踝扭伤后关节生物力学和本体感觉变化特征及相关性

杨绯，潘钰，吴琼，徐泉，李欣，张丽春

清华大学附属北京清华长庚医院，清华大学临床医学院，北京市 102218

踝扭伤是最常见的运动损伤之一，扭伤后踝关节局部疼痛、肿胀，对日常活动及运动参与构成较大风险，增加社会经济成本[1-2]。急性踝扭伤的长期预后较差，高达70%的踝扭伤患者在伤后6 个月～7 年仍有持续残留症状或损伤再发[3-5]。

踝扭伤及扭伤复发可能与踝关节周围肌肉力量不足、肌肉协调性和本体感觉不良等因素有关[6]。踝扭伤后除疼痛外，踝关节活动度和肌肉力量、本体感觉会进一步下降，其中关节活动度受限会影响上下楼梯、下蹲和跑跳运动，是踝关节功能康复的关键和重点[7]。感觉运动控制障碍可导致关节不稳定，引发关节退变及活动障碍[8]。以往研究发现[9]，踝关节本体感觉减退和关节刚度异常是导致功能性踝关节不稳定的原因之一。慢性踝关节不稳患者踝关节刚度较健康人群下降，但踝扭伤后关节刚度、本体感觉特征及两者间关系仍不明确[6,10]。

本研究拟观察踝扭伤患者踝关节关节活动度、肌力、刚度和本体感觉变化特征，分析这些特征与本体感觉变化的相关性，探讨踝关节生物力学和本体感觉定量评价对踝扭伤康复策略的指导价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

2019 年4 月至7 月，本院康复科门诊就诊的踝关节扭伤患者21例，所有患者均行踝关节X片排除踝关节骨折，腓骨下关节半脱位、全脱位等，主要表现为因踝关节扭伤等外伤原因导致关节肿胀、疼痛、淤血、活动受限。诊断标准符合2018年国际踝关节联盟踝扭伤诊治专家共识[1-2]。

纳入标准：①年龄18～65岁；②病程2周～3个月；③因踝扭伤导致关节肿胀疼痛、活动受限或平衡功能受限，可包括非严重的撕脱骨折，不需要制动固定；④踝关节磁共振检查明确无踝关节韧带严重损伤或完全断裂；⑤自愿参与该研究，可接受为期4 周的治疗及随访，并签署知情同意书。

排除标准：①因骨折、韧带断裂损伤等原因需要严格踝关节制动或需要手术；②曾行踝关节手术和内固定；③其他肌肉、骨骼、神经系统损伤，包括髋、膝关节和腰部疾病等问题引起下肢运动障碍、步态异常；④康复治疗不能配合；⑤存在重度骨质疏松、骨折、妊娠，并发感染、肿瘤；⑥严重心脑血管疾病、严重的周围神经疾病、偏瘫、截瘫、精神疾病等；⑦目前疾病疼痛程度严重，视觉模拟评分>7 分，不能配合踝关节训练。

记录所有患者性别、年龄、身高、体质量、病程、踝扭伤分期[2]，采用美国足踝外科协会(American Orthopaedic Foot&Ankle Society,AOFAS)的踝-后足评分记录功能情况，包括疼痛程度及对日常生活影响，分数越高，患者症状越严重。见表1。

本研究经本院伦理委员会审批通过(No.18151-0-01)。

表1 患者基本信息

1.2 方法

1.2.1 关节活动度

对所有踝扭伤患者采用量角器评估双侧踝关节跖屈、背屈关节活动度。

1.2.2 肌力

采用MicroFet3 便携式数字肌力测试仪(美国HOGGAN公司)，记录踝关节背屈、跖屈肌力。

1.2.3 刚度

采用FSM-C-AN 踝关节测试训练系统(北京力泰克医疗科技有限公司)评估双侧踝关节刚度。测试时患者放松坐于测试座椅上，髋关节屈曲90°，膝关节伸直位，固定测试下肢膝关节和踝关节。记录背屈末端、跖屈20°和跖屈末端时关节活动所需平均力矩，该值越大，则活动关节时所需力越大，关节越僵硬。

1.2.4 本体感觉

将踝关节置于中立位，以1°/s 的速度缓慢使踝关节跖屈运动，记录患者感受关节活动的位置，即关节活动阈值(motion perception threshold,MPT)，该值越大，关节本体感觉越差。踝关节的初始位置0º，目标角度为跖屈10°，同时记录以10°/s 的速度被动移动到目标角度，并保持此位置5 s，随后将踝关节恢复到起始位置，并再次以1°/s 的速度将踝关节做跖屈移动，当患者感觉到达目标角度时即停止运动，记录停止角度与目标角度之间差值绝对值，即关节位置觉(passive position sense,PAPS)，该值越大，关节本体感觉越差[9]。

1.3 统计学分析

采用SPSS 21.0统计软件处理。计量资料采用(xˉ±s)表示，双侧比较采用t检验。采用Pearson 分析检验踝扭伤患者中踝关节活动度、刚度和本体感觉间的相关性。显著性水平α=0.05。

2 结果

2.1 关节活动度、肌力、刚度和本体感觉比较

踝扭伤患者患侧踝关节背屈和跖屈活动度小于健侧(P<0.05)，背屈和跖屈肌力明显小于健侧(P<0.01)。患侧跖屈末端刚度明显大于健侧(P<0.01)，背屈末端和跖屈20°时关节刚度较健侧轻度增加，但无显著性差异(P>0.05)。两侧MPT 和PAPS 无显著性差异(P>0.05)。见表2。

2.2 关节活动度、刚度与本体感觉的相关性

患侧跖屈活动度与跖屈末端刚度呈显著负相关(r=-0.466,P<0.05)。见表3。MPT 与踝关节跖屈活动度呈负相关(r=-0.613,P<0.05)，与跖屈末端刚度呈正相关(r=0.469,P<0.05)。见表4。

3 讨论

踝扭伤可影响踝关节肌力、关节活动度和本体感觉。踝扭伤患者恢复期给予力量训练后仍有踝关节疼痛和功能障碍，进而影响日常生活和步行功能恢复[11]。踝关节活动度、本体感觉等可能是影响损伤后运动功能恢复的重要因素[2]，分析踝扭伤后踝关节生物力学特征，可能有助于进一步指导康复训练方案。本研究发现，踝扭伤II～III 期患者恢复期踝关节周围肌力下降，伴有踝关节背屈和跖屈活动度均明显受限，跖屈刚度增加，且跖屈活动受限程度与本体感觉变化具有相关性。提示踝扭伤不仅影响踝关节肌力，且踝关节活动度、刚度等生物力学特征发生显著变化，踝关节生物力学和本体感觉定量评价可能对临床评价及调整康复策略有指导作用。

表2 踝扭伤患者患侧和健侧关节活动度、肌力、本体感觉和刚度比较

表3 关节活动度与刚度间相关性

表4 本体感觉与关节活动度、刚度间相关性

临床上踝扭伤后康复重点多强调踝关节背屈功能训练，而对跖屈功能关注较少[2,7]。Chinn 等[12]报道，在慢性踝关节不稳患者中出现跖屈活动受限，且与反复踝关节损伤相关。新近研究发现踝扭伤后跖屈活动度受限更明显[7]，与本研究结果一致。Punt 等[11]通过步态分析发现，未经康复治疗的急性踝扭伤患者步幅、步速、单腿支撑时间、最大踝关节跖屈角度均有显著下降。横断面研究发现[7,13]，约20%踝扭伤患者可伴有韧带联合损伤，进而导致踝关节跖屈活动受限。我们认为踝关节活动受限引起肌肉异常激活和关节生物力学变化，导致再损伤，并影响运动表现。注意强化跖屈活动康复训练，可能有助于踝扭伤后功能恢复，减少远期并发症发生。

踝关节刚度包括关节囊、肌肉、肌腱及周围组织的僵硬程度。本研究采用踝关节测试训练系统定量评价踝关节刚度，该系统既往多用于偏瘫和脑瘫等神经系统损伤导致踝关节功能障碍者的测试和研究，信度为0.76[14-16]。研究发现[14]，脑卒中后瘫痪侧踝关节活动度减少，踝关节刚度增加，以背屈和跖屈末端为著，且与关节活动度呈负相关。脑瘫患儿中，踝关节刚度在全关节活动范围内均显著升高，通过牵拉治疗后刚度下降，关节活动度增加[15]。本研究对踝扭伤后踝关节末端刚度分析发现，患侧踝关节跖屈末端刚度较健侧明显增加，与MPT 呈正相关，提示踝扭伤导致踝关节周围软组织的被动机械特性改变，即小腿前侧肌群和韧带结构变化，进而影响关节活动。这种变化可能与踝扭伤后早期疼痛、活动减少、踝周韧带和软组织损伤后瘢痕修复等原因相关。

本体感觉是运动控制的重要组成部分，在导致肌肉骨骼损伤的多种危险因素中，神经肌肉控制的稳定性是造成伤害风险最重要潜在因素之一[17]。本研究采用MPT 和PAPS 评价踝关节本体感觉，踝关节本体感觉下降者MPT 增加，PAPS 增大。既往研究报道[9]，踝关节不稳定患者关节刚度异常可影响MPT。本研究采用1°/s的速度评估本体感觉，未发现患侧MPT有显著变化；但踝扭伤后患侧跖屈末端刚度下降，与MPT呈显著正相关，即跖屈末端僵硬可能导致本体感觉异常。本体感觉的机械感受器主要存在于肌肉、韧带、肌腱和关节囊中[18]。关节位置和运动的感知不仅涉及韧带，还包括因运动或位置变化引起的组织张力结构的整个神经运动网络[19-20]。因此，组织间的力传递和刚度变化可能在本体感觉和运动控制方面起到重要作用。关节粘连、挛缩、损伤可能导致关节内和韧带上关节本体感受器损伤，使本体感觉下降。研究发现踝关节刚度仅与MPT 存在相关性，而与PAPS 无明显相关性。我们分析在本体感觉测量方面，MPT能更敏感地反映本体感觉，这与以往研究结果一致[9,21]。

本研究证实踝扭伤患者，踝关节背屈和跖屈肌力、关节活动度均明显下降，跖屈末端关节刚度升高，其中跖屈活动度和关节刚度异常影响关节本体感觉。踝扭伤患者康复需加强关节周围肌肉力量、背屈和跖屈活动度训练，改善跖屈刚度，以促进本体感觉和踝关节运动功能恢复。踝关节生物力学和本体感觉定量测量有助于定量指导踝关节康复策略。

本研究存在一定的局限性。第一，研究样本量较小。第二、未对踝扭伤患者进行随访观察。目前尚不清楚踝关节生物力学测量和相应康复策略是否影响康复预后。今后研究需进一步扩大样本量，并随访观察康复治疗后踝关节生物力学和本体感觉变化，明确踝扭伤后生物力学和本体感觉定量评价在康复策略指导的应用价值。