前交叉韌帶損傷并發或不并發髕股關節軟骨損傷等速角度力矩曲線的差異

廣東省人民醫院（廣東省醫學科學院），廣東廣州市 510080

前交叉韌帶(anterior cruciate ligament,ACL)損傷[1-3]及重建術后[4]，半月板和軟骨損傷及術后[5]常發生肌力下降。2018 年膝關節疼痛和運動障礙(半月板和軟骨損傷)證據指南[5]推薦，半月板撕裂和關節軟骨病變的患者在基線和出院時或其他1 個隨訪點進行股四頭肌最大的主動等長或等速力量測試。等速肌力測試有助于評估患者膝關節的狀態以及ACL重建術后康復的進展[6]，最常用的指標是由膝關節伸肌和屈肌肌群獲得的峰力矩[7]。

近年來很多定量分析技術可用來研究等速力矩曲線的特征，如統計參數描記法[8]、小波分析法[6]、主成分分析法[9]和算術平均數[10]等。這些方法能更詳細比較不同屈曲角度力矩以及屈伸比的細節變化，減少信息丟失[11-12]。之前的研究未考慮多結構損傷對等速曲線的影響，只有Iacono 等[13]的等速曲線定性分析考慮了ACL損傷并發半月板損傷的因素，但未考慮已知的髕股關節軟骨損傷對力矩曲線的影響[14]。目前尚未發現研究ACL并發軟骨損傷對等速角度力矩影響的相關文獻。

本研究通過比較不同速度下ACL損傷并發或不并發髕股軟骨損傷患者的等速角度力矩曲線差異，探討ACL并發髕股軟骨損傷的角度力矩曲線特征，改進等速數據定量分析，為臨床康復治療方案提供初步研究依據。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧分析2018 年9 月至2019 年9 月行膝關節鏡探查并在術前行等速肌力測試的患者，選取年齡、性別、半月板損傷相匹配的ACL損傷并發和不并發髕股關節軟骨損傷的患者各17例。

納入標準：①18～55 歲，男女不限；②體質量指數18～30 kg/cm2；③既往患膝無手術史；④不伴有側副韌帶或者后交叉韌帶損傷；⑤不伴有血管神經損傷；⑥無關節粘連，主被動關節活動度>110°；⑦骨骺發育成熟，下肢力線正常(內翻或外翻<5?)。

排除標準：①急性期，有明顯腫脹；②并發除ACL損傷外的多條韌帶損傷或下肢骨折；③并發其他影響力量的疾病，如神經損傷或者病變；④過去6 個月內接受過膝關節手術；⑤患有自身免疫性疾病或其他疾病引起骨關節炎或軟骨損傷；⑥嚴重的關節強直或纖維化；⑦對側膝關節存在肌肉骨骼損傷；⑧不能按要求完成評估；⑨并發心腦血管、肝、腎、內分泌和造血系統嚴重原發性疾病，研究者認為不宜入選，如有或有發生高血壓的風險，頸動脈和冠狀動脈疾病；⑩情緒及精神異常。

兩組性別、年齡、身高、體質量、病程、半月板損傷無顯著性差異(P>0.05)。見表1。

本研究已經獲得廣東省人民醫院(廣東省醫學科學院)倫理委員會批準〔No.粵醫科倫理2019639 H(R1)〕。

1.2 方法

分別進行膝關節健、患側等速和等長的屈伸測試。

1.2.1 等速測試

采用ISOMED 2000 等速肌力測試訓練系統(德國)。患者取舒適端坐位，屈髖屈膝，膝關節處于中立位置，并以皮帶固定好下肢各個關節。先健側，再患側，測試前熱身5 min。先在180°/s角速度下行最大努力屈伸測試10 次，再在60°/s 角速度下行最大努力屈伸測試5次，組間休息1 min。

表1 兩組一般資料比較

角度力矩曲線的數據處理：原始數據是以5 ms的時間單位進行力矩輸出，根據之前等速曲線分析的研究[8]，速度<150°/s(180°/s 測試時)或者<50°/s(60°/s 測試時)時，記為數值缺失，通過兩點插值方法對角度缺失數據進行填充，計算出1°遞增的平均力矩結果。所有力矩數據進行標準化計算(力矩/體質量)。

1.2.2 等長測試

參考Czamara 等[15]的方案，采用等長測試模塊進行等長屈伸測試。屈膝等長測試：膝關節在30°位(0°為伸直位)進行兩次最大用力屈膝。伸膝等長測試：膝關節在70°位，進行兩次最大用力伸膝。每次收縮維持6 s，最大力矩一組用于數據分析。所有力矩數據進行標準化計算(力矩/體質量)。

1.2.3 膝關節鏡探查術

常規建立前內前外入路，刨刀清理視野，觀察髕股軟骨、滑車、股骨內外側髁軟骨、脛骨平臺軟骨，及內、外側半月板，前后交叉韌帶走行。軟骨損傷分級采用國際軟骨修復協會(International Cartilage Re-pair Society,ICRS)分級：0 級，正常；1～2 級，損失不超過50%；3 級，損傷超過50%；4 級，損傷至軟骨下骨。

1.3 統計學分析

采用SPSS 19.0 進行統計學分析。計量資料符合正態分布，采用()表示，采用獨立樣本t檢驗比較組間每1°遞增力矩差異。計數資料組間比較采用χ2檢驗。顯著性水平α=0.05。

2 結果

2.1 等速肌力

180°/s 下，兩組間健側和患側屈膝力矩比較均無顯著性差異(P>0.05)。見圖1。兩組間健側伸膝力矩比較無顯著性差異(P> 0.05)，患側伸膝力矩在88°～90°有顯著性差異(P< 0.05)，余角度均無顯著性差異(P>0.05)。見圖2。

60°/s 下，兩組間健側屈膝力矩在62°～82°有顯著性差異(P< 0.05)，余角度均無顯著性差異(P> 0.05)；兩組間患側屈膝力矩比較無顯著性差異(P>0.05)。見圖3。兩組間健側和患側伸膝力矩比較均無顯著性差異(P>0.05)，但無軟骨損傷的伸膝力矩有高于髕股軟骨損傷的趨勢。見圖4。

視覺分析：在180°/s 屈伸力矩曲線的起始階段都會出現一個曲線變化，而60°/s 呈倒“U”形的平滑曲線。

圖1 兩組180°/s屈膝力矩曲線比較

2.2 等長肌力

髕股軟骨損傷組患側等長伸膝力矩小于無髕股軟骨損傷組(P< 0.05)。兩組間患側等長屈膝及健側屈、伸力矩比較無顯著性差異(P>0.05)。見表2。

表2 兩組等長屈伸力矩比較(0.1 N·m/kg)

圖2 兩組180°/s伸膝力矩曲線比較

圖3 兩組60°/s屈膝力矩曲線比較

圖4 兩組60°/s伸膝力矩曲線比較

3 討論

等速力矩曲線異常是指局部峰力矩大量背離正常情況，小或大的光滑曲線中斷，力量產生或者力量下降時出現曲線凹陷或者抖動，力量增加之后突然減少，斜率方向快速改變，雙峰曲線，中部關節活動度出現平臺等[13]。Anderson 等[14]采用視覺分析方法對髕股疼痛綜合征患者的定性分析發現，曲線異常(30°/s)的陽性預測值為70%，陰性預測值為15%。Ayalon等[16]對ACL術后患者進行兩次測試，通過兩名檢查者區分等速曲線特性的定性分析(60°/s)，發現等速力矩曲線定性分析是一種有效評估工具。Ikeda 等[17]發現，ACL 損傷的患者向心收縮時快速下降曲線特征明顯，離心收縮時凹陷的特征明顯(30°/s)。Dauty等[18]對籃球運動員的跳躍特征進行定性分析，發現43例有“跳躍膝”歷史記錄，其中35 例表現為“駝峰”曲線(60°/s)，該曲線的敏感性和特異性分別為81.3%和100%。以上研究的結論都來源于低速測試(< 60°/s)，對高速(180°/s以上)曲線特征并無描述。

Afzali 等[19]采用多項式回歸分析的方法處理歸一化及平均化后的力矩曲線，來區分正常曲線和ACL損傷的異常曲線，發現患者組健側與志愿者的股四頭肌力矩曲線特征在60°/s角速度下相同，而在180°/s角速度下不相同；明確了正常的60°/s 等速力矩曲線呈倒“U”形，而180°/s的曲線特征不明確。該研究與本研究結果相似。本研究還發現，在180°/s 等速力矩曲線的起始階段會出現一個快速變化的曲線，并不成倒“U”。在180°/s角速度測試時患側伸膝力矩曲線在88°～90°差異顯著，這是由等速肌力測試設備及算法的缺點導致。在等速測試中由于杠桿臂的加速和減速而在初始和結束關節活動度處影響力矩值的計算[7,20-21]，這部分的數據通常是通過算法來彌補，最簡單的算法是兩點插值法。在6°～84°(60°/s)和20°～70°(180°/s)之間獲得的力矩數據更可靠[9]，所以本試驗所有屈伸膝末端的結果都不在研究范圍中。

有文獻報道[14]，在30°/s等速測試中，所有髕股關節疼痛綜合征患者的測試結果存在角度力矩曲線異常；隨后的關節鏡檢查發現16例髕股關節疼痛綜合征患者中，14 例有髕股和/或髕股關節軟骨表面病變。本研究也發現，ACL損傷并發髕股軟骨損傷較不并發髕股軟骨損傷患者的等長伸膝力量更差，60°/s伸膝力量有較差的趨勢，而180°/s 伸膝力量無顯著差異，即速度越低力量差距越顯著，與以上研究結果相似。Anderson 等[14]研究發現，80%髕股關節疼痛患者30°/s的曲線異常，但未報道軟骨損傷情況。之前有研究認為[14]，等速力矩曲線異常與股四頭肌抑制有關。本研究推斷不同速度股四頭肌力矩差異可能是一種中樞驅動的保護策略。健康個體運動速度越低，肌肉募集越多，對關節的壓力就越大。在軟骨損傷患者中，通過降低股四頭肌收縮水平來減少關節反作用力，減少對周圍神經、下方關節囊和滑膜以及髕股關節的關節軟骨的壓力水平，從而減輕疼痛。對于髕股軟骨損傷的患者高速運動可能導致更少的股四頭肌抑制，達到更好的訓練效果。同時本研究發現，60°/s 下，62°～82°健側屈膝末端力量更好，這可能是屈膝伸膝轉換過程中，髕股軟骨損傷組更傾向充分屈膝來增加髕股關節接觸區域，將減小的關節反作用力分布在更大的表面區域上。但由于髕股軟骨本身結構性的損傷，患側力矩曲線不能表現出差異，而健側受到中樞驅動的影響，表現在屈膝末端力量更好。未來應該更詳細研究中樞驅動對膝關節損傷的等速力矩曲線異常的作用機制。

綜上所述，本研究發現，180°/s 等速力矩曲線的起始階段會出現一個曲線變化，而60°/s 的曲線是倒“U”的平滑曲線；ACL 損傷并發髕股軟骨損傷較不并發髕股軟骨損傷患者的等速運動速度越低，力量差異越顯著；并發髕股軟骨損傷的ACL損傷患者訓練力量時建議采用高速運動。本研究還存在不足之處：①樣本量較少，半月板和軟骨并發損傷病例較多，單純軟骨損傷并發ACL損傷的患者較少；同時由于損傷的病程較長，繼發軟骨損傷還是外傷導致的軟骨損傷也無法明確，可能對研究結果帶來影響；②健側肢體的損傷情況未經過磁共振檢查或者關節鏡探查，可能導致結果出現偏差；③等速測試中最大用力程度目前無標準判斷，可能導致結果出現偏差。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。