從肌力的視角看前交叉韌帶損傷的預(yù)防機(jī)制

謝　地，亓建洪，陳卉芳，董　軍 ，劉海斌 ，李曉銘，高　鋒，朱振華

(1.泰山醫(yī)學(xué)院 運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)與康復(fù)學(xué)院， 泰安　271000；2.日本廣島大學(xué) 保健學(xué)研究科，日本 廣島；3.山東醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校 醫(yī)學(xué)影像系， 山東 濟(jì)南　250000)

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從肌力的視角看前交叉韌帶損傷的預(yù)防機(jī)制

謝地1，亓建洪1，陳卉芳2，董軍1，劉海斌1，李曉銘1，高鋒1，朱振華3

(1.泰山醫(yī)學(xué)院 運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)與康復(fù)學(xué)院， 泰安271000；2.日本廣島大學(xué) 保健學(xué)研究科，日本 廣島；3.山東醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校 醫(yī)學(xué)影像系， 山東 濟(jì)南250000)

摘要：研究目的：從肌力的視角探討前交叉韌帶損傷的預(yù)防機(jī)制。研究方法：采用回顧性研究和前瞻性分析相結(jié)合的綜述性研究方法，綜述了前交叉韌帶損傷的危險(xiǎn)因素、機(jī)制、損傷時(shí)的姿勢(shì)及其原因。研究結(jié)果與結(jié)論：和男運(yùn)動(dòng)員相比，ACL損傷頻率較高的女運(yùn)動(dòng)員股四頭肌、腘繩肌的肌力弱，容易形成膝外翻。對(duì)于ACL損傷的預(yù)防來(lái)說(shuō)，運(yùn)動(dòng)中保持充分的膝關(guān)節(jié)屈曲和軀干前傾非常重要。

關(guān)鍵詞：前交叉韌帶;預(yù)防;損傷

膝前交叉韌帶(anterior cruciate ligament : ACL)起自股骨外側(cè)髁的內(nèi)側(cè)面，止于脛骨髁間隆起的前部、內(nèi)側(cè)以及外側(cè)半月板的前角。其損傷主要發(fā)生在籃球、手球、足球等運(yùn)動(dòng)中。對(duì)于運(yùn)動(dòng)選手來(lái)說(shuō)ACL損傷是一種致命的外傷，因?yàn)樗鼘?duì)膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性發(fā)揮著重要的作用。在美國(guó)每年大約有80 000件ACL損傷發(fā)生，其中約50 000件需要實(shí)施ACL再建術(shù)。其結(jié)果是每年10億美元的醫(yī)療費(fèi)用損失[1]。Noyes等發(fā)現(xiàn)ACL損傷后，31%的患者在步行活動(dòng)中會(huì)出現(xiàn)中、重度的能力損害；41%的患者在日常生活中會(huì)出現(xiàn)中重度的能力損害；77%的患者在需要方向轉(zhuǎn)換和旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作中會(huì)出現(xiàn)中、重度的能力損害[2]。雖然近年來(lái)由于ACL再建手術(shù)的確立和康復(fù)技術(shù)的進(jìn)步使得運(yùn)動(dòng)選手能恢復(fù)到受傷前的運(yùn)動(dòng)水平，但是它仍然是一種嚴(yán)重的外傷，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)員恢復(fù)到受傷前的運(yùn)動(dòng)水平需要大約一年的康復(fù)治療。并且，ACL損傷通常合并半月板損傷，損傷后接受保守治療的病人由于膝關(guān)節(jié)的不穩(wěn)定性而容易引起二次損傷[3]。

1膝前交叉韌帶損傷的危險(xiǎn)因素及機(jī)制

ACL損傷的危險(xiǎn)因素主要包括外在因素和內(nèi)在因素兩大類。外在因素主要為環(huán)境因素，包括天氣、鞋的種類以及場(chǎng)地的摩擦力等，而內(nèi)在因素則涵蓋解剖、內(nèi)分泌、神經(jīng)肌肉因素等諸方面。不同個(gè)體，或者同一個(gè)體在不同的條件下，其神經(jīng)肌肉控制系統(tǒng)會(huì)存在差異，表現(xiàn)為反應(yīng)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)單位的激活動(dòng)員以及平衡協(xié)調(diào)和運(yùn)動(dòng)中抗干擾能力等方面的差異。而以上種種是可以通過(guò)訓(xùn)練而改變的，例如通過(guò)腘繩肌肌力強(qiáng)化訓(xùn)練可以降低股四頭肌與腘繩肌活性比值，避免出現(xiàn)股四頭肌占優(yōu)勢(shì)的收縮，進(jìn)而降低ACL損傷的風(fēng)險(xiǎn)。這為設(shè)計(jì)ACL損傷的預(yù)防方案提供了理論依據(jù)。

調(diào)查研究表明，女性運(yùn)動(dòng)員ACL損傷的發(fā)生率是男性的4～6倍[4]。近年來(lái)發(fā)表了很多與前交叉韌帶(ACL)的損傷機(jī)制，受傷時(shí)的姿勢(shì)有關(guān)的研究報(bào)道，并取得了一定的共識(shí)。受傷機(jī)制大致分為三類，①非接觸性：落地動(dòng)作、停止動(dòng)作、側(cè)切動(dòng)作，膝關(guān)節(jié)過(guò)伸等引起的損傷。②接觸型：與對(duì)手碰撞或被對(duì)手壓在身下而引起的損傷。③介達(dá)型：像滑雪摔倒時(shí)滑雪板引起的回旋力矩一樣，通過(guò)滑雪板等運(yùn)動(dòng)器械所引起的損傷。這三類中非接觸性損傷所占的比例最大，也就是說(shuō)損傷發(fā)生時(shí)運(yùn)動(dòng)員間并未發(fā)生身體接觸[5]。據(jù)報(bào)道，落地、停止動(dòng)作時(shí)非接觸性損傷的受傷體位以膝關(guān)節(jié)輕度屈曲、外翻多見(jiàn)[5]。運(yùn)動(dòng)中膝關(guān)節(jié)外翻經(jīng)常被認(rèn)為是一種危險(xiǎn)的姿勢(shì)[6]，并且已經(jīng)被證明和ACL損傷有關(guān)[7]。Myer等[8]用“knee valgus”來(lái)描述這些動(dòng)作時(shí)的膝關(guān)節(jié)外翻。

在制定ACL損傷的預(yù)防方案時(shí)，有必要考慮其受傷機(jī)制和受傷姿勢(shì)。目前在世界各地被實(shí)施的預(yù)防方案中，主要內(nèi)容包括肌力、柔韌性、靈活性、跳躍、平衡訓(xùn)練和動(dòng)作指導(dǎo)6個(gè)方面。周士坊等[9]認(rèn)為，肌力在關(guān)節(jié)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定中起重要的作用，在運(yùn)動(dòng)損傷防治中應(yīng)給予足夠的重視。為了給ACL損傷預(yù)防方案中的肌力訓(xùn)練提供理論依據(jù)，有必要從肌力的觀點(diǎn)調(diào)查引起受傷姿勢(shì)的原因。

2膝前交叉韌帶損傷時(shí)的姿勢(shì)及其原因

有文獻(xiàn)報(bào)道，起跳落地動(dòng)作、停止動(dòng)作時(shí)，膝關(guān)節(jié)輕度屈曲和外翻增加了膝關(guān)節(jié)所受外力[10]，從而增加了ACL損傷的風(fēng)險(xiǎn)[8]。但是，為什么落地動(dòng)作、停止動(dòng)作中會(huì)產(chǎn)生膝關(guān)節(jié)輕度屈曲、外翻的姿勢(shì)呢？和男運(yùn)動(dòng)員相比，ACL損傷頻次較高的女運(yùn)動(dòng)員的股四頭肌和腘繩肌的肌力較弱，落地時(shí)膝關(guān)節(jié)容易呈外翻體位[10]。腘繩肌肌力低下增加了側(cè)切運(yùn)動(dòng)中ACL的負(fù)荷[11]，從而增加了ACL損傷的風(fēng)險(xiǎn)。另外，Myer等[8]認(rèn)為落地動(dòng)作、停止動(dòng)作時(shí)膝關(guān)節(jié)外翻的原因是神經(jīng)肌肉電活動(dòng)的不均衡，也就是說(shuō)做這些動(dòng)作時(shí)，本來(lái)應(yīng)該發(fā)揮作用的股四頭肌等下肢肌肉的活動(dòng)量低下或活動(dòng)的時(shí)間點(diǎn)有延遲，不是肌力而是地面反作用力使膝關(guān)節(jié)呈現(xiàn)淺屈和外翻。Serpell等[12]指出，內(nèi)外腘繩肌和股四頭肌的協(xié)同收縮可降低膝關(guān)節(jié)所受外力并使ACL損傷的風(fēng)險(xiǎn)降低。而在不穩(wěn)定平面訓(xùn)練則可以促進(jìn)腘繩肌和股四頭肌的協(xié)同收縮[13]。

很多文獻(xiàn)報(bào)道，在開(kāi)鏈運(yùn)動(dòng)中股四頭肌的收縮可使膝關(guān)節(jié)產(chǎn)生向前的剪力[14,15]。Bodor[16]報(bào)道閉鏈運(yùn)動(dòng)時(shí)，股四頭肌收縮是膝關(guān)節(jié)產(chǎn)生向前剪力的重要原因。那是因?yàn)殚]鏈運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于腳是固定的，股四頭肌離心收縮作用于脛骨平臺(tái)產(chǎn)生斜向前上方的拉力所致?；谝陨系倪@些基礎(chǔ)研究，落地和側(cè)切動(dòng)作中股四頭肌收縮產(chǎn)生的向前的剪力是ACL損傷的危險(xiǎn)因素。如果膝關(guān)節(jié)屈曲充分，腘繩肌的正常收縮活動(dòng)就可以減少ACL的負(fù)荷，但是在膝關(guān)節(jié)屈曲角度比較小的情況下，腘繩肌不能發(fā)揮減少ACL負(fù)荷的應(yīng)有的作用[17-19]。另外，Colby等[20]報(bào)道，減速運(yùn)動(dòng)中腘繩肌的活動(dòng)不能減少ACL損傷的風(fēng)險(xiǎn)。最近的研究指出，腓腸肌收縮和ACL延長(zhǎng)存在拮抗關(guān)系[21]，表明腓腸肌收縮具有保護(hù)ACL的作用[22]。

Simonsen等[23]測(cè)量了側(cè)切運(yùn)動(dòng)中股四頭肌、腘繩肌、臀大肌的肌電活動(dòng)和膝關(guān)節(jié)所承受的負(fù)荷，結(jié)果表明腘繩肌的收縮速度慢，肌電活動(dòng)量低，不能減輕ACL的負(fù)荷。另外，有研究指出，大腿后部肌群對(duì)股四頭肌肌電活動(dòng)的比值降低會(huì)使脛骨前移，ACL的緊張度也隨之增高[14]，即使腘繩肌的肌電活動(dòng)增強(qiáng)，股四頭肌的肌電活動(dòng)也處于最強(qiáng)附近，因此腘繩肌基本不能發(fā)揮降低ACL損傷風(fēng)險(xiǎn)的作用。雖然Bodor[16]報(bào)道閉鏈運(yùn)動(dòng)時(shí)腘繩肌的主要功能是為了調(diào)節(jié)骨盆和軀干的前傾，但閉鏈運(yùn)動(dòng)時(shí)股四頭肌和腘繩肌對(duì)膝關(guān)節(jié)的作用還需要討論。

3安全的動(dòng)作和姿勢(shì)

動(dòng)作剛開(kāi)始時(shí)的體位以軀干前傾、膝屈曲、小腿前傾多見(jiàn)。Stuart等[24]測(cè)量了下蹲動(dòng)作時(shí)股四頭肌和腘繩肌的肌電活動(dòng)以及膝關(guān)節(jié)中產(chǎn)生的內(nèi)力，并且報(bào)道隨著膝關(guān)節(jié)屈曲角度的增加，膝關(guān)節(jié)后方的剪力也隨之增大，且在膝關(guān)節(jié)屈曲93°時(shí)達(dá)到最大值。Ohkoshi等[25]測(cè)量了膝關(guān)節(jié)屈曲(15°，30°，60°，90°)和軀干前傾(0°，15°，30°，60°，90°)時(shí)股四頭肌和腘繩肌的肌電活動(dòng)的變化以及矢狀面上膝關(guān)節(jié)所產(chǎn)生的力。結(jié)果表明隨著軀干前傾角度的增大，腘繩肌的肌電活動(dòng)量增加，膝關(guān)節(jié)后方的剪力也增加。軀干前傾與膝后方剪力的關(guān)系依膝屈曲角度的不同而不同。膝關(guān)節(jié)屈曲30°和60°時(shí)，后方剪力最容易受軀干前傾的影響。根據(jù)以上的研究結(jié)果，可以得出膝關(guān)節(jié)和軀干前傾都為30°的體位，對(duì)ACL來(lái)說(shuō)最為安全的結(jié)論。一些研究表明，經(jīng)過(guò)充分訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)員落地時(shí)膝關(guān)節(jié)屈曲角度較大，地面反作用力較小[26-28]。另外，為了能使落地時(shí)的沖擊力大部分被膝關(guān)節(jié)吸收[29]，實(shí)現(xiàn)軟著地，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)周圍肌肉的離心收縮是必要的[30]。

一些研究探索了身體其他部位的運(yùn)動(dòng)及肌電活動(dòng)對(duì)膝關(guān)節(jié)所承受負(fù)擔(dān)的影響[31-36]。Zazulak[33,34]等報(bào)道軀干前屈、后伸及側(cè)屈位移與前交叉韌帶損傷無(wú)關(guān)，并且實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的軀干位置覺(jué)也沒(méi)有差別。但是Jamison等[31]發(fā)現(xiàn)腰5伸肌的協(xié)同收縮與最大膝外翻力矩存在著正相關(guān)，而同冠狀面軀干運(yùn)動(dòng)呈負(fù)相關(guān)。另外，伴隨著軀干前屈和髖關(guān)節(jié)內(nèi)旋的增加，膝關(guān)節(jié)外翻力矩也增加[31]。為避免ACL損傷運(yùn)動(dòng)中軀干應(yīng)保持直立。

4研究展望

近年來(lái)，為預(yù)防ACL損傷，預(yù)防方案在世界各地被提倡。到目前為止，為了驗(yàn)證預(yù)防方案的效果，各種各樣的預(yù)防方案的內(nèi)容被實(shí)施。肌力訓(xùn)練作為ACL損傷預(yù)防方案中的一項(xiàng)重要內(nèi)容被重視。通過(guò)以上這些研究，筆者認(rèn)為，不僅是膝關(guān)節(jié)周圍肌肉，軀干及髖關(guān)節(jié)周圍肌肉的肌力訓(xùn)練應(yīng)能減少ACL損傷的發(fā)生率。

5小結(jié)

和男運(yùn)動(dòng)員相比，ACL損傷頻率較高的女運(yùn)動(dòng)員股四頭肌、腘繩肌的肌力弱，容易形成膝外翻。軀干前傾、膝屈曲的體位使膝關(guān)節(jié)產(chǎn)生向后的剪力。開(kāi)鏈運(yùn)動(dòng)時(shí)由股四頭肌活動(dòng)而使膝關(guān)節(jié)產(chǎn)生向前的剪力是ACL損傷的原因之一，閉鏈運(yùn)動(dòng)時(shí)股四頭肌對(duì)膝關(guān)節(jié)的作用還沒(méi)有形成統(tǒng)一的結(jié)論或意見(jiàn)。對(duì)于ACL損傷的預(yù)防來(lái)說(shuō)，運(yùn)動(dòng)中保持充分的膝關(guān)節(jié)屈曲和軀干前傾非常重要。今后有必要明確閉鏈運(yùn)動(dòng)中股四頭肌和腘繩肌對(duì)膝關(guān)節(jié)的作用。

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收稿日期：2016-04-22

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(編號(hào)：81472143)，國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目(編號(hào)：81301601)。

作者簡(jiǎn)介：謝地(1979-)，男，博士，副教授，研究方向運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)。

中圖分類號(hào)：G804.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-9840(2016)03-0052-04

The prevention mechanism of anterior cruciate ligament injury from muscle strength's viewpoint

XIE Di1, QI Jian-hong1, CHEN Hui-fang2,DONG Jun1, LIU Hai-bin1, LI Xiao-ming1,GAO Feng1, ZHU Zhen-hua3

(1.CollegeofSportsMedicineandRehabilitation,TaishanMedicalUniversity,Tai'an271000,Shandong,China; 2.SchoolofHealthyScience,HiroshimaUniversity,Hiroshima,Japanese; 3.Dept.ofMedicalImaging,ShandongMedicalCollege,Jinan250000,Shandong,China)

Abstract:This paper reviewed and prospected the prevention mechanism of anterior cruciate ligament injury from muscle strength's viewpoint. Through using the combining method of retrospective research and prospective analysis, the author summarized the risk factors and mechanism of anterior cruciate ligament injury. Comparing to male athletes, female athletes with higher injury risk show lower quadriceps and hamstrings muscle strength and greater knee valgus angle. It is very important to keep enough knee flexion and trunk forward flexion during sports activities for ACL injury's prevention.

Key words:anterior cruciate ligament; prevention; injury