前交叉韧带重建术后膝关节屈伸肌群肌力对主观功能和运动表现的影响

摘要：目的" 评估前交叉韧带重建术后膝关节屈伸肌群肌力对膝关节主观功能和运动表现的影响。方法" 纳入2015年6月至2021年6月于国家体育总局体育医院行前交叉韧带重建术并且符合纳排标准的患者53例，术后随访时间至少2年。使用等速肌力测试系统对患者双侧股四头肌和腘绳肌肌力进行评估，根据角速度为60°/s时股四头肌和腘绳肌峰值力矩肢体对称指数（LSI）是否达到85%为分组依据对患者进行分组。其中，A组（患者股四头肌和腘绳肌峰值力矩LSI≥85%）26例，B组（患者股四头肌或腘绳肌峰值力矩LSI＜85%）27例。比较两组患者膝关节主观功能和运动表现。结果" 膝关节主观功能方面：A、B两组患者国际膝关节评分委员会评分［（88.76±9.93）分比（81.08±12.57）分，P=0.017］和膝关节损伤与骨关节炎评分［（86.27±8.96）分比（80.22±11.31）分，P=0.036］差异均有统计学意义；两组患者Lysholm［95.0（79.8，100.00） 分比 86.00（66.00，100.00）分，P=0.238］、前交叉韧带损伤后重返运动量表评分［（66.08±22.25）分比 （61.12±23.53）分，P=0.434］、Marx［6.00（4.75，7.00）分比6.00（4.00，7.00）分，P=0.805］和Tegner［8.00（4.00，12.00）分比4.00（2.00，12.00）分，P=0.566］差异均无统计学意义。运动表现方面：A、B两组患者单脚三级跳LSI（0.92±0.13 比0.81±0.18，P=0.016）和单脚交叉跳LSI（0.96±0.12 比0.84±0.22，P=0.021）差异均有统计学意义；A、B两组患者单脚跳LSI（0.90±0.18比 0.79±0.25，P=0.116）差异无统计学意义。A、B两组患者本体感觉差异［30°：8.83±4.66比10.73±4.63，P=0.143；45°：6.94±3.82 比7.66±3.93，P=0.504；60°：4.10（3.20，4.72）比 3.90（2.30，5.20），P=0.493］无统计学意义。A、B两组患者Y平衡测试［前向LSI：0.98（0.84，1.02）比0.94（0.86，0.98），P=0.328；后外侧向LSI：1.00±0.08比0.97±0.07，P=0.249；后内侧向LSI：1.00（0.97，1.03）比0.96（0.93，1.03），P=0.179］差异无统计学意义。结论" 前交叉韧带重建术后股四头肌和腘绳肌肌力对称性良好的患者相比于对称性不佳的患者具有更好的膝关节主观功能和运动表现，主要体现在国际膝关节评分委员会评分、膝关节损伤与骨关节炎评分、单脚三级跳和单脚交叉跳4个方面。

关键词：前交叉韧带；等速肌力；主观功能；运动表现

中图分类号： R493；R687.4" 文献标识码： A" 文章编号：1000-503X（2024）06-0805-09

DOI：10.3881/j.issn.1000-503X.16110

基金项目：国家体育总局科技服务（2023-270）

Effects of Knee Flexor and Extensor Strength on Subjective Function and Motor Performance of Knees After Anterior Cruciate Ligament Reconstruction

LIU Mingze1，2，3，4，ZHANG Xiaohan2，3，LI Lei2，3，SUN Jingyi2，3，QIAN Yi2，3，HE Chen2，3，GUO Sen2，3，XU Hao2，3，GONG Yawei2，3，LIU Zhuang2，3，WANG Xiangyi2，3，4，GAO Feng2，3，ZHOU Jingbin4

1Binzhou Medical University，Yantai，Shandong 264003，China

2National Institution of Sports Medicine，General Administration of Sport of China，Beijing 100061，China

3Key Laboratory of Sports Trauma and Rehabilitation，General Administration of Sport of China，Beijing 100010，China

4Department of Sports and Rehabilitation，Beijing Chao-Yang Hospital，Capital Medical University，Beijing 100020，China

Corresponding authors：ZHOU Jingbin" Tel：010-89138391，E-mail：jingbinzhou@163.com；

GAO Feng" Tel：010-67116611-301，E-mail：fenggaonism@126.com

ABSTRACT：Objective" To evaluate the effects of knee flexor and extensor strength on the subjective function and motor performance of knees after anterior cruciate ligament reconstruction.Methods" A total of 53 patients who underwent anterior cruciate ligament reconstruction in the National Institute of Sports Medicine，General Administration of Sport of China from June 2015 to June 2021 and met the inclusion criteria were enrolled in this study.The patients were followed up time for at least 2 years.An isometric muscle strength test system was used to measure the strength of bilateral quadriceps and hamstring muscles.The patients were grouped according to whether the limb symmetry index （LSI） of peak torque of quadriceps and hamstring muscle reached 85% at an angular velocity of 60°/s.Specifically，26 patients were classified into group A （LSI≥85%） and 27 patients were classified into group B （LSIlt;85%）.The subjective function and motor performance of knees were compared between the two groups.Results" In terms of subjective function of knees，the international knee documentation committee （IKDC） score （88.76±9.93 vs. 81.08±12.57，P=0.017） and knee injury and osteoarthritis outcome score （KOOS） （86.27±8.96 vs. 80.22±11.31，P=0.036） were different between groups A and B.There was no significant difference in Lysholm score ［95.0 （79.8，100.00） vs. 86.00 （66.00，100.00），P=0.238］，ACL return to sports after injury scale score （66.08±22.25 vs. 61.12±23.53，P=0.434），Marx score ［6.00 （4.75，7.00） vs. 6.00 （4.00，7.00），P=0.805］ or Tegner activity score ［8.00 （4.00，12.00） vs. 4.00 （2.00，12.00），P=0.566］ between the two groups.In terms of motor performance，the single-leg triple hop LSI （0.92±0.13 vs. 0.81±0.18，P=0.016） and single-leg crossover hop LSI （0.96±0.12 vs. 0.84±0.22，P=0.021） showed significant differences between groups A and B，while there was no significant difference in single-leg hop LSI （0.90±0.18 vs. 0.79±0.25，P=0.116） between the two groups.In addition，there was no statistical significance in proprioception ［30°：8.83±4.66 vs. 10.73±4.63，P=0.143；45°：6.94±3.82 vs. 7.66±3.93，P=0.504；60°：4.10 （3.20，4.72） vs. 3.90 （2.30，5.20），P=0.493］ or Y-balance test results ［anterior LSI：0.98 （0.84，1.02） vs. 0.94 （0.86，0.98），P=0.328；posterolateral LSI：1.00±0.08 vs. 0.97±0.07，P=0.249；posteromedial LSI：1.00 （0.97，1.03） vs. 0.96 （0.93，1.03），P=0.179］ between groups A and B.Conclusion" The patients with good symmetry of quadriceps and hamstring muscle strength after anterior cruciate ligament reconstruction had better subjective function and movement performance of knees than the patients with poor symmetry，which was mainly reflected in the IKDC score，KOOS，single-leg triple hop，and single-leg crossover hop.

Key words：anterior cruciate ligament；isokinetic muscle strength；subjective function；motor performance

Acta Acad Med Sin，2024，46（6）：805-813

股四头肌和腘绳肌在提供膝关节稳定性、保持姿势控制方面发挥着重要的作用，前交叉韧带（anterior cruciate ligament，ACL）损伤后经常会伴有股四头肌和腘绳肌肌肉力量的减退以及膝关节稳定性的下降，这种现象在ACL初次损伤和手术重建后可能会持续较长的时间［1-3］。等速肌力测试是一种安全并且有效的评估下肢肌肉力量的方法，主要使用等速向心膝关节伸展和屈曲测试，研究测试结果大多使用肢体对称指数（limb symmetry index，LSI）评价股四头肌和腘绳肌肌力的恢复情况［4-6］。如果患者双侧股四头肌和腘绳肌肌力LSI≥85%提示下肢肌肉力量恢复良好，则认为患者可以安全地重返运动［7-8］。充分了解膝关节屈伸肌群的肌肉力量与膝关节主观功能和运动表现之间的关系有助于制订针对性的康复方案，从而更好地帮助患者安全重返运动。目前尚无足够的证据支持患者在ACL重建术（ACL reconstruction，ACLR）后膝关节屈伸肌群肌力与主观功能以及运动表现之间存在明显的关联［9-11］。因此，本研究旨在探究ACLR后膝关节屈伸肌群肌力对膝关节主观功能和运动表现的影响。

1" 对象和方法

1.1" 对象

选取2015年6月至2021年6月于国家体育总局体育医院接受ACLR的患者。纳入标准：18岁≤年龄≤65岁；术中关节镜下检查，明确ACL断裂；患者为单侧膝关节ACL损伤，双下肢无影响膝关节功能的其他疾患；使用自体腘绳肌肌腱行ACL单束重建术；患者行ACLR至少2年。排除标准：临床随访评估时患者移植物失效或者再次损伤；关节软骨合并严重损伤（Outerbridge分级Ⅲ度及以上）；全身多发关节松弛；严重的肌肉骨骼、神经或躯体疾病；有影响下肢功能的力线问题；合并侧副韧带损伤和后交叉韧带损伤；无法来国家体育总局体育医院进行临床随访评估者；无法完成术后临床随访评估的全部内容者。共纳入53例符合纳排标准并且自愿接受临床随访评估的患者，纳入的所有患者均由国家体育总局体育医院同一名高年资手术医师进行关节镜下ACLR。本研究已通过国家体育总局运动医学研究所伦理委员会审批（伦理审查编号：202210）。所有受试者均同意参与研究并且签署知情同意书。

1.2" 分组

使用等速肌力测试系统对患者双侧股四头肌和腘绳肌肌肉力量进行评估，采用角速度为60°/s时的重建侧肢体和健侧肢体股四头肌和腘绳肌峰值力矩进行肌力恢复的评定。根据股四头肌和腘绳肌峰值力矩LSI是否达到85%将患者分为两组［7-8］：A组：患者股四头肌和腘绳肌峰值力矩LSI≥85%；B组：患者股四头肌或腘绳肌峰值力矩LSI＜85%。LSI=（患侧肢体肌肉峰值力矩/健侧肢体肌肉峰值力矩）×100%。

1.3" 膝关节稳定性检查

膝关节稳定性的检查主要包括Lachman试验、KT-2000 Man-Max侧-侧差值和轴移试验。所有的膝关节稳定性检查均在术前麻醉下以及术后临床随访时进行。患者所有膝关节稳定性检查均由同一位高年资主治医师进行操作。

1.4" 膝关节主观功能评估

膝关节主观功能的评估主要包括国际膝关节评分委员会评分（international knee documentation committee，IKDC）、Lysholm、膝关节损伤与骨关节炎评分（knee injury and osteoarthritis outcome score，KOOS）、ACL-伤后重返运动量表评分、Marx和Tegner。患者所有膝关节主观功能的评估均在术后临床随访时进行。

1.5" 膝关节运动表现的评估

膝关节运动表现的评估主要包括等速肌力测试、本体感觉测试、单脚跳跃测试和Y平衡测试，患者所有膝关节运动表现的评估均在术后临床随访时进行。

1.5.1" 等速肌力测试

使用等速肌力测试系统对患者双侧股四头肌和腘绳肌进行向心收缩模式下的开链肌力测试。膝关节动作幅度设置为从充分屈曲至充分伸膝的位置，角速度设置为60°/s和180°/s，患者分别进行5次最大向心膝关节伸展和屈曲。首先进行健侧肢体测试，然后再进行重建侧肢体测试，两侧肢体测试之间相隔5 min，不同速度测试组间休息10 min。分别计算角速度为60°/s和180°/s时患侧与健侧伸展峰值力矩、屈曲峰值力矩比值，伸展或屈曲峰值力矩比值=（患侧伸展或屈曲峰值力矩/健侧伸展或屈曲峰值力矩）×100%。

1.5.2" 本体感觉测试

以膝关节屈曲 90°为起始位置，被动屈曲至30°、45°和60°，停留10 s。记录实际膝关节的位置，每个目标角度测量3次，计算3个不同角度下膝关节实际角度与目标角度差值的平均值，即为角度重现差值。

1.5.3" 单脚跳跃测试

包括单脚跳、单脚交叉跳和单脚三级跳3种跳跃测试。首先进行健侧肢体的评估，然后再进行患侧肢体的评估。3种跳跃测试健侧肢体和重建侧肢体分别进行3次，取平均值，并且进行LSI的计算，LSI=（患侧肢体跳跃距离/健侧肢体跳跃距离）×100%。单脚跳跃测试可以反映重建侧肢体的恢复情况，通过与健侧肢体跳跃距离的比较计算LSI能否达到90%判定患者能否重返运动［5，12］。

1.5.4" Y平衡测试

患者光脚站于Y平衡测试仪中心平台上，健侧腿为支撑腿，健侧足与测试平台保持平行，健侧足拇趾对准中心平台上的红色起始线，在保持身体平衡的前提下，患侧足分别向前向、后内侧向和后外侧向方向伸出，患侧足脚尖推动测试板红色内侧面，尽最大能力将测试板推向最远处。首先进行健侧肢体的评估，然后再进行患侧肢体的评估。每个方向进行3次伸展测试并计算平均值，随后计算双侧肢体3个方向移动距离的LSI，LSI=（患侧拇趾可以达到的最远距离/健侧拇趾可以达到的最远距离）×100%。

1.6" 统计学处理

采用SPSS 25.0进行统计分析，定性资料采用卡方检验；定量资料若符合正态分布，用均数±标准差表示，采用两独立样本t检验；若不符合正态分布，用M（P25，P75）表示，采用Mann-Whintney U检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2" 结果

2.1" 一般情况

共有26例患者纳入A组，27例患者纳入B组，平均随访时间3.7年。两组患者的性别、年龄、手术年龄、体重指数、受伤侧别、受伤至手术时间、平均随访时间、半月板损伤差异均无统计学意义（P均＞0.05）（表1）。

2.2" 膝关节稳定性

A、B两组患者膝关节稳定性检查结果差异均无统计学意义（P均＞0.05）（表2）。

2.3" 膝关节主观功能

A组患者IKDC评分（P=0.017）、KOOS评分（P=0.036）均显著高于B组；两组Lysholm评分、ACL损伤后重返运动量表评分、Marx和Tegner评分差异均无统计学意义（P均＞0.05）（表3）。

2.4" 膝关节运动表现

在等速肌力测试中，A、B两组患者角速度为60°/s和180°/s时的患侧与健侧伸展峰值力矩比值（P＜0.001，P=0.002）、患侧与健侧屈曲峰值力矩比值（P=0.001， P=0.029）差异均有统计学意义（表4）。在本体感觉测试中，A、B两组患者30°、45°和60°的角度重现差值差异均无统计学意义（P均＞0.05）（表5）。在单脚跳跃测试中，A、B两组患者单脚三级跳（P=

0.016）、单脚交叉跳（P=0.021）LSI差异均有统计学意义；A、B两组患者单脚跳LSI差异无统计学意义（P=0.116）。A、B两组患者单脚三级跳LSI≥90%（P＜0.001）和单脚交叉跳LSI≥90%（P=0.008）的人数比例差异均有统计学意义；两组患者单脚跳LSI≥90%的人数比例差异无统计学意义（P=0.074）（表6）。在Y平衡测试中，A、B两组患者前向、后内侧向和后外侧向距离LSI差异均无统计学意义（P均＞0.05）（表7）。

3" 讨论

本研究以等速股四头肌和腘绳肌峰值力矩LSI是否达到85%为分组依据，探讨ACLR后股四头肌和腘绳肌肌力对膝关节主观功能和运动表现的影响，结果显示在主观功能方面，肌力对称性良好的患者相比于对称性不佳的患者在术后中短期临床随访时具有更高的KOOS和IKDC评分；在运动表现方面，肌力对称性良好患者相比于对称性不佳的患者在术后中短期临床随访时具有更好的单脚三级跳和单脚交叉跳能力。

ACLR术后普遍存在股四头肌和腘绳肌肌肉力量减弱的特征［13-16］。本研究共纳入53例患者，其中49.1%的患者双侧股四头肌和腘绳肌肌力对称性良好、17.0%的患者双侧股四头肌和腘腘绳肌肌力对称性不佳、24.5%的患者双侧股四头肌肌力对称性不佳、9.4%的患者双侧腘绳肌肌力对称性不佳，与以往研

究得出的结论［17-18］相似。Gerber等［19］研究显示ACLR后患侧股四头肌和腘绳肌肌力发生明显下降，并且在术后多年仍然会存在10%～20%的缺陷。ACLR术后股四头肌力量的下降不仅与膝关节的功能表现显著相关，而且还与潜在的生物力学危险因素息息相关［20-22］。Tourville等［23］研究表明，如果患者在术后重返运动时股四头肌的力量不足，那么在随后的5年内更容易发生膝关节软骨的早期退变。并且患者的年龄越大，患侧股四头肌肌力的恢复情况越差、恢复速度越慢［24］。Cristiani等［17］针对4093例患者进行了研究，结果显示只有47%的患者腘绳肌等速向心肌力达到了双侧对称。另有研究显示，ACLR后患侧腘绳肌出现明显的运动速度减慢、力量发展速率减慢以及峰值力矩变小等现象［25］。本研究患者均采用自体腘绳肌肌腱作为移植物进行ACL重建，而Hogberg等［9］研究表明采用自体腘绳肌肌腱作为移植物进行ACL重建的患者，术后会出现患侧膝关节屈肌肌力缺失的问题。ACLR后股四头肌和腘绳肌肌力恢复情况较差可能是由于术后康复方案设计缺少个性化或患者的依从性、主动性较差所导致的。

肢体对称性测量目前已经成为评估ACLR后肌力恢复的常用标准［14，16］。股四头肌和腘绳肌肌力LSI≥85%通常是ACL重建患者重返运动所追求的目标［7-8］。以往的研究大多是探讨ACLR后股四头肌或腘绳肌肌力对膝关节功能的影响［9-11］，而本研究不仅考虑了股四头肌肌力，还考虑了腘绳肌肌力，将两者作为整体探讨其对膝关节功能的影响，并且使用ACLR后重返运动标准中的股四头肌和腘绳肌肌力LSI≥85%作为依据对患者进行分组，可以更加科学和全面地了解股四头肌和腘绳肌肌力对术后膝关节功能的影响。本研究进行ACLR后平均3.7年的临床随访，发现双侧股四头肌和腘绳肌肌力对称性良好的患者相比于对称性不佳的患者具有更好的KOOS和IKDC评分。Ithurburn等［26］的研究显示，患者在ACLR后重返运动时，双侧股四头肌肌力对称性良好的患者相比于对称性不佳的患者在术后1年随访时的膝关节功能更差。Bodkin等［27］研究表明，ACLR后膝关节KOOS评分与单侧腘绳肌峰值力矩以及功率之间存在一定的相关性。Zwolski等［4］研究显示，膝关节主观功能评分更高的患者其重建侧股四头肌肌力恢复更好，股四头肌肌力的LSI也更高。建议临床医生和康复治疗师重视ACLR后股四头肌和腘绳肌肌肉力量的恢复，以减少原发疾病和其导致的并发症对膝关节功能的不良影响，从而更好地改善患者术后的康复效果。

ACLR术后患者的跳跃能力都会在一段时间内下降并持续较长的时间［28-30］。目前，临床上最常使用的评估患者术后跳跃能力的功能测试是单脚跳跃测试，单脚跳跃测试的形式有很多种：单脚跳、单脚三级跳、单脚交叉跳和垂直跳跃等［31-33］。无论采用哪种跳跃测试，最终结果的评估都需要两侧肢体进行对比，即计算患侧和健侧肢体跳跃距离的LSI。单脚跳跃测试可以反映重建侧肢体的恢复情况，包括爆发力、平衡性等，通过与健侧肢体跳跃距离的比较计算LSI能否达到90%来判定患者能否重返运动［5，12］。本研究结果显示，ACLR后肌力对称性良好的患者3项单脚跳跃测试的平均成绩均达到了跳跃测试的重返运动标准（LSI≥90%），而肌力对称性不佳的患者3项单脚跳跃测试的平均成绩均未达到跳跃测试的重返运动标准（LSI＜90%）。在ACLR后双侧股四头肌和腘绳肌肌力对称性良好的患者中，分别有61.5%、80.8%和73.1%的患者单脚跳、单脚三级跳和单脚三连跳LSI≥90%；而在ACLR后双侧股四头肌和腘绳肌肌力对称性不佳的患者中，只有37.0%、33.3%和37.0%的患者单脚跳、单脚三级跳和单脚交叉跳LSI≥90%。虽然两组患者单脚跳LSI≥90%的人数比例差异无统计学意义，但是A组（61.5%）有优于B组（37.0%）的趋势，差异无统计学意义可能与研究例数较少有关。有研究显示，相比于标准的单脚跳，单脚三级跳和单脚交叉跳与下肢之间负荷的对称性关系最为密切［34］。Grindem等［35］针对213例ACLR后运动员随访研究显示，未通过重返运动标准与较高的第2次ACL损伤有独立的相关性。Logerstedt等［36］的研究显示，ACLR后较好的单脚交叉跳能力与较好的膝关节主观功能之间存在关联，与本研究的结果一致，本研究显示肌力对称性良好的患者单脚交叉跳LSI较高并且该组患者同时具有更好的膝关节主观功能。

本研究结果表明，ACLR后股四头肌和腘绳肌肌力对称性良好的患者相比于对称性不佳的患者具有更高的单脚交叉跳LSI，这与Ithurburn等［26］的研究结果产生了一定的分歧。Ithurburn等［26］研究显示，在ACLR后重返运动时，股四头肌肌力对称性良好的患者与对称性不佳的患者之间单脚交叉跳LSI无差异，产生这种分歧的原因可能是研究对象分组方法不同。Ithurburn等［26］的研究以ACLR后股四头肌肌力LSI（≥90%和＜85%）作为标准对患者进行分组，并未考虑腘绳肌肌力，而本研究不仅考虑了股四头肌肌力，还考虑了腘绳肌肌力。双侧股四头肌和腘绳肌肌力恢复对称的患者其重建侧膝关节可以以合适的矢状面力矩控制膝关节的运动并减弱地面对其的反作用力，能够以更加对称的膝关节伸展和屈曲力矩进行单脚交叉跳跃。而持续的肌力不对称模式可能会使下肢神经肌肉控制不佳，从而导致跳跃交叉能力下降［37］。

本研究存在一定的局限性：（1）由于本研究为集中随访，因此术后时间较长的患者中仅一部分能够到我院进行随访评估，这导致研究对象数量相对较少，未来应进行更大样本量、更长随访时间的多中心研究；（2）客观评价未涉及影像学评价指标。

综上，根据ACLR后平均3.7年的临床随访结果，本研究显示ACLR后股四头肌和腘绳肌肌力对称性良好的患者相比于对称性不佳的患者具有更好的膝关节主观功能和运动表现，主要体现在IKDC评分、KOOS评分、单脚三级跳和单脚交叉跳4个方面。

利益冲突" 所有作者声明无利益冲突

作者贡献声明" 刘铭泽：设计并实施实验、统计数据、撰写论文；张霄瀚、李磊、孙婧怡、钱驿、贺忱、果森、胥皞、巩亚伟、刘壮、王翔一：设计实验、指导研究、数据收集；高奉、周敬滨：指导研究、修改论文

参" 考" 文" 献

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（收稿日期：2024-04-07）