CAI與下肢近心端運動鏈肌力和神經(jīng)肌肉控制的關系

摘要：慢性踝關節(jié)不穩(wěn)（Chronic ankle instability ，CAI）是踝關節(jié)多次扭傷后最常見的病癥，極易引起踝關節(jié)的再次損傷^[1]。近年來CAI一直是許多學者研究的熱點，但目前更多的目光集中于踝關節(jié)，而對髖、膝周肌力的減退和神經(jīng)肌肉控制缺陷的研究較少。為了加深對CAI的理解，本文以運動生理學和生物力學為理論背景，結合近幾年文獻研究，從新的視角重新闡述CAI發(fā)生機制，并著重強調了CAI發(fā)生時，不應將視線僅限與踝關節(jié)，而要用發(fā)散性思維區(qū)思考，把CAI與身體近心端運動鏈生物力學（關節(jié)活動度、肌肉力量）和神經(jīng)肌肉控制改變考慮進去，以便CAI患者能接受更為全面的早期篩查及后期治療，有利于CAI患者早日康復和臨床診療方案制訂。

關鍵詞：慢性踝關節(jié)不穩(wěn) "踝關節(jié)扭傷 "崴腳康復策略 "姿勢控制

The Relationship Between CAI and the Strength of the Lower Limb Proximal Kinetic Chain Muscles and Neuromuscular Control

HAN Xiaotian

School of P.E.， Liaoning Normal University， DaLian 116029， LiaoNing Province， China

Abstract： Chronic ankle instability （CAI） is the most common disorder after multiple ankle sprain， which is easy to cause re-injury of the ankle joint^[1]. In recent years， CAI has been the focus of many researchers. However， more attention has been paid to the ankle joint， and less attention has been paid to the hip and knee muscle weakness and neuromuscular control defects. In order to deepen the understanding of CAI， based on the theoretical background of exercise physiology and biomechanics and combined with the literature research in recent years， this paper re-expounds the mechanism of CAI from a new perspective."It is emphasized that when CAI occurs， we should not only focus on the ankle joint， but also use divergent thinking to think about the biomechanics （joint range of motion， muscle strength） and neuromuscular control changes of the proximal movement chain of the body， so that patients with CAI can get more comprehensive early screening and later treatment. It is beneficial to the early rehabilitation of CAI patients and the formulation of clinical diagnosis and treatment plans.

Key words：Chronic ankle instability; Sprain of ankle; Rehabilitation strategies for sprain; Posture control

踝關節(jié)扭傷是最常見的足踝損傷之一，在體育運動中非常常見。遺憾的是，多達70%的首次踝關節(jié)扭傷患者將繼續(xù)出現(xiàn)持續(xù)癥狀，包括疼痛、主觀不穩(wěn)定或“錯位”，也就是慢性踝關節(jié)不穩(wěn)（chronic ankle instability ，CAI）^[1]。CAI通常會出現(xiàn)姿勢的改變，造成下肢力線平衡和神經(jīng)肌肉控制障礙，進一步引起膝、髖關節(jié)運動角度、力矩及下肢神經(jīng)肌肉控制（Neuromuscular control，NMC）等的改變，從而使下肢力線和NMC達到“新的”平衡。這一“新平衡”會造成下肢近心端（靠近身體中心軀干的點，本文指髖、膝關節(jié)肌群）運動鏈生物力學和NMC的改變^[2]。

1 CAI及其成因

外側踝關節(jié)扭傷是普通人和經(jīng)常參加體育鍛煉人群中最常見的神經(jīng)肌肉骨骼損傷。50%至70%的外側踝關節(jié)扭傷患者會出現(xiàn)CAI^[3]，CAI是指踝關節(jié)首次扭傷后未經(jīng)系統(tǒng)治療、治療不當或延遲治療出現(xiàn)的踝關節(jié)長期疼痛伴隨著主觀感覺不穩(wěn)定及反復扭傷性疾病，其中以外翻導致的外側損傷最為常見^[3]。國際踝關節(jié)聯(lián)合會將這種嚴重踝關節(jié)扭傷后殘留癥狀定義為CAI^[1]。

2 CAI與下肢近心端運動鏈的關系

CAI患者由于疼痛、腫脹會使踝周力量受到限制，為了滿足身體平衡和穩(wěn)定性，髖、膝周肌群就會進行代償來彌補踝周力量的不足，長期以往其他相鄰關節(jié)切應力和神經(jīng)肌肉激活模式就會發(fā)生改變，導致身體重心發(fā)生偏移，加重CAI患者的病情^[2]。最近有研究表明，在平衡、穩(wěn)定和動態(tài)活動中，踝關節(jié)等長肌力與下肢近心端運動控制之間有著密切的聯(lián)系^[4]，這意味著身體近心端肌力會對身體近地端（遠離身體中心軀干的點，踝關節(jié)肌群）肌力產(chǎn)生影響，同樣也解釋了在干預、治療CAI患者時，應對整個下肢運動鏈進行考慮，而不是僅僅關注在踝關節(jié)^[5]。

3 CAI患者下肢近心端運動鏈生物力學改變

CAI不僅導致踝關節(jié)肌力、本體感覺和關節(jié)活動度的改變，下肢近心端關節(jié)也會受到影響。把下肢整體看作一個運動鏈時，下肢近地端受到損傷，近心端也會發(fā)生相應的代償性改變。例如：踝關節(jié)力量不足，膝、髖關節(jié)就會進行代償，導致膝、髖關節(jié)力傳導模式改變，額外水平力增多，肌肉做功增加和運動范圍改變等^[5]。

3.1 CAI患者下肢近心端運動鏈關節(jié)活動度改變

最近有研究證明，CAI患者的膝、髖關節(jié)在動態(tài)運動中某些關節(jié)活動度改變并且CAI也與膝、髖關節(jié)的損傷存在潛在聯(lián)系，例如：Ziabari等^[4]使用運動捕捉系統(tǒng)收集了CAI患者，患側和健側踝關節(jié)、膝關節(jié)及髖關節(jié)在步態(tài)周期中的動力學和運動學變化，發(fā)現(xiàn)CAI患者，患側表現(xiàn)出更高的膝關節(jié)屈曲和外展變化以及健側髖關節(jié)后伸、膝關節(jié)屈曲及踝關節(jié)背伸的更大運動范圍，這將導致關節(jié)過度使用或急性損傷。Gribble等^[6]，在垂直跳躍著陸任務中，發(fā)現(xiàn)CAI患者在著陸之前和之后，膝關節(jié)伸展角度更大。Yumeng等^[7]使用七攝像頭運動分析系統(tǒng)和兩個測力臺收集兩組女性參與者在倒置表面上著陸時的下肢生物力學數(shù)據(jù)，結果顯示，CAI患者通過增加的膝關節(jié)伸展和內旋力矩來進行姿勢代償，保證著陸穩(wěn)定性。CAI患者由于疼痛、主觀感覺不穩(wěn)定，踝關節(jié)活動范圍限制，下肢相鄰關節(jié)會改變原有的活動模式，進行代償，滿足身體平衡、穩(wěn)定性的需求。

3.2 CAI患者下肢近心端運動鏈肌肉力量改變

CAI患者由于下肢力線遭到破壞，肌肉力量也會產(chǎn)生失衡。身體平衡、穩(wěn)定性下降，有很大一部分原因是由于身體兩側肌力不對稱導致的。近期有研究人員表明^[8-11]CAI也會導致患者下肢近心端肌肉力量發(fā)生改變。

3.2.1 CAI患者髖關節(jié)力量改變

CAI患者大都表現(xiàn)出髖關節(jié)肌無力，髖關節(jié)和腳踝的協(xié)調控制對于在多方向擾動下保持姿勢穩(wěn)定性很重要。Webster^[8]報告稱CAI患者在單腿旋轉深蹲運動中臀大肌（Gluteus maximus，Gmax）活動減少的情況。髖關節(jié)的近心端運動控制，特別是臀中肌（Gluteus medius，Gmed）和Gmax，對于在負重活動中保持姿勢穩(wěn)定至關重要，在CAI患者中可能會受到影響。有人認為髖部提供了更大程度的身體重心調節(jié)，而腳踝允許微調身體重心位置并保持有效的腳與支撐面的接觸。以前的研究已經(jīng)描述了髖部肌肉性能對姿勢穩(wěn)定性的影響。Riemann等^[12]報告，在更具挑戰(zhàn)性的平衡條件下（即站在不穩(wěn)定的表面上），髖部控制需求會增加。在單腿站立任務中，疲勞髖關節(jié)外展肌和內收肌會導致壓力中心偏移速度顯著增加。此外Lin報道^[10]，髖部肌肉疲勞對姿勢穩(wěn)定性的影響在CAI患者中得到證實。類似地，Bisson等^[11]報告說，髖屈肌和伸肌的疲勞導致額狀面壓力中心偏移速度增加，髖關節(jié)肌肉無力與踝關節(jié)扭傷和軟組織損傷有關。踝部通常在足內外翻時發(fā)生損傷，這就更需要髖部在額狀面上運動，來調整身體重心保證身體平衡，使身體免受傷害。

3.2.2 CAI患者膝關節(jié)力量改變

人體日常的站立和行走均以下肢為支撐，所以膝關節(jié)屈伸肌力及比值對人體平衡能力的影響具有重要的意義。有研究者^[6]觀察到CAI患者落地后膝關節(jié)肌肉組織的動態(tài)穩(wěn)定性和能量耗散水平降低。陳康等^[13]應用等速力量測試系統(tǒng)測定髖、膝關節(jié)肌群力量，進行對比，得出CAI患者伸膝肌群力量差，并會影響動態(tài)姿勢控制。黃留旖等^[14]建立逆向動力學模型，比較健康受試者和CAI患者不同程度踝關節(jié)最大等長肌力缺失對健、患側膝關節(jié)影響，發(fā)現(xiàn)患側股四頭肌肌力更易疲勞，健側腘繩肌肌力更易疲勞。因此，在干預、治療CAI患者時，應考慮到膝關節(jié)的作用，并且增強踝關節(jié)的肌肉力量，同時保護雙側膝關節(jié)對CAI患者的康復有積極作用。

從整個下肢運動鏈來看，CAI患者表現(xiàn)出的力學特征是關節(jié)活動范圍改變、肌力和力矩發(fā)生變化。并且下肢近心端的協(xié)調控制對于多方向擾動下保持姿勢穩(wěn)定性尤為重要，所以我們也要對下肢近心端運動鏈的運動控制進行考慮。

4 CAI患者下肢近心端神經(jīng)肌肉控制改變

NMC是所有運動任務的基本要求，而CAI患者由于長期疼痛、不穩(wěn)定和損傷復發(fā)通常會導致NMC出現(xiàn)障礙^[2]。NMC障礙通常被認為是肌肉去神經(jīng)支配結果，導致神經(jīng)和肌肉之間的信號傳遞過程中發(fā)生一種異常阻斷現(xiàn)象。當踝關節(jié)發(fā)生損傷，神經(jīng)和肌肉之間聯(lián)系發(fā)生部分阻斷，下肢近心端關節(jié)改變原有神經(jīng)沖動發(fā)放模式（提高神經(jīng)沖動發(fā)放頻率和激活更多運動單位數(shù)量）來進行代償，彌補踝關節(jié)力量的缺陷。

4.1 CAI患者膝關節(jié)神經(jīng)肌肉控制改變

膝關節(jié)是控制人體平衡的重要關節(jié)，尤其是在維持和調節(jié)人體動態(tài)平衡時發(fā)揮著重要作用^[15]。CAI患者的踝關節(jié)受損會進一步影響大腦對膝關節(jié)的神經(jīng)肌肉控制。Masafumi等^[17]測試CAI患者膝關節(jié)肌電，發(fā)現(xiàn)CAI組的內側股斜肌肌電顯著高于對照組，并且著陸后膝關節(jié)矢狀面運動學改變。Delahunt等^[18]觀察到CAI患者在側向跳躍任務股直肌在地面沖擊前的激活增加，這支持了通過前饋運動控制修改以往的肌肉激活模式。所以，在干預和治療CAI患者時不光要考慮橫向的運動，關于縱向方向上的膝關節(jié)屈伸運動也同樣要考慮進去。

4.2 CAI患者髖關節(jié)神經(jīng)肌肉控制改變

髖關節(jié)神經(jīng)肌肉控制（特別是Gmed和Gmax）對于在負重活動期間保持姿勢穩(wěn)定性至關重要^[12]。Hatem Jaber等^[19]研究CAI受試者在平衡測試期間，小腿肌肉和臀部肌肉動態(tài)神經(jīng)肌肉控制和肌電圖活動，發(fā)現(xiàn)CAI患者的姿勢控制較差，身體近心端和近地端神經(jīng)肌肉控制均發(fā)生改變，近心端肌肉活動的改變，特別是髖部肌肉活動減少會對神經(jīng)肌肉控制和運動質量產(chǎn)生負面影響，導致CAI的產(chǎn)生。Kathryn等^[8]選用10次重復單腿深蹲和旋轉弓步蹲，測量CAI患者和健康受試者Gmax的表面肌電，得出CAI患者在最大偏移點的單腿深蹲Gmax激活顯著低于健康組，而且比旋轉弓步蹲顯示出更高的激活率。似乎患有CAI的患者，在閉鏈功能任務中總是表現(xiàn)出身體近心端神經(jīng)肌肉控制改變。與健康受試者相比，CAI患者后外側髖關節(jié)肌肉存在顯著不平衡，這些變化可能是由于踝關節(jié)NMC缺陷導致，也可能是在踝關節(jié)不穩(wěn)之前就存在。

總體而言，CAI患者的神經(jīng)肌肉控制能力較差，踝、膝和髖部肌肉，肌電幅值發(fā)生改變，改善膝、髖部肌肉活動可能有助于身體在保持膝蓋和骨盆穩(wěn)定性的同時產(chǎn)生更安全有效的運動軌跡。

5 總結

由于CAI會導致許多負面后果，因此為這種腳踝問題制定預防策略非常重要，為了制定預防策略，必須澄清流行病學數(shù)據(jù)^[10]以前的研究廣泛關注踝關節(jié)肌肉組織的改變，而不太強調完成CAI患者功能任務所需的近心端肌肉活動。因此，在治療功能性踝關節(jié)不穩(wěn)時要從整個下肢運動鏈來考慮，而不是頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳，要以全身為整體，對于虛弱無力的關節(jié)，排查整個運動鏈從而開展相應的功能性訓練。并且確定CAI和膝、髖關節(jié)代償性神經(jīng)肌肉運動控制之間的潛在關系可能有助于臨床醫(yī)生和研究人員制定更全面的干預措施，以提高CAI患者的整體協(xié)調性，并預防未來的損傷。

參考文獻

[1]"ZIAEI E， HAGHPANAHI M， RAZI M， et al. The Effects of Chronic Ankle Instability on the Biomechanics of the Uninjured， Contralateral Ankle During Gait[J]. Orthop Surg， 2022， 14（9）： 2238-2244.

[2]"HERTEL J， CORBETT R. An updated model of chronic ankle instability[J]. J Athl Train， 2019， 54（6）： 572-588.

[3]"DELAHUNT E， BLEAKLEY C， BOSSARD D， et al. Clinical assessment of acute lateral ankle sprain injuries （ROAST）： 2019 consensus statement and recommendations of the International Ankle Consortium[J]. Br J Sports Med， 2018， 52（20）： 1304-1310.

[4]"ZIABARI E， RAZI M， HAGHPANAHI M， et al. Does ipsilateral chronic ankle instability alter kinematics of the other joints of the lower extremities： a biomechanical study[J]. Int Orthop， 2022， 46（2）： 241-248.

[5]"KHALAJ N， VICENZINO B， HEALES L， et al. Is chronic ankle instability associated with impaired muscle strength？ Ankle， knee and hip muscle strength in individuals with chronic ankle instability： a systematic review with meta-analysis[J]. Br J Sports Med， 2020， 54（14）： 839-847.

[6]"GRIBBLE P， ROBINSON R. Differences in spatiotemporal landing variables during a dynamic stability task in subjects with CAI[J]. Scand J Med Sci Sports， 2010， 20（1）： 63-71.

[7]"LI Y， KO J， WALKER M， et al. Does chronic ankle instability influence knee biomechanics of females during inverted surface landings？[J]. Int J Sports Med， 2018， 39（13）： 1009-1017.

[8]"WEBSTER K， GRIBBLE P. A comparison of electromyography of gluteus medius and maximus in subjects with and without chronic ankle instability during two functional exercises[J]. Phys Ther Sport， 2013， 14（1）： 17-22.

[9]"RIEMANN B， MYERS J， LEPHART S， et al. Comparison of the ankle， knee， hip， and trunk corrective action shown during single-leg stance on firm， foam， and multiaxial surfaces[J]， 2003， 84（1）： 90-95.

[10]"LIN C， HOUTENBOS S， LU Y， et al. The epidemiology of chronic ankle instability with perceived ankle instability-a systematic review[J]. J Foot Ankle Res， 2021， 14（1）： 1-11.

[11]"BISSON E J， MCEWEN D， LAJOIE Y， et al. Effects of ankle and hip muscle fatigue on postural sway and attentional demands during unipedal stance[J]. Gait Posture， 2011， 33（1）： 83-87.

[12]"RIEMANN B， MYERS J， LEPHART S. Comparison of the ankle， knee， hip， and trunk corrective action shown during single-leg stance on firm， foam， and multiaxial surfaces[J]. Arch Phys Med Rehabil， 2003， 84（1）： 90-95.

[13]"陳康， 王清亮， 張也， 等. 慢性踝關節(jié)不穩(wěn)的髖、膝關節(jié)肌群力量及動態(tài)姿勢控制的研究 [J]. 中國康復， 2022， 37（6）： 363-366.

[14]"黃留旖， 閆兆奇， 王星月， 等. 慢性踝關節(jié)不穩(wěn)對膝關節(jié)肌群的影響[J]. 醫(yī)用生物力學， 2023， 38（5）： 996-1002.

[15]"唐橋， 張海忠. 綜合性項目運動員動態(tài)平衡能力與雙側膝關節(jié)肌力、下肢爆發(fā)力的相關性研究[J]. 中國體育科技， 2019， 55（5）： 65-71+80.

[16]"JABER H， LOHMAN E， DAHER N， et al. Neuromuscular control of ankle and hip during performance of the star excursion balance test in subjects with and without chronic ankle instability[J]， 2018， 13（8）： e0201479.

[17]"TERADA M， PIETROSIMONE B， GRIBBLE P. Alterations in neuromuscular control at the knee in individuals with chronic ankle instability[J]. J Athl Train， 2014， 49（5）： 599-607.

[18]"DELAHUNT E， MONAGHAN K， CAULFIELD"B. Ankle function during hopping in subjects with functional instability of the ankle joint[J]. Scand J Med Sci Sports， 2007， 17（6）： 641-648.

[19]"JABER H， LOHMAN E， DAHER N， et al. Neuromuscular control of ankle and hip during performance of the star excursion balance test in subjects with and without chronic ankle instability[J]. PLoS One， 2018， 13（8）： e0201479.