前交叉韧带重建术后的步态分析

（一）ACL重建术对下肢步态的影响

ACL重建不仅对膝关节提供了机械限制，而且经过一定时期的神经肌肉反射弧的重构，使膝关节周围的肌肉活动趋于协调，进而使步态趋于正常。从运动学指标上看，Bush-Joseph、Devita、Timoney等研究发现ACL重建组支撑期膝关节、髋关节屈曲角度同对照组、损伤组明显不同。这些研究结果同先前研究有所类似。在支撑期，ACL重建组同术前相比膝关节髋关节屈曲多3°，比对照组多5°。Devita等报道，ACL重建术后3周行走过程中3个主要关节屈曲增加10°，而在6个月后无明显差别。Bush-Joseph等报道术后8周支撑期膝关节屈曲角度未见明显改变。通过实验结果和Devita、Bush等的研究结果，ACL损伤患者经过重建后会逐渐恢复直立行走的步态。

Timoney等使用自体髌腱对10名ACL损伤后8～12个月的患者进行手术重建，手术后12个月同正常组比较仍有步态差异，支撑中期屈膝外力矩和胫骨向负重率明显减小。但是重建术后患者在支撑期存在屈膝外力矩（股四头肌平衡），说明股四头肌活动仍然存在，重建后步态趋于正常，“股四头肌逃避步态”消失。

Knoll等对25名ACL损伤患者在术前，BTB重建术后6周、4个月、8个月、12个月分别进行了步态测试，发现“股四头肌逃避步态”仅仅出现于急性损伤期和急性期重建术后6周，而未出现于慢性损伤患者中。重建术后4个月，时间距离指标和膝关节角度均接近于正常。8个月后胫骨前移距离和肌电指标同对照组无显著性差异。说明ACL重建术能恢复下肢的正常步态模式，并能纠正“股四头肌逃避步态”，同时明确步态的恢复和相关肌群功能的恢复至少需要8个月的时间。Bulgheroni等对15名BTB重建ACL患者进行了研究，在支撑期和摆动前期屈膝外力矩恢复，支撑期髋、膝关节内外翻力矩恢复正常。结果说明重建后步态指标趋近正常。Timoney等观察了10名患者ACL重建术后的步态变化特征，发现支撑中期屈膝外力矩正常（3.1%±1.14%Bw×Ht），胫骨向负重率（tibial-load rates）显著降低（2.02%±1.14%），在支撑中期未产生伸膝外力矩。

步态分析这种下肢关节量化功能评定方法，不仅能对手术效果进行关节功能学的评价，而且可以对术后康复方案进行相关指导。Devita等还对ACL重建术后早期的患者进行了步态学分析。对BTB关节镜下重建术后3周、5周的9名患者进行了测试，术后采用较为激进的康复方案，该试验对行走、上下楼梯和上下坡等活动进行测试。时间距离指标和预支撑期膝关节活动度和力矩同对照组比较未见显著性差异。支撑后期屈膝外力矩持续存在。说明科学激进的康复方案可使康复进程明显缩短，并能达到相同的康复效果。

另外，重建物取材位置的不同，也会在行走中影响膝关节的动力学特征。Webster认为BTB重建术后患者伸膝内力矩出现在支撑中期，而月国绳肌恢复出现在支撑末期。BTB重建韧带会由于手术中髌腱的移植造成伸膝力矩的下降，为减少膝前痛，BTB重建术后患者会在单足支撑期采用减少伸膝内力矩的步态，从而使得伸膝内力矩降低。但同时认为月国绳肌移植同样会造成伸膝力矩的改变。伸膝角度的减小可以降低伸膝外力矩和月国绳肌群的牵拉，即月国绳肌重建后，由于移植位置的关系，机体会通过减小伸膝角度，降低屈膝内力矩，从而降低月国绳肌腱牵拉单位数量。

Webster等对不同重建物对步态的影响进行了研究，实验中各17名患者分别使用BTB和月国绳肌腱进行重建。结果显示，支撑中期BTB组65%和月国绳肌腱组29%的患者屈膝外力矩明显小于正常组，支撑末期BTB组23%和月国绳肌腱组53%的患者伸膝外力矩小于正常组。因此，重建物的选取时要有针对性的结合膝关节功能要求，尤其是运动员，在移植物的选取时充分考虑其运动专项要求，这也是将来需要研究的方向。

行走对关节功能要求较低，但是重复率最高的活动，膝关节生物力学的改变可在行走中反复出现，因此步态可以作为研究方式对关节功能进行量化评定。许多学者认为重建术后步态的恢复需要一定时间，但确切时间仍存在争议。步态长时间后产生的变化仍需进一步研究。有证据认为，减小膝关节屈曲角度会影响膝关节吸收震荡的功能，并会导致关节的退行性变。步态的改变与骨性关节炎发生的关系需要进一步研究探讨。

综上所述，ACL损伤经过重建后，由于重建了相对正常的解剖结构，因此为胫骨前移提供了机械限制，但由于处在长期非正常步态的状态下，因此ACL重建后，其步态变化是一种有恢复正常步态趋势但同正常有所区别的特殊形式的变化模式。从上述研究结果来看，ACL重建后的步态变化模式上存在争议，探寻ACL重建术后步态变化特征是本文研究重点之一，并希望通过步态变化特征有效地对关节进行功能评估，制定有针对性的康复锻炼计划。

（二）步态分析在ACL损伤临床治疗中的应用

通过步态分析不仅可以检测下肢损伤后的动力学和运动学改变情况，而且可以针对这些变化，制定相应的治疗计划，并对治疗方法作出一个客观的评价。Gokeler等对ACL重建术后14名患者进行了股四头肌等速测试和步态分析指标的相关性研究，认为支撑期伸膝力量的缺陷会导致等速测试中伸屈膝等速肌力比值的减小，通过有针对性的进行等速肌力训练可有效地改善步态，恢复下肢的动力学和运动学功能。Decker等对16名ACL损伤患者进行不同方式的步态训练，发现正确适宜的步态训练可以恢复下肢关节的正常活动度，并能提高关节活动的角速度，改善关节的做功情况。

Snyder-Mackler等利用步态分析对ACL术后治疗效果做了相关的研究。研究的目的是验证术后股四头肌力量训练和物理治疗对患肢步态的作用效果。32名患者大部分患者使用BTB自体移植重建，其余患者使用跟腱、半腱肌、股薄肌重建。患者术后早期股四头肌力量弱，足跟着地时膝关节轻度屈曲，支撑中期膝关节不能完全伸直，摆动期屈膝角度减小。术后在屈膝65°以上的范围内对股四头肌上进行开链训练。使用或不使用低频电刺激。经过4周的治疗，观察手术和康复锻炼后对股四头肌力量和支撑期屈膝角度的影响。结果发现，移植物的不同使步态改变的方式也不同。使用低频电刺激的患者比单纯使用开链抗阻训练股四头肌力量增加了70%。在行走支撑期，使用电刺激患者的步态更接近于正常人。Timoney发现支撑中期膝关节屈曲力矩在重建后8～12个月仍然显著减少。他认为在重建术后早期股四头肌力量较弱，运动力学的改变同肌肉的协调收缩性能相一致。康复中使用低频电刺激能提高肌肉状态。从目前文献中看，早期治疗的同时术后早期进行股四头肌和月国绳肌的力量锻炼，能够使膝关节恢复最佳的行走状态。

ACL损伤使用膝关节支具可提高膝关节稳定性，并对下肢的动力学和运动学指标产生影响。下肢着地时膝关节伸直，摆动时膝关节屈曲。膝关节屈曲开始于摆动前期，摆动中期角度达到最大。Kerrigan等对8名健康人下肢单侧支具伸膝位固定进行步态检测。由于膝关节不能屈曲，摆动期踝关节跖屈和髋关节屈曲角度减小。足部抬高受限和屈髋角度减少减弱了下肢的摆动，加速了摆动速度。同时对侧肢体髋关节外展增加，使在患侧髋关节摆动前期抬高。同时，支撑中期提高健侧骨盆和增加踝关节跖屈角度，这样，多种代偿机制使患侧髋关节抬高。膝关节固定后行走速度和能量消耗各增加了18%和23%。健侧足底若抬高2～3cm能使能量消耗减少50%，并使髋关节代偿性外展角度减小。因此使用支具时，可使健侧穿用厚底鞋，以减少能量消耗。

支具在步行中可以提高髋关节的屈伸力矩，但会降低膝关节的屈伸力矩。在前向跑动时，支具可减小膝关节屈曲角度和胫骨的旋转角度。同时，支具的使用可使膝关节周围肌肉活动下降。Branch等通过动态肌电图测试发现运动中股四头肌的活动下降18%，峰值下降14%，伴随有月国绳肌活动下降18%。支撑期股四头肌和腓肠肌活动较少，内侧月国绳肌活动多，而且峰值早于正常人群。并认为，支具不会影响本体感觉，但会减少肌肉做功的速度和强度，并起到机械性的保护作用。如果使用支具和手术重建物对胫骨的前移进行限制，股四头肌和月国绳肌收缩会明显降低。保守治疗患者比手术重建患者需要更强的肌肉。因此在使用支具保护患膝的同时也要注意支具配戴的时间，避免肌肉出现功能性的萎缩。

另外，还有学者利用肌电图对行走过程中的肌肉活动情况做动态监测，以了解肌肉活动状况，有针对性地进行肌肉锻炼。Carlsoo等对ACL损伤后6个月的5名患者进行肌电监测。健康人群和ACL损伤患者肌肉协调性未发现明显的差别。说明6个月内患膝肌群尚未出现明显的缺陷与代偿。Ciccotti等对7种运动如行走、跑步、急转、上下楼梯、上下坡等下肢的8块肌肉进行测试。18名患者在重建术后经过了6个月的康复锻炼，同对照组进行比较。发现经过了康复训练的患者股四头肌活动出现强信号。股外侧肌、股二头肌、胫前肌活动最为明显。

因此，通过步态分析这种量化的关节功能评估方式，可以对不同的治疗进行效果评价，从而不断地完善和改进对运动损伤的治疗。这些治疗方式不仅包括康复中支具、理疗、功能锻炼，而且包括手术方式等，如Freddie等利用股骨双隧道技术对ACL进行重建，试图从功能结构上模拟正常ACL，通过步态功能检测，认为这种新技术比传统的股骨单隧道重建技术能更好地改善膝关节旋转不稳的症状。