不同類型貼扎對急停時膝關節(jié)的影響

劉立，張庭然，羅炯，周佰富，歐陽一毅，羅之柱

1.西南大學體育學院，國家體育總局體質(zhì)評價與運動機能監(jiān)控重點實驗室，重慶市400715；2.西南大學運動康復研究所，重慶市400715

目的 探討不同類型膝關節(jié)貼扎對急停動作的生物力學機制，以預防膝關節(jié)損傷。

方法 2017年3月至5月，對8例男性大學生采用運動學、動力學及肌電同步測試方法，獲取傳統(tǒng)貼扎、肌內(nèi)效貼及無貼扎下，膝關節(jié)急停時的相關生物力學參數(shù)。

結(jié)果 無貼扎時，水平力峰值(F=3.131,P＜0.01)及水平負荷率(F=2.912,P＜0.05)最大，水平力峰值出現(xiàn)時間最晚(F=5.144,P＜0.001)，壓心前后位移最長(F=4.291,P＜0.01)；水平力峰值瞬間，無貼扎下膝關節(jié)屈曲程度最高(F=8.141,P＜0.01)；肌內(nèi)效貼時，著地期膝關節(jié)角度變化最大(F=5.491,P＜0.05)；無貼扎時，著地期股直肌與腓腸肌肌電活動最高(F＞5.322,P＜0.01)；傳統(tǒng)貼扎下，45°、60°關節(jié)角主動復位誤差最小(F＞5.631,P＜0.001)。

結(jié)論 傳統(tǒng)貼扎及肌內(nèi)效貼均能有效限制前十字韌帶前移；肌內(nèi)效貼對維持膝關節(jié)最大屈曲角度更有效；傳統(tǒng)貼扎提供更強的膝關節(jié)支撐，但對膝關節(jié)活動度限制更強。

急停是各種運動中常見的動作，表現(xiàn)為突然改變運動軌跡。此時膝關節(jié)內(nèi)脛骨突然前移，若韌帶與肌群沒有很好地協(xié)同，很容易造成前十字韌帶損傷；損害程度與急停的著地方式(足尖或足跟)、地面支撐反作用力大小、著地時膝關節(jié)彎曲程度、膝關節(jié)周圍肌肉收縮力和反應能力等因素密切相關[1-4]。

貼扎作為一個相對較新的運動損傷預防和治療方法，廣泛應用于全民健身、運動訓練和競賽中[5-7]。它有兩種主要類型，傳統(tǒng)貼扎與肌內(nèi)效貼。傳統(tǒng)貼扎包括白貼、輕彈貼、重彈貼及其他輔助材料的綜合使用。它不需要其他輔助性工具，實用且方便。肌內(nèi)效貼由日本Kenzo Kase博士發(fā)明，材質(zhì)是一種具有140%伸縮性，兼具有透氣、防水、快干及粘附持久等特性的綿質(zhì)貼布，輕薄且不含乳膠成分，不易引發(fā)過敏與不適，也不會因為接觸水而脫落。相較于傳統(tǒng)貼扎，肌內(nèi)效貼可依照不同需求采用多種形狀貼布，如爪型、Y型、I型、X型等，達到不同目的。肌內(nèi)效貼使用方式有兩種：一是順著肌肉收縮方向，由肌肉終端往起端貼扎，目的在放松及協(xié)助保護受傷的肌肉；另一種為逆著肌肉收縮的方向進行貼扎，目的在增強肌力與治療肌肉無力。貼扎的理論基礎與貼布彈性回縮力息息相關。貼布材質(zhì)的粘性、彈性及貼扎后產(chǎn)生皮膚皺褶，可改變局部皮膚與肌肉間隙，從而促進淋巴及血液循環(huán)[8-9]；而裁剪成諸如爪形貼布，則類似于雙手持續(xù)輕柔地拉起皮膚進行淋巴按摩作用[6-7]。

目前常用保護前十字韌帶的膝關節(jié)貼扎有兩種，一是由重彈貼與無彈性白色貼布共同使用的傳統(tǒng)貼扎，另一種是使用肌內(nèi)效貼。近年來，國內(nèi)外對貼扎效能的研究多集中于減少肌肉骨骼傷害后的疼痛，增加關節(jié)活動度，增強肌力，提升本體感覺，消腫及促進血液循環(huán)等[10-14]。還有一些臨床應用研究，如韌帶重建后肌力恢復或肌無力患者等[15-16]。本研究觀察不同貼扎類型對膝關節(jié)在模擬急停動作下的影響。采用的股四頭肌促進貼扎法已廣泛應用于膝部沖撞、側(cè)步和練習比賽前的預防等方面，不但能提供保護與支持，還可強化肌力，提升比賽注意力。通過運動學、動力學和肌電圖同步測試獲取相關參數(shù)，探討貼扎的穩(wěn)定功能、對膝關節(jié)的保護和本體感覺功能的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2017年3月至5月，體育學院體育教育專業(yè)男性本科生8例，年齡(20.15±0.87)歲，身高(174.65±4.24)cm，體質(zhì)量(70.16±5.25)kg，慣用腳為左腳起跳，半年內(nèi)無下肢傷害。

1.2 方法

實驗前，建立受試者基本信息庫(身高，體質(zhì)量，軀干、大腿、小腿與腳掌長度)并填寫“受試者同意書”，告知受試者實驗流程及注意事項，要求受試者全身著深色緊身短褲。

受試者在1周內(nèi)于實驗室完成3次測試。第1次膝關節(jié)不做任何貼扎(無貼扎組)完成相關測試；第2次對慣用腿膝關節(jié)采用白色貼布與重彈性貼布傳統(tǒng)貼扎(傳統(tǒng)貼扎組)完成相關內(nèi)容；第3次對慣用腿膝關節(jié)采用肌內(nèi)效貼(南京斯瑞奇醫(yī)療用品有限公司通用型產(chǎn)品，肌內(nèi)效貼組)完成相關內(nèi)容。

1.2.1 儀器設備

FR-180高速攝像機(加拿大NORPIX公司)，拍攝頻率100幀/s，拍攝距離9 m，方向與受試者矢狀面垂直，拍攝受試者急停跳動的全過程。

兩塊JP6060多維測力板。測力臺埋入式安裝，表面與跑道保持同一水平，數(shù)據(jù)采樣頻率1000 Hz。

反光標計球6個，分別粘貼于受試者頭、左肩(肩峰下1橫指)、左髖(大轉(zhuǎn)子尖上1橫指)、左膝(腓骨小頭外1橫指)、左踝(外踝尖上1橫指)和左腳第五跖趾關節(jié)(趾骨關節(jié)突出部份)。

JE-TB0810八通道無線表面肌電儀，系于受試者腰帶上，表面電極片粘貼于股直肌、股二頭肌、脛骨前肌和腓腸肌肌腹兩側(cè)。粘貼前剃毛，酒精擦拭。

同步裝置由連接多維測力平臺觸發(fā)模塊的無線同步器、連接表面肌電儀的無線同步器，以及發(fā)光二極管組成。主試者觸發(fā)同步遙控器，二極管發(fā)光，使攝像機與多維測力臺和表面肌電儀實現(xiàn)同步。

1.2.2 貼扎方法

1.2.2.1 傳統(tǒng)貼扎法

皮膚膜覆蓋；重彈貼由腓腸肌末端經(jīng)前交叉韌帶向股直肌中段作S型纏繞，內(nèi)、外側(cè)各1道；再用重彈貼由膝關節(jié)后側(cè)向前側(cè)作X型髕骨固定貼扎。

1.2.2.2 肌內(nèi)效貼

在股直肌伸展狀況下，使用兩條Y型貼布，由近側(cè)端開始，不施拉力，一條沿股外肌側(cè)上方往下貼，另一條沿股內(nèi)肌側(cè)上方往下貼，兩條貼布的分叉點都位于髕骨上方；接著在膝關節(jié)最大彎曲下，施15%～25%拉力，將Y型貼的兩個尾端沿著髕骨內(nèi)外側(cè)向下貼，固定于脛骨粗隆。

1.2.3 急停動作規(guī)范

受試者站立于距第2塊測力板著地區(qū)約2 m處，身體正直，雙手插腰，慣用腳以步頻130次/min向前跨出，足跟踩至第1塊測力板起跳線(距著地區(qū)1.5 m)，向前起跳，身體重心垂直距離不超過30 cm，雙腳腳跟同時落于第2塊測力板上，同時做最大膝關節(jié)緩沖，返回原始站立姿勢。

每位受試者允許熱身活動5 min，熟悉場地和動作過程。采用平衡次序方式隨機分派受試者。急停動作測試完成后立即進行膝關節(jié)主動角度復位測試。

1.3 測試指標

1.3.1 時相劃分

將急停動作分為起跳期與著地期。起跳期指受試者慣用腳足尖離開第1測力板瞬間(力信號終止瞬間)至足跟接觸第2測力板瞬間(力信號開始瞬間)；著地期指受試者足跟接觸第2測力板瞬間至視頻解析中受試者達到身體中心位置最低的時間。

1.3.2 運動學參數(shù)

將模擬影像通過運動圖像攝取軟件轉(zhuǎn)換成數(shù)字影像數(shù)據(jù)，用動作分析系統(tǒng)分別點取攝像機步態(tài)動作關節(jié)標志點，通過空間坐標系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行直接線性轉(zhuǎn)換，采用中國人體慣性參數(shù)模型，獲得下肢關節(jié)角度與重心位移等運動學參數(shù)。

1.3.3 動力學參數(shù)

測力板獲取的信號經(jīng)放大，16頻道訊號接收盒連接A/D轉(zhuǎn)換卡傳輸至計算機，用內(nèi)置分析軟件將信號低通率波(切斷頻率10 Hz)修勻，獲得受試者地面反作用力的X、Y軸分力，用體重(body weight,BW)的倍數(shù)表示，計算沖量及負荷率等動力學參數(shù)資料。

1.3.4 肌電圖

原始肌電信號經(jīng)自帶軟件行低通濾波(切斷頻率10 Hz)及全波整流處理，數(shù)據(jù)絕對值化，用五點三二平滑處理，求均方根(root mean square,RMS)。

每次測試前，對受試者股直肌、股二頭肌、脛骨前肌與腓腸肌行最大自主收縮(maximum voluntary contraction,MVC)測試，實驗所獲得的肌肉電活動標準化成%MVC。每塊肌肉MVC測試間歇5 min，全部測完后休息15 min。

測試股直肌時，受試者小腿用力前踢；測試股二頭肌時，受試者俯臥位，用力屈曲小腿；測試脛骨前肌時，受試者用力勾腳尖；測試腓腸肌時，受試者坐位，用力跖屈腳尖。

1.3.5 關節(jié)主動角度復位測試

目標角度定為45°、60°和90°。受試者蒙眼并戴上耳塞，站立位(膝關節(jié)180°)，在主試者帶領下垂直蹲至目標角度，停留10 s后，回到站立位；站立位停留10 s后，受試者主動垂直下蹲至目標角度。視迅運動圖像解析系統(tǒng)獲取主動回復角度，計算主動回復角度與目標角度的差。

1.4 統(tǒng)計學分析

使用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析。實驗數(shù)據(jù)以(±s)表示；以貼扎方法為影響因素，先進行單因素方差分析，若差異達到顯著性水平，行事后LSD多重比較。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 動力學參數(shù)

各組間著地期垂直分力第1、第2峰值均有顯著性差異(P＜0.05)。第1峰值傳統(tǒng)貼扎組最高，無貼扎組和肌內(nèi)效貼組間無顯著性差異；第2峰值無貼扎組最高，傳統(tǒng)貼扎組和肌內(nèi)效貼組間無顯著性差異。

各組間著地期垂直分力第1、第2峰值出現(xiàn)時間無顯著性差異(P＞0.05)。著地期壓力中心位移存在非常顯著性差異(P＜0.01)，無貼扎組最長，肌內(nèi)效貼組次之，傳統(tǒng)貼扎最小。

各組間著地期垂直力負荷率、50 ms內(nèi)負荷率及垂直沖量均無顯著性差異(P＞0.05)。

各組間著地期水平力峰值及峰值出現(xiàn)時間均有非常顯著性差異(P＜0.01)。水平力峰值無貼扎組最大，傳統(tǒng)貼扎組次之，肌內(nèi)效貼組最小；峰值出現(xiàn)時間無貼扎組最晚，傳統(tǒng)貼扎組與肌內(nèi)效貼組間無顯著性差異。

各組間著地期水平?jīng)_量無顯著性差異(P＞0.05)。著地期水平負荷率有顯著性差異(P＜0.05)，無貼扎組最高，傳統(tǒng)貼扎組與肌內(nèi)效貼組間無顯著性差異。

見表1。

2.2 運動學參數(shù)

各組間著地期重心水平位移無顯著性差異(P＞0.05)、踝角變化、髖角變化有顯著性差異(P＜0.05)，但傳統(tǒng)貼扎組與肌內(nèi)效貼組間無顯著性差異。

各組間著地瞬間膝角有顯著性差異(P＜0.05)，肌內(nèi)效貼組最大，傳統(tǒng)貼扎組與無貼扎組無顯著性差異；重心最低瞬間膝角無貼扎組最大，傳統(tǒng)貼扎組與肌內(nèi)效貼組間無顯著性差異。從著地瞬間至重心最低瞬間膝角變化無貼扎組最小、傳統(tǒng)貼扎組次之、肌內(nèi)效貼組最大。

水平分力峰值瞬間各組間膝角有顯著性差異(P＜0.05)，無貼扎組最大，傳統(tǒng)貼扎組與肌內(nèi)效貼組間無顯著性差異；從著地瞬間至水平力峰值出現(xiàn)瞬間膝角變化各組間有非常顯著性差異(P＜0.01)，無貼扎組最小，傳統(tǒng)貼扎組與肌內(nèi)效貼組間無顯著性差異。

見表2。

2.3 肌電信號

起跳期，各組間股直肌、股二頭肌、脛骨前肌和腓腸肌肌電RMS振幅均無顯著性差異(P＞0.05)。

著地期，各組間股二頭肌和脛骨前肌肌電RMS無顯著性差異(P＞0.05)，股直肌和腓腸肌肌電RMS有非常顯著性差異(P＜0.01)。股直肌RMS無貼扎組最高，傳統(tǒng)貼扎組與肌內(nèi)效貼組間無顯著性差異；腓腸肌RMS無貼扎組最高，傳統(tǒng)貼扎組次之，肌內(nèi)效貼組最小。見表3。

表1 各組前跳急停下肢動力學參數(shù)比較

表2 各組前跳急停下肢運動學參數(shù)比較

表3 各組前跳急停下肢肌電RMS比較(%MVC)

2.4 本體感覺

45°和60°下，各組間膝關節(jié)主動復位差有顯著性差異(P＜0.05)，均表現(xiàn)為傳統(tǒng)貼扎組最小，肌內(nèi)效貼組次之，無貼扎組最高；90°下，各組間膝關節(jié)角度主動復位差無顯著性差異(P＞0.05)。見表4。

表4 各組前跳急停后膝關節(jié)主動復位差比較(°)

3 討論

急停動作中，人體借髖、膝和踝關節(jié)屈曲緩沖向前的沖力，此時膝關節(jié)負荷很高。本研究顯示，當貼扎介入后，踝關節(jié)角幾乎沒變化，但髖關節(jié)屈曲降低，膝關節(jié)屈曲增大，提示為維持身體平衡，正常情況下多依賴髖關節(jié)屈曲；貼扎后，由于膝關節(jié)受到良好支撐，只需要較小的髖關節(jié)屈曲即可達到目的；另一方面，當?shù)孛嬷畏醋饔昧λ椒至Ψ逯党霈F(xiàn)時，膝關節(jié)屈曲角度增大。肌肉有最佳效率區(qū)間，關節(jié)活動范圍超過或低于這個范圍，肌肉都會呈現(xiàn)力弱狀態(tài)[17]。貼扎介入明顯增加對膝關節(jié)的支撐，使屈曲范圍增加，緩沖所受的地面反作用力。Yu等[18]認為，急停著地時，若要降低膝關節(jié)傷害風險，需要增大膝關節(jié)屈曲角度，降低膝關節(jié)向前剪力。從膝關節(jié)最大角度變化來看，傳統(tǒng)貼扎比肌內(nèi)效貼對膝關節(jié)的限制力度大，支撐作用強，但卻不利于關節(jié)活動度。在文獻中也得到證實[19-20]。

當向前的連續(xù)動作突然中止時，人體借由彎曲下肢關節(jié)緩沖及穩(wěn)定身體，在這一過程中產(chǎn)生朝向上方和后方的分力，向后的水平分力更為重要。本研究顯示，貼扎介入后，著地期垂直方向分力第1峰值發(fā)生在觸地初期，傳統(tǒng)貼扎組顯著高于無貼扎及肌內(nèi)效貼組，肯定了傳統(tǒng)貼扎對膝關節(jié)的穩(wěn)定支撐作用，但提示傳統(tǒng)貼扎下受試者觸地初期稍為僵硬；第2峰值發(fā)生在身體中心最低，即各關節(jié)角度變化最大的時間點。Yu等[18]研究發(fā)現(xiàn)，膝關節(jié)屈曲角度增大，會降低垂直分力峰值及水平分力峰值。本研究顯示，傳統(tǒng)貼扎與肌內(nèi)效貼最大膝關節(jié)屈曲角均大于無貼扎，第2峰值小于無貼扎，與之一致。

急停是人體對抗向前力量的連續(xù)動作，該動作中過大的水平反作用力易造成下肢傷害。本研究顯示，貼扎介入后，水平分力峰值下降，表明貼扎介入可降低膝關節(jié)前十字韌帶受傷的風險。貼扎介入使受試者明顯感受對膝的支撐被強化，受試者敢于提升膝關節(jié)活動度。本研究顯示膝關節(jié)變化角在水平分力峰值出現(xiàn)瞬間呈著增加，表明借膝關節(jié)屈曲降低水平反作用力的成效；肌內(nèi)效貼水平分力峰值負荷率最低，原因也與肌內(nèi)效貼組膝關節(jié)屈曲角度最大有關。

急停著地期，身體重心向前下移動，傷害往往發(fā)生在不穩(wěn)動狀態(tài)中；若身體能迅速回復穩(wěn)定狀態(tài)，可相對降低傷害發(fā)生率。身體重心及壓力中心的位移代表身體的穩(wěn)定情況。本研究顯示，貼扎對身體重心水平位移無顯著影響，原因可能在于，觸地瞬間身體遠在足跟后方，當膝關節(jié)屈曲時，身體必須前傾穩(wěn)定身體，故膝關節(jié)屈曲最大的肌內(nèi)效貼組移動量應該最大；但由于肌內(nèi)效貼組同時降低了水平分力峰值，使身體向前的趨勢下降，使得重心位移無差異。壓力中心衡量全身重量的擺動狀況，本研究顯示，貼扎有利于減少壓心位移，對身體穩(wěn)定有正面效應。與郭藍遠等[20]的研究結(jié)果一致。

本研究顯示，貼扎介入后，各組間起跳期主要肌群肌電活動無顯著性差異，股直肌、脛骨前肌和腓腸肌稍有放松傾向，可能是貼扎對受試者的心理安慰作用：當受試者感受到貼扎的支持作用時，心理上對接受沖擊的戒懼也許會降低，肌肉稍微放松。

本研究顯示，貼扎介入后，各組間著地期腓腸肌和股直肌肌電活動無貼扎組最大。腓腸肌主要功能是限制前十字韌帶向前移動[21-22]，貼扎介入后，膝關節(jié)穩(wěn)定，前十字韌前移減少，腓腸肌招募單位減低。股直肌為股二頭肌的結(jié)抗肌，主要功能為伸膝；在急停動作中，股直肌的主要功能在于穩(wěn)定膝關節(jié)，使其不會因為屈曲角度瞬間增大而導致傷害；貼扎介入后，膝關節(jié)穩(wěn)定，股直肌只需招募較少單位穩(wěn)定膝關節(jié)，這也進而造成膝關節(jié)有較大的屈曲角度變化量，相對降低水平分力峰值。

傳統(tǒng)貼扎與肌內(nèi)效貼是否有利于膝關節(jié)本體感覺提升，過去一直沒有明確結(jié)論。本研究顯示，貼扎對膝關節(jié)主動復位45°和60°的能力有益，主動復位90°時，貼扎沒有明顯影響。本體感覺是確認身體位置的能力，當處于失衡狀態(tài)時，越能準確感覺身體位置，越能迅速恢復穩(wěn)定狀態(tài)，降低受傷風險。傳統(tǒng)貼扎的強烈束縛可增加身體確認位置的記憶點，故復位誤差最小。Kalichman等[23]研究40例健康成年人傳統(tǒng)貼扎、肌內(nèi)效貼及無貼扎對膝關節(jié)在29°、39°和49°感受器的影響時，發(fā)現(xiàn)肌內(nèi)效貼在39°表現(xiàn)出最好的膝關節(jié)回復誤差。駱明瑤[24]發(fā)現(xiàn)，29°與49°下，膝關節(jié)感受器較為敏銳，肌內(nèi)效貼對感受器的調(diào)節(jié)功能影響最?。辉?9°時，傳統(tǒng)貼扎有最穩(wěn)定的表現(xiàn)。Aarseth等[25]研究10例健康成年人在肌內(nèi)效貼介入后平衡能力的表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)閉眼時，有貼扎的平衡能力優(yōu)于未貼扎；睜眼時則無差異。本研究結(jié)果支持部分學者的觀點，與另一些學者的結(jié)果沖突。貼扎是否有利于提升膝關節(jié)主動復位，有待于進一步探討。

綜上所述，貼扎能影響急停動作時地面支撐反作用力的垂直和水平分力，影響著地期身體穩(wěn)定，對膝關節(jié)有支持、保護作用，并可能對膝關節(jié)本體覺有一定的有利影響。傳統(tǒng)貼扎與肌內(nèi)效貼各有所長。