非接触性前交叉韧带断裂患者单腿跳跃落地时下肢肌电特征：揭示膝关节动态稳定的神经肌肉补偿机制

《Scientific Reports》：Lower extremity electromyographic characteristics of patients with noncontact anterior cruciate ligament rupture in one-legged jump landings: a case-control study

本研究针对非接触性前交叉韧带（ACL）断裂患者术前神经肌肉控制机制不清的问题，通过病例对照设计开展单腿跳跃落地任务的下肢肌电研究。发现患者虽保持与健康人群相似的肌肉预激活序列，但股二头肌（BF）和臀大肌（Gmax）激活时间显著延长（p<0.05），腘绳肌峰值激活延迟（p<0.05），股四头肌激活强度降低（p<0.01），揭示了"伸肌抑制-屈肌增强-臀肌时序补偿"的适应性策略，为ACL损伤预防和术前康复干预提供了理论依据。

　　

在运动医学领域，前交叉韧带（ACL）损伤堪称运动员的"职业生涯杀手"。据统计，仅美国每年就有约25万人遭遇ACL断裂，而随着青少年竞技体育参与率提升和中老年人运动寿命延长，ACL损伤与重建手术的发生率正持续攀升。更令人担忧的是，非接触性ACL损伤占全部损伤的72%-95%，这些损伤往往发生在跳跃落地、急停变向等高动态场景中，而非直接外力撞击。

尽管ACL重建手术能修复膝关节结构，但患者仍面临较高的再损伤风险。研究表明，初次重建后，健侧膝盖的损伤风险甚至高于患侧再断裂风险。这提示我们，单纯依靠手术恢复解剖结构远远不够，深入理解ACL损伤后的神经肌肉适应机制至关重要。目前大多数肌电研究聚焦于术后患者，而对未重建患者的肌肉激活模式知之甚少。特别是在模拟真实损伤场景的高动态任务中，未重建ACL断裂患者的神经肌肉控制策略仍是科研盲区。

正是基于这一研究空白，徐杰团队在《Scientific Reports》发表了针对非接触性ACL完全断裂未重建患者的病例对照研究。该研究创新性地采用单腿跳跃落地任务，通过同步三维运动捕捉、表面肌电和测力台技术，深入分析了患者下肢关键肌群在时序和强度维度上的特征变化。

研究人员采用三维运动捕捉系统同步无线表面肌电系统与测力台进行数据采集。通过单腿跳跃落地任务记录股外侧肌（VL）、股内侧肌（VM）、股二头肌（BF）、半腱肌（ST）和臀大肌（Gmax）的肌电信号，分析肌肉激活时序、持续时间和标准化均方根值等指标。研究纳入21例ACL损伤患者和21例匹配的健康对照，统计方法采用双因素方差分析。

3.1 参与者基线特征

最终42名受试者完成测试，两组在年龄、身高、体重、BMI和Tegner评分上无显著差异，损伤组平均病程18.20±7.23个月。

3.2 肌肉激活持续时间

损伤组患侧BF（p=0.0409）和Gmax（p=0.0469）的激活持续时间显著长于对照组。这表明患者通过延长肌肉收缩时间来增强关节稳定性。

3.3 肌肉EMG激活时序特征

损伤组患侧BF（p=0.0457）、ST（p=0.0277）和Gmax（p=0.0192）的激活起始时间（onset-IC）显著早于对照组。同时，BF（p=0.0457）和ST（p=0.0280）的峰值出现时间（peak-IC）显著延迟。这种"早启动-晚达峰"模式可能与腘绳肌的机电延迟（EMD）特性相关，使其峰值输出与胫股剪切力峰值窗口同步。

3.4 肌肉EMG激活强度特征

着地后100ms内，损伤组患侧VL（p=0.0171）、VM（p=0.0054）和Gmax（p=0.0003）的峰值RMS显著低于对照组，呈现"股四头肌回避策略"。而ST在着地前100ms内的峰值RMS显著增高（p=0.0439），表明腘绳肌激活增强以代偿ACL功能缺失。

研究结论表明，平均病程18个月的ACL损伤患者在单腿跳跃落地任务中，虽保持与健康人群相似的预激活序列，但表现出肌肉激活持续时间延长、腘绳肌峰值延迟等特征。这种"伸肌抑制-屈肌增强-臀肌时序补偿"模式是神经肌肉系统对关节不稳定的适应性调整：腘绳肌通过延迟峰值输出协同胫骨后移，减少前移和内旋；Gmax通过早期激活抵抗膝外翻力矩；股四头肌激活降低则避免加重膝关节前向不稳。

该研究的创新价值在于首次系统揭示了未重建ACL断裂患者在高风险任务中的神经肌肉补偿机制，为术前康复评估提供了客观生物标志物。研究结果提示，康复训练应针对性加强腘绳肌和臀大肌的预激活能力与时序协调性，而非单纯追求肌力提升。未来研究可结合生物力学数据分析，进一步验证这些肌肉在ACL缺失后承担的新稳定功能，为个体化康复方案的制定提供更精准的依据。