第一章概论
三、制动对骨科围术期患者的影响及其机制
（一）制动对骨科围术期患者肌肉的影响
在术前或术后患者往往会处于一段时间的制动期，而这段时间由于活动量减少甚至长时间不动而造成废用性肌萎缩和肌力减退。肌肉完全或部分废用而导致的肌肉萎缩和肌力减退是一种严重的医学并发症，当随着肌肉失用时间的延长，会逐渐增加并发症发病率和死亡率。
关节制动2周可造成明显肌肉萎缩和肌力下降（每周下降20%）。废用导致的肌肉萎缩，表现为肌纤维横截面积下降，肌肉重量和体积减少，同时肌纤维类型发生变化，表现为慢肌纤维数量减少而快肌纤维增加，但肌纤维总数量不发生改变。在正常情况下，慢肌的牵张感受器有紧张性冲动到达脊髓前角，使慢肌运动神经元持续发放低频率的神经冲动,维持慢肌的正常结构与功能特性。然而在废用状态下,慢肌的牵张感受器所受到的刺激减少,向脊髓前角发放的冲动也随之减少,使慢肌运动神经元的兴奋性降低,快肌运动神经元的兴奋性则升高,发放的冲动增加。因此在制动状态下以慢肌为主的抗重力肌如四肢肌及维持躯干稳定的肌肉萎缩相对较快。
废用状态下,由于肌肉局部血流量的减少及其运氧能力的降低,造成肌肉相对的缺血缺氧，影响肌纤维内线粒体功能，家兔后肢制动20~36h,线粒体的超微结构即可发生一系列异常的改变,包括线粒体轻度的肿胀、透明基质和异常嵴的出现，肌纤维能量代谢、功能改变，导致肌纤维超微结构改变。此外制动影响废用状态下肌肉生化代谢，可直接影响糖代谢的过程,导致有氧氧化活动减弱而无氧酵解活动加强；废用状态下肌肉蛋白质代谢的变化主要表现为蛋白质合成率降低而降解率增加,导致肌肉蛋白质总量的净减少,这可能是引起废用性肌肉萎缩的直接原因。此外局部制动会导致肌纤维局部炎症反应增强，诱导肌纤维萎缩。
骨骼肌蛋白质降解的经典途径分为泛素-蛋白酶体途径和自噬溶酶体途径。而有关控制制动诱发肌肉萎缩的分子机制最新发现，在生理和病理条件控制肌肉萎缩的主要是细胞蛋白水解系统和调整肌肉能量的信号通路。这二者在肌肉病理学中的参与及控制它们活性的信号通路，仅在最近几年才被揭开。并且证据表明这两个过程在调节肌肉稳态中起着关键性的作用。细胞蛋白水解系统主要通过泛素蛋白酶体系统和FoxO3转录因子诱导的自噬溶酶体通路，诱导肌纤维萎缩；而insulin/IGF-1-PI3K-Akt（PKB）/mTOR途径和炎症因子-NFκB途径可以调节肌肉的能量代谢，激活insulin/IGF-1-PI3K-Akt（PKB）/mTOR途径和炎症因子-NFκB途径后可以诱导泛素蛋白酶体系统和FoxO3转录因子诱导的自噬溶酶体通路，加剧肌肉萎缩。此外制动后肌浆网对Ca2+释放增加，肌浆网Ca2+-ATP酶活性降低,Ca2+转运功能抑制,导致线粒体Ca2+含量增加,产生钙超载,从而破坏细胞内Ca2+稳态,进一步影响肌肉的收缩特性，加剧肌肉萎缩、导致肌力下降。
肌萎缩不单单是制动并发症的一种表现，肌肉质量和机能的降低更是影响骨科围术期患者完成日常生活行为的阻碍。所以，预防围术期肌肉萎缩和肌力下降是骨科围术期康复的重担。
（二）制动对骨科围术期患者骨与关节的影响
围术期制动常引起关节活动范围受限、慢性关节疼痛，最终引起关节软骨退行性病变甚至僵直等并发症，目前是世界骨科面临的难题之一。
导致关节僵硬的原因有两点：关节源性和肌源性。关节源性原因在制动导致关节挛缩、关节僵硬的占比较大，达89%，关节源性原因主要是关节囊和关节内的变化所致，并且在制动90天以前，关节活动的受限主要是由于关节囊和关节内其他组织的改变所致，具体致病机制有几点：①创伤/手术造成了早期局部软组织出血、激活了炎症反应，引起纤维蛋白和炎性细胞渗出；②随着纤溶和抗纤溶系统的平衡被破坏，直接导致纤维蛋白沉积形成暂时的粘连基质，并刺激损伤周围的成纤维细胞迁移、增殖以及分泌胶原、粘连蛋白等细胞外基质，形成了过量的炎性细胞-胶原-纤维蛋白复合物，随着微血管的长入，产生了大量肉芽组织并集聚于滑膜及关节囊周围；③胶原纤维增粗，微血管闭合消失，导致了肉芽组织纤维化，滑膜和关节囊进而萎缩，降低了关节腔的空间和透明质酸的分泌，形成了关节内粘连的同时造成了关节软骨的退行性病变，这主要是由于基质金属蛋白酶和基质金属蛋白酶组织抑制剂比例失衡导致；④长期固定使得静脉和淋巴回流受阻，关节腔内滑液流动减慢，使得血液及滑液循环发生改变，组织和肌肉间形成水肿，发生粘连，同时关节囊和韧带等组织因缺血出现营养不良、挛缩、活动受限，进而影响关节活动，促进关节挛缩的发生、发展。制动导致关节挛缩和关节僵硬的肌源性原因主要是由于肌肉改变所致，在制动引起关节僵硬中原因占比较少、约11%，主要致病机制是制动后期肌肉发生纵向挛缩，造成肌肉延展性减低、肌肉组织萎缩纤维化以及韧带短缩和屈伸装置的废用性改变，形成了关节外粘连，动物实验发现固定1周肌源性挛缩已发生，固定2周逐渐趋于稳定。但是制动对关节的影响与时间密切相关，时间越长，活动受限越严重。
制动导致骨质疏松是骨科围术期一个常见问题。维持正常骨质需要破骨活动导致骨质吸收和成骨活动导致骨生成达到动态平衡。力学负荷加载强度与成骨细胞和破骨细胞的调控功能密切相关。长期制动承重骨缺少力学负荷诱导骨吸收增强、骨形成降低，导致成骨与破骨功能的不平衡。骨折后长期制动，抗重力肌肉系统出现自然萎缩现象，相对应骨质丢失最明显的为抗重力的下肢和维持躯干姿势的骨骼，其程度亦与制动程度有关。骨组织在外力作用下产生的应力，可以通过多种信号途径使其在骨细胞中进行机械转导，包括Wnt/β-catenin信号通路、RANKL/RANK/OPG信号通路、NF-κB信号通路、MAPK信号通路等，影响成骨细胞及破骨细胞活动，调节骨质疏松。适当的应力有助于预防骨质疏松症。
（三）制动对骨科围术期患者呼吸功能的影响
制动对骨科围术期患者呼吸功能的影响主要表现在通气功能下降、肺部感染发生率上升。
呼吸节律虽然产生于脑,但其活动可来自于呼吸器官本身、骨骼肌以及其它器官系统感受器传入冲动的反射性调节。肌梭是骨骼肌内的本体感受器,其主要作用是感受肌肉长度和速度的变化,大量的研究表明,来自骨骼肌的感觉传入纤维对呼吸运动具有反射性调节作用。动物实验中用振动刺激选择性地兴奋剂后肢三头肌中的肌梭,可引起通气频率和幅度显著增加。局部或全身制动可导致患者肌肉萎缩，肌梭传入冲动下降，引起通气功能下降，此外部分手术患者术中使用肌松剂，而使用肌松剂后很难引起足够范围的肌梭兴奋,不能诱发膈神经放电反应，加重通气功能障碍。由于制动，膈肌等呼吸肌的肌纤维类型发生变化，Ⅰ型肌纤维减少、Ⅱ型肌纤维增多，导致膈肌重塑、收缩力下降，通气功能下降，再加上制动或疼痛导致的胸廓外部阻力增加、顺应性减小，肺的通气功能进一步下降。肌肉萎缩、呼吸肌功能异常，导致自主咳嗽能力异常，咳嗽反射是气道防御的重要机制之一，自主咳嗽能力异常会引起患者咳嗽发射功能障碍，容易形成气道误吸和分泌物不能被清除而坠入肺部，导致肺部感染概率增加。此外长期卧床引起肺底部长期的处于充血、淤血、水肿，并且部分患者本身合并肺部慢性疾病，肺功能受限，进一步导致肺部感染发生。
（四）制动对骨科围术期患者循环功能的影响
制动对骨科围术期患者循环功能的影响主要是导致心功能下降、体位性低血压、深静脉血栓形成。
平卧休息使回心血量增加，造成心房压力增高，机体反馈性调节，导致抗利尿激素（ADH）分泌减少，肾脏滤过率增加，血容量下降（下降15%~20%）；长期卧床导致骨吸收与骨形成失平衡、骨质疏松，大量的无机物释放入血，引起高渗性利尿，造成围术期患者有效血容量明显减少；同时由于精神因素、食欲欠佳而入量减少以及临床上为了消除损伤部位的水肿而使用脱水利尿药,最终导致病人有效血容量明显减少。此外制动可导致心肌内脂肪积累、心肌纤维局部性萎缩、心肌收缩能力下降，心率加快，主动脉弓、腹主动脉及冠状动脉血管的内膜增厚、脂质沉积，冠脉阻力增加、冠状动脉血流量下降。家兔限制活动5-24d就会出现主动脉和血管明显的硬化、动脉瘤、冠脉机能不全、心肌梗死等严重变化，30只限制活动家兔中有9只在试验后死亡。在人体实验发现长期制动病人容易发生不随意的Valsalva动作,Valsalva动作的结果会使心排出量和冠脉血流产生时高时低的周期变化,可直接损害有基础病变的心脏,或使心脏的储备功能进一步降低,如遇到手术、麻醉或其他强烈刺激,可使病人发生危险的心血管反应。
由于血容量下降，心肌收缩能力下降，循环储备功能下降，病人只要持续卧床1天以上,便有心脑的适应作用和储备功能就开始降低,可引发体位性低血压；由于肌肉萎缩和肌力下降,骨骼肌的强度和耐力都会有明显减退甚至丧失,也可引发体位性低血压；同时长期卧床的病人多伴有慢性肾上腺皮质功能不全,在麻醉或手术的刺激下可发生急性肾上腺皮质功能不全的危象,造成血压明显下降。所以长期卧床的病人非常容易发生体位性低血压、疲劳或循环衰竭。
由于血容量减少、心功能减退，血液粘滞性增加，总外周阻力增加，加上患者肢体肌肉萎缩、骨骼肌肌肉泵功能下降，静脉回流障碍，患者发生静脉血栓、肺栓塞和心血管意外的几率增加。
（五）制动对骨科围术期患者消化系统功能的影响
制动对骨科围术期患者消化系统功能的影响主要表现在食欲欠佳、便秘等。长期制动可导致交感神经兴奋，引起消化腺分泌减少，消化功能下降、胃肠道蠕动减慢，便秘；长期制动患者肠道菌群改变，肠道菌群在正常肠道运动功能和动力调节中具有重要作用，肠道菌群紊乱为肠道动力和胃肠功能紊乱的因素之一，其机制可能是肠道菌群释放相关分子，诱导脑-肠轴信号转导，影响胃动素、胃泌素、胆囊收缩素、生长抑素、神经肽Y等脑肠肽的释放，抑制胃肠道消化功能、胃肠道动力，导致胃肠道消化能力下降、排空延迟；此外肠道菌群失调导致小肠细菌过度生长可增加肠道产气，进而引发腹部饱胀感、腹痛等消化不良症状。长期制动患者生活习惯、饮食结构、环境及排便方式均发生改变，加上手术应激及术后制动所带来的焦虑或抑郁的情绪，这些亦可作用于大脑的应激反应系统，通过脑-肠轴的双向调节作用于胃肠道靶器官，影响胃肠道消化功能和胃肠道动力。
（六）制动对骨科围术期患者心理的影响
制动对骨科围术期患者心率影响主要是导致睡眠障碍、情绪焦虑，长期制动则病人容易有精神抑制、敌意和焦虑等不稳定的情绪表现。术后长时间卧床（24h以上），患者睡眠障碍的发生率在术后1～2d高达90.32%。此外术后长时间制动，患者在各方面需要他人照顾，增加了患者的心理压力，同时因为排尿困难、腰酸背痛等方面的不舒服，降低了患者舒适度，进而影响患者身心达到最佳康复状态。
另外,病人的这种长期的精神情绪变动,可使神经系统发生强烈的兴奋作用,即所谓交感神经的报警反应,可引起肾上腺能神经及嗜铬细胞的囊泡突然释放大量儿茶酚胺,若患者本身有心血管疾病，可进一步加重组织缺氧,甚至可使心肌纤维破裂,导致心搏骤停。
制动对骨科围术期患者各个系统可造成一系列的问题，减少制动时间、适当活动是预防多系统并发症、促进骨科围术期患者快速康复的重要组成部分。
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