膝關節前交叉韌帶損傷后肌肉功能變化的觀察與分析

陳 建，汪學紅，湯一鑄

CHEN Jian1,2，WANG Xuehong1，TANG Yizhu3

●運動人體科學●

膝關節前交叉韌帶損傷后肌肉功能變化的觀察與分析

陳 建1，2，汪學紅1，湯一鑄3

CHEN Jian1,2，WANG Xuehong1，TANG Yizhu3

評價膝關節前交叉韌帶損傷后屈伸肌肉力量變化和腘繩肌生理狀態變化的特征，以指導前交叉韌帶重建術前和術后的康復治療與訓練。結果表明，前交叉韌帶損傷后膝關節肌肉功能狀態水平下降，在一定程度上影響運動中膝關節的穩定性，韌帶重建術前和術后應注重加強膝關節肌肉力量和屈膝肌反應速度的康復訓練，以減少術后康復訓練中對重建韌帶的負荷。

前交叉韌帶；肌力；電機械延遲

前交叉韌帶(anterior cruciate ligament,ACL)損傷是常見的運動損傷之一，近年來其發病率有逐漸增高的趨勢［1，2］。ACL是限制脛骨前移和脛骨內旋的重要結構，對維持膝關節穩定具有重要作用。ACL損傷后股四頭肌和腘繩肌肌力發生明顯改變,較大程度地影響了膝關節的運動功能。為了準確客觀地了解ACL損傷后膝關節肌肉力量和生理功能狀態的變化，本文應用BIODEX systemⅢ多關節等速測試系統測試和Tensiomyography肌肉狀態測試儀測試ACL損傷后屈伸肌肉力量和腘繩肌生理狀態的特征，以期科學地指導前交叉韌帶重建術前和術后的康復治療與訓練。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選取2013年6月至7月期間本院運動創傷外科收治確診為ACL斷裂的男性患者20例,所有受試者均無明顯其它合并傷。（見表1）。

表1 受試對象基本情況

1.2 測試儀器

BIO-DEX多關節等速測力系統Ⅲ，Tensiomyography肌肉狀態測試儀。

1.3 測試方法

本測試過程嚴格遵守BIO-DEX等速測試系統的標準操作步驟進行，在測試前對BIO-DEX等速測試系統進行常規校正，測試前進行5min的騎功率自行車熱身活動，測試時患者坐在測試椅上，座位角度為90°，膝關節的軸心與動力臂的軸心一致，動力臂末端的阻力墊固定在踝關節內踝上緣3cm處。測試前對患者下肢進行肢體稱重，測試結果經下肢重量校正，以排除肢體運動時重力的作用。設置關節活動范圍為0-100°，測試速度為60°/s,180°/s,300°/s，測試每組速度均進行5次測試，組間休息30秒，先測健側腿，再測患側腿，兩側測試間隔2min。

Tensiomyography肌肉狀態測試儀：測試肌群包括雙側半腱肌和股二頭??；測試體位：俯臥，小腿下墊軟墊以放松股后肌群。

1.4 指標選取

1.4.1 肌肉力量指標

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

1.4.2 肌肉電生理指標

測試數據包括：肌肉收縮時間、肌肉放松時間、肌肉反應時間（電機械延遲electromechanical delay，EMD）、肌肉維持時間、肌肉的徑向最大位移。本研究選擇肌肉維持時間和肌肉反應時間來評價肌肉生理狀態。

1.4.3 統計學處理

所測數據輸入SPSS17.0軟件,經檢驗所有數據服從正態分布后采用t檢驗進行處理分析并得出結論。

2 結果

2.1 肌肉力量結果

表2 最大隨意等長收縮力矩結果（平均峰力矩/體重 單位：%）

表3 膝關節屈伸肌力量比結果（單位：%）

從表2可以看出，ACL損傷后傷側股后肌群等長收縮力量較健側明顯下降，表3結果表明ACL損傷后三種角速度運動時傷側膝關節屈伸肌力量比值較健側更大，說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損傷后膝關節本體感覺的降低或缺失，導致肌肉廢用性萎縮，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損傷和重建術后膝關節的穩定性,制訂康復計劃時,應同時加強股四頭肌和腘繩肌的肌力訓練，恢復H/Q比率，對運動員恢復高水平的運動能力和預防再損傷具有重要意義。

表4 腘繩肌相對峰力矩結果（單位：%）

表5 腘繩肌到達峰力矩時間結果（單位：ms）

相對峰力矩，即相對于體重的峰力矩，更好地用來描述功能性活動，可以用來個體間比較。到達峰力矩的時間，即肌肉從開始收縮到產生最大力矩所需時間，反映肌肉快速產生力矩的能力。表4和表5結果表明，ACL損傷后腘繩肌相對峰力矩較健側明顯下降、到達峰力矩的時間顯著延長，這說明腘繩肌相對力量和爆發力均有所下降，這與ACL損傷后患側廢用性肌萎縮有關。

2.2 肌肉電生理結果

表6 腘繩肌電機械延遲和持續收縮時間結果（單位：ms）

表6結果表明：ACL損傷后無論是半腱肌還是股二頭肌的電機械延遲時間均較健側明顯延長，持續收縮的時間也較健側顯著延長。反應時間（0～101%dmax即最大徑向位移的收縮前10%耗時)，Ts-sustain time持續時間 （501～502%dmax即最大徑向位移的收縮50%～舒張50%耗時)。發生這種變化的原因與ACL損傷后本體感覺的缺失密切相關，本體感覺缺失后導致反應時間的延長，腘繩肌在功能活動中反應慢繼而收縮速度和效率降低，表現為從收縮到舒張的時間也延長。

3 討論

ACL損傷后膝關節的功能發生一系列明顯改變，包括本體感覺降低或缺失、肌肉力量下降、關節穩定性和平衡能力下降等。導致這些功能改變的原因與ACL損傷后膝關節周圍肌肉功能狀態改變密切相關［3］。劉曉鵬等應用Biodex Isokinetic system-Ⅲ等速肌力測試系統測試前交叉韌帶斷裂后患膝屈伸肌肌力，結果表明患側峰力矩、峰力矩/體重比(%)、總功、平均峰力矩四項檢測指標在角速度為60°/s和120°/s時較健側均顯著降低，其中伸肌較屈肌降低更為顯著,尤以60°/s時為突出［4］。周謀望等運用等張肌力測定系統對膝前交叉韌帶斷裂患者及重建術后患者進行肌力評定，結果顯示：ACL斷裂后患膝伸肌及屈肌最大輸出功率、最大收縮速率、最大力量較健側有顯著下降，疲勞系數無顯著變化［5］。Gibson對慢性ACL損傷患者進行等速肌力測試發現,與健側下肢相比,ACL損傷側下肢的股四頭肌和腘繩肌峰力矩值顯著降低；患側的離心腘繩肌/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下肢；然而,離心腘繩肌/向心股四頭肌比率，患側下肢和健側近似，此結果表明：ACL損傷后股四頭肌的離心肌肉活動比其向心肌肉活動受到的影響更大,肌肉的協調策略可能發生了改變,以維持正常的肢體活動［6］。

最先明確提出EMD這一指標的學者是Alfred Weiss，他將反應時劃分成：前動作時和動作時,后者又稱電機械延遲,即肌肉興奮產生動作電位到開始產生收縮的機械變化的這段時間，反應了肌肉產生機械反應的效率，在功能活動中起到有效的保護作用［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間，凡是能影響這兩個部分的因素都能改變EMD。肌腱或肌肉組織性質發生改變時會導致EMD延長，可能原因：肌肉彈性結構的機械性質、肌肉大小及長度、肌纖維類型成份、疲勞的發生等。關于ACL損傷后腘繩肌EMD變化的文獻報道不多，大多研究是重建術后腘繩肌EMD的改變。Stavros等應用表面肌電圖對比研究了自體腘繩肌重建ACL術后兩年腘繩肌肌電變化后發現，與健側相比患側股二頭肌和半腱肌電機械延遲（electromechanical delay，EMD）明顯增加，屈膝肌的神經肌肉控制能力下降，從而影響運動員在急停急轉時膝關節的穩定性［8］。Ristanis等也觀察了自體腘繩肌重建ACL術后兩年患者疲勞狀態下EMD的表現，結果顯示疲勞導致患側股二頭肌和半腱肌EMD增加，但對股二頭肌和半腱肌收縮同步性沒有影響［9］。而Georgoulis等研究了采用髕腱重建ACL患者術后伸膝肌EMD，結果較術前沒有變化［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、重建術前患側腘繩肌EMD較健側延長，尚需與術后對照比較，是否可以應用有效地康復手段干預來預防或減少EMD的變化，值得進一步深入研究。

4 小結

前交叉韌帶損傷后膝關節肌肉力量和功能狀態水平下降，在一定程度上影響運動中膝關節的穩定性，韌帶重建術前和術后應注重加強膝關節肌肉力量和屈膝肌反應速度的康復訓練，以彌補ACL防止脛骨前移的部分功能，并減少術后康復訓練中對重建韌帶的負荷。

［1］ 敖英芳.膝關節交叉韌帶外科學［M］.北京:北京大學醫學出版社, 2009.

［2］ 敖英芳.前交叉韌帶損傷關節鏡下重建治療的臨床研究進展［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后的等速肌力評價［J］.中國康復醫學雜志,2006,21(5):467-469.

［4］ 劉曉鵬,安 華,于長隆.應用等速肌力測試評價膝前交叉韌帶斷裂重建術后康復的效果［J］.中國運動醫學雜志,2008,27(3):286-289.

［5］ 周謀望,葛 杰,于長隆.膝前交叉韌帶損傷及重建術后的等張肌力評定［J］.中國康復醫學雜志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.反應時、電機械延遲之研究［J］.天津體育學院學報,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：運動創傷康復.

1.武漢體育學院健康科學學院,湖北 武漢 430079；2.國家體育總局運動醫學研究所體育醫院，北京100763；3.湖北省體育科學研究所，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