不同类型贴扎对急停时膝关节的影响

刘立，张庭然，罗炯，周佰富，欧阳一毅，罗之柱

1.西南大学体育学院，国家体育总局体质评价与运动机能监控重点实验室，重庆市400715；2.西南大学运动康复研究所，重庆市400715

目的 探讨不同类型膝关节贴扎对急停动作的生物力学机制，以预防膝关节损伤。

方法 2017年3月至5月，对8例男性大学生采用运动学、动力学及肌电同步测试方法，获取传统贴扎、肌内效贴及无贴扎下，膝关节急停时的相关生物力学参数。

结果 无贴扎时，水平力峰值(F=3.131,P＜0.01)及水平负荷率(F=2.912,P＜0.05)最大，水平力峰值出现时间最晚(F=5.144,P＜0.001)，压心前后位移最长(F=4.291,P＜0.01)；水平力峰值瞬间，无贴扎下膝关节屈曲程度最高(F=8.141,P＜0.01)；肌内效贴时，着地期膝关节角度变化最大(F=5.491,P＜0.05)；无贴扎时，着地期股直肌与腓肠肌肌电活动最高(F＞5.322,P＜0.01)；传统贴扎下，45°、60°关节角主动复位误差最小(F＞5.631,P＜0.001)。

结论 传统贴扎及肌内效贴均能有效限制前十字韧带前移；肌内效贴对维持膝关节最大屈曲角度更有效；传统贴扎提供更强的膝关节支撑，但对膝关节活动度限制更强。

急停是各种运动中常见的动作，表现为突然改变运动轨迹。此时膝关节内胫骨突然前移，若韧带与肌群没有很好地协同，很容易造成前十字韧带损伤；损害程度与急停的着地方式(足尖或足跟)、地面支撑反作用力大小、着地时膝关节弯曲程度、膝关节周围肌肉收缩力和反应能力等因素密切相关[1-4]。

贴扎作为一个相对较新的运动损伤预防和治疗方法，广泛应用于全民健身、运动训练和竞赛中[5-7]。它有两种主要类型，传统贴扎与肌内效贴。传统贴扎包括白贴、轻弹贴、重弹贴及其他辅助材料的综合使用。它不需要其他辅助性工具，实用且方便。肌内效贴由日本Kenzo Kase博士发明，材质是一种具有140%伸缩性，兼具有透气、防水、快干及粘附持久等特性的绵质贴布，轻薄且不含乳胶成分，不易引发过敏与不适，也不会因为接触水而脱落。相较于传统贴扎，肌内效贴可依照不同需求采用多种形状贴布，如爪型、Y型、I型、X型等，达到不同目的。肌内效贴使用方式有两种：一是顺着肌肉收缩方向，由肌肉终端往起端贴扎，目的在放松及协助保护受伤的肌肉；另一种为逆着肌肉收缩的方向进行贴扎，目的在增强肌力与治疗肌肉无力。贴扎的理论基础与贴布弹性回缩力息息相关。贴布材质的粘性、弹性及贴扎后产生皮肤皱褶，可改变局部皮肤与肌肉间隙，从而促进淋巴及血液循环[8-9]；而裁剪成诸如爪形贴布，则类似于双手持续轻柔地拉起皮肤进行淋巴按摩作用[6-7]。

目前常用保护前十字韧带的膝关节贴扎有两种，一是由重弹贴与无弹性白色贴布共同使用的传统贴扎，另一种是使用肌内效贴。近年来，国内外对贴扎效能的研究多集中于减少肌肉骨骼伤害后的疼痛，增加关节活动度，增强肌力，提升本体感觉，消肿及促进血液循环等[10-14]。还有一些临床应用研究，如韧带重建后肌力恢复或肌无力患者等[15-16]。本研究观察不同贴扎类型对膝关节在模拟急停动作下的影响。采用的股四头肌促进贴扎法已广泛应用于膝部冲撞、侧步和练习比赛前的预防等方面，不但能提供保护与支持，还可强化肌力，提升比赛注意力。通过运动学、动力学和肌电图同步测试获取相关参数，探讨贴扎的稳定功能、对膝关节的保护和本体感觉功能的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料

2017年3月至5月，体育学院体育教育专业男性本科生8例，年龄(20.15±0.87)岁，身高(174.65±4.24)cm，体质量(70.16±5.25)kg，惯用脚为左脚起跳，半年内无下肢伤害。

1.2 方法

实验前，建立受试者基本信息库(身高，体质量，躯干、大腿、小腿与脚掌长度)并填写“受试者同意书”，告知受试者实验流程及注意事项，要求受试者全身着深色紧身短裤。

受试者在1周内于实验室完成3次测试。第1次膝关节不做任何贴扎(无贴扎组)完成相关测试；第2次对惯用腿膝关节采用白色贴布与重弹性贴布传统贴扎(传统贴扎组)完成相关内容；第3次对惯用腿膝关节采用肌内效贴(南京斯瑞奇医疗用品有限公司通用型产品，肌内效贴组)完成相关内容。

1.2.1 仪器设备

FR-180高速摄像机(加拿大NORPIX公司)，拍摄频率100帧/s，拍摄距离9 m，方向与受试者矢状面垂直，拍摄受试者急停跳动的全过程。

两块JP6060多维测力板。测力台埋入式安装，表面与跑道保持同一水平，数据采样频率1000 Hz。

反光标计球6个，分别粘贴于受试者头、左肩(肩峰下1横指)、左髋(大转子尖上1横指)、左膝(腓骨小头外1横指)、左踝(外踝尖上1横指)和左脚第五跖趾关节(趾骨关节突出部份)。

JE-TB0810八通道无线表面肌电仪，系于受试者腰带上，表面电极片粘贴于股直肌、股二头肌、胫骨前肌和腓肠肌肌腹两侧。粘贴前剃毛，酒精擦拭。

同步装置由连接多维测力平台触发模块的无线同步器、连接表面肌电仪的无线同步器，以及发光二极管组成。主试者触发同步遥控器，二极管发光，使摄像机与多维测力台和表面肌电仪实现同步。

1.2.2 贴扎方法

1.2.2.1 传统贴扎法

皮肤膜覆盖；重弹贴由腓肠肌末端经前交叉韧带向股直肌中段作S型缠绕，内、外侧各1道；再用重弹贴由膝关节后侧向前侧作X型髌骨固定贴扎。

1.2.2.2 肌内效贴

在股直肌伸展状况下，使用两条Y型贴布，由近侧端开始，不施拉力，一条沿股外肌侧上方往下贴，另一条沿股内肌侧上方往下贴，两条贴布的分叉点都位于髌骨上方；接着在膝关节最大弯曲下，施15%～25%拉力，将Y型贴的两个尾端沿着髌骨内外侧向下贴，固定于胫骨粗隆。

1.2.3 急停动作规范

受试者站立于距第2块测力板着地区约2 m处，身体正直，双手插腰，惯用脚以步频130次/min向前跨出，足跟踩至第1块测力板起跳线(距着地区1.5 m)，向前起跳，身体重心垂直距离不超过30 cm，双脚脚跟同时落于第2块测力板上，同时做最大膝关节缓冲，返回原始站立姿势。

每位受试者允许热身活动5 min，熟悉场地和动作过程。采用平衡次序方式随机分派受试者。急停动作测试完成后立即进行膝关节主动角度复位测试。

1.3 测试指标

1.3.1 时相划分

将急停动作分为起跳期与着地期。起跳期指受试者惯用脚足尖离开第1测力板瞬间(力信号终止瞬间)至足跟接触第2测力板瞬间(力信号开始瞬间)；着地期指受试者足跟接触第2测力板瞬间至视频解析中受试者达到身体中心位置最低的时间。

1.3.2 运动学参数

将模拟影像通过运动图像摄取软件转换成数字影像数据，用动作分析系统分别点取摄像机步态动作关节标志点，通过空间坐标系统数据进行直接线性转换，采用中国人体惯性参数模型，获得下肢关节角度与重心位移等运动学参数。

1.3.3 动力学参数

测力板获取的信号经放大，16频道讯号接收盒连接A/D转换卡传输至计算机，用内置分析软件将信号低通率波(切断频率10 Hz)修匀，获得受试者地面反作用力的X、Y轴分力，用体重(body weight,BW)的倍数表示，计算冲量及负荷率等动力学参数资料。

1.3.4 肌电图

原始肌电信号经自带软件行低通滤波(切断频率10 Hz)及全波整流处理，数据绝对值化，用五点三二平滑处理，求均方根(root mean square,RMS)。

每次测试前，对受试者股直肌、股二头肌、胫骨前肌与腓肠肌行最大自主收缩(maximum voluntary contraction,MVC)测试，实验所获得的肌肉电活动标准化成%MVC。每块肌肉MVC测试间歇5 min，全部测完后休息15 min。

测试股直肌时，受试者小腿用力前踢；测试股二头肌时，受试者俯卧位，用力屈曲小腿；测试胫骨前肌时，受试者用力勾脚尖；测试腓肠肌时，受试者坐位，用力跖屈脚尖。

1.3.5 关节主动角度复位测试

目标角度定为45°、60°和90°。受试者蒙眼并戴上耳塞，站立位(膝关节180°)，在主试者带领下垂直蹲至目标角度，停留10 s后，回到站立位；站立位停留10 s后，受试者主动垂直下蹲至目标角度。视迅运动图像解析系统获取主动回复角度，计算主动回复角度与目标角度的差。

1.4 统计学分析

使用SPSS 17.0统计软件进行数据分析。实验数据以(±s)表示；以贴扎方法为影响因素，先进行单因素方差分析，若差异达到显著性水平，行事后LSD多重比较。显著性水平α=0.05。

2 结果

2.1 动力学参数

各组间着地期垂直分力第1、第2峰值均有显著性差异(P＜0.05)。第1峰值传统贴扎组最高，无贴扎组和肌内效贴组间无显著性差异；第2峰值无贴扎组最高，传统贴扎组和肌内效贴组间无显著性差异。

各组间着地期垂直分力第1、第2峰值出现时间无显著性差异(P＞0.05)。着地期压力中心位移存在非常显著性差异(P＜0.01)，无贴扎组最长，肌内效贴组次之，传统贴扎最小。

各组间着地期垂直力负荷率、50 ms内负荷率及垂直冲量均无显著性差异(P＞0.05)。

各组间着地期水平力峰值及峰值出现时间均有非常显著性差异(P＜0.01)。水平力峰值无贴扎组最大，传统贴扎组次之，肌内效贴组最小；峰值出现时间无贴扎组最晚，传统贴扎组与肌内效贴组间无显著性差异。

各组间着地期水平冲量无显著性差异(P＞0.05)。着地期水平负荷率有显著性差异(P＜0.05)，无贴扎组最高，传统贴扎组与肌内效贴组间无显著性差异。

见表1。

2.2 运动学参数

各组间着地期重心水平位移无显著性差异(P＞0.05)、踝角变化、髋角变化有显著性差异(P＜0.05)，但传统贴扎组与肌内效贴组间无显著性差异。

各组间着地瞬间膝角有显著性差异(P＜0.05)，肌内效贴组最大，传统贴扎组与无贴扎组无显著性差异；重心最低瞬间膝角无贴扎组最大，传统贴扎组与肌内效贴组间无显著性差异。从着地瞬间至重心最低瞬间膝角变化无贴扎组最小、传统贴扎组次之、肌内效贴组最大。

水平分力峰值瞬间各组间膝角有显著性差异(P＜0.05)，无贴扎组最大，传统贴扎组与肌内效贴组间无显著性差异；从着地瞬间至水平力峰值出现瞬间膝角变化各组间有非常显著性差异(P＜0.01)，无贴扎组最小，传统贴扎组与肌内效贴组间无显著性差异。

见表2。

2.3 肌电信号

起跳期，各组间股直肌、股二头肌、胫骨前肌和腓肠肌肌电RMS振幅均无显著性差异(P＞0.05)。

着地期，各组间股二头肌和胫骨前肌肌电RMS无显著性差异(P＞0.05)，股直肌和腓肠肌肌电RMS有非常显著性差异(P＜0.01)。股直肌RMS无贴扎组最高，传统贴扎组与肌内效贴组间无显著性差异；腓肠肌RMS无贴扎组最高，传统贴扎组次之，肌内效贴组最小。见表3。

表1 各组前跳急停下肢动力学参数比较

表2 各组前跳急停下肢运动学参数比较

表3 各组前跳急停下肢肌电RMS比较(%MVC)

2.4 本体感觉

45°和60°下，各组间膝关节主动复位差有显著性差异(P＜0.05)，均表现为传统贴扎组最小，肌内效贴组次之，无贴扎组最高；90°下，各组间膝关节角度主动复位差无显著性差异(P＞0.05)。见表4。

表4 各组前跳急停后膝关节主动复位差比较(°)

3 讨论

急停动作中，人体借髋、膝和踝关节屈曲缓冲向前的冲力，此时膝关节负荷很高。本研究显示，当贴扎介入后，踝关节角几乎没变化，但髋关节屈曲降低，膝关节屈曲增大，提示为维持身体平衡，正常情况下多依赖髋关节屈曲；贴扎后，由于膝关节受到良好支撑，只需要较小的髋关节屈曲即可达到目的；另一方面，当地面支撑反作用力水平分力峰值出现时，膝关节屈曲角度增大。肌肉有最佳效率区间，关节活动范围超过或低于这个范围，肌肉都会呈现力弱状态[17]。贴扎介入明显增加对膝关节的支撑，使屈曲范围增加，缓冲所受的地面反作用力。Yu等[18]认为，急停着地时，若要降低膝关节伤害风险，需要增大膝关节屈曲角度，降低膝关节向前剪力。从膝关节最大角度变化来看，传统贴扎比肌内效贴对膝关节的限制力度大，支撑作用强，但却不利于关节活动度。在文献中也得到证实[19-20]。

当向前的连续动作突然中止时，人体借由弯曲下肢关节缓冲及稳定身体，在这一过程中产生朝向上方和后方的分力，向后的水平分力更为重要。本研究显示，贴扎介入后，着地期垂直方向分力第1峰值发生在触地初期，传统贴扎组显著高于无贴扎及肌内效贴组，肯定了传统贴扎对膝关节的稳定支撑作用，但提示传统贴扎下受试者触地初期稍为僵硬；第2峰值发生在身体中心最低，即各关节角度变化最大的时间点。Yu等[18]研究发现，膝关节屈曲角度增大，会降低垂直分力峰值及水平分力峰值。本研究显示，传统贴扎与肌内效贴最大膝关节屈曲角均大于无贴扎，第2峰值小于无贴扎，与之一致。

急停是人体对抗向前力量的连续动作，该动作中过大的水平反作用力易造成下肢伤害。本研究显示，贴扎介入后，水平分力峰值下降，表明贴扎介入可降低膝关节前十字韧带受伤的风险。贴扎介入使受试者明显感受对膝的支撑被强化，受试者敢于提升膝关节活动度。本研究显示膝关节变化角在水平分力峰值出现瞬间呈著增加，表明借膝关节屈曲降低水平反作用力的成效；肌内效贴水平分力峰值负荷率最低，原因也与肌内效贴组膝关节屈曲角度最大有关。

急停着地期，身体重心向前下移动，伤害往往发生在不稳动状态中；若身体能迅速回复稳定状态，可相对降低伤害发生率。身体重心及压力中心的位移代表身体的稳定情况。本研究显示，贴扎对身体重心水平位移无显著影响，原因可能在于，触地瞬间身体远在足跟后方，当膝关节屈曲时，身体必须前倾稳定身体，故膝关节屈曲最大的肌内效贴组移动量应该最大；但由于肌内效贴组同时降低了水平分力峰值，使身体向前的趋势下降，使得重心位移无差异。压力中心衡量全身重量的摆动状况，本研究显示，贴扎有利于减少压心位移，对身体稳定有正面效应。与郭蓝远等[20]的研究结果一致。

本研究显示，贴扎介入后，各组间起跳期主要肌群肌电活动无显著性差异，股直肌、胫骨前肌和腓肠肌稍有放松倾向，可能是贴扎对受试者的心理安慰作用：当受试者感受到贴扎的支持作用时，心理上对接受冲击的戒惧也许会降低，肌肉稍微放松。

本研究显示，贴扎介入后，各组间着地期腓肠肌和股直肌肌电活动无贴扎组最大。腓肠肌主要功能是限制前十字韧带向前移动[21-22]，贴扎介入后，膝关节稳定，前十字韧前移减少，腓肠肌招募单位减低。股直肌为股二头肌的结抗肌，主要功能为伸膝；在急停动作中，股直肌的主要功能在于稳定膝关节，使其不会因为屈曲角度瞬间增大而导致伤害；贴扎介入后，膝关节稳定，股直肌只需招募较少单位稳定膝关节，这也进而造成膝关节有较大的屈曲角度变化量，相对降低水平分力峰值。

传统贴扎与肌内效贴是否有利于膝关节本体感觉提升，过去一直没有明确结论。本研究显示，贴扎对膝关节主动复位45°和60°的能力有益，主动复位90°时，贴扎没有明显影响。本体感觉是确认身体位置的能力，当处于失衡状态时，越能准确感觉身体位置，越能迅速恢复稳定状态，降低受伤风险。传统贴扎的强烈束缚可增加身体确认位置的记忆点，故复位误差最小。Kalichman等[23]研究40例健康成年人传统贴扎、肌内效贴及无贴扎对膝关节在29°、39°和49°感受器的影响时，发现肌内效贴在39°表现出最好的膝关节回复误差。骆明瑶[24]发现，29°与49°下，膝关节感受器较为敏锐，肌内效贴对感受器的调节功能影响最小；在39°时，传统贴扎有最稳定的表现。Aarseth等[25]研究10例健康成年人在肌内效贴介入后平衡能力的表现，发现闭眼时，有贴扎的平衡能力优于未贴扎；睁眼时则无差异。本研究结果支持部分学者的观点，与另一些学者的结果冲突。贴扎是否有利于提升膝关节主动复位，有待于进一步探讨。

综上所述，贴扎能影响急停动作时地面支撑反作用力的垂直和水平分力，影响着地期身体稳定，对膝关节有支持、保护作用，并可能对膝关节本体觉有一定的有利影响。传统贴扎与肌内效贴各有所长。