陈 建,汪学红,汤一铸
CHEN Jian1,2,WANG Xuehong1,TANG Yizhu3
●运动人体科学●
膝关节前交叉韧带损伤后肌肉功能变化的观察与分析
陈 建1,2,汪学红1,汤一铸3
CHEN Jian1,2,WANG Xuehong1,TANG Yizhu3
评价膝关节前交叉韧带损伤后屈伸肌肉力量变化和腘绳肌生理状态变化的特征,以指导前交叉韧带重建术前和术后的康复治疗与训练。结果表明,前交叉韧带损伤后膝关节肌肉功能状态水平下降,在一定程度上影响运动中膝关节的稳定性,韧带重建术前和术后应注重加强膝关节肌肉力量和屈膝肌反应速度的康复训练,以减少术后康复训练中对重建韧带的负荷。
前交叉韧带;肌力;电机械延迟
前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)损伤是常见的运动损伤之一,近年来其发病率有逐渐增高的趋势[1,2]。ACL是限制胫骨前移和胫骨内旋的重要结构,对维持膝关节稳定具有重要作用。ACL损伤后股四头肌和腘绳肌肌力发生明显改变,较大程度地影响了膝关节的运动功能。为了准确客观地了解ACL损伤后膝关节肌肉力量和生理功能状态的变化,本文应用BIODEX systemⅢ多关节等速测试系统测试和Tensiomyography肌肉状态测试仪测试ACL损伤后屈伸肌肉力量和腘绳肌生理状态的特征,以期科学地指导前交叉韧带重建术前和术后的康复治疗与训练。
1.1 研究对象
选取2013年6月至7月期间本院运动创伤外科收治确诊为ACL断裂的男性患者20例,所有受试者均无明显其它合并伤。(见表1)。
表1 受试对象基本情况
1.2 测试仪器
BIO-DEX多关节等速测力系统Ⅲ,Tensiomyography肌肉状态测试仪。
1.3 测试方法
本测试过程严格遵守BIO-DEX等速测试系统的标准操作步骤进行,在测试前对BIO-DEX等速测试系统进行常规校正,测试前进行5min的骑功率自行车热身活动,测试时患者坐在测试椅上,座位角度为90°,膝关节的轴心与动力臂的轴心一致,动力臂末端的阻力垫固定在踝关节内踝上缘3cm处。测试前对患者下肢进行肢体称重,测试结果经下肢重量校正,以排除肢体运动时重力的作用。设置关节活动范围为0-100°,测试速度为60°/s,180°/s,300°/s,测试每组速度均进行5次测试,组间休息30秒,先测健侧腿,再测患侧腿,两侧测试间隔2min。
Tensiomyography肌肉状态测试仪:测试肌群包括双侧半腱肌和股二头肌;测试体位:俯卧,小腿下垫软垫以放松股后肌群。
1.4 指标选取
1.4.1 肌肉力量指标
本研究选择最大随意等长收缩力矩maximally voluntary isometric contractions,MVICs(坐位屈髋屈膝30°)、相对峰力矩(PEAK TQ/BW)、 到 达 峰 力 矩 时 间 (TIME TO PEAK TORQUE)、屈伸比(AGON/ANTAG RATIO)来观察ACL损伤后膝关节肌肉力量变化的特点。
1.4.2 肌肉电生理指标
测试数据包括:肌肉收缩时间、肌肉放松时间、肌肉反应时间(电机械延迟electromechanical delay,EMD)、肌肉维持时间、肌肉的径向最大位移。本研究选择肌肉维持时间和肌肉反应时间来评价肌肉生理状态。
1.4.3 统计学处理
所测数据输入SPSS17.0软件,经检验所有数据服从正态分布后采用t检验进行处理分析并得出结论。
2.1 肌肉力量结果
表2 最大随意等长收缩力矩结果(平均峰力矩/体重 单位:%)
表3 膝关节屈伸肌力量比结果(单位:%)
从表2可以看出,ACL损伤后伤侧股后肌群等长收缩力量较健侧明显下降,表3结果表明ACL损伤后三种角速度运动时伤侧膝关节屈伸肌力量比值较健侧更大,说明伤后股四头肌力量下降比腘绳肌力量下降更明显,这可能与ACL损伤后膝关节本体感觉的降低或缺失,导致肌肉废用性萎缩,而腘绳肌具有代偿ACL防止胫骨前移的作用,在一定程度上肌萎缩较股四头肌要轻。为提高ACL损伤和重建术后膝关节的稳定性,制订康复计划时,应同时加强股四头肌和腘绳肌的肌力训练,恢复H/Q比率,对运动员恢复高水平的运动能力和预防再损伤具有重要意义。
表4 腘绳肌相对峰力矩结果(单位:%)
表5 腘绳肌到达峰力矩时间结果(单位:ms)
相对峰力矩,即相对于体重的峰力矩,更好地用来描述功能性活动,可以用来个体间比较。到达峰力矩的时间,即肌肉从开始收缩到产生最大力矩所需时间,反映肌肉快速产生力矩的能力。表4和表5结果表明,ACL损伤后腘绳肌相对峰力矩较健侧明显下降、到达峰力矩的时间显著延长,这说明腘绳肌相对力量和爆发力均有所下降,这与ACL损伤后患侧废用性肌萎缩有关。
2.2 肌肉电生理结果
表6 腘绳肌电机械延迟和持续收缩时间结果(单位:ms)
表6结果表明:ACL损伤后无论是半腱肌还是股二头肌的电机械延迟时间均较健侧明显延长,持续收缩的时间也较健侧显著延长。反应时间(0~101%dmax即最大径向位移的收缩前10%耗时),Ts-sustain time持续时间 (501~502%dmax即最大径向位移的收缩50%~舒张50%耗时)。发生这种变化的原因与ACL损伤后本体感觉的缺失密切相关,本体感觉缺失后导致反应时间的延长,腘绳肌在功能活动中反应慢继而收缩速度和效率降低,表现为从收缩到舒张的时间也延长。
ACL损伤后膝关节的功能发生一系列明显改变,包括本体感觉降低或缺失、肌肉力量下降、关节稳定性和平衡能力下降等。导致这些功能改变的原因与ACL损伤后膝关节周围肌肉功能状态改变密切相关[3]。刘晓鹏等应用Biodex Isokinetic system-Ⅲ等速肌力测试系统测试前交叉韧带断裂后患膝屈伸肌肌力,结果表明患侧峰力矩、峰力矩/体重比(%)、总功、平均峰力矩四项检测指标在角速度为60°/s和120°/s时较健侧均显著降低,其中伸肌较屈肌降低更为显著,尤以60°/s时为突出[4]。周谋望等运用等张肌力测定系统对膝前交叉韧带断裂患者及重建术后患者进行肌力评定,结果显示:ACL断裂后患膝伸肌及屈肌最大输出功率、最大收缩速率、最大力量较健侧有显著下降,疲劳系数无显著变化[5]。Gibson对慢性ACL损伤患者进行等速肌力测试发现,与健侧下肢相比,ACL损伤侧下肢的股四头肌和腘绳肌峰力矩值显著降低;患侧的离心腘绳肌/离心股四头肌比率、向心腘绳肌/离心股四头肌比率均显著大于健侧下肢;然而,离心腘绳肌/向心股四头肌比率,患侧下肢和健侧近似,此结果表明:ACL损伤后股四头肌的离心肌肉活动比其向心肌肉活动受到的影响更大,肌肉的协调策略可能发生了改变,以维持正常的肢体活动[6]。
最先明确提出EMD这一指标的学者是Alfred Weiss,他将反应时划分成:前动作时和动作时,后者又称电机械延迟,即肌肉兴奋产生动作电位到开始产生收缩的机械变化的这段时间,反应了肌肉产生机械反应的效率,在功能活动中起到有效的保护作用[7]。因此,EMD包括使横桥激活以及收缩成分牵拉肌肉弹性成分的时间,凡是能影响这两个部分的因素都能改变EMD。肌腱或肌肉组织性质发生改变时会导致EMD延长,可能原因:肌肉弹性结构的机械性质、肌肉大小及长度、肌纤维类型成份、疲劳的发生等。关于ACL损伤后腘绳肌EMD变化的文献报道不多,大多研究是重建术后腘绳肌EMD的改变。Stavros等应用表面肌电图对比研究了自体腘绳肌重建ACL术后两年腘绳肌肌电变化后发现,与健侧相比患侧股二头肌和半腱肌电机械延迟(electromechanical delay,EMD)明显增加,屈膝肌的神经肌肉控制能力下降,从而影响运动员在急停急转时膝关节的稳定性[8]。Ristanis等也观察了自体腘绳肌重建ACL术后两年患者疲劳状态下EMD的表现,结果显示疲劳导致患侧股二头肌和半腱肌EMD增加,但对股二头肌和半腱肌收缩同步性没有影响[9]。而Georgoulis等研究了采用髌腱重建ACL患者术后伸膝肌EMD,结果较术前没有变化[10]。Muraoka等研究表明肌腱松弛度是影响EMD的重要因素之一[11]。本文研究ACL损伤后、重建术前患侧腘绳肌EMD较健侧延长,尚需与术后对照比较,是否可以应用有效地康复手段干预来预防或减少EMD的变化,值得进一步深入研究。
前交叉韧带损伤后膝关节肌肉力量和功能状态水平下降,在一定程度上影响运动中膝关节的稳定性,韧带重建术前和术后应注重加强膝关节肌肉力量和屈膝肌反应速度的康复训练,以弥补ACL防止胫骨前移的部分功能,并减少术后康复训练中对重建韧带的负荷。
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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
陈 建(1973–),男,湖北咸宁人,博士,副教授,研究方向:运动创伤康复.
1.武汉体育学院健康科学学院,湖北 武汉 430079;2.国家体育总局运动医学研究所体育医院,北京100763;3.湖北省体育科学研究所,湖北武汉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