體育運(yùn)動(dòng)中前十字交叉韌帶損傷的可能因素①

高宏圖

（中北大學(xué)體育與藝術(shù)學(xué)院體育系 山西太原 030051）

體育運(yùn)動(dòng)中前十字交叉韌帶損傷的可能因素①

高宏圖

（中北大學(xué)體育與藝術(shù)學(xué)院體育系 山西太原 030051）

分別選擇男女運(yùn)動(dòng)員各10名做變向跑運(yùn)動(dòng)（n=10次），記錄其觸地初期的髖、膝和踝的關(guān)節(jié)角度以及膝外展力矩，并對(duì)主要的性別影響因素做了方差分析。研究結(jié)果表明，女性的標(biāo)準(zhǔn)化膝外展力矩顯著大于男性。初始髖關(guān)節(jié)彎曲和內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)越大，則外展力矩的峰值越大；初始的膝外展角度越大，外展力矩的峰值越大。

前十字交叉韌帶 變向跑 膝外展力矩

1 引言

前十字交叉韌帶（ACL）損傷是一種常見(jiàn)的膝關(guān)節(jié)損傷。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在籃球項(xiàng)目中，大約70%左右的ACL損傷發(fā)生在起跳落地和做變向運(yùn)動(dòng)過(guò)程中[1]。此外，有研究表明，女性的ACL損傷發(fā)生幾率是男性的237倍[2]。ACL的損傷可導(dǎo)致骨關(guān)節(jié)炎以及膝關(guān)節(jié)退化的發(fā)生，但是我們又不能要求運(yùn)動(dòng)員在激烈的對(duì)抗中降低這些運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度，因此，必須了解造成損傷的原因來(lái)有效的預(yù)防損傷的發(fā)生。本研究的主要任務(wù)是分析下肢關(guān)節(jié)的姿勢(shì)在變向跑觸地初期和隨后的外展力矩峰值之間的關(guān)系。另一個(gè)目的是考察這些關(guān)系中性別差異的潛在因素。

2 實(shí)驗(yàn)對(duì)象和方法

2.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

選擇體育系運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練專業(yè)男女學(xué)生各10名作為受試者。受試者均沒(méi)有下肢關(guān)節(jié)損傷或手術(shù)史，表1為受試者情況概要。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

每位受試者進(jìn)行十次變向跑運(yùn)動(dòng)，并記錄右側(cè)下肢的三維運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)和三維地面反作用力。要求變向跑時(shí)，蹬轉(zhuǎn)腿踏在在測(cè)力臺(tái)的中心（AMTI OR6－5＃4048），蹬轉(zhuǎn)方向要求與運(yùn)動(dòng)初始方向保持35°到55°之間，用地上的標(biāo)志線將這一范圍區(qū)分開(kāi)。要求受試者變向跑的距離為5步遠(yuǎn)。所有動(dòng)作由4臺(tái)高速攝像機(jī)進(jìn)行拍攝，拍攝頻率為120Hz。運(yùn)動(dòng)速度要求在4.5m/s-5.5m/s。

2.3 數(shù)據(jù)分析

首先，通過(guò)Mocap Solver6.17軟件生成運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，此模型包括5個(gè)骨性環(huán)節(jié)（腳，踝，小腿，大腿以及骨盆）和14個(gè)自由度。其中，骨盆定義為6個(gè)自由度，髖關(guān)節(jié)，膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)被分別定義為3個(gè)，3個(gè)和2個(gè)自由度。記錄得到的標(biāo)志點(diǎn)軌跡用Mocap Solver軟件處理得到。這些運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)與三維地面反作用力數(shù)據(jù)，通過(guò)三次樣條平滑進(jìn)行低通濾波處理，截?cái)囝l率為18Hz。

環(huán)節(jié)間的三維力和力矩通過(guò)濾波后的運(yùn)動(dòng)學(xué)和地面反作用力參數(shù)，利用逆向動(dòng)力學(xué)方法求得。環(huán)節(jié)間的力矩表示為相對(duì)于膝關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的屈-伸、外展-內(nèi)收和旋內(nèi)-旋外力矩。關(guān)節(jié)載荷表示外力施加于膝關(guān)節(jié)的載荷。例如，“膝外展力矩”表示使膝趨于外展的外部載荷。

2.4 統(tǒng)計(jì)處理

本文通過(guò)雙樣本t檢驗(yàn)的方法來(lái)考察外展峰值力矩的性別差異。每個(gè)受試者的線性回歸斜率（n=8）也同樣進(jìn)行雙樣本t檢驗(yàn)，來(lái)確定是否平均斜率的值明顯不為零，以及是否不同性別具有顯著性差異。對(duì)于所有統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，用α水平P=0.05來(lái)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3 結(jié)果

所有受試者的膝關(guān)節(jié)外展力矩的最大值都出現(xiàn)在變向跑支撐期，這一峰值通常出現(xiàn)在支撐期的前20%階段。而從圖1我們可以看出，女性的標(biāo)準(zhǔn)化外展力矩峰值（0.58Nmkg-1m-1）顯著大于男性（0.32Nmkg-1m-1）。

另外，標(biāo)準(zhǔn)化外展力矩峰值與觸地初期髖關(guān)節(jié)外展-內(nèi)收、旋內(nèi)-旋外以及膝關(guān)節(jié)外展-內(nèi)收相關(guān)，每組的相關(guān)性服從平均斜率顯著（P<0.05）不為零。特別是較高的外展載荷峰值分別與較高的初始髖屈曲，髖旋內(nèi)和膝外展三種姿勢(shì)相關(guān)（圖 2）。

從圖2我們可以看出，標(biāo)準(zhǔn)化外展峰值與髖關(guān)節(jié)內(nèi)收-外展、旋內(nèi)-旋外和膝關(guān)節(jié)內(nèi)收-外展之間相關(guān)性的平均斜率值，男女之間存在顯著性差異。與男性比較，女性的外展峰值更易受到初始接觸姿勢(shì)的影響，也就是說(shuō)，女性著地姿勢(shì)的微小變化會(huì)導(dǎo)致外展力矩發(fā)生較大改變（圖2）。

4 討論

在變向跑支撐期所發(fā)現(xiàn)的膝關(guān)節(jié)內(nèi)收-外展力矩形式與先前關(guān)于相同運(yùn)動(dòng)的報(bào)道相一致[3]。先前的研究中，只分析了女性的外展力矩?cái)?shù)據(jù)，平均化并分析了三個(gè)不連續(xù)的支撐時(shí)段，這使得直接與本研究的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較變得困難。如果我們將相同支撐時(shí)段的男性數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處理，我們可以看到平均外展力矩的值與之前的研究報(bào)道相同[4]。值得注意的是，支撐初期女性受試者的平均外展力矩顯著高于男性（見(jiàn)圖1）。這種性別之間的差異可能是造成ACL損傷的主要誘因，以下是進(jìn)一步的檢驗(yàn)。

本研究中的女受試者變向跑期間的標(biāo)準(zhǔn)化外展峰值力矩顯著高于男性。這一結(jié)果是變向跑時(shí)外展載荷存在性別差異的一個(gè)證據(jù)，這與其他運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，如跑步[5]和起跳-落地[6]中的發(fā)現(xiàn)相一致。雖然還沒(méi)有相同的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，但在正常變向跑運(yùn)動(dòng)期間增加的膝關(guān)節(jié)外展也可以稱為ACL損傷風(fēng)險(xiǎn)的一個(gè)預(yù)示，對(duì)于女性這種風(fēng)險(xiǎn)更高。

膝關(guān)節(jié)外展力矩峰值與變向跑觸地初期髖關(guān)節(jié)屈曲，內(nèi)旋位置相關(guān)，并且與后者的相關(guān)性更高。先前的研究表明[7]，在單腿下蹲和跑步運(yùn)動(dòng)中，髖關(guān)節(jié)神經(jīng)肌肉控制會(huì)影響膝關(guān)節(jié)外展運(yùn)動(dòng)和外展載荷。我們?cè)谘芯恐袥](méi)有控制初始運(yùn)動(dòng)學(xué)條件，因此也就不可能解釋產(chǎn)生這些變量與外展峰值力矩的原因以及它們之間關(guān)系的作用。通過(guò)對(duì)變向跑的正向動(dòng)力學(xué)模擬，可以選擇性的修改初始運(yùn)動(dòng)學(xué)條件，更深入的進(jìn)行了解。但是無(wú)論如何，在變向跑期間，外展峰值力矩與髖關(guān)節(jié)屈曲和內(nèi)旋轉(zhuǎn)位置之間總存在一種直接的關(guān)系。這一關(guān)系的本質(zhì)機(jī)理需要做進(jìn)一步的工作來(lái)了解。

表1 受試者基本情況統(tǒng)計(jì)

圖1 不同性別變向跑支撐期的膝關(guān)節(jié)外展力矩

圖2 不同性別變向跑支撐期的力矩參數(shù)回歸線示意圖

值得注意的是，雖然所發(fā)現(xiàn)的男女之間平均回歸斜率數(shù)據(jù)在統(tǒng)計(jì)意義上差異顯著，但這些數(shù)據(jù)在樣本間的合理變化中，兩個(gè)性別組中都很明顯（見(jiàn)圖2）。例如，一些男性，同樣其外展力矩對(duì)觸地初始髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度非常敏感，因此同樣存在潛在的有害外展力矩的風(fēng)險(xiǎn)。相反，一些女性表現(xiàn)出與之相反的結(jié)果。如果通過(guò)外展載荷機(jī)制證明觸地初期髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)位置確實(shí)與ACL損傷風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)，那么，以后對(duì)于這一關(guān)系的分析將不應(yīng)該僅僅針對(duì)女性。而且，通過(guò)這一機(jī)制，針對(duì)降低ACL損傷風(fēng)險(xiǎn)的神經(jīng)肌肉訓(xùn)練方案應(yīng)致力于加強(qiáng)男性和女性下肢肌肉力量和肌肉控制，尤其是在髖關(guān)節(jié)處。

本研究的局限性在于，在一個(gè)相對(duì)小的切角區(qū)間，將接觸初期關(guān)節(jié)角度與變向跑支撐期的外展峰值力矩相聯(lián)系。以這樣的方式來(lái)限制切角區(qū)間，對(duì)實(shí)施這些動(dòng)作的連貫性程度會(huì)產(chǎn)生影響，繼而影響到一些受試者的相關(guān)力量。考慮到初始關(guān)節(jié)角度的組間變量在不同受試者之間的差別很大（見(jiàn)圖2）。但如上文提到，一些受試者的初始接觸關(guān)節(jié)姿勢(shì)必定要更穩(wěn)定，源于增加的膝關(guān)節(jié)外展力矩對(duì)這些參數(shù)的敏感性。不管怎樣，下一步的工作將得益于在更大范圍內(nèi)的變向跑中，或者在各種運(yùn)動(dòng)任務(wù)中，對(duì)起始關(guān)節(jié)姿勢(shì)和外展力矩之間的關(guān)系的考察。

5 結(jié)論

本研究考察了變向跑接觸初期下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)特性與支撐期外展力矩之間的關(guān)系，以此來(lái)研究這些因素與男女ACL損傷風(fēng)險(xiǎn)之間的潛在關(guān)系?；诒狙芯?，得出以下結(jié)論：

(1)在變向跑支撐期，女性表現(xiàn)出比男性更高的標(biāo)準(zhǔn)化外展峰值力矩；

(2)觸地初期，髖關(guān)節(jié)屈曲、內(nèi)旋和膝關(guān)節(jié)外展位置越大，外展峰值力矩就越大；

(3)變向跑時(shí)，與男性比較，女性的外展峰值力矩更容易受觸地初期髖關(guān)節(jié)內(nèi)旋和膝關(guān)節(jié)外展偏移的影響。

(4)增加變向跑時(shí)髖關(guān)節(jié)神經(jīng)肌肉控制，可能會(huì)通過(guò)外展載荷機(jī)制降低ACL損傷的風(fēng)險(xiǎn)，尤其對(duì)于女性來(lái)說(shuō)。

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G886.9

A

2095-2813（2011）11（b）-0005-02

高宏圖（1979-），男，講師，碩士，研究方向：體育教育訓(xùn)練學(xué)。