羽毛球运动员足踝落地瞬间生物力学特征与运动风险分析

目的 探讨羽毛球运动员足踝落地瞬间生物力学特征对运动风险的影响，为避免初学者踝关节高频次、高强度触地发生运动风险提供参考。方法 采用三维测力台和动作捕捉系统，对30名羽毛球运动初学者（实验组）和30名高水平运动员（对照组）在进行蹬转（1步）起跳动作时踝关节落地瞬间的运动学与动力学数据进行采集。结果 实验组跖屈背屈角度均显著小于对照组，实验组内翻和内旋角度均显著大于对照组，外翻和外旋角度不存在显出差异。实验组向左右方向力均显著大于对照组，实验组与对照组前后方向力和垂直方向力不存在显著性差异。实验组外翻、外旋力矩均显著大于对照组，对照组内旋力矩显著高于实验组。结论 相比初学者，专业运动员踝关节运动具有良好的动态稳定性和灵活性，左右方向较小的活动幅度和受力就可以完成缓冲任务，并且专业运动员跖屈背屈角度增大，也是良好训练效果的体现，使缓冲时间稍微加长，以防止踝关节突然落地时刻的冲击。     

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。     

性别和动作对排球运动员前交叉韧带损伤危险因素的影响

目的 研究性别和动作对排球运动员前交叉韧带（anterior cruciate ligament, ACL） 损伤危险因素的影响。方法 采集排球运动员急停起跳、起跳垂直落地和急停变向跑时的运动生物力学数据,运用蒙特卡罗模拟得到运动员ACL损伤概率和损伤试跳的生物力学参数。采用2×3混合设计的双因素方差分析验证性别和动作对损伤危险因素的影响。结果 不论男女,变向跑ACL损伤危险性最大（P＜0.001）。变向跑和急停起跳时,女子比男子运动员ACL损伤危险更大（P＜0.001）。垂直落地时,男子比女子运动员更易发生损伤（P＜0.001）。排球运动员ACL损伤危险因素均受性别和动作的显著性交互作用（P＜0.001）。结论 变向跑时,男子运动员由于膝关节屈角小、小腿趋于前倾以及足跟着地而增加ACL负荷,女子运动员倾向于由于较大地面反作用力和膝关节伸展力矩而增加损伤风险。膝关节屈角小是运动员急停起跳的主要损伤因素,且男子因素更繁杂。垂直落地时,女子运动员损伤危险因素是地面反作用力、膝关节外翻和伸展力矩及足跟着地等;较小的膝关节屈角是男子运动员损伤危险因素。研究结果可为排球运动员ACL损伤风险评价、个性化损伤预防方案制定、临床与康复治疗等提供依据。     

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。     

护踝对功能性踝关节不稳患者下肢运动生物力学特征的影响

目的 探究护踝对功能性踝关节不稳(functional ankle instability,FAI)患者的保护作用,为其护踝的选择提供依据。 方法 15 名 FAI 患者随机佩戴半刚性、弹性护踝及无护踝以自选速度步行和跑步,运用红外光点运动捕捉系统和三维测力台采集其下肢运动生物力学参数。 通过 3×2 重复设计的双因素方差分析检验护踝和运动模式对下肢运动学、动力学和能量吸收的影响。 结果 护踝与运动模式对本研究中所有指标均无交互作用(P>0. 05)。不论运动模式,与无护踝相比,弹性护踝显著减少了 FAI 患者踝关节内翻角峰值、内翻角速度和踝关节能量吸收(P<0. 05),同时增加了踝关节外翻力矩( P < 0. 001);而半刚性护踝增加了踝关节内翻角峰值和内翻角速度(P<0. 05)。 此外,弹性护踝可降低着地时刻的膝关节内旋力矩和外旋力矩峰值(P<0. 05)。 结论 与无护踝相比,弹性护踝通过减小踝关节内翻角、内翻角速度和能量吸收,增大踝关节外翻力矩,继而起到预防踝关节扭伤的作用。 FAI 患者佩戴半刚性护踝后需定时关注踝关节慢性损伤风险。 整体来看,弹性护踝的防护效果可能更有效,且未引起膝关节功能补偿,可作为预防 FAI 患者踝关节扭伤的有效措施。     

护踝类型对落地时下肢运动学的影响：Meta分析和系统评价

目的 系统评估护踝对运动员和普通大学生落地时踝关节运动生物力学的影响,为不同运动水平人群选择护踝提供理论依据。方法 以（“护踝”或“踝关节支撑”）和（“落地”或“起跳”）和（“生物力学”或“运动学”或“动力学”或“肌电”或“神经肌肉”）为主题在CNKI、万方等数据库进行检索;以“(ankle brace OR ankle braces OR ankle bracing OR ankle support) AND (landing OR land OR jump OR hopped OR hopping) AND (biomechanics OR kinematics OR kinetics OR electromyography OR neuromuscular)”为英文检索策略,检索Web of science、EBSCO、PubMed等数据库,检索期限为2000年1月~2020年12月。选用Cochrane偏倚风险评估工具对纳入文献进行质量评价,采用Meta分析中的亚组分析确定不同类型护踝对踝关节运动学的影响。结果 共13项研究、222名受试者纳入Meta分析。对于运动员,两种护踝均可减少踝关节内翻（弹性护踝：26.7%,SMD=-1.647,P=0.040;半刚性护踝：25.8%,SMD=-0.562,P＜0.001）,但仅弹性护踝可减少踝关节跖屈8.4%（SMD=-3.42,P=0.021）。对于普通大学生,两种护踝均可减小踝关节内翻（弹性护踝：35.4%,SMD=-1.000,P=0.013;半刚性护踝：31.1%,SMD=-0.881,P＜0.001）、跖屈（弹性护踝：23.3%,SMD=-1.381,P＜0.001;半刚性护踝：36.3%,SMD=-1.605,P＜0.001）。结论 两种护踝对有5年以上训练史的业余篮球、排球、跑步运动员均有一定的预防作用,弹性护踝可以限制落地时踝关节内翻和跖屈,而半刚性护踝只能限制踝关节内翻,故弹性护踝的预防效果更好。对于无任何训练背景的普通大学生,两种护踝均可限制踝关节内翻和跖屈,其中弹性护踝对内翻限制更大,半刚性护踝对跖屈限制更明显。因此,若普通大学生有跟腓韧带损伤史,优先考虑选用弹性护踝;有距腓前韧带损伤史的普通大学生,     

前交叉韧带重建后急停起跳过程中膝关节应力的有限元分析

背景：已有研究分析了前交叉韧带重建患者术后完成不同动作时健患侧运动学、动力学等运动特征,假设前交叉韧带重建术后患者在完成急停起跳动作时健侧前交叉韧带von Mises应力较患侧高,半月板和股骨软骨的von Mises应力较患侧低。目的：通过探究前交叉韧带重建患者健患侧膝关节软组织的应力响应特征,以期为降低该人群发生前交叉韧带二次损伤及慢性膝关节骨性关节炎等继发性损伤提供参考。方法：运用红外光点运动捕捉系统(Nokov)和测力台(Bertec)采集前交叉韧带重建患者急停起跳时膝关节运动学和动力学特征,通过欧拉角计算方法和逆动力获得膝关节三维角度和三维力矩参数,并将膝关节三维角度和力矩作为边界和加载条件分别载入健患侧膝关节有限元模型,进行数值仿真,比较健患侧膝关节内部结构在实际运动载荷下的应力分布情况。结果与结论：(1)在水平向后第一地面反作用力峰值时刻,患侧膝关节屈曲角、内收角明显大于健侧,且健侧垂直地面反作用力高于患侧。此外,健侧垂直地面反作用力峰值出现在急停起跳阶段的4%-6%,而患侧出现在急停起跳阶段的15%-17%,表现出健侧腿较患侧先着地的运动模式。(2)有限元分析显示健侧前交...     

髋外展肌疲劳对不同性别人群单腿侧跳落地时神经肌肉控制的影响

目的 比较髋外展肌疲劳对不同性别人群单腿侧跳落地期间的姿势稳定性及其神经肌肉控制的影响。方法 比较20名男性和20名女性在髋外展肌疲劳干预前后进行单腿侧跳落地期间的压力中心(center of pressure, COP)、地面反作用力(ground reaction force, GRF)、下肢运动学、关节力矩、肌肉活动度等。结果 疲劳后,男性和女性COP在冠状面的最大位移和平均速度增加,髋关节外展峰值角度和踝关节外翻峰值角度增加,踝关节内翻峰值力矩增加。触地前200 ms,男性股直肌、股二头肌、胫前肌、腓骨长肌的激活小于女性;触地后200 ms,男性股二头肌激活小于女性。结论 髋外展肌疲劳导致冠状面姿势稳定性下降,髋、踝关节冠状面稳定性下降,可能增加关节损伤风险。不同性别人群的姿势调控策略存在差异,提示下肢关节损伤机制的性别差异值得进一步探究。     

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。     

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.     

A Numerical Simulation Approach to Studying Anterior Cruciate Ligament Strains and Internal Forces Among Young Recreational Women Performing Valgus Inducing Stop-Jump Activities

Anterior cruciate ligament (ACL) injuries are commonly incurred by recreational and professional women athletes during non-contact jumping maneuvers in sports like basketball and volleyball, where incidences of ACL injury is more frequent to females compared to males. What remains a numerical challenge is in vivo calculation of ACL strain and internal force. This study investigated effects of increasing stop-jump height on neuromuscular and bio-mechanical properties of knee and ACL, when performed by young female recreational athletes. The underlying hypothesis is increasing stop-jump (platform) height increases knee valgus angles and external moments which also increases ACL strain and internal force. Using numerical analysis tools comprised of Inverse Kinematics, Computed Muscle Control and Forward Dynamics, a novel approach is presented for computing ACL strain and internal force based on (1) knee joint kinematics and (2) optimization of muscle activation, with ACL insertion into musculoskeletal model. Results showed increases in knee valgus external moments and angles with increasing stop-jump height. Increase in stop-jump height from 30 to 50 cm lead to increase in average peak valgus external moment from 40.5 ± 3.2 to 43.2 ± 3.7 Nm which was co-incidental with increase in average peak ACL strain, from 9.3 ± 3.1 to 13.7 ± 1.1%, and average peak ACL internal force, from 1056.1 ± 71.4 to 1165.4 ± 123.8 N for the right side with comparable increases in the left. In effect this study demonstrates a technique for estimating dynamic changes to knee and ACL variables by conducting musculoskeletal simulation on motion analysis data, collected from actual stop-jump tasks performed by young recreational women athletes.     

3-PH/R踝关节康复机器人的运动轨迹

目的 研究3-PH/R踝关节康复机器人在不同轨迹下对关节及肌肉受力的影响.方法 分析3-PH/R踝关节康复机器人的运动学原理,将机器人模型简化后导入生物力学建模软件中,以踝关节康复机器人的实际运动轨迹作为模型驱动,比较在跖背屈、内外翻和章动3种不同运动轨迹下关节和肌肉的受力情况,并对3种运动轨迹进行相关性分析.结果 章...     

A mechanical jig for measuring ankle supination and pronation torque in vitro and in vivo

This study presents the design of a mechanical jig for evaluating the ankle joint torque on both cadaver and human ankles. Previous study showed that ankle sprain motion was a combination of plantarflexion and inversion. The device allows measurement of ankle supination and pronation torque with one simple axis in a single step motion. More importantly, the ankle orientation allows rotation starting from an anatomical position. Six cadaveric specimens and six human subjects were tested with simulated and voluntary rotation respectively. The presented mechanical jig makes possible the determination of supination torque for studying ankle sprain injury and the estimation of pronation torque for examining peroneal muscle response.     

太极拳转体动作中下肢关节活动顺序性和肌肉力表现及肌肉激活特征

目的 分析太极拳转体与弓步动作中下肢关节活动顺序性、肌肉力表现和肌肉激活程度的差异,揭示太极拳转体动作的特征。 方法 募集 20 名练习时长超过 3 年的健康太极拳练习者,采用三维运动捕捉系统、测力台和表面肌电同步采集转体与弓步两种动作运动学、动力学和肌肉激活信息,并通过 OpenSim 仿真软件获取下肢肌力。结果 与弓步相比,转体动作髋、踝关节外旋幅度显著增大;膝关节外展和外旋力矩显著增大,股二头肌、半腱肌和内外侧腓肠肌峰值肌力显著增强,股二头肌、内外侧腓肠肌峰值肌力时刻显著提前,而股内外侧肌和胫骨前肌峰值肌力显著减小,胫骨前肌肌力最早达到峰值;股二头肌、股内外侧肌和内侧腓肠肌的平均激活水平和激活时间显著增加。 结论 太极拳转体动作由踝、髋关节依次转动组成,肌肉力表现的独特性在于重心两次转移致使支撑腿内外侧肌力曲线呈双峰型,因为全足着地延迟方式引发了腓肠肌与股四头肌激活顺序和肌肉平均激活水平改变。研究结果提示全足着地延迟方式具有调节肌肉激活顺序的作用,合理利用有助于提升临床康复效果。     

Are there any relationships among ankle proprioception acuity,pre-landing ankle muscle responses,and landing impact in man?

Proprioceptive input has been suggested to contribute to the pre-landing muscle responses associated with drop-landing, but its precise role has yet to be delineated. This study set out to examine the relationships among ankle proprioception, pre-landing muscle responses, and landing impact on drop-landing in healthy man. Fifteen healthy male basketball players aged 18 to 26 participated in this study. Passive ankle joint repositioning errors were used to examine ankle joint proprioception. Pre-landing EMG responses in the ankle muscles and the impact force on landing were recorded while the players performed self-initiated drops from a height of 30 cm. Results demonstrated that averaged ankle repositioning errors were significantly correlated with the co-contraction indexes between left tibialis anterior and medial gastrocnemius muscles (TA/MG CoI) (r = 0.67, p = 0.006), and showed a trend towards a relationship with the right TA/MG CoI (r = 0.47, p = 0.079). TA/MG CoI from both ankles were further related to the magnitude of the total impact force on landing (r = 0.54 and 0.53, respectively; p < 0.05). We concluded that male basketball players with less accurate ankle joint sense adopted greater co-contraction of ankle dorsiflexors and platarflexors, which was in turn associated with greater impact force at the moment of landing.