前交叉韌帶損傷并發(fā)或不并發(fā)髕股關(guān)節(jié)軟骨損傷等速角度力矩曲線的差異

廣東省人民醫(yī)院（廣東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院），廣東廣州市 510080

前交叉韌帶(anterior cruciate ligament,ACL)損傷[1-3]及重建術(shù)后[4]，半月板和軟骨損傷及術(shù)后[5]常發(fā)生肌力下降。2018 年膝關(guān)節(jié)疼痛和運(yùn)動(dòng)障礙(半月板和軟骨損傷)證據(jù)指南[5]推薦，半月板撕裂和關(guān)節(jié)軟骨病變的患者在基線和出院時(shí)或其他1 個(gè)隨訪點(diǎn)進(jìn)行股四頭肌最大的主動(dòng)等長或等速力量測試。等速肌力測試有助于評(píng)估患者膝關(guān)節(jié)的狀態(tài)以及ACL重建術(shù)后康復(fù)的進(jìn)展[6]，最常用的指標(biāo)是由膝關(guān)節(jié)伸肌和屈肌肌群獲得的峰力矩[7]。

近年來很多定量分析技術(shù)可用來研究等速力矩曲線的特征，如統(tǒng)計(jì)參數(shù)描記法[8]、小波分析法[6]、主成分分析法[9]和算術(shù)平均數(shù)[10]等。這些方法能更詳細(xì)比較不同屈曲角度力矩以及屈伸比的細(xì)節(jié)變化，減少信息丟失[11-12]。之前的研究未考慮多結(jié)構(gòu)損傷對等速曲線的影響，只有Iacono 等[13]的等速曲線定性分析考慮了ACL損傷并發(fā)半月板損傷的因素，但未考慮已知的髕股關(guān)節(jié)軟骨損傷對力矩曲線的影響[14]。目前尚未發(fā)現(xiàn)研究ACL并發(fā)軟骨損傷對等速角度力矩影響的相關(guān)文獻(xiàn)。

本研究通過比較不同速度下ACL損傷并發(fā)或不并發(fā)髕股軟骨損傷患者的等速角度力矩曲線差異，探討ACL并發(fā)髕股軟骨損傷的角度力矩曲線特征，改進(jìn)等速數(shù)據(jù)定量分析，為臨床康復(fù)治療方案提供初步研究依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧分析2018 年9 月至2019 年9 月行膝關(guān)節(jié)鏡探查并在術(shù)前行等速肌力測試的患者，選取年齡、性別、半月板損傷相匹配的ACL損傷并發(fā)和不并發(fā)髕股關(guān)節(jié)軟骨損傷的患者各17例。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①18～55 歲，男女不限；②體質(zhì)量指數(shù)18～30 kg/cm2；③既往患膝無手術(shù)史；④不伴有側(cè)副韌帶或者后交叉韌帶損傷；⑤不伴有血管神經(jīng)損傷；⑥無關(guān)節(jié)粘連，主被動(dòng)關(guān)節(jié)活動(dòng)度>110°；⑦骨骺發(fā)育成熟，下肢力線正常(內(nèi)翻或外翻<5?)。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①急性期，有明顯腫脹；②并發(fā)除ACL損傷外的多條韌帶損傷或下肢骨折；③并發(fā)其他影響力量的疾病，如神經(jīng)損傷或者病變；④過去6 個(gè)月內(nèi)接受過膝關(guān)節(jié)手術(shù)；⑤患有自身免疫性疾病或其他疾病引起骨關(guān)節(jié)炎或軟骨損傷；⑥嚴(yán)重的關(guān)節(jié)強(qiáng)直或纖維化；⑦對側(cè)膝關(guān)節(jié)存在肌肉骨骼損傷；⑧不能按要求完成評(píng)估；⑨并發(fā)心腦血管、肝、腎、內(nèi)分泌和造血系統(tǒng)嚴(yán)重原發(fā)性疾病，研究者認(rèn)為不宜入選，如有或有發(fā)生高血壓的風(fēng)險(xiǎn)，頸動(dòng)脈和冠狀動(dòng)脈疾??；⑩情緒及精神異常。

兩組性別、年齡、身高、體質(zhì)量、病程、半月板損傷無顯著性差異(P>0.05)。見表1。

本研究已經(jīng)獲得廣東省人民醫(yī)院(廣東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)〔No.粵醫(yī)科倫理2019639 H(R1)〕。

1.2 方法

分別進(jìn)行膝關(guān)節(jié)健、患側(cè)等速和等長的屈伸測試。

1.2.1 等速測試

采用ISOMED 2000 等速肌力測試訓(xùn)練系統(tǒng)(德國)。患者取舒適端坐位，屈髖屈膝，膝關(guān)節(jié)處于中立位置，并以皮帶固定好下肢各個(gè)關(guān)節(jié)。先健側(cè)，再患側(cè)，測試前熱身5 min。先在180°/s角速度下行最大努力屈伸測試10 次，再在60°/s 角速度下行最大努力屈伸測試5次，組間休息1 min。

表1 兩組一般資料比較

角度力矩曲線的數(shù)據(jù)處理：原始數(shù)據(jù)是以5 ms的時(shí)間單位進(jìn)行力矩輸出，根據(jù)之前等速曲線分析的研究[8]，速度<150°/s(180°/s 測試時(shí))或者<50°/s(60°/s 測試時(shí))時(shí)，記為數(shù)值缺失，通過兩點(diǎn)插值方法對角度缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行填充，計(jì)算出1°遞增的平均力矩結(jié)果。所有力矩?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算(力矩/體質(zhì)量)。

1.2.2 等長測試

參考Czamara 等[15]的方案，采用等長測試模塊進(jìn)行等長屈伸測試。屈膝等長測試：膝關(guān)節(jié)在30°位(0°為伸直位)進(jìn)行兩次最大用力屈膝。伸膝等長測試：膝關(guān)節(jié)在70°位，進(jìn)行兩次最大用力伸膝。每次收縮維持6 s，最大力矩一組用于數(shù)據(jù)分析。所有力矩?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算(力矩/體質(zhì)量)。

1.2.3 膝關(guān)節(jié)鏡探查術(shù)

常規(guī)建立前內(nèi)前外入路，刨刀清理視野，觀察髕股軟骨、滑車、股骨內(nèi)外側(cè)髁軟骨、脛骨平臺(tái)軟骨，及內(nèi)、外側(cè)半月板，前后交叉韌帶走行。軟骨損傷分級(jí)采用國際軟骨修復(fù)協(xié)會(huì)(International Cartilage Re-pair Society,ICRS)分級(jí)：0 級(jí)，正常；1～2 級(jí)，損失不超過50%；3 級(jí)，損傷超過50%；4 級(jí)，損傷至軟骨下骨。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 19.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)量資料符合正態(tài)分布，采用()表示，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較組間每1°遞增力矩差異。計(jì)數(shù)資料組間比較采用χ2檢驗(yàn)。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 等速肌力

180°/s 下，兩組間健側(cè)和患側(cè)屈膝力矩比較均無顯著性差異(P>0.05)。見圖1。兩組間健側(cè)伸膝力矩比較無顯著性差異(P> 0.05)，患側(cè)伸膝力矩在88°～90°有顯著性差異(P< 0.05)，余角度均無顯著性差異(P>0.05)。見圖2。

60°/s 下，兩組間健側(cè)屈膝力矩在62°～82°有顯著性差異(P< 0.05)，余角度均無顯著性差異(P> 0.05)；兩組間患側(cè)屈膝力矩比較無顯著性差異(P>0.05)。見圖3。兩組間健側(cè)和患側(cè)伸膝力矩比較均無顯著性差異(P>0.05)，但無軟骨損傷的伸膝力矩有高于髕股軟骨損傷的趨勢。見圖4。

視覺分析：在180°/s 屈伸力矩曲線的起始階段都會(huì)出現(xiàn)一個(gè)曲線變化，而60°/s 呈倒“U”形的平滑曲線。

圖1 兩組180°/s屈膝力矩曲線比較

2.2 等長肌力

髕股軟骨損傷組患側(cè)等長伸膝力矩小于無髕股軟骨損傷組(P< 0.05)。兩組間患側(cè)等長屈膝及健側(cè)屈、伸力矩比較無顯著性差異(P>0.05)。見表2。

表2 兩組等長屈伸力矩比較(0.1 N·m/kg)

圖2 兩組180°/s伸膝力矩曲線比較

圖3 兩組60°/s屈膝力矩曲線比較

圖4 兩組60°/s伸膝力矩曲線比較

3 討論

等速力矩曲線異常是指局部峰力矩大量背離正常情況，小或大的光滑曲線中斷，力量產(chǎn)生或者力量下降時(shí)出現(xiàn)曲線凹陷或者抖動(dòng)，力量增加之后突然減少，斜率方向快速改變，雙峰曲線，中部關(guān)節(jié)活動(dòng)度出現(xiàn)平臺(tái)等[13]。Anderson 等[14]采用視覺分析方法對髕股疼痛綜合征患者的定性分析發(fā)現(xiàn)，曲線異常(30°/s)的陽性預(yù)測值為70%，陰性預(yù)測值為15%。Ayalon等[16]對ACL術(shù)后患者進(jìn)行兩次測試，通過兩名檢查者區(qū)分等速曲線特性的定性分析(60°/s)，發(fā)現(xiàn)等速力矩曲線定性分析是一種有效評(píng)估工具。Ikeda 等[17]發(fā)現(xiàn)，ACL 損傷的患者向心收縮時(shí)快速下降曲線特征明顯，離心收縮時(shí)凹陷的特征明顯(30°/s)。Dauty等[18]對籃球運(yùn)動(dòng)員的跳躍特征進(jìn)行定性分析，發(fā)現(xiàn)43例有“跳躍膝”歷史記錄，其中35 例表現(xiàn)為“駝峰”曲線(60°/s)，該曲線的敏感性和特異性分別為81.3%和100%。以上研究的結(jié)論都來源于低速測試(< 60°/s)，對高速(180°/s以上)曲線特征并無描述。

Afzali 等[19]采用多項(xiàng)式回歸分析的方法處理歸一化及平均化后的力矩曲線，來區(qū)分正常曲線和ACL損傷的異常曲線，發(fā)現(xiàn)患者組健側(cè)與志愿者的股四頭肌力矩曲線特征在60°/s角速度下相同，而在180°/s角速度下不相同；明確了正常的60°/s 等速力矩曲線呈倒“U”形，而180°/s的曲線特征不明確。該研究與本研究結(jié)果相似。本研究還發(fā)現(xiàn)，在180°/s 等速力矩曲線的起始階段會(huì)出現(xiàn)一個(gè)快速變化的曲線，并不成倒“U”。在180°/s角速度測試時(shí)患側(cè)伸膝力矩曲線在88°～90°差異顯著，這是由等速肌力測試設(shè)備及算法的缺點(diǎn)導(dǎo)致。在等速測試中由于杠桿臂的加速和減速而在初始和結(jié)束關(guān)節(jié)活動(dòng)度處影響力矩值的計(jì)算[7,20-21]，這部分的數(shù)據(jù)通常是通過算法來彌補(bǔ)，最簡單的算法是兩點(diǎn)插值法。在6°～84°(60°/s)和20°～70°(180°/s)之間獲得的力矩?cái)?shù)據(jù)更可靠[9]，所以本試驗(yàn)所有屈伸膝末端的結(jié)果都不在研究范圍中。

有文獻(xiàn)報(bào)道[14]，在30°/s等速測試中，所有髕股關(guān)節(jié)疼痛綜合征患者的測試結(jié)果存在角度力矩曲線異常；隨后的關(guān)節(jié)鏡檢查發(fā)現(xiàn)16例髕股關(guān)節(jié)疼痛綜合征患者中，14 例有髕股和/或髕股關(guān)節(jié)軟骨表面病變。本研究也發(fā)現(xiàn)，ACL損傷并發(fā)髕股軟骨損傷較不并發(fā)髕股軟骨損傷患者的等長伸膝力量更差，60°/s伸膝力量有較差的趨勢，而180°/s 伸膝力量無顯著差異，即速度越低力量差距越顯著，與以上研究結(jié)果相似。Anderson 等[14]研究發(fā)現(xiàn)，80%髕股關(guān)節(jié)疼痛患者30°/s的曲線異常，但未報(bào)道軟骨損傷情況。之前有研究認(rèn)為[14]，等速力矩曲線異常與股四頭肌抑制有關(guān)。本研究推斷不同速度股四頭肌力矩差異可能是一種中樞驅(qū)動(dòng)的保護(hù)策略。健康個(gè)體運(yùn)動(dòng)速度越低，肌肉募集越多，對關(guān)節(jié)的壓力就越大。在軟骨損傷患者中，通過降低股四頭肌收縮水平來減少關(guān)節(jié)反作用力，減少對周圍神經(jīng)、下方關(guān)節(jié)囊和滑膜以及髕股關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)軟骨的壓力水平，從而減輕疼痛。對于髕股軟骨損傷的患者高速運(yùn)動(dòng)可能導(dǎo)致更少的股四頭肌抑制，達(dá)到更好的訓(xùn)練效果。同時(shí)本研究發(fā)現(xiàn)，60°/s 下，62°～82°健側(cè)屈膝末端力量更好，這可能是屈膝伸膝轉(zhuǎn)換過程中，髕股軟骨損傷組更傾向充分屈膝來增加髕股關(guān)節(jié)接觸區(qū)域，將減小的關(guān)節(jié)反作用力分布在更大的表面區(qū)域上。但由于髕股軟骨本身結(jié)構(gòu)性的損傷，患側(cè)力矩曲線不能表現(xiàn)出差異，而健側(cè)受到中樞驅(qū)動(dòng)的影響，表現(xiàn)在屈膝末端力量更好。未來應(yīng)該更詳細(xì)研究中樞驅(qū)動(dòng)對膝關(guān)節(jié)損傷的等速力矩曲線異常的作用機(jī)制。

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)，180°/s 等速力矩曲線的起始階段會(huì)出現(xiàn)一個(gè)曲線變化，而60°/s 的曲線是倒“U”的平滑曲線；ACL 損傷并發(fā)髕股軟骨損傷較不并發(fā)髕股軟骨損傷患者的等速運(yùn)動(dòng)速度越低，力量差異越顯著；并發(fā)髕股軟骨損傷的ACL損傷患者訓(xùn)練力量時(shí)建議采用高速運(yùn)動(dòng)。本研究還存在不足之處：①樣本量較少，半月板和軟骨并發(fā)損傷病例較多，單純軟骨損傷并發(fā)ACL損傷的患者較少；同時(shí)由于損傷的病程較長，繼發(fā)軟骨損傷還是外傷導(dǎo)致的軟骨損傷也無法明確，可能對研究結(jié)果帶來影響；②健側(cè)肢體的損傷情況未經(jīng)過磁共振檢查或者關(guān)節(jié)鏡探查，可能導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)偏差；③等速測試中最大用力程度目前無標(biāo)準(zhǔn)判斷，可能導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)偏差。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。