下落在不同斜面時內置式支持帶籃球鞋對踝關節(jié)穩(wěn)定性的影響

馮 雷，宋雅偉

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下落在不同斜面時內置式支持帶籃球鞋對踝關節(jié)穩(wěn)定性的影響

馮 雷，宋雅偉

南京體育學院健康系，江蘇南京，210014。

足踝關節(jié)內翻損傷在籃球項目中十分常見，預防足踝關節(jié)內翻的高幫籃球鞋對于增加踝關節(jié)穩(wěn)定性仍存在較大的爭議。而支持帶籃球鞋在理論上具有預防足踝關節(jié)內翻的作用，但實際的情況需要通過實驗驗證。本文旨在探究同側足穿內置式支持帶籃球鞋（A）和同款的無支持帶籃球鞋（B）對足踝關節(jié)落地（60cm）穩(wěn)定性的影響。實驗法：采用12個攝像頭的VICON紅外運動捕捉系統(tǒng)和設備，用V3D軟件建立虛擬的人體落地模型，獲得落在0°/10°/15°/20°斜面上踝關節(jié)的運動學和動力學數(shù)據(jù)；研究發(fā)現(xiàn)斜面角度逐漸增加，落地階段內置式支持帶籃球鞋的（A）踝關節(jié)的穩(wěn)定性大于無支持帶籃球鞋（B），主要表現(xiàn)在落在10°和15°的斜面上，A踝關節(jié)的GRF峰值（0.16、0.14）變化小于B踝關節(jié)（0.23、0.21）；A踝關節(jié)的內收角度（19°、17°）的變化小于B踝關節(jié)（12°、16°）；研究結論：內置式支持帶籃球鞋能夠增加踝關節(jié)落地的穩(wěn)定性，且落在20°的斜面上，與B踝關節(jié)相比較A踝關節(jié)仍具有較好的穩(wěn)定性。

內置式支持帶籃球鞋；落地；踝關節(jié)；生物力學

在日常體育活動中足踝關節(jié)損傷約占體育損傷的40%[1]；足踝關節(jié)的韌帶損傷通常為韌帶的損傷，踝關節(jié)的韌帶損傷占整個踝關節(jié)損傷的75%，其中內側韌帶損傷占踝關節(jié)韌帶損傷的97%[2]。體育活動過程中踝關節(jié)（本文中足踝關節(jié)指踝關節(jié)、距跟關節(jié)、距跟舟關節(jié)以及跟骰關節(jié)）損傷高發(fā)生率項目主要是足球和籃球另外跳傘也是足踝關節(jié)損傷的高發(fā)生率項目。踝關節(jié)的損傷與落地不穩(wěn)有緊密的聯(lián)系。

1 兩種籃球鞋的功能性

1.1 高幫籃球鞋與落地穩(wěn)定性

關于足踝關節(jié)護具[3-10]的研究有很多，通過分析預防足踝關節(jié)損傷的護具以及高幫鞋子了解到，它們在預防足踝關節(jié)翻轉時依靠兩側的相對較硬的側面，在一定的程度上可以起到限制足踝關節(jié)較大幅度的運動。而職業(yè)運動員中常常用到貼扎，來預防和保護損傷的足踝關節(jié)韌帶和肌肉。有相關文獻表明，高幫籃球鞋能夠保護踝關節(jié)，減少踝關節(jié)的內翻損傷的風險值，原因在于限制關節(jié)的活動度和減少踝關節(jié)的關節(jié)力；但是也有相關的文獻指出，高幫籃球鞋和低幫籃球鞋在減少踝關節(jié)內翻損傷方面并沒有明顯的差異。相關文獻認為腓骨長短肌和脛骨前肌再落地前將會產生較大的肌電活動，該肌電活動被認為是安全落地的關鍵?？`偉杰等[11]通過比較不同高度的高幫鞋落在斜面上的運動學數(shù)據(jù)和肌電數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：鞋幫的高度與踝關節(jié)內翻角度沒有顯著的關系，同時其也不能降低踝關節(jié)翻轉的角速度；另外肌電數(shù)據(jù)顯示，高幫籃球鞋與落地前脛骨前肌和腓骨肌肌電活動減小和本體感受反饋機制的變化，上述的發(fā)現(xiàn)高幫的籃球不能保護踝關節(jié)的內翻以及踝關節(jié)的穩(wěn)定性。總之，高幫的籃球斜試圖通過顯示關節(jié)的運動來增加足踝關節(jié)的穩(wěn)定性仍存在較大的爭議。尤其是在日常的訓練中，應該充分發(fā)揮足踝關節(jié)的自我保護功能，據(jù)此來降低足踝關節(jié)損傷的風險。

1.2 一種預防足內翻的支持帶籃球鞋

通過設置3條支持帶，兩條支持帶的長軸分別垂直于距下關節(jié)和跗橫關節(jié)的內翻運動軸，第3條支持帶走向與跟腓韌帶的走向一直[12]。這種鞋子的特點是預防足踝關節(jié)內翻的同時，不影響足踝關節(jié)的外翻以及踝關節(jié)的屈伸運動。當足發(fā)生內翻時，由于支持帶的保護足踝部的軟組織并不會損傷，在該條件下，人體的自我保護意識[13]，并不會給關節(jié)產生持續(xù)性的以及強大的應力，且支持帶的最大優(yōu)勢可以將內翻的剪切應力轉化為關節(jié)的壓應力[14-15]。

2 目的以及意義

本文目的在于比較在落地過程中支持帶籃球鞋和無支持帶籃球鞋對踝關節(jié)穩(wěn)定性影響的研究。通過對側代償機制的研究探尋限制足內翻的最佳角度；定量的認識支持帶籃球鞋的對踝關節(jié)穩(wěn)定性的影響。

3 實驗方法

3.1 實驗法

實驗對象：本次實驗對象選取南京體育學院籃球專項的本科生和研究生15人（年齡23.16±3.06歲，身高1.86±0.52m，體重85.63±10.26kg），要求近一年無下肢軟組織和骨組織損傷。試驗前和實驗對象簽訂知情同意書，仔細閱讀實驗的要求以及注意事項。

實驗器材：VICON紅外捕捉系統(tǒng)，11個攝像頭，ATMI測力臺，V3D建模軟件，體重身高測試儀器，48個MARKER點，內置式足踝支持帶低幫籃球鞋和同款的無支持帶低幫籃球鞋，10°/15°/20°的斜面以及相應等高的平面，60CM高的跳臺，泳褲1件，以及雙面膠等。

圖1 實驗的整體環(huán)境，60cm跳臺，落地斜面，內置式支持帶籃球鞋以及同款的低幫籃球鞋實例圖

實驗步驟：場地（圖1）的適應和預跳：實驗對象開始試驗前充分熱身和拉伸，然后模擬實驗狀況練習2到3次；提前30min打開測力臺，打開攝像頭，空間標定，坐標原點標定，開始采集。更換裝備以及粘貼MARKER點：實驗對象更換泳褲，上身赤裸，足部穿著規(guī)定的籃球鞋，并且粘貼MARKER點，并加固。測量體重以及身高：用體質測試用的標準體重身高測試儀器，測量身高體重并記錄。靜態(tài)標定：測力臺清零后，實驗對象雙手置于胸前交叉，雙足自然分開，保持靜止狀態(tài)，采集3—5s，命名為Static文件。取下相應的容易丟失的MARKER點，進行動態(tài)的采集。放置實驗器材：將60cm的跳臺放置于2號和3號測力臺前方，間距5cm左右，放置平板和斜面，依次是0°/10°/15°/20°；平板和斜面與測力臺之間用雙面膠粘貼，固定平板和斜面。在平板和斜面上標注落地最佳區(qū)域（高度相同）。測試（3-6次）記錄落地的感覺：開始測試，實驗對象示意可以開始，實驗員開始采集，實驗對象雙手置于胸前交叉，自由落下，以落在最佳區(qū)域內，并且落地過程晃動較小，落地后下蹲到站立過程無明顯停滯，并且實驗對象的自我感覺作為成功的選取條件。給MARKER點命名，連線，截取需要的部分，運行并保存C3D文件。將C3D文件導入V3D軟件建模，獲取相應的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)的選取和處理：通過V3D建立一個完整的下肢模型，然后應用該模型，獲取下肢踝關節(jié)角度、力、力矩和地面反作用力（GRF）數(shù)據(jù)，將獲得數(shù)據(jù)通過EXCLE將15名實驗對象3次成功的數(shù)據(jù)求得平均值和標準差，GRF、關節(jié)角度、關節(jié)力以及關節(jié)力矩的Z軸正向分別表示向上、內旋、向上以及內旋力矩，X軸正向分別表示向外、背屈、向外以及背屈力矩，Y軸正向表示向前、內收、向前以及內收力矩；標準化后力的單位是“1”；關節(jié)角度的單位是“度”。

4 實驗結果與分析

4.1 落地過程中支持帶籃球鞋（A）與無支持帶籃球鞋（B）的GRF比較

表1 落地過程中GRF最大峰值表（單位“1”）

圖2 X軸方向上的GRF個例圖

圖3 Z軸方向上的GRF個例圖

在X軸方向上的GRF比較，在0°的地面上，A踝關節(jié)的力值波動小于B踝關節(jié)，B踝關節(jié)斜率大于A踝關節(jié)，且峰值后（落地緩沖階段）A踝關節(jié)的力大于B踝關節(jié)（圖2）；在10°和15°的斜面上，A踝關節(jié)力的峰值小于B踝關節(jié)（表1），且波動的幅度小于B踝關節(jié)（圖2）；在20°斜面上，A踝關節(jié)力的峰值大于B踝關節(jié)（圖2）?？傊瓵踝關節(jié)的落地穩(wěn)定性較好，落在10°和15°的斜面上，能夠降低GRF在X軸方向的力峰值，同時增加落地的穩(wěn)定性。

在Y軸方向上的GRF比較，A和B踝關節(jié)力峰值在Y軸方向上無較大差異（表1）。

在Z軸方向上的GRF比較，隨著斜面角度的增加（表1），A踝關節(jié)峰值下降的幅度（0.4）小于B踝關節(jié)（1.76）； A踝關節(jié)的GRF峰值變化相對穩(wěn)定，而B踝關節(jié)峰值逐漸下降（圖3），總之，A踝關節(jié)的落地穩(wěn)定性好于B踝關節(jié)。

4.2 A與B踝關節(jié)的角度比較

表2 落地過程中踝關節(jié)角度最大峰值表

圖4 X軸方向上的踝關節(jié)角度個例圖

騰空階段，A踝關節(jié)的角度保持在-10°到5度的范圍內，同樣情況下B踝關節(jié)角度保持在-20°到0°的范圍（圖4）；當踝關節(jié)處于背屈位時，較寬的距骨滑車前部滑入關節(jié)凹內，此時踝關節(jié)穩(wěn)定性增加。因此，A踝關節(jié)在落地時穩(wěn)定性優(yōu)于B踝關節(jié)。

從60cm高度落下，落在0°/10°/15°/20°的斜面上，A踝關節(jié)的屈伸范圍相對穩(wěn)定（17-20），而B踝關節(jié)的屈伸范圍較大（16-25）；且 10°/15°/20°斜面上A踝關節(jié)的角度峰值大與于B踝關節(jié)（表2）?？傮w來講，A踝關節(jié)的落地穩(wěn)定性較好。

騰空階段，A踝關節(jié)保持在5°到7°的范圍，同樣的情況下B踝關節(jié)保持在2°到7°的范圍（圖5）；在落地的過程中，落在 0°的地面上踝關節(jié)先發(fā)生外展再發(fā)生內收；落在斜面上踝關節(jié)先發(fā)生內收然后外展再發(fā)生內收（圖5）。因此，A踝關節(jié)在落地時穩(wěn)定性優(yōu)于B踝關節(jié)。

圖5 Y軸方向上的踝關節(jié)角度個例圖

落在0°的地面上A踝關節(jié)更快更順利的達到外展峰值，而B踝關節(jié)在外展的過程中發(fā)生短時間的停滯，達到外展峰值時間較長（圖5），相比較B踝關節(jié)在落地的過程中發(fā)生內收損傷的風險值大于A踝關節(jié)。落在斜面上B踝關節(jié)的內收峰值明顯大于A踝關節(jié)（表2），且B踝關節(jié)的內收角度大于斜面的角度，A踝關節(jié)小于斜面的角度，另外A踝關節(jié)內收的斜率小于B踝關節(jié)（圖5）；總之A踝關節(jié)能夠更好的保護踝關節(jié)，避免踝關節(jié)發(fā)生較大角度的內收。

圖6 Z軸方向上的踝關節(jié)角度個例圖

騰空階段，B踝關節(jié)的內旋角度波動范圍大于A踝關節(jié)；落在0°的地面上，踝關節(jié)先外旋再內旋；而落在斜面上A踝關節(jié)先外旋再內旋，B踝關節(jié)先內旋再外旋再內旋（圖6）；相比較下A踝關節(jié)的穩(wěn)定好于B踝關節(jié)。

總之，在X方向上，A踝關節(jié)屈曲峰值減小，在Y方向上，A踝關節(jié)的內翻小于B踝關節(jié)，在Z方向上，A踝關節(jié)的內旋峰值小于B踝關節(jié)。

4.3 A與B踝關節(jié)力值比較

表3 落地過程中踝關節(jié)關節(jié)力最大峰值表

圖7 X軸方向上的踝關節(jié)力個例圖

由表可知：在X軸上，A踝關節(jié)力峰值小于B踝關節(jié)峰值（表3）。當斜面到達20°時，A踝關節(jié)力明顯大于B踝關節(jié)（圖7）。在Y軸上，變化不明顯。在Z軸上，A踝關節(jié)落在0°/10°/15°/20°斜面上，隨著角度的增加力值并未減??；相反B踝關節(jié)的力值呈減小的態(tài)勢（表3），說明A踝關節(jié)的落地穩(wěn)定性較好。

總之，在X方向上，A踝關節(jié)受力小于B踝關節(jié)，在Z軸上，A踝關節(jié)受力的穩(wěn)定性好于B踝關節(jié)。

4.4 A與B踝關節(jié)力矩值比較

表4 落地過程中踝關節(jié)關節(jié)力矩最大峰值表

在X方向上，A踝關節(jié)的峰值變化范圍大于B踝關節(jié)（表4）。在Y軸方向上，落在0°/10°/15°的斜面上，A踝關節(jié)的力矩峰值小于B踝關節(jié)（表4）。在Z軸上，A踝關節(jié)力矩峰值小B踝關節(jié)，在20°的斜面上，B踝關節(jié)的力矩值減小明顯（表4）。

總之，在Y和Z方向上，A踝關節(jié)受到的力矩小于B踝關節(jié)，且穩(wěn)定性（值的變化范圍?。┖糜贐踝關節(jié)。

5 研究結論

（1）A踝關節(jié)Z軸方向上的GRF下降0.4，B踝關節(jié)下降1.76；額狀面內A踝關節(jié)的受力峰值小于B踝關節(jié)（0.3-1.42）；所以支持帶鞋子A對于維持踝關節(jié)的穩(wěn)定好于無支持帶鞋子B。

（2）A踝關節(jié)落地階段的內收峰值小于B踝關節(jié)（3.71-4.41）；與無支持帶鞋子B相比較，落在地面和斜面上支持帶鞋子A能夠減小踝關節(jié)內收和內旋的角度。

（3）無支持帶鞋子B落在20°的斜面上，各項力學數(shù)據(jù)減小明顯；但支持帶鞋子A的各項力學數(shù)據(jù)變化不明顯。其中Z軸方向的B踝關節(jié)峰值力下降接近30，而A踝關節(jié)下降約5。

總之，在落地的過程中，有支持帶籃球鞋對應的踝關節(jié)內收峰值、內收力和力矩小于無支持帶籃球鞋對應的同側踝關節(jié)。

[1] MeachamBP, GranataJD, BerletGC. Tenodesisreconstruction forchronicankleinstability: graftconsiderrations and structures at risk with tunnel placement. Foot Ankle Spac.2012, 5(06): 378~381.

[2] Kelley E . Farwell, cameron J Powden. The Effectiveness of Prophylactic ankle braces in reducing the incidence of Acute Ankle Injuries in Adolescent Athletes: A Critically Appraised Topic[J]. Journal of sport rehabilitation, 2013, 22, 137~142.

[3] 毛賓堯，劉明廷，等.距跟關節(jié)的內穩(wěn)定結構和不穩(wěn)矯正[J].臨床骨科雜志，1999，1（2）.

[4] 戴海飛，余 斌，等.踝關節(jié)周圍韌帶損傷對距骨穩(wěn)定性影響的有限元分析[J].中國骨與關節(jié)損傷雜志，2012，27（02）：121~124.

[5] 劉紹江.踝關節(jié)外側韌帶維持踝關節(jié)穩(wěn)定性的生物力學研究[D].四川大學，2007.

[6] 張 凱.距下關節(jié)韌帶的解剖學和生物力學特性研究進展[J].中國臨床解剖學雜志.2004（01）.

[7] 李世昌.運動解剖學[M].高等教育出版社，2006.

[8] 柏樹令，應大君.系統(tǒng)解剖學[M].人民衛(wèi)生出版社，2012.

[9] 王家宏.球類運動—籃球[M].高等教育出版社，2009（2）.

[10] Chu VWS,Fong DTB,Chan YY,et al.Differentiation of ankle sprain motion and common sporting Motion by ankle inversion velocity[j].Biomech, 2010, 43(10): 2035~2038.

[11] 郭國新，等.踝關節(jié)內翻的有限元力學分析[J].中國組織工程研究，2012（06）：26~16.

[12] 馮 雷，錢競光，宋雅偉，等. 關于一種預防足內翻的鞋子探究[J].四川體育科學.2017，36（03）：40~44.

[13] Tiffany Switlick,Thomas W. Kernozek and Stacey Meardon. Differences in Joint-PositionSense and Vibratory Threshold in Runners With and Without a History of Overuse Injury[J].Journal of Sport Rehabilitation, 2015, 24, 6~12.

[14] 哈爾濱理工大學理論力學教研室.理論力學（Ⅰ）[M].北京：高等教育出版社，第七版.

[15] 錢競光，宋雅偉，等.運動康復生物力學[M].北京：人民體育出版社，2008.

The Eeffect of Built-in Support with Basketball Shoes on the Stability of Ankle Joints in Different Slopes

FENG Lei, SONG Yawei

Dept. of Health, Nanjing Sport University, Nanjing Jiangsu, 210014, China.

The inversion sprain of ankle is common in basketball ,many scholar say more research is need about the controversial high-top basket-shoes . In theory it can make for the stability of the ankle that the low-top basketball shoes of built-in band is been used in landing . But the shoe is not been used in practice . This paper aims to find the influence between the low-top basketball shoes with or without built-in band and the stability of the foot-ankle in landing（60cm）. This paper uses the literature method and experimentation. the research status on landing and foot-ankle was found through the literature.12 VICON cameras , 2 AMTI force platform and V3D ware applied to the experiment that a model about virtual lower limb was been built. The kinematics and dynamics data is from the model. The result show that stability of A-ankle is better than B-ankle with slope degree increase. GRF peak value（0.16、0.14）of A-ankle is more than B-ankle（0.23、0.21）. The A-ankle angle of adduction（19°、17°）is less than B-ankle（12°、16°）. The conclution show that the low-top basketball shoes of built-in band can supply ankle to a stronger stability. When the foot fell on 10 ° / 15 ° incline, it can reduce the ankle force on the frontal axis. When the incline degree is add to 20°,A-ankle still has stronger stability than B-ankle.

The low-top basketball shoes of built-in band; Landing; Ankle; Biomichanics

1007―6891（2017）06―0031―05

10.13932/j.cnki.sctykx.2017.06.08

G841

A

2017-03-21

2017-09-20

國家自然科學基金31270998項目資助；江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計劃項目（省立校助），項目編號：KYLX15_1031。