機械性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)與功能性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)患者肌肉激活時間差異比較

李宏云鄭潔皎華英匯張健陳世益

1復(fù)旦大學附屬華山醫(yī)院運動醫(yī)學與關(guān)節(jié)鏡外科，復(fù)旦大學運動醫(yī)學中心（上海 200040）2復(fù)旦大學附屬華東醫(yī)院康復(fù)科

機械性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)與功能性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)患者肌肉激活時間差異比較

李宏云1鄭潔皎2華英匯1張健1陳世益1

1復(fù)旦大學附屬華山醫(yī)院運動醫(yī)學與關(guān)節(jié)鏡外科，復(fù)旦大學運動醫(yī)學中心（上海 200040）2復(fù)旦大學附屬華東醫(yī)院康復(fù)科

目的：了解機械性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)患者與功能性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)患者的腓骨長肌與脛前肌激活時間方面是否存在差異。方法：36名測試對象納入研究，其中機械性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)患者12例，功能性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)患者12例，正常對照人群12例。每例受試者在行走過程中模擬內(nèi)翻動作時接受表面肌電測試，計算并比較各組踝關(guān)節(jié)腓骨長肌和脛前肌激活時間的差異。各組之間的測試結(jié)果進行單因素方差分析統(tǒng)計檢驗。結(jié)果：與正常對照人群相比，機械性與功能性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)患者患側(cè)踝關(guān)節(jié)腓骨長肌與脛前肌激活時間明顯延長。機械性與功能性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)患者患側(cè)踝關(guān)節(jié)肌肉激活時間無明顯差異。在組內(nèi)比較時，機械性與功能性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)患者患側(cè)踝關(guān)節(jié)肌肉激活時間均較對側(cè)明顯延長。結(jié)論：機械性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)與功能性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)患者均存在腓骨長肌與脛前肌激活時間延長的缺陷，兩者之間無明顯差異。

慢性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)；機械性不穩(wěn)；功能性不穩(wěn)；肌肉激活時間

踝關(guān)節(jié)扭傷是最常見的運動損傷之一，其中20%的患者可能殘留有慢性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)的癥狀[1，2]。Freeman[3]將慢性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)（Chronic Ankle Instability，CAI）分為功能性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)（Functional Ankle Instability，F(xiàn)AI）與機械性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)（Mechanical Ankle Instability，MAI），他認為前者無明顯韌帶損傷或松弛，主要存在的問題是神經(jīng)肌肉功能缺陷，包括肌力不足、本體感覺缺失、肌肉激活延遲以及平衡控制能力不足等。與之相反，MAI存在顯著的踝關(guān)節(jié)外側(cè)副韌帶損傷，前抽屜試驗以及應(yīng)力位X線片均為陽性，同時可能伴有其他關(guān)節(jié)內(nèi)的病理變化[4]。

在正常情況下，當踝關(guān)節(jié)面臨內(nèi)翻扭傷風險時，腓骨肌能夠及時激活，產(chǎn)生主動收縮，對抗踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻，從而防止扭傷的發(fā)生。但在CAI患者中，腓骨肌運動單元的激活發(fā)生延遲，從而可能使其肌肉收縮延后，外翻作用產(chǎn)生不足，不能及時抵抗踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻，從而導(dǎo)致反復(fù)發(fā)生扭傷[4，5]。但是，以往對于腓骨肌激活延遲的研究大都集中于FAI患者，而較少關(guān)注MAI患者。實際上，MAI患者也可能存在不同程度的神經(jīng)肌肉功能缺陷，從而導(dǎo)致踝關(guān)節(jié)反復(fù)扭傷。對于臨床醫(yī)生來說，將不同類型的患者進行系統(tǒng)區(qū)分，了解并明確他們所存在的神經(jīng)肌肉功能缺陷，并針對性地進行干預(yù)治療是非常重要的[6]。

本研究將受試者分為正常對照組、FAI組以及MAI組，檢測并比較三組之間腓骨長?。╬eroneus longus muscle，PL）與脛前?。╰ibialis anterior muscle，TA）在受到模擬內(nèi)翻刺激時激活時間的差異，為個體化治療方案的設(shè)定提供科學依據(jù)。

1 對象與方法

1.1 實驗對象選擇

MAI受試者共12例。入選標準如下[7]：1）踝關(guān)節(jié)反復(fù)扭傷3次以上；2）在不平的路面上行走有主觀不穩(wěn)感；3）體檢顯示前抽屜試驗陽性；4）B超和MRI顯示距腓前韌帶（Anterior talofibular ligament，ATFL）撕裂，伴或不伴跟腓韌帶（calcaneofibulare ligament，CFL）損傷；5）MRI顯示未見明顯踝關(guān)節(jié)骨軟骨損傷。

排除標準如下：1）之前有踝關(guān)節(jié)或同側(cè)下肢其它關(guān)節(jié)手術(shù)史；2）存在踝關(guān)節(jié)周圍其它關(guān)節(jié)或骨骼的畸形如扁平足等；3）既往踝關(guān)節(jié)骨折史。

FAI受試者共12例。入選標準如下[7]：1）踝關(guān)節(jié)反復(fù)扭傷3次以上；2）在不平的路面上行走有主觀不穩(wěn)感；3）體檢顯示前抽屜試驗陰性；4）B超和MRI顯示ATFL、CFL完好；5）MRI顯示未見明顯踝關(guān)節(jié)骨軟骨損傷；6）符合踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)評分量表（Ankle Instability Instrument，AII）[8]的評分要求。

排除標準同上。

正常對照人群12例，入選人群無踝關(guān)節(jié)扭傷史，也無踝關(guān)節(jié)疼痛、不穩(wěn)等癥狀。正常對照人群排除標準與踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)人群排除標準相同。

1.2 測試方法

1.2.1 踝關(guān)節(jié)突發(fā)內(nèi)翻狀態(tài)模擬

受試者在自制的跑道上進行測試。該跑道長8.5m，左右兩部分分別有4個活板裝置，可在電腦遙控設(shè)置下使其中任意一塊活板向外側(cè)翻轉(zhuǎn)30°。當患者踏上翻轉(zhuǎn)的活板后，活板可外翻30°，能夠模擬踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻扭傷的發(fā)生，并激發(fā)表面肌電的信號采集。在跑道兩側(cè)分別設(shè)有扶手，跑道中央還設(shè)有防滑地墊，受試者在跑道上行走時可握住扶手，以免跑道突然內(nèi)翻發(fā)生意外（圖1）。

圖1 受試者在自制的跑道上進行測試

受試者來回行走6次進行熱身后，開始正式測試。受試者雙足分別位于跑道左右兩部分，每行走一步均位于踏板中央位置。雙眼直視前方，按中等步速（12米/秒）來回勻速行走于跑道兩端，共計行走48個來回。測試人員通過電腦程序控制，隨機在其中12個來回中進行跑道翻轉(zhuǎn)（6次跑道左半部翻轉(zhuǎn)，6次跑道右半部翻轉(zhuǎn)）。

1.2.2 表面肌電信號采集

測試前用一次性刮毛刀將患者肌電電極放置部位體毛刮干凈，之后用75%醫(yī)用酒精進行擦拭。表面肌電電極在雙側(cè)下肢同時放置，分別放置在腓骨小頭遠端4 cm處以及腓骨中近段1/3，兩電極平行于PL纖維走行方向，間距2 cm；參照電極放置于同側(cè)肢體脛骨結(jié)節(jié)處。全程采用美國Norxon公司的表面肌電信號采集系統(tǒng)（TeleMyo 2400 T G2，Noraxon，Scottsdale，AZ，USA）采集受試者行走中的PL及TA的肌電信號。踏板下方有信號傳遞裝置，在踏板下降時可激活該信號裝置，將踏板開始下降的時間點記錄并同步傳輸至電腦，另外

設(shè)置有攝像頭將患者行走視頻進行記錄并傳輸至電腦，與表面肌電信號采集系統(tǒng)進行整合，從而計算出在受到踝關(guān)節(jié)突發(fā)內(nèi)翻刺激狀況下PL及TA的激活時間。

原始數(shù)據(jù)在10到500 Hz之間進行濾過，采樣頻率為1500 Hz，共模抑制比為110 dB，放大器輸入阻抗為1.0 M。EMG信號進行全波整流、柔化、除噪、疊加等處理，root-mean-square為100 ms移動窗。肌肉激活時間的定義為肌肉在受到突發(fā)刺激后被激活所需要的反應(yīng)時間。由于正常肌電信號會存在一些干擾信號，為避免誤將干擾信號認為肌肉激活信號，本研究軟件默認將激活點定義為在肌電信號抬起幅度之前100 ms內(nèi)基線值的3倍標準差（Standard Deviation，SD）。在本研究中，肌肉激活時間是指踏板開始下降到肌肉開始被激活，出現(xiàn)動作電位的時間間隔（圖2）。所有肌電信號傳入電腦后，由軟件（MR-XP Master 1.07；Noraxon，Scottsdale，AZ，USA）進行自動分析并得出相關(guān)數(shù)據(jù)。

圖2 經(jīng)過全波整流、柔化、除噪、疊加等處理后的肌電圖信號圖

1.3 統(tǒng)計學分析

采用α priori power分析計算各組所需最小樣本量。在檢驗效能為0.6，α為0.05，Power（1–β)為0.8的條件下，每組最少需要10例樣本。本研究每組選取12例受試者可滿足樣本量的要求?？紤]到在正常人群中踝關(guān)節(jié)扭傷的發(fā)生率并無“優(yōu)勢側(cè)”與“非優(yōu)勢側(cè)”的差別，因此在對照組，我們隨機將左右側(cè)踝關(guān)節(jié)分為“患側(cè)”和“健康側(cè)”踝關(guān)節(jié)。各項數(shù)據(jù)采用均數(shù)±標準差（±s）進行描述。所有數(shù)據(jù)被輸入SPSS 19.0（IBM Corporation，Armonk，New York，USA）進行分析。將三組的測試結(jié)果進行單因素方差分析（性別比較采用卡方檢驗），兩組間比較采用Bonferroni法t檢驗。組內(nèi)比較采用配對樣本t檢驗。以P＜0.05具有統(tǒng)計學意義，P＜0.01具有高度統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 三組受試者一般情況比較

三組受試者在性別、年齡、身高、體重的方面無明顯差異（表1），一般情況匹配良好。

表1 三組受試者一般情況比較（±s）

表1 三組受試者一般情況比較（±s）

MAI：機械性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)；FAI：功能性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)

MAI組(n=12)男/女 10/2 9/3 9/3年齡(歲) 29 – 6 31 – 6 32 – 7身高(cm) 173 – 6 169 – 7 173 – 8體重(kg) 68 – 11 68 – 9 71 – 14正常組(n=12) FAI組(n=12)

2.2 三組受試者在模擬內(nèi)翻狀態(tài)下PL和TA肌肉激活時間比較

在行走時突發(fā)內(nèi)翻狀態(tài)下，MAI與FAI患者患側(cè)踝關(guān)節(jié)PL與TA肌肉激活時間與正常對照人群相比明顯延長，差異具有統(tǒng)計學意義（表2）。MAI與FAI患者之間患側(cè)踝關(guān)節(jié)PL與TA肌肉激活時間無明顯差異（表2）。

在組內(nèi)比較時，MAI與FAI患者患側(cè)踝關(guān)節(jié)PL與TA肌肉激活時間均較對側(cè)明顯延長，差異具有統(tǒng)計學意義（表2）。正常人群雙側(cè)踝關(guān)節(jié)PL與TA肌肉激活時間未見明顯差異（表2）。

表2 三組受試者腓骨長肌與脛前肌肌肉激活時間比較（s，s）

表2 三組受試者腓骨長肌與脛前肌肌肉激活時間比較（s，s）

*：P＜0.05，與正常組比較；#：P＜0.01，與正常組比較；&：P＜0.05，與對側(cè)比較；§：P＜0.01，與對側(cè)比較。MAI：機械性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)；FAI：功能性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)。PL：腓骨長肌；TA：脛前肌

正常組 FAI組 MAI組受傷側(cè) PL 0.0593 – 0.0168 0.1064 – 0.02881#§0.1184 – 0.03969#§TA 0.0712 – 0.01996 0.1116 – 0.04569*&0.1254 – 0.04176#&對側(cè) PL 0.0654 – 0.02231 0.0598 – 0.02449 0.0667 – 0.0303 TA 0.0700 – 0.02598 0.0782 – 0.02408 0.0792 – 0.03635

3 討論

有作者認為感覺運動神經(jīng)功能缺陷是導(dǎo)致功能性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)患者反復(fù)發(fā)生扭傷的重要原因。而踝關(guān)節(jié)周圍的肌肉激活時間是評估感覺運動神經(jīng)功能的一項重要指標[9]。PL是限制踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻及提供后足外翻最重要的肌肉，當面臨突發(fā)性內(nèi)翻刺激時，PL是首先收縮的肌肉，因此，它對踝關(guān)節(jié)的動力穩(wěn)定起重要作用[10]。TA作為PL的拮抗肌，可限制突發(fā)性的踝關(guān)節(jié)跖屈，保護踝關(guān)節(jié)不受傷害[11]。以往的研究往往單獨或聯(lián)合研究這兩塊肌肉的激活時間[12-15]，來整體評估踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)患者的功能神經(jīng)肌肉缺陷情況。

雖然腓骨肌激活延遲被認為在控制踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定中占據(jù)重要地位，但目前關(guān)于腓骨肌延遲激活影響機制的研究仍相對較少，同時對其具體調(diào)節(jié)機制也尚未明確。以往對于CAI患者中腓骨肌激活延遲的研究結(jié)果往往也相互矛盾，無法得出一致結(jié)論[12，13，16-20]。造成這一現(xiàn)象的一個重要原因在于入選標準不一致。CAI病理情況比較復(fù)雜，患者可以不伴有韌帶損傷，也可以是單一的ATFL損傷，更可以是ATFL和CFL同時損傷。按照有無軟組織結(jié)構(gòu)的松弛可以分為FAI和MAI。以往的診斷方法如病史、體檢或問卷評分等不足以精確地分辨CAI類型，使研究對象容易混淆，不能確保研究對象的同一性，進而影響研究的結(jié)果。本研究中除了采用病史、體檢及問卷評分等方法外，還使用超聲和MRI來診斷踝關(guān)節(jié)外側(cè)副韌帶損傷，使我們能夠?qū)︴钻P(guān)節(jié)外側(cè)副韌帶損傷進行分型，篩選不同病理的CAI患者進行研究，保證研究對象的同一性，為我們進行CAI中腓骨肌延遲激活的研究提供了基礎(chǔ)。另外，針對CAI患者肌肉激活時間的測量方法也還沒有統(tǒng)一的標準。以往的大部分研究主要是在患者站立位時利用自制內(nèi)翻傾斜板和表面肌電圖來測量踝關(guān)節(jié)周圍肌肉的反應(yīng)時間[13，15-18，20]。但實際上作為主要的動力性限制結(jié)構(gòu)，這些肌肉主要在行走或跑步時收縮并發(fā)揮功能，踝關(guān)節(jié)扭傷也均在患者處于活動時發(fā)生，靜止狀態(tài)下并不會發(fā)生踝關(guān)節(jié)扭傷[12，19]。因此，在受試者站立時利用平板傾斜來模擬內(nèi)翻狀態(tài)所測量的結(jié)果并不可信。在本研究中，我們特地設(shè)計了運動跑臺，當受試者在跑臺上行走或奔跑時，可以在遙控下使跑道一側(cè)翻轉(zhuǎn)30°，從而能夠更為精確地模擬行走時踝關(guān)節(jié)扭傷的發(fā)生，結(jié)果也更加符合真實的生理情況。

踝關(guān)節(jié)發(fā)生急性內(nèi)翻扭傷后，很大一部分受傷的外側(cè)副韌帶及關(guān)節(jié)囊組織很快就可生成新生的膠原纖維組織，并重新進行塑形，恢復(fù)韌帶及關(guān)節(jié)囊的完整性和張力[10]。但是，位于韌帶及關(guān)節(jié)囊組織中一起損傷的本體感受器以及傳入神經(jīng)末梢的修復(fù)卻相當困難，這也是FAI患者存在神經(jīng)肌肉控制功能障礙的主要原因[10]。在這些患者中，即便韌帶結(jié)構(gòu)得到修復(fù)，其神經(jīng)肌肉控制系統(tǒng)仍然無法恢復(fù)正常，仍然存在著踝關(guān)節(jié)動力性穩(wěn)定機制異常，導(dǎo)致踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性下降，反復(fù)發(fā)生扭傷。另外，在踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻時，肌肉、肌腱的長度和剛度的變化同樣也可刺激其中的高爾基腱器和肌梭感受器將信號傳入至中樞神經(jīng)系統(tǒng)，進一步調(diào)節(jié)肌肉的反應(yīng)。如果肌梭感受器發(fā)生損傷導(dǎo)致敏感性降低，或相關(guān)傳入通路受損，也會導(dǎo)致肌肉在受到突發(fā)內(nèi)翻刺激時激活時間延長[21]。Konradsen[22]和Myers[23]等利用局部麻醉的方法將關(guān)節(jié)囊及韌帶中的本體感受器進行阻滯，但并未發(fā)現(xiàn)面對突發(fā)內(nèi)翻扭傷時的肌肉反應(yīng)時間延長，這表明存在于肌肉中的肌梭感受器對于肌肉激活時間的調(diào)控可能比韌帶、關(guān)節(jié)囊中的本體感受器更加重要。Cordova[24]和Kernozek[25]等也發(fā)現(xiàn)，在佩戴支具與不佩戴支具的情況下，腓骨肌的肌肉激活時間并未發(fā)生改變，說明踝關(guān)節(jié)的機械穩(wěn)定性可能與肌肉激活時間關(guān)系不大。這也能夠解釋為何我們的研究發(fā)現(xiàn)MAI患者雖然存在明顯的踝關(guān)節(jié)松弛，但肌肉反應(yīng)時間卻與FAI患者無明顯差異。

在我們的研究中還發(fā)現(xiàn)，MAI與FAI患者患側(cè)肢體肌肉反應(yīng)時間均較對側(cè)正常肢體要長，這也與以往的研究結(jié)果相同[13]。

有研究證實，通過正規(guī)的肌力訓(xùn)練可通過提高肌肉前饋反射活性、增強肌梭敏感性來縮短肌肉的激活時間[26-28]，從而進一步降低踝關(guān)節(jié)扭傷的風險。根據(jù)我們的研究發(fā)現(xiàn)，MAI患者與FAI患者一樣，也存在著明顯的肌肉激活時間延長的現(xiàn)象。因此，我們認為，在

MAI患者中，除了存在明顯的韌帶結(jié)構(gòu)損傷外，同樣還存在神經(jīng)肌肉功能缺陷，對于這些患者，不管其是否進行手術(shù)，也需要與FAI患者一樣，接受正規(guī)的肌力及相關(guān)的訓(xùn)練，以盡可能消除肌肉激活時間方面的異常，改善其神經(jīng)肌肉功能缺陷，降低踝關(guān)節(jié)再次扭傷的風險。

4 總結(jié)

機械性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)與功能性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)患者均存在腓骨長肌與脛前肌激活時間延長的功能缺陷，兩者之間無明顯差異。

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The Reaction Times of Peroneus Longus and Tibialis Anterior in Patients with Functional Ankle Instability and Mechanical Ankle Instability

Li Hongyun1，Zheng Jiejiao2，Hua Yinghui1，Zhang Jian1，Chen Shiyi1
1 Sports Medicine Center of Fudan University，Department of Sports Medicine and Arthroscopy Surgery of Fudan University Huashan Hospital，Shanghai，China 20040 2 Department of Rehabilitation Medicine，F(xiàn)udan University Huadong Hospital，Shanghai，China 200040 Corresponding Author：Hua Yinghui，Email：hua_cosm@aliyun.com

Objective The purpose of this study is to investigate whether there is any difference in reaction time of the peroneus longus and tibialis anterior between patients with mechanical ankle instability（MAI）and functional ankle instability（FAI）.Methods This study included 12 MAI patients（MAI group），12 FAI patients（FAI group）and 12 healthy persons（control group）.The surface electromyograms of the subjects were measured during simulating ankle varus walking，and thus the reaction times（RT）of peroneus longus and tibialis anterior were calculated.The RT were compared among the three groups with one-way ANOVA. Results The RT of the tibialis anterior and peroneal longus in MAI and FAI groups delayed significantly as compared with the control group.There was no significant difference in the RT between the MAI and FAI groups，while significant difference was found between ankle unstable and stable sides in the two groups. Conclusions Patients with both functional ankle instability and mechanical ankle instability suffered from the same prolonged reaction times of the tibialis anterior and peroneal longus when simulating ankle varus walking.

chronic ankle instability，functional ankle instability，mechanical ankle instability，muscle reaction time

2016.01.11

國家自然科學基金（NSFC81101391）資助

華英匯，Email：hua_cosm@aliyun.com