章晨 姜財(cái) 郭進(jìn)華 郭苗苗 李小梅 余圣賢 夏麗彬 馬勝超 林忠華

近年來，隨著人們對體育鍛煉重視程度的增加，踝關(guān)節(jié)損傷變得越來越普遍，這種損傷常好發(fā)于類似跑、跳等高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)中。研究人員發(fā)現(xiàn)，在急性踝關(guān)節(jié)外側(cè)損傷的人群中，足踝在內(nèi)翻狀態(tài)下?lián)p傷者約占 85%。絕大多數(shù)時(shí)常出現(xiàn)踝關(guān)節(jié)反復(fù)扭傷的患者，往往是缺乏及時(shí)、有效的康復(fù)治療。有研究數(shù)據(jù)表明，在急性損傷后，約 80% 的患者經(jīng)保守治療后關(guān)節(jié)活動(dòng)恢復(fù)正常，但仍有 20% 的患者會再次扭傷，逐漸發(fā)展成為慢性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn) ( chronic ankle instability，CAI )。表面肌電 ( surface electromyography，sEMG ) 可以直接評估神經(jīng)肌肉在特定任務(wù)中的功能表現(xiàn)，并實(shí)現(xiàn)對神經(jīng)肌肉功能狀態(tài)水平的定量評價(jià)。sEMG 因其無創(chuàng)、方便、快捷、高效等特點(diǎn)越來越受到研究者的青睞，已廣泛應(yīng)用于功能性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)( functional ankle instability，F(xiàn)AI ) 的臨床研究中。

一、踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)的一般概述

1.分類：CAI 根據(jù)損傷機(jī)制的差異，可分為 FAI 與機(jī)械性踝關(guān)節(jié)不穩(wěn) ( mechanical ankle instability，MAI )。FAI的概念是 Freeman 于 1965 年首次提出的，即踝關(guān)節(jié)首次損傷后，肢體反復(fù)出現(xiàn)的失控、不穩(wěn)等“打軟腿”癥狀，常不伴有踝關(guān)節(jié)生理結(jié)構(gòu)異常，僅表現(xiàn)出肢體感覺異常和功能障礙，體現(xiàn)出本體感覺障礙、肌肉激活功能減弱、關(guān)節(jié)位置感覺異常、姿勢控制能力下降等癥狀及體征。MAI 是指由于踝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定及其周圍韌帶的松弛導(dǎo)致的反復(fù)發(fā)生的踝關(guān)節(jié)損傷。在踝關(guān)節(jié)損傷的研究中，因 MAI 患者常伴有特定解剖結(jié)構(gòu)的異常，故臨床上多在早期采用手術(shù)治療，而 FAI 的損傷尚未達(dá)到手術(shù)指征，所以常采用保守治療為主，主要包括物理治療、運(yùn)動(dòng)治療以及佩戴護(hù)具等。

2.發(fā)病機(jī)制：目前 FAI 的發(fā)病機(jī)制還沒有明確的解釋，但大部分學(xué)者認(rèn)為 FAI 發(fā)病可能與本體感覺減退，踝關(guān)節(jié)活動(dòng)中所受負(fù)荷過重，神經(jīng) - 肌肉之間信號傳遞與肌肉激活不佳，姿勢控制能力下降等多方面有關(guān)。有研究表明，F(xiàn)AI 人群神經(jīng)、肌肉及周圍韌帶的損傷會導(dǎo)致本體感受及神經(jīng)傳入信號受阻，使患者足跟著地后，機(jī)體無法及時(shí)準(zhǔn)確地獲得信息，踝關(guān)節(jié)無法作出正確的應(yīng)答反應(yīng)，從而造成足踝部反復(fù)損傷。賈為宗等認(rèn)為FAI 人群不僅神經(jīng)損傷，而且患側(cè)的腓骨肌及脛骨前肌的激活時(shí)間與健側(cè)相比有明顯的延長。不僅如此，運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生是由各系統(tǒng)的相互配合的連續(xù)過程，從機(jī)體接受外界刺激到興奮隨時(shí)間的傳入，引起骨骼肌興奮 - 收縮耦聯(lián)，最終使相應(yīng)肌肉 - 肌腱單元產(chǎn)生相應(yīng)的力，從而觸發(fā)關(guān)節(jié)活動(dòng)。

3.研究方法：

( 1 ) 主觀評價(jià)量表：在不同的研究中，對 FAI 人群的判定標(biāo)準(zhǔn)也多種多樣，根據(jù)側(cè)重點(diǎn)的不同，主要分為主觀和客觀兩種。在主觀判定中，廣泛認(rèn)同的評價(jià)量表包括：踝關(guān)節(jié)功能評價(jià)量表 ( ankle joint functional assessment tool，AJFAT )、足踝功能障礙指數(shù) ( foot and ankle disability index，F(xiàn)AID )、坎伯蘭踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)問卷 ( cumberland ankle instability tool，CAIT ) 等。其中，AJFAT 是如今廣泛應(yīng)用的踝關(guān)節(jié)功能問卷。受試者通過自身健側(cè)與患側(cè)肢體感覺及功能情況的對比，填寫相關(guān)問卷，得分越高，說明踝關(guān)節(jié)功能越穩(wěn)定，分值 ≤ 26 分即可判斷為踝關(guān)節(jié)功能不穩(wěn)。

( 2 ) 客觀評價(jià)量表：但各種評價(jià)量表因?yàn)檠芯空卟煌纳畋尘?、文化程度等多方面主觀因素的影響，使其評價(jià)結(jié)果存在不同程度的偏差，然而客觀工具所檢測出的指標(biāo)在分析之后顯得更具準(zhǔn)確性。三維步態(tài)分析系統(tǒng)是目前臨床上評價(jià) FAI 的常用手段，通過對運(yùn)動(dòng)中動(dòng)作的三維捕捉，構(gòu)建運(yùn)動(dòng)模型，從而針對其時(shí)間 - 空間特點(diǎn)進(jìn)行全方面地分析，客觀反映 FAI 在不同狀態(tài)下各負(fù)重關(guān)節(jié)的變化。

研究人員也常通過在足底壓力測試系統(tǒng)中測量得到的足底壓力，量化在靜止和運(yùn)動(dòng)過程中足底的平均壓力及最大壓力等，通過計(jì)算出壓力中心 ( center of pressure，COP )，發(fā)現(xiàn)并總結(jié)踝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)。近幾年也有研究表明，F(xiàn)AI 的 COP 會比正常人更偏外側(cè)。不僅如此，由于肌肉收縮往往發(fā)生于運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生之前，所以想對人體生物力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)有進(jìn)一步的認(rèn)識，必須了解肌肉電生理，通常借助肌電圖。其中，肌電圖就是一種常用的客觀評價(jià)工具。

肌電圖是一種研究特定肌肉產(chǎn)生相應(yīng)變化時(shí)的工具，其工作原理是由于一些外界刺激使肌肉產(chǎn)生電活動(dòng)，從而在相應(yīng)的設(shè)備中生成相應(yīng)的圖形。sEMG 因其無創(chuàng)、方便、快捷、高效等特點(diǎn)，被研究者廣泛應(yīng)用于觀察、分析、評價(jià)神經(jīng)肌肉電活動(dòng)中。sEMG 設(shè)備通過對肌肉電信號的收集，并進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)化處理后，得到肌肉收縮幅度、頻率、激活時(shí)間等數(shù)據(jù)，在一定程度上有效的反映了神經(jīng)肌肉興奮情況。無論是保持靜止還是在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中，都可以實(shí)時(shí)采集特定肌肉的生物電信號，且其反饋的信息能夠確保真實(shí)性。

造成 FAI 的原因有很多，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，當(dāng)肢體處于不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí) ( 如行走、奔跑、跳躍 )，下肢肌肉較長的反應(yīng)時(shí)間、踝關(guān)節(jié)本體感覺降低、踝關(guān)節(jié)肌力不足等，可能是導(dǎo)致其肌肉力量、姿勢控制、步態(tài)生物力學(xué)等方面較薄的原因。隨著 sEMG 研究的飛速發(fā)展，越來越多的研究者將其運(yùn)用于 FAI 的研究中，采集 FAI 人群處于不同運(yùn)動(dòng)方式下，關(guān)鍵肌肉運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，用肌電指標(biāo)客觀的分析 FAI 與健康人群的生物力學(xué)差異。

二、FAI 患者在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的肌電特征

1.步行：FAI 的個(gè)體在步行中的肌肉活動(dòng)與健康人之間存在明顯差異。Delahunt 等觀察到在足跟著地和腳尖離地的過程中，F(xiàn)AI 個(gè)體較健康個(gè)體會表現(xiàn)出更大的橫向足底壓力以及肌肉激活模式的改變，他們發(fā)現(xiàn)在此過程中，腓骨長肌增幅增加。Watson 等也進(jìn)行了相似的實(shí)驗(yàn)研究，通過比較 FAI 人群在行走前和初次足跟著地后下肢肌肉的激活情況，同樣發(fā)現(xiàn)腓骨長肌的活動(dòng)似乎增加了。在整個(gè)步態(tài)周期里，F(xiàn)eger 等發(fā)現(xiàn) FAI 中腓骨長肌的激活百分比比健康對照組增加約 13%，且腓骨長肌激活時(shí)間更為早，持續(xù)興奮時(shí)間更長。不僅如此，他們還證實(shí)在行走過程中，F(xiàn)AI 的脛骨前肌、腓骨長肌、股直肌、股二頭肌和臀中肌的激活時(shí)間比健康對照組更早。

學(xué)者們對 FAI 患者下肢肌肉電生理的研究中，不僅著眼于腓骨長肌活性的改變，其它肌肉的改變也同樣受到關(guān)注。Koldenhoven 等通過收集分析 10 例 FAI 的患者在最適狀態(tài)下行走的 sEMG 數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在足跟著地時(shí)，F(xiàn)AI個(gè)體的脛骨前肌和腓腸肌內(nèi)側(cè)肌活性增加，且在站立相后期到擺動(dòng)相的運(yùn)動(dòng)過程中，臀中肌的肌肉振幅也增加，這提示 FAI 患者為了維持下肢的穩(wěn)定，需要增強(qiáng)更多肌肉活性。

向后行走 ( BW ) 是一種與常規(guī)向前行走 ( FW ) 相比具有額外復(fù)雜性的步態(tài)活動(dòng)，即使對健康個(gè)體來說，這也可能是一項(xiàng)新穎且具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。BW 給平衡和運(yùn)動(dòng)帶來了獨(dú)特的挑戰(zhàn)，因此引起了很多研究人員了解 FAI人群在 BW 時(shí)肌肉的變化的興趣。一項(xiàng)對 16 例 FAI 的實(shí)驗(yàn)組與 16 名健康人群的對照組進(jìn)行病例對照研究的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)他們以自己選擇的舒適的步速分別執(zhí)行 FW 與BW 的任務(wù)，在 BW 步態(tài)中腓腸肌在早期站立時(shí)最活躍，且 FAI 組和健康對照組在 BW 期間具有相似的肌肉活動(dòng)模式。由此可推斷，BW 任務(wù)可以通過增加下肢肌肉的收縮強(qiáng)度來保持運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定，從而起到康復(fù)目的。

2.跳躍：在跳躍過程中，身體能夠保持穩(wěn)定與靈活，很大程度取決于下肢肌肉的功能狀態(tài)及協(xié)調(diào)配合。踝關(guān)節(jié)及其周圍肌肉、韌帶的主要作用是緩沖及減少外力負(fù)荷對機(jī)體的沖擊。踝關(guān)節(jié)在落地前，通過翻轉(zhuǎn)角度，使機(jī)體能穩(wěn)定著陸，若足跟著地的位置不當(dāng)，會增加踝關(guān)節(jié)扭傷的風(fēng)險(xiǎn)。因此，踝關(guān)節(jié)及其周圍結(jié)構(gòu)對保持機(jī)體的穩(wěn)定起著重要作用。

踝關(guān)節(jié)損傷常常發(fā)生于高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)，故研究人員通常設(shè)計(jì)在起跳落地任務(wù)下，觀察肌群激活的反應(yīng)時(shí)間、先后順序、姿勢平衡控制及下肢關(guān)節(jié)活動(dòng)角度等。

通過不同的研究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，一部分學(xué)者認(rèn)為，在跳躍任務(wù)中 FAI 患者較多的表現(xiàn)為腓骨長肌肌肉活動(dòng)明顯減少。例如 Jarugool 等在設(shè)計(jì)單腿跳躍任務(wù)實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)FAI 患者的足跟在接觸地面之前，其腓骨長肌活動(dòng)減少，且周圍肌肉通過減少脛骨前肌的活動(dòng)來適應(yīng)這種改變，以保持關(guān)節(jié)穩(wěn)定。高曉娟等對 FAI 患者進(jìn)行振動(dòng)訓(xùn)練后發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)組身體的平衡協(xié)調(diào)能力有顯著提升，并伴有腓骨長肌內(nèi)、外側(cè)及脛骨前肌的反應(yīng)時(shí)間縮短。

然而，肌肉收縮的減少可能會加重踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定，故大部分研究者認(rèn)為，在下落的減震過程中，踝關(guān)節(jié)處于骨穩(wěn)定性較差的跖屈位時(shí)，更多肌肉激活是維持踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定必不可少的條件。Hyunsoo 等在報(bào)道中闡明，在跳躍過程中，當(dāng)腳跟著地時(shí)，腓骨長肌的肌電振幅增加，這可能反映了在足跟著陸需要腓骨長肌通過增加自身肌肉的收縮來增加近端關(guān)節(jié)的屈曲幅度，使足跟在著地的過程中避免過度內(nèi)翻，從而動(dòng)態(tài)保護(hù)踝關(guān)節(jié)。Kim 等認(rèn)為，完成單腿起跳任務(wù)和雙腿側(cè)切運(yùn)動(dòng) ( 即雙腿呈水平展開，進(jìn)行左右單腿交替搖擺動(dòng)作 )，需要腓骨長肌的振幅增大，且活性增加，并伴有背屈力量減弱、跖屈力量的增加。跳躍時(shí)的這些改變的目的可能是通過增加跖屈力矩，來緩解跳起著陸過程中，地面的垂直反作用力對踝關(guān)節(jié)的沖擊，以此來保持姿勢平衡。猜測 FAI 患者在進(jìn)行高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)中，機(jī)體啟動(dòng)代償機(jī)制，增加肌肉收縮避免活動(dòng)中損傷。

3.星偏移運(yùn)動(dòng)：大多數(shù)反復(fù)踝關(guān)節(jié)損傷的患者常在動(dòng)態(tài)活動(dòng)中伴有姿勢控制能力不佳的問題。姿勢控制能力是完成所有運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)，保持軀干的平衡穩(wěn)定往往需要多系統(tǒng)的共同配合，如視覺、前庭覺和本體感覺等，其中任意一個(gè)功能出現(xiàn)紊亂，都會導(dǎo)致機(jī)體對一側(cè)控制能力的減退，從而表現(xiàn)為“打軟腿”、跌倒等。

為了了解 FAI 人群姿勢控制缺陷與下肢肌肉變化的關(guān)系，人們設(shè)計(jì)了星偏移平衡測試 ( star excursion balance test，SEBT )。SEBT 是一種常用的動(dòng)態(tài)姿勢評估工具，通過向 8 個(gè)不同的方向伸展下肢，記錄肢體在每一個(gè)方向上的肌肉激活情況。先前已有研究證明了 SEBT 能夠區(qū)別健康組與 FAI 組的動(dòng)態(tài)姿勢控制。

Jaber 等進(jìn)行了 SEBT 發(fā)現(xiàn)，當(dāng)單腿固定且另一條腿在前、后外側(cè)及后內(nèi)側(cè)三個(gè)方向分別做偏離運(yùn)動(dòng)時(shí)，常出現(xiàn)重心不穩(wěn)、站立側(cè)腳離地等肢體不穩(wěn)的現(xiàn)象，肌電結(jié)果也顯示，F(xiàn)AI 脛骨前肌及臀大肌振幅減小，而臀中肌活性沒有差異，這說明臀部和腳踝肌肉活動(dòng)的減弱可能會影響軀體保持平衡的能力。Gribble 等的報(bào)道稱，經(jīng) SEBT發(fā)現(xiàn)，CAI 患者與健康對照組相比，姿勢控制能力下降，作者認(rèn)為其變化可能是由于近端肌肉活動(dòng)的改變，使膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)的屈曲角度減小，導(dǎo)致在 SEBT 中肢體可達(dá)到的距離減小。但他們的研究沒有測量具體的肌肉活動(dòng)，所以限制了對 FAI 患者神經(jīng)肌肉控制能力的充分認(rèn)識。

4.踝外翻運(yùn)動(dòng)：腓骨肌是一條穿過距下關(guān)節(jié)外側(cè)的肌肉，可以使腳在距下關(guān)節(jié)處外翻，是控制下肢運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵肌，其調(diào)節(jié)反射為保持踝關(guān)節(jié)平衡起到重要作用，實(shí)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)外翻與背屈。然而 FAI 患者在肌電圖上常表現(xiàn)出較弱的外翻肌肉活動(dòng)。一部分學(xué)者認(rèn)為，過度的踝關(guān)節(jié)外翻與踝關(guān)節(jié)損傷常?；橐蚬AI 患者踝關(guān)節(jié)突然外翻時(shí)，腓骨肌活性較正常人之間的變化常常受到學(xué)者們的青睞。Ahn 等通過人為在踝關(guān)節(jié)上施加外翻張力，并用強(qiáng)度傳感器和肌電傳感器接收張力與肌電信息，分析得出外翻時(shí) FAI 患者的腓骨長肌和腓骨短肌選擇性激活減少的結(jié)論。但是一部分學(xué)者發(fā)現(xiàn)外翻肌肉的興奮性的提升對維持踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定有一定的積極作用。裴子文等通過神經(jīng)電刺激治療 FAI 患者后發(fā)現(xiàn)，在做外翻等離心運(yùn)動(dòng)時(shí)，實(shí)驗(yàn)組的穩(wěn)定性更好，并伴有外翻肌群肌電信號增強(qiáng)，肌力增加。黃墩兵等通過設(shè)計(jì)隨機(jī)對照實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，通過增強(qiáng)腓腸肌收縮的最大肌力可以改善肌肉活動(dòng)時(shí)的平衡能力。

腓骨肌作為踝關(guān)節(jié)外翻的原動(dòng)力，有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，可以通過研究腓骨肌的潛伏期來幫助臨床醫(yī)師更好地認(rèn)識造成關(guān)節(jié)不穩(wěn)定的原因。腓骨肌潛伏期為從給予刺激開始，到產(chǎn)生動(dòng)作之間所需要的時(shí)間。Fernandes 等在研究中表明，在突然外翻運(yùn)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)AI 組與健康組的腓骨肌潛伏期之間沒有差異。Eechaute 等的實(shí)驗(yàn)也表明，F(xiàn)AI 患者腓骨長肌的潛伏期和運(yùn)動(dòng)反應(yīng)時(shí)間也沒有延遲。但之前有研究表明，腓骨肌的反應(yīng)時(shí)間與人群類別息息相關(guān)，例如 Lofvenberg 等發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)AI 組同側(cè)腓骨肌的潛伏期明顯長于健康對照組。在踝關(guān)節(jié)處于不同內(nèi)翻角度著地時(shí)，患側(cè)遠(yuǎn)端肌肉和近端肌肉的同側(cè)短潛伏期降低。這些差異可能不同程度地來自實(shí)驗(yàn)方案、受試對象、實(shí)驗(yàn)技術(shù)等多個(gè)方面，其關(guān)聯(lián)性也待進(jìn)一步討論及研究。

三、小結(jié)與展望

目前，大多學(xué)者已在步行、跳躍、踝關(guān)節(jié)內(nèi)外翻、下肢離心運(yùn)動(dòng)等多個(gè)運(yùn)動(dòng)模式下對 FAI 進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述，綜合 sEMG 的數(shù)據(jù)分析得出，F(xiàn)AI 與下肢肌肉的激活情況密切相關(guān)。通過將 FAI 人群與健康人群在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的步態(tài)及表面肌肉電生理進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn) FAI 患者在不同狀態(tài)下的改變集中體現(xiàn)在腓骨長肌、腓骨短肌、脛骨前肌、腓腸肌等關(guān)鍵肌肉中，以及下肢關(guān)鍵肌肉的激活情況、肌肉的收縮強(qiáng)度和興奮時(shí)的持續(xù)時(shí)間，對維持姿勢的穩(wěn)定與保持自身的平衡協(xié)調(diào)功能具有重要意義。這些發(fā)現(xiàn)可以為 FAI 疾病的診斷、運(yùn)動(dòng)處方的制訂以及康復(fù)治療的效果提供更加直觀的依據(jù)。

反復(fù)的踝關(guān)節(jié)損傷可能由多種不同因素所致，分析肌肉運(yùn)動(dòng)時(shí)的協(xié)調(diào)及配合情況也需要收集更多的肌電數(shù)據(jù)，不僅局限于以往的肌肉震動(dòng)幅度及預(yù)期激活時(shí)間等，所以還需要進(jìn)一步完善臨床實(shí)驗(yàn)研究。雖然 sEMG 有一系列的優(yōu)點(diǎn)，但仍存在信號不穩(wěn)定、傳輸數(shù)據(jù)延遲、測試時(shí)皮膚毛發(fā)產(chǎn)生電阻等技術(shù)問題，需要在制訂研究方案時(shí)采用相應(yīng)的方法加強(qiáng)和完善，使數(shù)據(jù)結(jié)果更加的具有說服力。