全膝关节置换术后腓肠肌内侧头与胫骨前肌的任务特异性肌电变化研究

背景：膝骨关节炎（knee osteoarthritis, OA）会导致疼痛、关节力学改变及肌肉功能障碍，常需行全膝关节置换术（total knee arthroplasty, TKA）。既往研究多关注股四头肌与腘绳肌的功能缺损，而对远端小腿肌肉的神经肌肉适应性变化研究不足。腓肠肌内侧头（gastrocnemius medialis, GM）与胫骨前肌（tibialis anterior, TA）在动态稳定、推进及步态中起关键作用，其术后激活模式对康复优化至关重要。本研究旨在评估TKA前后GM与TA的任务特异性肌电（electromyography, EMG）变化及其与临床结局的相关性。 方法：研究人员开展了一项前瞻性、纵向单中心研究，纳入77例拟行TKA的严重膝OA患者及77例年龄与性别匹配的健康对照者。采用无线EMG系统记录GM与TA在动态膝伸展、坐站转换及平地行走期间的肌电均方根（root mean square, RMS）振幅，于术前及术后6周、3个月、6个月、12个月进行测量，同时采用标准化量表评估疼痛与功能结局。 结果：术前患者在步态中GM与TA激活显著低于对照组（P < 0.001），膝伸展与坐站转换差异较小。术后两组肌肉激活逐渐改善但未达显著差异，最大增幅出现在术后6至12个月。至术后12个月，步态中GM与TA激活仍显著低于对照组（GM: P < 0.001；TA: P = 0.01）。步态中较高的GM激活与术后12个月的疼痛减轻及功能改善密切相关。 结论：尽管TKA及标准康复可随时间改善远端小腿肌肉激活，但GM与TA功能在术后一年仍欠佳。持续存在的远端神经肌肉控制缺损可能导致残留步态异常，提示需在康复中纳入任务特异性及针对远端肌肉的训练策略。

该研究由印度曼尼帕尔高等教育学院（Manipal Academy of Higher Education, MAHE）的研究团队完成，发表于《The Journal of Arthroplasty》。研究背景聚焦于膝骨关节炎（OA）导致的慢性疼痛与功能障碍，以及全膝关节置换术（TKA）后股四头肌与腘绳肌功能恢复已获较多关注，但远端小腿肌肉如腓肠肌内侧头（GM）与胫骨前肌（TA）的神经肌肉适应性变化仍缺乏系统性评估。由于GM与TA在动态稳定、推进力产生及步态控制中发挥重要作用，其激活水平可能影响术后功能恢复质量，因此研究人员认为有必要明确其在TKA前后的变化轨迹及与临床结局的关系。

在研究方法上，研究人员开展了一项前瞻性、纵向单中心研究，样本来源于三级医院骨科与物理治疗科，共纳入77例拟行TKA的重度膝OA患者（Kellgren-Lawrence 4级）及77例年龄、性别、体重指数匹配的健康对照者。所有患者接受标准的后稳定型假体TKA手术，并遵循统一的术后康复流程。肌电评估采用无线表面肌电（surface electromyography, EMG）系统，记录GM与TA在动态膝伸展、坐站转换及平地行走三项任务中的均方根（RMS）振幅，并在术前、术后6周、3个月、6个月及12个月进行随访。同时，研究人员使用数值疼痛评分量表（Numerical Pain Rating Scale, NPRS）、下肢功能量表（Lower Extremity Functional Scale, LEFS）、计时起立行走测试（Timed Up and Go, TUG）及六分钟步行测试（6-Minute Walk Test, 6MWT）评估临床结局。数据分析采用线性混合效应模型处理重复测量数据，并通过Pearson相关分析探索肌电活动与功能指标之间的关联。

研究结果分为四个部分。第一，术前与对照组比较显示，GM与TA在步态中的激活显著降低（GM降低58.34%，TA降低25.03%），差异具有统计学意义（P < 0.001），而在膝伸展与坐站转换中差异不显著或仅TA在坐站转换中略低（P = 0.05）。第二，术后与术前比较，GM与TA在所有任务中均呈逐步增加的趋势，其中步态改善幅度最大（GM增加35.1%，TA增加14.9%），但多数时间点未达统计学显著性。第三，术后12个月与对照组比较，GM与TA在膝伸展和坐站转换中已无显著差异，但在步态中仍显著低于对照组（GM低17.03%，TA低9.05%；P < 0.05）。第四，相关性分析表明，术后12个月步态中较高的GM激活与较低疼痛水平、较快TUG表现、较长6MWT距离及较高LEFS评分显著相关（P < 0.05），TA激活的相关性则较弱。

讨论部分指出，术前远端小腿肌肉激活下降可能与慢性疼痛、关节积液及感觉运动控制受损有关，且在需要持续推进与支撑的步态中最为明显。术后虽有渐进性恢复，但步态相关的GM与TA激活未能完全恢复正常，这可能与持续较低的步速及残余神经肌肉适应不足有关。研究人员强调，这种不完全恢复可能影响步行效率与推进力，建议康复方案应超越传统的膝部肌力训练，加入针对踝关节跖屈肌与背屈肌的任务特异性激活与协调训练，尤其是在术后早期阶段。此外，研究亦指出样本流失与速度差异对肌电解读的影响，并建议未来在速度匹配条件下结合动力学与运动学分析深入评估。

结论部分翻译如下：本研究表明，TKA患者术前GM与TA的肌电激活下降，尤其在步态中最为显著，其中GM缺损幅度最大。术后两肌群的激活在各功能任务中逐渐增加，膝伸展与坐站转换的激活在术后一年接近对照组水平，而步态中仍存在残余缺损，呈现出任务特异性的恢复模式。尽管部分改善未达到统计学显著性，研究结果支持在TKA术后康复中纳入针对小腿肌肉（包括跖屈肌与背屈肌）的靶向训练，以提升激活水平、改善步态并优化功能结局，尤其在术后早期介入更具临床意义。