直线前进变换为侧向跨步切入动作时的下肢生物力学变化

背景:侧向跨步切入动作是运动领域最常见的进攻技术,这显著增加了运动员膝关节受伤的风险,但目前相关侧向跨步动作的生物力学表现策略及下肢关节负荷特征并不十分清楚。目的:选择大学女子甲组篮球、足球运动员进行侧向跨步切入下肢动作策略,进行生物力学测试,并分析下肢关节的运动学及动力学参数,从而为运动员及教练员预防下肢伤害,尤其是膝关节十字韧带损伤提供重要参考。方法:选择某高校女子甲组足球及篮球各12名运动员作为研究对象,利用三维测力台及运动图像拍摄系统同步获取其侧向跨步切入动作的相关运动学及动力学参数,并运用SPSS 21.0分析软件对相关数据进行处理分析。该试验方案经天津体育学院伦理委员会批准。结果与结论:①足球运动员有较大的着地瞬间踝关节跖屈角度及髋关节外展角度、最大踝关节外翻角度、膝关节屈曲及内旋角度、膝关节屈曲及内旋角度变化量;②足球运动员有较大的踝关节外旋与髋关节内收力矩峰值,篮球运动员则有较大的踝关节跖屈力矩峰值;③篮球运动员有较小的前后分力制动第一及第二峰值、垂直分力第一峰值及较大的前后分力推蹬力峰值;④结果表明,跨步切入动作过程中,足球运动员习惯于前足着地方式进行急停,进而产生较高的地面反作用力,并增加膝关节屈曲角度进行缓冲,同时有较大的踝关节外翻角度及膝关节内旋角度,而篮球运动员在切入过程中膝关节屈曲角度较少,不利于下肢关节对地面反作用力的缓冲,并进而增加前十字韧带损伤风险。     

踝关节贴扎在优势侧落地动作中对膝关节生物力学特性的影响

目的 研究踝关节贴扎（限制踝关节内翻跖屈）在优势侧单腿落地动作中对膝关节生物力学特征的影响。方法 在踝关节未贴扎和贴扎两个条件下,18位业余运动员执行优势侧单腿落地动作,使用Vicon三维运动捕捉系统、Kistler测力台和Noraxon 表面肌电系统共同采集运动学、动力学、表面肌电数据,进行统计学分析。结果 与未贴扎相比,贴扎后触地时刻的膝关节屈曲角度和接触地面过程中膝关节最大屈曲角度显著性增加,而膝关节最大外翻角度显著性减小。结论 限制踝关节内翻跖屈贴扎可能会降低前交叉韧带损伤的风险。踝关节贴扎的干预方式能够改变在落地动作中膝关节生物力学指标。限制踝关节内翻跖屈贴扎可以作为预防大学生运动员前交叉韧带损伤的有效措施。     

冲击载荷作用下运动员下肢动态响应的逆向动力学仿真

目的分析冲击载荷作用下羽毛球运动员下肢关节肌肉的动态响应变化。方法基于Any Body Modeling System软件建立人体肌骨模型,采用实测表面肌电信号进行验证,以运动捕捉系统和测力台测量数据进行模型驱动,对羽毛球右前场蹬跨步上网过程中下肢肌肉肌力、关节力和关节力矩进行逆向动力学仿真与分析。结果所建人体下肢肌骨模型经肌电信号验证有效。羽毛球蹬跨步上网过程中,髋、踝关节Z方向内力峰值显著高于X和Y方向内力峰值,而膝关节X方向内力峰值显著高于Y和Z方向内力峰值;缓冲期,髋关节X、Y、Z方向依次表现为内收力矩、伸髋力矩和内旋力矩,膝关节X、Y、Z方向依次表现为外展力矩、屈膝力矩、外旋力矩,踝关节X、Y方向依次表现为内翻力矩、跖屈力矩,且髋、膝、踝关节X方向力矩峰值显著高于Y和Z方向;股外侧肌、股二头肌、胫骨前肌、腓肠肌内侧在对抗地面冲击载荷时的肌力发挥较大,股直肌、半膜肌、比目鱼肌发挥的作用相对较小。结论建立的下肢肌骨模型可为冲击载荷作用下运动员下肢生物力学特性分析提供技术平台。为避免运动损伤,类似羽毛球前场蹬跨步上网冲击动作中尤其要重视触地瞬间地面反作用力载荷对髋、膝、踝关节前后及内外侧方向生物力学性质的影响,同时在对羽毛球运动员进行专项训练时切勿忽视对股外侧肌、股二头肌、胫骨前肌的专项力量发展。     

排球运动起跳过程中踝关节的生物力学特性

文题释义： 急停起跳：在激烈的排球比赛中,急停起跳动作是运动员比赛过程中出色完成扣球、拦网、跳发球、跳传球等技术所必不可少的关键阶段,也是运动员获得较好起跳高度的关键实施环节。 踝关节的活动范围：研究发现长期从事举重项目的人比正常人的踝关节活动度要小,长期从事游泳项目的人比正常人的踝关节活动度要大。踝关节的活动范围往往还跟运动成绩相关联,如短跑、速滑等竞速性项目运动成绩好的运动员踝关节的活动度也相对较好。 背景：目前对踝关节的生物力学特性研究多集中于方法学的探讨,对复合动作模式下踝关节生物力学特征的研究较少。 目的：分析对排球运动员起跳落地时踝关节的运动学和动力学特性。 方法：研究选取天津体育学院排球专项运动的学生男女各20名。主要采用Vicon三维运动捕捉系统和Kistler三维测力台,同步采集受试者在起跳落地时踝关节运动学与动力学参数,总共获得3次有效数据,利用统计学方法对数据进行对比分析。研究方案的实施符合天津体育学院的相关伦理要求,所有受试者均为自愿参加,并对试验过程完全知情同意。 结果与结论：①发现在该动作模式中,踝关节跖屈角度男性明显小于女性,在起跳阶段踝关节处于内翻和内旋状态,在落地缓冲阶段踝关节处于内翻和外旋状态,且角度男性组略大于女性,此时极易造成踝关节损伤;②三维方向的峰力矩和力值男性组均大于女性;三维方向峰值力矩和力出现的时间男性组晚于女性,而且存在双腿力量不均衡以及双脚不同时着地情况。 ORCID: 0000-0003-4584-148X(鲍春雨) 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     

鞋帮高度对跳跃动作踝关节矢状面运动学及动力学特征的影响

目的 探讨穿着高、低帮篮球鞋对跳跃动作踝关节矢状面运动学、动力学以及运动表现的影响。方法 利用Vicon运动捕捉系统和Kistler三维测力台同步采集12名受试者穿着高、低帮篮球鞋进行双腿落地反跳（drop jump, DJ）和单腿跨步跳（lay-up jump, LJ）过程中踝关节矢状面屈伸最小/最大角度、力矩、功率、刚度、跳跃高度以及背屈活动度等参数指标。结果 （1） 穿着高帮鞋能够显著减小踝关节的背屈角度（P<0.05）。在DJ和LJ过程中,两款鞋的跳跃高度、踝关节触地角度、最小/最大角度、活动度均无显著性差异;（2） 在DJ过程中,穿着两款鞋的踝关节屈伸动力学特征无显著差异;但在LJ过程中,穿着高帮鞋的跖屈力矩和功率峰值均显著小于低帮鞋（P<0.05）。结论 穿着高帮鞋虽然没有限制跳跃情况下踝关节的屈伸表现,但会影响踝关节矢状面的部分动力学特征,建议鞋帮高度的选择和设计能够在护踝的基础上充分发挥踝关节在矢状面的力学作用,从而实现运动表现的最优化。     

鞋帮高度对跳跃动作踝关节矢状面运动学及动力学特征的影响

目的 探讨穿着高、低帮篮球鞋对跳跃动作踝关节矢状面运动学、动力学以及运动表现的影响。方法 利用Vicon运动捕捉系统和Kistler三维测力台同步采集12名受试者穿着高、低帮篮球鞋进行双腿落地反跳（drop jump, DJ）和单腿跨步跳（lay-up jump, LJ）过程中踝关节矢状面屈伸最小/最大角度、力矩、功率、刚度、跳跃高度以及背屈活动度等参数指标。结果 （1） 穿着高帮鞋能够显著减小踝关节的背屈角度（P<0.05）。在DJ和LJ过程中,两款鞋的跳跃高度、踝关节触地角度、最小/最大角度、活动度均无显著性差异;（2） 在DJ过程中,穿着两款鞋的踝关节屈伸动力学特征无显著差异;但在LJ过程中,穿着高帮鞋的跖屈力矩和功率峰值均显著小于低帮鞋（P<0.05）。结论 穿着高帮鞋虽然没有限制跳跃情况下踝关节的屈伸表现,但会影响踝关节矢状面的部分动力学特征,建议鞋帮高度的选择和设计能够在护踝的基础上充分发挥踝关节在矢状面的力学作用,从而实现运动表现的最优化。     

鞋帮高度对跳跃动作踝关节矢状面运动学及动力学特征的影响

目的探讨穿着高、低帮篮球鞋对跳跃动作踝关节矢状面运动学、动力学以及运动表现的影响。方法利用Vicon运动捕捉系统和Kistler三维测力台同步采集12名受试者穿着高、低帮篮球鞋进行双腿落地反跳(drop jump,DJ)和单腿跨步跳(lay-up jump,LJ)过程中踝关节矢状面屈伸最小/最大角度、力矩、功率、刚度、跳跃高度以及背屈活动度等参数指标。结果 (1)穿着高帮鞋能够显著减小踝关节的背屈角度(P0.05)。在DJ和LJ过程中,两款鞋的跳跃高度、踝关节触地角度、最小/最大角度、活动度均无显著性差异;(2)在DJ过程中,穿着两款鞋的踝关节屈伸动力学特征无显著差异;但在LJ过程中,穿着高帮鞋的跖屈力矩和功率峰值均显著小于低帮鞋(P0.05)。结论穿着高帮鞋虽然没有限制跳跃情况下踝关节的屈伸表现,但会影响踝关节矢状面的部分动力学特征,建议鞋帮高度的选择和设计能够在护踝的基础上充分发挥踝关节在矢状面的力学作用,从而实现运动表现的最优化。     

男性青年踝关节外侧副韧带损伤后行走步态分析

目的 获取青年男性踝关节外侧韧带损伤者行走时踝关节的运动学和动力学参数,探讨损伤者行走步态的生物力学特性。方法 采用Qualisys MCU500三维运动影像捕捉系统与Kistler三维测力台,对踝关节外侧副韧带损伤者与健康者各15名的行走步态进行三维同步测试。结果 踝关节外侧副韧带损伤者竖直方向的地面反力变化平缓;在支撑时相中前期,损伤者前后方向的力要比健康者大;在步态周期的60%之前,损伤者左右方向的力明显大于健康者。损伤者关节跖屈力矩变化与健康者相似,患侧外翻力矩、外旋力矩最大,损伤者健侧输出功率最大。结论 损伤者踝关节的稳定性下降,行走时步态异常,为减少患侧负荷,健侧出现代偿效应,足着地瞬间加速过度到垂直支撑时相。本研究为预防踝关节以及损伤后的临床治疗以及康复训练等提供一定的理论参考。     

神经肌肉疲劳前后运动鞋对下肢落地冲击的生物力学影响

目的探讨神经肌肉疲劳前后缓冲型运动鞋对落地动作下肢冲击力特征,以及对运动学和动力学的影响。方法比较15名篮球专项运动员在疲劳干预前后,穿不同缓冲性能的运动鞋从60 cm高落地时的冲击力、负载率、下肢运动学、关节力矩、关节/下肢刚度等。结果疲劳前高缓冲鞋仅使后跟处负载率峰值减小,且到达后跟负载率时间比对照组更短。疲劳后高缓冲鞋显著减小后跟处冲击力峰值、负载率峰值和前脚掌的负载率峰值,同时显著延长到达冲击力和后跟负载率峰值的时间;穿高缓冲鞋使得踝关节触地角度、最小角度显著增大。在下肢刚度、踝关节峰值力矩和刚度方面两组鞋并未发现显著性的改变。结论在疲劳后,当人体下肢神经肌肉控制策略减弱时,高缓冲鞋能够有效地衰减冲击,进而有利于避免或减小潜在的冲击性运动损伤。     

踝关节等速肌力训练对老年脑卒中患者平衡功能的影响

目的　探讨应用等速肌力训练加强踝关节屈伸肌群的肌力,对老年脑卒中患者平衡功能的影响。 方法　选取40例老年脑卒中患者随机分为对照组（n=20）、治疗组（n=20）,对照组接受常规康复治疗,治疗组在对照组基础上,增加针对踝关节背伸与跖屈肌群的等速肌力训练。2组患者治疗前和治疗3周后均进行Berg平衡量表（Berg balance scale, BBS）;“起立-走”计时测试（Timed up and go test, TUGT）;以及ProKin平衡仪的评估,参数包括Y-COP标准差、运动轨迹长度、运动轨迹面积、踝关节背伸与跖屈肌群的等速峰力矩等平衡功能相关指标的测量。 结果　2组患者经过平衡训练后,平衡功能的各项指标均较治疗前有改善(P<0.05）;治疗组患者治疗后平衡功能与对照组比较,各项评估指标均优于对照组(P<0.05）。 结论　踝关节等速肌力训练,可以明显改善老年脑卒中患者踝关节背伸与跖屈肌群的肌力及平衡功能。     

Prophylactic ankle braces and knee varus-valgus and internal-external rotation torque

Context: Although prophylactic ankle bracing has been shown to be effective in reducing the incidence of ankle sprains,how these ankle braces might affect the other joints of the lower extremity is not clearly understood.Objective: To determine the effects of a prophylactic ankle brace on knee joint varus-valgus and internal-external rotation torque during a drop landing onto a slanted surface.Design: A repeated-measures design.Setting: Biomechanics research laboratory. Patients or Other Participants: Twenty-four physically active college students.Intervention(s): Participants were tested in a brace and no brace condition. Main Outcome Measure(s): We measured 3 dependent variables:(1) peak ankle inversion-eversion torque, (2) peak knee varus-valgus torque, and (3) peak knee internal-external rotation torque. A force plate was used to collect ground reaction force data, and 6 motion analysis cameras collected kinematic data during the unilateral drop landing. An adjustable bar was hung from the ceiling, and a slant board was positioned over the center of the force plate, so that the ankle of the participant's dominant leg would invert upon landing. Peak torque was measure din both the brace and no-brace conditions. The average of the peak values in 3 trials for both conditions was used for the statistical analysis.Results: Ankle eversion torque was significantly greater in the brace condition (F1,23 19.75, P < .01). Knee external rotation torque was significantly greater in the brace condition(F1,23 4.33, P <.05). Valgus knee torque was smaller in the brace condition, but the difference was not statistically significant(F1,23 3.45, P .08).Conclusions: This study provides an important first step in understanding the effects of prophylactic ankle bracing on other joints of the lower extremity. We found that prophylactic ankle bracing did have an effect on knee torque when the subject was landing on a slanted surface. Specifically, knee external rotation torque increased when the ankle was braced.     

Non-linear flexion relationships of the knee with the hip and ankle, and their relative postures during landing

The knee joint, together with the hip and ankle, contributes to overall shock absorption through their respective flexion motions during landing. This study sought to investigate the presence of a lower extremity coordination pattern by determining mathematical relationships that associate knee flexion angles with hip flexion and ankle dorsiflexion angles during landing phase, and to determine relative postures of the hip and ankle, with reference to the knee, and examine how these relative postures change during key events of the landing phase. Eight healthy male subjects were recruited to perform double-leg landing from 0.6-m height. Motion capture system and force-plates were used to obtain kinematics and ground reaction forces (GRF) respectively. Non-linear regression analysis was employed to determine appropriate mathematical relationships of the hip flexion and ankle dorsiflexion angles with knee flexion angles during the landing phase. Relative lower extremity postures were compared between events of initial contact, peak GRF and maximum knee flexion, using ANOVA on ranks. Our results demonstrated a lower extremity coordination pattern, whereby the knee flexion angles had strong exponential (R² = 0.92–0.99, p < 0.001) and natural logarithmic (R² = 0.85–0.97, p < 0.001) relationships with hip flexion and ankle dorsiflexion angles respectively during the landing phase. Furthermore, we found that the subjects adopted distinctly different relative lower extremity postures (p < 0.05) during peak GRF as compared to initial contact. These relative postures were further maintained till the end of the landing phase. The occurrence of these relative postures may be a reflexive mechanism for the subjects to efficiently absorb the impact imposed by the peak GRF.     

非预期条件下前交叉韧带重建术后运动员侧切动作下肢运动生物力学特征

目的 量化非预期条件下前交叉韧带重建(anterior cruciate ligament reconstruction, ACLR)术后运动员侧切动作中膝关节生物力学特征,探讨运动员前交叉韧带(anterior cruciate ligament, ACL)损伤潜在风险。 方法 应用红外运动捕捉系统和三维测力台同步采集 30 名 ACLR 男性运动员在预期和非预期条件下侧切动作中健侧、患侧下肢运动学和动力学数据。 应用双因素方差分析对关节角度、关节力矩、地面反作用力( ground reaction force, GRF)等测试指标进行统计分析。 结果 患侧肢体的膝关节屈曲角度、外翻力矩和屈曲力矩显著低于健侧肢体,内旋力矩和胫骨前剪切力显著高于健侧肢体。 与预期条件相比,非预期条件下膝关节屈曲角度、内旋力矩、胫骨前剪切力显著增加。 患侧肢体膝关节外旋角度在预期和非预期条件下均显著高于健侧,非预期条件下健侧肢体侧向 GRF 和前后 GRF 显著小于预期条件,患侧肢体侧向 GRF 显著高于预期条件。 结论 ACLR 运动员进行侧切动作时,相比于健侧,患侧表现出较小的膝关节屈曲角度,较大的膝关节内旋力矩和胫骨前剪切力的生物力学特征,可能存在较大的 ACL 潜在损伤风险;在非预期条件下,ACLR 运动员双侧下肢均表现出膝关节内旋力矩增大,侧向 GRF 增大和胫骨前剪切力增大的生物力学特征,提示 ACL 潜在损伤风险不仅限于患侧,健侧下肢也应加强侧切动作中 ACL 损伤预防。