膝关节内侧移位者踝背屈活动度及腓肠肌、胫前肌表面肌电特征

黎发根瓮长水王娜刘立明焦伟国蒋天裕李绍旦

1中国人民解放军总医院南楼康复医学科（北京100853）2中国人民解放军总医院中医科（北京 100853）

膝关节内侧移位者踝背屈活动度及腓肠肌、胫前肌表面肌电特征

黎发根1瓮长水1王娜1刘立明1焦伟国1蒋天裕1李绍旦2

1中国人民解放军总医院南楼康复医学科（北京100853）2中国人民解放军总医院中医科（北京 100853）

目的：探讨膝关节内侧移位（MKD）的发生机制，为进一步完善膝关节损伤的防治方案提供依据。方法：从男性青年志愿者中选取膝关节内侧移位（MKD）组30例和正常对照组30例，用标准量角器测量各组踝背屈被动活动范围（PROM）并进行比较，用表面肌电测试系统测试单腿下蹲过程中内侧腓肠肌、外侧腓肠肌和胫前肌的表面肌电图，比较两组间的肌电图均方根振幅（RMS）。结果：MKD组踝背屈PROM明显小于正常对照组（P＜0.05）；MKD组单腿下蹲时内侧腓肠肌、外侧腓肠肌和胫前肌肌电RMS均明显高于正常对照组（P＜0.01，P＜0.05，P＜0.01）。结论：膝关节内侧移位的发生机制之一可能是踝背屈活动受限和腓肠肌/胫前肌的共激活，对膝关节损伤的防治应设法降低腓肠肌、胫前肌的激活强度，增加踝关节的活动范围。

膝关节内侧移位；踝背屈；腓肠肌；胫前肌；表面肌电

膝关节内侧移位（medial knee displacement，MKD），是指膝关节负重屈曲时髌骨超过足大趾的垂直线向内侧移位[1]。已有研究表明[2-4]，膝关节内侧移位是多种非接触性膝关节损伤的重要风险因素，与前交叉韧带损伤、髌股疼痛综合征、膝骨关节炎、内侧副韧带扭伤和半月板损伤等密切相关。因此，研究膝关节内侧移位的发生机制，对防治膝关节损伤具有重要的临床意义。本研究通过观察MKD者踝背屈活动度及腓肠肌和胫前肌的激活和协调性，探讨MKD的发生机制，为进一步完善膝关节损伤的防治方案提供依据。

1 对象与方法

1.1 研究对象

从解放军医学院研究生队招募青年男性志愿者，根据MKD筛查标准，分别纳入MKD组30人（年龄26.8±2.6岁，身高171.6±8.7 cm，体重71.1±12.5 kg），正常对照组30人（年龄27.2±2.5岁，身高170.1±9.1 cm，体重70.5±13.7 kg），正常对照组为单腿下蹲时髌骨与足大趾对线良好、不发生内侧移位的受试者。两组人群年龄、身高、体重比较差异均无统计学意义。

MKD筛查标准[5]：5次单腿下蹲中至少有3次出现髌骨跨越足大趾的垂直线向内侧移位。纳入标准：（1）健康男性，年龄18～35岁；（2）过去6个月没有发生肌肉骨骼的损伤；（3）体能良好：在过去6个月，每周至少有3次持续30分钟以上的体育活动；（4）自愿签署知情同意书。排除标准：（1）伴有影响平衡或本体感觉的神经损害者；（2）不能完成单膝屈曲60°下蹲者；（3）表面肌电电极粘附部位伴有皮肤疾病或损伤者；（4）合并有严重的内脏病变或严重代谢异常疾病或骨肿瘤患者。

1.2 方法

分别测试MKD组和正常对照组的踝背屈被动活动范围和单腿下蹲时小腿肌肉的表面肌电图，具体方法如下。

1.2.1 踝背屈被动活动范围（PPRROOMM）

受试者采取仰卧位，双下肢完全伸直，被测腿踝关节超出床沿，踝关节处于中立位。测试者一手固定小腿，防止膝关节内、外旋，另一手辅助足进行背屈，直至遇到阻力。另一测试者应用美国Jamar标准量角器进行踝背屈活动范围的角度测量，量角器的轴心置于腓骨纵轴与足外缘的交点，约在外踝下一寸处。量角器的固定臂与腓骨纵轴一致，移动臂与第五跖骨纵轴平行。测量3次，取平均值。

1.2.2 单腿下蹲

每个受试者脱鞋站立，使用惯用腿下蹲，正式测试前根据角度测量于单膝屈曲60°时在臀大肌下放置一个三脚架，确定每次下蹲的深度。下蹲时脚趾向正前方，双手叉腰，非负重腿屈膝90°/屈髋45°。用节拍器控制下蹲速度（60节拍/分钟）。注意下蹲时负重脚足跟不能离地，非负重脚不能触地或与负重脚交叉。测试前进行3分钟的热身，熟悉测试程序。

1.2.3 表面肌电图

采用芬兰产MEGA6000-T16型无线遥测表面肌电测试系统，检测患者做单腿下蹲运动时胫前肌、内侧腓肠肌和外侧腓肠肌的表面肌电信号。电极选用泰科（Kendall）一次性心电电极片。测试前告知患者测试程序，剔除汗毛，用酒精棉球清洁的皮肤以降低皮肤的电阻；各电极粘贴部位参照说明书并通过观察受试者的肌肉收缩或在进行抗阻等长收缩时触摸肌肉的方法进行确认；用弹力绷带将电极线紧密固定到皮肤上，以减少外来噪音影响。听到口令后开始以中速做单腿下蹲运动（2个节拍），屈曲膝关节至60度（臀部触碰三脚架）后再以中速站起（2个节拍），连续5次。取中间3次下蹲运动的肌电信号，应用仪器自带的信号处理软件MegaWin2.4进行分析。将所记录到的表面肌电图（sEMG）做平滑处理，采用均方根公式计算，取3次下蹲过程均方根振幅（RMS）的平均值。指导受试者针对胫前肌和腓肠肌分别进行最大等长收缩（MVIC），以各肌肉最大等长收缩时的肌电值作为基准，将下蹲时肌电值除以基准值进行标准化，并进行组间比较。以上测试及分析均由同一测试者完成。

1.3 统计学分析

应用SPSS17.0软件进行统计分析，实验数据以均数±标准差（x¯±s）表示。计量资料采用独立样本t检验。显著性水平a=0.05。

2 结果

2.1 踝背屈被动活动范围

MKD组踝背屈被动活动范围（PROM）5.6±5.2度，显著低于正常对照组的8.7±4.5度，差异具有统计学意义（P＜0.05）。说明MKD者存在踝背屈活动范围受限。

2.2 单腿下蹲肌电图RRMMSS比较

以各组肌肉最大等长收缩（MVIC）时的肌电RMS值作为基准，将下蹲时肌电RMS值除以基准值进行标准化（下蹲时RMS/MVIC时RMS），并进行组间比较。结果发现，MKD组内侧腓肠肌、外侧腓肠肌和胫前肌的标准化RMS均显著高于正常对照组，差异均具有统计学意义（P＜0.01，P＜0.05，P＜0.01）。见表1。

表1 标准化肌电RMS（%）

3 讨论

膝关节内侧移位（MKD）被认为是引起膝关节损伤的重要风险因素，对于其发生的机制，国内鲜有研究，国外文献亦无定论。本研究通过比较MKD受试者与正常受试者踝背屈PROM及腓肠肌、胫前肌的表面肌电特征，试图发现MKD的发生机制，探讨纠正MKD并预防膝关节损伤的方法。研究结果显示，MKD者踝背屈PROM显著小于正常对照组，单腿下蹲时MKD者腓肠肌（内侧腓肠肌、外侧腓肠肌）和胫前肌的标准化肌电RMS显著高于正常对照组，这说明MKD者存在踝背屈活动受限，且在单腿下蹲时存在腓肠肌和胫前肌的过度激活。

有多项研究报道[6-8]，在下蹲试验中有MKD表现的受试者，其踝背屈活动度要比没有MKD的受试者明显减少，与本研究结果一致。在另外一项研究中[9]，受试者被戴上专门定制的踝关节固定器以限制踝关节的背屈活动度，并测量行走时的膝关节运动学和动力学，结果发现踝背屈活动受限可加重站立终末期的膝关节内侧移位，这说明踝背屈受限可能是引起膝关节内侧移位的一个因素。控制关节活动的主动肌和拮抗剂是功能作用相反的两组肌肉，它们的共激活会导致关节的僵硬[10]。因此，腓肠肌和胫前肌的共激活可以导致踝关节僵硬和背屈活动受限，从而引起MKD的发生。由此我们推测，腓肠肌和胫前肌的共激活及其引发的踝背屈受限可能是MKD的发生机制之一，而腓肠肌和胫前肌的过度激活可能是由神经肌肉控制的失调所致。因而在制定膝关节损伤防治方案时，我们要重视腓肠肌和胫前肌的放松和踝关节的松解，并且注重运动控制的纠正性练习，从而改善踝关节的活动度，减少MKD的发生，从而更有效地防治膝关节的损伤。

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The Passive Range of Motion of Ankle Dorsiflexion and Features of Surface Electromyographic Signals of Gastrocnemius and Tibialis Anterior in Patients with Medial Knee Displacement

Li Fagen1，Weng Changshui1，Wang Na1，Liu Liming1，Jiao Weiguo1，Jiang Tianyu1，Li Shaodan2
1 Department of Rehabilitation Medicine of Nan Lou，The General Hospital of People’s Liberation Army，Beijing 100853，China 2 Department of Traditional Chinese Medicine，The General Hospital of People’s Liberation Army，Beijing 100853，China Corresponding Auther：Weng Changshui，Email：kfyx301@163.com

ObjectiveTo explore the mechanism of medial knee displacement（MKD）through studying the passive range of motion（PROM）of ankle dorsiflexion and features of surface electromyographic signals（SEMG）of gastrocnemius and tibialis anterior.MethodsThirty male youth displaying MKD in a single leg squat were chosen into an MKD group and 30 healthy counterparts were selected into a control group.Their ankle dorsiflexion PROM was measured using a standard goniometer.A surface EMG system was used to record the muscle activity of the medial gastrocnemius（MG），lateral gastrocnemius（LG），and tibialis anterior（TA）in single leg squats（SLS）.The root mean square amplitude（RMS）was compared between the two groups.ResultsThe MKD group displayed significantly less ankle dorsiflexion PROM than the control group.The average RMS of MG，LG and TA in the MKD group were significantly higher than that of the control group.ConclusionThe medial knee displacement may be associated with a less ankle dorsiflexion PROM and more coactivation of gastrocnemius and tibialis anterior.The improvement of dorsiflexion PROM and the release of gastrocnemius and tibialis anterior coactivation should be emphasized in the prevention and treatment of the knee injury.

medial knee displacement，ankle dorsiflexion，gastrocnemius，tibialis anterior

2016.06.03

总后勤部卫生部保健专项课题项目（No.13BJZ53）

瓮长水，Email：kfyx301@163.com