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女生的前十字韌帶本來就比較脆弱?

Updated: Aug 8, 2021


Carolina Marin after injuring her knee in Jakarta | AFP, figure from Internet

關於前十字韌帶損傷 ACL injury,一直是運動賽場上令人聞之色變的傷害。雖然近期手術與復健的進步,已經讓許多運動員可以重回賽場,但仍舊有部分比例的人無法回到原本的運動表現。再者,龐大的復健時間也會大大影響選手的生涯。其中女性被認為是 ACL 傷害的風險因子,傳統上可以從解剖構造、賀爾蒙、神經動作控制、生物力學與基因等等來討論。但 2021 年 BJSM 的一篇文章提出了新的看法,將傳統上認為不可改變的性別因子轉換到性別的環境因子去做討論,一起來看看這篇論文的概念吧!


前言

前十字韌帶的損傷機轉通常是以非接觸性為主,發生率雖然在各項的運動賽事項目中不是最常見的,但是考量到傷害的嚴重程度仍就是各項運動很需要被關注的運動傷害。


發生率

關於十字韌帶的發生率一直以來多有不少研究,每個研究統計出來的結果不太一樣,如果是一般族群來說,男生的比率會比女生高,男生最容易受傷的年紀約是 19-25 歲而女生則是在 14-18 歲。前十字韌帶的損傷在男生中有逐年下降的趨勢,但是在女生的身上則沒有看到同樣的現象。暗示著我們在女性身上的傷害預防其實是有待加強的。

在運動的族群上面,不管任何項目大概都可以看出女生受傷的比例會比男生高,其中以接觸性運動例如籃球或足球更是高風險的運動。有先研究中表示女生比男生在受傷的風險高出 3-6 倍。2019 年 BJSM 的系統性回顧研究中顯示,女性運動員的發生率為1.5/10000 AEs,男性則為 0.9/10000 AEs(AE 代表運動暴露,一般會使用每 1000 小時的運動暴露發生幾次傷還來計算),可以看到女性運動員是顯著比男性容易產生 ACL 的斷裂。


受傷機轉

大多數的十字韌帶損傷是在非接觸性的狀況下產生,大多發生在落地時膝蓋在相對伸直的情f形下伴隨膝內扣與旋轉的動作,產生對前十字韌帶很大的壓力而造成斷裂。

Figure from Neumann, 2013, Ref (8)

從上文大概可以看出一些問題,女性的前十字韌帶傷害相較於男性並沒有減少,而且這是在傷害預防概念慢慢普及的情況之下。為什麼會產生這樣的原因,讓我們先從傳統上比較容易被論到的女性風險開始看起。


女性的前十字韌帶比較容易受傷

前面有提到統計上女性的前十字韌帶在運動族群中是比男生容易受傷的,這個現象其實非常有趣,也顯示了前十字韌帶的特殊地位。2021 年一篇探討性別與受傷部位在團隊運動中的文獻指出,總體來說男性比女性更容易受傷(IRR 0.86),而且在上肢、髖關節或腹股溝、大腿、足部都是男生居多前十字韌帶是少數以女生為主的傷害(IRR 2.15)。究竟是什麼原因導致這樣的結果呢?


解剖構造

在解剖構造上比較常被提及的因子可以分為兩大部分,分別是膝蓋相關與整體結構相關。膝蓋相關的因子被認為會影響到 ACL 本身的特質,所以也被大家所重視。一般來說在膝蓋相關的解剖構造最容易提到的是:

  • 較窄的 Intercondylar notch width ICN

  • 較小的 Notch width index NWI

  • 較陡的 Tibial slope(正常值約為 10 ± 3)

ICN 和 NWI 一開始被認為會影響到前十字韌帶的寬度,但後來發現沒有定論,有些研究是做出會影響到體積。但不論結果為何,大部分的研究都做出 ICN 與 NWI 和 ACL 受傷是有關係的。Tibial slope 被認爲會影響到脛骨前移的程度,所以會增加 ACL 的壓力,雖然在男女身上 Tibial slope 是否有落差還不一定,但是有研究指出越高的 Tibial slope 在女性身上的影響可能比男性大

整體結構相關的因子主要都是在探討下肢的排列,其中膝蓋內扣 Knee valgus 被認為是對膝蓋很不友善的動作,所以大多數的風險因子都直接或間接和這個有關。此外,也可以從受傷機轉來做思考,最常見的受傷機轉是落地時,膝蓋呈現伸直或是微彎、帶有旋轉(內旋或外旋)、加上一個膝內扣(Knee valgus)。常見的因子包含:

  • Knee valgus 膝內扣

  • Navicular drop 舟狀骨下沉

  • Pronated foot 足弓塌陷或足旋前

  • Q angle 較大

  • Femoral anteversion 股骨前傾

  • Genu recurvatum 膝過伸

在這些因子當中,女性被發現常常是比男性更容易產生這樣的表現,所以從這個角度來說,女性的風險暴露就較大。


賀爾蒙

目前有些研究主題是在看賀爾蒙對於前十字韌帶損傷的影響,大部分的研究認為 Estrogen、Relexin 與 Progesterone 會影響到膝關節韌帶的鬆緊度,進而影響前十字韌帶受傷的機率。Estrogen 會抑制 Fibroblast 與 Colllagen fiber 的增生而導致韌帶鬆弛,Relexin 和 Estrogen 一樣也是會造成韌帶鬆弛但走的是稍微不同的機轉。Progesterone 則會促進 Fibroblast 與 Collagen fiber 的合成,所以對於韌帶是有保護性的效果。許多研究利用女性在月經週期的不同階段來探討這樣的現象。最近 2019 年 Somerson 等人的一篇統合分析發現:

  • 前十字韌帶在排卵期 Ovulatory phase 是鬆於濾泡期 Follicular phase

  • 前十字韌帶在黃體期 Luteal phase 是鬆於濾泡期 Follicular phase

  • 前十字韌帶的斷裂機率在黃體期顯著低於排卵期加上濾泡期

  • 在三個月經週期階段中,並沒有看到彼此顯著的十字韌帶斷裂差異

由於結果看來在韌帶最不鬆弛的 Follicular phase 中並沒有發現斷裂機率比較低的狀況,而是在排卵期與排卵前的階段比較容易受傷。所以文章最後的結論是在這篇統合分析中,膝關節的鬆緊度和前十字韌帶斷裂沒有絕對的關係,有可能是賀爾蒙透過其他的機制導致的結果。整體而言,過往的研究大概都發現排卵期或是排卵期之前的受傷機率最高,所以結論和本篇相去不遠。但確切賀爾蒙是如何影響 ACL 的傷害還沒有定論。本篇文獻的證據品質 Quality of evidence 是非常低的,原因是收錄研究中的異質性都很高,所以有待後續更好的研究結果告訴我們答案。

Figure from Zech et al., Ref (5)


神經肌肉控制與生物力學

神經肌肉的控制因子在討論 ACL 傷害時一直是一個很熱門的話題,原因在於這個因子很可能可以透過訓練改變。Pfeifer 等人於 2018 年發表的回顧文獻中對各個因子都做了一些整理,在神經肌肉控制方面,有下面幾點值得注意:

  • Decreased resistance to fatigue 容易疲勞

  • Altered EMG Muscular pre-activity 肌電圖上的啟動時序改變

  • Core stability 核心穩定性

  • Decreased knee abductor strength 膝蓋外展肌力下降

  • Decreased hip ER strength 髖外旋肌力下降

  • Decreased hamstring strength 腿後肌肌力下降

  • Decreased Iliotibial band flexibility 髂脛束柔軟度下降

從上面其實可以看到這些風險因子不外乎是肌肉力量的不足或會導致穩定性下降,這些原因都會改變 ACL 潛在的壓力。此外,落地時的機轉也會因為這些原因而將運動員暴露在高風險的動作之下,其中女性又被認為相較於男性有以下的特徵:

  • 股四頭肌主導的落地居多(腿後肌群的徵招較少)

  • 整體的肌肉發力較男性少(較多的穩定性是由韌帶提供)

  • 雙邊不對稱的比例較高

  • 落地時比較常採取 Inward toe 配上 Knee valgus 的姿勢

  • 落地時膝蓋和髖關節的屈曲角度較小

這些因素綜合起來就導致女性運動員更容易產生 ACL 的傷害。


基因

過往的研究發現,有 ACL 斷裂過的人和沒有斷裂的人相比,有兩倍的機率在一等親身上也發現有 ACL 斷裂,這個結果暗示著可能和基因的遺傳有關,常被提及的基因有:

  • COL1A1 家族(COL5A1、COL12A1 )

  • Matrix metalloproteinase genes

  • Polymorphisms of proteoglycan genes

其中 COL1A1 家族是最常被提及的相關基因,這些基因主要都是會影響到韌帶的柔軟度。關節過動的患者,因為韌帶的保護力較差,所以比較容易產生 ACL 的傷害。女性在關節過動上的比例又比男性高,所以在這一點上,女性也是處於比較不利的位置。關於關節過動可以參考:身段要軟卻不能太軟,你有關節過動症候群嗎?關節過動症候群(Joint Hypermobility Syndrome)處理與復健


運動傷害的成因

從上面的這些因子可以看出,女性在在許多的面向都存在著比男性更高的風險,但是這些風險因子都沒有納入因為性別而導致的環境因素。在探討傷害預防的時候常見的一個成因模組如下,關於這個模組的細節可以參考:為什麼會有運動傷害?科學化的運動傷害成因模組。我們可以將風險因子分為:Modifiable 可被改變 / Non-modifiable 無法被改變、內在因子 Intrinsic / Extrinsics 等不同的角度來探討,並透過 Meeuwisse 的這個模組來進行傷害成因的分析。

Figure from Meeuwisse (2007)


重新納入性別因素的 Meeuwisse 模組

在討論這個新模組之前,我們可以先討論一下舊有模組上的一些問題,來看看是否有哪些的層面是在討論女性 ACL 傷害中被忽略的。


對於性別風險因子的認定

文章中有提到對於性別的定義,英文中有 Sex 和 Gender 兩個詞,這兩者看似可以互通,但是實際上還是有些為的差距

  • Sex 生理性別:代表一個複雜的生理特徵(賀爾蒙、基因、解剖等等)

  • Gender 社會性別:代表由社會所形塑的一個身份與角色

生理與社會性別不必然會一致,而大多數在 ACL 的討論上都將這兩者混為一談,並且主要著重在 Sex 生理性別所造成的影響。


風險因子的分類

傳統上對於風險因子如同前面所提,會分為內在因子與外在因子,分類的界定在於是在這個個體內的因子或外。在絕大多數探討運動傷害的問題時,會有相對注重在個人因子,對於環境與社會因子這類外在因子琢磨不多的問題

而其實性別這個因子不應全然被看作內在因子,很多因為社會性別所造成的現象應該被歸類在環境因子的類別,這也是這篇文章的主軸。實際上,在設備或是訓練計畫上都可以看到很嚴重的性別影響,例如過往健身房對男性來說是比較友善的,訓練計畫也常常因為是女生的關係和男生有所不同。

在青少年的階段,男生會有肌肉大幅度的增長,而女生在這方面則相對停滯不前,這樣的結果一般被歸類在生理性別的影響。但這個假設是在所有客觀環境都相同的狀況下才成立,然而實務上其實因為生理性別會導致這些客觀的訓練條件有所不同。在這一點上過往的研究大都忽視了這樣的現象。


傷害機轉分析

雖說在傳統的生物力學與神經肌肉控制風險上,大多樹的研究都做出女性在這方面比男性劣勢,然而如果觀察 ACL 傷害的當下,卻看不太出女性和男性在受傷的機轉上有太大的不同。但結果顯示出女性比男性更容易受到 ACL 斷裂的風險,或許這樣的結果也暗示我們除了生物理學方面的風險因子之外,還有其他並沒有被考慮的要素存在。


傷害預防計畫的成效

近年來 ACL 的傷害預防計畫被許多的運動賽事項目推廣,最有名的莫過於 FIFA 11+。在過往的研究中發現,執行得當的 ACL 預防計畫可以在女性運動員身上有效減低 67% 的 ACL 傷害。此外,也有系統性回顧與統合分析告訴我們只要融入增強式訓練、肌力訓練、敏捷訓練以及適當的反饋或是落地技巧在傷害預防計畫中,就可以有效的降低 ACL 傷害達 53%。

然而,這些預防計畫中,有規劃有組織性並且由專業人員指導是很重要的成功要素,一但這些有架構的環境消失,要持續進行 ACL 預防計畫的難度就比較高了。其中,肌力訓練是一個非常重要的要素,但是女性在肌力訓練這一塊的從事比例一直顯著低於男性,這可能和女性的體態刻板印象有關。傳統上女性被認為不應該練出很大的肌肉,這樣不美觀或是女性在肌力訓練上不如男性需要等等,都可能是因子之一。


即便 ACL 的傷害被廣泛的研究,但關於女性 ACL 的傷害顯著高於男性這件事一直仍舊存在。從上面可以知道很多我們認為是內在風險因子(肌力較低、生物力學問題等等)都可能是由社會性別 Gender 而來,或至少某種程度上受到一定的影響,並非全然都是生理性別 Sex 所導致。正因為如此,BJSM 的這篇文章才重新的探討了女性這個因子在傷害的成因中的定位,而有了下面的這個改良版本,將性別作為環境改變因子的模組。這個模組可以透過以下四個階段來進行討論:

  • The presport environment 開始進行運動前的環境

  • The training environment 訓練時的環境

  • The competition environment 比賽時的環境

  • The treatment environment 治療時的環境

Figure from Parsons et al., 2021, Ref (1)


The presport environment 開始進行運動前的環境

在開始進行競技運動前,其實生理性別帶來的社會性別期待就已經慢慢的開始改變整體的環境。這個現象可以從很多的詞語看出端倪,例如:打球像個女生一樣、丟球怎麼跟女生一樣等等的說法。在成長的過程中,很多東西都會因為考量到性別因素而有所不同,例如玩具的購買通常可能會買劍給男孩、買娃娃給女孩。

兒童在成長階段接受各種不同的環境或動作刺激對於後續的能力發展很重要。男性傳統上來說會被認為要多動,而女性可能就比較會被冠上以靜態為主的概念。從這個角度思考,或許女生在成長過程中這方面的暴露比男生少,所以可能造成後續神經動作控制的不同。有研究發現一個很有趣的現象,母親常常會過度低估女寶寶的爬行能力,而高估男寶寶的爬行能力。上述種種的現象都可以能導致一些環境的不同,使女性在開始執行運動前就有比男性更高的受傷風險。


The training environment 訓練時的環境

在訓練時的環境不同會大大影響到訓練的結果,首先,女性在阻力訓練執行的比例本來就比男性低,這可能和健身房是一個相對對男性比較友善的環境,或說大多數的人都是男性的環境有關。此外,女性練出肌肉這件事在大部分的氛圍底下還是比較不容易被接受,很多人會認為那不是女性應該要有的體態,這也導致了在訓練上的差異。

絕大多數的肌力體能教練都是男性,這也會造成健身房主要就是男性該去的地方的錯覺。會不會因為教練都是男性而對於女性的訓練菜單設計以及一些訓練的問題比較不熟悉或是不方便操作(月經週期、肢體碰觸等問題)?

雖說有研究提倡應該依照性別而對於訓練菜單的內容有所不同,但這樣的操作是在相信某些狀態是先天上生理不可改變的基底下去執行,並沒有考量到這些狀態可能是一些可以被改變的性別環境因素所導致。很可能在男女的訓練菜單上的不同,本身就是導致女性往容易受傷的方向移動。或許我們需要的不是依照性別區分的訓練菜單,而是了解因為性別不同所導致社會環境改變,並嘗試平等地依照個體差異進行訓練(並非單純考量性別本身)。

過往的研究指出軟組織或骨頭具有一定程度的適應性,給予一定程度的外在負荷可以改變這些軟組織的結構特性。ACL 也不例外,有研究指出 ACL 的強度會受到外在負荷的影響,例如股四頭肌的體積。在上面的風險因子我們可以了解到股骨的一些參數、ACL 的體積和發生 ACL 的傷害有關,但之所以造成男女的差異,先天決定和後天訓練不同的影響所佔的比例分別是多少就不得而知


The competition environment 比賽時的環境

比賽時的環境也會大大影響到傷害的狀況,例如在曲棍球中禁止女性 Body-checking 、網球比賽男生打五盤女生三盤等等,這些例子就是性別影響到其他風險因子的表現。此外,在運動賽場上願意為勝利付出風險或嫉妒的追求勝利是被鼓勵的,並且被視為相對男性化的表現。女性選手可能會為了更加融入整個運動項目而採取這樣的做法,反倒暴露自己在受傷的高風險中。研究發現那些被視為比較男性化的女子運動員在發生腦震盪症狀後有較高的比例要繼續比賽,有鑒於腦震盪和下肢運動傷害的關聯性,這可以告訴我們這些行為因子或是期待會影響到最終傷害的結果,但絕大多數的研究並沒有將其納入討論。


The treatment environment 治療時的環境

在 ACL 術後,有研究發現女性在一些預後指標(膝蓋穩定度、主觀的膝蓋症狀分數、回到賽場的比率與再次接受手術的機率)都比男生差。在這些研究中都假設了男女在受傷前的狀態與後續復健的情形是一樣的狀況,然而真的是這樣嗎?剛剛上面提到在訓練端可能就會有男女的不同,會不會是因為這樣的不同而導致結果的不同。男性在回場的時間普遍比女性快,這可能是來自一些社會期待的結果(男生要比較能夠吃苦、要能夠忍受疼痛等等)。但有沒有另一種可能是因為男女治療或復健環境的不同而造成這樣不同的結果?但無論如何,性別本身的確可能對於治療的結果有影響。

在這邊和大家分享一篇新的文獻,也是在看性別對於第二次 ACL 損傷的影響。這篇研究的結果告訴我們無論男女都有約 20% 以上的機率發生第二次 ACL 的損傷,兩者間的差距是幾乎可以被忽略的(沒有顯著意義)。作者認為這個結果和過往結果的不同可能是來自收錄對象的不同,這篇研究納入了較高的回場比例的對象。至於為什麼男女沒有差異的原因,作者認為可能是男性在未受過傷前地基礎風險就比較低,受過傷之後改變了肌肉力量、動作控制等等的條件影響到原始風險的比例較大,所以結果變得和女性類似。然而,Dr. M 自己有另外一個想法,如果我們也也考量性別的環境因子,有沒有可能是在受傷之後經過一定程度的復健與肌力訓練讓女性的基礎能力變得和男性相去不遠?(一個是男生往下掉到跟女生一樣,另一個是女生往上爬到跟男生一樣)。


如何應用性別作為環境因子

在原始文獻中並沒有在這方面提到太多,但是在 BJSM 的部落格中,作者有提到以下的一些方式可以給大家參考。


詞彙的使用

對於器材或是運動的使用要避免使用到性別相關的詞彙,例如:並沒有男槓或女槓的差異,只有 15 公斤與 20 公斤的槓鈴。


對於外表的認知

專注在運動員的目標、表現的進步、生理與心理的健康而非外表,例如注重選手肌力的提升而非外表是否壯碩。


對於訓練的注意事項

在訓練場地可以提供多一些的女性 Role model 避免塑造訓練場地是男性為主的氛圍。仔細審制訓練計畫在男女間的差異是否具有邏輯與意義或是單純憑藉性別的不同(女生就是不用要求到這麼高等等)。評估訓練環境是否有男女的不同,盡可能地去除性別本身的影響(運動中心的看板或是舉重區域的標示都是以男生為主等等)。


考量社會性別對於其他環境的影響

有些時候性別角色會對應到責任,例如女生主要負責帶小孩、工作時數不應該太長等等,這些社會性別的刻板印象都可能會影響到在復健、訓練或恢復的過程。


總結

一不小心篇幅又過長了,前面先簡單介紹了過往認為 ACL 女性會比較脆弱的原因,目的除了讓大家了解有哪些風險因子之外,是想要引出 BJSM 這篇文章的新想法。這篇文章 Dr. M 覺得很有意思,加入了以往比較少見的觀點。大多數的狀況下,我們將性別認為是內在不可改變的風險因子,但是卻沒有考量到性別帶來的環境因子改變。此外,他也點出了生理性別與社會性別的不同,這兩者常常被混用但是在考量運動傷害時應該要分開來做論述,因為這兩者還是有本質上的差異。

一直以來,運動賽場上常常會以生理性別作為區分,當然有一些因素絕對是先天的差異,但因為先天生理性別的不同所造成後天社會性別塑造出的結果所佔的比例不得而知。簡單來說,女性肌力差到底是天生的還是後天的社會環境造成?Dr. M 認為就生理角度而言,同樣的訓練量,男性與女性一定還是會有落差,但是這樣的落差和現階段我們所看到的差異是否完全相同?女性是否在運動中的能力被低估?這些問題就有待後續的研究告訴我們。


Dr. M 我們下次見!


References

1. Parsons JL, Coen SE, Bekker S. Anterior cruciate ligament injury: towards a gendered environmental approach. British Journal of Sports Medicine. 2021.

2. Sanders TL, Maradit Kremers H, Bryan AJ, Larson DR, Dahm DL, Levy BA, et al. Incidence of anterior cruciate ligament tears and reconstruction: a 21-year population-based study. The American journal of sports medicine. 2016;44(6):1502-7.

3. Montalvo AM, Schneider DK, Yut L, Webster KE, Beynnon B, Kocher MS, et al. “What’s my risk of sustaining an ACL injury while playing sports?” A systematic review with meta-analysis. British journal of sports medicine. 2019;53(16):1003-12.

4. Montalvo AM, Schneider DK, Webster KE, Yut L, Galloway MT, Heidt Jr RS, et al. Anterior cruciate ligament injury risk in sport: a systematic review and meta-analysis of injury incidence by sex and sport classification. Journal of athletic training. 2019;54(5):472-82.

5. Zech A, Hollander K, Junge A, Steib S, Groll A, Heiner J, et al. Sex differences in injury rates in team-sport athletes: A systematic review and meta-regression analysis. Journal of sport and health science. 2021.

6. Somerson JS, Isby IJ, Hagen MS, Kweon CY, Gee AO. The menstrual cycle may affect anterior knee laxity and the rate of anterior cruciate ligament rupture: a systematic review and meta-analysis. JBJS reviews. 2019;7(9):e2.

7. Patel AD, Bullock GS, Wrigley J, Paterno MV, Sell TC, Losciale JM. Does sex affect second ACL injury risk? A systematic review with meta-analysis. British journal of sports medicine. 2021.

8. Neumann DA. Kinesiology of the musculoskeletal system-e-book: foundations for rehabilitation: Elsevier Health Sciences; 2013.

9. Huang Y-L, Jung J, Mulligan CMS, Oh J, Norcross MF. A Majority of Anterior Cruciate Ligament Injuries Can Be Prevented by Injury Prevention Programs: A Systematic Review of Randomized Controlled Trials and Cluster–Randomized Controlled Trials With Meta-analysis. The American journal of sports medicine. 2020;48(6):1505-15.

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