王奇奇，徐朱杰，馮德宏，周一逸，劉儀

(南京醫(yī)科大學(xué)附屬無(wú)錫人民醫(yī)院骨科，江蘇 無(wú)錫 214000)

前交叉韌帶(anterior cruciate ligament，ACL)是膝關(guān)節(jié)重要的結(jié)構(gòu)韌帶，也是膝關(guān)節(jié)最常見(jiàn)的損傷韌帶。ACL起自脛骨髁間隆突的前方內(nèi)側(cè)，與外側(cè)半月板前角接合，斜向后上方外側(cè)，纖維呈扇形附著于股骨外側(cè)髁內(nèi)側(cè)，主要參與控制膝關(guān)節(jié)前向穩(wěn)定和旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定，其損傷多見(jiàn)于年輕的運(yùn)動(dòng)人員。隨著我國(guó)近年來(lái)競(jìng)技體育的發(fā)展，群眾性體育運(yùn)動(dòng)的普及，ACL損傷的患者也越來(lái)越常見(jiàn)[1]，而導(dǎo)致ACL損傷的高危行為主要包括跳躍后著陸、飛奔急停、突然轉(zhuǎn)向等[2]。

為了更精準(zhǔn)的剖析膝關(guān)節(jié)韌帶損傷的異常步態(tài)模式，步態(tài)分析法逐漸被引入到相關(guān)的領(lǐng)域，并成為了科學(xué)評(píng)價(jià)ACL損傷的手段之一。既往研究表明[3-4]，ACL損傷患者的步態(tài)模式將發(fā)生改變，通過(guò)研究患者的步行規(guī)律和步相差異可以準(zhǔn)確揭示疾病與步態(tài)的關(guān)系。步態(tài)分析方法主要分為定性分析和定量分析[3]。定性分析即通過(guò)目測(cè)，觀察受試者自然步行時(shí)的姿態(tài)，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)或通過(guò)評(píng)定量表進(jìn)行評(píng)估。定量分析則是借助步態(tài)分析系統(tǒng)，采集行走時(shí)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并經(jīng)由專業(yè)的分析軟件評(píng)估步態(tài)情況。作者通過(guò)對(duì)大量文獻(xiàn)檢索閱讀，現(xiàn)對(duì)步態(tài)分析在ACL損傷中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1 ACL損傷患者的步態(tài)特征

目前，步態(tài)分析系統(tǒng)主要從運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及動(dòng)態(tài)肌電圖三個(gè)方面對(duì)步態(tài)進(jìn)行測(cè)量。運(yùn)動(dòng)學(xué)研究行走時(shí)肢體在時(shí)間和空間的變化規(guī)律，主要參數(shù)包括步速、步頻、步長(zhǎng)、各個(gè)步態(tài)時(shí)相在步態(tài)周期中的占比，以及步行中髖、膝、踝的角度或位移加速度的運(yùn)動(dòng)規(guī)律等。動(dòng)力學(xué)研究步態(tài)周期中不同時(shí)相，各個(gè)部位與支撐面間的相互作用力，主要參數(shù)包括足地接觸力和關(guān)節(jié)力矩等。動(dòng)態(tài)肌電圖通過(guò)貼于皮膚的表面電極，收集下肢肌肉收縮產(chǎn)生的電信號(hào)，揭示肌肉活動(dòng)與步態(tài)關(guān)系。

1.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)特征 研究表明[4-5]，ACL損傷患者在創(chuàng)傷后的最初幾天，于水平地面上典型的運(yùn)動(dòng)學(xué)變化表現(xiàn)為步態(tài)周期延長(zhǎng)、損傷側(cè)膝關(guān)節(jié)屈曲角度峰值減小、髖關(guān)節(jié)屈伸及旋轉(zhuǎn)幅度下降。這種情況被描述為功能性固定，作為損傷急性期的一種保護(hù)機(jī)制，有利于減少脛骨前平移和旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，通過(guò)運(yùn)動(dòng)限制的方式穩(wěn)定損傷的膝關(guān)節(jié)。隨著傷后恢復(fù)時(shí)間增加，損傷的ACL也由急性期轉(zhuǎn)入慢性期。周敬濱等[6]研究了30例單側(cè)慢性ACL損傷患者(損傷時(shí)間≥6個(gè)月)和健康對(duì)照組水平行走時(shí)的步態(tài)，發(fā)現(xiàn)損傷組步頻、步速下降，步態(tài)周期延長(zhǎng)；步幅、步長(zhǎng)及支撐相百分比兩組之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在預(yù)承重期損傷組脛骨外旋角度峰值增加，膝關(guān)節(jié)屈曲角度峰值和踝關(guān)節(jié)跖屈角度峰值下降，髖關(guān)節(jié)屈伸角度在兩組中差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。ACL損傷后急性期與慢性期均表現(xiàn)出步態(tài)周期延長(zhǎng)以及膝關(guān)節(jié)屈曲角度峰值下降。同側(cè)髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)角度也會(huì)出現(xiàn)適應(yīng)性改變，以提高膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性。但也有學(xué)者的研究表明[7]，隨著恢復(fù)時(shí)長(zhǎng)繼續(xù)增加，ACL損傷組與健康對(duì)照組在時(shí)間距離參數(shù)上的差異將逐漸消失。

還有學(xué)者探討了慢跑及轉(zhuǎn)向?qū)CL損傷膝關(guān)節(jié)的影響。研究指出[8]，與健側(cè)膝相比，ACL損傷膝在步態(tài)周期中會(huì)出現(xiàn)顯著的脛骨前平移，而此種脛骨前平移模式不會(huì)被更快的行進(jìn)速度改變。在同側(cè)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)中，ACL損傷膝與健側(cè)膝相比，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。而在對(duì)側(cè)轉(zhuǎn)向中，ACL損傷膝表現(xiàn)出明顯的伸展不足和脛骨外旋減少。

在運(yùn)動(dòng)要求更高的上下樓梯過(guò)程中，髖膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)同樣會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。Lepley等[9]在利用三維運(yùn)動(dòng)分析儀對(duì)20例單側(cè)ACL損傷患者及20例健康對(duì)照者研究后發(fā)現(xiàn)，在上下樓期間，損傷側(cè)膝關(guān)節(jié)矢狀面偏移減小；而在上樓過(guò)程中，損傷組雙側(cè)下肢均表現(xiàn)出較小的膝關(guān)節(jié)屈曲角度和峰值伸展角，以及較大的髖關(guān)節(jié)外展角和冠狀面偏移。該研究指出，矢狀面膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)減少會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)鏈近端模式異常，并影響髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。

1.2 動(dòng)力學(xué)特征 ACL損傷患者在水平行走、慢跑及上樓過(guò)程中，患肢屈膝外力矩及膝關(guān)節(jié)伸展力矩峰值將減小。Knoll等[10]認(rèn)為，ACL損傷期<6個(gè)月的患者會(huì)出現(xiàn)膝關(guān)節(jié)伸展力矩下降，而慢性ACL損傷患者不會(huì)出現(xiàn)該現(xiàn)象。Ferber等[11]的研究支持Knoll的觀點(diǎn)。Ferber等認(rèn)為，與健康對(duì)照組相比，慢性ACL損傷患者在膝關(guān)節(jié)力矩特征上沒(méi)有表現(xiàn)出明顯差異。然而，也有研究顯示[12]，ACL損傷患者受傷2年或更長(zhǎng)時(shí)間后，仍會(huì)表現(xiàn)出較小的膝關(guān)節(jié)伸展力矩。

除了對(duì)膝關(guān)節(jié)力矩的研究，步態(tài)分析系統(tǒng)還采集了足底壓力數(shù)據(jù)。Huang等[13]的研究發(fā)現(xiàn)，與健康對(duì)照組相比，ACL損傷患者足底與地面接觸時(shí)間更長(zhǎng)，前足掌接觸更早，足中段內(nèi)側(cè)壓力更大。與健側(cè)相比，ACL損傷側(cè)足底與地面接觸時(shí)間縮短，足掌前滾加快，足跟壓力減小，前足掌壓力增加。杜天舒等[14]的研究也得出相似的結(jié)果，他們指出與健側(cè)及健康對(duì)照組相比，足跟內(nèi)外側(cè)、足底平均峰值壓力、沖量及平均峰值壓強(qiáng)降低，達(dá)峰值時(shí)間增加。

1.3 肌電圖特征 急性ACL損傷導(dǎo)致對(duì)脛骨前移的主要約束失效，脛骨向前滑動(dòng)，直到二次軟組織約束(副韌帶、半月板)提供阻力。作為補(bǔ)償，患者可反射性抑制其股四頭肌收縮，以避免無(wú)禁忌的脛骨前平移，這種現(xiàn)象被稱為“股四頭肌回避步態(tài)”，被認(rèn)為是急性ACL損傷后膝關(guān)節(jié)不能伸展的主要因素。Li等[15]對(duì)90名患者分組研究后發(fā)現(xiàn)，在傷后早期階段(3周～1.5個(gè)月)，受傷下肢的股直肌、股內(nèi)側(cè)肌及股外側(cè)肌肌力會(huì)出現(xiàn)顯著下降。Frank等[16]研究則表明，在步態(tài)周期中，急性ACL損傷患者股直肌處于激活狀態(tài)的時(shí)間顯著少于對(duì)照組，而其他肌肉的激活狀態(tài)在持續(xù)時(shí)間上差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

與急性ACL損傷不同，慢性ACL損傷的肌電模式尚存在爭(zhēng)議。以往有研究表明，ACL損傷患者受傷2年或更長(zhǎng)時(shí)間后，仍然會(huì)表現(xiàn)出股四頭肌抑制[12]。還有研究報(bào)告了ACL損傷6年以上的患者，股四頭肌抑制率為80%。但Ferber[11]及Li[15]的最新研究則指出隨著受傷時(shí)間的延長(zhǎng)，股四頭肌將逐漸恢復(fù)到與未受傷側(cè)相同的水平，而不會(huì)表現(xiàn)出明顯的抑制。

除股四頭肌肌力的改變，步態(tài)周期中腘繩肌收縮的增加可能參與代償，以穩(wěn)定受損膝關(guān)節(jié)[17]，這種活動(dòng)模式被后來(lái)的學(xué)者稱為“腘繩肌促進(jìn)”策略。此外，由于腓腸肌激活會(huì)對(duì)ACL產(chǎn)生張力，還有學(xué)者指出[18]，腓腸肌活動(dòng)的減少也可以保護(hù)膝關(guān)節(jié)免受過(guò)度的脛骨前平移。

2 步態(tài)分析對(duì)ACL損傷的臨床診斷意義

ACL損傷常合并半月板撕裂，文獻(xiàn)指出[19]ACL損傷急性期半月板撕裂發(fā)病率為59.8%，慢性期發(fā)病率為94.3%。目前，對(duì)ACL損傷伴或不伴半月板撕裂的診斷常通過(guò)物理檢查結(jié)合影像學(xué)方法。然而該診斷方式受成像設(shè)備、所用技術(shù)以及臨床醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)的影響，并且缺少對(duì)受損膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)狀況的評(píng)估。步態(tài)分析系統(tǒng)因其測(cè)量的精準(zhǔn)性，也被用于單純ACL損傷和ACL損傷合并半月板撕裂的診斷及鑒別診斷中。

2.1 對(duì)單純ACL損傷的診斷 步態(tài)分析系統(tǒng)可以提供人體膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的生物力學(xué)數(shù)據(jù)，評(píng)估膝關(guān)節(jié)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，并從運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)角度對(duì)臨床診斷提出補(bǔ)充。羅鴻[20]的一項(xiàng)研究對(duì)比了體格檢查，MRI及步態(tài)分析在診斷方面的差異。通過(guò)對(duì)膝關(guān)節(jié)每個(gè)步態(tài)活動(dòng)周期內(nèi)的內(nèi)/外翻角、內(nèi)/外旋角、屈曲/伸展角、前/后位移、上/下位移及內(nèi)/外位移的采集分析，他認(rèn)為步態(tài)分析的診斷方法陽(yáng)性率更高，尤其體現(xiàn)在ACL輕度損傷的患者。還有研究顯示，步態(tài)分析系統(tǒng)可以幫助排查磁共振成像的假陽(yáng)性結(jié)果。Yao等[21]利用改進(jìn)的光學(xué)運(yùn)動(dòng)分析系統(tǒng)，對(duì)3例經(jīng)MRI診斷為ACL損傷的患者進(jìn)行了雙膝關(guān)節(jié)6個(gè)自由度(屈曲伸展、內(nèi)收外展及內(nèi)外旋轉(zhuǎn))的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。2名受試者ACL損傷膝和對(duì)側(cè)膝之間的運(yùn)動(dòng)學(xué)存在顯著差異，而第3名受試者雙膝之間沒(méi)有差異，后續(xù)的關(guān)節(jié)鏡檢查也證實(shí)了該受試者ACL的完整性。他認(rèn)為MRI結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)分析可以優(yōu)化ACL損傷的診斷。

2.2 對(duì)ACL損傷合并半月板撕裂的診斷 ACL損傷常合并半月板的撕裂，與無(wú)半月板損傷的患者相比，ACL損傷伴半月板撕裂患者的步態(tài)力學(xué)表現(xiàn)出更為異常的模式。研究指出[7]，與單純ACL斷裂患者相比，合并半月板損傷的ACL斷裂者會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)源性膝外展力矩。Harato等[22]研究了單純ACL損傷與ACL損傷伴不穩(wěn)定半月板撕裂患者的步態(tài)，發(fā)現(xiàn)在站立中期，兩組受試者患肢矢狀面膝關(guān)節(jié)偏移和峰值膝關(guān)節(jié)伸展角均低于健側(cè)肢體。與單純ACL損傷組相比，ACL損傷伴不穩(wěn)定半月板撕裂患者在站立中期，患膝脛骨內(nèi)旋轉(zhuǎn)角度變化更大。然而并非所有伴隨半月板撕裂的交叉韌帶損傷都能通過(guò)步態(tài)顯示，這與半月板損傷情況及位置有關(guān)[23]。Ren等[24]發(fā)現(xiàn)ACL損傷伴內(nèi)側(cè)半月板后角撕裂與單純ACL損傷相比，雖然在脛骨外旋轉(zhuǎn)的角度以及內(nèi)旋轉(zhuǎn)力矩上有所不同，但不會(huì)顯著影響行走的步態(tài)。此外，半月板撕裂還能在ACL損傷患者的肌肉力量模式上體現(xiàn)。研究顯示[25]，伴有內(nèi)側(cè)半月板撕裂的ACL損傷患者，其股直肌力量在站立中晚期顯著低于單純ACL損傷患者和對(duì)照組，而腘繩肌和其余股四頭肌力量差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3 不同自體重建移植物對(duì)步態(tài)影響

ACL損傷后的關(guān)節(jié)鏡下重建，已被證實(shí)是一種有效地手術(shù)方式，可以治療膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定。目前，解剖單束ACL重建被認(rèn)為是恢復(fù)脛骨前平移和膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的金標(biāo)準(zhǔn)[26]。然而，關(guān)于理想移植物的選擇仍有爭(zhēng)議。由于同種異體移植物與人工韌帶增加額外成本，故在自身?xiàng)l件允許的情況下，臨床醫(yī)生與患者多選擇采用自體移植的方式。自體移植物中骨-髕腱-骨(bone-patellar tendon-bone，BPTB)因其強(qiáng)度高，取材方便，骨愈合能力強(qiáng)，被認(rèn)為是ACL重建的金標(biāo)準(zhǔn)。但腘繩肌腱(hamstring tendon，HT)與股四頭肌腱(quadriceps tendon，QT)移植物由于良好的愈后，也受到越來(lái)越多學(xué)者的推崇[27]?，F(xiàn)階段，學(xué)者從不同角度對(duì)自體移植物重建療效進(jìn)行分析，對(duì)重建術(shù)后步態(tài)的研究也逐漸深入。

3.1 BPTB重建術(shù) Bulgheroni等[28]研究發(fā)現(xiàn)，BPTB重建術(shù)后1年，ACL重建患者的膝關(guān)節(jié)在站立階段恢復(fù)了正常屈曲模式。在負(fù)荷反應(yīng)及預(yù)拉伸過(guò)程中，膝關(guān)節(jié)矢狀面屈曲力矩恢復(fù)；在整個(gè)站立階段，冠狀面上髖及膝內(nèi)收外展力矩達(dá)正常模式。與ACL損傷未經(jīng)治療組相比，重建患者肌電圖值也接近正常，表現(xiàn)為股四頭肌活動(dòng)在負(fù)荷反應(yīng)期間增加，但在隨后的站立階段減少，并在預(yù)收縮時(shí)出現(xiàn)峰值。雖然既往的研究表明[29]，BPTB自體移植可能會(huì)增加髕骨骨折、移植物供區(qū)疼痛、髕股疼痛及下跪痛的風(fēng)險(xiǎn)，但其對(duì)受累肢體步態(tài)的改善仍舊是顯著的。

3.2 HT重建術(shù) 在HT重建ACL的研究中，王衛(wèi)明等[30]發(fā)現(xiàn)重建術(shù)后3個(gè)月患者表現(xiàn)出股四頭肌逃避步態(tài)，隨著恢復(fù)時(shí)間延長(zhǎng)，下肢步態(tài)模式趨于正常。Moya-Angeler等[31]也指出HT重建術(shù)后12個(gè)月內(nèi)，受試者在步行、慢跑及單腿跳躍中，受累及未受累肢體動(dòng)力學(xué)對(duì)稱性的恢復(fù)有增加趨勢(shì)。

Johnston等[32]比較了BPTB和HT在ACL重建后膝關(guān)節(jié)的步態(tài)。他發(fā)現(xiàn)重建術(shù)后遠(yuǎn)期，兩組在膝關(guān)節(jié)屈曲角度峰值、內(nèi)翻角度峰值、垂直地面反作用力、前平面力矩、股四頭肌力量等方面沒(méi)有差異。但也有學(xué)者持不同觀點(diǎn)，Webster等[33]的研究表明，BPTB組在站立中期膝關(guān)節(jié)屈曲力矩明顯減?。籋T組在站立末期膝關(guān)節(jié)伸展力矩明顯減小。Rudroff[34]收集了自體髕腱和半腱肌腱重建術(shù)后2年時(shí)的跳躍、深蹲和步行數(shù)據(jù)，這些測(cè)試的結(jié)果表明半腱肌腱重建的患者比接受髕腱重建的患者具有更好的功能。他指出，髕腱重建的患者在跳躍過(guò)程中不能像半腱肌腱重建的患者那樣彎曲膝關(guān)節(jié)，股四頭肌和腘繩肌共同激活較低，行走時(shí)不對(duì)稱明顯。

3.3 QT重建術(shù) 近年來(lái)，越來(lái)越多的研究數(shù)據(jù)證明了自體QT在ACL重建中的作用。QT更厚、更長(zhǎng)、更寬，與髕腱相比強(qiáng)度更大。一項(xiàng)利用QT自體移植的研究表明[35]，與BPTB自體移植相比，自體QT移植組供區(qū)疼痛的發(fā)病率降低，膝關(guān)節(jié)前向穩(wěn)定性差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Hunnicutt等[36]對(duì)接受QT自體移植和自體髕腱移植患者進(jìn)行了時(shí)空步態(tài)分析，結(jié)果顯示兩組之間的下肢運(yùn)動(dòng)功能、等速伸膝肌力相似，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

在與自體HT移植的比較中，有學(xué)者認(rèn)為自體QT表現(xiàn)出相似的膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，并且在屈肌肌力恢復(fù)方面存在優(yōu)勢(shì)[37]。Mueske等[38]的一項(xiàng)回顧性研究還指出，自體QT和HT移植患者與健康對(duì)照組相比，在跳躍落地過(guò)程中，髖關(guān)節(jié)屈曲增加，踝關(guān)節(jié)背屈降低，髖、膝、踝關(guān)節(jié)的屈曲力矩和膝關(guān)節(jié)外展力矩增大；與健側(cè)肢體相比，手術(shù)側(cè)膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)屈曲角度下降、屈曲力矩減小、膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)外展力矩增加。與HT組相比，QT組在髖關(guān)節(jié)及膝關(guān)節(jié)屈曲力矩方面表現(xiàn)出更大的不對(duì)稱性。

3.4 其他 還有學(xué)者提出將腓骨長(zhǎng)肌(peroneus longus tendon，PLT)或腓骨長(zhǎng)肌腱前半部分(anterior half of the plt，AHPLT)用于ACL重建。杜天舒等[39]利用步態(tài)分析系統(tǒng)研究比較半腱肌及AHPLT重建ACL后的足底壓力情況，結(jié)果顯示兩者在足底壓力大小及分布上差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。還有研究對(duì)PLT聯(lián)合HT重建ACL后的步態(tài)進(jìn)行分析[40]，結(jié)果表明：與對(duì)照組相比，ACL重建患者的髖關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)旋轉(zhuǎn)減少，膝關(guān)節(jié)內(nèi)收/外展偏移減少，踝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)旋轉(zhuǎn)的偏移量增加。與健側(cè)相比，手術(shù)側(cè)膝關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)力矩顯著降低，踝關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)力矩明顯增加。與HT重建患者相比，PLT聯(lián)合HT重建患者膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)無(wú)明顯差異，踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Karimi等[40]指出，PLT取腱后會(huì)對(duì)供區(qū)踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生額外影響。

4 小 結(jié)

應(yīng)用步態(tài)分析技術(shù)對(duì)ACL損傷后的步態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析，可以準(zhǔn)確揭示下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及動(dòng)態(tài)肌電圖的變化。雖然國(guó)內(nèi)外學(xué)者已對(duì)此進(jìn)行大量研究，但在損傷后遠(yuǎn)期步態(tài)模式發(fā)展變化方面仍然存在爭(zhēng)論。作為一種研究評(píng)價(jià)手段，步態(tài)分析還可以依據(jù)定量的數(shù)據(jù)，對(duì)單純ACL損傷以及合并半月板撕裂的ACL損傷進(jìn)行診斷。到目前為止，關(guān)于何種重建移植物最佳的討論仍在進(jìn)行中。從步態(tài)變化的角度對(duì)移植物進(jìn)行比較，并依據(jù)患者自身?xiàng)l件選擇手術(shù)方式，將是未來(lái)一項(xiàng)值得繼續(xù)探討的課題。