非接触性前交叉韧带损伤风险筛查方法研究进展.pdf

21 2023 年 8 月第 50 卷 第 8 期2023 年 8 月Vol.50 No.8Aug.2023天 津 科 技 TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGY收稿日期：2023-08-010 引 言前交叉韧带（Anterior Cruciate Ligament，ACL）是膝关节的囊内韧带，其作用主要在于限制胫骨相对于股骨前移，可在一定程度上限制胫骨内旋和膝关节内外翻，ACL在机体处于不同活动状态下所受张力有所不同，其具有较广的应变范围和调节能力，但当超过其应变能力时，易出现撕裂。ACL损伤是较为常见的一种膝关节损伤，在足球、手球、橄榄球、高山滑雪等体育运动项目中多发，且女性损伤发生率较男性更高。由于ACL损伤常伴有半月板、侧副韧带损伤及膝关节功能障碍，ACL损伤患者更易发生膝骨性关节炎，进而从心理、生理及经济层面对患者产生长久的不良影响1。ACL损伤多数发生在非接触性状态下，非接触性ACL损伤是指在没有外力作用的情况下由于自身动作导致ACL张力异常而造成的损伤，常发生在跳跃落地、侧切、变向、急停减速等动作中。目前多数研究认为非接触性ACL损伤的主要机制是由于下肢多个运动平面异常运动引起过高的ACL张力而导致。膝关节在矢状面运动时，较小的屈膝角度、相对较大的股四头肌收缩力及相对较小的腘绳肌收缩力等因素都会使胫骨所受前剪切力及ACL所受张力增加；膝关节在额状面的外翻活动可能也会增加ACL张力；在水平面过大的股四头肌收缩力联合膝关节内旋力矩时，同样会增加ACL张力。非接触性ACL损伤的危险因素可分为内源性因素和外源性因素，前者包括个体特征，如解剖结构、基因、损伤史、激素水平、神经肌肉功能、认知等因素，后者包括外界环境、运动装备、运动管理等。虽然 基础研究非接触性前交叉韧带损伤风险筛查方法研究进展杜培洁（天津体育学院运动健康学院 天津 301617）摘 要：前交叉韧带（Anterior Cruciate Ligament，ACL）损伤会对患者的心理、生理及经济等方面产生严重影响，基于实验室条件，目前能够识别一定的ACL损伤风险，但受限于经济和技术水平，难以大规模应用，因此，找寻一种能够简便、快捷、有效的筛查ACL损伤风险的方法将有助于开展ACL损伤预防相关工作。现对ACL损伤风险筛查方法进行分析总结，以推动运动损伤研究的发展。关键词：前交叉韧带 损伤 风险 筛查中图分类号：G804.53 文献标志码：A 文章编号：1006-8945（2023）08-0021-05Research Progress on Risk Screening Methods for Non-contact Anterior Cruciate Ligament Injury DU Peijie（Institute of Exercise Health，Tianjin University of Sport，Tianjin 301617，China）Abstract：Anterior cruciate ligament（ACL）injury will bring severe psychological，physiological and economic effects on patients.Based on laboratory conditions，certain ACL injury risks can be identified at present，but limited by economic and technical levels，it is difficult to apply some methods on a large scale.Therefore，finding a simple，quick and effective method to screen ACL injury risks will be helpful to carry out ACL injury prevention.The methods for screening ACL injury risks are analyzed and summarized in order to contribute to further research and application.Key words：anterior cruciate ligament（ACL）；injury；risk；screening 22 天 津 科 技第 50 卷 第 8 期损伤危险因素的分类有助于确定非接触性ACL损伤的原因，但多数损伤是在多种因素交互作用下发生的。目前很多学者针对非接触性ACL损伤的神经肌肉相关危险因素设计损伤预防训练方案，以尝试降低非接触性ACL损伤的发生率，其中损伤预防训练方案包括力量训练、平衡训练、灵活性训练、核心力量训练、快速伸缩负荷训练等2-5。虽然部分研究发现非接触性ACL损伤预防训练可降低非接触性ACL损伤发生率，但其较低的依从性可能影响其有效性。由于预防训练需要牺牲大量的专项技能训练时间，在专业运动队训练中大范围进行损伤预防训练也具有一定难度。此外，目前研究尚无法明确损伤预防训练中各训练内容的有效性，也无法确定不同损伤预防训练所适应的针对人群。因此，筛选非接触性ACL损伤风险较高的人群有助于更有针对性地开展损伤预防训练和提高训练的有效性。非接触性ACL损伤风险的筛查需要一定的时间投入，但如果所使用的筛查方法准确性高、所需设备简易便携、时间成本低，则可能更有针对性地、较大规模地为非接触性ACL损伤预防工作提供支持，有利于从一级预防层面开展非接触性ACL损伤的预防工作。非接触性ACL损伤风险的筛查应与易发动作及其损伤机制相结合，以便有效地识别存在损伤高风险的运动员。本文对目前国内外研究中对于非接触性ACL损伤风险筛查所用方法进行总结，以期有助于进一步研究及应用。1 非接触性ACL损伤风险筛查方法1.1 落 地 误 差 评 分 系 统（Landing Error Scoring System,LESS）LESS是一种通过使用运动方案和着陆任务进行有效评估高危运动模式的运动评估临床工具。基于实验室的运动分析系统无疑是研究生物力学风险因素的标准，但因时间和成本的限制，进行大规模筛查以识别高风险运动模式是不切实际的。相较于其他评估方式，LESS简洁、易于实施，能提供有效可靠的着陆生物力学测量，可以以最少的费用和最少的专项技术快速执行。LESS主要使用二分法评分标准来识别明显的错误运动模式，如有限的膝关节屈曲或过度的内侧膝关节移位。LESS总分的 1 分之差可能与某些生物力学较大变量有关，尽管LESS得分较高可能无法准确定位个体，但能有效地将运动员分为高风险组和低风险组。作为一种现场评估工具，LESS应继续成为评估存在ACL损伤风险的个体和干预计划候选人的有价值工具。1.1.1 测试内容 测试设备：采用LESS筛选时需要架设 2 台标准摄像机记录测试过程中受试者额状面和矢状面动作。2 台摄像机位置距离地面落地点 3.45 m，镜头位置距地面高度 1.22 m，测试所需时间约为 5 min。测试流程：LESS是利用所观察的受试者双下肢跳跃落地过程中异常姿势动作进行评分来评价非接触性ACL损伤风险。LESS测试时，受试者从 30 cm高的箱子处跳至地面落地点上，随后立即完成一次全力纵跳，地面落地点至箱子距离为 50%受试者身高，测试过程中要求受试者完成纵跳时尽可能跳得更高。测试过程中，如无测试流程错误，则测试者不给予受试者任何关于跳跃技术的反馈或指导。测试者在告知受试者测试流程和方法并进行练习后开始正式测试，成功测试的标准为：受试者双脚从箱子跳起；向前跳跃而非垂直跳至地面落地点；整个测试动作流畅。受试者共需完成 3 次成功测试，3 次测试中，若2 次出现姿势异常，则依照标准计分，总测试时间通常不得超过 5 min6-7。评分评价：LESS评分项目共计 17 项，总分范围 019 分，见表 1。LESS得分越高表明跳跃落地技术表现越差，损伤风险相对较高；反之，得分越低表明跳跃落地技术表现越佳，损伤风险相对较低。LESS评分可分为优秀（4 分）、良好（5 分）、中等（6 分）、较差（6 分以上）。而研究发现，LESS得分 5 分及以上的优秀青少年足球运动员比LESS得分低于 5 分者的非接触性ACL损伤风险更大，预测非接触性ACL损伤的特异性达 86%，敏感性达 64%7。1.1.2 有效性和可靠性有研究对 2 691 名受试者进行LESS测试并采集生物力学数据，结果发现LESS评分较低与膝关节和髋关节屈曲角度（矢状面运动学）降低、膝关节外翻和髋关节内收角度（额状面运动学）增加、膝关节和髋关节内部旋转力矩（水平面运动学）增加、膝关节和髋关节伸展力矩及胫骨前剪切力（矢状面动力学）增加、膝关节内翻和髋关节内收力矩（前平面动力学）增加有关8。Padua等8的研究中对LESS进行了可靠性评估，组内相关系数为0.91、SEM0.42，达到优秀水平；而组间相关系数为ICC0.84、SEM0.71，达到良 23 2023 年 8 月 杜培洁：非接触性前交叉韧带损伤风险筛查方法研究进展表 1 LESS评分项目表Tab.1 Scoring item list of LESS1最初落地时膝关节屈曲情况落地时膝关节屈曲少于 30如存在，则记 1 分；不存在 0 分2最初落地时髋关节屈曲情况落地时躯干与大腿在一条直线上如存在，则记 1 分；不存在 0 分3最初落地时躯干屈曲情况落地时躯干直立或伸展如存在，则记 1 分；不存在 0 分4最初落地时踝关节跖屈情况落地时足跟着地或平足着地如存在，则记 1 分；不存在 0 分5最初落地时膝关节中间位置落地时髌骨中心点位于中足内侧如存在，则记 1 分；不存在 0 分6最初落地时躯干侧屈落地时躯干中线位于身体左侧或右侧如存在，则记 1 分；不存在 0 分7站立宽度（过宽）落地时双足宽度大于两肩峰间距离如存在，则记 1 分；不存在 0 分8站立宽度（过窄）落地时双足宽度小于两肩峰间距离如存在，则记 1 分；不存在 0 分9足部位置（外旋）落地及最大屈膝角度时足部旋转超过 30如存在，则记 1 分；不存在 0 分10足部位置（内旋）落地及最大屈膝角度时足部旋转超过 30如存在，则记 1 分；不存在 0 分11最初落地时足部对称性一侧足部先于另一侧落地或一侧足触地顺序为从足跟到足趾，另一侧为足趾到足跟如存在，则记 1 分；不存在 0 分12膝关节屈曲变化从最初落地到最大屈膝角度时膝关节屈曲变化小于 45如存在，则记 1 分；不存在 0 分13髋关节屈曲变化从最初落地到最大屈膝角度时大腿不再相对于躯干屈曲如存在，则记 1 分；不存在 0 分14躯干屈曲变化从最初落地到最大屈膝角度时躯干不再出现屈曲如存在，则记 1 分；不存在 0 分15膝关节中间位置变化达膝关节中间位置峰值时，髌骨中心位于中足内侧如存在，则记 1 分；不存在 0 分16关节位移如受试者表现出躯干、髋关节、膝关节位置变化，则记 0 分；如受试者表现出一定的关节位置变化，但躯干、髋关节、膝关节位置变化不大，则记 1 分17整体印象如受试者几乎未出现躯干、髋关节、膝关节位置变化，则记 2 分；如落地轻柔且无额状面和水平面运动，则记 0 分；如受试者出现额状面或水平面出现较大运动或落地僵硬并伴有额状面水平面运动，则记 2 分；如有其他落地情况，则记 1 分好水平。Wesley等9的研究对LESS信度评估发现组内相关系数为 0.99、SEM0.19。Onate等10的研究通过比较LESS评分和三维运动测试评价了LESS的有效性和经验丰富人员、无经验人员使用LESS评分的可靠性，结果发现对于膝关节外翻活动的评价中LESS得分与三维运动测试结果相关性为 0.456，通过经验丰富人员和无经验人员LESS评分发现，除对膝关节屈曲角度是否大于 30 评分的kappa值为 0.459和整体印象评分kappa值为 0.553 外，其余项目 2 类评分者评分相关性检验kappa值均大于 0.6，对LESS总分评价方面组间相关系数ICC0.835。研究认为，经验丰富人员和无经验人员进行LESS评分信度评价等级为良好到优秀，建议未来研究可进一步评价LESS用于筛查不同群体非接触性ACL损伤风险的有效性。总体来看，LESS评分具有较好的可靠性（组内相关系数ICC0.820.99，组间相关系数ICC0.830.92）。1.1.3 实际应用目前将LESS应用于病例对照或队列研究来观察LESS评分与非接触性ACL损伤风险间的关系研究较少。Smith等11研究评估了LESS在高中和大学运动员群体中的筛查效果，在为期 3 年（20082011 年）的追踪中共对 5 047 名高中和大学运动员赛季前进行了跳跃落地测试，最终共成功追踪 3 876 名运动员，其中包括 2 910 名高中运动员和 966 名大学运动员，追踪发现 32 名受试者发生非接触性ACL损伤，其中 28 名受试者纳入对照研究，并选取 92 名受试者进行对照研究。回归显示，LESS评分和非接触性ACL损伤风险无显著相关，在不同性别和不同水平的亚组分析中也未发现二者相关性。该研究并未发现LESS和非接触性ACL损伤风险间的关系，虽然本前瞻性研究中观察到样本量相对较大，但可能仍无法充分满足对非接触性ACL损伤观察的需要，样本量受限是可能影响研究结果的因素之一。有研究显示，LESS可能具有筛选优秀青年运动员ACL损伤的潜力，其作为现场评估方案可以对青少年的ACL损伤预防工作产生有益影响。理想情况下，使用运动筛查计划可以尽早识别ACL损伤风险个体，以便在ACL损伤危险的高峰期（1518 岁）之前进行预防性训练和纠正高风险运动模式。1.1.4 不足ACL损伤筛查方法应适用于涉及侧切或落地动作较多的运动员，这些动作往往会导致较高的受伤率，LESS作为检测不良的跳跃落地机制，适用于筛选运动员面对高风险。但现有研究表明，LESS并不是一个完美的筛选工具，其标准可能不适合所有年龄和性别，鲜有研究观察LESS在不同性别、年龄或运 24 天 津 科 技第 50 卷 第 8 期动水平人群中应用的有效性，尚无法明确其准确适用范围，需要进行更多样本量的额外研究，以探索合适的切入点和提高LESS的预测能力。LESS评分采用的测试动作为落地跳跃，但急停转向、侧切等减速动作或单腿落地也是诱发非接触性ACL损伤发生的常见动作。因此，对这类动作的损伤风险筛查可能并不适用，且LESS测试时受试者是在主观准备充分后进行的跳跃落地动作，运动过程中更多的是在非预期条件下完成，外界环境变化很可能影响生物力学的变化，而非接触性ACL损伤的危险因素涉及较广，对神经等相关因素尚无充分考虑。此外，根据LESS筛查方法开发出实时LESS筛查方法，这一方法进一步缩短了筛查时间，有利于在大规模筛查中应用，但目前尚需进一步研究这一方法的适用性。1.2 Myer列线图法1.2.1 测试内容测试设备：采用列线图法进行ACL筛查，需要的设备包括 31 cm跳箱、卷尺、等速测力设备、摄像机、视频分析软件、列线图表等。测试流程：Myer列线图法筛查是结合了人体测量学、落地时生物力学和力量测试来预测女性运动员在跳跃落地时出现过高膝关节外翻力矩（21.74 Nm）的可能性。人体测量指标包括胫骨长度、体重，通过测量双下肢跳跃落地时膝关节外翻运动和屈曲活动范围来评估跳跃落地技术。在临床环境中，传统上采用等速测力计测量膝关节伸肌/屈肌力量（股四头肌/腘绳肌）比值，在没有或不便使用等速仪器时，可根据运动员的体重推算制定比率的替代测量值为（0.01体重）1.1。根据已开发的Myer列线图算法确定得分，将每个测量得分加和，总分可以用来评估跳跃落地过程中出现较大膝关节峰值外展力矩的可能性12，见图 1。图 1 Myer列线图法Fig.1 Nomograms of Myer1.2.2 有效性和可靠性通过三维运动分析测量膝关节外翻峰值力矩，不同研究利用列线图法预测高外翻力矩峰值敏感性和特异性分别为 77%85%和 71%93%13-15。膝关节外翻和屈曲测量的可靠性较高，组内相关系数分别为0.997和0.952，其余测试指标尚未见报道12。1.2.3 实际应用Goetschius等12在 3 年内对 1 855 名高中和大学女子运动员利用列线图法进行筛查研究，在追踪过程中共20名运动员出现ACL损伤，通过与同队的45名未发生损伤运动员进行配对比较，未发现利用列线图法推测膝关节外翻峰值力矩与非接触性ACL发生相关。1.2.4 不足基于临床算法推演的列线图法是为了确定女性膝关节的外翻峰值力矩，因为女性青春期相关力量缺乏，不推荐将这一算法应用于男性。此方法所适用的筛查动作也仅为垂直跳跃落地，无法用于其他危险动作的筛查。此外，虽然有研究对股四头肌/腘绳肌比值的采用公式计算，但在有条件的情况下，还是需要有等速测力设备。综合来看，此方法的可靠性和有效性尚需进一步研究，另外，对与受试者的要求及仪器设备要求较多，大规模筛查使用的可行性欠佳。2 局限性本文中仅针对ACL损伤的筛查方法进行总结，FMS功能性筛查这一类适用更为广泛的筛查方法并未纳入本文中。此外，针对ACL损伤筛查的方法还包括动态膝关节外翻观测法16、2D摄像法17、Tuck跳跃筛查法18、侧切动作评分法19等，但对这些方法的作用尚未有前瞻性研究进行评估，所以也尚未纳入本文中。3 总 结筛查有ACL损伤风险的运动员非常重要，有助于迅速实施有针对性的干预并预防，从而防止损伤的发生。已经有研究提出了基于实验室的识别ACL损伤危险因素的方法，但往往受限于经济水平和技术水平难以大规模使用。本文总结了目前纳入过前瞻性研究的 2 种筛查方法，虽然对 2 种方法的信度和效度都进行了一定的检验，但因尚有一定局限性，需要进一步结合损伤的发生进行研究。25 2023 年 8 月参考文献Dai B，Herman D，Liu H，et al.Prevention of ACL inju-ry，part I：injury characteristics，risk factors，and loading mechanism J .Res Sports Med，2012，20（3-4）：180-197.Shimokochi Y，Shultz SJ.Mechanisms of noncontact an-terior cruciate ligament 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