陈旧性膝关节运动损伤者股四头肌随意动员能力下降

徐刚黄力平周石，2 王昭君 李猛 敖铭 王聪 赵美苓 梁军

1天津体育学院健康与运动科学系（天津300381）

2澳大利亚南十字星大学健康和人体科学学院

肌肉随意动员能力反映神经肌肉控制能力，即中枢激活水平，是康复评定的一个常用指标[1]。增加神经肌肉控制能力可以降低运动员膝关节损伤的生物力学危险因素和意外，同时也是最大限度恢复关节稳定性和重返赛场的先决条件[2]。电刺激与随意收缩叠加法（twitch interpolation，TI）是目前评定随意动员能力最好的方法之一[3]，广泛应用于创伤性关节损伤、关节炎、肌肉疼痛和疲劳相关的临床康复和研究中，也可以从中枢神经适应方面评价训练效果[4]。TI原理是在骨骼肌进行最大随意收缩时给予肌肉或神经干一个电刺激，将其力量叠加在最大随意收缩力量上，以产生一个类似颤搐式的收缩[5]。伴随着中枢动员能力的增加，使输出力量提高到一个更高的水平，而被激活的力量越来越少。常用的膝关节损伤评分是主观评价指标，有其文化和语言上的差异[6]。而TI测试中，肌肉随意动员能力是间接量化指标[7]，可以更客观、准确地评估膝关节的神经肌肉控制能力。

目前国内青年学生运动员膝关节运动损伤后进行规范康复治疗尚不普遍，疼痛消失后便逐渐恢复训练、参赛，而其恢复情况无系统研究考据。为此，本研究应用股四头肌力量和TI检测，测定陈旧性膝关节运动损伤的青年学生运动员股四头肌功能和神经肌肉控制能力，评估其康复情况。

1 对象与方法

1.1 实验对象

60名研究对象均来自天津体育学院，分为2组。

对照组30例，入选条件:右利足，无膝关节外伤史、运动损伤史及相关疾病史，无专业体育训练史，无其它测试禁忌症。

膝关节运动损伤组（损伤组）30例，入选条件:右利足，有膝关节运动损伤史，有专业体育训练史，无膝关节车祸伤等外伤史，无其它测试禁忌症。右膝损伤13例，左膝损伤17例，其中，髌骨软骨病16例、髌腱腱围炎9例、半月板损伤3例、侧副韧带损伤1例、前交叉韧带重建术后1例（以上诊断均由二甲以上医院确诊）；均为单侧损伤；平均损伤时间为（3.2±1.95）年，均未进行正规康复训练；除1例行前交叉韧带重建，其余均进行非手术保守治疗。

实验对象均充分理解本课题研究目的和基本要求，自愿参加并签署知情同意书。测试前48小时均未进行大强度运动。两组受试者一般资料见表1，经独立样本t检验，两组受试者同性别年龄、身高和体重均无显著差别（P>0.05）。

表1 受试者一般情况

1.2 测试方法

使用本研究组自行研制的股四头肌随意动员能力评定 系 统 （Evaluation System of Quadriceps Femoris Voluntary Activation，系统专利号为ZL201020242687.7）测定股四头肌最大随意等长肌力 （maximum voluntary contraction，MVC）、随意动员能力（muscle activation，MA）和力量上升速率（rate of force development，RFD）。

测试前，处理受试者局部皮肤。然后将一对表面自粘贴式导电胶的电极片（5 cm×10 cm）分别置于受试者股直肌肌腹上，阴极置于运动点上，阳极在阴极下方，两电极相距约2 cm，并与电刺激仪（DS7AH型，英国DIGITIMER公司）连接。

测试时，室温保持在19～21℃。具体步骤如下:①热身并固定姿势:受试者先进行2分钟膝关节屈伸运动进行热身。热身后受试者坐于测试椅上，保持屈髋屈膝90°，以非弹性绑带固定胸部、髋部和踝部，限制股四头肌收缩形式为等长收缩。要求受试者非测试腿放松不做运动，无上肢辅助用力。受试者目视前方，双手交叉于胸前。②确定MVC:接通电刺激装置，经由Medlab采集系统（MEDLAB-V18C型，中国南京美易科技有限公司）触发给予电刺激。刺激前，打开Medlab信号采集系统，选取肌力储备选项，调节MVC测试基准线，确定放大倍数及各项刺激参数。先由受试者做3次最大随意等长收缩，获取平稳且数值最大的一条力量曲线为有效MVC，然后再给予刺激。③确定电流强度:刺激频率100 Hz，脉宽200 μs，4个脉冲。 受试者保持屈髋屈膝 90°位，股四头肌接受刺激，逐渐调大电流刺激强度至最大耐受强度，或直到再增加刺激亦不能诱发更大的收缩力量（即力量平台出现），且以不引起受试者产生强烈疼痛或其他不适感觉为限。④电刺激与随意收缩叠加（随意动员能力）:根据受试者MVC值，设定相当于95%MVC的触发力量值，然后嘱受试者做最大随意用力，并尽量保持该力量，当收缩力量达到峰值（高于95%MVC）后，由Medlab采集系统自动延时200 ms后触发电刺激。如力量未达到95%MVC，则不能触发电刺激，休息1分钟后重试。受试者受到电刺激后立刻放松肌肉，延时5 s后系统将再次自动给予相同电刺激[5]。最后采集数据。

1.3统计学分析

采用Medlab生物信号采集仪的专用软件，将股四头肌随意动员能力评价系统获得的测试数据导入Excel，计算 MA 和 RFD。 MA（%）=[1－（叠加刺激诱发力量/对照刺激诱发力量）]×100，RFD=△力量/△时间。采用SPSS16.0统计软件处理数据，计量资料以均数±标准差表示，两组之间、损伤组未损伤侧与损伤侧的比较采用独立样本t检验；显著性水平为P<0.05。

2 结果

表2显示，对照组受试者两侧股四头肌MVC、MA和RFD差异无统计学意义（P>0.05），损伤组两侧股四头股MVC无显著性差异（P>0.05）。对照组右侧股四头肌MVC、RFD值低于损伤组未损伤侧，差异有统计学意义（P<0.05，P<0.01）；损伤组损伤侧MA、RFD值低于未损伤侧，差异有统计学意义（P<0.05，P<0.01）。

表2 两组受试者各指标测试结果

3 讨论

竞技体育提高了对力量训练的重视程度[8]。经过长期力量训练，运动员运动单位的募集秩序已得到改善，其协调能力比较强，因此神经适应的时间、过程与未经训练者不同[9]。本实验中，对照组受试者两侧股四头肌各测试指标差异无统计学意义，故采用其中一侧（右侧）数据与损伤组损伤侧和未损伤侧进行比较。结果显示，对照组右侧股四头肌MVC值显著低于损伤组未损伤侧，表明TI测试系统对不同力学表现的人群MVC指标测试敏感，经过训练的运动员股四头肌力量显著高于同年龄性别的非运动员普通人。损伤组损伤侧膝伸肌MVC值稍低于未损伤侧，但差异无统计学意义。这提示:其一，单侧膝关节损伤后，由于两侧关节交互影响，损伤侧和未损伤侧膝伸肌力量都下降，使两侧伸膝关节力量改变基本相似，即单侧损伤双侧受累[1]；其二，由于伤后已恢复训练，损伤侧膝伸肌力量可能已接近未伤侧水平。

TI技术可以检测和评定普通人、运动员和患者的 MA[10]。 Jubeau 等[11]报道，健康男性青年经 4 周电刺激训练后足跖屈肌随意动员能力增长了7%。本研究结果显示，损伤组损伤侧MA值显著低于未损伤侧，表明陈旧性膝关节运动损伤后，即使MVC已基本恢复至未伤侧水平，但神经对肌力的控制依然受到抑制，使动员能力降低。结果还显示，对照组受试者MA值大于损伤组损伤侧，小于未损伤侧，但差异均无统计学意义。这与方芳等[9]的研究一致，该文献仅从力量的角度进行了分析。在陈旧性膝关节运动损伤的康复训练中，单纯力量测试不能全面反映膝关节功能恢复状态以及影响功能恢复的各因素，如损伤、疲劳等。MA可以较准确地反映损伤侧变化[12]。已有很多学者应用TI评价运动训练中的疲劳和损伤。Kawakami等[13]应用此方法检测到小腿三头肌的随意动员能力经100次最大等长收缩后从96%下降到70%。Urbach等[14]也采用此方法在膝前交叉韧带损伤的患者中检测到其股四头肌随意动员能力显著低于正常水平，而功能恢复较好的患者其肌肉动员能力也相对较高。本实验中，测试前48小时，所有受试者均未进行大强度运动，可排除疲劳的影响。运动损伤不仅影响运动员的正常训练与运动成绩的提高，而且还影响运动员的身体机能，需要科学的仪器检测[15]。股四头肌动员能力评定系统可以较准确测试MA的变化，可以积极评估已发生的、甚至潜在的损伤和疲劳，指导康复训练。

RFD是一种力量时间斜率曲线，用来评价神经肌肉系统的肌肉爆发力量[16]。有研究认为，RFD提高是一种神经适应[17]。很多研究在进行等长收缩时测试 RFD 以评价爆发力[18]。 有研究[17]发现，测试股四头肌RFD时，在肌肉收缩早期阶段，肌肉动员能力的增强比较突出，这有利于提高运动成绩。Hvid等[19]也应用RFD观察了老年人与青年人短期制动后的肌肉功能和形态变化及随后再训练的恢复情况，结果发现，老年人对短期制动这种有害刺激在RFD和肌纤维大小方面比青年人更敏感，且恢复时间更长。本研究显示，对照组右侧股四头肌RFD值显著低于损伤组未损伤侧，损伤组损伤侧RFD值也显著低于未损伤侧，表明在损伤侧最大随意等长收缩力量恢复至未损伤侧水平时，其神经肌肉控制仍然受到抑制。这与Ivanovic等[20]的研究结果一致，他们发现未经训练女性、业余女子运动员和高水平女性排球运动员RFD有显著性差异。

本实验中，受试者膝关节损伤后未进行正规康复训练，在其损伤（3.2±1.95）年后，虽然双侧下肢肌肉力量无明显差异，但损伤侧MA和RFD仍明显低于未损伤侧，表明在陈旧性损伤中，神经肌肉控制能力仍较差，可能受到关节源性肌肉抑制的长期作用[1]。

4 总结

即使陈旧性膝关节运动损伤肌肉力量已恢复到未损伤侧水平，股四头肌随意动员能力依然较低，表明膝关节神经肌肉控制仍较差，这可能是影响陈旧性膝关节运动损伤功能状态的主要因素之一。股四头肌随意动员能力评价系统可以检测这一变化。

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