踝關節被動牽拉角度與跟腱和足底筋膜硬度的生物力學關系研究

劉春龍，黃佳鵬，秦鹍，朱毅，張志杰

跟腱(Achilles tendon，AT)是跟骨與跖肌、腓腸肌和比目魚肌之間的纖維組織，不僅可以被動傳遞肌肉力矩至骨骼跖屈踝關節，而且可以提供力學緩沖以預防肌肉損傷[1-2]。而足底筋膜(plantar fascia，PF)起于跟骨結節內側，縱向前行參與構成足縱弓，作用是提供穩定支撐和吸收震動[3]。兩者共同對人體的步行和運動起著重要作用。研究表明扁平足者足底筋膜炎發病率較高[3]，而扁平足亦是跟腱炎的危險因素之一[4]。此外，有研究發現，AT中部是跟腱撕裂的好發部位[5-6]。因此，從生物力學角度研究不同的踝關節被動牽拉角度對于AT和PF的作用有其重要性和必要性。MyotonPRO數字化肌肉狀態檢測儀是一種能夠定量測量肌肉、肌腱和筋膜力學特性(即張力、硬度和彈性)的手持式探頭設備，其在肌肉[7-9]、肌腱[10]應用的可行性均得以證實，Pruyn等[10]對MyotonPRO數字化肌肉狀態檢測儀評估跟腱的信度進行了研究，發現俯臥位時其重復信度ICC=0.72，具備評估跟腱的可行性。

本研究應用MyotonPRO數字化肌肉狀態檢測儀對不同踝關節被動牽拉角度下的AT、PF硬度進行評估，旨在探討AT、PF硬度和踝關節被動牽拉角度之間的關系，從生物力學角度為跟腱炎和足底筋膜的發病機制、預防和治療提供一定的參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料 2017年4月～2017年5月于廣州中醫藥大學招募志愿者31例。納入標準：研究前6個月無跟腱損傷和足跟疼痛病史；無步態異常；無下肢手術史；未服用任何影響肌張力的藥物；無其他神經、肌肉和骨科疾病; 踝關節活動度均能達到背伸25°。所有志愿者對本研究知情同意。受試者一般資料如下：男16例，女15例；男性平均年齡(24.13±1.89)歲；身高(172.53±6.10)cm；體重(64.63±7.39)kg；BMI(21.76±1.69)kg/m2。女性平均年齡(21.67±0.62)歲；身高(157.43±3.76)cm；體重(52.14±8.82)kg；BMI(21.09±3.12)kg/m2。男性和女性一般資料比較差異無統計學意義。

1.2 方法 研究采用MyotonPRO數字化肌肉狀態檢測儀(Muomeetria有限公司，愛沙尼亞，歐盟)。受試者俯臥位，膝關節充分伸展，上肢自然平放于身體兩側，雙足自然懸垂于檢查床邊緣。AT定位于跟腱附著點以上0cm、3cm和6cm[11]，PF定位于第1、2趾之間縱線與跟骨下緣前側的交點[12]，皆用筆在體表進行標記。休息5min后，告知受試者盡量放松，由一名康復治療師用關節角度尺測量踝關節角度，另一名康復治療師將MyotonPRO測試端垂直置于標記點，先后測量-50°(踝跖屈50°)和0°(踝生理位)時AT和PF的硬度值，以及25°(踝背伸25°)時PF的硬度值(25°時AT硬度過高，超出MyotonPRO測量范圍，故在此角度不測量；踝關節角度不采用隨機化以避免踝背屈對于AT、PF硬度的延滯效應)[13]。每個角度測量3次，每次休息1min，取平均值。

2 結果

膝關節伸展位，被動牽拉踝關節0°時，男、女性AT 0cm、3cm和6cm處的硬度均較-50°時明顯增加(P<0.01)，且3cm和6cm處的硬度增長率大于其在0cm處(P<0.01，P<0.05)；相同踝關節角度下，男女性AT硬度大小為 0cm>3cm>6cm(P<0.05，0.01)；此外，被動牽拉至0°時，AT 6cm處硬度為男性高于女性(P<0.05)。見表1。

PF硬度則在-50°至0°、0°至25°過程中均逐漸增加(均P<0.05)。見表2。

性別 n角度AT0cmAT3cmAT6cm男性 16-50°651.96±112.75c538.81±87.48444.00±100.00b0°1113.90±60.46ab1050.17±80.76a917.90±134.66acd增長率75.32%98.84%f113.00%f女性 15-50°635.31±106.42c487.29±130.26412.31±79.99b0°1127.91±81.54ac1018.67±67.08a820.09±74.53ac增長率82.33%123.08%e104.65%e

與-50°時比較，aP<0.01；與AT 3cm時硬度比較，bP<0.05，cP<0.01；與女性AT相同位置比較，dP<0.05；與AT 0cm硬度增長率比較，eP<0.05，fP<0.01

性別n-50°0°25°男性16469.90±100.17a526.46±84.53588.50±105.81a女性15435.36±91.58a483.02±97.61569.07±123.82a

與0°時PF硬度對比，aP<0.05

3 討論

AT是人體最大、最重要、功能最多的肌腱之一，亦是人體中過度使用導致損傷的好發部位，AT損傷將嚴重影響人體的日常活動、工作和運動[4]。而且有研究發現跟腱撕裂發病率呈不斷的上升趨勢[14]。足底筋膜炎是引起足跟下部疼痛的最常見疾病[15]，足底筋膜炎的發生將大大降低患者的生活體驗。因此，研究踝關節被動牽拉對AT、PF的力學作用機制具有重要的臨床意義。

應用MyotonPRO測量AT硬度過程中，由于跟腱橫截面積較小，受力過程中硬度增量非常大，踝關節25°時AT的硬度超出MyotonPRO硬度檢測上限，故無法獲得25°時AT的硬度值。本研究主要發現：①AT 0cm、3cm和6cm以及PF的硬度隨著踝背伸程度的增加而增加；②踝關節背伸過程中，AT在3cm和6cm的硬度增長最為明顯，是AT撕裂好發于跟腱中段的原因之一；③相同踝關節角度下，AT硬度呈從遠端到近端遞減的趨勢。AT在0cm、3cm和6cm的硬度隨著踝背伸程度的增加而增加，且男性和女性AT硬度表現一致。這與其他學者應用剪切波彈性超聲的研究結果相吻合[16-18]。因此，當對踝關節進行緩慢持久的牽拉時，能夠有效地對其起到牽拉作用。此外，針對跟腱炎病癥，可以通過跖屈踝關節來緩解和治療AT疼痛。有研究證明，整骨手法(osteopathic manipulative treatment，OMT)通過跖屈踝關節有效地減少AT所承受的應力，進而減少疼痛感受器的活動，達到減輕跟腱炎患者疼痛的目的[19]。

被動背伸踝關節對AT在3cm、6cm處的硬度增長作用最為明顯，說明被動背伸踝關節主要作用于AT的3cm和6cm，提示過度踝背伸容易造成AT的3～6cm處發生撕裂。有研究表明，無跟腱病史人群通常在反復突然地跳躍和沖刺活動中突發AT撕裂，因其需要強大的推動力，踝關節過度背伸且劇烈用力，AT受力迅速增大，容易造成AT的3～6cm處撕裂，3～6cm是跟腱撕裂的好發部位[5-6]。這與本研究的結果相一致。此外，AT中段是AT最為脆弱的一部分，其血供最差，易于受損且較難恢復，加之背伸踝關節對于AT的牽拉主要作用于3cm和6cm，提高了AT 3～6cm處撕裂的發病率[20-21]。總之，被動牽拉踝關節對于AT 3cm和6cm出的作用最為明顯，從生物力學角度有效地解釋了AT撕裂好發于跟腱3～6cm處的原因。

PF硬度隨著踝關節背伸程度的增加而增加，說明被動牽拉踝關節能夠有效牽拉PF，一方面提示緩慢持久的踝背伸能夠放松PF以減輕疼痛，另一方面提示過度背伸踝關節或劇烈運動容易損傷PF，長期發展將誘發足底筋膜炎。

相同踝關節角度下，男性和女性的AT硬度大小均為0cm>3cm>6cm，呈從遠端到近端遞減的趨勢。Slane等[22]應用剪切波彈性超聲評估健康年輕和中年的跟腱，結果表明，跟腱的順應性呈從遠端到近端逐漸增加的趨勢。Helfenstein-Didier等[2]的研究結果同樣如此。

PF硬度與性別無直接聯系，而踝關節0°時AT在6cm處的硬度存在性別差異，說明性別對于肌肉、筋膜的影響具有獨立性，且受踝關節角度和位置的影響，這提示對AT行MyotonPRO檢測時，應充分考慮探頭定位和踝關節角度，并將性別因素納入考慮范圍之內。但由于樣本例數較小，需擴大樣本例數，對性別與硬度的關系展開進一步的研究。

本研究選取俯臥位，上肢自然平放于身體兩側，雙足自然懸垂于檢查床邊緣，測量前休息5min，測量過程中囑受試者盡量完全放松，目的在于使肌肉充分放松，以確保實驗數據的可靠性；男女性受試者BMI分別為(21.76±1.69)kg/m2、(21.09±3.12)kg/m2，均處于正常值18.5～23.9kg/m2范圍內。但是，本研究仍然存在一定的局限性。首先，本研究對于AT硬度的測量定位于AT 0cm，3cm和6cm，無法排除AT長度和男女性AT長度對于實驗結果的影響；其次，本研究選取-50°，0°和25°三個角度進行測量，缺乏對踝跖屈或踝背伸過程中AT硬度變化情況的觀察；最后，受試者均為健康青年，因此本研究的實驗結果僅能說明踝關節角度對于健康青年AT和PF硬度的影響。進一步的研究應著眼于增加AT測量長度、踝關節角度梯度，以及擴大受試者年齡范圍。

綜上所述，膝關節伸展位下，背伸踝關節能夠有效地對AT和PF進行牽拉，且對于AT在3cm和6cm的牽拉作用最大，是造成AT中段易于撕裂的原因之一，另外，AT的硬度呈從遠端到近端遞減的趨勢，此外，對AT行MyotonPRO檢測時，應注意探頭定位、踝關節角度和性別因素。但由于樣本量小，后續的研究應著眼于擴大樣本例數，建立與性別和年齡相關的健康人群AT、PF硬度計算模型，從而為評估健康人群AT、PF硬度的變化趨勢，以及為跟腱炎和足底筋膜炎的早期診斷提供有效的幫助。

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