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摘要：研究目的：从肌力的视角探讨前交叉韧带损伤的预防机制。研究方法：采用回顾性研究和前瞻性分析相结合的综述性研究方法，综述了前交叉韧带损伤的危险因素、机制、损伤时的姿势及其原因。研究结果与结论：和男运动员相比，ACL损伤频率较高的女运动员股四头肌、腘绳肌的肌力弱，容易形成膝外翻。对于ACL损伤的预防来说，运动中保持充分的膝关节屈曲和躯干前倾非常重要。
关键词：前交叉韧带；预防；损伤
中图分类号：G804.5文献标识码：A文章编号：1009-9840（2016）03-0052-04
Abstract：This paper reviewed and prospected the prevention mechanism of anterior cruciate ligament injury from muscle strength's viewpoint. Through using the combining method of retrospective research and prospective analysis， the author summarized the risk factors and mechanism of anterior cruciate ligament injury. Comparing to male athletes， female athletes with higher injury risk show lower quadriceps and hamstrings muscle strength and greater knee valgus angle. It is very important to keep enough knee flexion and trunk forward flexion during sports activities for ACL injury's prevention.
Key words：anterior cruciate ligament； prevention； injury
膝前交叉韧带（anterior cruciate ligament ： ACL）起自股骨外侧髁的内侧面，止于胫骨髁间隆起的前部、内侧以及外侧半月板的前角。其损伤主要发生在篮球、手球、足球等运动中。对于运动选手来说ACL损伤是一种致命的外伤，因为它对膝关节的稳定性发挥着重要的作用。在美国每年大约有80 000件ACL损伤发生，其中约50 000件需要实施ACL再建术。其结果是每年10亿美元的医疗费用损失[1]。Noyes等发现ACL损伤后，31%的患者在步行活动中会出现中、重度的能力损害；41%的患者在日常生活中会出现中重度的能力损害；77%的患者在需要方向转换和旋转的动作中会出现中、重度的能力损害[2]。虽然近年来由于ACL再建手术的确立和康复技术的进步使得运动选手能恢复到受伤前的运动水平，但是它仍然是一种严重的外伤，因为运动员恢复到受伤前的运动水平需要大约一年的康复治疗。并且，ACL损伤通常合并半月板损伤，损伤后接受保守治疗的病人由于膝关节的不稳定性而容易引起二次损伤[3]。
1膝前交叉韧带损伤的危险因素及机制
ACL损伤的危险因素主要包括外在因素和内在因素两大类。外在因素主要为环境因素，包括天气、鞋的种类以及场地的摩擦力等，而内在因素则涵盖解剖、内分泌、神经肌肉因素等诸方面。不同个体，或者同一个体在不同的条件下，其神经肌肉控制系统会存在差异，表现为反应时间、运动单位的激活动员以及平衡协调和运动中抗干扰能力等方面的差异。而以上种种是可以通过训练而改变的，例如通过腘绳肌肌力强化训练可以降低股四头肌与腘绳肌活性比值，避免出现股四头肌占优势的收缩，进而降低ACL损伤的风险。这为设计ACL损伤的预防方案提供了理论依据。
调查研究表明，女性运动员ACL损伤的发生率是男性的4～6倍[4]。近年来发表了很多与前交叉韧带（ACL）的损伤机制，受伤时的姿势有关的研究报道，并取得了一定的共识。受伤机制大致分为三类，①非接触性：落地动作、停止动作、侧切动作，膝关节过伸等引起的损伤。②接触型：与对手碰撞或被对手压在身下而引起的损伤。③介达型：像滑雪摔倒时滑雪板引起的回旋力矩一样，通过滑雪板等运动器械所引起的损伤。这三类中非接触性损伤所占的比例最大，也就是说损伤发生时运动员间并未发生身体接触[5]。据报道，落地、停止动作时非接触性损伤的受伤体位以膝关节轻度屈曲、外翻多见[5]。运动中膝关节外翻经常被认为是一种危险的姿势[6]，并且已经被证明和ACL损伤有关[7]。Myer等[8] 用“knee valgus”来描述这些动作时的膝关节外翻。
在制定ACL损伤的预防方案时，有必要考虑其受伤机制和受伤姿势。目前在世界各地被实施的预防方案中，主要内容包括肌力、柔韧性、灵活性、跳跃、平衡训练和动作指导6个方面。周士坊等[9]认为，肌力在关节的动态稳定中起重要的作用，在运动损伤防治中应给予足够的重视。为了给ACL损伤预防方案中的肌力训练提供理论依据，有必要从肌力的观点调查引起受伤姿势的原因。
2膝前交叉韧带损伤时的姿势及其原因
有文献报道，起跳落地动作、停止动作时，膝关节轻度屈曲和外翻增加了膝关节所受外力[10]，从而增加了ACL损伤的风险[8]。但是，为什么落地动作、停止动作中会产生膝关节轻度屈曲、外翻的姿势呢？和男运动员相比，ACL损伤频次较高的女运动员的股四头肌和腘绳肌的肌力较弱，落地时膝关节容易呈外翻体位[10]。腘绳肌肌力低下增加了侧切运动中ACL的负荷[11]，从而增加了ACL损伤的风险。另外，Myer等[8]认为落地动作、停止动作时膝关节外翻的原因是神经肌肉电活动的不均衡，也就是说做这些动作时，本来应该发挥作用的股四头肌等下肢肌肉的活动量低下或活动的时间点有延迟，不是肌力而是地面反作用力使膝关节呈现浅屈和外翻。Serpell等[12]指出，内外腘绳肌和股四头肌的协同收缩可降低膝关节所受外力并使ACL损伤的风险降低。而在不稳定平面训练则可以促进腘绳肌和股四头肌的协同收缩[13]。 很多文献报道，在开链运动中股四头肌的收缩可使膝关节产生向前的剪力[14，15]。Bodor[16]报道闭链运动时，股四头肌收缩是膝关节产生向前剪力的重要原因。那是因为闭链运动时，由于脚是固定的，股四头肌离心收缩作用于胫骨平台产生斜向前上方的拉力所致。基于以上的这些基础研究，落地和侧切动作中股四头肌收缩产生的向前的剪力是ACL损伤的危险因素。如果膝关节屈曲充分，腘绳肌的正常收缩活动就可以减少ACL的负荷，但是在膝关节屈曲角度比较小的情况下，腘绳肌不能发挥减少ACL负荷的应有的作用[17-19]。另外，Colby等[20]报道，减速运动中腘绳肌的活动不能减少ACL损伤的风险。最近的研究指出，腓肠肌收缩和ACL延长存在拮抗关系[21]，表明腓肠肌收缩具有保护ACL的作用[22]。
Simonsen等[23]测量了侧切运动中股四头肌、腘绳肌、臀大肌的肌电活动和膝关节所承受的负荷，结果表明腘绳肌的收缩速度慢，肌电活动量低，不能减轻ACL的负荷。另外，有研究指出，大腿后部肌群对股四头肌肌电活动的比值降低会使胫骨前移，ACL的紧张度也随之增高[14]，即使腘绳肌的肌电活动增强，股四头肌的肌电活动也处于最强附近，因此腘绳肌基本不能发挥降低ACL损伤风险的作用。虽然Bodor[16]报道闭链运动时腘绳肌的主要功能是为了调节骨盆和躯干的前倾，但闭链运动时股四头肌和腘绳肌对膝关节的作用还需要讨论。
3安全的动作和姿势
动作刚开始时的体位以躯干前倾、膝屈曲、小腿前倾多见。Stuart等[24]测量了下蹲动作时股四头肌和腘绳肌的肌电活动以及膝关节中产生的内力，并且报道随着膝关节屈曲角度的增加，膝关节后方的剪力也随之增大，且在膝关节屈曲93°时达到最大值。Ohkoshi等[25]测量了膝关节屈曲（15°，30°，60°，90°）和躯干前倾（0°，15°，30°，60°，90°）时股四头肌和腘绳肌的肌电活动的变化以及矢状面上膝关节所产生的力。结果表明随着躯干前倾角度的增大，腘绳肌的肌电活动量增加，膝关节后方的剪力也增加。躯干前倾与膝后方剪力的关系依膝屈曲角度的不同而不同。膝关节屈曲30°和60°时，后方剪力最容易受躯干前倾的影响。根据以上的研究结果，可以得出膝关节和躯干前倾都为30°的体位，对ACL来说最为安全的结论。一些研究表明，经过充分训练的运动员落地时膝关节屈曲角度较大，地面反作用力较小[26-28]。另外，为了能使落地时的冲击力大部分被膝关节吸收[29]，实现软着地，髋关节和膝关节周围肌肉的离心收缩是必要的[30]。
一些研究探索了身体其他部位的运动及肌电活动对膝关节所承受负担的影响[31-36]。Zazulak[33，34]等报道躯干前屈、后伸及侧屈位移与前交叉韧带损伤无关，并且实验组与对照组的躯干位置觉也没有差别。但是Jamison等[31]发现腰5伸肌的协同收缩与最大膝外翻力矩存在着正相关，而同冠状面躯干运动呈负相关。另外，伴随着躯干前屈和髋关节内旋的增加，膝关节外翻力矩也增加[31]。为避免ACL损伤运动中躯干应保持直立。
4研究展望
近年来，为预防ACL损伤，预防方案在世界各地被提倡。到目前为止，为了验证预防方案的效果，各种各样的预防方案的内容被实施。肌力训练作为ACL损伤预防方案中的一项重要内容被重视。通过以上这些研究，笔者认为，不仅是膝关节周围肌肉，躯干及髋关节周围肌肉的肌力训练应能减少ACL损伤的发生率。
5小结
和男运动员相比，ACL损伤频率较高的女运动员股四头肌、腘绳肌的肌力弱，容易形成膝外翻。躯干前倾、膝屈曲的体位使膝关节产生向后的剪力。开链运动时由股四头肌活动而使膝关节产生向前的剪力是ACL损伤的原因之一，闭链运动时股四头肌对膝关节的作用还没有形成统一的结论或意见。对于ACL损伤的预防来说，运动中保持充分的膝关节屈曲和躯干前倾非常重要。今后有必要明确闭链运动中股四头肌和腘绳肌对膝关节的作用。
参考文献：
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关键词：前交叉韧带；预防；损伤
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Abstract：This paper reviewed and prospected the prevention mechanism of anterior cruciate ligament injury from muscle strength's viewpoint. Through using the combining method of retrospective research and prospective analysis， the author summarized the risk factors and mechanism of anterior cruciate ligament injury. Comparing to male athletes， female athletes with higher injury risk show lower quadriceps and hamstrings muscle strength and greater knee valgus angle. It is very important to keep enough knee flexion and trunk forward flexion during sports activities for ACL injury's prevention.
Key words：anterior cruciate ligament； prevention； injury
膝前交叉韧带（anterior cruciate ligament ： ACL）起自股骨外侧髁的内侧面，止于胫骨髁间隆起的前部、内侧以及外侧半月板的前角。其损伤主要发生在篮球、手球、足球等运动中。对于运动选手来说ACL损伤是一种致命的外伤，因为它对膝关节的稳定性发挥着重要的作用。在美国每年大约有80 000件ACL损伤发生，其中约50 000件需要实施ACL再建术。其结果是每年10亿美元的医疗费用损失[1]。Noyes等发现ACL损伤后，31%的患者在步行活动中会出现中、重度的能力损害；41%的患者在日常生活中会出现中重度的能力损害；77%的患者在需要方向转换和旋转的动作中会出现中、重度的能力损害[2]。虽然近年来由于ACL再建手术的确立和康复技术的进步使得运动选手能恢复到受伤前的运动水平，但是它仍然是一种严重的外伤，因为运动员恢复到受伤前的运动水平需要大约一年的康复治疗。并且，ACL损伤通常合并半月板损伤，损伤后接受保守治疗的病人由于膝关节的不稳定性而容易引起二次损伤[3]。
1膝前交叉韧带损伤的危险因素及机制
ACL损伤的危险因素主要包括外在因素和内在因素两大类。外在因素主要为环境因素，包括天气、鞋的种类以及场地的摩擦力等，而内在因素则涵盖解剖、内分泌、神经肌肉因素等诸方面。不同个体，或者同一个体在不同的条件下，其神经肌肉控制系统会存在差异，表现为反应时间、运动单位的激活动员以及平衡协调和运动中抗干扰能力等方面的差异。而以上种种是可以通过训练而改变的，例如通过腘绳肌肌力强化训练可以降低股四头肌与腘绳肌活性比值，避免出现股四头肌占优势的收缩，进而降低ACL损伤的风险。这为设计ACL损伤的预防方案提供了理论依据。
调查研究表明，女性运动员ACL损伤的发生率是男性的4～6倍[4]。近年来发表了很多与前交叉韧带（ACL）的损伤机制，受伤时的姿势有关的研究报道，并取得了一定的共识。受伤机制大致分为三类，①非接触性：落地动作、停止动作、侧切动作，膝关节过伸等引起的损伤。②接触型：与对手碰撞或被对手压在身下而引起的损伤。③介达型：像滑雪摔倒时滑雪板引起的回旋力矩一样，通过滑雪板等运动器械所引起的损伤。这三类中非接触性损伤所占的比例最大，也就是说损伤发生时运动员间并未发生身体接触[5]。据报道，落地、停止动作时非接触性损伤的受伤体位以膝关节轻度屈曲、外翻多见[5]。运动中膝关节外翻经常被认为是一种危险的姿势[6]，并且已经被证明和ACL损伤有关[7]。Myer等[8] 用“knee valgus”来描述这些动作时的膝关节外翻。
在制定ACL损伤的预防方案时，有必要考虑其受伤机制和受伤姿势。目前在世界各地被实施的预防方案中，主要内容包括肌力、柔韧性、灵活性、跳跃、平衡训练和动作指导6个方面。周士坊等[9]认为，肌力在关节的动态稳定中起重要的作用，在运动损伤防治中应给予足够的重视。为了给ACL损伤预防方案中的肌力训练提供理论依据，有必要从肌力的观点调查引起受伤姿势的原因。
2膝前交叉韧带损伤时的姿势及其原因
有文献报道，起跳落地动作、停止动作时，膝关节轻度屈曲和外翻增加了膝关节所受外力[10]，从而增加了ACL损伤的风险[8]。但是，为什么落地动作、停止动作中会产生膝关节轻度屈曲、外翻的姿势呢？和男运动员相比，ACL损伤频次较高的女运动员的股四头肌和腘绳肌的肌力较弱，落地时膝关节容易呈外翻体位[10]。腘绳肌肌力低下增加了侧切运动中ACL的负荷[11]，从而增加了ACL损伤的风险。另外，Myer等[8]认为落地动作、停止动作时膝关节外翻的原因是神经肌肉电活动的不均衡，也就是说做这些动作时，本来应该发挥作用的股四头肌等下肢肌肉的活动量低下或活动的时间点有延迟，不是肌力而是地面反作用力使膝关节呈现浅屈和外翻。Serpell等[12]指出，内外腘绳肌和股四头肌的协同收缩可降低膝关节所受外力并使ACL损伤的风险降低。而在不稳定平面训练则可以促进腘绳肌和股四头肌的协同收缩[13]。 很多文献报道，在开链运动中股四头肌的收缩可使膝关节产生向前的剪力[14，15]。Bodor[16]报道闭链运动时，股四头肌收缩是膝关节产生向前剪力的重要原因。那是因为闭链运动时，由于脚是固定的，股四头肌离心收缩作用于胫骨平台产生斜向前上方的拉力所致。基于以上的这些基础研究，落地和侧切动作中股四头肌收缩产生的向前的剪力是ACL损伤的危险因素。如果膝关节屈曲充分，腘绳肌的正常收缩活动就可以减少ACL的负荷，但是在膝关节屈曲角度比较小的情况下，腘绳肌不能发挥减少ACL负荷的应有的作用[17-19]。另外，Colby等[20]报道，减速运动中腘绳肌的活动不能减少ACL损伤的风险。最近的研究指出，腓肠肌收缩和ACL延长存在拮抗关系[21]，表明腓肠肌收缩具有保护ACL的作用[22]。
Simonsen等[23]测量了侧切运动中股四头肌、腘绳肌、臀大肌的肌电活动和膝关节所承受的负荷，结果表明腘绳肌的收缩速度慢，肌电活动量低，不能减轻ACL的负荷。另外，有研究指出，大腿后部肌群对股四头肌肌电活动的比值降低会使胫骨前移，ACL的紧张度也随之增高[14]，即使腘绳肌的肌电活动增强，股四头肌的肌电活动也处于最强附近，因此腘绳肌基本不能发挥降低ACL损伤风险的作用。虽然Bodor[16]报道闭链运动时腘绳肌的主要功能是为了调节骨盆和躯干的前倾，但闭链运动时股四头肌和腘绳肌对膝关节的作用还需要讨论。
3安全的动作和姿势
动作刚开始时的体位以躯干前倾、膝屈曲、小腿前倾多见。Stuart等[24]测量了下蹲动作时股四头肌和腘绳肌的肌电活动以及膝关节中产生的内力，并且报道随着膝关节屈曲角度的增加，膝关节后方的剪力也随之增大，且在膝关节屈曲93°时达到最大值。Ohkoshi等[25]测量了膝关节屈曲（15°，30°，60°，90°）和躯干前倾（0°，15°，30°，60°，90°）时股四头肌和腘绳肌的肌电活动的变化以及矢状面上膝关节所产生的力。结果表明随着躯干前倾角度的增大，腘绳肌的肌电活动量增加，膝关节后方的剪力也增加。躯干前倾与膝后方剪力的关系依膝屈曲角度的不同而不同。膝关节屈曲30°和60°时，后方剪力最容易受躯干前倾的影响。根据以上的研究结果，可以得出膝关节和躯干前倾都为30°的体位，对ACL来说最为安全的结论。一些研究表明，经过充分训练的运动员落地时膝关节屈曲角度较大，地面反作用力较小[26-28]。另外，为了能使落地时的冲击力大部分被膝关节吸收[29]，实现软着地，髋关节和膝关节周围肌肉的离心收缩是必要的[30]。
一些研究探索了身体其他部位的运动及肌电活动对膝关节所承受负担的影响[31-36]。Zazulak[33，34]等报道躯干前屈、后伸及侧屈位移与前交叉韧带损伤无关，并且实验组与对照组的躯干位置觉也没有差别。但是Jamison等[31]发现腰5伸肌的协同收缩与最大膝外翻力矩存在着正相关，而同冠状面躯干运动呈负相关。另外，伴随着躯干前屈和髋关节内旋的增加，膝关节外翻力矩也增加[31]。为避免ACL损伤运动中躯干应保持直立。
4研究展望
近年来，为预防ACL损伤，预防方案在世界各地被提倡。到目前为止，为了验证预防方案的效果，各种各样的预防方案的内容被实施。肌力训练作为ACL损伤预防方案中的一项重要内容被重视。通过以上这些研究，笔者认为，不仅是膝关节周围肌肉，躯干及髋关节周围肌肉的肌力训练应能减少ACL损伤的发生率。
5小结
和男运动员相比，ACL损伤频率较高的女运动员股四头肌、腘绳肌的肌力弱，容易形成膝外翻。躯干前倾、膝屈曲的体位使膝关节产生向后的剪力。开链运动时由股四头肌活动而使膝关节产生向前的剪力是ACL损伤的原因之一，闭链运动时股四头肌对膝关节的作用还没有形成统一的结论或意见。对于ACL损伤的预防来说，运动中保持充分的膝关节屈曲和躯干前倾非常重要。今后有必要明确闭链运动中股四头肌和腘绳肌对膝关节的作用。
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