王 婷，毛文慧

（南京師范大學 體育科學學院，江蘇 南京 210023）

踝關(guān)節(jié)扭傷是人們參加日常體育運動及日常生活中常見的一種運動損傷。 而急性踝關(guān)節(jié)扭傷后，常伴有疼痛、腫脹、無力、踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)及復發(fā)性踝關(guān)節(jié)扭傷等后遺癥。 若扭傷后反復出現(xiàn)此現(xiàn)象，則被稱為慢性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)［1-2］。 以往對于踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性的研究大多集中于踝關(guān)節(jié)運動的靜態(tài)約束上， 然而在日常的活動中，人們在動態(tài)活動中穩(wěn)定踝關(guān)節(jié)，因此，在動態(tài)運動過程中評估踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性對于進一步探究踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性的影響因素十分重要。 踝關(guān)節(jié)周圍肌肉的激活對運動過程中踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性有重要作用，而肌肉活動對踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性的貢獻可以通過測量運動中主動肌與拮抗肌的共收縮指數(shù) （cocontraction index）來量化，肌肉共收縮與關(guān)節(jié)穩(wěn)定性有關(guān)［3］，被認為是導致人體運動無效率的重要因素。 同時，肌肉的共激活也是造成人體運動效率降低影響運動員成績提高的主要原因。Kellis 等將肌肉共收縮定義為中樞神經(jīng)系統(tǒng)改善關(guān)節(jié)運動穩(wěn)定性［4］、準確性、運動效率以及運動中對環(huán)境適應(yīng)性的一種運動控制策略［5］，而關(guān)節(jié)穩(wěn)定性已被量化為運動效能的指標。在當前研究中， 基于表面肌電信號獲取運動中主要肌肉的共收縮指數(shù)、激活失活時間、激活強度等指標，是考察肌肉共收縮活動最主要的方法［6］。研究不同跑速下的主動肌與拮抗肌共激活特征， 對踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)患者運動訓練及臨床康復具有重要的實踐意義。

共收縮指數(shù)（CII）的好處在于考慮了不同關(guān)節(jié)運動中主動肌和拮抗肌變化的影響。 在排球攔網(wǎng)動作的落地階段，CII 曾用于對比評估功能性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)的運動員的肌肉激活模式。研究結(jié)果顯示，雖然兩組CII 值差異無統(tǒng)計學意義，但踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)組在落地后200ms 間隔內(nèi)矢狀面CII 較低［7］。本研究對比考察了功能性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)者在不同跑速下腳著地瞬間的踝關(guān)節(jié)肌肉共收縮模式。在制定研究設(shè)計時，假設(shè)有FAI 的個體在不同跑速下的共收縮指數(shù)高于沒有FAI 的個體。

1 實驗對象與方法

1.1 實驗對象

于南京師范大學招募有單側(cè)（右側(cè)）功能性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)的男性患者， 根據(jù)漢化的坎伯蘭踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)量表結(jié)合國際踝關(guān)節(jié)協(xié)會提出的慢性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)者篩選及排除標準， 通過問卷和前抽屜試驗及距骨傾斜試驗， 根據(jù)納入標準和排除標準篩選出男性功能性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)（右側(cè)）的受試者15 名，同時根據(jù)FAI 組的年齡、身高、體重指標等特征匹配招募15 名男性無功能性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)（右側(cè)）的健康受試者為對照組。 根據(jù)測試結(jié)果， 剔除數(shù)據(jù)異常的一組數(shù)據(jù)， 最終納入研究實驗組（FAI組）和對照組（健康組）各14 人。 具體受試者信息見表1。

表1 受試者基本情況一覽表

1.1.1 實驗組

納入標準：

1）至少一次嚴重的踝關(guān)節(jié)扭傷病史，出現(xiàn)疼痛、腫脹等炎癥癥狀，不能正常參與日常活動1 天以上；2）最近一年內(nèi)單側(cè)踝關(guān)節(jié)發(fā)生失控和（或）扭傷和（或）不穩(wěn)感覺2 次以上；3）坎伯蘭踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)量表分值小于或等于24 分。

排除標準：

1）下肢發(fā)生過骨折或進行過外科手術(shù)；2）問卷調(diào)查之前3個月內(nèi)下肢發(fā)生過扭傷等急性損傷；3） 另一側(cè)踝關(guān)節(jié)也發(fā)生過失控（give way）、扭傷或不穩(wěn)感覺；4）踝關(guān)節(jié)前抽屜試驗和距骨傾斜試驗結(jié)果呈陽性，排除結(jié)構(gòu)性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)者。

1.1.2 對照組

納入標準：

1）與實驗組受試者在年齡、身高、體重和每周參加體育活動時間上匹配；2） 坎伯蘭踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)量表分值大于或等于28分。

排除標準：

1）踝關(guān)節(jié)發(fā)生過失控、扭傷或不穩(wěn)感覺；2）下肢發(fā)生過骨折或進行過外科手術(shù)；3） 踝關(guān)節(jié)前抽屜試驗和距骨傾斜試驗呈陽性。

所有受試者均自愿參與實驗并簽署知情同意書， 半年以內(nèi)沒有出現(xiàn)除踝關(guān)節(jié)以外的下肢疾患， 過去3 個月以內(nèi)沒有出現(xiàn)踝關(guān)節(jié)損傷，在實驗時身體健康，沒有身體虛弱和會對運動功能造成影響的全身性疾病，踝關(guān)節(jié)活動度正常。 受試者熟悉測試流程和相關(guān)注意事項。 本實驗已經(jīng)得到南京師范大學倫理委員會批準，編號為202012008。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗地點

南京師范大學體育中心運動生物力學實驗室。

1.2.2 實驗儀器

1） 美國Delsys 公司生產(chǎn)的16 導肌電系統(tǒng)采集儀（Trigno Avanti， Delsys Inc， Natick， MA， USA），采樣頻率為2 000Hz；該儀器主要由16 導表面肌電傳感器、數(shù)據(jù)接收器和放大器主機、配套軟件組成。 表面肌電傳感器采集和測量濾波的頻率范圍20～450Hz，信號采集通道數(shù)16。傳感器尺寸：27mm×37mm×13mm，每個傳感器質(zhì)量14g。肌電電極為雙差分Ag 電極，正負間距恒定，間距為10mm，基線噪聲小于750nV RMS，分辨率可達16 位，共模抑制比大于80dB。

2）跑步機：多功能運動跑臺（h/p Cosmos Mercury 4.0，德國）， 跑臺面積為150×50cm， 速度增幅為0.1km/h， 速度: 0～22km/h（選配可達30），坡度: 0～25%。 發(fā)動機3.3kw （4hp），最大承重200kg。

1.2.3 實驗程序

1）實驗前的準備工作：

①培訓：進一步確認受試者的基本資料，包括姓名、性別、身高、體重、24h 內(nèi)的體力活動、跑步損傷情況、一周內(nèi)的跑步距離以及跑步時間等基本信息。 實驗中，參與者都將穿著非反射性氨綸短褲和一雙自己的跑鞋。 要求受試者實驗前24h 不進行劇烈體育運動，不喝酒。 對受試者進行測試前的培訓，觀察受試者的精神狀態(tài)，如有不適將暫停本次實驗，以免對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響。 受試者在實驗人員的指導下，進行標準化的下肢肌群伸展運動及熱身運動10min。

②設(shè)備調(diào)試：實驗者對儀器進行系統(tǒng)校正，使系統(tǒng)能夠定義捕捉空間及相對位置。 確定空間點的三維幾何位置，校準攝像頭， 將系統(tǒng)與攝像機所捕捉的數(shù)據(jù)結(jié)合， 用于三維運動重建。 同時檢查跑步機功能，校準跑速。 實驗者嚴格按照實驗儀器使用手冊進行操作，并向受試者說明注意事項。 所有參與實驗的相關(guān)人員必須關(guān)閉手機、 運動手環(huán)和其他一切可能發(fā)出信號干擾的電子設(shè)備。對受試者進行無線表面肌電的粘貼。由兩名實驗人員分別控制跑步機跑速和Delsys 表面肌電采集系統(tǒng)。

③肌肉傳感器粘貼： 由一位合格操作者對目標肌肉位置進行剃毛及乙醇擦拭處理， 根據(jù)SENIAM 建議位置和肌肉的解剖學結(jié)構(gòu)，要求受試者用力收縮目標肌肉，將肌電信號收集器順著受試者肌纖維走向貼在肌腹隆起的部位。 兩電極間相距10mm。 電極長軸方向需與肌纖維走向一致，并用醫(yī)用皮膚膜對肌電塊進行強化固定，且預先執(zhí)行跑步熱身，確認不會造成受試者動作上的限制或?qū)嶒炦^程中肌電脫落的狀況［16］。

④Marker 點的貼放：根據(jù)人體解剖結(jié)構(gòu)，如圖1 所示的人體貼點模型，進行反光球marker 點的粘貼，便于建立三維動作捕捉。

圖1 主要mark 點粘貼位置

⑤MVIC 測試：根據(jù)標準程序進行測試，收集2 次各1min的數(shù)據(jù)，取兩次振幅峰值的均值。

2）動態(tài)數(shù)據(jù)的采集：參與者被允許在跑步機上以他們喜歡的跑步速度進行5min 熱身，并指定此速度為優(yōu)選速度。 然后以3 種不同跑速大約跑5min，收集跑步中的運動學數(shù)據(jù)，通過Excel 產(chǎn)生隨機數(shù)字，每個受試者跑步速度的順序使用隨機數(shù)字隨機進行，盡最大可能減少測試順序的影響。 方法：跑步機速度由測試人員進行調(diào)整。 受試者首先在跑步機上進行5min 的自選速度熱身活動。在熱身之后，受試者需確定理想舒適的跑步速度： 由研究人員控制跑步機速度， 根據(jù)受試者指示，以0.1km/h 的速度增加或降低跑步機的速度，直到確定舒適跑速。 隨后測試人員停止跑步機。 該過程重復3 次，計算3次試驗的平均值，并用于3 個速度條件下的速度設(shè)置：①自選速度；②比自選速度快20%；③比自選速度慢20%［8］。

3）實驗結(jié)束后，受試者著裝有序退出實驗室，測試人員收集及整理相關(guān)數(shù)據(jù)，關(guān)閉實驗所用的相關(guān)器材。

圖2 肌電粘貼位置

圖3 受試者在跑步機的位置

1.3 數(shù)據(jù)處理

階段劃分：跑步分為兩個階段——前著陸和后著陸。 著陸前階段定義為足跖著地前200ms 的間隔， 著陸后階段定義為足跖著地后200ms 的間隔。 預著陸階段分為2 個階段:第一階段（腳著地前200～100ms）和第二階段（腳著地前100ms）。類似地，著陸后階段被分為階段III（足跖著地后100ms）和階段IV（足跖著地后100～200ms）［9］。

肌電數(shù)據(jù)：通過Delsys 肌電系統(tǒng)采集儀獲得的數(shù)據(jù)，運用Delsys Analysis 軟件進行全波整流并濾波（4 階Butterworth 帶通濾波，濾波頻率為10～450Hz），最終導出肌電原始數(shù)據(jù)。 在表面肌電分析軟件上選取肌電相同階段的數(shù)據(jù)進行同步分析處理， 用肌電原始數(shù)據(jù)比上兩次MVIC 的均值來進行肌電振幅標準化。 然后根據(jù)下面的公式［10－11］計算CII 指數(shù)，以研究主動肌和拮抗肌在穩(wěn)定踝關(guān)節(jié)中的肌電激活模式。

其中EMGAntagonist和EMGAgonist分別代表拮抗肌和主動肌的積分肌電信號。

1.4 統(tǒng)計分析

采用獨立t 檢驗和描述性統(tǒng)計學方法檢測FAI 組與對照組的人口統(tǒng)計學差異。 采用獨立t 檢驗檢測兩組踝關(guān)節(jié)TA/PL、TA/GM 及TA/TS 的CII 水平，顯著性設(shè)定為0.05。

2 研究結(jié)果

2.1 FAI 組與對照組在自選舒適跑速下TA/PL、TA/GM 及TA/TS 共收縮指數(shù)比較

自選舒適跑速是實驗者根據(jù)受試者提示，以0.1km/h 的速度增加或降低跑步機的速度，根據(jù)跑步習慣最終確定的。 由表2 可見， 兩組在舒適跑速下TA/PL 的CII 水平在足跖著地后100～200ms 存在差異（p＜0.05），在其他階段無差異；兩組在階段Ⅰ及階段Ⅳ的TA/GM 的CII 存在差異（p＜0.01）；FAI 組與對照組的TA/TS 的CII 指數(shù)在階段Ⅱ存在非常顯著性差異 （p＜0.01），在其他任何著陸階段均無差異。

表2 自選舒適速度TA/PL、TA/GM 及TA/TS 共收縮指數(shù)

2.2 FAI 組與對照組在較快跑速下TA/PL、TA/GM及TA/TS 共收縮指數(shù)比較

較快跑速是根據(jù)每位受試者的舒適跑速提高20%所得。由表3 可見， 兩組的TA/TS 在整個跑動過程中的任何著陸階段均無差異（p＞0.05）。FAI 組與對照組階段Ⅳ的TA/GM 的CII存在差異（p＜0.01）；TA/PL 的CII 指數(shù)在階段Ⅳ存在顯著性差異（p＜0.05），在其他著地階段不存在差異。

表3 較快跑速TA/PL、TA/GM 及TA/TS 共收縮指數(shù)

2.3 FAI 組與對照組在較慢跑速下TA/PL、TA/GM及TA/TS 共收縮指數(shù)比較

較慢跑速是根據(jù)每位受試者的舒適跑速降低20%所得。由表4 可見， 兩組的TA/PL 在整個跑動過程中的任何著陸階段均無差異（p＞0.05）。FAI 組與對照組階段Ⅲ的TA/GM 的CII存在差異（p＜0.05）；TA/TS 的CII 指數(shù)在階段Ⅳ存在顯著性差異（p＜0.05），在其他著地階段不存在差異。

表4 較慢跑速TA/PL、TA/GM 及TA/TS 共收縮指數(shù)

3 討論與分析

在以往對于踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)患者在運動時踝關(guān)節(jié)周圍的肌電激活的研究中，存在了許多相互矛盾的結(jié)果，而這些差異阻礙了踝關(guān)節(jié)康復方案的建立，以允許人們正常參加體育活動。 因此， 識別FAI 組與對照組的神經(jīng)肌肉控制的差異是至關(guān)重要的，有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，CAI 組在著地前，其脛骨前肌、腓骨長肌、腓腸肌內(nèi)側(cè)頭的肌電活動降低［12］，相比之下，一些研究稱CAI運動員在起跳前其脛骨前肌、腓骨長肌、腓腸肌內(nèi)側(cè)頭的肌肉活動增強［13］，然而，還有一些研究發(fā)現(xiàn)兩組肌肉活動幅度無差異［14］。 不同的測試方法、受試者不同的運動表現(xiàn)、受試者的納入排除標準的不同、肌電圖選取指標、分析方法的不同都是各研究結(jié)果產(chǎn)生差異的原因。

本研究的目的是評估不同跑速下落地階段踝關(guān)節(jié)周圍肌肉的肌肉激活模式， 并評肌肉激活模式對踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性的影響。 研究發(fā)現(xiàn)有FAI 和沒有FAI 的個體在不同跑速上肌肉共激活策略存在一定的差異。 然而，在本研究中，兩組人相似的肌電激活表現(xiàn)并不一定意味著兩組人表現(xiàn)出相似的動作模式或使用相同的策略執(zhí)行任務(wù)。 FAI 患者復發(fā)性踝關(guān)節(jié)扭傷可能導致踝關(guān)節(jié)周圍囊或韌帶的機械感受器缺陷， 進而導致關(guān)節(jié)復位感覺不良［11］。 FAI 患者的關(guān)節(jié)復位能力一般較健康組的個體差。

本研究發(fā)現(xiàn)， 有FAI 的個體在較快跑速及自選舒適跑速下著陸后階段Ⅳ的TA/PL 的CII 較無FAI 的個體高， 兩組存在差異，而在較慢跑速下兩組的CII 無差異。 從邏輯上講，TA/PL CII 的較低值是TA 激活減少或PL 激活增加的結(jié)果［15］。 在本研究中，EMG 原始肌電數(shù)據(jù)結(jié)果顯示FAI 患者額狀面較高的共收縮是由較低的PL 激活及較高的TA 激活引起的。 總的來說，兩組肌肉共收縮的結(jié)果表明，肌肉訓練練習應(yīng)該以提高整體肌肉力量為目標，而不是在執(zhí)行跑步、走路等任務(wù)時提高單個肌肉群的力量，以提高關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性。 值得注意的是，在目前的研究中，CII 測量是在肌電單位水平推導出來的， 這并不能代表最大肌肉輸出。然而，人體進行動態(tài)活動時，CII 測量比靜態(tài)最大等長測量提供了更準確的肌肉表現(xiàn)。 一般來說，CII 值越大，說明拮抗肌相對于主動肌的激活率越大，因此關(guān)節(jié)僵硬度越大。 相比之下，CII 值越小，則表明拮抗肌的激活率相對較低。

先前一項關(guān)于CAI 患者前饋神經(jīng)肌肉控制改變的研究發(fā)現(xiàn)［16-17］，CAI 患者的最大推進力高于非CAI 患者，但在動態(tài)運動中腳著地時的動態(tài)姿勢穩(wěn)定性較低這一發(fā)現(xiàn)表明， 在目前的CAI 參與者中觀察到的肌肉激活率的變化可能是為了確保踝關(guān)節(jié)相對靈活的著陸而故意改變前饋控制機制的結(jié)果。值得注意的是， 這種執(zhí)行策略可能會根據(jù)運動員的經(jīng)驗而改變［15］。也就是說，在反復發(fā)生踝關(guān)節(jié)損傷后，運動員可能會不斷地調(diào)整運動策略。 本研究中，兩組在矢狀面上的TA/GM 的CII 在3種不同跑速下均存在差異，F(xiàn)AI 組的GMEMG 信號大于對照組，說明FAI 患者采用主動約束的策略來穩(wěn)定踝關(guān)節(jié)。 但FAI組的CII 仍然大于對照組，F(xiàn)AI 著陸策略的無效可能是反饋神經(jīng)肌肉控制缺陷的結(jié)果。 在健康的個體中，中樞神經(jīng)系統(tǒng)會根據(jù)外部刺激，調(diào)整身體的運動。 然而，在反饋神經(jīng)肌肉控制缺陷的個體中，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程被延遲。 此外，在跑動落地后階段，踝關(guān)節(jié)的放松位置（踝關(guān)節(jié)跖屈）降低了靜態(tài)約束的穩(wěn)定效果。 因此，需要踝關(guān)節(jié)的主動約束作出相對較大的貢獻，以保護踝關(guān)節(jié)免受外部載荷的影響。

研究發(fā)現(xiàn)矯正著陸前至著陸后踝關(guān)節(jié)錯位、 提高肌肉共縮水平、加強動態(tài)姿態(tài)控制是FAI 患者的當務(wù)之急。為了糾正踝關(guān)節(jié)的錯位， 理療師可以規(guī)定使用外支架來調(diào)整踝關(guān)節(jié)的倒置位置，并教育患者正常和異常踝關(guān)節(jié)位置的基本概念。 雖然重建踝關(guān)節(jié)外側(cè)韌帶的主要目的是恢復踝關(guān)節(jié)的靜態(tài)穩(wěn)定性， 但術(shù)后踝關(guān)節(jié)或距下關(guān)節(jié)過度僵硬可能會引起癥狀性僵硬和疼痛。 因此，在進行動態(tài)運動時，評估踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)的嚴重程度、 肌肉強度和踝關(guān)節(jié)位置可以幫助骨科醫(yī)生確定合適的修復或重建程序。 由于目前的研究設(shè)計，對于踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)的內(nèi)在因果關(guān)系不可能得出明確的結(jié)論。因此，在臨床應(yīng)用FAI 患者時需要謹慎。本研究證實了在FAI 患者在不同跑速過程中，通過糾正踝關(guān)節(jié)在著陸前到著陸后階段的錯位、 促進肌肉共收縮和增加關(guān)節(jié)穩(wěn)定性來最大限度地減少再損傷風險的重要性。 本研究為FAI 運動中肌肉共收縮的量化分析提供一定理論基礎(chǔ)；為體育教師、教練員更好的針對特定人群進行教學和訓練； 為踝關(guān)節(jié)損傷的預防以及患者傷后臨床康復訓練提供參考依據(jù)。