女子籃球運動員運球側切對膝關節(jié)負荷的影響研究

竇金柱，劉云發(fā)，李正彬，尹 松

（東北師范大學體育學院，吉林 長春 130024）

女子籃球運動員運球側切對膝關節(jié)負荷的影響研究

竇金柱，劉云發(fā)，李正彬，尹 松

（東北師范大學體育學院，吉林 長春 130024）

目的 ：探討女子籃球運動員運球側切對膝關節(jié)負荷的影響，以了解造成前交叉韌帶（ACL）損傷的風險因素。方法 ：使用 Vicon motion System 紅外攝像系統(tǒng)（ 200HZ）、Kistler 測力臺（1000HZ）以及 Noraxon 生物電信號采集系統(tǒng)（1000HZ）收集 15 名二級女子籃球運動員運球側切動作支撐期的資料 ；Visual 3D 軟件計算膝關節(jié)角度和力矩 ；Noraxon 軟件計算肌肉活動 ，所有參數(shù)進行配對樣本 t檢驗。結果 ：在支撐緩沖前 20% 階段，運球女子運動員膝關節(jié)的屈曲、外翻角度峰值、外翻力矩及旋轉力矩峰值、股四頭肌和腘繩肌的共同收縮比值大于不運球的運動員，膝關節(jié)旋轉角度和膝關節(jié)屈曲/伸展力矩并沒有差異。結論：女子籃球運動員在進行運球側切時，膝關節(jié)承受較大的關節(jié)負荷，這可能是造成ACL損傷的原因。

女子籃球運動員 ；前交叉韌帶（ACL）；膝損傷 ；側切

前交叉韌帶（ACL）損傷是一種常見的創(chuàng)傷性膝關節(jié)損傷。在美國每年發(fā)生約80 000例ACL損傷，大約 有50 000 例 需 要 手術 重 建，耗 資 近 十億 美 元[1]。約70%的ACL損傷發(fā) 生在非接 觸性的情況下[2]，特 別是在突然地改變方向或者減速緩沖時，如側切。研究發(fā)現(xiàn)女子運動員非接觸ACL損傷發(fā)生率是男子的5～7倍[3]。當快 速行 進 急停 并 側切 變向時，膝關節(jié)內(nèi)外 翻、旋轉以及突然減速的制動力量等因素都可能會造成ACL的損傷[4]。

盡管有大量的ACL損傷研究，但是關于ACL損傷的確切機制仍然沒有準確答案。大多數(shù)ACL損傷預防相關的生物力學研究多集中在解剖因素、支撐站立腿的運動學因素和神經(jīng)肌肉因素的性別差異上。而這些研究都是在沒有限制運動員手臂活動的情況下進行的。運動員在空中、落地和平衡活動的不同情況中對手臂的運動會有不同的限制。在一些特定的項目中，如體操、自由式跳臺滑雪，運動員可以自由地使用手臂來輔助平衡。其他的運動項目也會有約束單臂或雙臂來持球、球棒或球拍。在這種情況下，手臂的運動變化可能會影響膝關節(jié)負荷。Cowling 和Steele1[5]對 澳 大利亞網(wǎng)球運 動員的研 究發(fā)現(xiàn)，運動員接球后以單腳落地支撐，因為手臂的限制引起股四頭腘繩肌激活模式的改變產(chǎn)生了較高的脛骨前向剪切力，因為上肢活動的限制影響了關節(jié)周圍肌肉穩(wěn)定關節(jié)的收縮機制，而增加了ACL的損傷幾率。Chaudhari[6]研究發(fā)現(xiàn)，在側切運動時，手持曲棍球桿以及與支撐腳同側的手臂持橄欖球的運動員比沒有持桿及異側持橄欖球的運動員表現(xiàn)出更大的膝關節(jié)外翻力矩，同側手臂的限制影響了運動員的身體平衡，增加了膝關節(jié)的異常運動，因而增加了ACL損傷風險。

側切動作是籃球運動中常見的進攻技術，并且具有較高的ACL損傷發(fā)生率[7]。同時，籃球運動需要運動員進行運球，因此，了解籃球運球側切是否也會導致肌肉協(xié)調(diào)和膝關節(jié)負荷產(chǎn)生上述相似變化，對于了解前交叉韌帶的損傷具有重要的意義。由于觸地支撐的前20%階段被認為是前交叉韌帶損傷的重要階段[8]，因此本研究選取前20%階段進行分析，比較二級女子籃球運動員在運球和不運球側切時膝關節(jié)的負荷變化，了解女子籃球運動員在側切過程中是否因運球限制了上肢活動，增加了膝關節(jié)負荷，造成ACL損傷。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象以女子籃球運動員運球側切對膝關節(jié)負荷的影響為研究對象。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料法 通過中國知網(wǎng)以“前交叉韌帶”“損傷”“側切”為主題詞進行相關檢索，共檢索文獻27篇，通過pubmed數(shù)據(jù)庫以“anterior cruciate ligament or ACL”“injuries or injury”“Sports or sports or sport or athletes or athletes or athlete”“cutting or sidestep”進行檢索，共檢索文獻195篇，對查閱的相關文獻進行篩查、總結、歸納和分析，為本研究的順利開展提供理論依據(jù)。

1.2.2 實驗法 以15名二級女子籃球運動員為實驗對象。受試者均沒有下肢關節(jié)損傷或手術史、背部受傷或疼痛（表1）。

表1 受試者基本資料

1.2.2.1 實驗時間與地點 2017年3月至5月，泰山醫(yī)學院生物力學實驗室。

1.2.2.2 實驗儀器及設備 Vicon紅外攝 像頭6個 (Vicon MX series, c T-20S, Oxford Metrics,UK)，2塊40×60cm的測力臺(9286BA,Kistler Corporation,Switzerland)，Noraxon生物電遙測采集系統(tǒng)，V3D(C-Motion,Inc.,Germantown,MD,USA)數(shù)據(jù)處理軟件，spss17.0統(tǒng)計軟件；筆記本電腦、酒精、棉簽、剃毛器、剪刀、壓敏膠帶、細砂紙、兩面膠、插排等。

1.2.2.3 實驗步驟 1）校驗實驗儀器，紅外攝像頭（200Hz）、測力臺(1000Hz)和Noraxon(1000Hz)生物電信號采集系統(tǒng)進行同步。

2）測量受試者身高、體重、左右髂前上棘的寬度、膝關節(jié)寬度、踝關節(jié)寬度。

3）粘貼反光球與電極片：反光球粘貼于肩峰、第七頸椎棘突、髂前/后上棘、股骨大轉子、膝、踝關節(jié)、足跟、第一和第五跖骨粗隆(見圖1)；電極貼放于股外側肌、股內(nèi)側肌、股二頭肌、半腱肌肌腹處且平行于肌纖維走向（間隔20mm）。

4）受試者進行10min的熱身和整理活動。

5）采集受試者自然解剖位置的靜態(tài)站立動作，以建立身體各環(huán)節(jié)在實驗室中的坐標。

6）動態(tài)實驗動作采集：受試者按要求進行運球和不運球側切。離測力臺5m處開始助跑，用非優(yōu)勢腿觸及力臺，然后優(yōu)勢腿向90°的位置進行變向，并繼續(xù)跑幾步后緩沖停止。每次側切要求運動員進行3次練習，側切實驗中運動的速度達到2～3m/s,認為此次測試成功。運動速度的監(jiān)控與McLean[9]的方法相一致。通過測試采集的5次視頻中選取3次成功視頻進行分析。

優(yōu)勢腿的定義以常用踢足球的腿[10]，所有的受試者均以右側為優(yōu)勢腿，把非優(yōu)勢腿作為運動支撐腿是因為ACL重建的外科手術肢體多來自非優(yōu)勢腿[11]。

1.2.3 數(shù)理統(tǒng)計法 Visual3D軟件(C-Motion，Inc. Germantown，MD,USA)處理反光球在空間中的運動軌跡及測力臺數(shù)據(jù)，運動學進行截止頻率為7Hz的低通濾波處理，測力臺資料使用50Hz的低通濾波進行處理，計算膝關節(jié)角度和關節(jié)力矩。關節(jié)力矩用體重進行標準化。支撐期的股外側肌、股內(nèi)側肌、股二頭肌、半腱肌肌電信號用Noraxon軟件對數(shù)據(jù)進行10～400Hz的帶通濾波處理，全波整流，截止頻率為10Hz的低通濾波進行平滑處理，進行線性包絡，求取肌肉的共同收縮比。肌電數(shù)據(jù)用活動峰值進行標準化處理。所有參數(shù)進行配對樣本t檢驗，顯著性水平定義為0.05。

圖1 反光球粘貼位置（正、背）示意

2 結 果

表2呈現(xiàn)的是支撐緩沖前20%階段膝關節(jié)負荷峰值變化情況以及關節(jié)肌肉的共同收縮比值。在支撐緩沖的前20%階段，運球的女子運動員膝關節(jié)的屈曲、外翻角度峰值顯著大于不運球的女子運動員（P=0.022；0.028）。在膝關節(jié)的旋轉角度上并沒有發(fā)現(xiàn)差異（P=0.735）。動力學方面，運球的女子籃球運動員表現(xiàn)出的外翻力矩峰值以及旋轉力矩峰值大于不運球的運動員（-0.66 (0.32) vs-0.52(0.31)Nm/kg、P=0.017，0.51(0.28) vs.0.28(0.23)Nm/kg、P=0.001），而在膝關節(jié)屈曲/伸展力矩上不存在差異（P=0.203）。運球的女子籃球運動員與不運球的運動員之間在股四頭肌和腘繩肌的共同收縮比值上存在差異，運球的女子籃球運動員的共同收縮比值顯著大于不運球的運動員（3.94vs3.58、P=0.037）。

表2 側切動作膝關節(jié)角度、關節(jié)力矩及肌肉活動結果

3 討論與分析

研究結果發(fā)現(xiàn)，女子籃球運動員在進行側切時，運球和不運球的情況對膝關節(jié)運動學、動力學以及肌肉活動會有影響。準確地來講，女子籃球運動員在運球側切時，比起不運球的運動員而言，表現(xiàn)出更大的膝關節(jié)外翻角度、屈曲角度，以及在支撐的前20%會有更大的膝關節(jié)的外翻力矩和旋轉力矩（表2）。而且在支撐階段的前20%階段，運球與不運球的女子運動員都表現(xiàn)出膝關節(jié)的外翻角度、膝關節(jié)的外翻力矩與旋轉力矩，這些因素都是ACL損傷的潛在風險因素。這與早期Boden[8]的研 究結果 相似，緩沖支撐的前20%階段是前交叉韌帶損傷的重要階段，并且膝關節(jié)的角度都小于40°。

本研究中運球與不運球的女子籃球運動員的關節(jié)屈曲角度分別為38.45°和36.73°。膝關節(jié)屈曲角度的減小會增加ACL的傾斜角(elevation angle)和偏向角(deviation angle)，因而會使ACL負荷增加。因為，ACL所受到的合力等于其受到的前向剪切力除以傾斜角和偏向角的余弦[12]。因此，在前交叉韌帶受到前向剪切力一定的情況下，傾斜角和偏向角越大，ACL承擔的負荷也越大。

Arms[13]發(fā)現(xiàn)，膝關節(jié)彎曲角度在0°～45°之間時，股四頭肌的收縮能對ACL產(chǎn)生較大的拉力?？梢娮阌|地支撐以及之后，膝關節(jié)屈曲定位在某一個角度時，股四頭肌收縮可能會拉傷前交叉韌帶，并且增大膝關節(jié)的屈曲角度，可能會降低ACL損傷風險。在支撐腳觸地支撐的時候，膝關節(jié)剛好處于對ACL的牽拉位置。因此本研究中女子籃球運動員表現(xiàn)出較小的屈曲角度（<40°），增加了ACL負荷，促進了損傷發(fā)生。

在支撐期的前20%階段，無論運球與不運球，女子籃球運動員都出現(xiàn)膝關節(jié)外翻位，并且承受膝關節(jié)的外翻力矩。研究中運球與不運球的運動員表現(xiàn)出了不同的下肢生物力學，表明運球與不運球的側切方式有不同的特征，并且損傷機制可能會與上肢的位置有關。有研究指出膝關節(jié)外翻是ACL損傷的危險體位，而且膝關節(jié)外翻力矩對預測ACL損傷的特異性和敏感度達到73%與78%，準確率將近 90%[4]。

由于外在地面反作用力的作用，造成觸地支撐膝關節(jié)的明顯外翻，從而產(chǎn)生內(nèi)在肌肉的制衡作用，造成了膝關節(jié)外翻力矩的增加。然而從Hewett的觀點來看，即使沒有運球的女子籃球運動員也會增加受傷的風險，本研究中她們也表現(xiàn)出了膝外翻肢位。因此，無論運動員運球與不運球，她們似乎都會增加損傷風險。

Olsen研究指出：側切動作發(fā)生ACL損傷時，膝關節(jié)外 翻角度 為5～20°[7]。本 研 究中運 球 的 女子籃 球 運動員膝關節(jié)外翻角為5.3°，結果說明與ACL損傷有關聯(lián)，雖然沒有運球的運動員的關節(jié)角度小于5°，但是也處于ACL損傷的邊緣。運動中膝關節(jié)外翻會增加關節(jié)韌帶結構應變，這樣就促進了籃球運動中ACL損傷的發(fā)生。在膝關節(jié)的屈曲力矩方面運球與不運球的女子籃球運動員之間并沒有呈現(xiàn)差異，這與早期的研究結果 相矛盾[14]，這可能與本 研 究測試 動作的變向角度不同有關。

膝關節(jié)股四頭肌與腘繩肌共同收縮的主要目的是控制關節(jié)的穩(wěn)定。腘繩肌的肌肉活動對膝關節(jié)的正常功能發(fā)揮具有重要的作用，其通過抵抗脛骨前移和內(nèi)/外翻力以維持膝關節(jié)的動態(tài)穩(wěn)定。而且，股四頭肌和腘繩肌收縮加上肌肉固有的外翻和內(nèi)收力臂有能力維持冠狀面膝關節(jié)動態(tài)穩(wěn)定[15]。

因此，股四頭肌與腘繩肌平衡收縮可以很好地控制膝關節(jié)穩(wěn)定，防止ACL損傷。本研究中，運球的女子籃球運動員的股四頭肌與腘繩肌的共同收縮比值顯著大于沒有運球的運動員，與沒有運球的運動員相比，運球的運動員側切時，這種較弱的腘繩肌的收縮活動制約著股四頭肌收縮引起的脛骨前移的保護機制不足，控制關節(jié)內(nèi)/外翻的能力降低。

這樣，運球側切產(chǎn)生的脛骨前向剪切力要大于沒有運球的運動員產(chǎn)生的前向剪切力，再加上運球側切時更大的膝關節(jié)外翻、內(nèi)旋力矩，使得女子籃球運動員的ACL承受極大的力量，處于極度緊張狀態(tài)，就會很容易造成ACL損傷的發(fā)生。

綜上結果可以看出，運球的運動員在完成側切時比沒有運球的運動員ACL承受更大的負荷，而且運球的運動員表現(xiàn)出更容易造成ACL損傷的動作特征和肌肉活動。因此在制訂預防ACL損傷的訓練計劃時要把籃球運動自身特點考慮在內(nèi)。

4 結論與建議

4.1 結論女子籃球運動員在進行運球側切時，膝關節(jié)表現(xiàn)出更大的外翻體位和膝關節(jié)的內(nèi)旋角、外翻力矩以及較大的H:Q值?；@球運動員在運球時會降低身體重心位置，加強控球與防守，就會使膝關節(jié)的屈曲角度增加，而膝關節(jié)屈曲角度的增加促進了關節(jié)的外翻運動，同時側切變向造成關節(jié)旋轉以及顯著股四頭肌的活動，造成膝關節(jié)的穩(wěn)定性降低、外翻松弛，進而增加ACL負荷，促進了女子籃球運動員ACL的損傷。研究中有些運動員在觸地支撐期出現(xiàn)內(nèi)翻變化，表示觸地支撐時的動作技巧因人而異，后續(xù)研究需要對運動員的訓練水平與身體素質進行一定的控制，以進行合理探討。

4.2 建議加強女子籃球運動員變向動作的神經(jīng)肌肉控制訓練，促進肌肉收縮平衡。另外，女子運動員要盡量增加觸地支撐時的髖、膝關節(jié)屈曲角度，避免過度的關節(jié)旋轉和外翻,這對預防女子籃球運動員ACL韌帶損傷的發(fā)生是非常有必要的。

[1] Arendt E A. Anterior cruciate ligament injuries [J]. Current Womens Health Reports, 2002, 1(3):211-217.

[2] Griffin L, Agel J M, Arendt E, et al. Noncontact anterior cruciate ligament injuries: risk factors and prevention strategies[J].Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons, 2000, 8(3):141-50.

[3] Arendt E, Dick R. Knee Injury Patterns Among Men and Women in Collegiate Basketball and Soccer NCAA Data and Review of Literature[J]. American Journal of Sports Medicine, 1995, 23(6):694-701.

[4] Hewett T. Biomechanical measures of neuromuscular control and valgus loading of the knee predict anterior cruciate ligament injury risk in female athletes: a prospective study[J]. American Journal of Sports Medicine, 2005, 33(4):492-501.

[5] Cowling E J, Steele J R .The effect of upperlimb motion on lower-limb muscle synchrony. Implications for anterior cruciate ligament injury [J].Journal of Bone & Joint Surgery American Volume,2001, 83(1):35.

[6] Chaudhari A M, Hearn B K, Andriacchi T P. Sport-dependent variations in arm position duringsingle-limb landing influence knee loading: implications for anterior cruciate ligament injury[J]. The American Journal of Sports Medicine, 2005, 33(6):824-830.

[7] Olsen O E, Myklebust G, Engebretsen L, et al. Injury mechanisms for anterior cruciate ligament injuries in team handball: a systematic video analysis[J]. American Journal of Sports Medicine, 2004, 32(4):1002-12.

[8] Boden B P, Dean G S, Jr F J, et al. Mechanisms of anterior cruciate ligament injury[J]. Orthopedics, 2000, 23(6):7-8.

[9] Mclean S G, Huang X, Su A, et al. Sagittal plane biomechanics cannot injure the ACL during sidestep cutting [J].Clinical Biomechanics, 2004, 19(8):828-838.

[10] Greenberger H B, Paterno M V. Relationship of knee extensor strength and hopping test performance in the assessment of lower extremity function [J].Journal of Orthopaedic & Sports Physical Therapy, 1995, 22(5):202-206.

[11] Bjornaraa J, Di F R. Knee kinematics following ACL reconstruction in females; the effect of vision on performance during a cutting task[J]. International Journal of Sports Physical Therapy, 2011, 6(4):71-84.

[12] 劉卉 , 蘇玉林 , 于冰 . 非接觸性前交叉韌帶損傷特點及機制的研究進展 [J]. 醫(yī)用生物力學 , 2008, 23(3):240-247.

[13] Arms S W, Pope M H, Johnson R J, et al .The biomechanics of anterior cruciate ligament rehabilitation and reconstruction [J]. American Journal of Sports Medicine, 1984, 12(1):8-18.

[14] 詹明昇 . 運球側向跨步切入動作對女子籃球員膝蓋即負荷的影響 [D]. 臺北 . 臺灣師范大學，2009.

[15] Lloyd D G, Buchanan T S. Strategies of muscular support of varus and valgus isometric loads at the human knee.[J]. Journal of Biomechanics, 2001, 34(10):1257-1267.

[16] Vescovi JD, Vanheest JL. Effects of an anterior cruciate ligament injury prevention program on performance in adolescent female soccer player [J]. Scand J Med Sci Sports, 2010, 20(3): 394-402.

[17] 周長敬 , 劉卉 , 李翰君 , 等 . 前交叉韌帶損傷預防手段研究進展 [J]. 中國運動醫(yī)學雜志 , 2015(1):82-90.

[18] Myer G D, Ford K R, Palumbo J P, et al. Neuromuscular training improves performance and lower-extremity biomechanics in female athletes. [J]. Journal of Strength & Conditioning Research, 2005, 19(1):51-60.

The Inf l uence of Dribble on Knee Loads during Sidestep Cutting for Female Basketball Athletes

DOU Jin-zhu，LIU Yun-fa，LI Zheng-bin，YIN Song
(School of Physical Education, Northeast Normal University, Changchun 130024, Jilin China)

To identify the effect of dribble on knee loads and get to know what impact would have on the risk of non-contact anterior cruciate ligament injury. Methods: Fifteen healthy female collegiate basketball athletes performed sidestep cutting maneuvers, while vicon motion system(200Hz), Kistler force plate (1000Hz) and Noraxon electromyographic capture system(1000Hz) were recorded during the phase of side-step cutting. Using Visual 3D software and Noraxon, 3D joint angles and, knee moment and electromyographic data were calculated. Paired-samples T test were used to detect signif i cant difference of the variables. Findings: Female athletes hold a ball displayed a greater peak knee f l exor angle, knee abduction, a great knee abduction and internal rotation moment and greater H: Q co-contraction levels during early deceleration than the athletes without. No differences were noted for the athletes at knee internal rotation angle and knee f l exion/ extension moment. Conclusions: The dribble was associated with knee loads that can increase the risk of ACL injury.

female basketball athletes; anterior cruciate ligament; knee injury; sidestep cutting

G804.2

A

1004 - 7662(2017 )03- 0088-05

2016-12-01

竇金柱，碩士研究生，研究方向:運動醫(yī)學。通信作者：劉云發(fā)。