军事训练膝关节应力性损伤的成因及防治措施

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  军事训练是为了提高军事人员的的体能、军事技能、军事理论、以及战术、战备能力所从事的一项军事训练活动,如何减少和预防膝关节应力性损伤是摆在我们面前的一个课题.本研究结合笔者下部队代职的实践和收集的部分影像资料,探讨军事训练膝关节应力性损伤的机制及预防策略.

  1膝关节的结构及功能

  膝关节由股骨远端、胫骨近端、髌骨、侧副韧带、交叉韧带和半月板、滑膜等共同组成,髌骨与股骨滑车组成髌股关节,股骨内、外髁与胫骨内、外侧平台分别组成内、外侧胫股关节;内侧副韧带在于维持关节内侧的稳定性,外侧副韧带与股二头肌、髂胫束共同维持膝关节外侧结构的稳定性;前交叉韧带在于防止胫骨向前脱位、股骨向后脱位及膝关节的过度伸直和过度旋转,后交叉韧带在于防止股骨向前脱位、胫骨向后脱位及膝关节的过度屈曲;半月板的主要作用是增加关节内的接触面积,减少关节软骨单位面积的负荷并有助于关节的稳定性;滑膜的作用是分泌滑液,滑液能营养关节软骨、减少关节运动时的摩擦;膝关节既是滑膜关节,也是一个不完全的绞链式关节,其伸屈活动具有多个瞬时活动中心,正常膝关节具有约135°的屈曲和5°~10°的过伸活动范围;正常胫股关节间力的传递和应力分布与正常的半月板和关节软骨的功能密切相关,力的不平衡和合力方向的改变是造成组织损伤的主要原因.

  2膝关节应力性损伤的机制

  应力的分布变化与组织结构、组织的载荷量、载荷幅度、载荷方向及时间的变化率有关.组织应力性损伤主要与下列应力有关:①交变应力:应力随时间周期性变化,在该应力作用下,骨组织呈部分破坏,并同时伴有修复.②压应力:载荷越大,相对形成的压应力也越大.③剪切应力:应力性损伤的骨组织远、近端分别附有不同收缩方向的肌肉起止腱,当人体在运动时,如果肌肉收缩不协调,应力失衡,有可能发生应力性损伤.④拉应力:机制与剪切应力相似,肌肉收缩时力的方向与骨干平行,形成相反方向的拉伸力量导致应力性损伤.⑤骨的强度、刚度:青少年时期骨的强度及刚度还不十分坚韧,是好发疲劳骨折的病理生理基础[1].⑥股骨及胫骨的力学解剖特点:股骨干和胫骨干与骨骺的移行部位是应力最集中的部位,该部位易发生疲劳骨折,如股骨中下端、胫骨的中上端[2]在机体的运动协调性方面,Cowling等[3]研究了上下肢的协同运动对前交叉韧带的影响,发现上肢的活动可延迟或抑制下肢与前交叉韧带起协同作用的相关肌肉的活动,使得前交叉韧带受伤的可能性大大增加;Pagnano等[4]提出一个假说:上肢运动可能会干扰肌肉在一些运动中的协调性,而损害下肢肌的协调运动,使得前交叉韧带受伤的概率增加.

  如各种擒拿、格斗动作,各种器械动作等.在韧带负荷方面,Azangwe等[5]研究了鼠前交叉韧带的断面与初负荷、以及位移速率与前交叉韧带负荷之间的关 系.结果发现在10 mm/min和500mm/min的持续拉力下,前交叉韧带所能承受的最大负荷分别为(344.74±0.08)N和(402.26±0.06)N(P<0.05).韧带的应力-应变曲线显示,韧带具有可复性的弹性区域和不可复性的临界点,1500N的负荷可使人的十字韧带损伤,这时韧带已被拉长了静息长度的60%.因此,在战士武装越野过程当中,负载量、越野距离、越野速度、通过时间等是我们需要面对的一个问题.

  3社会人口学因素对膝关节应力性损伤的影响

  3.1 个体因素的影响:我国新兵入伍的体格检查对心理健康因素和精神健康因素未作相关要求.在美国军队中,精神障碍在所有因伤残而退出现役的因素当中占到14%[6].认知功能低下也是膝关节应力性损伤的一个风险因素[7].另一方面,我国新兵普遍体质较弱,骨皮质较薄,不能适应超强度的军事训练要求;Myburgh等[8]发现,发生应力性骨折的运动员较未发生应力性骨折的运动员骨质密度偏低,可能是发生应力性骨折的一个内在因素.

  3.2性别因素的影响:我国新兵入伍绝大多数是男性,女性仅占很少一部分,笔者收集的2010-12~2012-12现役人员膝关节应力性损伤男兵91例,女兵8例,对女性人员膝关节应力性损伤的分析还存在一定的困难,男兵膝关节应力性损伤的单位分布比较局限,不具有代表性.

  Maj等[9]报道在2002年以 前,膝 关 节 的 损 伤 率 男 女 比 例 类 似 (23~25/1000男,24~25/1000女),在2003~2005年当中,男女比例 都 比 较 稳 定,变 化 不 大.

  Feuerstein等[10]发现,在1990~1994当中,在骨骼肌损伤的风险因素当中,美军女性要远高于男性.澳大利亚皇家空军新兵膝关节疲劳伤女兵是男兵的4.4倍[11];可见不能忽视性别因素对军事训练的影响.

  3.3年龄因素的影响:我国的教育模式是升学考试模式,未能继续上学的学生应征入伍,这部分学生年龄比较小,组织器官发育还不成熟,是应力性损伤的高发人群.笔者代职的某基层部队,新兵入伍的最小年龄是15岁.在美军中最小年龄是17岁;Maj等[9]报道膝关节应力性损伤的年发生率在<20岁的人群中呈上升趋势(从15/1000到19/1000).美军士兵在伊拉克和阿富汗的频繁冲突中,膝关节应力性损伤在最年轻组士兵中呈上升趋势,这种趋势反映了年轻士兵对增强体格的需要.

  Sulsky等[12]报道在美军1984~1994财年女性新兵当中,在17~21岁年龄组,膝关节应力性损伤的年发生率为16.96%.在笔者收集的99例当中,新兵26例(最小年龄16岁),占26.3%,由于样本的范围不同,与文献报道存在一定的差异.

  3.4 人种和族别的影响:我国各民族参军人员普遍带有地域特色,对他们进行军事训练伤的研究还比较缺失.在笔者收集的99例当中,汉族89例,维族10例,由于样本的局限性,给分析带来一定的困难.

  在美国军队中,非白人女性因膝关节伤残而退出现役的风险因素相对于白人女性来说要低50%.在2000~2005年中,黑种人和少数裔族膝关节损伤的年发生率要远远低于白种人[9].可能与生活习惯、个体差异、民族特点等有很大的关系.

  3.5其他因素的影响:我国服役的新兵文化水平参差不齐.有报道称在膝关节损伤的人员当中,超过半数 (65%)的 人 员 是 高 中 毕 业,大 学 毕 业 占21%[9],可见军人文化程度的差异性对军事训练中膝关节应力性损伤有比较大的影响.另外,薪资等级较高的战士膝关节应力性损伤所承受的风险要低得多;已 婚 女 兵 比 未 婚 女 兵 所 承 受 的 风 险 要 低44%[12];军兵种、服役年限等对军事训练中膝关节应力性损伤也有比较大的影响.

  4膝关节应力性损伤的形成因素

  军事训练中,影响膝关节应力性损伤的因素既有外因因素,也有内因因素,以及他们之间相互关系.外在因素主要包括:①训练场地比较复杂,地面过于硬化,在练习器械、翻越障碍等落地的过程当中,既有重力作用,也有地面的反作用,如果落地姿势不正确,极有可能造成膝关节应力性损伤.②训练时间人为延长,引起疲劳性损伤,如队列训练、越野等;军队交战双方持续高频率的战术活动导致膝关节应力性损伤修复的有限性,这就导致在原有膝关节损伤的基础上产生新的损伤[9].③身体旋转幅度过大,如各种擒拿格斗、投递动作等,如果肢体动作失谐,极有可能引起膝关节应力性损伤.④应力的累积,应力性损伤是损伤反复累积的结果,特点是损伤和修复同时进行,如果不能及时干预,就有可能引起组织的损伤.内在因素并不是某一个个体的因素,而是整个社会人口学的因素,以及他们之间复杂的相互关系.

  5膝关节应力性损伤的临床表现

  膝关节应力性损伤的临床表现跟组织的损伤部位、程度有很大的关系,如果组织损伤较轻,表现为活动后疼痛、休息后缓解、再活动后加重,触诊表现为压疼及疼痛发散感;如组织损伤较重则表现为膝关节肿胀、疼痛、功能障碍;十字韧带损伤时表现为膝关节稳定性较差,横向活动度加大;半月板损伤时除半月板绞锁、压疼外,还有典型的麦克麦里试验阳性等;半月板损伤、前交叉韧带损伤和内侧副韧带损伤称为膝关节损伤三联征;1 008例英军新兵在经受12周的基础训练后,有8.75%的新兵表现为膝前疼痛,被称为膝前疼痛综合征,与髌韧带病变、髌股疼痛综合征等因素有关[13].

  6膝关节应力性损伤的诊断

  影像学是诊断膝关节应力性损伤最有效可靠的方法,对于早期轻度的损伤,X线及CT可能没有发现异常,MRI脂肪抑制的T2 W像上可见股骨内外侧髁、骨髓、胫骨平台局限性高信号,关节囊、关节腔及十字韧带周围可见少量积液,在T1 W/SPGRE序列上可见骨小梁骨折;如早期轻度的损伤不进行干预,损伤就会进一步加重,转为亚急性期,X线表现为局限性骨膜反应、增厚、局限性骨质透亮区,CT表现为局限性骨质密度减低、骨小梁断裂及软组织肿胀等,MRI脂肪抑制的T2 W像上可见关节腔积液增多,骨髓信号增高,有疲劳骨折时,可见线样低信号区,韧带损伤时可见韧带局部信号增高、韧带增粗、边缘模糊、松弛或呈瘤样改变,半月板损伤时可见T2WI上低信号的三角区内线样高信号影.膝关节应力性损伤表现为组织信号幅度的变化和形态学的改变,相同的应力作用于不同的个体,具有不同的临床和影像学表现,因此膝关节应力性损伤具有多样性的影像学特点.

  7膝关节应力性损伤的预防策略

  7.1成立军事训练伤的预防医学:我军战士年龄层次、文化水平、家庭经济条件、心理素质等方面千差万别,指挥人员的个人能力(如协调、指挥)、受教育程度、思维方式、个人习惯爱好等诸方面都有可能对军事训练产生重大影响.因此,为了保持军事训练的连续性,提高战斗能力和战斗水平,减少非战争性减员,成立军事训练伤的预防医学具有十分广阔的前景.

  7.2 科学施训,合理练兵:刚入伍的新兵各方面发育还不成熟,在军事训练中要着重其体能、身体素质的锻炼,合理制定军事训练计划,科学安排训练科目,逐渐加大训练频度和训练强度.

  7.3 加强心理疏导和心理干预:刚入伍的新兵由于生活环境的改变,很难适应高节奏的生活方式,在思维方式和行为模式等方面可能发生变化.对新兵应及时进行心理疏导、心理训练,加强军事训练伤的预防教育,提高新兵在军事训练中的防御能力、防御技巧及心理素质的应变能力.

  7.4 周期化训练,以"息"养"训":根据骨改建理论,高应力引起的骨吸收和骨形成在头3周时为负平衡,在第3周时骨强度开始减弱,此时应停止高应力作用的跑跳运动,以便成骨细胞充分修复骨组织.实行周期化训练的440名新兵应力骨折发生率为1.6%,而对照组的440名新兵发生率为4.8%[13].

  笔者在某基层部队代职时,参加早、晚体能训练,每次跑步3km,第2周感到跑步时跟骨疼痛,不跑步时正常,第3周时疼痛加重,休息时缓解,后经MRI检查发现双侧跟骨骨髓水肿,经休息2周后,基本恢复正常,这便是典型的跟骨应力性损伤.因此,在军事训练的第2、3周,根据应力性骨折的高峰期适当安排休息,或开展形式多样的文体活动,以缓解应力的累积,使受损的骨组织得以修复.

  7.5以人为本,因材施教:军事训练的主体是"人",只有做到尊重"人"才能更好地进行军事训练.刚入伍的新兵,年龄、体格、心理等因素各不相同,可以根据个体的不同因素,制定适合本人的军事训练计划.

  在基层部队中,往往采用家长式的训练方式,这只能导致战士产生逆反心理,在训练中要和战士交心,采用灵活的训练策略.笔者在基层部队中发现,部分战士由于跑步速度跟不上,采用后推、前拉的方式来提高其速度,是军事训练伤产生的诱因所在.

  7.6深入训练现场,加强医学监督:我军的训练场大多比较简陋,特别是在西北地区,戈壁滩就是训练场,训练场地过硬、情况复杂,在400或500m障碍训练中,极易产生膝关节的应力性损伤.在训练中如发现膝关节疼痛、肿胀或局部有压痛要及时停止训练,进行必要的干预.定期进行统计、分析,向指挥人员反馈相关信息,提出整改措施和意见.

  7.7 建立部队人员组织损伤和健康档案数据库:我国幅员辽阔,边界线长,边防官兵的健康数据比较缺失,给上级机关特别是卫生防疫部门对各种政策、计划的制定带来一定的困难,对军事训练伤的流行病学缺乏了解.外军特别是美军建立有一套比较完善的整个军队人员组织损伤和健康档案数据库,且每年更新用于流行病学研究.因此,建立各军兵种联网的军人健康档案数据库对我军军事训练伤的预防、军事训练的组织实施具有指导意义.

  【参考文献】

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  [2]刘进海,刘宝和.疲劳骨折的生物力学机制浅析[J].中国矫形外科杂志,1996,16:794.

  [3]Cowling EJ,Steele JR.The effect of upper-limb motionon lower-limb muscle synchrony.Implications for ante-rior cruciate ligament injury[J].J Bone Joint Surg Am,2001,83-A(1):35-41.

  [4]Pagnano MW,Trousdale RT.Asymmetric patella resur-facing in total knee arthroplasty[J].Am J Knee Surg,2000,13(4):228-233.

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