前交叉韧带断裂及重建术后步态生物力学特征研究现状

Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, Vol. 60, No. 2 (Mar. 2024)

北京大学第三医院海淀创新转化专项科创研发项目(HDCXZHKC2022219)和北京大学第三医院临床重点项目(BYSY2022058)资助

1.北京大学第三医院运动医学科, 北京大学运动医学研究所, 运动医学关节伤病北京市重点实验室, 运动创伤治疗技术与器械教育部工程研究中心, 北京 100191; 2.天津体育学院, 天津 301617; †通信作者, E-mail: zhenlong_liu@bjmu.edu.cn (刘振龙), xixishuang123@126.com (任爽)

摘要对前交叉韧带(ACL)断裂及重建术后躯干、髋、膝和踝关节在不同运动平面的步态生物力学特征及康复治疗措施的研究现状进行综述, 得到如下结论。ACL 断裂及重建术后各关节步态的生物力学出现异常, 其中膝关节步态生物力学异常在 3 个运动平面均有体现, 踝关节的异常集中在矢状面, 髋关节及躯干的异常多见于冠状面。根据各关节生物力学特征及 ACL 断裂和术后时期的不同, 需制定针对性且长期的康复治疗方案; 目前常规的康复训练不能完全恢复 ACL 断裂重建患者的正常步态, 还需加入神经肌肉控制训练和躯干–髋–膝–踝的整体康复训练。

前交叉韧带(anterior cruciate ligament, ACL)断裂是膝关节常见的严重运动损伤类型, 约占膝关节运动损伤的 50%[1]。ACL 断裂会诱发关节不稳定, 破坏关节的生物力学稳态, 影响运动能力。ACL 断裂后生物力学的改变, 是膝关节早期骨关节炎(os-teoarthritis, OA)发生和发展的重要因素[2]。前交叉韧带重建术(ACL reconstruction, ACLR)是治疗 ACL断裂的重要手段, 可以有效地恢复关节的稳定性, 改善生物力学状态, 提高运动能力。ACL 损伤后的影像学骨关节炎的流行病学 meta 分析结果表明, ACL 重建后10 年, 影像学 II 级及以上 OA 风险是对侧的 3.62倍, III～IV 级 OA 风险为对侧的 4.71 倍[3]。我国膝关节 OA 致残率占 21.3%, 居世界第二位。即使膝关节通过 ACLR 手术获得满意的前向稳定性, 但是重建后 10 年内膝关节患 OA 的风险仍然很高[3]。

步行是人体最常见的周期性功能运动, ACL 断裂及重建术后患者的步态生物力学存在显著的异常[4]。单纯 ACL 断裂主要表现为矢状面及冠状面步态生物力学异常[5–6]; 合并内侧半月板损伤的患者还具有水平面旋转不稳的表现[7]。ACLR 术后早期、中期及长期, 步态生物力学状态未完全恢复正常[8–13]。尽管经过循证康复, 肌力恢复并重返运动[14], 但步态生物力学状态仍未恢复[12,14], 因此导致膝关节产生异常负荷[12,15–16]。这可能是 ACLR 手术治疗患者膝关节 OA 远期发生率较高的原因[17–19]。

ACL 断裂及重建术后患者步态的生物力学异常不仅涉及膝关节, 还累及躯干[20]、髋关节[21–22]和踝关节[23]。人体躯干、髋关节、膝关节和踝关节之间存在耦联关系, 因此膝关节的生物力学异常会通过力线影响全身关节, 导致生物力学改变。He-wett 等[20]认为, 躯干的稳定性与髋关节控制躯干的能力有关, 躯干的神经肌肉控制能力不足, 可能会通过机械作用, 增加 ACL 的压力, 进而导致损伤的产生。踝关节活动范围的改变, 也会改变膝关节的生物力学状态, 并可能因此造成 ACL 损伤[24]。

既往研究均未综合评估 ACL 断裂及重建术后不同运动平面, 不同时期, 躯干、髋、膝和踝关节的生物力学特征。本文基于国内外大量文献, 总结ACL 断裂及重建后, 各个关节在不同的运动平面以及不同的时期健、患侧肢体步态生物力学状态的改变, 分析影响ACLR 术后预后的生物力学因素, 汇总目前推荐的康复治疗措施及其对下肢生物力学改善的效果, 以期为 ACL 损伤的精准康复训练、加速康复进程和提高生活质量提供参考依据。

1 ACL 断裂及重建术后步态生物力学特征

步行是在保证肢体稳定的同时, 利用肢体的重复运动, 使身体前进的功能性运动。单侧下肢完成这些重复功能性运动的一个单独序列称为一个步态周期。每个步态周期可划分为两个阶段——支撑相和摆动相, 分别占整个步态周期的 60%和 40%, 由躯干、髋关节、膝关节和踝关节等多个部位的协调运动来完成。根据运动模式和功能需求的不同, 步态周期可进一步划分为 8 个时期, 支撑相分为初始着地期、承重反应期、支撑中期、支撑末期和摆动前期, 摆动相分为摆动早期、摆动中期以及摆动末期[25]。其中, 初始着地期和承重反应期具有震荡吸收、初始肢体稳定以及维持前进的功能; 支撑中期和支撑末期通过单下肢支撑推进, 使肢体继续前进; 摆动前期、摆动早期、摆动中期及摆动末期通过充分抬起下肢, 使身体向前移动, 完成步幅长度并为下一个支撑期做准备。

在运动学中, 通常将人体划分为 3 个基本运动平面: 矢状面、冠状面和水平面。矢状面的运动主要指躯干、髋关节和膝关节的屈伸以及踝关节的跖屈和背屈; 冠状面的运动主要指髋关节和膝关节的内收外展, 躯干的侧屈以及踝关节的内外翻; 水平面的运动主要指各个关节沿水平面的旋转。ACL断裂及重建术后患者与健康人群及未受累侧相比, 3个平面的步态运动学及动力学(关节运动角度及力矩)状态会发生异常[26]。

通过分析 3 个运动平面步态生物力学的改变, 可以针对性地反映 ACL 断裂及重建术后各关节在步行过程中的负荷改变及肌肉控制情况, 为研究 ACL 断裂及重建术后影响关节软骨退化和再损伤风险的因素及干预措施提供证据。

1.1 矢状面步态生物力学特征改变

ACL 断裂(ACL-deficient, ACLD)患者矢状步态生物力学存在显著异常(表 1)。单纯前交叉韧带断裂后, 患侧支撑末期伸膝不足, 外源性的伸膝力矩显著低于健康膝关节[5–6]。此外, 与健康对照组相比, ACLD 后膝关节外源性屈膝力矩显著减小, 屈髋角度减小[48]。周敬滨等[27]发现, 在承重反应期, 慢性(损伤时间>6 个月)ACLD患者的最大屈膝角度(7.0±3.2°)及踝关节最大跖屈角度(6.1±3.0°)显著小于健康对照组(9.6±3.0°, 8.7±3.0°)。在承重反应期, 伴有内侧半月板后角撕裂的患者具有比单纯 ACLD患者更大的膝关节屈曲力矩不对称性[28]。

ACLR 术后步行时, 膝关节主要表现出矢状面生物力学的改变[11], 其步态生物力学特征改变与术后时间也有关系(表 1)。一项 meta 分析结果发现, 与健康对照组及未受累侧相比, ACLR 术后 3 个月内的患者在整个步态周期表现出更大的膝关节屈曲角度及力矩[11]。这可能是由于术后早期关节肿胀及疼痛引起的肌肉激活减少引起的步态适应性改变。膝关节屈曲角度及力矩的增大会增加髌股关节的负荷[49], 这可能是 ACLR 术后 1 年出现髌股关节软骨退化的主要原因[50]。Davis-Wilson 等[26]发现, 与术后 3 个月内不同, ACLR 术后 6 个月及 12 个月, 与健康受试者及未受累侧膝关节相比, 受累侧下肢步态支撑期早期, 膝关节屈曲角度及内源性伸展力矩减少(6 个月: 2.3°, 0.011BW×BH; 12 个月: 2.0°, 0.007BW×BH), 这种步态模式称为“股四头肌逃避步态”[12]。Shi 等[16]也有类似发现, 在承重反应期, 与未受累侧相比, ACLR 术后患者受累侧膝关节屈曲角度峰值及伸展力矩峰值显著减小(3.2°; 0.053Nm/ (kg·m))。ACLR 术后 1 年时, 在承重反应期和摆动期, 受累侧膝关节与对侧相比最大屈曲角度无显著差异[33]。周天平等[9]的 meta 分析结果表明, ACLR术后 8 年内, 支撑相膝关节屈曲角度峰值始终小于未受累侧及健康对照组。然而, 对于此种步态模式引起的膝关节负荷改变以及造成的膝关节软骨退化, 目前存在相互矛盾的解释。一种观点认为, 步态承重反应期, 膝关节屈曲角度逐渐增大, 并达到峰值(20°左右)[51], 伸肌力矩也逐渐增大, 并在支撑相中期达到峰值[52], 借此吸收来自地面的冲击力以降低膝关节承受的负荷; ACLR 术后膝关节屈曲角度减小, 提示膝关节缓冲冲击力的能力降低[12]。另一种观点认为, 在步态支撑早期, 膝关节内源性伸肌力矩较低, 会降低胫股关节和髌股关节内的压力。Wellsandt 等[34]发现, 较低的膝关节力矩和接触应力与术后 OA 的发生和发展有关[14,53]。在膝关节屈曲 0°～30°范围内, 股骨内侧髁会相对于胫骨向后滑动, ACL 损伤后膝关节内侧的接触点位置会发生改变[54], 因此, 即使膝关节承受正常的负荷, 也会因位于非正常负重区域而产生更大的应力[16]。Ito 等[35]发现, ACLR 后 6 个月, 患者受累侧肢体与未受累侧肢体步态承重反应期, 膝关节的屈曲力矩发展率(rate of moment development, RMD)较慢, 膝关节的屈曲力矩冲量(knee flexion moment impulse, KFMI)较小, 伸肌潜伏期较长。缓慢的膝关节负荷加上步态期间的累积负荷不足, 可能是导致膝关节软骨退化并进展为创伤后骨关节炎(post-traumatic osteoarthritis, PTOA)的原因。

说明: ACLD 表示单纯前交叉韧带断裂, ACLD+MMPHT 表示单纯前交叉韧带断裂伴内侧半月板后角撕裂, ACLR 表示单侧前交叉韧带重建术, BPTB 表示骨–髌腱–骨, ST 表示四联半腱肌肌腱, OA 表示骨关节炎。

ACL 断裂及重建术后, 患者躯干矢状面步行生物力学相关研究目前较少[55]。Shi 等[29]发现, 右侧ACL 断裂患者与健康对照组相比, 在右支撑期, 躯干后倾角度会增大(2.1°)。躯干后倾角度过度增大是造成 ACL 损伤的危险因素[56]。Shimokochi 等[57]发现, 在单腿跳跃着陆期间, 躯干后倾角度的增大会激活股四头肌, 并降低膝关节屈曲角度, 增加膝关节前向剪切力, 从而增大 ACL 负荷, 增加损伤风险。一项 meta 分析结果表明, ACLR 术后, 在跳跃着陆任务中, 躯干的屈曲角度会增大[55]。这可能与股四头肌肌力的降低以及膝关节疼痛症状有关[55]。Fischer 等[58]发现, 随着膝关节伸肌力矩的增加以及疼痛评分的改善, 躯干的屈曲峰值角度也会减小。ACL 断裂及重建术后躯干生物力学有关的研究主要涉及跳跃着陆等高水平任务, 尚需对躯干步态生物力学的改变及其预后做进一步的研究。

ACL 断裂及重建术后, 踝关节及髋关节步态生物力学的相关研究也较少。Wahlstedt 等[23]发现, 与健康受试者相比, ACL 断裂患者具有更小的踝关节背屈角度(5.5°)。Hoch 等[46]发现, ACLR 术后患者双侧踝关节背屈角度小于以往研究中的健康对照组。更小的踝关节背屈角度与更小的膝关节的屈曲角度、更大的地面反作用力以及更大的膝关节外翻角度有关, 因此 Fong等[24]认为, 较小的踝关节背屈角度可能是 ACL 损伤的原因。

综上所述, ACL 断裂及重建术后矢状面的生物力学改变是影响膝关节功能及软骨健康的重要因素, 研究矢状面不同时期的生物力学特征, 可为术前及术后康复干预提供针对性的理论指导及建议。目前, 对于 ACL 断裂及重建术后各关节生物力学改变的研究并不全面, 需开展更系统全面的研究。

1.2 冠状面步态关节生物力学特征改变

ACLD 患者冠状面步态的生物力学特征存在显著异常(表 1)。与健康对照组相比, ACLD 后膝关节外源性内收力矩峰值显著减小, 髋关节内收角度减小[48]。与单纯的 ACLD 患者相比, 合并半月板损伤的患者具有更高的 OA 风险[59]。合并半月板损伤的ACLD 患者具有较大的内源性膝外展力矩(ACLR+半月板损伤: 2.52±0.98BW×BH×10–2; ACL: 2.18± 0.66BW×BH×10–2; 健康人: 1.73±0.36BW×BH×10–2), 这可能是诱发生 OA 的危险因素[30]。

关于 ACLR 术后膝关节冠状面生物力学特征改变的结论不统一(表 1)。一些研究[11,16]发现, 与未受累侧及健康对照组相比, ACLR 术后 1～3 年, 受累侧膝关节步态生物力学特征没有显著差异。但关于ACL 断裂及重建术后的步态运动学和动力学研究结果发明, ACLR术后 1～2 年, 受累侧下肢膝关节的内收角度峰值比未受累侧及健康人大, 但内收力矩较小[13,22]; 术后 3～4 年, 内收力矩与未受累侧及健康人无显著差异[22]。也有研究表明, 与健康人相比, 术后 3 年内患者受累侧下肢比健康人有更小的膝关节外源性内收力矩峰值[13]; 术后 4～5 年, 比未受累侧及健康人群有更小的内收角度峰值[13]。但是 Butler 等[15]发现, 术后 5 年左右, 与健康人相比, 患者受累侧膝关节内收角度无显著差异, 外源性内收力矩峰值显著增大(21%); 术后 6～11 年, 受累侧具有更大的内收力矩[22]。ACLR 术后发生 OA 的群体, 以内侧间室患病率为最高[47], 膝关节外源性内收力矩的增加会使内侧间室负荷增加, 并导致术后发生 OA[15]。

ACLR 重建术后, 膝关节外源性内收力矩的大小可能与性别有关[36]。Webster 等[36]发现, ACLR术后 1～2.5 年, 女性在步行时具有更大的膝关节内收力矩, 这也是唯一显示显著性别差异的步态生物力学变量。ACLR 术后内收角度的差异可能还与移植物类型有关[37]。Webster 等[37]针对 16 名男性 ACL损伤患者, 利用腘绳肌肌腱移植物与髌腱移植物进行重建手术, 与健康对照组相比, 术后 6～12 个月, 两组内收力矩均显著降低, 但其中利用腘绳肌肌腱进行 ACLR 手术的患者具有更小的膝关节内收角度。综上所述, ACLR 术后女性具有更大的膝关节外源性内收力矩, 这是否与增加 OA 及再损伤风险有关, 需要进一步研究。

ACLR 术后, 临近关节在冠状面步态的生物力学也产生异常(表 1)。Nagelli 等[39]发现, ACLR 术后8 个月, 受累侧髋关节比未受累侧具有更大的外展角度。Goetschius 等[22]发现, 与 ACLR 术后 1～2 年的患者相比, 术后 5～10 年的患者步态支撑末期具有更大的髋关节内收力矩; 术后 5.7～11.3 年, 与未受累侧相比, 受累侧髋关节支撑相中期具有更大的外源性内收力矩。较大的髋关节内收角度及力矩与膝关节外翻角度增加有关, 其异常增大会增加 ACL损伤风险[60–61]。不论是低强度还是高强度运动, 女性具有更大的髋关节内收角度, 因此产生更大的膝关节外展角度, 这可能是女性群体更容易产生ACL 损伤的原因之一[20,62]。

Shi 等[40]发现, 与健康对照组相比, ACL 损伤患者在步态支撑期躯干向对侧弯曲的角度更大。躯干侧屈与膝关节外翻负荷密切相关(相关系数为 0.62～ 0.77)[31]。因此, 在步态支撑期, 躯干过度侧屈会造成膝外翻角度增大, 这可能是造成 ACL 损伤的原因[29]。

综上所述, 术后膝关节患者膝关节内侧间室OA 发生率更高, 与术后膝关节冠状面力矩改变有关; 术后膝关节外翻角度的增加会增加 ACL 的再损伤率, 这与髋关节、踝关节及躯干步态生物力学状态的改变有关。在进行冠状面生物力学特征分析时, 需要控制性别及移植物因素。需要对患者 ACL断裂及重建术后冠状面步态生物力学改变进行纵向分析, 并探究其对预后的影响。

1.3 水平面步态生物力学特征改变

ACLD 患者膝关节具有水平面旋转不稳的表现(表 1)。Shabani 等[32]发现, ACLD 患者在步态支撑中期胫骨过度内旋(ACLD: –1.4°±0.2°; 健康人: 0.2° ±0.3°)。Georgoulis 等[40]也有类似发现: ACLD 患者在步态摆动早期胫骨过度内旋(ACLD: –9.6°±8.66°; 健康人: 3.6°±6.22°), 重建手术可恢复低水平任务(如步态任务)中水平面的稳定性, 但在高水平任务(如平台跳下任务)中仍会出现胫骨过度旋转的表现[63]。在承重反应期, 慢性 ACLD 患者(18.3±4.0°)比健康对照组(14.7±4.7°)有更大的最大胫骨外旋角度[27]。此外, 与健康对照组相比, 合并内侧半月板损伤的患者具有显著胫骨外旋及外源性内旋力矩减小(ACLD+内侧半月板损伤: 0.02 ± 0.03Nm/(kg·m); 健康人: 0.07 ± 0.03Nm/(kg·m))的表现[7]。利用膝关节支具可以在一定程度上改善重建后膝关节旋转的稳定性, 但不能完全恢复到正常状态[47]。同时, 该旋转模式会导致膝关节承重位置发生改变, 进而诱发膝关节软骨退化, 造成 OA[2,64–65]。

Stoelben 等[41]发现, ACLR 术后 4 年, 未受累侧与健康对照组的优势腿相比, 具有更大髋关节及膝关节外旋力矩, 这可能会增加 ACLR 术后继发性损伤的风险。另外,在 ACLR 术后 1～3 个月期间, 受累侧下肢踝关节内外旋角度与未受累侧下肢相比无显著差异[42]。Shi 等[29]发现, 与健康对照组相比, 右侧 ACL 损伤的患者在右侧步态支撑期, 右肩向前的躯干旋转角度会增大。

综上所述, ACLR 手术无法完全恢复肢体旋转的稳定性, 需对其术后不同时期胫骨及股骨过度旋转的特征做进一步研究。

1.4 地面反作用力

地面反作用力(ground reaction force, GRF)作为向量可以划分为 3 个方向的力, 包括垂直地面反作用力(vertical GRF, vGRF)、前后地面反作用力(anterior-posterior GRF)以及侧方地面反作用力(lateral GRF)[66]。

vGRF 是描述下肢负荷的基本指标[43]。负荷长期过大和过低, 都会对膝关节的软骨健康造成危害[67]。在承重反应期, 与健康对照组相比 ACLD 患者的 vGRF 无显著差异, 但伴有内侧半月板后角撕裂的患者具有更大的 vGRF 不对称性[29]。ACLR 术后下肢肌肉力量的不对称性、症状的存在、心理因素以及自我报告功能的高低等都会导致 vGRF 的不对称[43–44,68]。ACLR 术后 6 个月内 vGRF 峰值的不对称性与膝关节软骨的退化以及炎症有关(r=–0.5; P=0.04)[45]。Pietrosimone 等[43]发现, 在 ACLR 术后不同时期及步态的不同阶段, vGRF 也具有不同的表现: 与 ACLR 术后 1～2 年相比, 术后1年以内有关节肿胀、僵硬、绞索和摩擦音等临床相关症状的患者, 在支撑期的 0～26%时具有更低的 vGRF 峰值(平均差为 0.06BW), 但在支撑期的 34%～65%时 vGRF更高(平均差为 0.04BW); 与 ACLR 术后 1～2 年相比, 术后 2 年以上有相关症状的患者在支撑期的 15%～ 32%和 67%～86%时有更高的 vGRF 峰值(平均差为0.05BW), 在支撑期的 40%～57%时具有较低的vGRF(平均差为 0.05BW), 这种变化会对膝关节软骨健康产生长期的危害。水平向后 GRF 异常增大可导致膝关节伸展力矩增大, 使 ACL 的负荷增加[69], 重复的过高负荷会造成 ACL 的损伤[70]。

1.5 ACL 断裂及重建术后的整体步态生物力学改变

总体而言, ACL 断裂及重建术后步态的生物力学特征会随着时间的推移发生改变[11,22,26], 并对患者膝关节 OA 的发生和发展产生影响。同时, 躯干、髋关节、膝关节和踝关节的生物力学特征改变, 会通过耦联关系互相影响, 从而改变施加在膝关节软骨及 ACL 上的负荷, 产生继发性 OA 或者ACL 的再断裂[20,24]。

研究表明, ACLR 术后具有 ACL 再断裂风险, 这与膝关节外翻角度增加有关[60–61]。踝关节背屈角度减小[46]、髋关节内收角度及力矩增大[60–61]以及步态支撑期躯干过度侧屈[31], 均会加剧膝关节外翻, 进而造成 ACL 损伤。

ACLR 术后膝关节受累侧下肢步态支撑期早期, 膝关节屈曲角度及内源性伸展力矩减少的“股四头肌逃避步态”, 会增加膝关节负荷, 并导致软骨退化及 OA[14,53]。运动过程中, 躯干后倾角度的增大[57]和踝关节背屈角度的减小[46]也与膝关节屈曲角度减小有关, 并可能对膝关节软骨的健康产生影响。

在 ACLR 术后发生膝关节 OA 的患者中, 内侧间室最多, 这与膝关节外源性内收力矩的增加有关[15]。膝关节外源性力矩会随术后时间的推移而逐渐增大, 并造成膝关节内侧间室 OA[22]。

2 改善步态生物力学的康复治疗措施

ACL 断裂可导致膝关节功能、肌肉力量和本体感觉受损[71]。ACLR 手术可以恢复患者膝关节的稳定性, 但术后患者的运动学、动力学、神经肌肉反应和肌肉力量等未完全恢复[12]。同时, ACLR 术后再损伤率总体可达 15%, 其中同侧为 7%, 对侧为8%, 年轻运动员发生 ACL 再损伤的机率可高达20%以上[72]。因此, 应注重术前及术后康复的重要性, 将康复贯穿治疗始终。

有关 ACLR 术的循证康复指南中建议, 术前应当改善及维持全范围关节活动度, 提升股四头肌及腘绳肌肌力, 进行平衡及本体感觉功能的训练等, 以提升手术效果, 改善术后功能[71,73–74]; 术后根据患者严重程度、恢复阶段和功能水平等, 选择个性化康复治疗方案, 例如肌肉力量、关节活动度、本体感觉和神经肌肉控制训练等, 以便提升膝关节的稳定性, 改善预后[73–75]。

2.1 术前康复对步态生物力学的影响

术前股四头肌肌力的提升对术后膝关节的功能具有积极的影响。Shaarani 等[71]发现, 在 ACLR 术前进行为期 6 周的康复训练, 可以显著地改善膝关节功能, 效果可持续到术后 12 周。Grindem 等[76]也发现, 与仅接受常规护理的患者相比, 同时接受术前及术后康复的患者具有更好的自我报告结局。但是, 术前康复对 ACL 损伤患者术后生物力学的改善情况尚不明确。

有研究发现, 术前物理治疗的临床效果可能存在性别差异。Di Stasi 等[77]发现, 术前进行股四头肌肌力训练及神经肌肉训练的女性患者, 可以显著地增加术前膝关节内源性伸展力矩, 并提高膝关节伸展力矩的对称性, 但术前物理治疗对男性患者的髋关节及膝关节步态生物力学没有显著的影响。但是, 术前进行循证康复训练, 任何性别术后的内源性膝关节伸展力矩均会持续减小。

因此, 术前进行康复训练, 会在一定程度上改善患者(尤其是女性患者)ACL 损伤后早期及术后早期的步态生物力学。

2.2 术后康复对步态生物力学的影响

一篇总结 ACLR 术后康复国际临床实践指南的综述文献中建议, 应该在术后即刻(术后 1 周内)进行膝关节活动和肌力训练, 并辅以神经肌肉和运动控制再教育训练[75]。

股四头肌无力与术后继发性损伤及 PTOA 风险有关, 对称性股四头肌的肌肉力量可大大降低 ACL的再损伤率[78]。增强股四头肌的肌力可以显著地改善 ACLR 术后的生物力学, 并降低术后 OA 发生和发展的风险[79– 80], 同时进行腘绳肌肌力训练甚至可以改善 OA 患者的步态[81]。

一项 meta 分析结果表明, 传统的康复方法不足以恢复股四头肌肌肉力量, 甚至可持续降低患者的膝关节功能[82]。术后经过规范康复 1 年, 与健侧相比, 受累侧步态支撑期膝关节伸展力矩峰值显著降低, 步态支撑末期膝关节伸展角度不足, 且与股四头肌肌力的不对称性密切相关, 因此 ACLR 术后 1年后仍需进行系统的康复训练[83]。Arhos 等[12]的研究结果表明, 仅恢复股四头肌的肌肉力量, 不能完全使ACLR 术后膝关节步态生物力学恢复至正常。ACLR 术后患者进行基于循证的康复训练, 术后 3个月股四头肌力量指数达到 80%标准后, 继续进行重返运动训练, 并达到重返运动标准, 仍然存在双侧下肢生物力学的不对称性。

ACL 损伤可能存在神经生理方面的损伤[84]。ACLR 术后, 神经通路的兴奋性会发生改变(皮质脊髓束通路兴奋性双侧降低、脊髓反射通路双侧兴奋性升高), 减弱股四头肌的自主激活能力[85–86]。因此, 传统的康复训练不足以恢复 ACLR 术后股四头肌的功能及下肢的生物力学功能, 应加入神经肌肉及运动控制等训练内容, 以便改善膝关节生物力学持续缺陷等问题。Myer 等[87]发现, 基于躯干的神经肌肉训练可以增加髋关节的外展力量, 并降低女性运动员的 ACL 损伤风险。

另外, 核心肌力训练可以提升股内侧肌与股外侧肌以及腘绳肌和股四头肌的激活率, 并改善膝关节冠状面生物力学[88]。沈梅等[89]发现, ACLR 术后进行本体感觉训练, 可以显著地改善步态过程中骨盆摆动及上身摆动的对称性。因此, ACLR 术后康复可通过核心肌力及本体感觉训练来提升运动中的核心控制能力。

关于神经肌肉及运动控制训练对 ACLR 术后膝关节生物力学特征的影响, 目前尚不清楚[12]。通过改善神经肌肉控制, 能否纠正 ACLR 术后的生物力学, 需要进一步的研究。另外, 由于 ACLR 术后, 躯干、髋关节及踝关节步态生物力学的改变也会影响膝关节的生物力学, 在康复过程中, 应对躯干、髋关节及踝关节进行康复干预, 但 ACLR 术后躯干、髋关节及踝关节步态生物力学的改变及其对膝关节的影响还缺乏相关研究, 无法更精准地为康复治疗措施提供充分的理论依据。

3 结语

ACL 损伤后存在步态生物力学特征异常, 即使经过ACLR 手术以及基于循证的康复治疗, 异常的步态生物力学仍然没有得到完全恢复。ACL 断裂及重建术后, 与未受累侧及健康人相比, 患侧肢体矢状面步态生物力学特征主要表现为步态支撑期膝关节屈曲角度及外源性屈曲力矩减小, 踝关节背屈角度减小; 患侧肢体冠状面膝关节步态生物力学特征的改变可能随术后时间推移及性别差异而改变, 髋关节具有更大外展角度及较大的外源性内收力矩, 躯干向对侧弯曲的角度增加; 患侧肢体膝关节胫骨旋转异常可能与术后时间有关, 断裂及重建术后长期, 胫骨外旋角度及力矩增大。这些可能会造成术后 ACL 再损伤及 OA 的发生和发展。目前一般认为, 神经生理学方面的因素可能在 ACLR 术后生物力学特征的改变方面起到十分重要的作用, 并已将神经肌肉控制训练纳入 ACLR 术后康复指南中, 但尚不清楚其是否对术后膝关节生物力学状态具有纠正作用。

由于 ACL 损伤及重建后不同阶段和不同步态分期时, 分别会展现不同的生物力学特点, 因此应采取更加具有针对性的精准康复治疗措施, 以便纠正生物力学方面的异常。但是, 基于目前的研究进展, ACL 损伤及重建后膝关节不同运动平面上的生物力学特征, 在不同恢复阶段及不同步态分期时的改变的相关研究并不全面也缺乏系统性; ACLR 术后的康复训练计划已经相当普及, 但对于 ACLR 术前康复对重建术后生物力学特征影响的研究少之又少。因此, 未来的研究应当将 ACL 断裂及重建术后不同阶段的生物力学特征进行综合, 对不同时期康复治疗计划所产生的生物力学影响进行系统性研究, 为未来 ACL 损伤及重建后康复治疗计划提供生物力学方面理论依据。

[1] Musahl V, Karlsson J. Anterior cruciate ligament tear. N Engl J Med, 2019, 380(24): 2341–2348

[2] Chaudhari A M, Briant P L, Bevill S L, et al. Knee kinematics, cartilage morphology, and osteoarthritis after ACL injury. Med Sci Sports Exerc, 2008, 40(2): 215–222

[3] Ajuied A, Wong F, Smith C, et al. Anterior cruciate ligament injury and radiologic progression of knee osteoarthritis: a systematic review and meta-analysis. Am J Sports Med, 2014, 42(9): 2242–2252

[4] 周敬滨, 李国平. 膝关节前交叉韧带损伤与重建术后的步态分析研究现状. 中国运动医学杂志, 2006 (3): 323–326

[5] Shabani B, Bytyqi D, Lustig S, et al. Gait changes of the ACL-deficient knee 3D kinematic assessment. Knee Surgery Sports Traumatology Arthroscopy, 2015, 23(11): 3259–3265

[6] Gao Bo, Zheng Naiquan. Alterations in three-dimen-sional joint kinematics of anterior cruciate ligament-deficient and -reconstructed knees during walking. Clinical Biomechanics, 2010, 25(3): 222–229

[7] Ren Shuang, Yu Yuanyuan, Shi Huijuan, et al. Three dimensional knee kinematics and kinetics in ACL-deficient patients with and without medial meniscus posterior horn tear during level walking. Gait & Pos-ture, 2018, 66: 26–31

[8] 刘丽娟, 敖丽娟. 前交叉韧带重建术后的生物力学研究现状. 中国康复医学杂志, 2015, 30(6): 619–622

[9] 周天平, 徐一宏, 徐卫东. 前交叉韧带重建术后下肢行走过程中的异常步态表现. 中华关节外科杂志(电子版), 2021, 15(3): 307–317

[10] 韩晓珺, 戚文潇, 赵金忠. 前交叉韧带损伤及重建术后运动学及生物力学研究进展. 国际骨科学杂志, 2018, 39(5): 287–290

[11] Hart H F, Culvenor A G, Collins N J, et al. Knee kinematics and joint moments during gait following anterior cruciate ligament reconstruction: a systematic review and meta-analysis. Br J Sports Med, 2016, 50(10): 597–612

[12] Arhos E K, Capin J J, Buchanan T S, et al. Quadriceps strength symmetry does not modify gait mechanics after anterior cruciate ligament reconstruction, reha-bilitation, and return-to-sport training. Am J Sports Med, 2021, 49(2): 417–425

[13] Slater L V, Hart J M, Kelly A R, et al. Progressive changes in walking kinematics and kinetics after an-terior cruciate ligament injury and reconstruction: a review and meta-analysis. J Athl Train, 2017, 52(9): 847–860

[14] Khandha A, Manal K, Wellsandt E, et al. Gait mechanics in those with/without medial compartment knee osteoarthritis 5 years after anterior cruciate li-gament reconstruction. J Orthop Res, 2017, 35(3): 625–633

[15] Butler R J, Minick K I, Ferber R, et al. Gait mechanics after ACL reconstruction: implications for the early onset of knee osteoarthritis. Br J Sports Med, 2009, 43(5): 366–370

[16] Shi Huijuan, Huang Hongshi, Ren Shuang, et al. The relationship between quadriceps strength asymmetry and knee biomechanics asymmetry during walking in individuals with anterior cruciate ligament reconstruc-tion. Gait Posture, 2019, 73: 74–79

[17] Wang Lijuan, Zeng Ni, Yan Zhipeng, et al. Post-traumatic osteoarthritis following ACL injury. Arthritis Res Ther, 2020, 22(1): no. 57

[18] Luc B, Gribble P A, Pietrosimone B G. Osteoarthritis prevalence following anterior cruciate ligament recon-struction: a systematic review and numbers-needed-to-treat analysis. J Athl Train, 2014, 49(6): 806–819

[19] Lien-Iversen T, Morgan D B, Jensen C, et al. Does surgery reduce knee osteoarthritis, meniscal injury and subsequent complications compared with non-surgery after ACL rupture with at least 10 years follow-up? A systematic review and meta-analysis. Br J Sports Med, 2020, 54(10): 592–598

[20] Hewett T E, Myer G D. The mechanistic connection between the trunk, hip, knee, and anterior cruciate ligament injury. Exerc Sport Sci Rev, 2011, 39(4): 161–166

[21] Davis K, Williams J L, Sanford B A, et al. Assessing lower extremity coordination and coordination vari-ability in individuals with anterior cruciate ligament reconstruction during walking. Gait Posture, 2019, 67: 154–159

[22] Goetschius J, Hertel J, Saliba S A, et al. Gait bio-mechanics in anterior cruciate ligament-reconstructed knees at different time frames postsurgery. Med Sci Sports Exerc, 2018, 50(11): 2209–2216

[23] Wahlstedt C, Rasmussen-Barr E. Anterior cruciate liga-ment injury and ankle dorsiflexion. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc, 2015, 23(11): 3202–3207

[24] Fong C M, Blackburn J T, Norcross M F, et al. Ankle-dorsiflexion range of motion and landing biomecha-nics. J Athl Train, 2011, 46(1): 5–10

[25] Vaughan C L, Davis B L, O’Conner J C. Dynamics of Human Gait. 2nd ed. Cape Town: Kiboho Publishers, 1999

[26] Davis-Wilson H C, Pfeiffer S J, Johnston C D, et al. Bilateral gait 6 and 12 months post-anterior cruciate ligament reconstruction compared with controls. Med Sci Sports Exerc, 2020, 52(4): 785–794

[27] 周敬滨, 李国平, 李方祥. 慢性膝关节前交叉韧带损伤患者步态的运动学分析. 中国运动医学杂志, 2012, 31(10): 898–901

[28] Ren Shuang, Shi Huijuan, Yu Yuanyuan, et al. Dyna-mic between-leg differences while walking in anterior cruciate ligament-deficient patients with and without medial meniscal posterior horn tears. Orthop J Sports Med, 2020, 8(5): 2325967120919058

[29] Shi Dongliang, Li Nannan, Wang Yubin, et al. Gait modification strategies in trunk over right stance phase in patients with right anterior cruciate ligament defi-ciency. Gait Posture, 2016, 46: 63–68

[30] 时会娟, 黄红拾, 于媛媛, 等. 单纯前交叉韧带断裂与合并半月板损伤患者的步态分析. 中国运动医学杂志, 2017, 36(10): 858–864

[31] Heinert B L, Kernozek T W, Greany J F, et al. Hip abductor weakness and lower extremity kinematics during running. Journal of Sport Rehabilitation, 2008, 17(3): 243–256

[32] Shabani B, Bytyqi D, Lustig S, et al. Gait changes of the ACL-deficient knee 3D kinematic assessment. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc, 2015, 23(11): 3259–3265

[33] 马燕红, 周俊, 梁娟, 等. 膝前交叉韧带重建术后步态分析初步研究. 中华物理医学与康复杂志, 2007, 29(8): 555–556

[34] Wellsandt E, Gardinier ES, Manal K, et al. Decreased knee joint loading associated with early knee osteoar-thritis after anterior cruciate ligament injury. Am J Sports Med, 2016, 44(1): 143–151

[35] Ito N, Capin J J, Khandha A, et al. Identifying gait pathology after ACL reconstruction using temporal characteristics of kinetics and electromyography. Med Sci Sports Exerc, 2022, 54(6): 923–930

[36] Webster K E, McClelland J A, Palazzolo S E, et al. Gender differences in the knee adduction moment after anterior cruciate ligament reconstruction surgery. Br J Sports Med, 2012, 46(5): 355–359

[37] Webster K E, Feller J A. The knee adduction moment in hamstring and patellar tendon anterior cruciate li-gament reconstructed knees. Knee Surg Sports Trau-matol Arthrosc, 2012, 20(11): 2214–2219

[38] Barenius B, Ponzer S, Shalabi A, et al. Increased risk of osteoarthritis after anterior cruciate ligament recon-struction: a 14-year follow-up study of a randomized controlled trial. Am J Sports Med, 2014, 42(5): 1049–57

[39] Nagelli C, Wordeman S, Di Stasi S, et al. Biomecha-nical deficits at the hip in athletes with ACL recon-struction are ameliorated with neuromuscular training. Am J Sports Med, 2018, 46(11): 2772–2779

[40] Georgoulis A D, Papadonikolakis A, Papageorgiou C D, et al. Three-dimensional tibiofemoral kinematics of the anterior cruciate ligament-deficient and recon-structed knee during walking. Am J Sports Med, 2003, 31(1): 75–79

[41] Stoelben K J V, Pappas E, Mota C B. Lower extremity joint moments throughout gait at two speeds more than 4 years after ACL reconstruction. Gait Posture, 2019, 70: 347–354

[42] Czamara A, Markowska I, Hagner-Derengowska M. Three-dimensional kinematic analysis of ankle, knee, hip, and pelvic rotation during gait in patients after anterior cruciate ligament reconstruction — early re-sults. BMC Musculoskelet Disord, 2015, 16: no. 266

[43] Pietrosimone B, Seeley M K, Johnston C, et al. Walking ground reaction force post-ACL reconstruct-tion: analysis of time and symptoms. Med Sci Sports Exerc, 2019, 51(2): 246–254

[44] Tajdini H, Letafatkar A, Brewer B W, et al. Association between kinesiophobia and gait asymmetry after ACL reconstruction: implications for prevention of reinjury. Int J Environ Res Public Health, 2021, 18(6): 3264

[45] Pietrosimone B, Loeser R F, Blackburn J T, et al. Biochemical markers of cartilage metabolism are associated with walking biomechanics 6-months fo-llowing anterior cruciate ligament reconstruction. J Orthop Res, 2017, 35(10): 2288–2297

[46] Hoch J M, Baez S E, Hoch M C. Examination of ankle function in individuals with a history of ACL recon-struction. Phys Ther Sport, 2019, 36: 55–61

[47] Giotis D, Zampeli F, Pappas E, et al. Effects of knee bracing on tibial rotation during high loading activi-ties in anterior cruciate ligament-reconstructed knees. Arthroscopy, 2013, 29(10): 1644–1652

[48] Slater L V, Hart J M, Kelly A R, et al. Progressive changes in walking kinematics and kinetics after an-terior cruciate ligament injury and reconstruction: a review and meta-analysis. J Athl Train, 2017, 52(9): 847–860

[49] Hart H F, Patterson B E, Crossley K M, et al. May the force be with you: understanding how patellofemoral joint reaction force compares across different activities and physical interventions — a systematic review and meta-analysis. Br J Sports Med, 2022, 56(9): 521–530

[50] Culvenor A G, Collins N J, Guermazi A, et al. Ear- ly knee osteoarthritis is evident one year following anterior cruciate ligament reconstruction: a magnetic resonance imaging evaluation. Arthritis Rheumatol, 2015, 67(4): 946–955

[51] Knoll Z, Kocsis L, Kiss R M. Gait patterns before and after anterior cruciate ligament reconstruction. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc, 2004, 12(1): 7–14

[52] Bulgheroni P, Bulgheroni M V, Andrini L, et al. Gait patterns after anterior cruciate ligament reconstruction. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc, 1997, 5(1): 14–21

[53] Hipsley A, Hall M, Saxby D J, et al. Quadriceps muscle strength at 2 years following anterior cruciate ligament reconstruction is associated with tibiofemoral joint car-tilage volume. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc, 2022, 30(6): 1949–1957

[54] Wretenberg P, Ramsey D K, Németh G. Tibiofemoral contact points relative to flexion angle measured with MRI. Clinical Biomechanics, 2002, 17(6): 477–485

[55] Waiteman M C, Chia L, Ducatti M H M, et al. Trunk biomechanics in individuals with knee disorders: a systematic review with evidence gap map and meta-analysis. Sports Med Open, 2022, 8(1): no. 145

[56] Sheehan F T, Sipprell W H, Boden B P. Dynamic sagittal plane trunk control during anterior cruciate ligament injury. American Journal of Sports Medicine, 2012, 40(5): 1068–1074

[57] Shimokochi Y, Ambegaonkar J P, Meyer E G, et al. Changing sagittal plane body position during single-leg landings influences the risk of non-contact anterior cruciate ligament injury. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc, 2013, 21(4): 888–897

[58] Fischer A G, Erhart-Hledik J C, Chu CR, et al. Chan-ges in stair ascent biomechanics two to eight years after ACL reconstruction are associated with patient-reported outcomes. Gait Posture, 2019, 69: 91–95

[59] Van Meer B L, Meuffels D E, van Eijsden W A, et al. Which determinants predict tibiofemoral and patella-femoral osteoarthritis after anterior cruciate ligament injury? A systematic review. Br J Sports Med, 2015, 49(15): 975–83

[60] Hewett T E, Myer G D, Ford K R, et al. Biomechanical measures of neuromuscular control and valgus loading of the knee predict anterior cruciate ligament injury risk in female athletes: a prospective study. Am J Sports Med, 2005, 33(4): 492–501

[61] Wilczyński B, Zorena K, Ślęzak D. Dynamic knee valgus in single-leg movement tasks. Potentially mo-difiable factors and exercise training options. A litera-ture review. Int J Environ Res Public Health, 2020, 17(21): 8208

[62] Harty C M, DuPont C E, Chmielewski T L, et al. In-tertask comparison of frontal plane knee position and moment in female athletes during three distinct move-ment tasks. Scand J Med Sci Sports, 2011, 21(1): 98–105

[63] Ristanis S, Stergiou N, Patras K, et al. Excessive tibial rotation during high-demand activities is not restored by anterior cruciate ligament reconstruction. Arthro-scopy, 2005, 21(11): 1323–1329

[64] Stergiou N, Ristanis S, Moraiti C, et al. Tibial rotat- ion in anterior cruciate ligament (ACL)-deficient and ACL-reconstructed knees: a theoretical proposition for the development of osteoarthritis. Sports Med, 2007, 37(7): 601–613

[65] Andriacchi T P, Briant P L, Bevill S L, et al. Rotational changes at the knee after ACL injury cause cartilage thinning. Clin Orthop Relat Res, 2006, 442: 39–44

[66] 李光毅. 面向临床步态分析的足部姿态与多轴地面反作用力测量方法研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2018

[67] Sun H B. Mechanical loading, cartilage degradation, and arthritis. Ann N Y Acad Sci, 2010, 1211(1): 37–50

[68] Baumgart C, Schubert M, Hoppe M W, et al. Do ground reaction forces during unilateral and bilateral move-ments exhibit compensation strategies following ACL reconstruction?. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc, 2017, 25(5): 1385–1394

[69] Yu B, Garrett W E. Mechanisms of non-contact ACL injuries. Br J Sports Med, 2007, 41(Suppl 1): i47– i51

[70] 张美珍. 非接触性前交叉韧带危险因素的生物力学研究//第十五届全国运动生物力学学术交流大会(CABS2012). 南京, 2012: 17–18

[71] Shaarani S R, O’Hare C, Quinn A, et al. Effect of pre-habilitation on the outcome of anterior cruciate liga-ment reconstruction. Am J Sports Med, 2013, 41(9): 2117–2127

[72] Wiggins A J, Grandhi R K, Schneider D K, et al. Risk of secondary injury in younger athletes after anterior cruciate ligament reconstruction: a systematic review and meta-analysis. Am J Sports Med, 2016, 44(7): 1861–1876

[73] Van Melick N, van Cingel R E, Brooijmans F, et al. Evidence-based clinical practice update: practice guidelines for anterior cruciate ligament rehabilitation based on a systematic review and multidisciplinary consensus. Br J Sports Med, 2016, 50(24): 1506–1515

[74] Meuffels D E, Poldervaart M T, Diercks R L, et al. Guideline on anterior cruciate ligament injury. Acta Orthop, 2012, 83(4): 379–386

[75] Andrade R, Pereira R, van Cingel R, et al. How should clinicians rehabilitate patients after ACL reconstruct-tion? A systematic review of clinical practice guide-lines (CPGs) with a focus on quality appraisal (AGREE II). Br J Sports Med, 2020, 54(9): 512–519

[76] Grindem H, Granan LP, Risberg M A, et al. How does a combined preoperative and postoperative rehabilita-tion programme influence the outcome of ACL recon-struction 2 years after surgery? A comparison between patients in the Delaware-Oslo ACL cohort and the Norwegian National Knee Ligament Registry. Br J Sports Med, 2015, 49(6): 385–389

[77] Di Stasi S, Hartigan E H, Snyder-Mackler L. Sex-specific gait adaptations prior to and up to 6 months after anterior cruciate ligament reconstruction. J Or-thop Sports Phys Ther, 2015, 45(3): 207–214

[78] Grindem H, Snyder-Mackler L, Moksnes H, et al. Sim-ple decision rules can reduce reinjury risk by 84% after ACL reconstruction: the Delaware-Oslo ACL cohort study. Br J Sports Med, 2016, 50(13): 804–808

[79] Pietrosimone B, Davis-Wilson H C, Seeley M K, et al. Gait biomechanics in individuals meeting suffi-cient quadriceps strength cutoffs after anterior cruciate ligament reconstruction. J Athl Train, 2021, 56(9): 960–966

[80] Blackburn J T, Pietrosimone B, Harkey M S, et al. Quadriceps function and gait kinetics after anterior cruciate ligament reconstruction. Med Sci Sports Exerc, 2016, 48(9): 1664–1670

[81] 吴春利, 陈晓青. 膝屈伸肌群等速肌力训练改善膝骨性关节炎患者步态的效果分析. 生物骨科材料与临床研究, 2017, 14(1): 39–42

[82] Lisee C, Lepley A S, Birchmeier T, et al. Quadriceps strength and volitional activation after anterior cru-ciate ligament reconstruction: a systematic review and meta-analysis. Sports Health, 2019, 11(2): 163–179

[83] 任爽, 梁子轩, 张思, 等. 前交叉韧带重建术后1年大腿等速肌力与步态不对称性的相关性. 中华创伤杂志, 2022, 38(7): 592–599

[84] Buckthorpe M. Optimising the late-stage rehabilitation and return-to-sport training and testing process after ACL reconstruction. Sports Med, 2019, 49(7): 1043–1058

[85] Rush J L, Glaviano N R, Norte G E. Assessment of quadriceps corticomotor and spinal-reflexive excita-bility in individuals with a history of anterior cruciate ligament reconstruction: a systematic review and meta-analysis. Sports Med, 2021, 51(5): 961–990

[86] Rodriguez K M, Palmieri-Smith R M, Krishnan C. How does anterior cruciate ligament reconstruction affect the functioning of the brain and spinal cord? A syste-matic review with meta-analysis. J Sport Health Sci, 2021, 10(2): 172–181

[87] Myer G D, Brent J L, Ford K R, et al. A pilot study to determine the effect of trunk and hip focused neuro-muscular training on hip and knee isokinetic strength. Br J Sports Med, 2008, 42(7): 614–619

[88] Jeong J, Choi D H, Shin C S. Core strength training can alter neuromuscular and biomechanical risk factors for anterior cruciate ligament injury. Am J Sports Med, 2021, 49(1): 183–192

[89] 沈梅, 金可心, 毛世刚, 等. 前交叉韧带重建后本体感觉训练前后步行参数变化的计算机辅助三维步态分析系统比较. 中国组织工程研究与临床康复, 2011, 15(48): 8947–8950

Research Status of Gait Biomechanical Characteristics after Anterior Cruciate Ligament Rupture and Reconstruction

1. Department of Sports Medicine, Peking University Third Hospital, Institute of Sports Medicine of Peking University, Beijing Key Laboratory of Sports Injuries, Engineering Research Center of Sports Trauma Treatment Technology and Devices (MOE), Beijing 100191; 2. Tianjin University of Sport, Tianjin 301617; † Corresponding authors, E-mail: zhenlong_liu@bjmu.edu.cn (LIU Zhenlong), xixishuang123@126.com (REN Shuang)

Abstract The gait biomechanical characteristics and rehabilitation treatment measures of trunk, hip, knee and ankle in different moving planes after anterior cruciate ligament (ACL) fracture and reconstruction were reviewed. The results showed that after ACL fracture and reconstruction, the gait biomechanical abnormalities were found in all joints, and the knee joint biomechanical abnormalities were manifested in all three motion planes; the ankle joint abnormalities were mainly concentrated in the sagittal plane. The hip joint and trunk abnormalities were more common in the coronal plane. It is suggested to make targeted and long-term rehabilitation treatment plan according to the biomechanical characteristics of each joint and the different ACL fracture and postoperative period. At present, conventional rehabilitation training can not completely restore the normal gait after ACL fracture and reconstruction. Neuromuscular control training and holistic rehabilitation training of trunk, hip, knee and ankle should be added.

Key words anterior cruciate ligament (ACL); gait; biomechanical; rehabilitation