周敬濱 李國平 李方祥

國家體育總局運動醫(yī)學(xué)研究所（北京 100061）

前交叉韌帶 （Anterior Cruciate Ligament，ACL）損傷是常見的運動損傷，慢性ACL損傷在膝關(guān)節(jié)疼痛和腫脹癥狀緩解后，主要表現(xiàn)為膝關(guān)節(jié)前向和旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，從而改變膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致行走時產(chǎn)生運動學(xué)和運動力學(xué)變化，這種變化在步態(tài)周期的預(yù)承重期較為明顯［1-3］。這是否具有一定的規(guī)律性，目前仍存爭議。本實驗通過比較慢性ACL損傷患者與普通健康人的步態(tài)，分析ACL損傷患者在步態(tài)周期尤其是預(yù)承重期下肢各主要關(guān)節(jié)的運動學(xué)特點。

1 對象與方法

1.1 實驗對象

60名實驗對象分為兩組，每組30名，男女比例為 3∶2。具體如下：

ACL損傷組：30名單膝ACL損傷患者 （男18名，女12名），來自國家體育總局運動醫(yī)學(xué)研究所體育醫(yī)院術(shù)前評估患者，年齡（25.0±8.2）歲，損傷時間6個月以上，KT2000測量30磅拉力雙膝差值大于3 mm。均經(jīng)過膝關(guān)節(jié)鏡探查證實為ACL完全斷裂，既往無其他膝關(guān)節(jié)疾病，無合并側(cè)副韌帶完全斷裂、后交叉韌帶損傷、半月板桶柄樣撕裂。對側(cè)肢體無創(chuàng)傷與關(guān)節(jié)疾病史?；颊咝凶邥r無膝關(guān)節(jié)疼痛、交鎖等癥狀。

對照組：30名健康志愿者（男18名，女12名），年齡（25.0±6.2）歲，無髖、膝、踝關(guān)節(jié)疾病或創(chuàng)傷病史，無中樞神經(jīng)性疾病與腰部疼痛病史。

1.2 實驗儀器與設(shè)備

本實驗在國家體育總局運動醫(yī)學(xué)研究所三維動作分析實驗室完成。采用VICON MX13運動分析系統(tǒng)（VICON MX13，Oxford Metrics LTD，Oxford，UK），采樣頻率為120 Hz；反射標(biāo)記點 （直徑14 mm）；Polygon和Bodybuilder數(shù)據(jù)處理軟件。

1.3 步態(tài)分析與測試指標(biāo)

實驗對象在長約12米的木質(zhì)地板步態(tài)分析區(qū)域進行自主無暗示行走測試。測量前進行系統(tǒng)校正、測量、貼記標(biāo)記點、采集靜態(tài)數(shù)據(jù)等。

下肢標(biāo)記貼點位置自上而下為：雙側(cè)髂前上棘、髂后上棘、大腿外側(cè)、膝關(guān)節(jié)股骨外側(cè)髁、小腿外側(cè)、外踝、跟骨結(jié)節(jié)、第二跖骨頭表面，共16點。

測量時要求患者采取自主步態(tài)，測試現(xiàn)場無他人進行暗示與影響，在充分放松狀態(tài)下行走，并進行反復(fù)測量。選取穩(wěn)定、符合要求、無過多雜訊的3次測試結(jié)果，將結(jié)果平均后即為實驗對象的測試結(jié)果。使用Polygon和Bodybuilder軟件處理結(jié)果。

1.4 測試指標(biāo)

根據(jù)Rancho Los Amigos步態(tài)分析研究室提出的RLA劃分方法［4］，將一個完整步態(tài)周期分為七個時段，包括預(yù)承重期、支撐中期、支撐末期、擺動前期、擺動初期、擺動中期、擺動末期。預(yù)承重期是足跟開始著地到對側(cè)下肢離開地面的時期。該期也是膝關(guān)節(jié)在支撐期受力和屈伸角度變化最大的時期，因此將該期下肢關(guān)節(jié)運動學(xué)指標(biāo)作為主要研究對象。本期占步態(tài)周期的前15%。

比較兩組時間距離指標(biāo)，包括步頻（步/分鐘）、步態(tài)周期（秒）、支撐期百分比（%）、步幅（米）、步長（米）、步速（米/秒）。觀察損傷組與對照組在整個步態(tài)周期，髖、膝、踝關(guān)節(jié)的屈伸和膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變化趨勢，比較損傷組與對照組在預(yù)承重期髖、膝關(guān)節(jié)最大屈曲角度和踝關(guān)節(jié)最大跖屈角度以及膝關(guān)節(jié)最大外旋角度。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

對照組左右下肢運動學(xué)指標(biāo)無顯著性差異，平均左右關(guān)節(jié)數(shù)值。使用SPSS11.0統(tǒng)計軟件進行t檢驗分析比較損傷組患肢和對照組數(shù)據(jù)，P<0.05具有顯著性差異。

2 結(jié)果

2.1 時間距離指標(biāo)

表1 顯示，損傷組步頻為（111.2±4.4）步/分鐘，對照組步頻為（116.90±5.4）步/分鐘，二者比較有顯著性差異。與之相對應(yīng)，損傷組步態(tài)周期（1.08±0.04秒）顯著長于對照組步態(tài)周期（1.03±0.1秒）。支撐期百分比、步幅、步長等指標(biāo)兩組無顯著性差異。

表1 損傷組與對照組時間距離指標(biāo)比較

2.2 關(guān)節(jié)活動角度

兩組髖關(guān)節(jié)在整個步態(tài)周期中均表現(xiàn)為屈髖―伸髖―屈髖過程（圖1），預(yù)承重期最大屈髖角度損傷組同對照組相比無明顯差異（表2）。

兩組膝關(guān)節(jié)在整個步態(tài)周期中均表現(xiàn)為屈膝―伸膝―屈膝過程（圖2），預(yù)承重期最大屈膝角度損傷組和對照組分別是（7.0±3.2）度和（9.6±3.0）度，損傷組最大屈膝角度顯著小于對照組 （P<0.05）（表2）。

兩組踝關(guān)節(jié)在整個步態(tài)周期中均表現(xiàn)為跖屈―背伸―跖屈過程（圖3），預(yù)承重期踝關(guān)節(jié)最大跖屈角度損傷組和對照組分別是（6.1±3.0）度和（8.7±3.0）度，損傷組最大跖屈角度顯著小于對照組（P<0.05）（表2）。

在整個步態(tài)周期中，外旋角度損傷組始終大于對照組（圖4），預(yù)承重期膝關(guān)節(jié)最大脛骨損傷組和對照組分別是（18.3±4.0）度，對照組為（14.7±4.7）度，損傷組最大脛骨外旋角度顯著大于對照組 （P<0.05）。

表2 預(yù)承重期損傷組與對照組下肢關(guān)節(jié)活動角度比較（單位：度）

3 討論

3.1 時間距離指標(biāo)特點分析

步態(tài)分析常見的時間距離指標(biāo)包括步頻、步幅、步長、步速、步態(tài)周期、支撐期百分比等。在自主步速行走時，這些指標(biāo)同身高、性別、年齡有關(guān)［5，6］。 為排除這些因素對實驗的影響，選取了平均身高相似、性別比例一致、年齡分布一致的兩組實驗對象。

慢性ACL損傷，若行走時膝關(guān)節(jié)無明顯疼痛，肉眼很難分辨細微的步態(tài)變化［2，7，8］。 本實驗結(jié)果顯示，同對照組比較，ACL損傷組步幅、步長和支撐期百分比無顯著性差異，但步頻明顯減低、步態(tài)周期明顯增加、步速有所降低。因此，雖然ACL損傷后，患側(cè)肢體因疼痛等癥狀影響而產(chǎn)生與健側(cè)肢體不對稱的跛行步態(tài)，但步頻、步速降低和步態(tài)周期延長均表明ACL損傷后膝關(guān)節(jié)產(chǎn)生的不適和不穩(wěn)癥狀會導(dǎo)致行走效率不同程度的下降［9］。

3.2 髖、膝、踝關(guān)節(jié)屈伸角度變化特征分析

行走中，人體髖、膝、踝三關(guān)節(jié)通過協(xié)調(diào)次序運動形成一個整體。膝關(guān)節(jié)損傷后屈伸角度產(chǎn)生一定變化，與之相適應(yīng)，髖關(guān)節(jié)屈伸角度、踝關(guān)節(jié)跖屈背伸角度也可能變化。從圖1可以看出，損傷組和對照組在步態(tài)周期中膝關(guān)節(jié)均表現(xiàn)為屈膝―伸膝―屈膝，兩組的曲線在膝關(guān)節(jié)屈曲兩次峰值上出現(xiàn)差別，分別在預(yù)承重期和擺動期。預(yù)承重期，損傷組最大屈膝角度為（7.0±3.2）度，較對照組（9.6±3.0 度）明顯減小。預(yù)承重期是膝關(guān)節(jié)承重時角度和瞬間反作用力變化最大的時期，損傷組在該期最大屈膝角度減小，主要和患膝關(guān)節(jié)不適、不穩(wěn)癥狀有關(guān)。ACL損傷后，為緩解癥狀，機體會減少支撐期時間及地板對膝關(guān)節(jié)的反作用力，故最大屈膝角度減小。有文獻報道［10］，ACL損傷后，膝關(guān)節(jié)運動學(xué)和運動力學(xué)指標(biāo)變化，髖關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)在運動學(xué)和運動力學(xué)上也相應(yīng)變化。本實驗中，ACL損傷后髖關(guān)節(jié)屈伸角度同對照組相比無變化，但踝關(guān)節(jié)跖屈和背伸角度有變化。Ferber等［7］和 Catalfamo 等［10］認為，ACL 損傷后，中樞神 經(jīng)系統(tǒng)在支撐期調(diào)控關(guān)節(jié)屈伸角度，若膝關(guān)節(jié)屈膝角度較少，ACL損傷患者通過改變髖關(guān)節(jié)或踝關(guān)節(jié)屈伸角度進行代償。本實驗結(jié)果顯示，損傷組踝關(guān)節(jié)在整個步態(tài)周期中仍然表現(xiàn)跖屈―背伸―跖屈的變化，預(yù)承重期最大跖屈角度減小。ACL損傷后，為提高膝關(guān)節(jié)支撐期的穩(wěn)定性，踝關(guān)節(jié)跖屈角度減小有助于增加腓腸肌離心收縮，拮抗股四頭肌收縮，減小股四頭肌對脛骨的前向牽拉。

由此可見，膝關(guān)節(jié)ACL損傷后，下肢關(guān)節(jié)角度產(chǎn)生適應(yīng)性改變，不但膝關(guān)節(jié)屈伸角度改變，髖關(guān)節(jié)或者踝關(guān)節(jié)屈伸角度也可能變化。有研究認為，這種改變是下肢關(guān)節(jié)在神經(jīng)肌肉調(diào)控系統(tǒng)下針對ACL損傷的代償性改變［5，10］。ACL 損傷后下肢關(guān)節(jié)角度改變與損傷時間、損傷程度是否有必然聯(lián)系，需進一步研究。

3.3 脛骨內(nèi)外旋角度變化特征分析

ACL分為前內(nèi)束和后外束，后外束有控制膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的作用，若此作用消失，由旋轉(zhuǎn)角度增大，表現(xiàn)為內(nèi)旋或外旋角度增加。 有研究認為［2，11］，ACL 損傷后脛骨旋轉(zhuǎn)角度增大以內(nèi)旋增大為主，原因是行走時脛骨前移增加，伸膝力矩減小，為產(chǎn)生相對正常的伸膝力矩，股直肌活動增加，從而產(chǎn)生脛骨內(nèi)旋。Wexler等［8］研究了ACL損傷后行走和慢跑時脛骨旋轉(zhuǎn)角度的變化特點，發(fā)現(xiàn)在高速運動中，股四頭肌和腘繩肌充分調(diào)動并穩(wěn)定膝關(guān)節(jié)，因此不存在脛骨異常旋轉(zhuǎn)。 Fuentes等［9］最新研究認為，在行走中，ACL損傷時膝關(guān)節(jié)外旋角度增大。Tashman等［12］研究認為，非解剖ACL重建術(shù)后仍然存在旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)，并產(chǎn)生脛骨外旋增大現(xiàn)象。本研究中，損傷組患肢脛骨外旋角度在整個步態(tài)周期均較對照組有所增加，預(yù)承重期損傷組最大外旋角度明顯大于對照組。因此，ACL損傷后，由于其控制膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的作用消失，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，這使患者行走時膝關(guān)節(jié)內(nèi)旋或者外旋角度增大。 許多學(xué)者認為［3，8，13，14］，ACL 損傷后，膝關(guān)節(jié)這種旋轉(zhuǎn)角度改變是一種代償性改變，長期ACL損傷后，隨著脛骨前移的增加，這種代償性變化也增加。

目前的三維步態(tài)分析系統(tǒng)在冠狀面和水平面的數(shù)據(jù)存在一些不可忽視的誤差［14］。步態(tài)與動作分析設(shè)備大多采用皮膚標(biāo)記，在實際運動過程中，皮膚和骨骼之間存在相對移動，導(dǎo)致誤差。這種誤差在實際應(yīng)用中對結(jié)果產(chǎn)生何種影響，需進一步研究證實。

綜上所述，慢性ACL損傷患者步態(tài)出現(xiàn)變化，膝關(guān)節(jié)屈曲角度的改變，還會引起踝關(guān)節(jié)跖屈背伸角度改變，同時膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)引起膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度改變。

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