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女子运动员前交叉韧带损伤:损伤机制和危险因素-Ⅲ

时间:2014-01-02 09:01:00  来源:Timothy E.H等,许贻林译  访问量:6719

生物力学

ACL损伤机制的视频分析 在一个回顾性分析中Boden概括出了与大多数ACL损伤相关的身体位置。在竞技体育比赛中的针对ACL损伤的视频分析暗示了一个常见的非接触性ACL损伤相关的身体位置:即胫骨外旋,膝关节接近完全伸直,足着地和减速并紧接着外展坍塌(图3)。Teitz等通过视频分析报道在她所检查的ACL损伤中的大部分发生在这一相似的位置。在竞技比赛当中,男性和女性运动员均暴露在这种常见的身体连接。然而,带有足够的神经肌肉控制,膝关节的稳定性在竞技比赛中可以被保持以避免损伤ACLTeitz等也指出当身体重心落后于并且偏离支撑面(足与地面的接触面积)时ACL损伤最为常见。Olsen报道在手球运动中动态外展是最为常见的损伤机制。




3 下肢动态外展并联合所有的下肢三关节平动和旋转的例子。这潜在性地包括髋关节内收和内旋,膝关节外展,胫骨外旋和前向移动以及踝关节外翻。


矢状面机制:前向剪切力

膝关节 文献报道的性别对膝关节屈角的影响变化较大。例如,在完成变向动作过程中,女性运动员在支撑期与男子运动员相比膝关节屈角较小。然而,McLean发现在运动员完成相似的动作时没有性别差异出现。在变向动作和对事先没有预料的视觉提示做出反应的过程中Ford等也没有发现在膝关节屈方面存在的差异。Husto等发现从60厘米而不是20里面高度跳下着地的起始接触时刻膝关节屈角明显减小。然而,FagenbaumDarling发现女子运动员着地时膝关节屈角要显著大于男子运动员。因此,关于是否与男性运动员相比女子运动员在着地和变向时膝关节屈角更大尚没有一致的结论。两面的证据暗示女性的膝关节屈角接近或等于男性的膝关节屈角。

Hewett报道在那些随后经受了ACL和没有损伤的女子运动员之间在碰撞时有相似的膝关节屈角。在这两群人之间最大屈膝幅度是相等的。此外,着地时膝关节屈角不能预测AC的损伤风险。然而,与那些未损伤的运动员相比,ACL损伤运动员的最大膝关节屈角减小10°。McNair报道ACL损伤发生在屈膝20°和完全伸膝之间。利用视频分析,Olsen等和Boden等报道ACL发生在膝关节接近伸直状态(0°和 30°屈)。利用动态骨骼肌肉模型,McLean证明了最大的前向拉力永远都不可能超过造成ACL断裂所需要的负荷。相反,外展负荷达到了足以让韧带断裂的程度。而且,相对于男性来说在女性当中这种负荷更经常出现。这些作者得出结论称在变向动作过程中膝关节矢状面的力不足以让ACL产生断裂。相似地,Pflum等利用模拟模型预测了在着地过程中ACL的受力情况。他们发现在贯穿整个着地过程中膑腱和胫股关节力将前向剪切力作用到小腿上。但是,这些力被限制传递到ACL上最大力的后向剪切力弱化了。这些作者得出结论认为股四头肌的肌力不足以让ACL断裂;而且,与McLean等人类似外展载荷可能产生足够大的力从而让ACL发生断裂。

髋关节 Hewett等报道与那些没有出现ACL的运动员相比随后经历损伤的女子运动员的髋关节在矢状面内的力矩有差异。与没有受伤的运动员相比,那些ACL损伤运动员的髋关节力矩最大峰值屈更大。据Zazulak报道在完成单腿着地动作过程中与男子运动员相比女子运动员的臀大肌活动水平下降。DevitaSkelly检查了在软和硬两种着地方式(膝关节分布屈< 90°和 > 90°)下的地面反作用力。在软着地过程中,下肢肌肉吸收19%以上的身体动能;髋关节伸肌群离心收缩吸收整个动能的22%Decker等报道在着地过程中由于女子运动员髋关节肌群吸收地面反作用力减弱导致她们的下肢经历了较高的地面反作用力。与那些在更大程度上利用髋关节肌群去吸收能量的男子运动员相反,女子运动员通过采用让膝关节和踝关节吸收更多动能的策略着地。因此,髋关节控制可能是ACL损伤的机制之一;然而,在得出这一结论之前需要进行大量关于髋关节神经肌肉控制的研究。

踝关节 踝关节的运动学差异可能导致ACL损伤率性别差异的出现。研究表明踝关节角度的变化影响关节力、力矩和肌肉的激活模式。对于患有ACL损伤的女子运动员其踝关节在矢状面内的位置没有很好的描述;还需要进一步的研究。


ACL损伤增加的冠状面机制

膝关节 ACL损伤率的性别差异受冠状面的关节运动和力矩的强烈影响。在尸体、活体和计算机模拟实验当中,膝关节动态外展载荷与ACL扭伤的增加之间的联系得以证实。膝关节的生理性动态外展力矩显著地增加胫骨前移以及ACL的负荷到达几倍之多。在这篇评论中外展或动态外展以及动态下肢外展被交替使用并不局限于膝关节而是指所有下肢三关节平动与旋转的联合;特别是髋关节内收和内旋,膝关节外展,胫骨外旋和前移以及踝关节外翻。

一个联合生物力学和流行病学的前瞻性研究表明膝关节外展力矩(外翻力矩)和外展角是预测未来ACL损伤风险的重要指标。这些参数直接贡献于下肢动态外展和膝关节载荷并有73%的敏感性和78%的专项性来预测ACL损伤风险。与未发生ACL损伤的受试者相比ACL损伤组受试者的膝关节外展角大8°。对于ACL损伤的运动员,膝关节外展角与垂直地面反作用力的峰值相关联。膝关节屈角不是预测ACL未来损伤的重要指标。因此,在已受伤的受试者中观察到的增大的外翻可能是ACL断裂机制的重要组成部分。

利用高精确度和可重复使用的3D运动分析技术,Ford等人报道与男子运动员相比当准备进行变向动作时女子运动员的膝关节外展角更大。然而,膝关节屈角没有呈现性别差异。膝关节外展角的性别差异暗示着下肢在冠状面内动态神经肌肉控制的改变。这些运动学上的差异可能体现了膝和髋内收肌和外展肌收缩模式的性别差异。

髋关节 在着地过程中髋关节角度是膝关节碰撞力的重要决定因素。女性拥有包括增加的股直肌放电和减少的臀大肌放电在内的与性别相关的肌肉收缩模式上的神经肌肉不平衡。重复进行高危险的动作并伴有在横截面内不足够的髋关节运动控制可能导致外展坍塌和ACL的断裂。Ford等人报道在着地过程中髋关节稳定性会出现优势侧同非优势侧之间的差异。女性着落地时优势侧的外侧髋关节内收增加而髋关节屈角减小。神经肌肉力量、柔韧性和协调性的两侧不平衡可能是ACL损伤风险增加的重要预测因素。增加的两侧差异和减小的髋关节肌群激活水平可能增加膝关节外展并可能造成非接触性ACL损伤。

对女子运动员来说髋关节外展肌可能在控制过度的外展运动和力矩方面扮演着重要的角色。着地减速和控制动态外展能力的增加可能与肌肉的力量和募集水平有关。在着地过程中女子运动员的外侧髋关节内收力矩更大。这种髋关节内收力矩的增加可能暗示在完成动态动作过程中女性很难控制其髋关节,特别是抵抗外展运动。运动链环节之间的动态耦合与不平衡的髋关节外展/内收肌肉激活水平相结合可能让女性膝关节在着地时处在动态外翻位置。

踝关节 踝关节外翻是与ACL损伤率的性别差异相关的一个潜在影响因素。Ford等证实在变向动作的支撑阶段与男子运动员相比女子运动员的最大踝关节外翻幅度更大。膝关节外翻应力,胫骨前移和ACL载荷的增加来自于过度的外翻。这一结果部分是由于足旋前与胫骨内旋的耦合。在足外翻和胫骨内旋之间有接近线性相关关系存在。在支撑后期当踝关节外翻和胫骨旋转相结合时外翻位置可能增加。然而,踝关节对ACL损伤的冠状面机制的贡献还是相对不清晰的。


ACL损伤的横截面机制

膝关节 膝关节内外旋运动和力矩可能是ACL损伤的机制。 Besier等人检查了在有预知和没有预知两种情况下两个不同角度的变向动作。他们报道在没有预知的变向动作中膝关节内外旋增加并标明在这种情况下非接触性损伤的风险加大。在有预知和没有预知两种情况下完成变向动作过程中下肢肌肉的激活水平有差异。据报道,没有预知情况下的变向动作肌肉激活增加10% 25%

髋关节 对女子运动员来说髋关节是动态关节稳定性的重要控制者。近侧端稳定肌群激活水平的下降可能会改变载荷仍受能力并导致膝关节在横截面,矢状面和冠状面承受更高的每单位体重负荷。据Lephart等人报道与男子运动员相比在着地过程中大学女子运动员展现了更大的髋关节峰值角位移。臀大肌是髋关节的外旋肌,伸肌和外展肌。在女子运动员进行动态动作过程中它在控制髋关节过度旋转中扮演着重要的角色。Zazulak等报道在着地过程中女子运动员的臀肌EMG水平显著低于男子运动员。这些观察到的髋关节内旋的加大和减小的髋关节肌肉激活水平可能增加那些与ACL扭伤相关的负荷。

踝关节 据报道与控制组受试者相比在ACL损伤的病人中通过舟骨下降所测量的距下关节内旋加大。但是另外一些研究否定了这一发现。踝关节对于ACL损伤的横截面机制的贡献尚不清晰而且对于未来的研究来说这是一个广泛开放的领域。

事先没有预知的情境和动作 快速的、事先没有预知的变向经常被引用为非接触性ACL断裂的一般机制之一。例如在团体手球中,接近80%ACL损伤发生在足触地和变向动作过程中或者跳跃动作的着地过程中。在篮球比赛中高危险的动作(如变向、旋转和着地)几乎占到70%。这些动作典型地不会是事先计划或提前预知的;因为在比赛过程中运动员必须对球或防守球员作出反应。Ford等报道在完成没有预知的变向动作过程中下肢外翻展呈现性别差异。Besier等发现在没有预知的动作中内外翻和内外旋增加并表明在这种情况下非接触性膝关节损伤的可能性增加。在一个针对团体手球项目的损伤机制研究中,Olsen等确定ACL损伤最常发生在足触地和变向的机制以及起跳射门的单腿着地过程中(图4)。这可能是第二个最为常见的机制。另外一些攻击性的损伤发生在向前跑或没有变向的单腿着地减速时。姿势的调整和反射性响应可能受动作预知的影响而改变。在高风险的体育运动中没有事先预知的情况下用来调整姿势的有限时间可能是ACL损伤的机制之一。



4 团体手球项目ACL损伤的损伤机制:一个系统的视频分析。来自于Olsen等人。


之前的损伤史

之前的损伤史是预测未来损伤风险最好的单一因子。这一概念可以应用到ACL损伤以及其它一些常见的损伤当中。然而对于ACL而言,对侧膝关节的受伤比同侧膝关节再次受伤更加常见。据Shelbourne等人报道 在26ACL损伤病人中中有1人的对侧ACL发生了撕裂;而38例中只有一人的同侧膝关节再次撕裂。在一个小的、基于视频分析的ACL损伤的回顾性群组研究中,Boden等人报道10%的人经历了双侧损伤。

Dunn等在一大群年轻的经常运动的病人中(>6000)研究了ACL重构对ACL再次损伤风险的影响。他们发现接受ACL手术重构组的再次手术的比例明显低于那些没有接受手术处理的ACL损伤病人。低龄化是导致后来ACL重构的非手术管理失败的最强有力的预测因子。然而,目前尚缺乏客观的数据表明ACL损伤可以通过重构来加以预防。膝关节或下肢以前的损伤史可能是一个好的预测未来ACL风险的因子。


结论

女性运动员增加的ACL损伤率可能是一个多因素的骨骼肌肉失调。本文中没有讨论的潜在因素(如遗传)可能扮演的角色。此外,来自许多领域的损伤数据表明许多身体和心理参数会影响损伤率。尽管男子和女子运动员之间ACL损伤率的差异可能是多因素的;但是神经肌肉控制可能对损伤风险非常重要而且是最有可能加以调控的因素。尽管注意力应该放在那些可以调整的领域上来;在这些领域内可以发展一些有效的干预措施。但是,也应该继续探究那些更难加以调整的因素的相对影响。对处于青春期的运动员来说这一研究显得特别地要。对于这些人来说,在这一时期解剖学和激素上发育将出现显著性的变化。如果在身体发育的适当阶段引入干预措施,那些可以改变被动的关节松弛和减少处于高危险的女子运动员的动态稳定性并在这一人群中潜在性地产生高损伤率的骨骼肌肉变化可能得到调控。

有研究表明针对女子运动员的神经肌肉训练可以在实验室中增加积极的膝关节稳定性并降低她们在场地上的ACL损伤率。神经肌肉训练促进神经肌肉的适应;这些适应教会运动员采用更安全的肌肉前支撑和中支撑激活模式来利用关节稳定性模式(图5)。这一训练可以让女子运动员在做动作的过程中采取减少关节移动和保护ACL避免高的冲量载荷的肌肉募集策略。然而,对可以调控的机制的一个更清晰的识别可能会在增加对高危险运动员的筛查以及有针对性的干预处理那些增加女子运动员ACL损伤风险的特定机制方面发挥潜能。


5 三种动态神经肌肉训练的例子:超等长(快速伸缩复合式)训练、单腿平衡训练和干扰训练。


本文译自Hewett T E等人的 Anterior Cruciate Ligament Injuries in Female Athletes Part 1, Mechanisms and Risk Factors. The American Journal of Sports Medicine, 2006, Vol. 34, No. 2, P 299-311.