慢性踝关节不稳患者行走时运动和肌电图的肢体间不对称性

作者：朱瑶 北京积水潭医院

在最初的踝关节扭伤后，相关数量的参与者发展为慢性踝关节不稳定（CAI）。CAI患者的补偿策略可能会改变吸收运动相关力所需的肢体间对称性。因此，可能会增加受伤风险。本研究旨在比较患有CAI和没有踝关节扭伤史（非CAI）的步行患者的运动和肌电图的肢体间不对称性。在这项横断面研究中，56名运动员（28名CAI；28名非CAI）参加了研究。参与者在水平地面上以舒适的速度行走，同时记录垂直地面反作用力（vGRF）和胫骨前肌、腓骨长肌、内侧腓肠肌和臀中肌的肌肉活动。对每一个变量计算步行过程中的肢体间不对称性。CAI患者在vGRF第一峰值、vGRF峰值时间和负荷率方面表现出更大的肢体间不对称性（P < 0.001），并呈现腓骨长肌活动的更大的肢体间不对称性（接触期）（P = 0.003）和臀中肌活动（中伸/推进阶段）（P = 0.010）。两组之间未观察到vGRF或肌肉活动的其他差异。我们的研究结果表明，与非CAI组相比，CAI组患者在步态周期不同阶段的vGRF和肌肉活动方面存在较大的肢体间不对称性。我们的研究结果可以为未来研究步态训练提供参考，以减少CAI患者行走时的不对称性。
踝关节是运动损伤的主要亚部位。尤其是外侧踝关节扭伤，是一种常见的肌肉骨骼损伤，经常在青少年运动员中发现。在最初的踝关节扭扭伤之后，反复扭伤、主观不稳定感以及疼痛和肿胀等致残症状会在受伤后至少一年继续影响40%的患者。持续的“让路”发作和复发性损伤是被称为慢性踝关节不稳（CAI）的异质性疾病的明显特征。与CAI相关的残留和持续症状可导致体力活动减少、生活质量降低以及受伤后患踝关节骨关节炎的风险增加。外侧踝关节扭伤和CAI都与软骨健康下降和创伤后骨关节炎有关，占晚期踝关节骨关节炎病例的78%。
最初的外侧踝关节扭伤和随后的扭伤（例如，CAI）会损害感觉运动系统，并可能改变下肢的动态约束机制，从而削弱了将关节载荷降至最低并保护关节免受损伤的能力。CAI患者在行走初始接触过程中增加的足底屈曲力矩和冲击地面反作用力增加了矢状面内踝关节处的负荷。据推测，反射、感觉和运动控制策略的改变有助于CAI5。例如，在行走过程中，CAI患者的下肢神经肌肉激活策略与非CAI患者的策略不同。然而，CAI患者在行走过程中的肌肉活动特征相互矛盾。例如，据报道，CAI患者在行走早期站立时腓骨长肌和胫骨前激活增加。Delahunt等人和Louwerens等人分别报道了关于腓骨长骨和胫骨前部激活增加的类似结果。另一方面，一些其他研究报告了CAI组和非CAI组之间的差异。此外，研究还报告了CAI患者行走期间胫骨前肌、腓骨长肌和臀中肌活动显著减少。应注意的是，这些研究使用了不同的参考任务来进行肌电图标准化，这使它们的直接比较变得复杂。
CAI患者在行走和更剧烈的体力活动（如跑步23）中表现出动力学改变。具体而言，与非CAI患者相比，CAI患者行走早期站立时的垂直地面反作用力（vGRF）和vGRF负荷率更高。vGRF和vGRF负荷率在软骨健康中起作用。较高的负荷率会导致更多的软骨细胞死亡和软骨基质损伤，CAI患者在最初损伤后一年内就出现基质密度变化，关节退化和创伤后骨关节炎的风险增加，这表明，CAI患者的软骨弹性和弹性较低。到目前为止，尚未评估改变的负荷与踝关节软骨健康之间的关系。然而，在CAI患者中观察到的行走生物力学的改变（vGRF13,24,25，神经肌肉活动的改变，以及踝关节运动学的改变（例如，内翻增加和背屈减少）可能会影响关节软骨代谢和健康，从而增加踝关节软骨特定部分的机械应力。例如，Hintermann等人显示，CAI患者在距骨内侧区域有62%的踝关节软骨损伤。据报道，踝关节退行性关节炎主要是由于CAI患者的内侧踝关节的不平衡机械负荷所致。因此，量化CAI患者与非CAI患者之间的vGRF差异是评估该人群中负荷与软骨健康之间关系的先决条件。了解CAI患者踝关节负荷方式的差异，可能有助于制定减缓踝关节退化的治疗方法。
通常，踝关节损伤会导致双侧缺损，因为患者会补偿受伤的关节，这会增加对侧肢体损伤的风险。在踝关节扭伤后发生CAI的患者中，85%的人对侧肢体也有问题。这种低效率可能会导致CAI患者的高复发率。有助于理解步行中肢体协调机制的一种可能方法是研究肢体间不对称性。研究CAI患者的不对称性可以深入了解行走控制以及双侧缺陷在损伤发生中的重要性。这一发现可能与速度等更传统的测量方法不同，并可能指导临床医生的治疗决策。先前的研究强调健康个体下肢对称性的最佳平衡。然而，在肢体同步运动任务（如行走）中，补偿策略可能会干扰吸收运动相关力所需的肢体间对称性，从而可能增加受伤风险。
对于CAI患者的感觉运动系统所采用的补偿策略以及这些策略对肢体间对称性的影响，目前的研究还很有限。此外，先前的研究报告了CAI患者行走期间vGRF和肌肉活动的混合结果。此外，以前的研究还没有收集到关于CAI患者未受伤肢体的信息。CAI患者可以表现出对侧肢体的生物力学补偿策略，但无法观察到。然而，评估CAI患者的vGRF和肌肉活动的肢体间不对称性至关重要，这可以为这些患者提供更完整的信息。许多特征可以从GRF和肌肉活动中获得，以区分正常和异常的运动行为模式。因此，研究CAI患者的GRF和肌电图变量的对称性是一个机会，因为这是一个较少研究的领域。因此，本研究旨在比较患有CAI和非CAI患者行走过程中vGRF成分和选定下肢肌肉活动的肢体间不对称性。我们假设，与步行期间没有CAI的患者相比，CAI患者在vGRF成分和肌肉活动方面会表现出更大的肢体间不对称性。