黃紅拾 敖英芳 郭秦?zé)?徐雁

北京大學(xué)第三醫(yī)院運(yùn)動醫(yī)學(xué)研究所（北京100191）

臨床常采用問卷、體格檢查、膝關(guān)節(jié)靜態(tài)松弛度和等速肌力測定等方法評價(jià)前交叉韌帶（Anterior Cruciate Ligament，ACL）斷裂后的膝關(guān)節(jié)功能［1］。 但上述方法均不能在動態(tài)承重狀態(tài)下量化和評估膝關(guān)節(jié)的功能狀態(tài)［2］。 而且，在ACL 重建術(shù)后第一年，ACL 移植物的組織學(xué)和生物力學(xué)特性會發(fā)生很大變化［3，4］，應(yīng)及時(shí)調(diào)整不同時(shí)期的康復(fù)方案， 但依然缺乏特異性評定標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)安全有效的康復(fù)。 在臨床生物力學(xué)研究領(lǐng)域， 三維步態(tài)分析已被用來評定膝關(guān)節(jié)功能活動［5-12］，而且證實(shí)ACL 斷裂后脛骨內(nèi)旋增加。 但需要高昂設(shè)備和測量分析工作量巨大等缺點(diǎn)限制了三維步態(tài)分析的臨床應(yīng)用。近年來，迅捷、客觀、無侵入性的動態(tài)足底壓力分析已被證實(shí)能有效量化下肢生物力學(xué)負(fù)荷的特性和問題［13-18］。

行走過程中， 從一側(cè)足跟開始著地到該側(cè)足跟再次著地構(gòu)成一個步態(tài)周期， 每一步態(tài)周期分為支撐相和擺動相［10］。根據(jù)足底壓力的變化，支撐相分為足跟觸地、前足觸地、前后足支撐、足跟離地、足尖離地5 個時(shí)刻和足跟觸地階段、前足觸地階段、全足支撐階段、前足蹬離階段4 個階段［19，20］，而且健康人群步行時(shí)4 個階段的時(shí)間分布參數(shù)已被證實(shí)重測信度良好、左右側(cè)對稱［20］。

足和膝存在偶聯(lián)機(jī)制：脛骨內(nèi)旋引起跟骨外翻、前足旋前，脛骨外旋引起跟骨內(nèi)翻、前足旋后；而前足旋前或旋后也引起相應(yīng)的脛骨內(nèi)旋或外旋［21，22］。前兩個階段（足跟觸地階段和前足觸地階段）發(fā)生前足旋前、脛骨內(nèi)旋；而在后兩個階段（全足支撐階段和前足蹬離階段）發(fā)生前足旋后、脛骨外旋［22］。ACL重建術(shù)能調(diào)整紊亂的膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)指標(biāo)，顯著改善患者膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性與功能［23］。 基于足膝偶聯(lián)機(jī)制［21，22］，ACL 重建術(shù)將進(jìn)一步影響運(yùn)動時(shí)的動態(tài)足底壓力分布。 迄今僅一篇文獻(xiàn)報(bào)道了動態(tài)足底壓力在ACL 損傷中的應(yīng)用［24］，作者分析了平地步行和下樓梯時(shí)全足、后跟和前足的沖量變化，認(rèn)為足底壓力測量能有效量化評估ACL 重建術(shù)后的康復(fù)進(jìn)程。 但該研究所用的儀器性能較低（采樣率50 Hz、 長度不足50 厘米，只能采集單足步態(tài)信息，無法獲得連續(xù)步態(tài)）。近年來，長達(dá)2 米的高采樣率（> 400 Hz）足底壓力平板等先進(jìn)儀器克服了上述缺點(diǎn)。 ACL 重建術(shù)是否影響步行時(shí)足底壓力的時(shí)相特征， 目前尚未見相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。 本研究通過分析動態(tài)足底壓力， 初步探討ACL 重建術(shù)對步行時(shí)足底壓力時(shí)相產(chǎn)生的影響及其生物力學(xué)機(jī)制。

1 對象和方法

1.1 對象

12 例有膝不穩(wěn)癥狀的單側(cè)ACL 斷裂患者，其中男性9 例、女性3 例；年齡21～52 歲，平均（30.8±9.5）歲；左側(cè)5 例，右側(cè)7 例；術(shù)前體重62.6～75.5 kg，平均（69.5±3.7）kg，術(shù)后體重65.7～77.5 kg，平均（69.9±4.1）kg。 所有患者由同一術(shù)者進(jìn)行常規(guī)四股半腱肌和股薄肌肌腱重建ACL， 術(shù)后進(jìn)行3 個月常規(guī)程序化康復(fù)。 本研究得到北京大學(xué)第三醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)（項(xiàng)目編號IRB00006761-2012010）。 患者了解研究目的和風(fēng)險(xiǎn)后，簽署知情同意書。 分別在術(shù)前1周和術(shù)后6 個月進(jìn)行動態(tài)足底壓力測試。測試時(shí)，膝關(guān)節(jié)均無腫脹、疼痛。

1.2 實(shí)驗(yàn)程序

1.3 測試參數(shù)及統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

分別選擇左、 右側(cè)支撐相四個階段的時(shí)間占支撐相的百分比作為參數(shù)。 參數(shù)的不對稱性采用對稱指數(shù)（symmetry index，SI）百分比來分析［19］，SI= 100*|Xs-Xi| / 0.5* （Xs+Xi），Xs 表示未受傷側(cè)參數(shù)，Xi 表示受傷側(cè)參數(shù)，SI 為0 表示雙側(cè)參數(shù)無差別。比較支撐相足底壓力4 個階段的時(shí)間分布參數(shù)在手術(shù)前后的變化。 采用SPSS 15.0（SPSS Inc.，Chicago，USA）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算每個參數(shù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。采用配對t 檢驗(yàn)分析單側(cè)ACL 重建術(shù)分別對左右側(cè)上述參數(shù)的影響。

2 結(jié)果

ACL 重建手術(shù)前后足底壓力測試時(shí)的體重差別（t = -1.296，P = 0.222）和步行速度差別（t = -1.616，P = 0.134）均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。 與手術(shù)前相比，ACL 重建術(shù)后，傷側(cè)足跟觸地階段明顯縮短（t = 4.250，P =0.001，見表1），雙側(cè)不對稱性明顯改善（t = 4.250，P= 0.001，見表2）；健側(cè)和傷側(cè)全足支撐階段均明顯延長（健側(cè)t = -3.702，P = 0.003；傷側(cè)t = -5.503，P = 0.000，見表1）；健側(cè)前足蹬離階段明顯縮短（t =2.611，P = 0.024，見表1）。

表1 步行時(shí)支撐相4 個階段占支撐相的百分比值在手術(shù)前后的變化（n=12）

表2 手術(shù)前后步行時(shí)支撐相4 個階段的雙側(cè)對稱指數(shù)（SI）變化（n=12）

3 討論

步行是人類最基本、 最簡單的一種反復(fù)運(yùn)動形式。步行時(shí)足部承受的地面反作用力可達(dá)體重的1.5倍左右。 即便微小的足底壓力變化積累后也會反復(fù)產(chǎn)生不良的關(guān)節(jié)負(fù)荷。

通過分析人體在不同行走狀態(tài)下的足底壓力，掌握足運(yùn)動機(jī)制和功能特征，結(jié)合足-膝偶聯(lián)機(jī)制［21，22］，可找出ACL 斷裂手術(shù)前后的步態(tài)特征和足底壓力分布特點(diǎn)，以量化的方式指導(dǎo)臨床治療和康復(fù)?；谧?膝偶聯(lián)關(guān)系，ACL 斷裂后， 脛骨出現(xiàn)異常內(nèi)旋和前移［9］可能引起跟骨外翻和足旋前。 而ACL 重建術(shù)能調(diào)整紊亂的膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)指標(biāo)， 改善膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性與功能［23］，進(jìn)一步改善運(yùn)動時(shí)的足底壓力分布。

本研究中，患者手術(shù)前后體重、步行速度無明顯差別，可不考慮體重和步行速度對足底壓力的影響。與術(shù)前相比，ACL 重建術(shù)后傷側(cè)足跟觸地階段明顯縮短，從術(shù)前的9.0%±1.5%縮短至術(shù)后的6.2%±1.9%，提示重心從足跟部轉(zhuǎn)移前足增快，膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性增強(qiáng)，患膝承重更自如。更有意義的是，足跟觸地階段的雙側(cè)對稱指數(shù)從術(shù)前的50.7±18.6 顯著改善到術(shù)后的17.6±19.9。 然而，也可能是足跟觸地機(jī)制發(fā)生代償，縮短足跟觸地階段， 以避免此階段發(fā)生足旋前和脛骨內(nèi)旋而引起的膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)。另一個結(jié)果是，術(shù)后健側(cè)和傷側(cè)的全足支撐階段均明顯延長， 傷側(cè)從術(shù)前的33.09±5.43%延長到術(shù)后的37.68% ±6.27%，健側(cè)從術(shù)前的30.61%±7.01%延長到術(shù)后的34.62%±7.14%（P < 0.05）。 獲得上述變化是動態(tài)足底壓力測試的獨(dú)特優(yōu)勢，也是其它方法難以觀察到的結(jié)果。動態(tài)足底壓力測試為臨床證實(shí)ACL 重建后功能狀態(tài)改善提供了新的診斷工具。 但ACL 損傷后足底壓力變化的相關(guān)機(jī)制有待明確， 有必要擴(kuò)大受試者數(shù)量和分析足底壓力的其它參數(shù)，并進(jìn)行長期隨訪，提高對足底壓力參數(shù)和足膝生物力學(xué)偶聯(lián)關(guān)系的臨床理解。

4 總結(jié)

前交叉韌帶重建術(shù)影響步行時(shí)動態(tài)足底壓力的時(shí)間分布參數(shù)， 顯著改善足跟觸地階段的雙側(cè)對稱性。

［1］ Daniel DM，Malcom LL，Losse G，et al. Instrumented measurement of anterior laxity of the knee. J Bone Joint Surg Am，1985，67（5）：720-726.

［2］ Rudroff T. Functional capability is enhanced with semitendinosus than patellar tendon ACL repair. Med Sci Sports Exerc，2003，35（9）：1486-1492.

［3］ 黃紅拾，敖英芳，于運(yùn)花，等. 持續(xù)被動運(yùn)動對兔重建前交叉韌帶的生物力學(xué)影響. 中國運(yùn)動醫(yī)學(xué)雜志，2008，27（3）：283-285.

［4］ 黃紅拾，敖英芳，周謀望，等. 持續(xù)被動活動對兔重建前交叉韌帶組織學(xué)的影響. 中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志，2007，22（12）：1059-1061.

［5］ Stergiou N，Ristanis S，Moraiti C，et al. Tibial rotation in anterior cruciate ligament （ACL）-deficient and ACL-reconstructed knees：a theoretical proposition for the development of osteoarthritis. Sports Med，2007，37 （7）：601-613.

［6］ Andriacchi TP，Dyrby CO. Interactions between kinematics and loading during walking for the normal and ACL deficient knee. J Biomech，2005，38（2）：293-298.

［7］ Georgoulis AD，Papadonikolakis A，Papageorgiou CD，et al.Three-dimensional tibiofemoral kinematics of the anterior cruciate ligament-deficient and reconstructed knee during walking. Am J Sports Med，2003，31（1）：75-79.

［8］ Van de Velde SK，Gill TJ，Li G. Evaluation of kinematics of anterior cruciate ligament-deficient knees with use of advanced imaging techniques，three-dimensional modeling techniques，and robotics. J Bone Joint Surg Am，2009，91（Suppl 1）：108-114.

［9］ Defrate LE，Papannagari R，Gill TJ，et al. The 6 degrees of freedom kinematics of the knee after anterior cruciate ligament deficiency： an in vivo imaging analysis. Am J Sports Med，2006，34（8）：1240-1246.

［10］ 勵建安，孟殿懷. 步態(tài)分析的臨床應(yīng)用. 中華物理醫(yī)學(xué)與康復(fù)雜志，2006，28（7）：500-503.

［11］ 張晉，馮華，周敬濱，等. 膝關(guān)節(jié)后交叉韌帶合并后外復(fù)合體損傷重建術(shù)后步態(tài)分析. 中國運(yùn)動醫(yī)學(xué)雜志，2010，29（3）：260-263.

［12］ 馬燕紅，周俊，梁娟，等. 膝前交叉韌帶重建術(shù)后步態(tài)分析初步研究. 中華物理醫(yī)學(xué)與康復(fù)雜志，2007，29（8）：555-556.

［13］ De Cock A，Vanrenterghem J，Willems T，et al. The trajectory of the centre of pressure during barefoot running as a potential measure for foot function. Gait Posture，2008，27（4）：669-675.

［14］ 張立山，潘勇衛(wèi)，田光磊，等. 不同術(shù)式拇手指再造術(shù)后供足的步態(tài)分析. 中華手外科雜志，2009，25 （5）：312-316.

［15］ Stolwijk NM，Duysens J，Louwerens JW，et al. Flat feet，happy feet? Comparison of the dynamic plantar pressure distribution and static me +dial foot geometry between Malawian and Dutch adults. PLoS One，2013，8 （2）：e57209.

［16］ Goffar SL，Reber RJ，Christiansen BC，et al. Changes in dynamic plantar pressure during loaded gait. Phys Ther，2013，93（9）：1175-84.

［17］ 周軍杰，俞光榮，曹成福，等. 足踝部反復(fù)損傷青少年足球運(yùn)動員FootScan 足底壓力分析. 中國運(yùn)動醫(yī)學(xué)雜志，2010，29（5）：520-524.

［18］ 袁剛，張木勛，王中琴，等. 正常人足底壓力分布及其影響因素分析. 中華物理醫(yī)學(xué)與康復(fù)雜志，2004，26（3）：30-33.

［19］ De Cock A，De Clercq D，Willems T，et al. Temporal characteristics of foot roll-over during barefoot jogging：Reference data for young adults. Gait Posture，2005，21（4）：432-439.

［20］ 黃紅拾，敖英芳，李松竹，等. 健康女大學(xué)生步行時(shí)左右足支撐期時(shí)相特征比較. 中國運(yùn)動醫(yī)學(xué)雜志，2011，30（2）：157-160.

［21］ Hintermann B，Nigg BM，Sommer C. Foot movement and tendon excursion： an in vitro study. Foot Ankle Int，1994，15（7）：386-395.

［22］ Whittle M. Gait analysis： an introduction. 3rd ed. Great Britain：Butterworth heinemann，2002.59-62.

［23］ 徐雁，敖英芳，余家闊，等. 單束重建前交叉韌帶骨道位置對臨床效果影響的研究. 中國運(yùn)動醫(yī)學(xué)雜志，2008，27（2）：202-205.

［24］ Mittlmeier T，Weiler A，Sohn T，et al. novel Award Second Prize Paper. Functional monitoring during rehabilitation following anterior cruciate ligament reconstruction. Clin Biomech（Bristol，Avon），1999，14（8）：576-584.