有力 vs. 快速發力:股四頭肌發力率與 ACL 傷害預防

前十字韌帶 (anterior cruciate ligament, ACL) 傷害,是運動場上相當常見的嚴重運動傷害之一。一般來說,運動員在受傷之後,會出現關節不穩定的狀況。為了重建膝關節的穩定度,ACL 重建手術基本上是標準治療流程。但對運動員來說,能不能重回戰場是重點,因此臨床工作這不能忽略的術後的長期目標,是希望可以協助受傷運動員重拾受傷前的活動水準與運動表現功能。可惜的是,目前追蹤術後成效的研究顯示,長期來看 ACL 重建手術的成效可能並不如預期般樂觀。追蹤術後恢復情況的研究發現,僅有 44 – 65% 的患者可在手術後重拾受傷前的運動表現水準 [1,2] 。

更值得注意的是,術後回場的再次受傷率很高。相較於沒有 ACL 傷害病史的運動員,ACL 重建術後的運動員有較高的二度 ACL 受傷率,且二度 ACL 傷害風險提高的狀況,並不只出現在 ACL 手術腳,對側腳的傷害風險也提升 [3,4]。運動員多數是在術後 6-9 個月回場,然而受傷運動員術後回場的第一年與第二年,二度ACL受傷率是沒有 ACL 傷害病史運動員的15與6倍 [3,5,6]。令人擔憂的高再次受傷風險,表示目前的復健或 ACL 重建術後回場的測量,還不足以改善與監控二度 ACL 傷害的風險因子。

前十字韌帶術後3個月回場,合理嗎? ACL術後多快回場才安全,兩年?

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股四頭肌收縮產生的將脛骨往前拉的力量,過去被認為可能是 ACL 受力提高的原因之一 [7]。然而。其實是用多少膝關節屈曲角度落地可能才是受傷風險高低的關鍵。(參考之前文章 股四頭肌太強會提高前十字韌帶傷害風險?誤會大了!Q:H Ratio 解讀與應用的藝術 ),因為在運動跳躍落地時,股四頭肌收縮產生的膝關節伸展力矩 (knee extension moment),是緩衝落地時地面反作用力 (grand reaction force) 的主要角色之一。股四頭肌力量越好,就有能力用較為屈曲也較安全的方式落地緩衝。這也是為什麼在 ACL 傷害預防計畫 (injury prevention programs) 與術後復健中加入足夠且有效的股四頭肌的訓練,將可以促進更安全的落地模式 (參考之前文章 有效降低 53%前十字韌帶傷害率:前十字韌帶傷害預防計劃美國運動傷害防護協會立場聲明:預防前十字韌帶傷害 -1)。麻煩的是,各位協助過 ACL 術後選手復健的臨床工作者一定知道,股四頭肌肌力缺損,是 ACL 重建術後常見的問題 [8–10],時常是怎麼訓練也練不起來。另一方面是,目前 ACL 術後復健多強調於股四頭肌最大肌力的訓練與監測,但是這樣真的夠嗎?

僅是專注於恢復股四頭肌的最大肌力,可能並不符合預防 ACL 傷害的功能性需求?

我們換個視角,以臨床應用和實際上受傷時發生什麼事的觀點來看。股四頭肌最大肌力測量,是 ACL 術後廣泛應用來量化股四頭肌肌肉功能恢復的指標之一 [11–13]。可是,股四頭肌等長收縮到達肌力峰值所需的時間,約為 250-300 毫秒 [14]。那麼,真實運動情境下呢?實際上,ACL 傷害與 ACL 應變峰值出現的時間遠比到達肌力峰值所需的時間短,約在觸地瞬間之後的50毫秒內 (0-88 milliseconds) [15,16]。由此可知,即便是擁有強大的股四頭最大肌力,若是股四頭肌無法在觸地瞬間後約100毫秒以內,對相應的落地緩衝的需求,快速做出反應,即時收縮產生足夠的膝關節伸展力矩,可能也無法有效降低首次 ACL 或術後的二次 ACL 扭傷。

看到這裡大家應該已經知道,雖然恢復股四頭肌的最大肌力很重要,或許能「快速且即時」的股四頭肌收縮與發力能力,更加符合 ACL 傷害預防的實際需求。在我博士班時發現這件事時,廣泛的搜尋文獻資料,發現這方面的研究非常少,是 ACL 傷害預防相當新的概念,因而就以此為我的博士論文研究主題。

在過去一年的努力下,部分的研究成果投出順利被期刊接受,終於可以公開分享給各位。

我的博士論文的研究是以股四頭肌發力率 (rate of torque development) 量化肌肉快速收縮能力,探討股四頭肌發力率和落地運動力學的關係,以期了解股四頭肌發力率是否會影響落地的模式,目的是協助臨床工作者更針對性的設計傷害預防的訓練課表。

研究結果顯示,無論是無 ACL 受傷病史 (健康人) 或是 ACL 術後,擁有良好肌肉快速收縮能力的女性,可藉由延長觸地後達到垂直地面反作用力峰值的時間,降低單腳落地切換方向時的負荷率 (loading rate) [17],換成白話文來說,就是有好的股四頭肌快速收縮能力的人,可以延長緩衝的時間,由於負荷率在研究上是被認為與退化性關節炎有關,表示鍛鍊好股四頭肌快速收縮能力,或許能改善退化性關節炎的風險,這個部分還需要長期追蹤的研究。

我近期被 Journal of Athletic Training 接受的另一篇研究,是探討股四頭肌發力率肢體對稱性 (limb symmetry) 對落地時運動力學對稱性影響 [18],發現擁有雙腳較為對稱的股四頭肌發力率,可協助 ACL 術後的女性,以更對稱的運動力學完成雙腳跳躍落地動作,減少觸地瞬間矢狀面 (sagittal plane) 膝關節力矩的不對稱性。由於,不對稱的觸地瞬間矢狀面膝關節力矩已被實驗證實,可有效預測 ACL 術後二度 ACL 風險 [20],這篇研究的結果的臨床應用是,恢復雙側對稱性可能可以預防首度與術後的二度 ACL 傷害。

總結一下,根據我目前可與公開各位分享的部分的研究成果,因為高負荷率是膝關節退化性關節炎的風險因子 [19],且不對稱的觸地瞬間矢狀面膝關節力矩已被實驗證實,可有效預測 ACL 術後二度 ACL 風險 [20],強化股四頭肌發力率與其雙側對稱性,可能可以預防首度與術後的二度 ACL 傷害,並且延緩膝關節退化性關節炎等術後的長期健康危害。

就目前的研究資料可能顛覆目前復健中「慢慢收縮用力」的訓練的概念,你可能會問,那麼股四頭肌發力率看來挺重要的,那在 ACL 術後要怎麼練呢?變好之後真的傷害率會下降嗎?

目前尚未有研究詳細探索這個部分,也放在我的研究 to-do-list 中~

希望幾年後就可以回答各位啦!

延伸閱讀:

前十字韌帶術後3個月回場,合理嗎?

ACL術後多快回場才安全,兩年?

有效降低 53%前十字韌帶傷害率:前十字韌帶傷害預防計劃

Q:H Ratio 解讀與應用的藝術

股四頭肌太強會提高前十字韌帶傷害風險?誤會大了!

美國運動傷害防護協會立場聲明:預防前十字韌帶傷害 -1

設計ACL傷害預防計畫:美國運動傷害防護協會立場聲明 -2

預防運動傷害,從何下手 – Step 1. 找出問題在哪?

參考文獻

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