用那种通用的、基于流程的训练计划。 通过调整我们已经在做的外部负荷,并同时留意患者的特定内部负荷,我们就可以根据眼前这位患者来个体化制定训练处方——而不是只照搬一个通用的进阶方案。
主要限制在于,该研究假设约 5–7% 的应变是治疗最优的,尽管这一点尚未在人类的阿喹传肌腱病中得到证实。 这项研究给出了预测能够达到该范围的训练动作。 但它并未证明达到这一范围会改善结局。
参考资料
预防腿筋、小腿和股四头肌损伤的注意事项
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