下落在不同斜面時(shí)內(nèi)置式支持帶籃球鞋對(duì)踝關(guān)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(shí)內(nèi)置式支持帶籃球鞋對(duì)踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性的影響

馮 雷，宋雅偉

南京體育學(xué)院健康系，江蘇南京，210014。

足踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻損傷在籃球項(xiàng)目中十分常見，預(yù)防足踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻的高幫籃球鞋對(duì)于增加踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性仍存在較大的爭(zhēng)議。而支持帶籃球鞋在理論上具有預(yù)防足踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻的作用，但實(shí)際的情況需要通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本文旨在探究同側(cè)足穿內(nèi)置式支持帶籃球鞋（A）和同款的無支持帶籃球鞋（B）對(duì)足踝關(guān)節(jié)落地（60cm）穩(wěn)定性的影響。實(shí)驗(yàn)法：采用12個(gè)攝像頭的VICON紅外運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)和設(shè)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(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)；研究發(fā)現(xiàn)斜面角度逐漸增加，落地階段內(nèi)置式支持帶籃球鞋的（A）踝關(guān)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(guān)節(jié)的GRF峰值（0.16、0.14）變化小于B踝關(guān)節(jié)（0.23、0.21）；A踝關(guān)節(jié)的內(nèi)收角度（19°、17°）的變化小于B踝關(guān)節(jié)（12°、16°）；研究結(jié)論：內(nèi)置式支持帶籃球鞋能夠增加踝關(guān)節(jié)落地的穩(wěn)定性，且落在20°的斜面上，與B踝關(guān)節(jié)相比較A踝關(guān)節(jié)仍具有較好的穩(wěn)定性。

內(nèi)置式支持帶籃球鞋；落地；踝關(guān)節(jié)；生物力學(xué)

在日常體育活動(dòng)中足踝關(guān)節(jié)損傷約占體育損傷的40%[1]；足踝關(guān)節(jié)的韌帶損傷通常為韌帶的損傷，踝關(guān)節(jié)的韌帶損傷占整個(gè)踝關(guān)節(jié)損傷的75%，其中內(nèi)側(cè)韌帶損傷占踝關(guān)節(jié)韌帶損傷的97%[2]。體育活動(dòng)過程中踝關(guān)節(jié)（本文中足踝關(guān)節(jié)指踝關(guān)節(jié)、距跟關(guān)節(jié)、距跟舟關(guān)節(jié)以及跟骰關(guān)節(jié)）損傷高發(fā)生率項(xiàng)目主要是足球和籃球另外跳傘也是足踝關(guān)節(jié)損傷的高發(fā)生率項(xiàng)目。踝關(guān)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(guān)于足踝關(guān)節(jié)護(hù)具[3-10]的研究有很多，通過分析預(yù)防足踝關(guān)節(jié)損傷的護(hù)具以及高幫鞋子了解到，它們?cè)陬A(yù)防足踝關(guān)節(jié)翻轉(zhuǎn)時(shí)依靠?jī)蓚?cè)的相對(duì)較硬的側(cè)面，在一定的程度上可以起到限制足踝關(guān)節(jié)較大幅度的運(yùn)動(dòng)。而職業(yè)運(yùn)動(dòng)員中常常用到貼扎，來預(yù)防和保護(hù)損傷的足踝關(guān)節(jié)韌帶和肌肉。有相關(guān)文獻(xiàn)表明，高幫籃球鞋能夠保護(hù)踝關(guān)節(jié)，減少踝關(guān)節(jié)的內(nèi)翻損傷的風(fēng)險(xiǎn)值，原因在于限制關(guān)節(jié)的活動(dòng)度和減少踝關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)力；但是也有相關(guān)的文獻(xiàn)指出，高幫籃球鞋和低幫籃球鞋在減少踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻損傷方面并沒有明顯的差異。相關(guān)文獻(xiàn)認(rèn)為腓骨長(zhǎng)短肌和脛骨前肌再落地前將會(huì)產(chǎn)生較大的肌電活動(dòng)，該肌電活動(dòng)被認(rèn)為是安全落地的關(guān)鍵?？`偉杰等[11]通過比較不同高度的高幫鞋落在斜面上的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)和肌電數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：鞋幫的高度與踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻角度沒有顯著的關(guān)系，同時(shí)其也不能降低踝關(guān)節(jié)翻轉(zhuǎn)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(dòng)減小和本體感受反饋機(jī)制的變化，上述的發(fā)現(xiàn)高幫的籃球不能保護(hù)踝關(guān)節(jié)的內(nèi)翻以及踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性。總之，高幫的籃球斜試圖通過顯示關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)來增加足踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性仍存在較大的爭(zhēng)議。尤其是在日常的訓(xùn)練中，應(yīng)該充分發(fā)揮足踝關(guān)節(jié)的自我保護(hù)功能，據(jù)此來降低足踝關(guān)節(jié)損傷的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 一種預(yù)防足內(nèi)翻的支持帶籃球鞋

通過設(shè)置3條支持帶，兩條支持帶的長(zhǎng)軸分別垂直于距下關(guān)節(jié)和跗橫關(guān)節(jié)的內(nèi)翻運(yùn)動(dòng)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(diǎn)是預(yù)防足踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻的同時(shí)，不影響足踝關(guān)節(jié)的外翻以及踝關(guān)節(jié)的屈伸運(yùn)動(dòng)。當(dāng)足發(fā)生內(nèi)翻時(shí)，由于支持帶的保護(hù)足踝部的軟組織并不會(huì)損傷，在該條件下，人體的自我保護(hù)意識(shí)[13]，并不會(huì)給關(guān)節(jié)產(chǎn)生持續(xù)性的以及強(qiáng)大的應(yīng)力，且支持帶的最大優(yōu)勢(shì)可以將內(nèi)翻的剪切應(yīng)力轉(zhuǎn)化為關(guān)節(jié)的壓應(yīng)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(duì)踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性影響的研究。通過對(duì)側(cè)代償機(jī)制的研究探尋限制足內(nèi)翻的最佳角度；定量的認(rèn)識(shí)支持帶籃球鞋的對(duì)踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性的影響。

3 實(shí)驗(yàn)方法

3.1 實(shí)驗(yàn)法

實(shí)驗(yàn)對(duì)象：本次實(shí)驗(yàn)對(duì)象選取南京體育學(xué)院籃球?qū)ｍ?xiàng)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(yàn)前和實(shí)驗(yàn)對(duì)象簽訂知情同意書，仔細(xì)閱讀實(shí)驗(yàn)的要求以及注意事項(xiàng)。

實(shí)驗(yàn)器材：VICON紅外捕捉系統(tǒng)，11個(gè)攝像頭，ATMI測(cè)力臺(tái)，V3D建模軟件，體重身高測(cè)試儀器，48個(gè)MARKER點(diǎn)，內(nèi)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(yīng)等高的平面，60CM高的跳臺(tái)，泳褲1件，以及雙面膠等。

圖1 實(shí)驗(yàn)的整體環(huán)境，60cm跳臺(tái)，落地斜面，內(nèi)置式支持帶籃球鞋以及同款的低幫籃球鞋實(shí)例圖

實(shí)驗(yàn)步驟：場(chǎng)地（圖1）的適應(yīng)和預(yù)跳：實(shí)驗(yàn)對(duì)象開始試驗(yàn)前充分熱身和拉伸，然后模擬實(shí)驗(yàn)狀況練習(xí)2到3次；提前30min打開測(cè)力臺(tái)，打開攝像頭，空間標(biāo)定，坐標(biāo)原點(diǎn)標(biāo)定，開始采集。更換裝備以及粘貼MARKER點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)對(duì)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(diǎn)，并加固。測(cè)量體重以及身高：用體質(zhì)測(cè)試用的標(biāo)準(zhǔn)體重身高測(cè)試儀器，測(cè)量身高體重并記錄。靜態(tài)標(biāo)定：測(cè)力臺(tái)清零后，實(shí)驗(yàn)對(duì)象雙手置于胸前交叉，雙足自然分開，保持靜止?fàn)顟B(tài)，采集3—5s，命名為Static文件。取下相應(yīng)的容易丟失的MARKER點(diǎn)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的采集。放置實(shí)驗(yàn)器材：將60cm的跳臺(tái)放置于2號(hào)和3號(hào)測(cè)力臺(tái)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(cè)力臺(tái)之間用雙面膠粘貼，固定平板和斜面。在平板和斜面上標(biāo)注落地最佳區(qū)域（高度相同）。測(cè)試（3-6次）記錄落地的感覺：開始測(cè)試，實(shí)驗(yàn)對(duì)象示意可以開始，實(shí)驗(yàn)員開始采集，實(shí)驗(yàn)對(duì)象雙手置于胸前交叉，自由落下，以落在最佳區(qū)域內(nèi)，并且落地過程晃動(dòng)較小，落地后下蹲到站立過程無明顯停滯，并且實(shí)驗(yàn)對(duì)象的自我感覺作為成功的選取條件。給MARKER點(diǎn)命名，連線，截取需要的部分，運(yùn)行并保存C3D文件。將C3D文件導(dǎo)入V3D軟件建模，獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)的選取和處理：通過V3D建立一個(gè)完整的下肢模型，然后應(yīng)用該模型，獲取下肢踝關(guān)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(shí)驗(yàn)對(duì)象3次成功的數(shù)據(jù)求得平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，GRF、關(guān)節(jié)角度、關(guān)節(jié)力以及關(guān)節(jié)力矩的Z軸正向分別表示向上、內(nèi)旋、向上以及內(nèi)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(nèi)收、向前以及內(nèi)收力矩；標(biāo)準(zhǔn)化后力的單位是“1”；關(guān)節(jié)角度的單位是“度”。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)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(gè)例圖

圖3 Z軸方向上的GRF個(gè)例圖

在X軸方向上的GRF比較，在0°的地面上，A踝關(guān)節(jié)的力值波動(dòng)小于B踝關(guān)節(jié)，B踝關(guān)節(jié)斜率大于A踝關(guān)節(jié)，且峰值后（落地緩沖階段）A踝關(guān)節(jié)的力大于B踝關(guān)節(jié)（圖2）；在10°和15°的斜面上，A踝關(guān)節(jié)力的峰值小于B踝關(guān)節(jié)（表1），且波動(dòng)的幅度小于B踝關(guān)節(jié)（圖2）；在20°斜面上，A踝關(guān)節(jié)力的峰值大于B踝關(guān)節(jié)（圖2）。總之A踝關(guān)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(shí)增加落地的穩(wěn)定性。

在Y軸方向上的GRF比較，A和B踝關(guān)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(guān)節(jié)峰值下降的幅度（0.4）小于B踝關(guān)節(jié)（1.76）； A踝關(guān)節(jié)的GRF峰值變化相對(duì)穩(wěn)定，而B踝關(guān)節(jié)峰值逐漸下降（圖3），總之，A踝關(guān)節(jié)的落地穩(wěn)定性好于B踝關(guān)節(jié)。

4.2 A與B踝關(guān)節(jié)的角度比較

表2 落地過程中踝關(guān)節(jié)角度最大峰值表

圖4 X軸方向上的踝關(guān)節(jié)角度個(gè)例圖

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

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

騰空階段，A踝關(guān)節(jié)保持在5°到7°的范圍，同樣的情況下B踝關(guān)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(guān)節(jié)先發(fā)生外展再發(fā)生內(nèi)收；落在斜面上踝關(guān)節(jié)先發(fā)生內(nèi)收然后外展再發(fā)生內(nèi)收（圖5）。因此，A踝關(guān)節(jié)在落地時(shí)穩(wěn)定性優(yōu)于B踝關(guān)節(jié)。

圖5 Y軸方向上的踝關(guān)節(jié)角度個(gè)例圖

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

圖6 Z軸方向上的踝關(guān)節(jié)角度個(gè)例圖

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

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

4.3 A與B踝關(guān)節(jié)力值比較

表3 落地過程中踝關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)力最大峰值表

圖7 X軸方向上的踝關(guān)節(jié)力個(gè)例圖

由表可知：在X軸上，A踝關(guān)節(jié)力峰值小于B踝關(guān)節(jié)峰值（表3）。當(dāng)斜面到達(dá)20°時(shí)，A踝關(guān)節(jié)力明顯大于B踝關(guān)節(jié)（圖7）。在Y軸上，變化不明顯。在Z軸上，A踝關(guān)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(guān)節(jié)的力值呈減小的態(tài)勢(shì)（表3），說明A踝關(guān)節(jié)的落地穩(wěn)定性較好。

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

4.4 A與B踝關(guān)節(jié)力矩值比較

表4 落地過程中踝關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)力矩最大峰值表

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

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

5 研究結(jié)論

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

（2）A踝關(guān)節(jié)落地階段的內(nèi)收峰值小于B踝關(guān)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(guān)節(jié)內(nèi)收和內(nèi)旋的角度。

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

總之，在落地的過程中，有支持帶籃球鞋對(duì)應(yīng)的踝關(guān)節(jié)內(nèi)收峰值、內(nèi)收力和力矩小于無支持帶籃球鞋對(duì)應(yīng)的同側(cè)踝關(guān)節(jié)。

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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(guó)家自然科學(xué)基金31270998項(xiàng)目資助；江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目（省立校助），項(xiàng)目編號(hào)：KYLX15_1031。