腘绳肌等速离心训练对前交叉韧带重建术后膝关节功能的影响

章闻捷 叶祥明 张大威 章晓峰 刘勇

1 浙江中医药大学（杭州 310053）

2 浙江省人民医院

腘绳肌等速离心训练对前交叉韧带重建术后膝关节功能的影响

章闻捷1叶祥明2张大威2章晓峰2刘勇2

1 浙江中医药大学（杭州 310053）

2 浙江省人民医院

目的：观察腘绳肌等速离心训练（IEE）对前交叉韧带重建术后膝关节功能的影响。方法：将42例前交叉韧带（ACL）重建术后患者随机分为对照组（n=21）和治疗组（n=21）。两组患者均分阶段给予常规康复干预，治疗组在此基础上于术后1个月开始使用Biodex等速训练系统进行一周2次的腘绳肌等速离心训练。两组患者于术后1个月和4个月时采用该等速测试系统在60°/s角速度下对患肢进行向心屈、伸膝峰力矩值（PT）、腘绳肌与股四头肌肌力比率（H/Q比率）及屈膝相对峰力矩（PT/BW）的测定，并用量角器对患肢进行主动伸膝角度（AAKE）测定以及采用Lysholm膝关节评分量表（LKSS）对膝关节功能进行评定（AAKE与LKSS评分统计不区分性别）。结果：术后第1个月，治疗组进行腘绳肌等速离心训练前，两组患者患侧膝关节的屈膝PT、H/Q比率、屈膝PT/BW、AAKE以及LKSS评分差异均无统计学意义。术后第4个月，除对照组H/Q比值没有明显改变外，两组患者的其余各项数据均明显优于组内术后第1个月评定所得的数据，差异有统计学意义（P＜0.01）；治疗组各项数据均优于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），其中以治疗组H/Q比值及屈膝PT/BW增大最为明显（P＜0.01）。结论：腘绳肌等速离心训练能进一步改善前交叉韧带重建术后的主动伸膝角度，增加屈膝肌力并提高膝关节功能。

前交叉韧带重建；腘绳肌；等速离心；膝关节功能

膝关节前交叉韧带（anterior cruciate ligament，ACL）断裂是骨科常见病之一。关节镜下重建ACL并于术后早期介入康复治疗是目前巩固手术效果并改善ACL断裂后膝关节功能的根本方法。除ACL外，腘绳肌对防止胫骨前移亦起到重要作用。在快速步行的迈步末期，腘绳肌产生有效的离心收缩以对小腿摆动起到减速作用[1]，从而阻止过大的胫骨前向动量对ACL或移植物造成不利影响。然而目前术后腘绳肌肌力训练未受到足够重视，且训练方式多以向心收缩为主[2]，可能引起膝关节屈伸肌力失衡并导致ACL移植物在较高强度运动中无法维持在适宜的张力范围，造成二次损伤[3]。离心训练则可有效改善关节活动度[4]、肌力及神经-肌肉控制力[5]，从而达到降低损伤风险、提高关节功能的目的。基于上述背景，我科对ACL重建术后患者在常规康复干预基础上加入腘绳肌等速离心训练，旨在研究该训练对ACL重建术后患者主动伸膝角度、屈膝肌力及膝关节功能的影响。

1 对象与方法

1.1 研究对象

共选取2012年2月至2014年9月期间在我院进行关节镜下自体双束半腱肌腱加股薄肌腱（semitendinosus and gracilis tendon，STG）移植重建ACL手术患者42例，入选标准：①年龄20～40岁；②单侧前交叉韧带重建；③无下肢骨折；④无周围神经损伤；⑤无术后感染；⑥无认知功能障碍；⑦无呼吸系统及循环系统疾患；⑧签署知情同意书。患者排除标准为：①合并后交叉韧带断裂；②合并胫、腓侧副韧带断裂；③合并半月板撕裂；④骨-髌腱-骨重建ACL及半腱肌腱重建ACL术后患者；⑤手术后1个月，膝关节屈伸范围仍无法达到20°～80°或有疑似前抽屉试验阳性者；⑥无法耐受腘绳肌等速离心训练者；⑦不配合且中途退出者。将上述患者按随机数字表法分为治疗组（21例）和对照组（21例）。两组患者性别、术侧与年龄等一般资料比较，差异均无统计学意义（P＞0.05），具有可比性，详见表1。其中性别、术侧采用卡方检验，年龄、体重与受伤至手术时间采用独立样本t检验。

1.2 治疗方法

入选患者均由我院骨科同组医师在关节镜下行自体双束STG移植重建ACL手术，两组患者均给予常规术后康复干预，治疗组则在此基础上加入腘绳肌等速离心训练（isokinetic eccentric exercise，IEE）。

1.2.1 常规术后康复干预

术后第3天开始踝泵训练，使用持续性关节被动活动（continuous passive movement，CPM）机开始膝关节活动度训练，并进行冰敷与气压治疗，不训练时佩戴支具；术后第1周开始介入股内侧肌神经-肌肉电刺激，股四头肌、腘绳肌等长收缩训练，臀大肌、臀中肌等张收缩训练，髌股关节松动以及患侧下肢1/3体重负重；术后第3周继续增加关节活动度，增大肌力训练强度，加入下肢关节本体感觉训练、患肢完全负重以及踩功率自行车、上下楼梯等有氧运动；术后第5周继续强化肌力训练，并开始加入静蹲、步行时转身以及在平衡半球上的稳定性训练；术后第3个月开始加入跳高、跳远、慢跑、急停及患肢绕“8”字单脚跳等肌肉爆发力训练。上述训练每次40min，每日1次，每周5次。

表1 两组患者一般资料比较

1.2.2 腘绳肌等速离心训练

考虑到STG移植重建ACL术后患者早期行腘绳肌等速离心训练易加重手术部位软组织疼痛，治疗组患者于术后1个月开始增加该训练。整个训练过程包括准备活动、腘绳肌IEE和放松活动。训练前对患者患侧腘绳肌进行适当牵伸，牵伸时间为30 s，并指导患者进行简单的热身活动，持续5min，以免在训练中发生肌肉拉伤的情况。准备活动后，采用美国生产的Biodex Sys 4 Pro多关节等速肌力训练系统在患膝屈曲20°～80°范围内进行腘绳肌 IEE，选择 30°/s、45°/s和60°/s三种角速度[6]，每种角速度的肌肉训练以10次为1组，各做3组，组间休息1min；屈膝复位时患者不参与任何主动运动。训练后对腘绳肌进行2min的按摩放松。整个训练过程严格遵循无痛原则，若患者出现疼痛情况则立即停止训练。以上训练每周一、四各1次（国家法定节假日除外），每次40min，训练强度根据患者自身的个体化差异在具体实施中适当调整。

1.2.3 排除干扰性治疗

为排除治疗组的准备活动内容干扰研究结果，对照组患者于每周一、四行等量的牵伸、热身训练及腘绳肌的按摩放松手法。

1.3 主动伸膝角度及肌力评定

两组患者分别于术后第1、4个月时，用量角器对患膝进行主动伸膝角度（angle of active knee extension，AAKE）的测量，并采用Biodex Sys 4 Pro多关节等速肌力测试系统对患膝进行屈、伸膝峰力矩值（peak torque，PT），腘绳肌与股四头肌肌力比比值hamstring/quadriceps ratio，H/Q比值）及屈膝相对峰力矩（peak torque/body weight，PT/BW）评定。屈伸膝PT、H/Q比值及屈膝PT/BW评定均在60°/s角速度下进行。由同一治疗师盲法完成评定，该治疗师不参与治疗且不知晓患者的训练情况。

患者先进行适量的热身运动，然后根据膝关节测试体位固定，调整膝关节轴心的位置，确认其与动力臂轴心一致，并将动力臂远端的阻力垫绑缚于患肢内踝尖上3cm处。正式测试肌力前，设置膝关节活动范围为20°～90°。此后完成10次适应性的肌肉次最大收缩，并对下肢进行称重，以免患肢重量影响测试结果。测试时，患者根据提示在上述角速度下完成5次最大力量的膝关节屈伸运动。

1.4 膝关节功能评定

术后第1、4个月时采用Lysholm膝关节评分量表（Lysholm knee scoring scale，LKSS）[7]对两组患者进行膝关节功能评定，评定包括跛行、疼痛、支撑、交锁、肿胀、下蹲、爬楼梯以及不稳定8个项目，总分为100分。由同一治疗师盲法完成评定，该治疗师不参与治疗且不知晓患者的训练情况。

1.5 统计学分析

本研究所得计量数据均以（±s）表示，采用SPSS16.0版统计学软件进行数据分析。数据比较采用t检验，其中组内数据比较采用配对t检验，组间数据比较采用独立样本t检验，P＜0.05表示差异具有统计学意义。由于男女肌力存在明显差异，实验分组中男女混杂的情况可能影响随后的肌力比较分析，因此肌力测试部分的结果统计将区分性别。以下所测得的患者AAKE、屈伸膝PT、H/Q比值、屈膝PT/BW及LKSS评分均为计量资料。

2 结果

2.1 腘绳肌等速离心训练对患膝AAKE的影响

腘绳肌IEE前，两组患膝AAKE之间比较，差异无统计学意义。与组内腘绳肌IEE前比较，IEE后两组患膝AAKE均显著性增大（P＜0.01）。与对照组比较，治疗组腘绳肌IEE后患膝AAKE有所增大，差异有统计学意义（P＜0.05）。详见表2。

表2 两组患者术后1个月（IEE前）与4个月（IEE后）时AAKE评定结果比较

2.2 腘绳肌等速离心训练对患膝屈膝肌力的影响

60°/s等速测试中，在腘绳肌IEE前，两组患者分性别进行屈膝PT、H/Q比值及屈膝PT/BW之间比较，差异无统计学意义。与组内腘绳肌IEE前比较，IEE后治疗组与对照组的患膝屈膝PT及屈膝PT/BW均有明显增大，差异有统计学意义（P＜0.01）；IEE后对照组的H/Q比值未见增大（P＞0.05），而治疗组的H/Q比值明显提高（P＜0.01）。与对照组比较，治疗组腘绳肌IEE后患膝屈膝PT、H/Q比值及屈膝PT/BW明显增大，差异有统计学意义（P＜0.05），其中以H/Q比值及屈膝PT/BW改善为著（P＜0.01）。详见表3、4。

表3 两组男性患者术后1个月（IEE前）与4个月（IEE后）时等速肌力测试结果比较

表4 两组女性患者术后1个月（IEE前）与4个月（IEE后）时等速肌力测试结果比较

2.3 腘绳肌等速离心训练对膝关节功能的影响

腘绳肌IEE前，两组患膝LKSS评分之间比较，差异无统计学意义。与组内腘绳肌IEE前比较，IEE后两组患膝LKSS评分均明显提高，差异有统计学意义（P＜0.01）。治疗组腘绳肌IEE后患膝LKSS评分高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）。详见表5。

表5 两组患者术后1个月（IEE前）与4个月（IEE后）时LKSS评分结果比较

3 讨论

腘绳肌肌力训练是ACL重建术后康复的一个重要组成部分，其中以屈腿训练（leg curl）为代表的向心收缩最为常见。而与向心收缩相比，离心收缩有其独特的优势。本研究借助Biodex Sys 4 Pro多关节等速肌力训练仪，利用其精确的等速特性结合肌肉的离心收缩训练，表明腘绳肌IEE对ACL重建术后患者在肌力增加、H/Q比值提高、主动伸膝角度改善与功能恢复等方面均有良好效果。

3.1 腘绳肌等速离心训练对患者屈膝肌力及H/Q比值的影响

H/Q比值是一个评定膝关节损伤风险的重要指标。Devan MR等[8]认为该比值大于等于60%时，可达到预防损伤的标准。在本研究中，虽然对照组在术后4个月时屈膝PT有所提高，但由于在治疗过程中腘绳肌肌力训练未被强调，其间伸膝PT亦有增强，导致H/Q比值与组内术后1个月时相比并无明显增加（P＞0.05），多数患者的H/Q比值仍未达到60%的标准，依然存在再次损伤的风险。而治疗组经过3个月的腘绳肌IEE后，向心屈膝PT和H/Q比值均较对照组术后1个月时有提高（P＜0.05），其中以H/Q比值增长更为明显（P＜0.01）。此外，Mjølsnes R[9]等对在校足球运动员腘绳肌肌力训练研究中发现，经过10周Nordic hamstring（一种腘绳肌离心收缩训练方式）训练的受试者，其在60°/s角速度下的离心屈膝PT、30°与60°屈膝位下的腘绳肌等长收缩力矩及H/Q比值均有明显增加（P＜0.05），leg curl训练组的各项数据则无明显提高（P＞0.05），此结果与本研究结果相似。这可能是因为相对于向心收缩，离心收缩能产生更大的力量，有利于促进肌纤维蛋白合成，增大肌肉横截面，改善肌肉力量[10，11]，因而此训练能进一步提升腘绳肌肌力并有效预防胫骨过度前移对重建的ACL造成不良影响。

3.2 腘绳肌等速离心训练对患者主动伸膝角度的影响

膝关节活动范围受限是ACL重建术后最为常见的并发症，离心训练则可在增加肌力的同时改善关节活动度。本研究结果显示，治疗前两组患者AAKE测定结果比较，差异无统计学意义；腘绳肌IEE后，治疗组治疗前后伸膝关节角度平均增加5°，与对照组相比，差异有统计学意义（P＜0.05）。有研究表明[12]，腘绳肌紧张的受试者，经过该肌群的深部按摩结合离心抗阻训练，其灵活性的改善比仅接受相同手法按摩的受试者更明显。另有研究发现[4]，经过8周的腘绳肌离心训练，受试者的股二头肌肌束长度及膝关节被动伸展角度均有明显增加。这主要是由于离心训练有增加肌肉中串联肌节数量和肌束长度的作用，从而改善肌群的灵活性[13]。上述两项研究结果与本研究结果一致，表明离心收缩对改善关节活动度有着积极的意义。

3.3 腘绳肌等速离心训练对患者膝关节功能的影响

本研究结果显示（LKSS中的疼痛评分结果对比），两组患者于治疗前的疼痛评分组间差异无统计学意义（P＞0.05）。经过规律的腘绳肌IEE和常规康复训练，治疗组患者的主观术后疼痛较组内治疗前明显减轻，差异有统计学意义（P＜0.01）。由于两组患者均于术后早期介入康复训练，关节与软组织炎症得到良好控制；并且治疗师在整个治疗过程中严格遵循无痛原则，两组患者于术后4个月时的LKSS疼痛评分均已达到高分水平，并无显著差异（P＞0.05）。在韧带愈合早期，不宜使关节韧带承担过大张力时，可利用短弧等速练习训练肌肉，ACL则于屈膝20°～80°时所承受应力最小[14]，因而本研究主要采用在膝屈曲20°～80°范围内以角速度为30°/s、45°/s和60°/s的慢速离心训练为主，减少膝关节在疼痛弧内活动的时间，避免在快速运动中发生难以完成训练的情况，保证了训练的舒适度和安全性，并可减轻术后疼痛和关节肿胀[15]。患者于训练后12～36 h易发生延迟性肌肉酸痛（delayed onset muscle soreness，DOMS）现象且常伴随肌肉力量的缺失[16]，而经过重复的训练后，此现象可明显改善。已有微观研究证实[17]，重复多次的肌肉离心训练可改变炎症基因的表达，减轻该训练后DOMS和力量缺失效应，肌肉的适应能力得到改善，同时也排除了此现象对评定结果的干扰。

本研究中，IEE后患者膝关节在LKSS功能性活动项目评分中优于对照组（LKSS中的下蹲、爬楼梯及不稳定3项总分结果对比），主要体现在下蹲、上下楼梯能力改善以及打软腿频率降低几方面（P＜0.05）。这可能是由于在离心收缩过程中，有更多的运动单位被募集，神经-肌肉的控制力得到强化，易化了肌肉的兴奋性[18]；此外腘绳肌具有在支撑相伸膝过程中对膝关节囊后方提供支持力的作用，肌力增强可有效防止膝过伸；又因为膝关节的H/Q比值增加，改善了膝关节的动态稳定能力，防止在下肢功能性活动中胫骨过度前移使移植物产生过大张力而导致再次运动损伤的发生。

综上所述，STG重建ACL术后患者经过一段时间的腘绳肌IEE，其患膝的屈膝肌力、H/Q比值、主动伸膝角度和关节功能均得到有效改善，值得临床推广。但考虑到等速肌力训练仪器价格昂贵，治疗师在没有仪器的情况下可徒手或借助Thera Band、肋木等其他器材替代对患者进行慢速的腘绳肌离心训练，亦能获得较满意的效果。

4 结论

本研究结果表明，在给予常规康复干预的基础上，有选择性地对腘绳肌进行等速离心收缩训练，可更好地改善ACL重建术后膝关节的功能，并降低患者再次损伤的风险。

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2015.12.17

第1作者：章闻捷，Email：zwjsr2013@163.com；

叶祥明，Email：yexmdr@126.com