優(yōu)勢側(cè)和非優(yōu)勢側(cè)踝關(guān)節(jié)在連續(xù)縱跳下落階段中的表現(xiàn)

張英媛，陸阿明

Soochow University，Suzhou 215021，China.

1 前言

在日常生活、運(yùn)動(dòng)和娛樂過程中，下落著地是一項(xiàng)最基本、最重要的活動(dòng)，尤其是在跳躍類動(dòng)作較多的運(yùn)動(dòng)諸如跳遠(yuǎn)、排球、籃球等項(xiàng)目中［6，2］，幾乎避免不了會(huì)出現(xiàn)一些下落的動(dòng)作。下落不當(dāng)導(dǎo)致的損傷在運(yùn)動(dòng)中較為常見，其損傷的發(fā)生會(huì)對運(yùn)動(dòng)員的比賽及運(yùn)動(dòng)壽命都產(chǎn)生極大影響。在一些體操及滑雪等項(xiàng)目中，下落不當(dāng)甚至可能會(huì)危及運(yùn)動(dòng)員的生命［14］。由于在大多數(shù)運(yùn)動(dòng)過程中，受試者在進(jìn)行下落著地時(shí)，都會(huì)要求兩側(cè)踝關(guān)節(jié)首先著地，因此這也是下落過程中導(dǎo)致的損傷幾乎都與踝關(guān)節(jié)密切相關(guān)的主要原因之一。下落不當(dāng)導(dǎo)致的損傷不僅會(huì)造成踝關(guān)節(jié)嚴(yán)重的骨折和急性扭傷，而且也會(huì)對運(yùn)動(dòng)員產(chǎn)生諸如踝關(guān)節(jié)退行性變化等長期影響［22］。目前，對于下落階段中的踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和肌電組已組經(jīng)組做組了組大組量組研組究［3，1，13，21］。但這些研究一般都基于在下落過程中，兩側(cè)踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)存在著高度一致性的觀點(diǎn)進(jìn)行研究的，大多數(shù)學(xué)者在研究過程中僅對一側(cè)肢體進(jìn)行研究，雖然也有學(xué)者對兩側(cè)肢體都進(jìn)行了動(dòng)作采集，但是在分析的過程中并未關(guān)注兩側(cè)肢體的差異性。Kasturi等人在研究的過程中采集了雙側(cè)肢體的地面反作用力，但將雙腳的地面反作用力的平均值作為指標(biāo)進(jìn)行了分析［14］，而未對雙腳的地面反作用力進(jìn)行單獨(dú)的比較。有研究認(rèn)為，人體在下落過程中兩側(cè)肢體的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)可能存在差異性，但在研究過程中，只分析了優(yōu)勢側(cè)運(yùn)動(dòng)時(shí)的地面反作用力指標(biāo)的變化［20］而忽略了非優(yōu)勢側(cè)指標(biāo)的分析。目前，對于優(yōu)勢側(cè)和非優(yōu)勢側(cè)相關(guān)指標(biāo)的表組現(xiàn)，在組運(yùn)組動(dòng)組康復(fù)組和組臨組床組治組療組方組面組的組研組究組較組多［10，15，19，17，23］，其多用健側(cè)肢體的生理指標(biāo)來評定損傷肢體康復(fù)的程度，而在運(yùn)動(dòng)中關(guān)注較少。因此在運(yùn)動(dòng)過程中，優(yōu)勢側(cè)和非優(yōu)勢側(cè)是否存在差異性，如果存在差異性，在哪些數(shù)據(jù)上會(huì)得到體現(xiàn)，目前為止并未達(dá)到共識(shí)［24－27］。

本研究采用高速紅外攝像系統(tǒng)和測力臺(tái)，從踝關(guān)節(jié)下落階段的屈曲、內(nèi)翻及外旋三個(gè)方向的角度變化量、最大角度及最大角速度，落地時(shí)刻兩側(cè)的地面反作用力幾個(gè)方向來探究兩側(cè)踝關(guān)節(jié)在運(yùn)動(dòng)中是否存在著差異性及其差異性的大小，并結(jié)合兩踝關(guān)節(jié)地面反作用力峰值出現(xiàn)的相對時(shí)間，進(jìn)一步分析下落階段兩踝關(guān)節(jié)的緩沖，為指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練及預(yù)防運(yùn)動(dòng)損傷提供理論依據(jù)。

2 研究對象和方法

2.1 研究對象

蘇州大學(xué)體育教育訓(xùn)練專業(yè)（中長跑專業(yè)）13名男生，年齡22.7±3.1歲，平均身高177.9±3.6cm，體重67±5.2kg，訓(xùn)練年限約4年。所有受試者于實(shí)驗(yàn)前接受問卷調(diào)查，確認(rèn)24h內(nèi)未從事劇烈運(yùn)動(dòng)，受試者在實(shí)驗(yàn)前3 個(gè)月內(nèi)無下肢損傷及病癥，且無任何關(guān)節(jié)退行性病癥，身體機(jī)能和運(yùn)動(dòng)能力良好。受試者均同意參加本次試驗(yàn)，但對實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟⒉恢椤?/p>

2.2 實(shí)驗(yàn)儀器

2.2.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)捕捉系統(tǒng)

運(yùn)用VICON 紅外運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)和8 臺(tái)MX13 型號(hào)攝像頭捕捉運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)，采樣頻率為200 Hz，軟件版本為vicon nexus 1.5.1，依據(jù)人體解剖標(biāo)志及系統(tǒng)三維重構(gòu)的基本要求，分別將39個(gè)直徑為14mm 的Marker球準(zhǔn)確置放于人體各環(huán)節(jié)的標(biāo)志點(diǎn)上（圖1）。

圖1 Marker球安放示意圖Figure 1.The placement of Marker

2.2.2 測力臺(tái)

瑞士Kistler三維測力臺(tái)兩臺(tái)，本次實(shí)驗(yàn)的采樣頻率為1 000 Hz。經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器與Vicon紅外運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)同步采集數(shù)據(jù)。

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

2.3.1 實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)前利用功率自行車進(jìn)行10 min的熱身活動(dòng)。利用單腿小跳法測定兩腿的不對稱性，評定指標(biāo)為單腿小跳的水平距離，跳的較遠(yuǎn)的一側(cè)定義為優(yōu)勢側(cè)（Dominance），較近的一側(cè)定義為非優(yōu)勢側(cè)（Non－dominance）［13，14］。

測量受試者身高、體重、腿長、膝寬、腕寬、掌厚等身體形態(tài)學(xué)指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)前，對受試者的整個(gè)運(yùn)動(dòng)動(dòng)作進(jìn)行嚴(yán)格的訓(xùn)練。實(shí)驗(yàn)時(shí)，受試者兩腳分別站立于兩個(gè)測力臺(tái)之上，軀干豎直，雙手叉腰，當(dāng)聽到開始命令時(shí)，受試者快速下蹲，并用盡全力向上起跳，著地時(shí)兩腳分別落于一塊測力臺(tái)之上，著地時(shí)緩沖并在緩沖末期積極蹬伸用盡全力再次起跳，連續(xù)起跳5 次［8］，依據(jù)起跳后重心上升的最大高度，選取每名受試者成績最好的一次動(dòng)作的下落階段進(jìn)行分析，跳躍過程中手臂姿勢不變，上體跟隨動(dòng)作做屈伸運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)過程中利用相同的數(shù)據(jù)采集方法對每名受試者的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，受試者試驗(yàn)時(shí)穿著運(yùn)動(dòng)背心、短褲。

2.3.2 指標(biāo)的選取

選取每名受試者5 次連續(xù)起跳中重心上升最高的一次動(dòng)作的下落階段進(jìn)行運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)分析，其下落階段以下落著地時(shí)雙腳接觸力臺(tái)時(shí)刻為起始點(diǎn)，以身體重心最低點(diǎn)時(shí)刻作為結(jié)束點(diǎn)［5］，以下所選指標(biāo)均取自每名受試者所選動(dòng)作的下落階段。

1.運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)包括：下落階段屈曲（flexion）、外旋（abduction）、內(nèi)翻（inversion）角度的變化量；下落階段最大屈曲、內(nèi)旋、內(nèi)翻的角度及角速度。

2.地面反作用力參數(shù)包括：下落階段垂直方向的地面反作用力峰值（vertical ground reaction force，VGRF）；水平方向地面反作用力峰值（medial－lateral ground reaction force，MLGRF）；前后組方組向組地組面組反組作組用組力組峰組值（anterior－posterior ground reaction force，APGRF）。

3.三個(gè)方向上，兩踝關(guān)節(jié)地面反作用力峰值出現(xiàn)的相對時(shí)間，即地面反作用力峰值對應(yīng)時(shí)刻與地面反作用力出現(xiàn)時(shí)刻的差值。

△VT＝垂直方向上地面反作用峰值對應(yīng)時(shí)刻－地面反作用力出現(xiàn)時(shí)刻；

△MLT＝水平方向地面反作用力峰值對應(yīng)時(shí)刻－地面反作用力出現(xiàn)時(shí)刻；

△AP＝前后方向地面反作用力峰值對應(yīng)時(shí)刻－地面反作用力出現(xiàn)時(shí)刻。

2.4 數(shù)據(jù)處理

3 研究結(jié)果

3.1 落地階段兩側(cè)踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)差異

下落階段優(yōu)勢側(cè)和非優(yōu)勢側(cè)踝關(guān)節(jié)在屈曲、內(nèi)翻、外旋3個(gè)方向上角度的變化量沒有顯著性差異（P＜0.05）；下落階段踝關(guān)節(jié)屈曲、（圖2）、外旋（圖3）、內(nèi)翻（圖4）3 個(gè)方向上的最大角度、最大角速度進(jìn)行了對比分析，研究結(jié)果表明，只有在外旋方向和屈曲方向最大角速度具有顯著性差異（P＜0.05）；其余方向的角度或者角速度均未發(fā)現(xiàn)顯著性差異（P＞0.05）（表1）。

圖2 下落階段兩側(cè)踝屈伸方向關(guān)節(jié)角度、角速度比較示意圖Figure 2.Histories of Bilateral Ankle Joints Flexion－Extension Rotation from a Representative Landing

圖3 下落階段兩側(cè)踝外翻－內(nèi)翻方向關(guān)節(jié)角度、角速度比較示意圖Figure 3.Histories of Bilateral Ankle Joints Abduction－Adduction Rotation from a Representative Landing

3.2 下落階段兩側(cè)踝關(guān)節(jié)的地面反作用力及垂直力峰值對應(yīng)時(shí)刻差異

下落階段，兩側(cè)踝關(guān)節(jié)3個(gè)方向的地面反作用力峰值相比較，只有在垂直方向上的地面反作用力峰值存在著顯著性差異（P＜0.05）。本研究又進(jìn)一步對3個(gè)方向上的兩踝關(guān)節(jié)地面反作用力峰值出現(xiàn)的相對時(shí)間進(jìn)行了分析，其結(jié)果表明，優(yōu)勢側(cè)和非優(yōu)勢側(cè)在3個(gè)方向的地面反作用力峰值出現(xiàn)的相對時(shí)間均沒有顯著性差異（P＞0.05，表1），但通過描述統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，地面反作用力峰值出現(xiàn)時(shí)刻，優(yōu)勢側(cè)較非優(yōu)勢側(cè)低，即優(yōu)勢側(cè)與非優(yōu)勢側(cè)著地具有一定的時(shí)間差，優(yōu)勢側(cè)先承受較大的地面反作用力。

表1 優(yōu)勢側(cè)和非優(yōu)勢側(cè)踝關(guān)節(jié)相關(guān)指標(biāo)對比一覽表Table 1 Comparison of the Measured Variables between Laterals（，%）

表1 優(yōu)勢側(cè)和非優(yōu)勢側(cè)踝關(guān)節(jié)相關(guān)指標(biāo)對比一覽表Table 1 Comparison of the Measured Variables between Laterals（，%）

注：★優(yōu)勢側(cè)與非優(yōu)勢側(cè)相比較P＜0.05。

圖4 下落階段兩側(cè)踝關(guān)節(jié)外旋－內(nèi)旋角度、角速度比較示意圖Figure 4.Histories of Bilateral Ankle Joints Inversion－Eversion Rotation from a Representative Landing

圖5 下落階段優(yōu)勢側(cè)和非優(yōu)勢側(cè)地面反作用力比較示意圖（前后、左右、垂直）Figure 5.Histories of Bilateral GRF Data during a Representative Landing（Medial－lateral；Anterior－posterior；Vertical）

4 分析與討論

本研究發(fā)現(xiàn)下落階段屈曲、內(nèi)翻方向優(yōu)勢側(cè)踝關(guān)節(jié)相比非優(yōu)勢側(cè)踝關(guān)節(jié)角度的變化有更大的趨勢，但并無顯著性差異，落地后優(yōu)勢側(cè)和非優(yōu)勢側(cè)踝關(guān)節(jié)伸展、外旋、內(nèi)翻方向的最大角度也均無顯著性差異，只有在下落階段兩側(cè)踝關(guān)節(jié)的外旋方向的最大角速度和屈曲方向的最大角速度具有顯著性差異。有學(xué)者［21］以下落跳為手段對從固定的高度下落著地兩下肢的差異性對踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)的影響做過研究，其研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在不同的高度下落時(shí)，下肢的不對稱性在下肢關(guān)節(jié)相關(guān)運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)中有所表現(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)表明，連續(xù)縱跳下落階段踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)具有與之類似的變化。Niu等人［23］對16 名運(yùn)動(dòng)員從不同高度下落著地的半蹲姿勢進(jìn)行了研究，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，優(yōu)勢側(cè)踝關(guān)節(jié)較非優(yōu)勢側(cè)踝關(guān)節(jié)相比較，其在屈伸和外旋方向上的角度變化較大。本研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn)，優(yōu)勢側(cè)踝關(guān)節(jié)與非優(yōu)勢側(cè)踝關(guān)節(jié)在屈伸方向和外旋方向落地后最大角速度均有顯著性差異，即在下落著地后非優(yōu)勢側(cè)踝關(guān)節(jié)較優(yōu)勢側(cè)踝關(guān)節(jié)在相同的作用時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生更小的角度變化。這一研究結(jié)果在以前的研究中從未提及過，另一方面，由于運(yùn)動(dòng)的幅度和運(yùn)動(dòng)的速度與損傷直接相關(guān)，因此，這一結(jié)果對于損傷的預(yù)防具有重要的價(jià)值。筆者認(rèn)為，屈曲方向上角速度產(chǎn)生差異的原因可能是由于人體在下落著地過程中，非優(yōu)勢側(cè)踝關(guān)節(jié)比目魚肌進(jìn)行離心收縮，防止踝關(guān)節(jié)過分屈曲的能力優(yōu)于優(yōu)勢側(cè)踝關(guān)節(jié)，減小下落過程中的垂直地面反作用力使人體產(chǎn)生的圍繞冠狀軸旋轉(zhuǎn)的速度，從而減小踝關(guān)節(jié)屈曲，更好地預(yù)防運(yùn)動(dòng)損傷。相關(guān)研究［23］發(fā)現(xiàn)，非優(yōu)勢側(cè)脛骨前肌的肌電比優(yōu)勢側(cè)的活躍，并由此提出，在下落過程中，非優(yōu)勢側(cè)通過脛骨前肌的主動(dòng)作用來影響非優(yōu)勢側(cè)的屈伸活動(dòng)，作用于的屈曲角度變化速度從而達(dá)到進(jìn)行自我保護(hù)的目的，防止由于關(guān)節(jié)活動(dòng)過速，肌肉適應(yīng)能力不足而導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)損傷。但外旋方向產(chǎn)生差異性的原因，不僅目前相關(guān)研究結(jié)果甚少，而且由于本研究未作相關(guān)運(yùn)動(dòng)肌肉肌電分析，對于其確切的產(chǎn)生機(jī)理還需要做進(jìn)一步研究。盡管已有文獻(xiàn)報(bào)道兩側(cè)踝關(guān)節(jié)在某些運(yùn)動(dòng)中存在著一定的差異性，但也有研究者發(fā)現(xiàn)，兩下肢的差異性有時(shí)組候表現(xiàn)組的并不明顯［30］。Sadeghi［27］的研究發(fā)現(xiàn)，在正常的行走過程中，非優(yōu)勢側(cè)并不比優(yōu)勢側(cè)產(chǎn)生更多的保護(hù)機(jī)制，這可能有與受試者所做的動(dòng)作比較簡單，僅僅是步態(tài)研究因而未表現(xiàn)出差異有關(guān)，也可能是由于所選指標(biāo)的差異性，比如本研究中的優(yōu)勢側(cè)踝關(guān)節(jié)相比非優(yōu)勢側(cè)踝關(guān)節(jié)落地后內(nèi)翻的角速度、內(nèi)翻、外展的最大角度也均未發(fā)現(xiàn)顯著性差異。因此，兩側(cè)下肢的不對稱性在連續(xù)縱跳下落階段的一些指標(biāo)表現(xiàn)得比較明顯，但是在其他類型的運(yùn)動(dòng)中是否也具有差異性，各研究者的觀點(diǎn)并不明確。因此，在不同類型的運(yùn)動(dòng)中，下肢不對稱性的研究仍然是現(xiàn)今運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究的熱點(diǎn)。

目前，有關(guān)地面反作用力與下肢的研究主要集中在人體緩沖能力［17，18，29］，與下肢組不組對組稱組性組的組研組究組結(jié)組合組的組還組比組較少。人體在起跳下落時(shí)，會(huì)產(chǎn)生巨大的地面反作用力，有時(shí)甚至能夠達(dá)到體重的十倍以上［5，6］，巨大的地面反作用力雖然是人體再次起跳時(shí)的動(dòng)力來源，但也會(huì)對人體產(chǎn)生一定的危害，盡管人體在落地緩沖過程中，較大一部分力是通過膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)的屈曲來進(jìn)行緩沖的，但由于踝關(guān)節(jié)是人體在下落時(shí)首先與地面接觸的環(huán)節(jié)，因此，巨大的地面反作用力對踝關(guān)節(jié)所造成的傷害是不容忽視的。在本研究中，垂直方向的地面反作用力峰值，優(yōu)勢側(cè)顯著性大于非優(yōu)勢側(cè)，這就說明在下落階段優(yōu)勢側(cè)要承擔(dān)更大的地面反作用力，這不僅會(huì)對運(yùn)動(dòng)中肢體的協(xié)調(diào)性產(chǎn)生一定的影響，而且長期的運(yùn)動(dòng)積累，可能會(huì)使優(yōu)勢側(cè)勞損較快，影響運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)成績及健康。

研究發(fā)現(xiàn)，兩踝關(guān)節(jié)地面反作用力峰值出現(xiàn)的相對時(shí)間不具有顯著性差異，其地面反作用力峰值和峰值出現(xiàn)的相對時(shí)間兩者或許有一定的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。人們一般認(rèn)為，兩腿落地時(shí)的沖量是相等的［5］，認(rèn)為在人體下落著地階段，神經(jīng)系統(tǒng)保護(hù)機(jī)制會(huì)自發(fā)的進(jìn)行調(diào)節(jié)，使著地階段沖量能夠平均地分配到雙腿，并且這種保護(hù)機(jī)制避免了落地時(shí)載荷不均衡及一側(cè)過重的情況。然而，人體的這種自發(fā)的機(jī)制并不是十分精確，輕微的偏差是一定會(huì)存在的。它會(huì)導(dǎo)致在下落著地過程中，一側(cè)肢體的地面反作用力峰值大于兩腿之和的50%。Mcnitt［20］的研究也證明了這一結(jié)論，在他的實(shí)驗(yàn)中，受試者在進(jìn)行0.32m 和0.72m 高度的下落跳時(shí)，雙腿的最大地面反作用力分別是3.93±1.3BW 和6.26±1.9BW，其值與相關(guān)研究的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比較，明顯高于同等高度下落時(shí)單側(cè)肢體所測得的力，這說明在進(jìn)行雙側(cè)肢體同時(shí)運(yùn)動(dòng)的項(xiàng)目中，大腦確實(shí)對雙側(cè)肢體進(jìn)行了協(xié)調(diào)作用，其作用效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單側(cè)肢體運(yùn)動(dòng)效果簡單相加，然而，其結(jié)果也表明，左右側(cè)肢體的地面反作用力并非完全一致，這說明大腦在進(jìn)行協(xié)調(diào)作用的同時(shí)并未能夠精準(zhǔn)地調(diào)整雙側(cè)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的承載，而使一側(cè)肢體負(fù)重過大，另一側(cè)肢體負(fù)重較小。本研究也記錄了地面反作用力峰值產(chǎn)生時(shí)兩踝關(guān)節(jié)與地面接觸的相對時(shí)間，兩側(cè)相比較并無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但通過描述統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)，受試者在下落階段垂直方向上地面反作用力峰值達(dá)到最大時(shí)刻，其優(yōu)勢腿較非優(yōu)勢腿更早的接觸地面，且更早的對抗較大的地面沖擊力，這可能與優(yōu)勢側(cè)踝關(guān)節(jié)在運(yùn)動(dòng)過程中屈曲的角速度較大有一定的聯(lián)系，但其產(chǎn)生的具體原因，本研究尚未做進(jìn)一步的探討。

5 結(jié)論

1.在連續(xù)縱跳的下落階段，與優(yōu)勢側(cè)相比，非優(yōu)勢側(cè)可能在屈伸與外旋方向進(jìn)行較大的運(yùn)動(dòng)限制，而與非優(yōu)勢側(cè)相比，優(yōu)勢側(cè)在下落著地過程中出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)損傷的可能性較大。

2.在連續(xù)縱跳的下落階段，優(yōu)勢側(cè)要承擔(dān)更大的地面反作用力，這不僅會(huì)對運(yùn)動(dòng)中肢體的協(xié)調(diào)作用產(chǎn)生一定的影響，而且長期的運(yùn)動(dòng)積累，可能會(huì)使優(yōu)勢側(cè)勞損較快，影響運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)成績及健康。

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