功能性踝关节不稳者动态平衡能力及等速肌力特征研究

赵 丽 李 翠 顾博雅 熊开宇

北京体育大学运动生理教研室，北京 100084

功能性踝关节不稳（functional ankle instability，FAI）是慢性踝关节不稳的一种，指踝关节局部韧带组织的受伤，破坏了关节囊内的机械性感受器，导致从外界输出信号到募集肌肉正确收缩的时间发生延迟，最终改变关节稳定性，即所谓的“足打软”或不稳的感觉状态[1-3]。踝关节局部解剖特点决定了外侧副韧带是最容易受伤的韧带，外踝扭伤占踝关节扭伤的80%。故以往多数研究集中于FAI的内外翻力矩情况，较少分析跖屈背屈肌力对踝关节损伤的影响；且大多数研究的是向心肌力，较少研究慢性踝关节不稳人群内翻外翻肌群的离心肌力。但扭脚多发生在踝关节跖屈内翻时，故踝关节功能的稳定不应忽视矢状面踝关节的运动和平衡能力。本文检测了FAI冠状面、矢状面的动态平衡能力及不同速度及收缩模式下跖屈、背屈的等速肌力特点，以期为FAI的预防保护提供一定的依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料

通过踝关节损伤情况调查及国际标准踝关节功能评价问卷（AJFAT）筛查，筛选出19例女性单侧FAI组，其中，年龄（23.37±6.03）岁，身高（165.98±5.95）cm，体重（57.77±9.20）kg，体重指数（BMI）（22.09±2.53）kg/m2；匹配 19例未有 FAI的女性受试者为对照组，其中，年龄 （21.94±1.30）岁，身高（165.91±5.48）cm，体重（54.88±6.41）kg，BMI（20.06±2.12）kg/m2。FAI组筛选标准：①近2年内单侧踝关节反复扭伤2次以上，功能活动中有踝关节不稳或失控感觉；②AJFAT分值≤26分；③无下肢手术、骨折等病史；④最后一次踝关节扭伤≥1个月；⑤另一侧踝关节无不稳主诉；⑥前抽屉试验、距骨倾斜试验阴性。

1.2 方法

1.2.1 动态平衡测试方法 使用biodex balance system（BBS）分别对FAI组及对照组进行姿势稳定性测试（postural stability）。测试分为双足站立睁眼、闭眼测试和单脚站立睁眼测试。平台稳定等级8 级，检测时间20 s，重复3次，每次间歇10 s。受试者脱鞋站立于测试台上，双臂悬垂于躯干两侧，双足站立测试左足跟坐标（F，8），右足跟坐标（F，14），双足内踝相距8～10 cm、足尖分开呈30°。单足站立测试左足/右足足跟坐标（F，11）、足跟与第 3 跖趾尖连线与矢状面呈0°夹角。每项测试前受试者用1～2 min熟悉测试环境。

1.2.2 等速测试方法 严格按照Biodex踝关节等速测试实验手册规定的方法进行。测试前5min的准备活动包括双侧踝关节屈伸活动和拉伸练习。测试时，受试者取坐位，尼龙带将腰背和大腿固定，双手自然握住两侧把手，将踝关节绑在脚踏板上，松紧适宜，踝关节的运动中心与等速测试仪器的转轴保持在一条直线上，在测试前进行重力补偿。正式测试前在测试角速度下以亚极限强度运动3次，熟悉掌握整个测试过程。测试期间受试者踝关节的活动范围统一限定在-10°～30°之间。 测试速度为 60°/s和 180°/s，60°/s测试时重复次数为5次，180°/s测试时重复次数为20次。

1.3 观察指标

1.3.1 姿势稳定性测试指标 总体稳定指数（SI）、前后稳定指数（APSI）、左右稳定指数（MLSI）。分别代表站立时总体及在矢状面、额状面上的平均摆动角度（摆幅），指数越小，稳定性越好。

1.3.2 等速测试指标 相对峰值力矩（RPT）、背屈与跖屈峰值力矩比值 （peak torque of dorsiflexion/peak torque of plantarfiexion，PTD/PTP）、两侧同名肌群肌力差值比。

1.4 统计学方法

应用SPSS 17.0统计软件对数据进行分析，计量资料数据以均数±标准差（±s）表示，采用独立样本t检验或单因素方差分析；睁眼、闭眼姿势稳定测试结果采用配对t检验。以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 动态平衡测试结果

双脚站立FAI组睁眼、闭眼测试的各指标虽均大于对照组，但差异无统计学意义（P＞0.05）；两组受试者在睁眼时各指标均远远小于闭眼时各指标（表1）。而单脚站立睁眼对照组优势侧和非优势侧姿势稳定性测试各指标无差异，故文中对FAI组的姿势稳定测试中只分析健侧和患侧，而不再区分健侧和患侧中的优势侧、非优势侧。对照组选用优势侧和非优势侧的平均值。

结果提示：FAI组患侧 SI、APSI、MLSI平均数均大于其健侧及对照组， 其中以SI、APSI的差异明显 （SI：F=6.37；APSI：F=5.92，P＜0.05）， 表明FAI患侧整体及矢状面的的姿势控制能力弱于健侧和正常对照组。FAI组健侧各指标大于对照组的平均值，且以 SI、APSI的差异明显（SI：F=10.68；APSI：F=9.75，P＜0.01）， 即FAI组健侧总体姿势控制能力和矢状面姿势控制能力仍较正常人低。见图1。

表1 两组双脚站立姿势稳定性测试各指标比较（±s）

表1 两组双脚站立姿势稳定性测试各指标比较（±s）

注：与同组内闭眼比较，▲▲P＜0.01

组别 SI APSI MLSI FAI组（n=19）睁眼闭眼对照组（n=19）睁眼闭眼0.63±0.28 2.91±1.45▲▲0.47±0.28 1.96±0.98▲▲0.31±0.12 1.70±1.10▲▲0.59±0.22 2.08±1.53▲▲0.41±0.151.48±1.15▲▲0.32±0.151.17±0.90▲▲

2.2 等速肌力测试结果

2.2.1 相对峰值力矩 FAI组健侧跖屈和背屈肌群肌力与对照组及FAI组患侧背屈肌群肌力与健侧、对照组相比差异均无统计学意义，但FAI组患侧跖屈肌群肌力在低速测试环境向心肌力差异无统计学意义，而离心肌力差异具有统计学意义（F=4.74，P＜0.05）；在高速测试环境向心、离心肌力差异均有统计学意义 （向心：F=5.20；离心：F=6.61，均P＜0.05）。且随测试速度增加，各组跖屈和背屈肌群向心模式下RPT减小，但离心模式下RPT增加是其共同特征（图2、3）。

2.2.2 背屈/跖屈峰值力矩比值 背屈/跖屈峰值力矩比值是衡量踝关节主动肌群和拮抗肌群力量是否协调的重要指标。背屈/跖屈峰值力矩比值在FAI组健侧、患侧之间以及对照组之间比较差异无统计学意义。

2.2.3 两侧同名肌群峰值力矩差值比 两侧同名肌群峰值力矩差值比计算方法为：（健侧峰值力矩-患侧峰值力矩）/健侧峰值力矩，是衡量两侧肢体同名肌群力量是否平衡的重要指标。FAI组背屈肌群向心、离心峰值力矩差值比均小于10%；而跖屈肌群在不同速度下均大于10%，尤其在高速测试环境下差值比更大，说明FAI组患侧跖屈肌群的高速工作能力在一定程度上受到限制（图2、3）。

3 讨论

踝关节稳定性的维持包括肌肉力量、机械稳定性和本体感觉等多因素的参与。现有的研究认为FAI的发生与韧带损伤、踝关节肌力不足，肌肉反应时间延迟，踝关节本体感觉降低等因素有关[4]。而运动控制过程需要视觉、肌肉和关节的本体感受器连续整合感觉并传入信息，同时感受器还感受运动中枢前馈、反馈调节的信息[5]。

本研究双脚姿势稳定性测试结果表明两组受试者在闭眼和睁眼时平衡能力有差异，是视觉在维持人体姿势平衡时重要作用的体现。当阻断视觉反馈时，平衡控制主要依赖于躯体感觉为主。踝关节损伤可导致本体感觉障碍，损伤越严重，本体感觉下降越明显[6]。本研究结果FAI组闭眼时平衡能力低于正常组，与前人研究结果一致，提示踝关节损伤使本体感受器敏感性下降，从而感觉运动中枢无法快速精确感知踝关节的空间位置、运动和肌力变化，使动态平衡能力调节下降。FAI组除整体稳定能力较差外，还存在一定程度的矢状面本体感觉缺陷，故运动位置觉下降[7]、运动力觉障碍。而针对目前争议较大的左右方向稳定指数的变化，即患者是否存在冠状面主动和被动踝运动觉下降[8-9]，本文结果显示左右方向姿势稳定控制与对照组没有明显差异。有学者认为是由于BBS测得MLSI指标的敏感度较低，但大多数研究结果都证实BBS各指标具有有效性和可行性[10-11]。

本研究结果还提示FAI患者不仅患侧动态平衡能力显著性下降，且健侧动态平衡能力也有一定程度下降。与王坤[12]研究结论一致，认为可能是踝关节损伤后神经肌肉控制机制发生改变使两侧平衡能力都发生了改变[13]。

功能性踝关节不稳的肌力不足观点认为由于腓骨肌肌力不足，导致机体动态稳定性受限而发生FAI[4]。在本观点下的研究结果也众说纷纭，一些研究者认为FAI外翻的向心和离心肌力均不足，导致内翻控制能力的降低，腓骨肌不能及时纠正内翻动作恢复至中立位，使损伤发生。而另一些研究结果却提示无论何种收缩形式或收缩速度，均不存在外翻肌力不足，而是内翻离心肌力有明显的不足，外翻肌群肌力却无明显差异。目前仅有少数的研究探讨功能性不稳踝关节的跖屈和背屈力矩[14]情况，因研究方法不一致等原因，其研究结果缺乏一致性。本研究采用60°/s和180°/s的等速向心、离心测试方法，显示FAI组患侧相对跖屈肌力较对照组及FAI组的健侧肌力均低，尤其离心肌力降低明显。本结果与Fox等[14]采用90°/s的等速离心测试发现的FAI者其患侧跖屈力矩较健侧下降的结果相一致。提示跖屈离心肌力降低对FAI的形成具有重要作用。造成这一现象的可能原因为踝关节扭伤前小腿三头肌或肌腱韧带受到损伤[13,15]；或初次损伤后产生关节源性抑制（arthrogenic muscle inhibition，AMI），即反射性抑制在一定程度上造成肌萎缩，运动单位募集减少，导致跖屈肌力的下降[14]。

此外，本研究还提示随着测试角速度的增大，跖屈或背屈向心模式下RPT减小，但离心模式下RPT增加。这可能与向心、离心收缩机制不同相关[15]：在低速向心收缩则主要由慢肌纤维完成，高速向心收缩时，较多的快肌纤维参与产生较大的峰值力矩；在高速离心收缩时，其肌电活动仍保持在一个较低水平，表明离心收缩肌力的增大源于弹性组织的牵伸而不是收缩单位肌电活动的增加，即高速离心收缩进一步选择性地改善肌腱等结缔组织的张力，从而使力矩值增大。一般认为当两侧同名肌群峰值力矩差值比大于10%时易造成弱侧肢体的损伤[15]。本研究结果显示FAI组患侧随着测试角速度增加，其跖屈肌群离心RPT增加较少，提示FAI组患侧跖屈肌群的弹性组织可能受到一定程度的损伤。

终上所述，功能性踝关节不稳患者单脚站立时健侧和患侧都存在动态平衡能力下降，其矢状面姿势控制能力降低；其跖屈肌群高速工作能力较差，高速离心力量与低速离心力量的差值越大，跖屈肌群的弹性组织损伤的可能性越大，建议在预防及治疗FAI时加强肌腱等结缔组织的张力练习具有一定意义。

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