不同類型貼扎對急停時膝關節的影響

劉立，張庭然，羅炯，周佰富，歐陽一毅，羅之柱

1.西南大學體育學院，國家體育總局體質評價與運動機能監控重點實驗室，重慶市400715；2.西南大學運動康復研究所，重慶市400715

目的 探討不同類型膝關節貼扎對急停動作的生物力學機制，以預防膝關節損傷。

方法 2017年3月至5月，對8例男性大學生采用運動學、動力學及肌電同步測試方法，獲取傳統貼扎、肌內效貼及無貼扎下，膝關節急停時的相關生物力學參數。

結果 無貼扎時，水平力峰值(F=3.131,P＜0.01)及水平負荷率(F=2.912,P＜0.05)最大，水平力峰值出現時間最晚(F=5.144,P＜0.001)，壓心前后位移最長(F=4.291,P＜0.01)；水平力峰值瞬間，無貼扎下膝關節屈曲程度最高(F=8.141,P＜0.01)；肌內效貼時，著地期膝關節角度變化最大(F=5.491,P＜0.05)；無貼扎時，著地期股直肌與腓腸肌肌電活動最高(F＞5.322,P＜0.01)；傳統貼扎下，45°、60°關節角主動復位誤差最小(F＞5.631,P＜0.001)。

結論 傳統貼扎及肌內效貼均能有效限制前十字韌帶前移；肌內效貼對維持膝關節最大屈曲角度更有效；傳統貼扎提供更強的膝關節支撐，但對膝關節活動度限制更強。

急停是各種運動中常見的動作，表現為突然改變運動軌跡。此時膝關節內脛骨突然前移，若韌帶與肌群沒有很好地協同，很容易造成前十字韌帶損傷；損害程度與急停的著地方式(足尖或足跟)、地面支撐反作用力大小、著地時膝關節彎曲程度、膝關節周圍肌肉收縮力和反應能力等因素密切相關[1-4]。

貼扎作為一個相對較新的運動損傷預防和治療方法，廣泛應用于全民健身、運動訓練和競賽中[5-7]。它有兩種主要類型，傳統貼扎與肌內效貼。傳統貼扎包括白貼、輕彈貼、重彈貼及其他輔助材料的綜合使用。它不需要其他輔助性工具，實用且方便。肌內效貼由日本Kenzo Kase博士發明，材質是一種具有140%伸縮性，兼具有透氣、防水、快干及粘附持久等特性的綿質貼布，輕薄且不含乳膠成分，不易引發過敏與不適，也不會因為接觸水而脫落。相較于傳統貼扎，肌內效貼可依照不同需求采用多種形狀貼布，如爪型、Y型、I型、X型等，達到不同目的。肌內效貼使用方式有兩種：一是順著肌肉收縮方向，由肌肉終端往起端貼扎，目的在放松及協助保護受傷的肌肉；另一種為逆著肌肉收縮的方向進行貼扎，目的在增強肌力與治療肌肉無力。貼扎的理論基礎與貼布彈性回縮力息息相關。貼布材質的粘性、彈性及貼扎后產生皮膚皺褶，可改變局部皮膚與肌肉間隙，從而促進淋巴及血液循環[8-9]；而裁剪成諸如爪形貼布，則類似于雙手持續輕柔地拉起皮膚進行淋巴按摩作用[6-7]。

目前常用保護前十字韌帶的膝關節貼扎有兩種，一是由重彈貼與無彈性白色貼布共同使用的傳統貼扎，另一種是使用肌內效貼。近年來，國內外對貼扎效能的研究多集中于減少肌肉骨骼傷害后的疼痛，增加關節活動度，增強肌力，提升本體感覺，消腫及促進血液循環等[10-14]。還有一些臨床應用研究，如韌帶重建后肌力恢復或肌無力患者等[15-16]。本研究觀察不同貼扎類型對膝關節在模擬急停動作下的影響。采用的股四頭肌促進貼扎法已廣泛應用于膝部沖撞、側步和練習比賽前的預防等方面，不但能提供保護與支持，還可強化肌力，提升比賽注意力。通過運動學、動力學和肌電圖同步測試獲取相關參數，探討貼扎的穩定功能、對膝關節的保護和本體感覺功能的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2017年3月至5月，體育學院體育教育專業男性本科生8例，年齡(20.15±0.87)歲，身高(174.65±4.24)cm，體質量(70.16±5.25)kg，慣用腳為左腳起跳，半年內無下肢傷害。

1.2 方法

實驗前，建立受試者基本信息庫(身高，體質量，軀干、大腿、小腿與腳掌長度)并填寫“受試者同意書”，告知受試者實驗流程及注意事項，要求受試者全身著深色緊身短褲。

受試者在1周內于實驗室完成3次測試。第1次膝關節不做任何貼扎(無貼扎組)完成相關測試；第2次對慣用腿膝關節采用白色貼布與重彈性貼布傳統貼扎(傳統貼扎組)完成相關內容；第3次對慣用腿膝關節采用肌內效貼(南京斯瑞奇醫療用品有限公司通用型產品，肌內效貼組)完成相關內容。

1.2.1 儀器設備

FR-180高速攝像機(加拿大NORPIX公司)，拍攝頻率100幀/s，拍攝距離9 m，方向與受試者矢狀面垂直，拍攝受試者急停跳動的全過程。

兩塊JP6060多維測力板。測力臺埋入式安裝，表面與跑道保持同一水平，數據采樣頻率1000 Hz。

反光標計球6個，分別粘貼于受試者頭、左肩(肩峰下1橫指)、左髖(大轉子尖上1橫指)、左膝(腓骨小頭外1橫指)、左踝(外踝尖上1橫指)和左腳第五跖趾關節(趾骨關節突出部份)。

JE-TB0810八通道無線表面肌電儀，系于受試者腰帶上，表面電極片粘貼于股直肌、股二頭肌、脛骨前肌和腓腸肌肌腹兩側。粘貼前剃毛，酒精擦拭。

同步裝置由連接多維測力平臺觸發模塊的無線同步器、連接表面肌電儀的無線同步器，以及發光二極管組成。主試者觸發同步遙控器，二極管發光，使攝像機與多維測力臺和表面肌電儀實現同步。

1.2.2 貼扎方法

1.2.2.1 傳統貼扎法

皮膚膜覆蓋；重彈貼由腓腸肌末端經前交叉韌帶向股直肌中段作S型纏繞，內、外側各1道；再用重彈貼由膝關節后側向前側作X型髕骨固定貼扎。

1.2.2.2 肌內效貼

在股直肌伸展狀況下，使用兩條Y型貼布，由近側端開始，不施拉力，一條沿股外肌側上方往下貼，另一條沿股內肌側上方往下貼，兩條貼布的分叉點都位于髕骨上方；接著在膝關節最大彎曲下，施15%～25%拉力，將Y型貼的兩個尾端沿著髕骨內外側向下貼，固定于脛骨粗隆。

1.2.3 急停動作規范

受試者站立于距第2塊測力板著地區約2 m處，身體正直，雙手插腰，慣用腳以步頻130次/min向前跨出，足跟踩至第1塊測力板起跳線(距著地區1.5 m)，向前起跳，身體重心垂直距離不超過30 cm，雙腳腳跟同時落于第2塊測力板上，同時做最大膝關節緩沖，返回原始站立姿勢。

每位受試者允許熱身活動5 min，熟悉場地和動作過程。采用平衡次序方式隨機分派受試者。急停動作測試完成后立即進行膝關節主動角度復位測試。

1.3 測試指標

1.3.1 時相劃分

將急停動作分為起跳期與著地期。起跳期指受試者慣用腳足尖離開第1測力板瞬間(力信號終止瞬間)至足跟接觸第2測力板瞬間(力信號開始瞬間)；著地期指受試者足跟接觸第2測力板瞬間至視頻解析中受試者達到身體中心位置最低的時間。

1.3.2 運動學參數

將模擬影像通過運動圖像攝取軟件轉換成數字影像數據，用動作分析系統分別點取攝像機步態動作關節標志點，通過空間坐標系統數據進行直接線性轉換，采用中國人體慣性參數模型，獲得下肢關節角度與重心位移等運動學參數。

1.3.3 動力學參數

測力板獲取的信號經放大，16頻道訊號接收盒連接A/D轉換卡傳輸至計算機，用內置分析軟件將信號低通率波(切斷頻率10 Hz)修勻，獲得受試者地面反作用力的X、Y軸分力，用體重(body weight,BW)的倍數表示，計算沖量及負荷率等動力學參數資料。

1.3.4 肌電圖

原始肌電信號經自帶軟件行低通濾波(切斷頻率10 Hz)及全波整流處理，數據絕對值化，用五點三二平滑處理，求均方根(root mean square,RMS)。

每次測試前，對受試者股直肌、股二頭肌、脛骨前肌與腓腸肌行最大自主收縮(maximum voluntary contraction,MVC)測試，實驗所獲得的肌肉電活動標準化成%MVC。每塊肌肉MVC測試間歇5 min，全部測完后休息15 min。

測試股直肌時，受試者小腿用力前踢；測試股二頭肌時，受試者俯臥位，用力屈曲小腿；測試脛骨前肌時，受試者用力勾腳尖；測試腓腸肌時，受試者坐位，用力跖屈腳尖。

1.3.5 關節主動角度復位測試

目標角度定為45°、60°和90°。受試者蒙眼并戴上耳塞，站立位(膝關節180°)，在主試者帶領下垂直蹲至目標角度，停留10 s后，回到站立位；站立位停留10 s后，受試者主動垂直下蹲至目標角度。視迅運動圖像解析系統獲取主動回復角度，計算主動回復角度與目標角度的差。

1.4 統計學分析

使用SPSS 17.0統計軟件進行數據分析。實驗數據以(±s)表示；以貼扎方法為影響因素，先進行單因素方差分析，若差異達到顯著性水平，行事后LSD多重比較。顯著性水平α=0.05。

2 結果

2.1 動力學參數

各組間著地期垂直分力第1、第2峰值均有顯著性差異(P＜0.05)。第1峰值傳統貼扎組最高，無貼扎組和肌內效貼組間無顯著性差異；第2峰值無貼扎組最高，傳統貼扎組和肌內效貼組間無顯著性差異。

各組間著地期垂直分力第1、第2峰值出現時間無顯著性差異(P＞0.05)。著地期壓力中心位移存在非常顯著性差異(P＜0.01)，無貼扎組最長，肌內效貼組次之，傳統貼扎最小。

各組間著地期垂直力負荷率、50 ms內負荷率及垂直沖量均無顯著性差異(P＞0.05)。

各組間著地期水平力峰值及峰值出現時間均有非常顯著性差異(P＜0.01)。水平力峰值無貼扎組最大，傳統貼扎組次之，肌內效貼組最小；峰值出現時間無貼扎組最晚，傳統貼扎組與肌內效貼組間無顯著性差異。

各組間著地期水平沖量無顯著性差異(P＞0.05)。著地期水平負荷率有顯著性差異(P＜0.05)，無貼扎組最高，傳統貼扎組與肌內效貼組間無顯著性差異。

見表1。

2.2 運動學參數

各組間著地期重心水平位移無顯著性差異(P＞0.05)、踝角變化、髖角變化有顯著性差異(P＜0.05)，但傳統貼扎組與肌內效貼組間無顯著性差異。

各組間著地瞬間膝角有顯著性差異(P＜0.05)，肌內效貼組最大，傳統貼扎組與無貼扎組無顯著性差異；重心最低瞬間膝角無貼扎組最大，傳統貼扎組與肌內效貼組間無顯著性差異。從著地瞬間至重心最低瞬間膝角變化無貼扎組最小、傳統貼扎組次之、肌內效貼組最大。

水平分力峰值瞬間各組間膝角有顯著性差異(P＜0.05)，無貼扎組最大，傳統貼扎組與肌內效貼組間無顯著性差異；從著地瞬間至水平力峰值出現瞬間膝角變化各組間有非常顯著性差異(P＜0.01)，無貼扎組最小，傳統貼扎組與肌內效貼組間無顯著性差異。

見表2。

2.3 肌電信號

起跳期，各組間股直肌、股二頭肌、脛骨前肌和腓腸肌肌電RMS振幅均無顯著性差異(P＞0.05)。

著地期，各組間股二頭肌和脛骨前肌肌電RMS無顯著性差異(P＞0.05)，股直肌和腓腸肌肌電RMS有非常顯著性差異(P＜0.01)。股直肌RMS無貼扎組最高，傳統貼扎組與肌內效貼組間無顯著性差異；腓腸肌RMS無貼扎組最高，傳統貼扎組次之，肌內效貼組最小。見表3。

表1 各組前跳急停下肢動力學參數比較

表2 各組前跳急停下肢運動學參數比較

表3 各組前跳急停下肢肌電RMS比較(%MVC)

2.4 本體感覺

45°和60°下，各組間膝關節主動復位差有顯著性差異(P＜0.05)，均表現為傳統貼扎組最小，肌內效貼組次之，無貼扎組最高；90°下，各組間膝關節角度主動復位差無顯著性差異(P＞0.05)。見表4。

表4 各組前跳急停后膝關節主動復位差比較(°)

3 討論

急停動作中，人體借髖、膝和踝關節屈曲緩沖向前的沖力，此時膝關節負荷很高。本研究顯示，當貼扎介入后，踝關節角幾乎沒變化，但髖關節屈曲降低，膝關節屈曲增大，提示為維持身體平衡，正常情況下多依賴髖關節屈曲；貼扎后，由于膝關節受到良好支撐，只需要較小的髖關節屈曲即可達到目的；另一方面，當地面支撐反作用力水平分力峰值出現時，膝關節屈曲角度增大。肌肉有最佳效率區間，關節活動范圍超過或低于這個范圍，肌肉都會呈現力弱狀態[17]。貼扎介入明顯增加對膝關節的支撐，使屈曲范圍增加，緩沖所受的地面反作用力。Yu等[18]認為，急停著地時，若要降低膝關節傷害風險，需要增大膝關節屈曲角度，降低膝關節向前剪力。從膝關節最大角度變化來看，傳統貼扎比肌內效貼對膝關節的限制力度大，支撐作用強，但卻不利于關節活動度。在文獻中也得到證實[19-20]。

當向前的連續動作突然中止時，人體借由彎曲下肢關節緩沖及穩定身體，在這一過程中產生朝向上方和后方的分力，向后的水平分力更為重要。本研究顯示，貼扎介入后，著地期垂直方向分力第1峰值發生在觸地初期，傳統貼扎組顯著高于無貼扎及肌內效貼組，肯定了傳統貼扎對膝關節的穩定支撐作用，但提示傳統貼扎下受試者觸地初期稍為僵硬；第2峰值發生在身體中心最低，即各關節角度變化最大的時間點。Yu等[18]研究發現，膝關節屈曲角度增大，會降低垂直分力峰值及水平分力峰值。本研究顯示，傳統貼扎與肌內效貼最大膝關節屈曲角均大于無貼扎，第2峰值小于無貼扎，與之一致。

急停是人體對抗向前力量的連續動作，該動作中過大的水平反作用力易造成下肢傷害。本研究顯示，貼扎介入后，水平分力峰值下降，表明貼扎介入可降低膝關節前十字韌帶受傷的風險。貼扎介入使受試者明顯感受對膝的支撐被強化，受試者敢于提升膝關節活動度。本研究顯示膝關節變化角在水平分力峰值出現瞬間呈著增加，表明借膝關節屈曲降低水平反作用力的成效；肌內效貼水平分力峰值負荷率最低，原因也與肌內效貼組膝關節屈曲角度最大有關。

急停著地期，身體重心向前下移動，傷害往往發生在不穩動狀態中；若身體能迅速回復穩定狀態，可相對降低傷害發生率。身體重心及壓力中心的位移代表身體的穩定情況。本研究顯示，貼扎對身體重心水平位移無顯著影響，原因可能在于，觸地瞬間身體遠在足跟后方，當膝關節屈曲時，身體必須前傾穩定身體，故膝關節屈曲最大的肌內效貼組移動量應該最大；但由于肌內效貼組同時降低了水平分力峰值，使身體向前的趨勢下降，使得重心位移無差異。壓力中心衡量全身重量的擺動狀況，本研究顯示，貼扎有利于減少壓心位移，對身體穩定有正面效應。與郭藍遠等[20]的研究結果一致。

本研究顯示，貼扎介入后，各組間起跳期主要肌群肌電活動無顯著性差異，股直肌、脛骨前肌和腓腸肌稍有放松傾向，可能是貼扎對受試者的心理安慰作用：當受試者感受到貼扎的支持作用時，心理上對接受沖擊的戒懼也許會降低，肌肉稍微放松。

本研究顯示，貼扎介入后，各組間著地期腓腸肌和股直肌肌電活動無貼扎組最大。腓腸肌主要功能是限制前十字韌帶向前移動[21-22]，貼扎介入后，膝關節穩定，前十字韌前移減少，腓腸肌招募單位減低。股直肌為股二頭肌的結抗肌，主要功能為伸膝；在急停動作中，股直肌的主要功能在于穩定膝關節，使其不會因為屈曲角度瞬間增大而導致傷害；貼扎介入后，膝關節穩定，股直肌只需招募較少單位穩定膝關節，這也進而造成膝關節有較大的屈曲角度變化量，相對降低水平分力峰值。

傳統貼扎與肌內效貼是否有利于膝關節本體感覺提升，過去一直沒有明確結論。本研究顯示，貼扎對膝關節主動復位45°和60°的能力有益，主動復位90°時，貼扎沒有明顯影響。本體感覺是確認身體位置的能力，當處于失衡狀態時，越能準確感覺身體位置，越能迅速恢復穩定狀態，降低受傷風險。傳統貼扎的強烈束縛可增加身體確認位置的記憶點，故復位誤差最小。Kalichman等[23]研究40例健康成年人傳統貼扎、肌內效貼及無貼扎對膝關節在29°、39°和49°感受器的影響時，發現肌內效貼在39°表現出最好的膝關節回復誤差。駱明瑤[24]發現，29°與49°下，膝關節感受器較為敏銳，肌內效貼對感受器的調節功能影響最小；在39°時，傳統貼扎有最穩定的表現。Aarseth等[25]研究10例健康成年人在肌內效貼介入后平衡能力的表現，發現閉眼時，有貼扎的平衡能力優于未貼扎；睜眼時則無差異。本研究結果支持部分學者的觀點，與另一些學者的結果沖突。貼扎是否有利于提升膝關節主動復位，有待于進一步探討。

綜上所述，貼扎能影響急停動作時地面支撐反作用力的垂直和水平分力，影響著地期身體穩定，對膝關節有支持、保護作用，并可能對膝關節本體覺有一定的有利影響。傳統貼扎與肌內效貼各有所長。