等长条件下膝关节肌肉力量的对比研究

等长条件下膝关节肌肉力量的对比研究

1acl损伤和重建对膝关节肌肉力量的影响膝关节前交叉韧带损伤（acl）是一种常见的运动损伤。目前对ACL撕裂或断裂的常规治疗方法是利用髌韧带重建ACL,以保持膝关节的稳定。在ACL重建术后普遍存在股四头肌萎缩和膝关节伸展力量减弱的现象,且这种现象可能持续很长时间。膝关节屈肌力量也可能下降。对ACL损伤并且未进行重建手术的病人,有报道认为膝关节屈伸力量都存在明显的减弱现象。膝关节力量下降的原因可能由于肌肉的废用(Disuse)、关节的变化、肌肉活动度的降低或神经反射的影响等多种因素,也可能意味着神经肌肉系统在ACL损伤和重建后的某种补偿机制。与人们对膝关节屈伸肌肉力量的大量研究相比,目前对ACL损伤和重建对膝关节旋内、旋外和外展、内收方向肌肉力量的影响尚不很清楚。考虑到ACL在膝关节中的倾斜位置及小腿旋内和内收时对ACL的附加载荷,ACL的损伤与手术对膝关节在这两个方向上的肌肉力量可能会有显著影响。并且,这两个方向上力量的改变可能反映出神经肌肉系统对ACL损伤和重建的补偿机制,这种补偿会随着时间而发展。同时,ACL的手术重建和康复治疗效果也会反映在肌肉相对力量的改变上。本研究的目的是通过定量测量在等长情况下膝关节在屈、伸,旋内、旋外,外展和内收等方向上的肌肉力量,对正常人、ACL急性损伤、ACL陈旧性损伤和ACL重建等样本组的情况进行对比,从而对ACL损伤和重建如何影响膝关节肌肉力量有一个定量认识。通过对ACL损伤和重建后肌肉力量的研究,有可能帮助我们了解神经肌肉系统的补偿机理,从而发展更有效的康复治疗手段。2材料和方法2.1acl损伤情况本研究共测试了来自4个组的80例数据(共54个测试对象,部分对象测试了手术前和手术后的数据)。其中ACL陈旧性损伤20例(损伤4到218个月,平均值为20个月),ACL急性损伤18例(损伤14到116天,平均值为48天),ACL手术重建19例(术后23到368天,平均值为69天),正常对照组23例。受试者年龄为32.9±7.8岁,测试对象中男性61例,女性19例。2.2膝关节自由基碳结构受试者坐在特殊设计的关节运动装置上,大腿用绑带和夹板固定在坐椅上,身体用绑带缚于坐椅靠背上以保持在实验中身体的稳定性。小腿、踝关节和脚由玻璃纤维绷带固定,并由环性夹具紧紧固定于位于小腿外侧的金属臂上。金属臂的另一端固定在一个6轴的力传感器(JR3Inc.出品,Woodland,CA,USA)上。传感器可以绕关节屈伸轴线转动并可以锁定于选定的膝关节角度,从而对膝关节肌肉等长收缩的力量/力矩进行测量。测量坐椅具有4个可调自由度,可以将膝关节屈伸轴线与传感器轴线对正。膝关节处大腿骨的内外侧骨踝由带有软垫的夹具固定。膝关节和髋关节角度分别固定于60°和85°。2.3力传感器的测量当实验装置锁定于选择好的位置后,要求受试者每次在可能的6个方向之一(屈、伸、旋内、旋外、外展或内收)完成等长的最大随意收缩(IsometricMaximumVoluntaryContraction,MVC)。力传感器同时对MVC所产生的6个方向上的力和力矩分量进行测量。这些力和力矩分量实时显示在计算机屏幕上,受试者可以借助显示的信号达到肌肉的最大自主收缩。实验中要对每个方向上的MVC进行若干次测量,并将其中的最大力矩值作为最大随意收缩力量。上述6个力和力矩信号,以及来自股内侧肌(VM)、股外侧肌(VL)、半腱肌(ST)、股二头肌(BF)、腓肠肌(LG&MG)等肌肉的肌电(EMG)信号,经截断频率为230Hz的8阶巴特沃兹型低通滤波器滤波后,以500Hz的采样频率采样后进行解耦和定标处理,从而得到关节处的力矩。2.4对比测定指标肌电信号经全波整流和低通滤波,力和力矩信号经低通滤波、解耦处理和定标处理后由传感器坐标系变换到膝关节坐标系。在分析中仅对3个力矩信号进行了对比研究。为对比不同测试对象的肌肉力量,选取3个方向的力矩比值作为对比指标进行分析,即:取旋内力矩与旋外力矩的比值、外展力矩与内收力矩的比值和屈腿力矩与伸腿力矩的比值进行研究。在对力矩比值进行方差分析中,利用ANOVA模型对不同样本组的力矩比值进行了比较,并利用Dunnett多重比较方法对每一对对照组的力矩比值进行了比较(使用了SAS统计软件包,由SASInstituteInc.,Cary,NC提供)。3结果3.1方向等的耦合力当要求测试对象完成一个方向上的最大随意收缩时,除在这个方向上会产生较大力矩外,在其它方向也会出现耦合力矩,且耦合力矩一般也比较大。特别是当MVC的方向不是在膝关节屈伸方向时,耦合力矩的相对值更大。例如,当要求测试对象完成旋内-旋外动作时,可以观察到较大的内收或外展力矩以及屈伸力矩,这说明膝关节肌肉的作用是三维的,对膝关节的稳定有很大作用。3.2acl陈旧性损伤对象的旋外力各组的旋内-旋外力矩比值如图1所示,图中条形图的高度表示各组力矩比值的平均值,竖线为各组数据的标准差(下同)。可见,正常对照组测试对象通常具有较高的旋内-旋外力矩比值,而ACL陈旧性损伤对象该方向的力矩比值较低。ANOVA检验证实,ACL陈旧性损伤组的内-外旋力矩比值显著低于正常对照组及ACL急性损伤组。其概率值(pvalue)分别为0.0078和0.0001,说明ACL陈旧性损伤组具有较强的旋外力量。ACL陈旧性损伤组的内-外旋力矩比值比ACL重建组低,但差异不显著(p=0.057)。3.3两组正常对照组与正常对照组比较如图2所示,ACL陈旧性损伤组和ACL急性损伤组的外展-内收力矩比值显著高于正常对照组。同时,ACL陈旧性损伤组与正常对照组的差异高于ACL急性损伤组与正常对照组的差异,其ANOVA检验的概率值分别为0.024和0.041,说明ACL陈旧性损伤组具有较强的外展力矩。3.4acl重建组与其他组聚合式的屈曲-伸肘和液压不足的概率比较各组屈膝-伸膝力矩比值如图3所示,ANOVA检验表明,ACL重建组的屈膝-伸膝力矩比值显著高于其他组。其概率值为p≤0.006。这表明手术后股四头肌力量的下降幅度明显大于屈肌力量的下降,与其他研究者的结论是一致的。3.5膝关节屈伸力量的变化通过对测试对象的长期跟踪,了解了ACL重建后肌肉力量在各方向上变化的情况。图4给出了一个ACL急性损伤病人手术前后约1年时间内,3个方向上肌肉力量的变化情况(该病人从损伤到手术的时间为1个月)。与手术后膝关节屈伸力量的明显下降及缓慢恢复相比,在内收、外展和旋内、旋外方向上肌肉力量的下降受手术影响较小,且恢复较快。在手术后除通常的物理治疗外,上述病人在术后按照我们的要求,对旋外和外展肌肉进行了选择性康复训练,从结果可以看到外旋肌肉力量有显著增长,这对保护ACL是有好处的。4acl损伤病人的肌肉力量和外展-内收的变化从本研究结果可以看到,在ACL损伤和重建后膝关节各方向的肌肉力量有明显改变,这种改变可能表现了病人神经肌肉系统的某种补偿机制。对这种损伤/手术带来的补偿效应的深入了解,有助于发展更有效的康复手段及对康复效果进行更精确的评估。在测试中,正常对照组表现出较强的旋内力量,而陈旧性ACL损伤病人的旋内/旋外力矩比值则较低。这表明病人在损伤后的较长适应过程中发展了较强的旋外力量,从膝关节和ACL的解剖位置来看,这种较低的旋内-旋外力矩比值,可能帮助病人放松损伤的ACL或避免膝关节处于不稳定的位置。而ACL急性损伤病人的旋内-旋外力矩比值,则与正常对照组没有显著差异。类似地,从外展-内收力矩比值也可以看到上述对照组之间的区别。ACL陈旧性损伤病人的肌肉力量比值变化(较低的内旋-外旋力矩比值和较高的外展-内收力矩比值),与对ACL损伤病人的运动学研究和肌电研究的结果是一致的,在该研究中ACL陈旧性损伤病人在运动中表现出旋外和外展的步态,控制小腿旋外和外展的肌群存在较强的肌电活动。总之,肌肉力量的变化,特别是在小腿旋外和外展方向上肌肉力量比值的变化,在一定程度上反映了ACL损伤病人在长时间的适应过程中,为放松ACL或避免