非接觸型膝關節前交叉韌帶損傷的風險因素研究

馬淑琴 靳法鑫

(1.天津體育學院 天津 301600;2.首都醫科大學附屬北京康復醫院 北京 100043)

前交叉韌帶（Anterior Cruciate Ligament，ACL），是膝關節中一條重要的囊內韌帶，起自脛骨髁間隆起前部內側面，向斜后上方延伸，止于股骨外側髁后內側部分，與外側半月板的前角愈著。ACL 作為維持膝關節穩定的重要結構，主要功能是限制脛骨過度前移，同時對作用于脛骨的旋轉力和內外翻力起到一定程度限制［1］。其損傷會嚴重影響患者的運動水平和生活質量，造成膝關節不穩，進而導致許多慢性的膝關節疾病［2-3］。研究表明，ACL損傷中，有58.8%以上為非接觸性損傷，即損傷時運動員之間并未發生身體接觸，所以很大一部分ACL 損傷都是由非接觸性機制引起的［4］。ACL損傷的風險因素與ACL的生物力學機制異常并最終導致ACL 損傷具有高度的相關性，因此誘導這些機制起作用的風險因素成為ACL損傷預防工作的主要焦點。該文旨在通過兩個方面（內因和外因）對可能會造成ACL 損傷的風險因素進行闡述，為日后更好地預防非接觸型ACL損傷提供更有效的思路和方案。

1 ACL損傷的內在風險因素

內在因素是指人體本身的結構、人體特征等，包括解剖因素、神經肌肉因素、遺傳因素、神經認知功能和損傷史等。其中，解剖結構、遺傳和基因以及性別等因素無法通過改變來降低對ACL 損傷的影響，但其他方面的風險因素，如神經認知功能、BMI以及神經肌肉控制能力，可以通過針對性的訓練來改善和提高，從而降低ACL損傷的風險。

1.1 解剖結構

目前，已被證明會增加ACL 損傷風險的解剖學因素有：脛骨平臺后傾角、髁間窩結構和膝關節松弛度等［5］。

膝關節松弛度是影響ACL 強度的重要因素之一。研究表明，廣泛性膝關節松弛和前后位松弛度較大是導致ACL 損傷的風險因素，其機制可能與關節松弛所導致的膝關節超伸以及前移錯位有關，膝關節松弛會增大ACL 在側切運動、助跑起跳時膝關節軸向扭轉和外翻的負荷，從而增加ACL 的應力［6］。脛骨平臺后傾角（Posterior Tibial Slope，PTS）代表脛骨平臺的傾斜角度，是膝關節矢狀位形態的重要結構，被定義為內外側平臺切線和與脛骨解剖軸的垂直線所形成的夾角。研究發現，更大的外側脛骨平臺后傾角度，是非接觸性ACL 損傷的危險因素［7-8］。脛骨平臺后傾角的增加會導致膝關節內部在同等條件下產生更大的脛骨前移角速度，這導致ACL需提供更大的張力，以維持膝關節的穩定，且PTS 越大的患者ACL 損傷越靠近遠端（脛骨端）。髁間窩是指股骨內側髁和外側髁后面之間的深窩，髁間窩的寬度和高度可反映髁間窩的容積大小，各項研究發現，髁間窩狹窄、髁間窩寬度較小，是造成ACL 損傷的高風險因素。且髁間窩容積、髁間后窩指數和ACL體積之間呈正相關關系，即髁間窩容積越小，ACL體積也會越小，這代表ACL所能承受的應力降低。髕腱—脛骨干角度也對ACL有一定的影響。對于給定的股四頭肌肌力，脛骨近端受到的剪切力大小由髕腱—脛骨干角度確定，髕腱—脛骨干角定義為髕腱與脛骨縱軸之間的角度。給定股四頭肌肌力時，髕腱脛骨干角度越大，脛骨近端受到的剪切力越大，從而ACL的負荷越大，也就越容易受到損傷［9］。

1.2 身體質量指數（BMI）

各項研究對BMI對ACL損傷的影響說法不一。部分研究認為，BMI過高是導致ACL損傷的高風險因素，如Dauty 等人［10］調查了導致ACL 損傷的風險因素發現，當BMI≥22.5 時，在活動中就會出現非接觸性ACL損傷；K?z?lg?z等人［11］通過研究導致ACL損傷各因素之間的關系以及BMI和脛骨傾斜角度在增加ACL損傷風險方面的綜合效應發現，BMI 是導致非接觸型ACL 損傷的高風險因素。另外，Shimozaki 等人［12］的一項針對日本女子運動員為期三年的前瞻性研究也確定，BMI是ACL 損傷的獨立風險因素，有ACL 損傷史的運動員BMI 顯著高于無損傷史的運動員。其機制可能是BMI較大時易導致跑跳落地時下肢伸展幅度增大，并使膝關節屈曲度減小，從而增加ACL的傾斜角和偏向角，使ACL所受負荷增大，從而造成損傷。

然而，有研究通過比較有無ACL 損傷的兩個組的BMI 發現，四個BMI 范圍內（＜18.5，18.5～24.9，25～29.9，30～34.9）兩組之間皆無顯著性差異［13］。另外，有一些研究還發現，BMI 給ACL 損傷帶來的影響與性別密切相關。Uhorchak 等人［14］研究發現，女性BMI 值超過正常范圍時，ACL損傷風險會增大，但在男性群體中沒有發現有顯著相關關系；而Evans［15］的研究發現，體重和BMI 與ACL 損傷有關，這種相關性在男性群體中比在女性群體中更顯著。總之，現有的研究對BMI 是否是ACL 損傷的風險因素還沒有確切的定論，且不同的性別、年齡和運動專項是否會對BMI 對ACL 的影響有不同的表現也未可知，還需進一步探索。

1.3 性別

研究表明，女性運動員ACL 損傷的風險明顯高于男性運動員，尤其是非接觸型ACL損傷，同一體育項目ACL損傷的發生率，女性為男性的3～6倍，且女性術后的預后比男性更差［16-17］。因此，有必要深入分析女性ACL損傷的原因，其包含以下幾個方面。

在肌肉力量方面，ACL可以限制脛骨前移，因此當股四頭肌收縮、膝關節伸展時，ACL張力增加。但如果大腿的股四頭肌收縮力過強，脛骨前移距離就會增大，而此時如果腘繩肌收縮力相對較弱，限制其前移的作用就會減弱。二者力量比值（H/Q）如果過小，則ACL就會容易因受到過強的張力而導致斷裂，而女運動員與男運動員相比，相較于股四頭肌來說，二者之間腘繩肌收縮力的差距更大，即女性的股四頭肌與腘繩肌肌力的比值遠大于男運動員，就會導致ACL 受到的張力增大。這是由性別和生理差異所決定的。

在解剖結構方面，一項研究證明，女性較男性髁間前、后窩寬度明顯較小，因而女性較男性有更大的ACL損傷風險［7］。此外，與男性相比，女性具有更大的內、外側脛骨平臺后傾角和更小的ACL脛骨矢狀位止點寬度，這同樣增加了女性ACL損傷的風險［8］。另外，在做躍起著地動作時，女運動員比男運動員膝關節屈曲角度小也是女性ACL損傷高發的原因之一。較小的膝關節屈曲角會導致過大的地面反作用力，則ACL 損傷可能性就越大；非接觸性ACL 損傷的機制在女性和男性中不同，特別是在膝關節的動態定位方面，因為女性主要在冠狀平面表現出更大的膝關節外翻，從人體解剖學特征來看，女性膝關節外翻的形態較為常見（即X型腿），研究認為外翻的膝關節形態加大了ACL承受的拉力，容易超過極限承受負荷值導致斷裂［18］。除此之外，與男性相比，女性膝關節松弛的發生率明顯較高。這也被認為是女性ACL 損傷發病率較高的潛在因素之一。

從激素水平方面來看，對于女性來說，在月經周期，其雌激素波動較大，且含量較男性高。激素水平對ACL 損傷的發生率影響是巨大的，其中最主要的是性激素。研究表明，雌二醇、黃體酮和松弛素是月經周期中與ACL松弛有關的主要激素［19］。雌二醇是一種甾體雌激素，是卵巢分泌的最重要的性激素，其會減少ACL培養成纖維細胞中前膠原的合成，顯著降低韌帶強度；松弛素會降低軟組織張力，增加ACL 松弛度。還有研究發現，松弛素會促進膠原分解，抑制合成，當松弛素＞6.0 pg/mL時，ACL損傷風險會增加4倍［20］。另外，雌激素會導致ACL 生理特性的改變，高濃度雌激素會減少ACL的極限負荷，并降低生物力學性能，其會抑制成纖維細胞分泌膠原（其形成的膠原纖維是構成韌帶結構、賦予其生物特性的主要結構），且雌激素會使韌帶中Ⅲ型膠原纖維（賦予韌帶抗拉伸能力）和Ⅲ型膠原纖維（ACL修復早期會大量分泌）顯著減少。所以女性損傷風險高于男性［21］。

1.4 神經肌肉控制能力

神經肌肉控制是指關節周圍的動態穩定結構受到各種感覺刺激時產生無意識的激活，從而實現關節的動態穩定。神經肌肉控制能力的指標主要包括肌力、核心穩定性、動態姿勢控制能力和本體感覺。

Zazulak等人［22］對277名大學生運動員進行前瞻性測試之后發現，女大學生運動員在應對外力干擾時，若能夠較好地控制核心和軀干的運動，則可避免受傷。一項前瞻性研究發現，軀干、臀部和膝關節的異常運動模式與非接觸型ACL 損傷密切相關，髖周肌群力量下降可能是這些模式異常的源頭，即髖周肌群力量減弱可能會增加ACL 損傷風險［23］。另外，Khayambashi 等人［24］的研究表明，在運動中出現ACL 損傷的運動員髖關節周圍肌群力量明顯要弱于沒有出現損傷的運動員，即髖周肌群力量受損會增加ACL 損傷的風險。還有一些研究表明，動態姿勢控制能力、核心區穩定性以及核心區本體感覺不足，可能是導致ACL 損傷的潛在風險因素。較好的軀干本體感覺有助于減小單腳落地動作中的膝外翻力矩，并且對于落地后身體質心、支撐面的性質等因素也可以很好地感知，從而有助于降低ACL的損傷風險［1，5］，軀干運動可通過機械和神經肌肉機制影響膝關節外展負荷，如果軀干橫向移動，地面反作用力可能會橫向移動，并且相對于膝關節中心具有更大的杠桿臂，這將直接增加膝關節的外翻負荷［25］。因此，軀干的穩定性是膝關節正常運動模式的保障，運動過程中維持軀干穩定的因素，如脊柱周圍肌群和髖周肌群肌力、動態控制中正確的生物力線以及正常的本體感覺等，都會在不同程度上影響ACL 的結構和功能。

1.5 神經認知功能

神經認知能力（包括反應時間、處理速度、視覺和語言記憶）下降與非接觸性ACL 損傷之間的關聯也非常密切。Swanik 等人［26］通過比較大學生語言記憶、視覺記憶、處理速度和反應時間等神經認知功能測試結果發現，非接觸性ACL損傷與對照組相比，其反應時間更長、反應速度更慢、視覺記憶和言語記憶及綜合得分更低［27］。另外，一項近期的研究比較了認知訓練前后ACL損傷患者與健康對照組關節僵硬調節功能和膝關節功能，結果顯示，認知訓練干預可以增強ACL損傷患者的認知加工能力，從而幫助恢復正常的關節僵硬度調節功能和膝關節功能［28］。但由于目前對神經認知功能與ACL 損傷發生關系的循證研究還較少，不能直接證明神經認知功能是直接導致非接觸型ACL損傷的高危因素，使結果的信度有所下降，今后此領域仍需做大量工作。

1.6 損傷史

研究表明，不論是同側膝關節，還是對側膝關節，曾有過ACL重建史，均會造成ACL損傷風險增加，并且距離越近的既往損傷史，對再次損傷造成的影響越大。Paterno 等人［29］的一項前瞻性對照研究表明，首次ACL損傷后，ACL 再次損傷的風險相較于沒有發生過損傷的人群高15倍，其中在女性運動員中，該數值高16倍，且與男性運動員相比，女運動員再次出現ACL 損傷的可能性高4倍。一項隊列研究發現，ACL受傷的人在同一膝蓋受傷的可能性更高，但該研究結果僅限于女性［30］。Waldén 等人［31］發現，有過ACL 重建史的運動員，其同側和對側膝關節任何類型再次損傷概率都相對較高；Kramer等人［32］研究發現，ACL的損傷與踝關節損傷史也有顯著聯系，發生過踝關節扭傷的人群更容易出現同側下肢的ACL損傷。對于那些經歷過ACL損傷或者其他下肢關節運動損傷的人群來說，其在運動中的恐懼心理會較無損傷史的人群大，并且下肢各個關節原本是完整的、功能性較強的運動鏈，在運動時，其中任何一個環節出現問題，都會導致整個運動鏈的穩定性和功能性下降，所以有過運動損傷的人群再次受傷的風險會更高。

1.7 遺傳和基因

ACL損傷的一些不可改變的危險因素很可能與遺傳有關。Flynn等人［33］發現，與沒有ACL撕裂的受試者相比，ACL 損傷的受試者有ACL 撕裂一級親屬的可能性是無ACL 撕裂的受試者的兩倍。因此，某些風險因素，特別是與關節松弛有關的風險因素，很可能是遺傳的，因此在高危人群中必須注意ACL撕裂的家族史［34］?；蚍矫?，研究發現，ACL患者COL1A1基因（編碼Ⅰ型膠原）表達頻率更低，且存在該基因變異的人群其ACL損傷的概率是該基因正常表達人群的4倍［5］。另外，一些研究表明，在組織重塑中發揮重要作用的基質金屬蛋白酶基因可能與ACL 損傷有關，且蛋白聚糖基因是否存在多態性也有可能會使個體容易發生ACL損傷［35-36］。

2 ACL損傷的外在風險因素

外在損傷風險因素包括天氣、運動場地、運動鞋等，這些因素主要影響到鞋與運動表面之間的相互作用力。選擇合適的鞋子、天氣以及運動場地進行運動，可以降低ACL損傷的風險。

2.1 運動鞋

在軸向旋轉組合運動中，脛骨內部扭矩的大小也與運動員的鞋和地面之間的摩擦系數密切相關。較高的系數會引起較高的膝關節扭矩，如砂或橡膠材料填充的人造草地和刀片式鞋釘足球鞋會比天然草和釘式鞋釘足球鞋產生更大的脛骨軸向扭矩［37］。有研究發現，增加鞋面條件的COF（摩擦系數）將改變受試者在側切任務中的運動策略，可能增加ACL損傷的風險，高COF 與較小的膝關節屈曲角度、較大的膝關節外翻力矩有關，所有這些都表明ACL 損傷的風險增加［38］；Lambson 等人［39］在研究中發現，鞋底的鞋釘與地面產生的扭轉力矩越大，ACL 損傷概率越高。其具體機制可能是由于鞋與地面之間摩擦力和扭轉阻力增大，使運動員在做各種急停急起、變向、旋轉等動作時膝關節負荷增大，從而易引起損傷發生。因此，當鞋底與地面的摩擦系數較高時，運動員脛骨向內扭轉程度增加，從而導致更高的ACL 損傷的風險，并且在運動過程中如果鞋底與地面摩擦較大，足踝部分就不能在軀干進行快速移動時發生同等速度的配合，因此會對脛骨產生較大的剪切力和扭力，增加ACL 的張力，進而導致損傷。

2.2 天氣和環境

0rchard 等人［40］在研究中發現，天氣干燥與澳大利亞職業橄欖球運動員ACL 損傷之間顯著相關，并且炎熱的天氣比寒冷天氣更易增加ACL損傷的風險。天氣炎熱、天氣干燥和低降雨量會增大ACL 損傷風險。其機制可能與炎熱的天氣以及較干燥的環境會增大鞋與地面之間摩擦力和扭轉阻力有關。另外，一項與天氣相關的研究報告稱，女性休閑滑雪者在冰雪條件下或在降雪期間滑雪時受傷的風險增加［41］。

2.3 場地

Olsen 等人［42］通過對比挪威手球運動員在室內實木復合地板（摩擦力較?。┖腿嗽斓匕澹Σ亮^大）上進行的運動結果發現，女子在人造地板上發生損傷的人數更多，且更容易發生損傷，男性則無顯著差異［5］。

3 結語

綜上所述，ACL損傷在生活中是非常常見的，不管是運動員還是非運動員、青年還是中年、男性還是女性，都有損傷的風險。影響ACL 受力的因素可分為兩個大方面：內因和外因。內因主要包括身體解剖結構、性別的差異、激素水平、神經肌肉控制能力、損傷史以及遺傳和基因等因素；而外因主要是指運動時所穿鞋子和外界環境帶來的影響。內在因素中，解剖結構、性別和遺傳基因無法改變，可以從其他方面入手來提高抵御ACL 損傷的能力，如通過降低BMI 來減輕膝關節負荷；通過神經認知訓練改善抵御外來風險的能力；通過核心訓練和動態穩定性訓練等提高神經肌肉控制能力。外在因素中，天氣原因無法避免，但可以建議運動者針對不同的運動場地穿合適的鞋子，佩戴合適的運動裝備來預防損傷的發生。

綜上，各風險因素之間存在一定的相互聯系和影響，同時存在兩個以上風險因素時會大大增加ACL 損傷的發病危險。對于非接觸型ACL 損傷來說，大部分非接觸型機制是可以預防的，所以了解這些風險因素，就可以通過一些手段和措施進行避免和預防，從而減少損傷的發生。