护膝干预影响跑步者髌股关节痛主观痛感、下肢运动学和动力学的性别差异

doi:10.12307/2022.546

中国组织工程研究 ›› 2022, Vol. 26 ›› Issue (17): 2749-2755.doi: 10.12307/2022.546

• 组织构建与生物力学 tissue construction and biomechanics • 上一篇下一篇

护膝干预影响跑步者髌股关节痛主观痛感、下肢运动学和动力学的性别差异

杨辰1，冯茹1，周志鹏2，万祥林3，曲峰3

1南京体育学院运动健康学院，江苏省南京市 210014；2山东体育学院运动与健康学院，山东省济南市 250102；3北京体育大学运动人体科学学院，北京市 100084

收稿日期:2021-03-04 修回日期:2021-03-06 接受日期:2021-04-10 出版日期:2022-06-18 发布日期:2021-12-27
作者简介:杨辰，男，1988年生，河北省张家口市人，汉族，2018年北京体育大学毕业，博士，讲师，主要从事运动损伤生物力学研究。
基金资助:
江苏省高等学校自然科学研究面上项目(19KJB320009)，负责人：杨辰；南京体育学院校级培育项目(PY202012)，负责人：杨辰

Effects of knee sleeve on perceived pain and lower extremity kinematics and kinetics in male and female runners with patellofemoral pain

Yang Chen1, Feng Ru1, Zhou Zhipeng2, Wan Xianglin3, Qu Feng3

1School of Sports and Health, Nanjing Sport Institute, Nanjing 210014, Jiangsu Province, China; 2School of Sports and Health, Shandong Sport University, Jinan 250102, Shandong Province, China; 3School of Sports and Human Sciences, Beijing Sport University, Beijing 100084, China

Received:2021-03-04 Revised:2021-03-06 Accepted:2021-04-10 Online:2022-06-18 Published:2021-12-27
About author:Yang Chen, PhD, Lecturer, School of Sports and Health, Nanjing Sport Institute, Nanjing 210014, Jiangsu Province, China
Supported by:
the Natural Science Foundation of Jiangsu Provincial Higher Education Institutions of China (General Program), No. 9KJB32000 (to YC); the Cultivation Project of Nanjing Sport Institute, No. PY202012 (to YC)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：
护膝：是指用于保护人们膝盖的一种物品，其具有运动保护、防寒保暖、关节养护的作用，分为运动护膝、保健护膝，适宜运动员、中老年人及膝部疾病患者使用。
髌股关节痛(patellofemoral pain，PFP)：又被称为跑步膝，是最常见的膝关节过劳损伤之一。髌股关节痛的主要症状为跑、跳等运动中髌周或髌后出现疼痛，这也会限制患者参加日常活动，并降低体力活动水平。50%以上的髌股关节痛患者在5-8年后仍可能存在膝关节的疼痛症状和功能障碍，且早期的膝前痛症状可能进一步发展成为髌股关节炎。

背景：护膝常被跑步爱好者用于预防和治疗髌股关节痛，但其所起到的干预作用机制仍不清楚。
目的：确定护膝对不同性别髌股关节痛跑步爱好者跑步时主观痛感、下肢运动学和动力学特征的影响。
方法：选取11名男性和9名女性髌股关节痛跑步爱好者作为受试者，通过目测类比量表、红外运动捕捉系统和测力台采集受试者在有、无穿戴髌骨稳定型护膝跑步时的主观痛感、运动学和动力学数据。研究通过北京体育大学运动科学实验伦理委员会批准，批准号：2020021H。参与试验的受试者均为自愿参加，对试验过程完全知情同意。
结果与结论：①男性和女性受试者在有护膝时跑步的目测类比量表得分小于无护膝时(P < 0.01)；②女性受试者在有护膝时跑步缓冲期的最大膝屈角度小于无护膝时(P < 0.01)，但男性在有、无护膝时跑步缓冲期的最大膝屈角度未出现差异(P > 0.05)；男性和女性受试者在有护膝时跑步缓冲期的最大髋内收角度小于无护膝时(P < 0.01)；男性和女性患者在有护膝时跑步缓冲期的膝外展(P < 0.01)和外旋力矩峰值(P < 0.01)大于无护膝时；③结果说明，护膝降低了男性和女性髌股关节痛跑步爱好者跑步时的主观痛感；减小了女性跑步时的最大膝屈角度和髋内收角度，以及男性跑步时的最大髋内收角度，护膝对下肢运动学特征的影响具有性别特异性；增大了男性和女性跑步时的膝外展和外旋力矩峰值，护膝可能引起膝关节负荷增大。

https://orcid.org/0000-0003-1699-9341 (杨辰)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

关键词: 跑步膝, 膝痛, 髌股关节, 运动装备, 动作模式, 运动学, 动力学, 性别差异

Abstract: BACKGROUND: Knee sleeve is generally applied to prevent and treat patellofemoral pain in runners, while the intervention effects are still unclear.
OBJECTIVE: To determine the effects of knee sleeve on perceived pain, lower extremity kinematics and kinetics in runners of different sexes with patellofemoral pain.
METHODS: Eleven male and nine female runners with patellofemoral pain were recruited as the participants. Each participant performed the biomechanical tests with and without a patellar-stabilizing knee sleeve. Perceived pain was evaluated by a visual analogue scale. Kinematics and kinetics data during running were collected using a motion capture system and synchronized force platforms. The study protocol was approved by the Sports Science Experimental Ethics Committee of Beijing Sport University, with an approval No. 2020021H. All the participants were volunteers for this trial and fully informed of the trial process.
RESULTS AND CONCLUSION: When running with a knee sleeve, visual analogue scale scores were lower than those without a knee sleeve in both males and females (P < 0.01). When running with a knee sleeve, peak knee flexion angle in the landing phase was less than that without a knee sleeve in females (P < 0.01); however, there was no significant difference in males with or without a knee sleeve (P > 0.05). When running with a knee sleeve, peak hip adduction angle in the landing phase was less than that without a knee sleeve in both males and females (P < 0.01). When running with a knee sleeve, peak knee abduction (P < 0.01) and external rotation moments (P < 0.01) in the landing phase were higher than those without a knee sleeve in both males and females. In conclusion, the use of knee sleeve can alleviate perceived pain in both male and female runners who suffer from patellofemoral pain; reduce the peak knee flexion angle and hip adduction angle in female runners with patellofemoral pain, and reduce the peak hip adduction angle in male runners with patellofemoral pain, indicating a sex-specific effect of knee sleeve on lower extremity kinematics; and increase the peak knee abduction and external rotation moments in both male and female runners with patellofemoral pain, indicating the use of knee sleeve may increase the knee joint loading.

Key words: running knee, knee pain, patellofemoral joint, sports equipment, movement pattern, kinematics, kinetics, sex difference

中图分类号:

杨辰, 冯茹, 周志鹏, 万祥林, 曲峰. 护膝干预影响跑步者髌股关节痛主观痛感、下肢运动学和动力学的性别差异[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(17): 2749-2755.

Yang Chen, Feng Ru, Zhou Zhipeng, Wan Xianglin, Qu Feng. Effects of knee sleeve on perceived pain and lower extremity kinematics and kinetics in male and female runners with patellofemoral pain[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2022, 26(17): 2749-2755.

图/表（结果） 7

2.1 参与者数量分析研究纳入受试者20名，试验过程无脱落，全部进入结果分析。
2.2 受试者一般资料分析见表1。

2.3 主观痛感护膝对目测类比得分存在一定影响，见表2。

护膝与性别对跑步时的目测类比得分不存在交互作用(P=0.667)，结果显示有护膝时的目测类比得分显著小于无护膝时(P < 0.01)，而性别间则未出现差异(P > 0.05)。
2.4 运动学特征护膝对膝关节角度存在一定影响，见表3。

护膝与性别对跑步缓冲期的膝最大屈曲角度存在交互作用(P=0.002)，后继检验显示女性有护膝时的膝最大屈曲角度显著小于无护膝时(P < 0.01)，而男性有、无护膝间未出现差异(P > 0.05)，且在有护膝和无护膝时性别间均未出现差异(均P > 0.05)。
护膝和性别对髋关节角度存在一定影响，见表4，5。

护膝与性别对跑步缓冲期的髋最大内收角度不存在交互作用(P=0.838)，结果显示有护膝时的髋最大内收角度显著小于无护膝时(P < 0.01)，且女性显著大于男性(P < 0.01)。护膝与性别对跑步缓冲期的髋最大内旋角度也不存在交互作用(P=0.565)，结果显示虽然女性的髋最大内旋角度大于男性(P < 0.05)，但有、无护膝间未出现差异(P > 0.05)。
2.5 动力学特征护膝和性别对膝关节力矩存在一定影响，见表6，7。

护膝与性别对跑步缓冲期的膝外展力矩峰值不存在交互作用(P=0.378)，结果显示有护膝时的膝外展力矩峰值显著大于无护膝时(P < 0.01)，而性别间则未出现差异(P > 0.05)。护膝与性别对跑步缓冲期的膝外旋力矩峰值也不存在交互作用(P=0.360)，结果显示有护膝时的膝外旋力矩峰值显著大于无护膝时(P < 0.01)，且女性小于男性(P < 0.05)。
护膝和性别对髌股关节力学参数存在一定影响，见表8。

护膝与性别对跑步缓冲期的髌股关节接触面积不存在交互作用(P=0.273)，结果显示虽然男性的髌股关节接触面积大于女性(P < 0.05)，但有、无护膝间未出现差异(P > 0.05)。
2.6 不良事件受试者未发生与运动试验相关的不良事件，护膝材料未引发炎症过敏等不良反应。

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引言

髌股关节痛(patellofemoral pain，PFP)是最常见的膝关节过劳损伤之一。髌股关节痛又被称为跑步膝，其在跑步人群中十分常见，据估计该群体的髌股关节痛发病率约为6%[1]。髌股关节痛的主要症状为跑、跳等运动中髌周或髌后出现疼痛，这也会限制患者参加日常活动，并降低体力活动水平 [2]。50%以上的髌股关节痛患者在5-8年后仍可能存在膝关节的疼痛症状和功能障碍[3]，且早期的膝前痛症状可能进一步发展成为髌股关节炎[4]。
临床上多采用保守方法预防和治疗髌股关节痛，但干预效果尚不明确[5]。一般认为长期的髌股关节应力增大可能是导致髌股关节痛的主要原因，而异常应力可能来源于运动负荷、运动装备等外部因素，以及肌肉力量、动作模式等内部因素[6-7]。其中功能性活动中较大的膝关节角度和力矩，以及髋关节和踝关节在冠状面和水平面的运动均与髌股关节痛的损伤风险相关，并被认为是预防和治疗该损伤的关键[6]。临床上多采用膝关节护具或贴扎、矫形鞋垫、神经肌肉功能训练等保守方法针对这些危险因素进行干预，但其干预效果仍缺乏有力的证据支持[5，8]。在一项针对52个随机对照试验共2 667个髌股关节痛患者的调查中发现，60%的临床干预结果不显著[9]。也有研究认为虽然保守方法可以在短期内改善下肢疼痛和功能，但很难起到长期作用[10]。因此，现阶段尚未建立起针对髌股关节痛最佳的干预策略。
护膝作为最常见的运动装备之一，常被跑步爱好者用于预防和治疗髌股关节痛，但其所起到的干预作用机制仍不清楚。一般认为护膝具有提高局部体温、改善神经反馈和促进血液循环等功能[11]。而在力学功能上，护膝被认为可以在膝关节屈伸过程中约束髌骨在股骨滑车沟中的运动，以此改善髌股关节排列和髌骨轨迹[12]。研究表明护膝减小了髌骨的侧移和侧倾，并增加了髌股关节接触面积，最终降低了髌股关节应力[12]。也有研究发现护膝可能增大了上楼梯和站起等股四头肌向心运动时的膝屈角度[13]，并降低慢跑、侧切和单腿跳时的膝外展力矩[14]。但一项Meta分析指出，虽然使用护膝对髌股关节痛患者的下肢疼痛和功能可以产生积极影响，然而相关研究质量较低，因此这些结果能提供的临床证据相对有限[15]。而髌股关节局部的力学机制又可能受到其远端与近端环节的影响，髋关节和踝关节在额状面和水平面的异常运动也可能与髌股关节痛有关[16]。但当前少有研究调查护膝对髌股关节痛患者在功能性运动中下肢各关节运动学和动力学特征的影响，这也导致了护膝对髌股关节痛症状的运动生物力学作用机制仍不清楚[13]。特定髌股关节痛患者群体间可能存在不同的生物力学特征，且对于干预的效果反馈可能存在差异，这已成为当前研究的热点问题[7，17]。流行病学调查发现女性比男性更趋向于产生髌股关节痛，性别可能与髌股关节痛的损伤风险有关，也是划分患者群体最简单的方式 [2]。男性和女性在身体结构和神经肌肉控制等方面存在一定差异[18]，但少有研究调查护膝对髌股关节痛干预效果的性别特异性。因此，需要进一步的研究来明确护膝是否可以通过改善不同性别髌股关节痛患者的下肢运动学和动力学特征来达到缓解疼痛症状的作用，以此建立更适宜的髌股关节痛干预策略。
此次研究通过对比在有、无穿戴护膝两种状态下，男性和女性髌股关节痛跑步爱好者跑步时的目测类比量表(VAS)得分、下肢关节角度、膝关节力矩和髌股关节应力，确定护膝对不同性别髌股关节痛跑步爱好者主观痛感、下肢运动学和动力学特征的影响，为该损伤的预防和治疗提供理论依据。研究假设为相比于无护膝状态，男性和女性髌股关节痛跑步爱好者在穿戴护膝跑步时会：①降低主观痛感；②减小膝关节三维角度，以及髋关节和踝关节在额状面和水平面上的角度；③减小膝关节三维力矩和髌股关节应力；④护膝对髌股关节痛跑步爱好者下肢运动学和动力学特征的影响可能存在性别特异性。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

材料方法

1.1 设计临床对照试验，采用2×2的混合设计方差分析。
1.2 时间及地点 2020年6月于北京体育大学中国运动与健康研究院完成试验。
1.3 对象样本量的确定基于前人研究[14]，并通过预试验得到髌股关节痛跑步爱好者在有、无穿戴护膝两种状态下跑步时目测类比得分分别为(3.1±1.7)和(4.2±0.9)分，计算得到效应量为0.75，设定检验功效0.80，显著水平0.05，采用配对样本t检验最终得到每组最小样本量为8。通过G*Power 3.1.9.2软件(Franz Faul，University Kiel，Germany)完成样本量计算。通过网络和问卷调查的形式从北京体育大学校内和周边跑团招募了106名18-40岁潜在存在膝关节疼痛的跑步爱好者，经1名康复治疗师筛查后，最终纳入9名女性和11名男性髌股关节痛跑步爱好者作为此次研究的受试者。当前对于髌股关节痛缺乏明确的诊断标准，临床检查和影像学评估的证据相对有限，因此多以排除式诊断为主[19]。受试者的筛选标准主要依据先前文献[18，20]，纳入标准为：①在跑步、下蹲、上/下楼梯、久坐、跳跃和抗阻伸膝中，至少有2个动作出现过髌周或髌后的疼痛，且目测类比得分≥3；②疼痛已经存在3个月以上，且不是由直接创伤造成；③跑步经历≥2年；④周跑量≥10 km。排除标准为：①髌骨半脱位或脱位；②存在膝关节炎或肌腱、韧带、半月板等软组织损伤；③有下肢手术史。
研究通过北京体育大学运动科学实验伦理委员会批准(批准号：2020021H)，所有受试者在纳入研究前签署知情同意书。
1.4 方法所有受试者穿着统一的紧身衣裤和跑鞋，并分别在有、无穿戴护膝两种状态下各完成3次成功的跑步运动生物力学测试，有、无护膝的测试顺序随机安排。研究选取带有髌骨支撑和稳定功能的运动型护膝(LP733型，La Pointique International Ltd，USA)，质量约为0.2 kg。受试者在穿戴时要求调整护膝使髌骨对准开口位置，并拉紧粘扣带，见图1A。测试前在受试者骨盆和患侧下肢体表共粘贴13个反光标志点，见图1B。

完成标定后，移除股骨内、外侧髁上的反光标志点，以避免影响护膝的穿戴。跑步过程中受试者采用足跟着地的跑姿，从测力台前10-20 m处起跑，跑速为(4.0±0.3) m/s，并以患侧腿踏在一块测力台上完成支撑。跑步结束后受试者通过目测类比评分评估主观痛感，即在一条10 cm长的横线上划一条竖线用以代表跑步时感受到的疼痛，横线最左端0为无疼痛，最右端10为最大疼痛[21]。
通过便携式测速仪(Newtest Powertimer 300-series，Newtest Oy，Finland)监控跑速。通过采样频率为200 Hz 的红外运动捕捉系统(Motion Analysis Raptor-4，Motion Analysis Corporation，USA)和采样频率为1 000 Hz的三维测力台(Kistler 9281CA，Kistler Instrumente AG，Switzerland)同步采集反光标志点的原始三维坐标和地面反作用力。
1.5 主要观察指标
1.5.1 目测类比得分通过受试者划线处距横线最左端的距离确定。
1.5.2 下肢关节角度采用截断频率为13 Hz的 Butterworth低通滤波对反光标志点的原始三维坐标进行平滑。骨盆原点和两侧髋关节中心通过两侧髂前上棘和第4，5腰椎棘突中点获得[22]；膝关节中心为股骨内、外侧髁的中点，其中跑步过程中的股骨内、外侧髁通过大腿追踪板上的反光标志点获得；踝关节中心为内、外踝的中点[23]。通过两髋关节中心的中点、骨盆原点和第4，5腰椎棘突中点的坐标建立骨盆坐标系；通过髋关节中心、膝关节中心和股骨外侧髁的坐标建立大腿坐标系；通过膝关节中心、踝关节中心和外踝的坐标建立小腿坐标系；通过踝关节中心、外踝和第2，3跖骨中点的坐标建立足坐标系[23]。通过卡尔丹角的方法计算获得髋、膝和踝关节三维角度[23]。
1.5.3 膝关节力矩通过逆动力学的方法计算获得膝关节三维力矩[24]，并相对受试者体质量和身高标准化[25]。
1.5.4 髌股关节接触面积和应力通过测试获得的膝伸力矩(ɑknee)和膝屈角度(Mknee)推算髌股关节接触面积(CAPFJ)和应力(SPFJ)[26]，应力相对受试者体质量标准化(MPa/N)。具体公式为：

最终获得每名受试者在每次跑步时的目测类比得分，支撑阶段缓冲期的最大膝关节屈曲、外展和外旋角度、髋关节内收和内旋角度、踝关节外翻和外旋角度，以及支撑阶段缓冲期的最大膝关节伸展、外展和外旋力矩、髌股关节接触面积与应力，并通过x±s形式表示。跑步支撑阶段定义为患侧腿首次接触测力台到离开测力台，其中缓冲期为患侧腿首次接触测力台到患侧腿膝屈最大。所有数据通过Cortex软件(Version 2.6.2.1169，Motion Analysis Corporation，USA)进行处理。
1.6 统计学分析采用2×2的混合设计方差分析确定护膝(有护膝和无护膝)与性别(男性和女性)对髌股关节痛跑步爱好者跑步时主观痛感、下肢运动学和动力学特征的影响。若护膝与性别不存在交互作用，则通过双因素方差分析分别确定护膝与性别的影响。若护膝与性别存在交互作用，后继采用简单效应分析确定同一性别时护膝的影响及有、无护膝时性别的影响。统计显著性定义为一类误差概率≤0.05，所有数据通过SPSS 软件(Version 19.0，IBM，USA)进行分析。

讨论

此次研究结果支持护膝会降低髌股关节痛跑步爱好者跑步时主观痛感的假设。研究发现男性和女性受试者有护膝时跑步的目测类比得分小于无护膝时。前人研究发现穿戴护膝可以有效降低髌股关节痛患者的主观痛感[13，27]，这与此次研究结果一致。一般认为髌股关节痛患者的疼痛来源于反复的异常应力刺激软骨下骨或髌下脂肪垫上的痛觉神经，而髌骨的排列不齐和轨迹异常则是造成局部应力提高、并产生髌股关节痛的最主要原因[6]。DRAPER等[28]利用实时MRI技术发现穿戴护膝可以降低髌股关节痛患者在膝屈过程中的髌骨侧移和膝伸状态下的髌骨侧倾，而POWERS等[12]也发现护膝可以增大髌骨与股骨之间的接触面积。但在此次研究中未发现护膝改变了髌股关节痛受试者跑步时的髌股关节接触面积，这说明受试者主观痛感的降低可能不取决于髌股关节接触面积的增大。研究所采用的护膝设计有支撑髌骨的功能构造，这种结构特征主要有助于限制膝关节屈伸活动中髌骨的运动轨迹，而正是对于髌骨运动轨迹的限制可能才是降低患者在跑步时主观痛感的主要原因。但也有研究认为护膝可能只起到安慰剂效果或者只提高了膝关节局部的本体感觉[11]，今后研究可在此次研究基础上增加影像学的测试内容，这有助于了解护膝对髌骨运动的影响，进一步明确髌股关节痛受试者穿戴护膝后主观痛感降低的原因。
此次研究结果部分支持护膝会减小髌股关节痛跑步爱好者跑步时膝关节三维角度，以及髋关节和踝关节额状面和水平面角度的研究假设。研究发现女性受试者有护膝时跑步缓冲期的膝最大屈曲角度小于无护膝时。护膝对髌股关节痛患者膝屈角度的影响在当前研究中尚不统一，SINCLAIR等[14]发现使用护膝2周后，穿戴护膝进行跑步、侧切和跳跃时最大膝屈角度显著降低；而ARAZPOUR等[27]则发现6周的护膝干预会增大行走时的膝屈角度。但在ARAZPOUR的研究中受试者干预后的测试并未穿戴护膝，受试者在穿戴护膝时可能为了对抗其限制屈膝的作用而增大股后肌群的激活，这可能造成长时间干预后在无护膝时出现膝屈角度增大的现象[27]。而此次研究采集了受试者穿戴护膝后即刻所表现出的动作特征，此时患者可能受到护膝的约束作用而降低最大膝屈角度。理论上认为膝屈角度减小会增大股四头肌肌腱和髌腱在矢状面的夹角，从而减小髌股关节矢状面的受力[29]。但值得注意的是，此次研究只发现了护膝会降低女性患者跑步时的膝屈角度，而未发现其对男性受试者的影响，这也进一步说明护膝的干预效果可能存在性别特异性。有研究认为男性和女性落地时的膝屈角度受不同动作策略的影响，女性股四头肌激活占主导，而男性以股四头肌与股后肌群共激活为主导[30]。护膝对股四头肌激活的提高作用可能使得膝屈角度的降低在女性中更为显著，同时女性相比男性在肌肉力量和运动控制等方面也存在不足[18]，这些性别差异都可能造成女性患者更易受到护膝的影响而出现膝屈曲角度减小的现象。今后研究可加入肌力和肌电数据的采集，进一步明确护膝对不同性别髌股关节痛患者膝屈角度的影响机制。
此次研究还发现男性和女性受试者有护膝时跑步缓冲期的髋最大内收角度小于无护膝时。一般认为除了膝关节局部因素会影响髌股关节力学机制外，其远端和近端因素也与髌股关节痛密切相关，其中功能性活动中较大的髋内收角度就被认为是造成髌股关节痛的危险因素[6]。髋内收增大会导致髌骨相对于髂前上棘向内移动，从而增大动态Q角，体外研究表明Q角增大10°可能提高约45%的髌股关节应力[31]。而髌股关节痛患者通过训练干预减小髋内收角度后，也可以有效减缓疼痛，并改善下肢功能[32]。因此，此次研究认为护膝不仅可以改变膝关节局部的力学机制，还可以代偿性的减小髋内收角度，这有助于降低髌股关节痛的损伤风险，并改善疼痛症状。
此次研究结果不支持护膝会减小髌股关节痛跑步爱好者跑步时膝关节三维力矩和髌股关节应力的研究假设。研究发现男性和女性受试者有护膝时跑步缓冲期的膝外展力矩和外旋力矩峰值均大于无护膝时。关节力矩常被用于反映关节局部所承受的负荷，有部分研究认为护膝可以降低髌股关节痛患者的膝关节负荷[12，14]，这与此次研究结果不一致。但也有研究表明髌股关节痛患者可能会表现出降低膝关节负荷的动作模式，并推测这种补偿策略可能与疼痛造成的肌肉抑制有关[33]。疼痛被认为会引起运动神经元的脊髓反射性抑制，而出现关节源性肌肉抑制，研究表明目测类比得分增加1，关节源性肌肉抑制的等级约提高1.6%[34]。有研究通过向健康受试者髌下脂肪垫注射高渗生理盐水的方式引起膝痛，进而发现膝关节负荷和肌肉力量相应下降[35-36]。也有研究通过减小运动量或药物注射的方式缓解患者膝痛，进而发现受试者表现出膝关节负荷增大的动作模式[37-38]。实验性模拟和缓解膝痛的研究均表明，主观痛感与关节负荷可能存在负相关[35-37]。此次研究发现护膝降低了患者在跑步时的主观痛感，这可能造成关节源性肌肉抑制相应降低，进而出现膝关节负荷增大的现象。另外，此次研究主要探究了穿戴护膝后的即时效果，而有研究发现髌股关节痛患者在完成2周的护膝干预后，穿戴护膝跑步可以降低膝外展力矩峰值[14]。因此，需要更多研究进一步明确护膝对髌股关节痛患者的即时和长时作用，以便更合理地制定护膝干预方案。此次研究虽然发现护膝造成了髌股关节痛患者跑步时膝外展和外旋力矩的增大，但是未发现护膝对髌股关节应力与接触面积产生影响。一方面，这可能由于护膝的作用主要是影响了股骨与胫骨之间的运动和负荷，而对髌股关节的影响相对较小；另一方面，这也可能与髌股关节应力与接触面积的计算方式有关。此次研究选取的髌股关节力学模型参照前人研究[39-40]，但该模型只考虑到膝关节矢状面的运动与负荷，未将膝关节额状面和水平面的相关参数考虑在内。此次研究发现护膝对膝关节负荷的影响主要集中在非矢状面上，这可能就造成了使用该模型计算髌股关节应力与接触面积具有一定局限性。今后应进行更多与髌股关节力学模型有关的研究，综合考量髌股关节在3个方向上的运动与负荷，才能更加全面和准确地了解髌股关节应力与接触面积的特征。
综上，此次研究发现髌股关节痛跑步爱好者在跑步时穿戴护膝可以降低男性和女性受试者的目测类比得分和髋内收角度，以及女性受试者的膝屈角度，但却提高了男性和女性受试者的膝外展和外旋力矩。依据以上结果，在选择护膝作为髌股关节痛的干预手段时应注意以下几点：首先，护膝对不同性别患者的影响存在差异，护膝更有效限制了女性患者的膝屈角度，这种性别特异性可能造成男性和女性患者对最终治疗效果的反馈有所不同；其次，损伤后所产生的疼痛也被认为是一种能够降低关节局部负荷的保护机制[38]，护膝的即时作用可能造成患者主观痛感降低，而出现跑步时膝关节负荷增大的现象，这也可能进一步造成关节软骨的退行性改变，并加速损伤进程。因此，最合理的髌股关节痛干预方案应起到缓解疼痛和降低膝关节负荷两方面的作用，建议只将护膝作为训练干预的辅助手段。最后，当前市面上护膝在材质、设计和作用等方面各有不同，而髌股关节痛患者存在不同亚组[7， 9]，特定类型的护膝也可能只对存在髌股关节排列不齐或髌骨轨迹异常的患者产生影响。
此次研究男性和女性受试者数量相对较少，且性别间在样本量、身高、体质量和年龄等一般资料上存在一定差异，虽然此次研究在探讨受试者的关节力矩等动力学特征时已经将其相对于受试者自身的体质量和身高进行了标准化处理，但性别间在年龄和跑步数据上的差异也可能会对研究结果造成一定影响。同时，研究参照前人研究只选取了速度为4 m/s的跑步动作进行测试[21，41]，这也可能造成一定的研究局限。今后研究可进一步增加受试者数量，平衡性别间在受试者一般资料上的差异，并可结合不同测试动作，来探讨护膝和其他干预手段，或不同类型、质量的护膝，以及同一类型护膝对不同亚组患者的作用差异，从而更全面地了解护膝对髌股关节痛的预防和治疗效果。
结论：①护膝降低了男性和女性髌股关节痛跑步爱好者跑步时的主观痛感；②护膝减小了女性髌股关节痛跑步爱好者跑步缓冲期的最大膝屈角度和髋内收角度，并降低了男性髌股关节痛跑步爱好者跑步缓冲期的最大髋内收角度，护膝对下肢运动学特征的影响具有性别特异性；③护膝增大了男性和女性髌股关节痛跑步爱好者跑步缓冲期的膝外展和外旋力矩峰值，护膝可能引起膝关节负荷增大。
建议：护膝有助于降低髌股关节痛患者的主观痛感，但也增大了跑步时的膝关节负荷，这可能进一步加速损伤进程。合理的髌股关节痛干预手段应起到缓解疼痛和降低膝关节负荷两方面的作用，建议只将护膝作为训练干预的辅助手段。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

护膝干预影响跑步者髌股关节痛主观痛感、下肢运动学和动力学的性别差异

Effects of knee sleeve on perceived pain and lower extremity kinematics and kinetics in male and female runners with patellofemoral pain

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