郝建源
(吉林體育學(xué)院 吉林長春 130022)
踝關(guān)節(jié)是一種屈戍(滑車)關(guān)節(jié),在站立行走時,其所承受的負荷在全身各關(guān)節(jié)中是最大的。在日常生活與體育運動過程中,外踝最容易發(fā)生損傷,且在足球、籃球、排球等有變向動作的運動中最為常見。踝關(guān)節(jié)損傷會對機體運動功能產(chǎn)生嚴重影響,甚至?xí)霈F(xiàn)踝關(guān)節(jié)炎等不良影響。踝關(guān)節(jié)發(fā)生運動損傷的情況頻繁出現(xiàn),有報道指出,在所有體育運動發(fā)生的損傷中,踝關(guān)節(jié)的運動損傷約占25%。其中,又以韌帶損傷最為常見,在踝關(guān)節(jié)的各種運動損傷中,韌帶損傷約占80%。在足、籃、排等球類運動與越野跑等非常規(guī)體育運動中,需要做出反復(fù)的跳躍、變向等動作,或因地面不平整,使踝關(guān)節(jié)做出快速扭轉(zhuǎn)或內(nèi)外翻動作,導(dǎo)致?lián)p傷發(fā)生率增高。踝關(guān)節(jié)損傷在臨床工作中也較為多見,但很少得到應(yīng)有的重視,導(dǎo)致很多患者常出現(xiàn)復(fù)發(fā)性腫脹、慢性疼痛、慢性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)等問題。踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)極易造成二次損傷,進而加重踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)狀態(tài),如處理不當(dāng),還可能發(fā)展為習(xí)慣性崴腳,即慢性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)。踝關(guān)節(jié)損傷愈合的過程中會形成瘢痕組織,使得踝周損傷的韌帶彈性變?nèi)?,?dǎo)致肌肉骨骼系統(tǒng)穩(wěn)定性變差,降低踝關(guān)節(jié)動力系統(tǒng)功能,進而影響運動系統(tǒng)的神經(jīng)肌肉控制系統(tǒng),其癥狀主要表現(xiàn)為踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性差,持續(xù)疼痛腫脹、“打軟腿”、功能障礙等,甚至造成退行性骨關(guān)節(jié)病變等慢性損傷。隨著運動生物力學(xué)技術(shù)的不斷更新,國內(nèi)外對踝關(guān)節(jié)損傷機制的研究與運動生物力學(xué)特性的分析也有了新的進展。
踝關(guān)節(jié)(ankle joint),又被稱為距上關(guān)節(jié)、距骨小腿關(guān)節(jié)等。由距骨頂端的距骨滑車關(guān)節(jié)面作為關(guān)節(jié)頭,被脛骨與腓骨的內(nèi)、外踝關(guān)節(jié)面和脛骨的下關(guān)面所構(gòu)成的關(guān)節(jié)窩包裹,構(gòu)成一種類似于單軸的滑車關(guān)節(jié),又因關(guān)節(jié)窩形似叉狀,故又稱叉狀關(guān)節(jié)窩。小腿前后側(cè)肌肉的肌筋膜向下延續(xù)與周圍的關(guān)節(jié)囊、韌帶等一起包裹關(guān)節(jié),但囊內(nèi)未形成特殊結(jié)構(gòu)。踝關(guān)節(jié)周圍主要有4 條韌帶連接,分別為內(nèi)、外、前、后側(cè)韌帶,其中內(nèi)側(cè)韌帶又被稱為三角韌帶,有內(nèi)外兩層,且較外側(cè)強韌,在踝周韌帶中最為堅固,故踝關(guān)節(jié)不易形成外翻。踝關(guān)節(jié)又包含3個小關(guān)節(jié)面,分別為距腓關(guān)節(jié)面、脛腓關(guān)節(jié)面和脛距關(guān)節(jié)面,主要功能有跖屈、背屈、內(nèi)翻、外翻、內(nèi)旋、外旋。踝關(guān)節(jié)易產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動作,其解剖學(xué)基礎(chǔ)是由于距骨上端與踝穴匹配不能完全貼合。從踝關(guān)節(jié)的解剖結(jié)構(gòu)上分析,踝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)較為堅固,穩(wěn)定性較好,故踝關(guān)節(jié)內(nèi)外翻的角度差距較大。踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻活動度約20~30,外翻的活動度約為10~15,外踝位于內(nèi)踝的后方,且位置相對于內(nèi)踝較遠,導(dǎo)致踝關(guān)節(jié)外翻受限,且動作軸心不平衡,軸心連線約側(cè)傾10,故踝關(guān)節(jié)損傷常在過度內(nèi)翻時產(chǎn)生。踝關(guān)節(jié)如需保持穩(wěn)定,則需維持踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定的內(nèi)外側(cè)結(jié)構(gòu)與下脛腓結(jié)構(gòu)保持相對穩(wěn)定。踝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)的三角韌帶在維持踝的穩(wěn)定性時有重要作用,當(dāng)踝關(guān)節(jié)做出跖屈或背屈的動作時,三角韌帶會限制其外翻、外旋,進而維持其穩(wěn)定狀態(tài)。
從解剖學(xué)角度分析,踝關(guān)節(jié)中外踝尖較低于內(nèi)踝,且位置偏后,垂直位差平均約為1.2cm,踝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)還有纖維組織致密的三角韌帶進行維持,所以踝關(guān)節(jié)的內(nèi)翻的角度通常會較外翻大。距骨體的解剖結(jié)構(gòu)較為特殊,當(dāng)踝關(guān)節(jié)做出背屈動作時,前側(cè)較寬的關(guān)節(jié)頭會被關(guān)節(jié)窩包裹,關(guān)節(jié)則較為穩(wěn)定。反之,后側(cè)較窄的關(guān)節(jié)頭被關(guān)節(jié)窩包裹時,兩側(cè)會留有間隙,導(dǎo)致踝關(guān)節(jié)有側(cè)向的運動空間,內(nèi)翻幅度增大,關(guān)節(jié)也會較為不穩(wěn),因此,大多數(shù)急性踝關(guān)節(jié)損傷,是在跳起落地時,關(guān)節(jié)內(nèi)翻、內(nèi)旋過度,導(dǎo)致外側(cè)韌帶發(fā)生損傷。同時,切斷前距腓韌帶與跟腓韌帶,與未切斷或單獨切斷前距腓韌帶相比,踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻角增大3.3°,且在內(nèi)翻動作的終末端踝關(guān)節(jié)的緊張感變?nèi)?。與之相似的結(jié)果為國內(nèi)學(xué)者郝立波等通過對比分析前距腓韌帶與跟腓韌帶同時受到損失時,僅修復(fù)前距腓韌帶和二者同時修復(fù)后的距骨運動情況發(fā)現(xiàn),沒有顯著性差異,表明前距腓韌帶在踝關(guān)節(jié)損傷治療過程中較為重要。當(dāng)行走在不平的地面或進行跑、跳、上下樓梯等動作時,腳部離地到落地過程中,身體會失去平衡從而偏向一側(cè),極易導(dǎo)致踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻過度,從而過度牽拉外側(cè)副韌帶而造成損傷,引起踝關(guān)節(jié)的損傷發(fā)生。
踝關(guān)節(jié)周圍的肌肉力量大小,與做出體育動作時,踝關(guān)節(jié)支撐整個身體的穩(wěn)定狀態(tài)有著直接的關(guān)系,并起著重要的作用,同時對上肢環(huán)節(jié)做出動作的功效有一定的影響。如果踝周力量足夠強大,會大幅縮短反應(yīng)時間,機體可以最快速度進入運動中,并縮短完成整個動作的時間,提升動作效率。踝關(guān)節(jié)動作的產(chǎn)生是通過踝關(guān)節(jié)周圍肌肉收縮與腓腸肌、比目魚肌的肌鍵的彈性形變、復(fù)原來實現(xiàn)的。足踝運動時,脛骨前緣與足背之間的角度增大稱為趾屈或背伸。反之,為趾伸或背屈。足內(nèi)側(cè)緣抬起,外側(cè)緣下降,足底向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動稱為內(nèi)翻;反之,則為外翻。
踝關(guān)節(jié)由距骨、內(nèi)外踝和脛骨遠端構(gòu)成。距骨前寬而后窄,通常認為,踝關(guān)節(jié)的運動軸為內(nèi)外踝尖連線,即踝關(guān)節(jié)運動的單軸理論;但同時也存在一種多軸理論,即踝關(guān)節(jié)從背屈到跖屈的運動過程,踝關(guān)節(jié)軸在冠狀面上變化20~30,而在橫斷面保持平行,屬于多軸運動。踝關(guān)節(jié)運動時會誘發(fā)距骨的部分旋轉(zhuǎn),由中立位至背屈30的過程中,距骨外旋了9。跖屈從0到10時,距骨產(chǎn)生了1.4的內(nèi)旋;跖屈達到30時,會產(chǎn)生0.6的外旋。踝關(guān)節(jié)的運動多發(fā)生在矢狀面,即背屈和距屈,正常的活動度為背屈10~20,跖屈40~55。跟腓與距腓前韌帶之間的夾角平均為105,跟腓韌帶在跖伸時的張力最大,距腓前韌帶在背伸時的張力最大,二者共同作用,防止踝關(guān)節(jié)產(chǎn)生內(nèi)翻。
踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性的解剖學(xué)基礎(chǔ)是距骨滑車在叉狀關(guān)節(jié)窩內(nèi)的穩(wěn)定狀態(tài),距骨滑車的前部較寬,當(dāng)此部分進入關(guān)節(jié)窩時,關(guān)節(jié)卡嵌較穩(wěn),則踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定。反之,關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)方有移動空間,足部可以產(chǎn)生側(cè)向移動,則踝關(guān)節(jié)較為不穩(wěn)。踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性還依賴周圍的韌帶結(jié)構(gòu),如內(nèi)側(cè)強壯的三角韌帶可以防止過度外翻外旋;而外側(cè)有距腓、后前韌帶與跟腓韌帶,可以避免產(chǎn)生過度的內(nèi)翻、內(nèi)旋;且踝關(guān)節(jié)內(nèi)部有多條聯(lián)合韌帶,如脛腓前、后、橫韌帶、骨間韌帶等,這些韌帶相互作用,可以維持脛腓骨之間的穩(wěn)定狀態(tài)。
當(dāng)在體育運動中進行跳起落地動作時,如果足部受到地面的反作用力超出機體的承受范圍,通常會導(dǎo)致踝關(guān)節(jié)發(fā)生運動損傷。地面反作用力可以較為直觀地反映踝關(guān)節(jié)在落地緩沖過程中的受力情況,相關(guān)研究大部分集中與落地階段地面反作用力峰值及其出現(xiàn)的時間。因此,在研究踝關(guān)節(jié)落地時損傷的過程中,監(jiān)測地面對足部的反作用力顯得尤為重要。Bazueloruiz 等利用測力臺測試男女跑步愛好者在疲勞狀態(tài)下的力學(xué)差異發(fā)現(xiàn),疲勞狀態(tài)減小了女性落地時的背屈角度,且小于男性,測出的反作用力數(shù)據(jù)顯示男性對地面的沖擊力峰值要大于女性,表明女性在疲勞條件下對落地的反應(yīng)更好,為“女性遭受跑步相關(guān)傷害的風(fēng)險低于男性”這一觀點提供了客觀證據(jù)。Wisthoff等針對踝關(guān)節(jié)在等速肌力測試中發(fā)現(xiàn),慢性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)的患者,踝關(guān)節(jié)內(nèi)外翻的峰值力矩均成下降趨勢。
三維有限元技術(shù)是通過CT或MRI技術(shù)進行掃描,從而對踝關(guān)節(jié)建立起有限元模型,可以對肌肉骨骼系統(tǒng)進行高度且高效的仿真模擬,還可以較為準(zhǔn)確地推算出機體內(nèi)部組織所受應(yīng)力的分布情況。利用生物建模技術(shù)可以從運動生物力學(xué)角度,建立恰當(dāng)?shù)孽钻P(guān)節(jié)力學(xué)模型,為踝關(guān)節(jié)損傷生理、病理學(xué)理論提供一定的支撐。賈夢洋通過對踝關(guān)節(jié)生物力學(xué)指標(biāo)變化研究得出,利用人體有三維限元模型與人體動力學(xué)方法進行分析,可直觀且較為真實地重現(xiàn)踝關(guān)節(jié)損傷的過程,可以較為清晰地觀察到導(dǎo)致踝關(guān)節(jié)損傷的方式以及其損傷的機制。李興軍等學(xué)者通過三維有限元模型構(gòu)建了踝關(guān)節(jié)三維模型,模擬在受到不同方向、不同大小的外力時,觀察踝關(guān)節(jié)的應(yīng)力與位移變化,結(jié)果顯示,構(gòu)建三維有限元模型,能夠客觀且直觀地觀察踝關(guān)節(jié)的解剖結(jié)構(gòu)與生物力學(xué)特性,對踝關(guān)節(jié)損傷機制的分析有較好的幫助。與傳統(tǒng)運動生物力學(xué)研究中使用的研究技術(shù)相比,生物建模與三維有限元分析技術(shù)在軟組織的應(yīng)力變化分析上具有明顯優(yōu)勢,且應(yīng)用廣、適應(yīng)性強、信效度高。有限元技術(shù)可以較為準(zhǔn)確且有效地仿真人體肌骨系統(tǒng),并對骨組織、軟組織等機體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布變化進行預(yù)測。
表面肌電(sEMG)技術(shù),是利用肌電采集儀,對肌肉表面的電信號進行采集并分析的一種先進技術(shù)。通常情況下,肌肉活動的狀態(tài)和肌肉功能可以通過表面肌電所展現(xiàn)的肌肉電信號的變化展現(xiàn)出來,肌肉的活性也能在一定限度上通過肌電信號反映出來。裴子文在慢性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)的療效分析的相關(guān)研究中,將表面肌電與等速肌力測試系統(tǒng)結(jié)合使用,將電極片粘貼于腓骨肌上,進行反應(yīng)時、腓骨肌肌電信號等測試,結(jié)果顯示,神經(jīng)肌肉電刺激干預(yù)可以改善神經(jīng)肌肉控制能力。舒真諦等學(xué)者在探討運動貼扎對踝關(guān)節(jié)外側(cè)韌帶急性損傷早期康復(fù)的影響時,運用了表面肌電技術(shù)測定步態(tài)項中肌群的肌電值,結(jié)果顯示貼扎組和安慰劑組在治療前后肌電信號均增強,對照組沒有顯著差異。
在體育運動過程中,踝關(guān)節(jié)的損傷通常與著地時足踝所承受的地面反作用力有關(guān)。三維測力臺系統(tǒng)是通過測力平臺對生物力的數(shù)據(jù)進行三維測試。時旺然在慢性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)不同防護方式的相關(guān)研究中,利用三維測力臺進行步行啟動時COP的測量,結(jié)果顯示,防護后明顯影響COP軌跡長度。有學(xué)者采用三維測力臺和三維動作捕捉系統(tǒng),對羽毛球運動者起跳后踝關(guān)節(jié)落地瞬間的運動學(xué)與動力學(xué)數(shù)據(jù)進行采集,發(fā)現(xiàn)專業(yè)運動員與業(yè)余愛好者踝關(guān)節(jié)運動學(xué)與動力學(xué)參數(shù)有顯著性差異,專業(yè)運動員落地緩沖時間較長,降低了踝關(guān)節(jié)落地時的沖擊力。踝關(guān)節(jié)周圍肌肉的慢性疲勞狀態(tài),也會導(dǎo)致運動者在運動過程中發(fā)生運動損傷。目前,國內(nèi)外常常通過三維測力臺系統(tǒng)來研究踝關(guān)節(jié)的動力學(xué)問題,可以通過測量計算出足踝部著地時前后、側(cè)向及上下3個維度的應(yīng)力以及力矩、壓力等相關(guān)指標(biāo)。
在運動過程中,踝關(guān)節(jié)損傷會受到諸多因素的影響,為有效預(yù)防體育活動過程中發(fā)生踝關(guān)節(jié)的運動損傷,需對踝關(guān)節(jié)損傷的相關(guān)運動生物力學(xué)特征、特性進行更精確、更深入的科學(xué)研究與探析。目前,踝關(guān)節(jié)扭傷的損傷機制及力學(xué)因素已經(jīng)擁有了較為豐富的研究,主要從解剖學(xué)等方面分析了損傷機制,從運動學(xué)與動力學(xué)的角度研究了慢性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)的運動生物力學(xué)機制。如今,用于踝關(guān)節(jié)損傷的運動生物力學(xué)研究的技術(shù)主要包括生物建模與三維有限元、表面肌電技術(shù)與三維測力臺等,且信效度較高。此外,較為新興的技術(shù),如三維運動捕捉系統(tǒng)、數(shù)字化技術(shù)也被較為廣泛地應(yīng)用于慢性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)的相關(guān)研究中。但通過治療后,踝關(guān)節(jié)的運動能力、運動表現(xiàn)與運動生物力學(xué)特征如何改善以及踝周韌帶如何得到強化,還有待進一部研究。