前交叉韧带损伤与重建术后的等速肌力评价

中国康复医学杂志,2006年,第21卷,第5期 ChineseJournalofRehabilitationMedicine,May2006,Vol.21,No.5 ·综述· 前交叉韧带损伤与重建术后的等速肌力评价 * 高 凯 1 王予彬 2 王惠芳 3 前交叉韧带(anteriorcruciateligament,ACL)损伤是常见 的膝关节损伤之一,ACL是限制胫骨前移和胫骨内旋的重要 结构,并具有本体感受器的功能,对维持膝关节稳定具有重要 作用。ACL损伤后股四头肌和腘绳肌肌力发生明显改变,影响 膝关节运动功能,并可导致膝关节不稳定和退行性变。明确这 些肌肉肌力的变化对制订康复治疗和预防 ACL损伤,具 有重要意义。等速肌力测试精确定量关节周围肌力,对评价各 种运动系统伤病具有重要作用。随着ACL损伤的日益增多, ACL损伤的康复和手术治疗得到了很大发展,对ACL损伤后 和ACL重建术后的等速肌力评价研究日益深入。国外对ACL 损伤与重建术后的等速肌力评价已广泛开展,并对髌腱和腘 绳肌腱重建ACL术后的肌力进行比较研究,由于等速肌力评 价仪器价格昂贵,目前国内尚无ACL重建术后的等速肌力评 价的研究报道,ACL损伤的等速肌力评价亦极少。本文综述 近年来 ACL损伤后和韧带重建手术后等速肌力评价的研究 进展。 1 等速肌力评价方法 可采用不同的测试进行等速肌力评价:等速向心肌 力测试、等速离心肌力测试;并选择不同运动角速度:60°/s为 慢速测试,120°/s为中速测试,主要用于肌力的测试,180°/s 为快速测试,主要用于肌肉耐力的测试。 等速肌力评价的常用指标有:峰力矩,代表肌肉收缩产 生的最大肌力。峰力矩角度,代表肌肉收缩的最佳用力角度。 峰力矩体重比,可用于不同体重的个体之间的肌力比较。指 定角度的峰力矩值。总作功。平均关节活动范围。腘绳肌/股 四头肌肌力比率(hamstring/quadricepsratio,H/Q比率),代表 膝关节屈肌和伸肌的肌力平衡情况。 2 ACL损伤的等速肌力评价 对ACL损伤患者进行等速肌力测试发现,患膝屈肌、伸 肌肌力在各种运动速度(60°/s、120°/s、180°/s)的峰力矩值均 明显下降,其中伸肌肌力的下降更为明显,患侧 H/Q比率较 健侧略偏高[1]。发生这种肌力改变的原因有:ACL损伤后的废 用性肌萎缩,来自于 ACL的本体感受信息中断,持续的膝关 节疼痛和渗出的刺激,以及韧带重建手术的干扰,这些信息 经膝关节周围的感受器传入中枢神经,可能使运动神经元和 高级中枢的神经控制发生改变,并对膝关节周围的肌力产生 明显的影响,最终导致膝关节的肌力平衡发生改变[2]。H/Q比 率的改变能够用于指导 ACL损伤和手术后的康复[3],为提高 ACL损伤后膝关节的稳定性,制订康复计划时,应同时加强 股四头肌和腘绳肌的肌力训练。恢复或改变ACL损伤及韧带 重建人群的 H/Q比率,对运动员恢复高水平的运动能力和预 防再损伤,可能具有重要意义[4]。 以往均用等速向心腘绳肌峰力矩/向心股四头肌峰力矩 (H/Q)比率来评价膝关节屈伸肌的肌力平衡。但膝关节的伸 肌和屈肌产生峰力矩的角度截然不同:屈膝 60°—70°时,伸 膝肌产生伸膝峰力矩;屈膝 10°—20°时,屈膝肌产生屈膝峰 力矩。这与等长收缩时肌力随角度的变化是一致的:随着伸 膝角度的加大,屈膝肌占支配,H/Q比率增大。肌肉的动态收 缩过程中,用分别在不同屈膝和伸膝角度产生的峰力矩来计 算出单一的 H/Q比率值,是不符合生理状态的。在不同膝关 节角度(不同于峰力矩的角度)或收缩类型(离心或向心收 缩)测试时,即使膝关节的肌力平衡发生了很大变化,单一的 H/Q比率值也不一定有改变。因此最近有些学者提出了功能 比率:动态肌力控制比率(dynamiccontrolratio,DCR)的概 念,计算 H/Q比率时,应当用膝关节动态运动中,各个不同角 度对应的离心腘绳肌肌力/向心股四头肌肌力比率来代表伸 膝功能,向心腘绳肌肌力/离心股四头肌肌力比率代表屈膝功 能,因为在动态运动过程中,当主动肌(或原动肌)处于向心 收缩,同时拮抗肌(或稳定肌)为离心收缩。这种 H/Q比率符 合实际运动中的膝关节功能,更能反映膝关节屈肌和伸肌的 协同收缩模式[5-7]。ACL损伤患者的DCR尚无正常值。 Gibson等[1]对18例单侧慢性ACL损伤患者测试发现,与 健侧下肢相比,ACL损伤侧下肢的股四头肌和腘绳肌峰力矩 值显著降低;患侧的离心腘绳肌/离心股四头肌比率、向心腘 绳肌/离心股四头肌比率均显著大于健侧下肢;然而,离心腘 绳肌/向心股四头肌比率,患侧下肢和健侧近似。表明ACL损 伤后,股四头肌的离心肌肉活动比其向心肌肉活动受到的影 响更大,肌肉的协调策略可能发生了改变,以维持正常的肢 体活动。 3 ACL重建术后的等速肌力评价 对重建 ACL移植物的选择目前仍有争论,尽管骨-髌 腱-骨移植被认为是 ACL重建手术的“金标准”,但已发现术 后可能有股四头肌肌力减弱、髌股关节疼痛和髌腱炎的缺 点,所以最近国内外越来越多地采用四股半腱肌腱和股薄肌 腱重建 ACL,因其较少发生供体局部的并发症。髌腱和腘绳 肌腱是目前两种最流行的自体移植物,有大量的临床研究比 较这两种方法重建 ACL术后,以及康复治疗后的疗效,以往 多采用患者主观功能、临床症状体征和关节动度计测量膝关 节松弛度作为评价标准。ACL重建后即使膝关节恢复了良好 *基金项目:上海市重点学科建设项目资助(T0901) 1 上海体育学院运动科学系,上海市,200438 2 上海同济大学附属东方医院骨科 3 上海同济大学附属东方医院康复科 作者简介:高凯,男,硕士,主治医师,讲师 收稿日期:2005-09-07 467 中国康复医学杂志,2006年,第21卷,第5期 ChineseJournalofRehabilitationMedicine,May2006,Vol.21,No.5 的稳定性和充分的活动范围,但如果肌力没有完全恢复,不 能认为达到了ACL重建的目标。最近已有报道结合临床和等 速肌力测试的结果,对ACL重建后的疗效进行综合评定,通 过了解采用不同移植物重建 ACL后的肌力缺陷情况,来指 导移植物供区的选择。更重要的是,如果明确ACL重建术后 膝关节周围的肌力缺陷情况及 H/Q比率的改变,就可据此调 整术后康复计划,以纠正这些肌力不平衡,或将肌力不平衡 降到最小程度。这不仅可改善患者的功能,而且能预防再伤。 3.1 骨-髌腱-骨重建ACL术后及康复后的等速肌力评价 研究报道自体骨-髌腱-骨移植重建 ACL术后,经康复 治疗,术后随访时间6个月—9年,患侧下肢股四头肌和腘绳 肌的肌力恢复至健侧下肢的 80%—90%,但仍较健侧低[8-11]。 Kobayashi等[8]报道,测试 1组 36例自体骨-髌腱-骨重建 A- CL术后患者股四头肌和腘绳肌的等速肌力,腘绳肌肌力恢 复较快,术后 6个月时,腘绳肌肌力即已恢复至健侧的 90%, 但股四头肌肌力恢复缓慢,术后 2年时,股四头肌肌力才恢 复至健侧的 90%;年龄、性别、活动水平和膝关节前向松弛度 (胫骨前移)对肌力恢复均无影响,但有膝前痛的患者肌力恢 复延迟,术后 2年时,膝前痛阴性组肌力为健侧的 92.8%,显 著高于膝前痛阳性组(肌力为健侧的 83.5%),认为手术后膝 前痛是影响术后股四头肌肌力恢复的危险因素。Osteras等[9] 亦报道ACL重建术后6个月时,腘绳肌力的恢复较股四头肌 明显快。因此,在骨-髌腱-骨重建ACL术后康复中更加注意 增强股四头肌肌力,改进手术后康复计划、减少髌股关节疼 痛的发生,有助于更快恢复膝关节功能和提高疗效。 3.2 腘绳肌腱重建ACL术后及康复后的等速肌力评价 既往认为采用自体腘绳肌腱重建 ACL后,腘绳肌腱组织 能够再生并可恢复良好的功能,因此对腘绳肌的功能影响很 小,但最近切取腘绳肌腱导致术后的屈膝肌力和胫骨内旋肌 力的降低已得到广泛关注,目前对腘绳肌腱重建 ACL对术后 腘绳肌功能的影响尚有争论。有学者报道切取半腱肌腱和股 薄肌腱重建 ACL术后的腘绳肌力正常[12-13],其依据为膝关节 屈伸肌的峰力矩正常,但单纯根据峰力矩来评定膝关节功能 是不够的,还应采用其他参数来评价,如指定角度的峰力矩 值、胫骨内旋肌力、H/Q比率(包括 DCR)、平均关节活动范围 (主动屈膝角度),晚近多数研究报道切取腘绳肌腱重建 ACL 术后的屈膝肌力和胫骨内旋肌力降低[14-22]。 Tadokoro等[15]和 Eriksson等[16]分别报道采用腘绳肌腱移 植重建 ACL术后 2年和 6个月的患者,用磁共振(magnetic resonanceimaging,MRI)评价腘绳肌腱再生情况,并测定等速 腘绳肌肌力和股四头肌肌力,结果发现,MRI显示尽管 75% 以上的患者有半腱肌腱再生,但不论腘绳肌腱是否有再生, 手术侧下肢的等速腘绳肌肌力和股四头肌肌力均显著低于 健侧下肢。并有研究报道[14,19,21]采用自体腘绳肌腱移植重建 ACL术后 1—3年患者,手术侧下肢的胫骨内旋肌力仍显著 低于健侧下肢。 有学者进一步研究了切取腘绳肌腱数目,对 ACL重建术 后屈膝肌力和胫骨内旋肌力的影响:单纯切取自体半腱肌腱 移植,或半腱肌腱加股薄肌腱移植。Nakamura等[17]评价 1组 术后2年患者的主动屈膝角度、腘绳肌峰力矩、屈膝 90°屈力 矩(代表在高度屈膝时的屈力矩)及伸肌峰力矩,结果表明, 在屈膝 90°时,半腱肌腱移植组和半腱肌腱加股薄肌腱移植 组比较,两组的患侧屈肌肌力恢复,较在产生峰力矩的屈膝 角度时差;双膝屈肌峰力矩比值和屈膝 90°时的屈肌力矩,两 组间无显著差异;站立时的平均最大屈膝角度,半腱肌腱加 股薄肌腱移植组明显小于半腱肌腱移植组。Adachi等[18]评价 另 1组术后 2年患者的腘绳肌功能,结果证明,半腱肌腱移 植组与半腱肌腱加股薄肌腱移植组相比,两组患者的峰力矩 值和总功与正常膝关节无显著差异;但切取的腘绳肌腱越 多,主动屈膝角度丧失越大,而且峰力矩角度变得越小,表明 切取腘绳肌腱后,引起在高度屈膝时腘绳肌肌力的减弱(屈 膝角度越大,峰力矩越小)。Tashiro等[20]报道,采用自体半腱 肌腱移植或半腱肌腱加股薄肌腱移植重建 ACL术后 18个月 时,两组间的临床结果无差别,两组均无等速腘绳肌峰力矩 的显著降低,但当患者屈膝超过 70°时,两组的等速和等长腘 绳肌肌力均显著降低;术后 18个月时,半腱肌腱加股薄肌腱 移植组的肌力明显低于半腱肌腱组。 Gobbi等[19]和 Segawa等[21]分别报道采用自体半腱肌腱移 植或半腱肌腱加股薄肌腱移植重建 ACL术后 3年和 1年患 者,主观功能评分,临床表现,膝关节松弛度,屈肌、伸肌及外 旋肌力,半腱肌腱移植组与半腱肌腱加股薄肌腱移植组间无 显著差异;但半腱肌腱加股薄肌腱移植组的胫骨内旋肌力降 低显著大于半腱肌腱移植组。 Hiemstra等[6]报道用DCR图可灵敏地鉴别正常对照和腘 绳肌ACL重建术后患者,伸膝和屈膝时,与正常对照组相比, ACL重建组的DCR都减小了42%;在高度屈膝时的所有角 速度,伸膝肌力均降低,但在较高的角速度时最低;在膝关节 活动度的中部,角速度从慢速到中速时,屈膝肌力降低。腘绳 肌重建 ACL后的 H/Q比率或 DCR的改变代表了伸膝肌、屈 膝肌或它们同时发生的肌力变化,表明 ACL断裂和重建后, 膝关节的神经肌肉平衡确实发生了改变。而用传统的峰力矩 值并不能鉴别这些肌力改变。 以上结果表明,切取自体半腱肌腱和股薄肌腱移植重建 ACL,引起胫骨内旋肌力、在高度屈膝时的腘绳肌肌力的显著 降低和主动屈膝角度的减小。半腱肌和股薄肌具有使胫骨内 旋的作用,腘绳肌具有协同 ACL防止胫骨前移的作用,若腘 绳肌力降低,这种作用将削弱;当胫骨外翻、外旋时,易发生 ACL损伤,切取腘绳肌后胫骨内旋肌力减弱,将增加 ACL损 伤的机会。因为采用半腱肌腱移植与半腱肌腱加股薄肌腱移 植重建ACL没有明显的临床疗效差别,而半腱肌腱和股薄肌 腱是胫骨内旋的重要结构,切取后的功能难以代偿,所以如 果切取的半腱肌腱的质量能达到重建手术的要求,应当只切 取 1根肌腱—半腱肌腱,保留股薄肌腱,以将切取肌腱后的 肌力降低和功能障碍减少到最小程度。因此,在制订腘绳肌 腱重建ACL的术前和术后的康复治疗计划时,应更加注重增 强高度屈膝时的肌力。对一些从事特殊运动项目,如柔道、摔 跤、体操的运动员,在高度屈膝时需要强大的膝关节屈肌肌 力;以及一些需要重复进行胫骨旋转的运动项目,如足球、篮 球、排球、高山滑雪的运动员,可能不适宜采用自体腘绳肌腱 移植重建ACL。 468 中国康复医学杂志,2006年,第21卷,第5期 ChineseJournalofRehabilitationMedicine,May2006,Vol.21,No.5 3.3 骨-髌腱-骨与腘绳肌腱重建 ACL术后及康复后比较的 等速肌力评价 临床随机对照研究对采用自体骨-髌腱-骨移植与腘绳 肌腱移植重建ACL术后患者的等速肌力进行比较,大多数研 究报道两种方法重建 ACL的临床结果和股四头肌肌力无明 显差别 [23-28],腘绳肌腱重建 ACL术后屈膝肌力降低[23,25,26,28]。 Torry等[24]报道 1组采用自体腘绳肌腱或骨-髌腱-骨移植重 建ACL患者,术后18—89个月时,腘绳肌腱组胫骨内旋力矩 明显低于骨-髌腱-骨组和对照组,骨-髌腱-骨组和对照组的 胫骨内旋力矩无差异;骨-髌腱-骨组胫骨外旋力矩明显低于 腘绳肌组和对照组。表明自体腘绳肌腱移植重建ACL后患者 明显残余胫骨内旋肌力不足,自体骨-髌腱-骨移植重建 ACL 后患者明显残余胫骨外旋肌力不足。其机制可能是:主要的 胫骨外旋和屈膝肌是股二头肌,切取腘绳肌腱后的股二头肌 适应性肥大,以补偿屈膝肌力的减弱,同时也增强了外旋肌 力。骨-髌腱-骨重建 ACL后的患者残留胫骨外旋力矩减弱 的原因尚不明确,有待于进一步研究。 Gobbi等[27]比较用骨-髌腱-骨和腘绳肌腱重建 ACL后男 女运动员的疗效,术后 3年时,骨-髌腱-骨组,男女之间无差 别;腘绳肌腱组,女运动员的膝关节松弛度显著高于男运动 员,女运动员的膝关节屈肌和伸肌峰力矩显著低于男运动员。 腘绳肌腱重建ACL后女运动员肌力的恢复与男运动员不同, 其机制可能与女运动员的动态神经肌肉控制不平衡有关[29]。 文献报道 ACL重建术后患者的等速肌力评价结果的不 一致,可能与采用的测试仪器、测试方法、随访时间、术后康 复治疗方案不同有关。 4 小结 ACL损伤与重建术后的肌力平衡发生明显的改变。大多 数研究结果表明,切取自体半腱肌腱和股薄肌腱移植重建 A- CL,引起胫骨内旋肌力、高度屈膝时的腘绳肌肌力的显著降 低,自体骨-髌腱-骨移植重建 ACL术后患者的股四头肌肌 力减弱。今后应进行各种移植物重建ACL术后长期随访的肌 力评价研究,以明确其远期疗效,并用以指导 ACL损伤与韧 带重建术后的康复治疗,对肌力平衡在ACL损伤和韧带重建 术后的运动员达到最佳运动水平中的作用,亦需深入研究。 参考文献 [1] GibsonA,LambertM,DurandtJ,etal.Quadricepsandham- stringspeaktorqueratiochangesinpersonswithchronicante- riorcruciateligamentdeficiency[J].JOrthopSportsPhysTher, 2000,30(7):418. [2] BonfimTR,JansenPC,BarelaJA.Proprioceptiveandbehavior impairmentsinindividualswithanteriorcruciateligamentre- constructedknees[J].ArchPhysMedRehabil,2003,84(8):1217. [3] DesnicaBakracN.Dynamicsofmusclestrengthimprovement duringisokineticrehabilitationofathleteswithACL rupture andchondromalaciapatellae[J].J SportsMedPhysFitness, 2003,43(1):69. [4]PaternoMV,MyerGD,FordKR,etal.Neuromusculartraining improvessingle-limbstabilityinyoungfemaleathletes[J].JOr- thopSportsPhysTher,2004,34(6):305. [5] CoombsR,GarbuttG.Developmentsintheuseoftheham- string/quadricepsratiofortheassessmentofmusclebalance[J]. JSportsScienceMed,2002,1(1):56. [6] HiemstraL,WebberS,MacDonaldP,etal.hamstringandquadri- cepsstrengthbalanceinnormalandhamstringanteriorcruciate ligament-reconstructedSubjects[J].ClinJSportMed,2004,14(5): 271. [7] RochcongarP.Isokineticthighmusclestrengthinsports[J]. AnnReadaptMedPhys,2004,47(6):274. [8] KobayashiA,HiguchiH,TerauchiM,etal.Muscleperfor- manceafteranteriorcruciateligamentreconstruction[J].IntOr- thop,2004,28(1):48. [9] OsterasH,AugestadL,TondelS.Isokineticmusclestrength afteranteriorcruciateligamentreconstruction[J].ScandJMed SciSports,1998,8(5):279. [10]LiuAT,TauntonJE,MacIntyreD,etal.Theeffectsofpropri- oceptiveorstrengthtrainingontheneuromuscularfunctionof theACLreconstructedknee[J].ScandJMedSciSports,2003,13 (2):115. [11] JarvelaT,KannusP,LatvalaK,etal.Simplemeasurements inassessingmuscleperformanceafteranACLreconstruction [J].IntJSportsMed,2002,23(3):196. [12] ColombetP,AllardM,BousquetV,etal.Anteriorcruciate ligamentreconstructionusingfour-strandsemitendinosusand gracilistendongraftsandmetalinterferencescrewfixation[J]. Arthroscopy,2002,18(3):232. [13]SimonianP,HarrisonS,CooleyVJ,etal.Assessmentofmor- bidityofsemitendinosusandgracilistendonharvestforACL reconstruction[J].AmJKneeSurg,1997,10(2):54. [14] ArmourT,ForwellL,LitchfieldR,etal.Isokineticevaluation ofinternal/externaltibialrotationstrengthaftertheuseof hamstringtendonsforanteriorcruciateligamentreconstruction [J].AmJSportsMed,2004,32(7):1639. [15] TadokoroK,MatsuiN,YagiM,etal.Evaluationofhamstring strengthandtendonregrowthafterharvestingforanteriorCru- ciateligamentreconstruction[J].AmJSportsMed,2004,32(7): 1644. [16] ErikssonK,HambergP,JanssonE,etal.Semitendinosusmuscle inanteriorcruciateligamentsurgery[J].Arthroscopy,2001,17(8): 808. [17] NakamuraN,HoribeS,SasakiS,etal.Evaluationofactive kneeflexionandhamstringstrengthafteranteriorcruciatelig- amentreconstructionusinghamstringtendons[J].Arthroscopy, 2002,18(6):598. [18] AdachiN,OchiM,UchioY,etal.Harvestinghamstringten- donsforACLreconstructioninfluencespostoperativehamstring muscleperformance[J].ArchOrthopTraumaSurg,2003,123(9): 460. [19] GobbiA,DomzalskiM,PascualJ,etal.Hamstringanterior cruciateligamentreconstruction[J].Arthroscopy,2005,21(3):275. [20] TashiroT,KurosawaH,KawakamiA,etal.Influenceofme- dialhamstringtendonharvestonkneeflexorstrengthafter anteriorcruciateligamentreconstruction[J].AmJSportsMed, 2003,31(4):522. [21] SegawaH,OmoriG,KogaY,etal.Rotationalmuscle strengthofthelimbafteranteriorcruciateligamentrecon- struction using semitendinosus and gracilis tendon[J]. Arthroscopy,2002,18(2):177. [22]CoombsR,CochraneT.Kneeflexorstrengthfollowinganterior cruciateligamentreconstructionwiththesemitendinosusand gracilistendons[J].IntJSportsMed,2001,22(8):618. [23]DautyM,TortellierL,RochcongarP.Isokineticandanteriorcruci- ateligamentreconstructionwithhamstringsorpatellatendon graft[J].IntJSportsMed,2005,26(7):599. [24] TorryM,DeckerM,JockelJ,etal.Comparisonoftibialrota- tionstrengthinpatients'statusafteranteriorcruciateligament reconstructionwithhamstringversuspatellartendonautografts [J].ClinJSportMed,2004,14(6):325. [25] HiemstraL,WebberS,MacDonaldP,etal.Kneestrength deficitsafterhamstringtendonandpatellartendonanterior cruciateligamentreconstruction[J].MedSciSportsExerc,2000, 32(8):1472. [26] WitvrouwE,BellemansJ,VerdonkR.Patellartendonvs.dou- bledsemitendinosusandgracilistendonforanteriorcruciate ligamentreconstruction[J].InternationalOrthopaedics,2001,25 (5):308. [27]GobbiA,DomzalskiM,PascualJ.Comparisonofanteriorcru- ciateligamentreconstructioninmaleandfemaleathletesus- ingthepatellartendonandhamstringautografts[J].KneeSurg SportsTraumatolArthrosc,2004,12(6):534. [28] AuneA,Holm I,RisbergM,etal.Four-strandhamstring tendonautograftcomparedwithpatellartendon-boneautograft foranteriorcruciateligamentreconstruction[J].Am JSports Med,2001,29(6):722. [29] DuganSA.Sports-relatedkneeinjuriesinfemaleathletes[J]. AmJPhysMedRehabil,2005,84(2):122. 469