膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶損傷后肌肉功能變化的觀察與分析

陳 建，汪學(xué)紅，湯一鑄

CHEN Jian1,2，WANG Xuehong1，TANG Yizhu3

●運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)●

膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶損傷后肌肉功能變化的觀察與分析

陳 建1，2，汪學(xué)紅1，湯一鑄3

CHEN Jian1,2，WANG Xuehong1，TANG Yizhu3

評(píng)價(jià)膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶損傷后屈伸肌肉力量變化和腘繩肌生理狀態(tài)變化的特征，以指導(dǎo)前交叉韌帶重建術(shù)前和術(shù)后的康復(fù)治療與訓(xùn)練。結(jié)果表明，前交叉韌帶損傷后膝關(guān)節(jié)肌肉功能狀態(tài)水平下降，在一定程度上影響運(yùn)動(dòng)中膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，韌帶重建術(shù)前和術(shù)后應(yīng)注重加強(qiáng)膝關(guān)節(jié)肌肉力量和屈膝肌反應(yīng)速度的康復(fù)訓(xùn)練，以減少術(shù)后康復(fù)訓(xùn)練中對(duì)重建韌帶的負(fù)荷。

前交叉韌帶；肌力；電機(jī)械延遲

前交叉韌帶(anterior cruciate ligament,ACL)損傷是常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)損傷之一，近年來(lái)其發(fā)病率有逐漸增高的趨勢(shì)［1，2］。ACL是限制脛骨前移和脛骨內(nèi)旋的重要結(jié)構(gòu)，對(duì)維持膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定具有重要作用。ACL損傷后股四頭肌和腘繩肌肌力發(fā)生明顯改變,較大程度地影響了膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)功能。為了準(zhǔn)確客觀地了解ACL損傷后膝關(guān)節(jié)肌肉力量和生理功能狀態(tài)的變化，本文應(yīng)用BIODEX systemⅢ多關(guān)節(jié)等速測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試和Tensiomyography肌肉狀態(tài)測(cè)試儀測(cè)試ACL損傷后屈伸肌肉力量和腘繩肌生理狀態(tài)的特征，以期科學(xué)地指導(dǎo)前交叉韌帶重建術(shù)前和術(shù)后的康復(fù)治療與訓(xùn)練。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

選取2013年6月至7月期間本院運(yùn)動(dòng)創(chuàng)傷外科收治確診為ACL斷裂的男性患者20例,所有受試者均無(wú)明顯其它合并傷。（見(jiàn)表1）。

表1 受試對(duì)象基本情況

1.2 測(cè)試儀器

BIO-DEX多關(guān)節(jié)等速測(cè)力系統(tǒng)Ⅲ，Tensiomyography肌肉狀態(tài)測(cè)試儀。

1.3 測(cè)試方法

本測(cè)試過(guò)程嚴(yán)格遵守BIO-DEX等速測(cè)試系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)操作步驟進(jìn)行，在測(cè)試前對(duì)BIO-DEX等速測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行常規(guī)校正，測(cè)試前進(jìn)行5min的騎功率自行車(chē)熱身活動(dòng)，測(cè)試時(shí)患者坐在測(cè)試椅上，座位角度為90°，膝關(guān)節(jié)的軸心與動(dòng)力臂的軸心一致，動(dòng)力臂末端的阻力墊固定在踝關(guān)節(jié)內(nèi)踝上緣3cm處。測(cè)試前對(duì)患者下肢進(jìn)行肢體稱(chēng)重，測(cè)試結(jié)果經(jīng)下肢重量校正，以排除肢體運(yùn)動(dòng)時(shí)重力的作用。設(shè)置關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍為0-100°，測(cè)試速度為60°/s,180°/s,300°/s，測(cè)試每組速度均進(jìn)行5次測(cè)試，組間休息30秒，先測(cè)健側(cè)腿，再測(cè)患側(cè)腿，兩側(cè)測(cè)試間隔2min。

Tensiomyography肌肉狀態(tài)測(cè)試儀：測(cè)試肌群包括雙側(cè)半腱肌和股二頭?。粶y(cè)試體位：俯臥，小腿下墊軟墊以放松股后肌群。

1.4 指標(biāo)選取

1.4.1 肌肉力量指標(biāo)

本研究選擇最大隨意等長(zhǎng)收縮力矩maximally voluntary isometric contractions，MVICs（坐位屈髖屈膝30°）、相對(duì)峰力矩（PEAK TQ/BW）、 到 達(dá) 峰 力 矩 時(shí) 間 （TIME TO PEAK TORQUE）、屈伸比（AGON/ANTAG RATIO）來(lái)觀察ACL損傷后膝關(guān)節(jié)肌肉力量變化的特點(diǎn)。

1.4.2 肌肉電生理指標(biāo)

測(cè)試數(shù)據(jù)包括：肌肉收縮時(shí)間、肌肉放松時(shí)間、肌肉反應(yīng)時(shí)間（電機(jī)械延遲electromechanical delay，EMD）、肌肉維持時(shí)間、肌肉的徑向最大位移。本研究選擇肌肉維持時(shí)間和肌肉反應(yīng)時(shí)間來(lái)評(píng)價(jià)肌肉生理狀態(tài)。

1.4.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

所測(cè)數(shù)據(jù)輸入SPSS17.0軟件,經(jīng)檢驗(yàn)所有數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布后采用t檢驗(yàn)進(jìn)行處理分析并得出結(jié)論。

2 結(jié)果

2.1 肌肉力量結(jié)果

表2 最大隨意等長(zhǎng)收縮力矩結(jié)果（平均峰力矩/體重 單位：%）

表3 膝關(guān)節(jié)屈伸肌力量比結(jié)果（單位：%）

從表2可以看出，ACL損傷后傷側(cè)股后肌群等長(zhǎng)收縮力量較健側(cè)明顯下降，表3結(jié)果表明ACL損傷后三種角速度運(yùn)動(dòng)時(shí)傷側(cè)膝關(guān)節(jié)屈伸肌力量比值較健側(cè)更大，說(shuō)明傷后股四頭肌力量下降比腘繩肌力量下降更明顯，這可能與ACL損傷后膝關(guān)節(jié)本體感覺(jué)的降低或缺失，導(dǎo)致肌肉廢用性萎縮，而腘繩肌具有代償ACL防止脛骨前移的作用，在一定程度上肌萎縮較股四頭肌要輕。為提高ACL損傷和重建術(shù)后膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性,制訂康復(fù)計(jì)劃時(shí),應(yīng)同時(shí)加強(qiáng)股四頭肌和腘繩肌的肌力訓(xùn)練，恢復(fù)H/Q比率，對(duì)運(yùn)動(dòng)員恢復(fù)高水平的運(yùn)動(dòng)能力和預(yù)防再損傷具有重要意義。

表4 腘繩肌相對(duì)峰力矩結(jié)果（單位：%）

表5 腘繩肌到達(dá)峰力矩時(shí)間結(jié)果（單位：ms）

相對(duì)峰力矩，即相對(duì)于體重的峰力矩，更好地用來(lái)描述功能性活動(dòng)，可以用來(lái)個(gè)體間比較。到達(dá)峰力矩的時(shí)間，即肌肉從開(kāi)始收縮到產(chǎn)生最大力矩所需時(shí)間，反映肌肉快速產(chǎn)生力矩的能力。表4和表5結(jié)果表明，ACL損傷后腘繩肌相對(duì)峰力矩較健側(cè)明顯下降、到達(dá)峰力矩的時(shí)間顯著延長(zhǎng)，這說(shuō)明腘繩肌相對(duì)力量和爆發(fā)力均有所下降，這與ACL損傷后患側(cè)廢用性肌萎縮有關(guān)。

2.2 肌肉電生理結(jié)果

表6 腘繩肌電機(jī)械延遲和持續(xù)收縮時(shí)間結(jié)果（單位：ms）

表6結(jié)果表明：ACL損傷后無(wú)論是半腱肌還是股二頭肌的電機(jī)械延遲時(shí)間均較健側(cè)明顯延長(zhǎng)，持續(xù)收縮的時(shí)間也較健側(cè)顯著延長(zhǎng)。反應(yīng)時(shí)間（0～101%dmax即最大徑向位移的收縮前10%耗時(shí))，Ts-sustain time持續(xù)時(shí)間 （501～502%dmax即最大徑向位移的收縮50%～舒張50%耗時(shí))。發(fā)生這種變化的原因與ACL損傷后本體感覺(jué)的缺失密切相關(guān)，本體感覺(jué)缺失后導(dǎo)致反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，腘繩肌在功能活動(dòng)中反應(yīng)慢繼而收縮速度和效率降低，表現(xiàn)為從收縮到舒張的時(shí)間也延長(zhǎng)。

3 討論

ACL損傷后膝關(guān)節(jié)的功能發(fā)生一系列明顯改變，包括本體感覺(jué)降低或缺失、肌肉力量下降、關(guān)節(jié)穩(wěn)定性和平衡能力下降等。導(dǎo)致這些功能改變的原因與ACL損傷后膝關(guān)節(jié)周?chē)∪夤δ軤顟B(tài)改變密切相關(guān)［3］。劉曉鵬等應(yīng)用Biodex Isokinetic system-Ⅲ等速肌力測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試前交叉韌帶斷裂后患膝屈伸肌肌力，結(jié)果表明患側(cè)峰力矩、峰力矩/體重比(%)、總功、平均峰力矩四項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)在角速度為60°/s和120°/s時(shí)較健側(cè)均顯著降低，其中伸肌較屈肌降低更為顯著,尤以60°/s時(shí)為突出［4］。周謀望等運(yùn)用等張肌力測(cè)定系統(tǒng)對(duì)膝前交叉韌帶斷裂患者及重建術(shù)后患者進(jìn)行肌力評(píng)定，結(jié)果顯示：ACL斷裂后患膝伸肌及屈肌最大輸出功率、最大收縮速率、最大力量較健側(cè)有顯著下降，疲勞系數(shù)無(wú)顯著變化［5］。Gibson對(duì)慢性ACL損傷患者進(jìn)行等速肌力測(cè)試發(fā)現(xiàn),與健側(cè)下肢相比,ACL損傷側(cè)下肢的股四頭肌和腘繩肌峰力矩值顯著降低；患側(cè)的離心腘繩肌/離心股四頭肌比率、向心腘繩肌/離心股四頭肌比率均顯著大于健側(cè)下肢；然而,離心腘繩肌/向心股四頭肌比率，患側(cè)下肢和健側(cè)近似，此結(jié)果表明：ACL損傷后股四頭肌的離心肌肉活動(dòng)比其向心肌肉活動(dòng)受到的影響更大,肌肉的協(xié)調(diào)策略可能發(fā)生了改變,以維持正常的肢體活動(dòng)［6］。

最先明確提出EMD這一指標(biāo)的學(xué)者是Alfred Weiss，他將反應(yīng)時(shí)劃分成：前動(dòng)作時(shí)和動(dòng)作時(shí),后者又稱(chēng)電機(jī)械延遲,即肌肉興奮產(chǎn)生動(dòng)作電位到開(kāi)始產(chǎn)生收縮的機(jī)械變化的這段時(shí)間，反應(yīng)了肌肉產(chǎn)生機(jī)械反應(yīng)的效率，在功能活動(dòng)中起到有效的保護(hù)作用［7］。因此,EMD包括使橫橋激活以及收縮成分牽拉肌肉彈性成分的時(shí)間，凡是能影響這兩個(gè)部分的因素都能改變EMD。肌腱或肌肉組織性質(zhì)發(fā)生改變時(shí)會(huì)導(dǎo)致EMD延長(zhǎng)，可能原因：肌肉彈性結(jié)構(gòu)的機(jī)械性質(zhì)、肌肉大小及長(zhǎng)度、肌纖維類(lèi)型成份、疲勞的發(fā)生等。關(guān)于ACL損傷后腘繩肌EMD變化的文獻(xiàn)報(bào)道不多，大多研究是重建術(shù)后腘繩肌EMD的改變。Stavros等應(yīng)用表面肌電圖對(duì)比研究了自體腘繩肌重建ACL術(shù)后兩年腘繩肌肌電變化后發(fā)現(xiàn)，與健側(cè)相比患側(cè)股二頭肌和半腱肌電機(jī)械延遲（electromechanical delay，EMD）明顯增加，屈膝肌的神經(jīng)肌肉控制能力下降，從而影響運(yùn)動(dòng)員在急停急轉(zhuǎn)時(shí)膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性［8］。Ristanis等也觀察了自體腘繩肌重建ACL術(shù)后兩年患者疲勞狀態(tài)下EMD的表現(xiàn)，結(jié)果顯示疲勞導(dǎo)致患側(cè)股二頭肌和半腱肌EMD增加，但對(duì)股二頭肌和半腱肌收縮同步性沒(méi)有影響［9］。而Georgoulis等研究了采用髕腱重建ACL患者術(shù)后伸膝肌EMD，結(jié)果較術(shù)前沒(méi)有變化［10］。Muraoka等研究表明肌腱松弛度是影響EMD的重要因素之一［11］。本文研究ACL損傷后、重建術(shù)前患側(cè)腘繩肌EMD較健側(cè)延長(zhǎng)，尚需與術(shù)后對(duì)照比較，是否可以應(yīng)用有效地康復(fù)手段干預(yù)來(lái)預(yù)防或減少EMD的變化，值得進(jìn)一步深入研究。

4 小結(jié)

前交叉韌帶損傷后膝關(guān)節(jié)肌肉力量和功能狀態(tài)水平下降，在一定程度上影響運(yùn)動(dòng)中膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，韌帶重建術(shù)前和術(shù)后應(yīng)注重加強(qiáng)膝關(guān)節(jié)肌肉力量和屈膝肌反應(yīng)速度的康復(fù)訓(xùn)練，以彌補(bǔ)ACL防止脛骨前移的部分功能，并減少術(shù)后康復(fù)訓(xùn)練中對(duì)重建韌帶的負(fù)荷。

［1］ 敖英芳.膝關(guān)節(jié)交叉韌帶外科學(xué)［M］.北京:北京大學(xué)醫(yī)學(xué)出版社, 2009.

［2］ 敖英芳.前交叉韌帶損傷關(guān)節(jié)鏡下重建治療的臨床研究進(jìn)展［J］.中華外科雜志,2007,45(2):73-75.

［3］ 高 凱,王予彬,王惠芳.前交叉韌帶損傷與重建術(shù)后的等速肌力評(píng)價(jià)［J］.中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志,2006,21(5):467-469.

［4］ 劉曉鵬,安 華,于長(zhǎng)隆.應(yīng)用等速肌力測(cè)試評(píng)價(jià)膝前交叉韌帶斷裂重建術(shù)后康復(fù)的效果［J］.中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志,2008,27(3):286-289.

［5］ 周謀望,葛 杰,于長(zhǎng)隆.膝前交叉韌帶損傷及重建術(shù)后的等張肌力評(píng)定［J］.中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志2003,18(9):520-522.

［6］ Gibson A,Lambert M,Durandt J,et al.Quadriceps and hamstrings peak torque ratio changes in persons with chronic anterior cruciate ligament deficiency［J］.J Orthop Sports Phys Ther,2000,30(7):418.

［7］ 馬力宏.反應(yīng)時(shí)、電機(jī)械延遲之研究［J］.天津體育學(xué)院學(xué)報(bào),1988 (4):26-29．

［8］ Stavros Ristanis,Elias Tsepis,Dimitrios Giotis,et al.Electromechanical Delay of the Knee Flexor Muscles Is Impaired After Harvesting Hamstring Tendons for Anterior Cruciate Ligament Reconstruction［J］.Am J Sports Med,2009,37(11):2179-2186.

［9］ Ristanis S,Tsepis E,Giotis D,et al.Knee flexor muscle responses under fatigue after harvesting the hamstrings for anterior cruciate ligament reconstruction［J］.Clin J Sport Med.2011,21(4):288-293.

［10］A.D.Georgoulis,s.Ristanis,A.Papadonikolakis,et al.Electromechanical delay of the knee extensor muscles is not altered after harvesting the patellar tendon as a graft for ACL reconstruction:implications for sports performance［J］.Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc,2005,13:437–443.

［11］Muraoka T,Muramatsu T,Fukunaga T et al.Influence of tendon slack on electromechanical delay in the human medial gastrocnemius in vivo［J］.J Appl Physiol.2004,96(2):540-544.

Observation and Analysis of Muscle Function Changes after Anterior Cruciate Ligament Tear

This study analyzed the muscle strength and physiologic function changes of the knee flexor and extensor after anterior cruciate ligament tear,so as to help the knee function rehabilitation.The knee functions decreased after ACL tear cause knee instability in physical activities.In order to protect the ligament after ACL reconstruction,we should pay more attention to recover the H/Q ration and the EMD of the knee flexors.

anterior cruciate ligament;muscle strength rehabilitation;electro-mechanic delay

G804.5

A

1003-983X（2014）01-0029-03

2013-09-16

陳 建（1973–），男，湖北咸寧人，博士，副教授，研究方向：運(yùn)動(dòng)創(chuàng)傷康復(fù).

1.武漢體育學(xué)院健康科學(xué)學(xué)院,湖北 武漢 430079；2.國(guó)家體育總局運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究所體育醫(yī)院，北京100763；3.湖北省體育科學(xué)研究所，湖北武漢430205

1.Sports Health and Science School,Wuhan Sport University, Wuhan Hubei,430079;2.Sport Hospital of Sports Medicine Institute,General Administration of sport of China,Beijing, 100763;3.Hubei Sport Science Research Institute,Wuhan Hubei,430205