半刚性护踝与弹性绷带

2.3.2.1 数据采集和分析

本研究招募16名青年志愿者参加测试，其实验步骤、注意事项、测试过程和参数提取与2.2节描述类似。不同的是，在本节研究中，除去赤足参加着陆测试外，所有受试者还将参加另外两组测试，在测试中，分别佩戴半刚性护踝和弹性绷带。实验采用的弹性绷带为SX911#（双星公司出品，中国江苏）。该绷带厚度为2毫米，宽73毫米，由高分子材料制作，并具有高弹性可重复使用的特点。在材料试验机上进行拉伸测试，当拉伸力为32牛顿时，伸长率（伸长长度/初始长度）为100%，当拉伸力为100牛顿时，伸长率为150%。实验采用的半刚性护踝为Mc David A101（美国Mc David Knee Guard公司）。护踝的半刚性支撑通过踝关节内外两侧的塑料板来达到，也可以将塑料板抽出作为弹性护踝使用。有许多半刚性护踝对运动表现的研究都是应用该产品进行的，所以使用该护踝进行实验其结果数据便于与已经发表的其他实验结果进行比较，具有较强的可靠性。国外研究已经证实，该产品不会影响运动过程中得跳跃表现、速度、平衡和敏捷性。

在实验中，所有受试者的半刚性护踝和弹性绷带都由同一名教练进行穿戴。三种状态的测试顺序随机化，以保证实验结果不受实验顺序的影响。基于与前两节类似的原因，对于任意踝关节防护的状态，都包含从低、中、高三个等级高度跳落着陆的测试。

在本研究中，独立的三个变量包括：着陆高度（低、中、高，3个水平）；性别（男和女，2个水平）；踝关节防护（赤足对照、弹性绷带、半刚性护踝，三个水平）。我们采用多因素方差分析和Tukey's HSD事后检验方法来检验三个因素所有生物力学参数的影响及其交叉性影响。在所有分析中，P＜0.05被定义为显著性差异。所有的分析在统计学软件SPSS中完成。

2.3.2.2 分析结果比较

统计分析结果如表2-5所示。所有参数值以（均值±方差）的形式罗列在表中，同时方差分析所得的三个主因素和“踝关节防护×性别”交叉影响的P值也列在其中。其他交叉影响（“踝关节防护×高度”、“性别×高度”和“踝关节防护×性别×高度”）都未体现显著性，也不是本研究所关注的对象，所以未在表中列出。

踝关节防护使前后方向地面反力峰值显著减小，而使左右方向地面反力峰值显著增大。半刚性护踝使竖直方向地面反力峰值显著增大，而弹性绷带对其无显著性影响。男性受试者比女性承受显著较大的前后方向地面反力峰值。在两种踝关节防护状态下，女性承受的左右方向地面反力峰值都要比男性更高，而在赤足对照状态，两性间不存在这方面的显著性差异。随着着陆高度的提高，三个方向的地面反力峰值都显著提高。所有因素对达到竖直方向地面反力峰值的时间都无显著性影响。

两种防护都显著减小三个平面内的最大踝关节角度。护踝显著减小踝关节最大背屈角速度，而绷带无此作用。两种防护对最大内翻和外展角速度都无显著性影响。随着陆高度的增加，踝关节最大外展和背屈角度，和最大内翻和背屈角速度都显著增大。两种防护都显著增大胫骨前肌触地后肌电幅值。护踝显著增大男性，而非女性的胫骨前肌触地前肌电幅值和外侧腓肠肌触地后肌电幅值。男性的肌电活动性比女性要大，显著性差异体现在胫骨前肌触地前后肌电活动性和外侧腓肠肌触地后肌电幅值。随着陆高度的提高，胫骨前肌触地前肌电幅值和外侧腓肠肌触地后肌电幅值显著性增大。

2.3.2.3 踝关节防护刚度对着陆生物力学的影响

踝关节防护显著降低前后方向地面反力峰值，而同时显著增大左右方向地面反力峰值。这两个分量都位于水平面，这种不协调的改变会导致水平面内的地面反力方向发生改变。着陆时，前后方向地面反力先后出现两个峰值，其方向相反。而左右方向地面反力则在0附近振荡，出现方向相反的多组峰值。前后方向和左右方向地面反力峰值自身方向的不确定性和二者间的不同步性使得对水平面内的地面反力方向的确定非常困难。

定量地来看，弹性绷带将前后方向地面反力峰值降低了31.41%，将左右方向地面反力峰值增加了66.07%；另一方面，半刚性护踝将前后方向地面反力峰值降低了28.42%，将左右方向地面反力峰值增加了76.98%。无论绝对值还是相对值的改变都显示水平面内的地面反力峰值合力在踝关节固定后趋于增加。这种现象与弹性绷带或护踝对踝关节运动的限制有密切关系。关节活动被限制后，一部分原本需要经由关节活动而吸收或转移的能量有可能通过地面摩擦吸收。

同样的原因，关节固定后竖直方向地面反力峰值也相应增大，但是仅半刚性护踝引起了显著性影响。踝关节固定防护对达到竖直方向地面反力峰值的时间和加载速率无显著性影响。在跳跃着陆、滚翻式跳伞着陆和篮网球着陆中，加载速率也不受护踝和绷带的显著性影响。Riemann等人[44]也发现，在跳落着陆中，护踝和绷带显著提高了达到竖直方向地面反力峰值的时间。这与其他研究不同的原因可能是着陆形式选取不同或者其他实验方案差异导致。在着陆时较大的地面反力可能意味着骨扭转力矩、关节反力和肌肉力等内力荷载较小。因此，如果初始着陆速度为常数，在特定的着陆任务中地面反力和加载速率值与损伤风险性可能负相关。

国外研究证实，Mc David A101护踝在竖直跳跃动作中对速度、平衡和敏捷性无显著性影响。在跳跃着陆中，护踝可以显著降低极值背屈角位移和角速度。但是，在滚翻式跳伞着陆中，使用护踝对背屈影响很小。该实验发现，在着陆动作中，踝关节防护可以显著减小踝关节的最大背屈、内翻和外展角度以及最大背屈角速度。由于踝关节外侧韧带比较薄弱，所以内翻对踝损伤风险的影响最大，而绷带和护踝使用的初衷通常主要是为了降低内翻程度和内翻速度。在突然内翻时半刚性护踝和绷带可以显著降低后足角位移和角速度。在整体下落中护踝可以显著降低跟骨最大内翻角度，并延长内翻时间，在加载和整体下落中，护踝可以显著降低跟骨极值内翻速度。在滚翻式跳伞着陆中，护踝也显著降低内翻角度。在离体实验中，Omori等人[45]发现护踝能够有效限制因距腓韧带损伤而引起的显著内翻增加，但不能改变因此而引起的内旋增加和踝关节接触面积的改变。在本研究中，两种踝关节固定方式都显著降低了极值内翻角度，但对极值内翻角速度都无显著性影响。但是，这个结果对于损伤防护来说依然是令人满意的，尤其是看到绷带可以有效地限制踝关节活动角度。

本研究中，在两块踝关节肌肉的触地前肌电持续期，没有发现显著的踝关节外固定或性别因素影响，或者二者的交叉影响。所以，肌肉的触地前肌电活动性质主要由肌电幅值确定。在女性篮网球着陆的研究中，Hopper等人[27]未在对照组、绷带组和护踝组的之间发现显著性胫骨前肌触地前肌电幅值差异，却发现佩戴护踝后腓肠肌触地前肌电幅值比对照组显著减小。在本研究中，对于女性着陆动作，未发现踝关节固定防护对胫骨前肌和外侧腓肠肌的触地前肌电幅值有显著性影响。两个研究的不同在于外侧腓肠肌，这可能与所研究的着陆方式不同有关。Hopper等人[27]的研究对象是跳跃着陆，这个动作是借助跳跃从水平面，到一最高处，最后回到水平面的运动过程，其中跳跃的积极性更明显。跳落着陆虽然也有跳跃动作，但其是从相对高处到低处水平面的一个过程，不如跳跃着陆动作更依赖于腓肠肌的肌肉力。触地前肌电活动性是由初始接触前100ms时间段内的肌电图数据积分获得，这个时间段介于跳跃和着陆两个动作之间。两个动作间隔时间很短，以至于由于跳跃动作而产生的肌电活动性会影响到触地前肌电幅值的计算。

但是，需要指出的是，护踝对胫骨前肌触地前肌电幅值和外侧腓肠肌触地后肌电幅值的影响存在显著的性别差异。半刚性护踝可以显著性提高男性受试者的这两个参数，而对女性的这两个参数无显著性影响。肌肉活动性与关节力矩和能量吸收相关，较强的肌肉活动性通常能够支持更稳定安全的动作完成。那么，半刚性护踝对男性来说是有利的条件，而对女性则不起这方面的作用。如前所述，在着陆时受试者的肌电活动性中，本来就存在显著的性别差异，这些差异预示着男性在着陆时肌肉的主动防护比女性更加有效。任意刚度水平的踝关节防护措施都无助于改善这种相对于女性不利的差异，至少在触地前的肌电活动性上表现如此。即使在触地后两性的踝关节肌肉协同收缩差异有所缩小，也是以女性的外侧腓肠肌的活动性相对于男性降低为代价的，这会使女性踝关节跖屈肌相对于男性更弱。

由于半刚性护踝对男性的胫骨前肌触地前和触地后肌电幅值和外侧腓肠肌触地后肌电幅值有显著性影响，所以，建议在着陆防护中对男性采用刚度较大的踝关节固定防护，借以提高其小腿肌电活动性。同样，对于女性采用刚度较大的踝关节外固定防护，也可以提高其胫骨前肌在触地后的活动性。虽然刚性较大的防护对于女性肌肉活动性影响不如对男性的影响那么明显，但是由于女性的小腿肌肉本来就薄弱，更加需要来自外界的支撑，使用强度更大的防护是基于这一点考虑。

本研究的不足之处在于，弹性绷带和半刚性护踝外固定所谓的弹性和半刚性都是相对的，虽然我们对测试用的材料进行了一些力学测量，但是目前没有相对严格的量化标准可以参考，这也对进一步的防护装备设计构成困难。所以，在进一步研究和装备设计中，应该着重定义并量化部分技术参数，来评价防护装备的作用。