踝关节稳定程度差异对侧跳落地缓冲模式影响的研究

张 帆，王竹影，吴志建，宋彦李青

踝关节作为落地支撑的主要关节，具有缓冲、维持身体重心与姿势稳定的功能（尹彦 等，2016），但当执行连续性或周期性运动任务时（张力文等，2018），如跑步、跳跃、急停变向或合并疲劳状态则易出现外侧踝关节扭伤（lateral ankle sprain，LAS），进而产生长期不稳定且伴随疼痛的症状（Wright et al.，2017）。从一般人至专业运动员均可能发生LAS，主要症状常出现于行走在不平坦表面时或运动过程中，患侧容易出现肿胀、僵直甚至踝关节无力感（Delahunt et al.，2010），多数LAS的复发率达70%，并最终演变成慢性踝关节不稳定症状（chronic ankle instability，CAI）（Hossain et al.，2015）。在美国每年约有2.5万名运动员因踝关节扭伤而无法上场比赛（Waterman et al.，2010）；英国医疗部统计急性踝关节扭伤占总伤害率约3%～10%，估计每1 万人就有52.7～60.9人发生踝关节伤害，其中运动员的踝关节伤害约15%～23%（Pietrosimone et al.，2012）；以球类运动而言，足球项目发生踝关节韧带扭伤率高达68%，篮球则有15%～40%的踝关节扭伤情况，而羽毛球的踝关节扭伤率为27.38%，反复扭伤率为49.28%（McCriskin et al.，2017）。国内文献也指出，踝关节扭伤约占运动伤害的10%～30%（余波 等，2012）。不过，对于踝关节扭伤后的运动员来说，为了因应踝关节结构与组织受损，常在神经肌肉控制能力的协调下诱发膝关节与髋关节代偿性动作，以维持原有高水平运动模式。有研究指出，CAI后即便恢复原有运动水平却仍有反复扭伤的风险，而且代偿性动作未必完全有助于运动员的持续运动表现，因为增加关节间的动作控制策略可能导致本体感觉系统过度负荷，尤其是面对运动任务改变时将降低控制关节运动的反应能力，长此以往可能诱发变相运动伤害（Mckeon et al.，2008）。如何避免踝关节扭伤一直都是研究的热点，相关研究已归纳出落地阶段的踝关节扭伤机制，包括踝关节过度内翻（王立端 等，2018）、跟骨内旋与跖屈动作，并整合出踝关节易发生扭伤的3大因素，分别为关节结构问题（Van et al.，2007）、韧带组织影响（张美珍 等，2016）和落地动作模式（Pozz et al.，2015）。但即便清楚扭伤因素为何，仍有许多运动员深陷反复扭伤的情形，除了受到扭伤机制与3大因素的影响外，进一步分析还在于落地阶段的动作方向。

有关踝关节功能性不稳定的研究常以急停跳、前跳、侧跳、单脚跳稳定、单脚下肢平衡与折返跑等动作模式来进行探讨（Mitchel et al.，2008），无论以何种动作模式来评估CAI，均发现下肢关节协调与神经肌肉系统对于不稳定因素有重要影响（Gutierrez et al.，2012；Steib et al.，2013）。而连续单足侧跳动作在踝关节不稳定相关探讨上较少被使用，其原因：1）踝关节扭伤最常发生于垂直跃起后的落地阶段（Yeow et al.，2011）；2）侧向动作在运动场上出现频率相较于垂直跃起少（Brown et al.，2015）1170-1172；3）单足侧向落地动作对于CAI挑战较高（Gehring et al.，2014）894。可以看出单足落地的动作策略有着不同的关节缓冲方式。诱发踝关节外翻的单脚落地过程的发生是侧向跳落地瞬间的躯干或质心处于踝关节外侧，促使质心尚未移动至股骨上方形成诱发踝关节内翻动作出现，而踝关节内翻角速度增加，连带影响踝关节内翻角度提升，这可能是造成扭伤风险高居不下的主因。此外，踝关节扭伤的运动平面发生于额状面，而侧跳的落地方向也可能会造成踝关节扭伤风险加剧（Sadeghi et al.，2001）695，因为外侧侧向跳动作主要使用髋关节额状面ROM、而内侧侧向跳动作则以踝关节额状面与横切面为主（Yen et al.，2017）195-198。由此可知，连续单足侧跳动作对于踝关节扭伤的影响存在诸多不确定因素，或许可用连续单足侧跳来评估CAI运动员可用踝关节内翻或外翻的抑制能力。此外，无论在生物力学、神经肌肉控制或临床研究中，涉及CAI的相关研究常以健康人作为控制组，较少将扭伤隐患者（有1次扭伤经历但暂时未出现反复）纳入研究，因此无法更贴近CAI产生的机制，导致诸多研究仍未有一致性结论。本研究针对不同踝关节形态受试者（健康、隐患、不稳定3种），设计连续左右侧跳落地动作（诱发踝关节内翻与外翻抑制能力），探讨不同踝关节稳定程度对落地缓冲时姿势稳定策略与神经肌肉控制的影响。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

招募36名男性大学高水平运动员（国家二级运动员）为受试者（足球、篮球和羽毛球项目各12人），平均年龄（20.23±2.05）岁，平均身高（179.28±4.61） cm，平均体重（72.62±4.59） kg。按照踝关节不稳定程度（Park，2014）分为12人健康组（Control，CON）、12人隐患组（latent ankle instability，LAT）和12人不稳定组（chronic ankle instability，CAI）。

1.2 研究方法

1.2.1 实验设计

本研究设计连续侧跳动作，包括单足外侧跳与内侧跳2个动作方向。通过不同落地方向探讨不同踝关节形态对内翻与外翻的抑制能力，以观察LAT或CAI在何种方向落地较易增加扭伤风险。为厘清踝关节稳定程度差异对执行该动作任务时动态姿势稳定、关节运动模式及神经肌肉激活特征的影响，主要将踝关节扭伤的重要阶段（落地缓冲阶段）作为研究范围，探讨下肢髋膝踝关节的角度、速度、力矩等参数；计算压力中心（center of pressure，COP）与质量中心（center of mass，COM）移动范围、晃动距离、晃动速度、晃动面积与动态姿势稳定指数等参数；分析下肢主要肌群激活特征。

1.2.2 实验控制

1）受试者经质性与量化标准筛查（表1），质性条件为年龄、身高、体重，且须在实验前3个月内无下肢肌肉骨骼或急性伤害，无躯干脊椎或上肢方面损伤，量化条件以Cumberland踝关节不稳定评价问卷（Cumberland ankle instability tool，CAIT）作为分组依据，为验证各受试者踝关节类型是否符合CAIT区别标准，将额外接受踝关节稳定度检测，包括前拉测试与距骨倾斜测试；2）前述分组后，进一步验证分组合理性，经独立样本单因子方差分析，CAIT分数（F=135.832，P＜0.001）与扭伤次数（F=67.275，P＜0.001）达显著性差异，进一步使用Scheffe法进行事后比较，显示CAI组的CAIT分数（18.6±1.8）显著低于LAT组（27.3±1.1）与CON组（29.4±0.8），而LAT组（0.0±0.0）与CON组（1.0±0.0）的扭伤次数则显著低于CAI组（3.7±1.0），证实本研究分组有区分性及有效性；3）受试者实验前24 h内不得参加任何激烈运动，或饮用含有咖啡因、肌酸、支链氨基酸与酒精的饮品，并被要求睡眠时间至少超过6 h；4）受试者实验前充分饮水，并在各项测试前4 h停止进食；5）实验当周与测量前，无肌肉拉伤与关节损伤等运动伤害；6）实验当天，所有受试者均无任何进行中的疾病，如感冒、发热等。

表1 受试者招募限制条件Table1 Recruitment Criteria of Subjects

1.2.3 实验设备

仪器：英国产VICONMX13（Oxford Metrics Ltd.，Oxford，UK）三维动作捕捉系统，包含10个高分辨率红外线摄像头；瑞士产KISTLER 9260AA6（Kistler Instrument Ltd.CH）三维测力板2块；美国产DELSYS无线表面肌电测试系统（Delsys Inc.，MA，USA）；64通道数字信号转换盒1个（信号同步接收）；64 pin信号传输线1条（DELSYS与VICON同步）；BNC信号线3条；8件套装人体形态马丁尺。

软件：VISUAL 3D 动作分析软件（C-Motion，Rockville，MD，USA）；VICON NEXUS 1.42采集与分析软件（Oxford Metrics LID，UK）；SPSS 19.0 统计分析软件（IBM SPSS Statistics，USA）；ORIGIN PRO 9.0 数据可视化软件（OriginLab，USA）。

1.2.4 实验参数

1.2.4.1 侧跳动作（side hop，SH）

受试者单脚站立于2块测力板间预备，当动作开始时，须连续左右侧跳4次，第4次落地后需以单脚落地保持平衡 5 s；最后一次落地方向涉及外侧侧向跳动作（Side hoplateral，SHL；诱发踝关节内翻落地）与内侧侧向跳动作（Side hop-medial，SHM；诱发踝关节外翻落地）；跳跃距离标准化方式为受试者左右边髂前上棘宽度140%，要求连续侧跳的频率以自身舒适的速度为主，每次跳跃均须落于指定范围内，若落地位置未在该指定距离或超出该指定距离的30%均视为失败动作。

1.2.4.2 落地过程分期

本研究将起跳后落地过程的5个阶段定义为：1）落地前期（pre-landing phase，PLP），指落地前100 ms；2）落地瞬间（initial landing phase，ILP），指落地后地面反作用力参数出现力量曲线高于10 N的瞬间；3）下蹲期（descending phase，DP），指落地后膝关节屈曲至下蹲角度最大视为下蹲期结束的过程；4）推蹬期（propulsion phase，PP），指膝关节屈曲角度最大时至准备向上推蹬过程，直到膝关节伸展角速度为0 deg/s视为结束；5）稳定期（stability phase，SP），指推蹬期结束后保持单足平衡站立3 s的期间。

1.2.4.3 动态姿势稳定指数（dynamic postural stability index，DPSI）

动态姿势稳定主要测量肢体从动态过程转换至静态稳定的能力，受试者前跳后以单足落地在测力板上，依据Fx、Fy、Fz 3个方向的地面反作用力（ground reaction force，GRF）以量化动态姿势稳定指数，该指数包括前后、左右、垂直与3个方向加总整体表现（Wikstrom et al.，2007），计算方式如下：

内外侧稳定指数（Medial-lateral stability index，MLSI）：

前后侧稳定指数（Anterior-posterior stability index，APSI）：

垂直稳定指数（Vertical stability index，VSI）：

图1 侧跳动作示意图Figure 1. Schematic Diagram of Side Hop

整体稳定指数（Dynamic postural stability index，DPSI）：

1.2.4.4 压力中心（COP）

利用测力板计算COP移动面积来评估受试者平衡能力。有研究指出，静态姿势下的COP可反映身体重心位置，所以本研究评估平衡能力以移动轨迹越短（公式5，式中Displacement为总COP轨迹的移动距离；为在n秒时COP的平面坐标）、偏移量越少（公式6）、晃动面积越小（公式7）为标准（Bauer et al.，2008；Dettmann et al.，1987）。

1.2.4.5 质量中心（COM）

评估姿势稳定能力的参数，主要测量身体从动态转换至静态时的稳定能力，以单足站立平衡为测试方法，包括COM晃动距离（公式8，式中Displacement为总COM轨迹的移动距离；为在n秒时COM的平面坐标）、COM移动范围（公式9）、COM晃动面积（同公式7）。

左右（ML）=Y最大值-Y最小值；前后（AP）=X最大值-X最小值；

1.2.5 实验步骤

仪器架设与系统校正。测力板置于10台VICON摄像头围绕的中央处，并确保每个反光球至少能被2个红外线摄像头捕捉到。每次实验前，先使用动态校正器在测量空间范围中挥动，以校正摄像头拍摄时可能产生的误差；再以L型静态校正器定义实验室坐标系，确保资料收集精度。

问卷填写与人体资料测量。研究者对受试者说明动作要求、目的与相关流程后，填写实验同意书与CAIT问卷。随后以马丁尺测量人体肢段参数与基本资料（最大跳跃高度、大转子至踝外髁长度、骨盆宽度、足长）。

粘贴反光球。反光球位置以内建Plugin gait Full body Model为依据，粘贴60个反光球（1.27 cm），并在大腿、小腿与足背放置追踪光球，依此模型建构出15个人体肢段（Komsak et al.，2013）。

粘贴肌电电极：询问受试者下肢踝关节不稳定侧（患侧），对患侧欲粘贴电极位置的皮肤表面进行清洁，再以医用纱布轻刮皮肤表面至发红，最后以酒精擦拭，减少皮肤表面脏污或毛发所产生的噪声；随后在欲测量的肌腹上粘贴电极片，包括患侧下肢臀中肌（gluteus medius，GM）、股直肌（rectus femoris，RF）、股内侧肌（vastus medialis，VM）、股二头肌（biceps femoris，BF）、胫骨前肌（tibialis anterior，TA）、腓骨长肌（peroneus longus，PL）、内侧腓肠肌（medial gastrocnemius，MG）与比目鱼肌（soleus，S）8块肌肉，并经由简单下蹲跳与直膝跳等动作测试观察肌电信号是否正常。

测力板设置：测试GRF，依动作特性设定采样频率、取样时间，每次受试者进入测力板前先进行信号归零，避免测力板电压累积造成资料误差。

热身活动与动作熟悉。受试者在进行动作测试前须进行5 min自主静力拉伸与任务动作熟悉以激活肌肉神经传导系统，预防运动伤害（张帆 等，2014，2018）。为避免动作练习过程产生学习效应影响实验数据，受试者练习与随后正式实验顺序将随机排定。

连续侧跳测试。在动作测试中，采用脚趾足跟策略落地后要求患侧单足姿势平衡，并以健侧脚维持膝关节屈曲约45°（后勾动作），双手需置于髋部，眼睛直视前方保持动作平衡 5 s；若落地时失去平衡，用健侧脚落地、支撑脚脚掌移动或翻动、额外小跳步、上半身或对侧脚的摆荡过大等情形出现皆视为失败动作；落地后快速且顺利维持平衡视为成功动作，收集5次即算完成。

动力学与运动学资料收集。动力学资料使用KISTLER测力板（1 000 Hz）收集GRF参数，DELSYS无线表面肌电系统（1 000 Hz）收集下肢肌肉激活信号；运动学资料使用VICON三维动作捕捉系统（250 Hz），搭配NEXUS软件进行参数同步收集。其中，10个红外线摄像头收集受试者反光球资料；测力板信号收集以4个单轴力量传感器将所感测电压输出至信号放大器（输入抗阻为10E+12ohms；信号/噪声比为l uV；放大倍率为1 000），经由A/D转换器将信号传输至64通道数字转接盒，使其资料输入VICON系统，再利用NEXUS软件进行影像资料与GRF资料同步收集与计算；DELSYS无线肌电信号利用64 pin信号连接线，将8条EMG信号以BNC连接线分送至64通道转接盒再转入VICON系统，作为肌电信号与人体动作捕捉系统同步收集方法。

数据转换与计算。使用VISUAL 3D参照Dempster（1955）提出的参数计算下肢各关节角度、速度与力矩等生物力学参数，三维空间反光球坐标资料以4阶Butterworth低通滤波法进行信号平滑处理，截止频率为8 Hz；测力板原始资料经过40 Hz低通滤波处理后计算踝、膝、髋关节力矩等参数，由于地面反作用力会受到受试者体重的影响，因此，在计算过程中会先以体重将原始资料进行标准化，关节力矩资料先通过测力板求得地面反作用力的足部接触地面位置 （COP）与力的大小，再搭配人体肢段参数，以逆动力学方法推算；无线肌电信号以VISUAL 3D进行分析处理，原始肌电图资料以带通滤波（20～500 Hz）处理后，将所得肌电振幅以每30 ms为时间窗格，计算均方根肌电振幅（RMS），取3次测试结果计算平均肌电振幅，以降低误差可能性；肌电信号标准化方式以下肢各肌电激活最大值作为动态标准化（%max EMG）的基准值，其中，肌肉共同收缩率Kajeeet al.，2010）；动态姿势稳定参数依据Fx、Fy、Fz 3个方向的GRF来量化，包括MLSI、APSI、VSI、DPSI（Konradsen et al.，1998）；以测力板的X轴与Y轴的COP，以及X轴、Y轴与Z轴的COM，分别计算移动范围、晃动距离、晃动速度、晃动面积等参数。此外，曲线图的呈现均以各受试者3次动作平均后再平均该组人数的值表示。

图2 逆动力学计算流程图Figure 2. Flow Chart of Inverse Dynamics Process

1.2.6 统计处理与分析

使用SPSS 19.0进行统计处理，结果用M±SD表示。使用独立样本单因子方差分析（one-way ANOVA）比较CON组、LAT组与CAI组起跳后落地5个阶段的下肢关节运动学参数（落地阶段的髋、膝、踝关节角度与速度、质心变化）、动力学参数（动态姿势稳定指数、地面反作用力、关节力矩、落地负荷率、压力中心）、肌肉激活水平（肌电均方根振幅及肌肉共同收缩率），统计若达显著性差异，则以Scheffe’s法进行事后比较。统计学显著性水平为P＜0.05，非常显著为P＜0.01。

2 结果与分析

2.1 动态姿势稳定控制参数

2.1.1 压力中心

COP计算范围为落地瞬间至平衡稳定 3 s，结果显示（表2）：1）SHL：左右方向移动范围（F=4.130，P=0.030）、前后方向晃动距离（F=4.281，P=0.028）、左右方向晃动距离（F=4.032，P=0.011）与晃动面积（F=4.030，P=0.030）等参数达显著性差异，经事后比较，发现 CAI组的左右方向移动范围显著高于CON组，CON组的前后方向晃动距离、晃动面积显著高于CAI组，CAI与LAT组的左右方向晃动距离显著高于CON组。2）SHM：晃动面积（F=6.599，P=0.006）达显著性差异，经事后比较，发现CAI组与LAT组的晃动面积显著高于CON组。

2.1.2 质心变化

COM计算范围以落地瞬间至平衡稳定 3 s，结果显示，1）SHL：晃动面积（F=4.561，P=0.023）达显著性差异，经事后比较，发现CAI组质心晃动面积显著高于CON组；2）SHM：质心参数（F=3.597，P=0.045）达显著性差异，经事后比较，发现CON组质心晃动面积显著高于CAI组（表3）。

表2 压力中心参数描述统计与方差分析摘要Table 2 Summary of COP Parameters and Variance Analysis

表3 质心参数描述统计与方差分析摘要Table3 Summary of COM Parameters and Variance Analysis

2.1.3 动态姿势稳定指数

参数计算范围为落地瞬间至平衡稳定3 s，结果显示（图3）：1）SHL：VSI（F=5.085，P=0.017）与 DPSI（F=5.947，P=0.010）达显著性差异，经事后比较，发现CON组的VSI显著高于CAI组，CON组的DPSI显著高于LAT与CAI组；2）SHM：APSI（F=4.851，P=0.019）、VSI（F=8.132，P=0.002）与DPSI（F=7.504，P=0.003）达显著性差异，经事后比较，发现CON组的APSI显著高于CAI组，CON组的VSI与DPSI显著高于CAI与LAT组。

图3 动态姿势稳定指数比较Figure 3. Comparison of SHL and SHM Dynamic Postural Stability Index

2.2 关节运动学模式

2.2.1 关节角度

如图4、图5所示：1）SHL：落地瞬间踝关节外翻角度（F=5.188，P=0.015）、髋关节屈曲角度（F=5.132，P=0.016）达显著性差异，经事后比较，发现CAI组的踝关节外翻角度、髋关节屈曲角度显著高于CON组。下蹲最低点则为踝关节内翻角度（F=6.248，P=0.008）、髋关节屈曲角度（F=5.132，P=0.015）、髋关节内收角度（F=5.305，P=0.014）达显著性差异，经事后比较，发现LAT与CAI组的踝关节内翻角度显著高于CON组，CAI组的髋关节屈曲和内收角度显著高于CON组；2）SHM：落地瞬间的髋关节屈曲角度（F=5.741，P=0.010）达显著性差异，经事后比较，发现CAI组的髋关节屈曲角度显著高于CON组。下蹲最低点则为髋关节屈曲角度（F=6.388，P=0.007）达显著性差异，经事后比较，发现CAI组的髋关节屈曲角度显著高于CON组。

图4 踝、膝、髋关节落地瞬间角度特征Figure 4. Characteristics ofAnkle，Knee and Hip Joint at ILP

图5 踝、膝、髋关节下蹲最低点角度特征Figure 5. Characteristics of Ankle，Knee and Hip Joint at Squatting Lowest Point

2.2.2 关节活动范围

如图6所示：1）SHL：踝关节内外翻活动范围（F=6.295，P=0.007）、髋关节内收外展活动范围（F=3.508，P=0.048）达显著性差异，经事后比较，发现CAI组的踝关节内外翻活动范围显著高于CON组，CAI与LAT组的髋关节内收外展活动范围显著高于CON组；2）SHM：踝关节屈伸活动范围（F=3.873，P=0.037）、髋关节屈伸活动范围（F=5.653，P=0.011）达显著性差异，经事后比较，发现CON组的踝关节屈伸活动范围显著高于CAI组，CAI 组的髋关节屈伸活动范围显著高于CON与LAT组。

图6 下蹲期的关节活动范围Figure 6. ROM of Joints at DP

2.2.3 关节角速度

如图7～9所示：1）SHL：落地阶段的髋关节屈曲角速度峰值（F=3.698，P=0.042）、踝关节内翻角速度峰值（F=4.436，P=0.025）达显著性差异，经事后比较，发现CON组的髋关节角速度峰值显著高于LAT组，CAI组与LAT组的踝关节内翻角速度峰值显著高于CON组；2）SHM：落地瞬间的踝关节屈曲角速度（F=6.416，P=0.007）、踝关节内翻角速度峰值（F=6.065，P=0.008）、髋关节内收角速度峰值（F=20.987，P＜0.001）达显著性差异，经事后比较，发现CON组的踝关节屈曲角速度显著高于CAI组与LAT组；CAI组的踝关节内翻角速度峰值显著高于CON组；CAI组与LAT组的髋关节内收角速度峰值显著高于CON组。

图7 矢状面落地瞬间至下蹲最低点关节角速度变化曲线Figure 7. Curve of Sagittal Angle Velocity from ILP to the Lowest Point of Squatting

图8 额状面落地瞬间至下蹲最低点关节角速度变化曲线Figure 8. Curve of Frontal Plane Joints Angle Velocity from ILP to Squatting Minimum Point

图9 横切面落地瞬间至下蹲最低点关节角速度变化曲线Figure 9. Curve of Transverse Plane Angle Velocity from ILP to the Lowest Point of Squatting

2.3 关节动力学模式

1）SHL：50 ms落地负荷率（F=4.109，P=0.032）、下蹲最低点的膝关节力矩（F=8.879，P=0.002）、落地阶段的髋关节能量峰值（F=3.830，P=0.038）达显著性差异，经事后比较，发现CON组的50 ms落地负荷率显著高于CAI组，CON组的膝关节力矩显著高于CAI与LAT组，CON组的髋关节能量峰值显著高于LAT组（图10～12）。

2）SHM：50 ms落地负荷率（F=4.070，P=0.034）与膝关节落地能量峰值（F=6.261，P=0.007）、髋关节落地能量峰值（F=3.391，P=0.035）达显著性差异，经事后比较，发现CON组的50 ms 落地负荷率显著高于CAI与LAT组；CON组的膝关节落地能量峰值显著高于CAI与LAT组，CON组的髋关节落地能量峰值显著高于LAT组（图13～15）。

图10 SHL落地阶段垂直地面反作用力峰值与50 ms负荷率Figure 10. Peak GRF and 50 ms Load Ratio at SHL Landing Phase

图11 SHL落地瞬间至下蹲最低点地面反作用力曲线变化Figure 11. Curve of GRF from the Moment of ILP to the Lowest Point of SHL Squatting

图12 SHL落地瞬间至下蹲最低点关节力矩在矢状面曲线变化Figure 12. Curve of Joint Torque in Sagittal Plane from ILP to the Lowest Point of SHL Squatting

图13 SHM落地阶段垂直地面反作用力峰值与50 ms负荷率Figure 13. Peak GRF and 50 ms Load Ratio at SHM of Landing Phase

2.4 神经肌肉控制特征

2.4.1 落地阶段肌肉激活

1）SHL：落地前期的MG（F=3.797，P=0.036）达显著性差异，经事后比较，发现CAI组的MG激活显著高于CON组。落地瞬间的PL（F=4.098，P=0.031）、MG（F=11.737，P＜0.001）达显著性差异，经事后比较，发现CON组的PL激活显著高于CAI组，LAT组与CAI组的MG激活显著高于CON组。下蹲期的GM（F=4.654，P=0.019）、RF（F=4.071，P=0.032）、PL（F=5.984，P=0.009）、MG（F=18.062，P＜0.001）达显著性差异，经事后比较，发现CON组的GM激活显著高于CAI组，CAI 组的RF激活显著高于CON组，CON组的PL激活显著高于CAI组，CAI 与LAT组的MG激活显著高于CON组（图16～18）。

图14 SHM落地瞬间至下蹲最低点地面反作用力曲线变化Figure 14. Curve of GRF from ILP to the Lowest Point of SHM Squatting

图15 SHM踝、膝、髋关节落地瞬间至下蹲最低点关节力矩在矢状面曲线变化Figure 15. Curve of Joint Torque in Sagittal Plane from ILP to the Lowest Point of SHM Squatting

图16 SHL与SHM落地前期的肌肉激活特征Figure 16. Muscle Activation Characteristics of SHL and SHM at PLP

2）SHM：落地前期的MG（F=4.465，P=0.024）达显著性差异，经事后比较，发现CAI与LAT组的MG激活显著高于CON组。落地瞬间的PL（F=4.574，P=0.023）与MG（F=11.923，P＜0.001）达显著性差异，经事后比较，发现CON组的PL激活显著高于CAI组，LAT组与CAI组的MG激活显著高于CON组。下蹲期的GM（F=5.465，P=0.011）、VM（F=3.865，P=0.034）与PL（F=5.467，P=0.012）达显著性差异，经事后比较，发现CON组的GM激活显著高于CAI与LAT组；LAT组与CAI组的VM激活显著高于CON组，CON组的PL激活显著高于CAI组（图16～18）。

图17 SHL与SHM落地瞬间的肌肉激活特征Figure 17. Muscle Activation Characteristics of SHL and SHM at ILP

图18 SHL与SHM下蹲期的肌肉激活特征Figure 18. Muscle Activation Characteristics of SHL and SHM at DP

2.4.2 落地阶段肌肉共同收缩率

1）SHL：下蹲期膝关节BF/RF（F=12.950，P＜0.001）、膝 关 节BF/VM（F=3.583，P=0.046）、踝 关 节 MG/TA（F=6.707，P=0.006）达显著性差异，经事后比较，发现CON组的膝关节 BF/RF显著高于LAT与CAI 组，CON组的膝关节BF/VM显著高于CAI组，CAI组的踝关节MG/TA显著高于CON组。推蹬期的膝关节BF/VM（F=8.864，P=0.002）、踝关节TA/MG（F=4.460，P=0.022）达显著性差异，经事后比较，发现CON组的膝关节BF/VM显著高于LAT组，CON组的踝关节TA/MG 显著高于LAT与CAI组（图19）。

2）SHM：下蹲期的膝关节BF/RF（F=5.306，P=0.013）、膝关节 BF/VM（F=8.817，P=0.002）与 MG/TA（F=3.801，P=0.039）达显著性差异，经事后比较，发现CON组的膝关节BF/RF显著高于CAI组；CON组的膝关节 BF/VM显著高于 CAI 与LAT组；CAI组的踝关节MG/TA显著高于CON组。推蹬期的膝关节BF/VM是CON组显著高于LAT组；踝关节TA/S则是CON组显著高于CAI组与LAT组（图20）。

3 讨论

3.1 动态姿势稳定策略

在SHL落地模式中，CAI组的COP左右移动范围显著高于CON组，CAI组与LAT组的COP左右晃动距离显著高于CON组，CAI组的COM晃动面积显著高于CON组。说明，诱发踝关节内翻的落地模式中，CAI在额状面的动作控制能力较差，除了COP有明显左右晃动距离外，COM晃动面积更达52 cm2。对照Brown（2015）1170探讨DPSI指数的研究显示，CAI的MLSI显著高于CON，说明CAI在额状面的不稳定因素较高。进一步观察下肢额状面的关节活动范围（ROM）发现，CAI组的踝关节ROM显著高于CON组，CAI与LAT组的髋关节ROM显著高于CON组。相关研究指出，踝关节扭伤经常造成前距腓与跟腓韧带受损，进而影响额状面的限制能力，导致落地阶段容易出现较大额状面运动并大幅提升扭伤风险（Doherty et al.，2016）817，因此，CAI的COP左右晃动距离较大，可归因于踝关节额状面的ROM较大，而髋关节额状面ROM则可解释CAI为何会产生较大的COM晃动面积。除了SHL的落地模式发现CAI有较大的额状面不稳定外，在SHM的诱发踝关节外翻落地动作中，亦显示CAI与LAT组的COP晃动面积显著高于CON组，说明CAI在伤后的韧带结构问题会造成不稳定的额状面运动。同时，观察踝关节ROM变化趋势发现，CAI额状面上的控制能力不佳。

图19 SHL下蹲期与推蹬期的肌肉共同收缩率Figure 19. Muscle Co-contraction Rate of SHL at DP and PP

在SHL或SHM落地模式中，COP与COM参数仅发现CAI组的左右方向变化显著高于CON组，而前后方向则是CON出现较不稳定的情况。SHL结果显示，CON组的COP前后晃动距离与晃动面积显著高于CAI组。至于CON在落地阶段出现较大的前后方向变化，就肌肉激活角度而言，说明下肢肌肉骨骼系统常在动作受到干扰或不稳定时，产生连续性的应变策略来协助肢体稳定控制，如增加关节稳定度是主要维持姿势平衡的重要策略之一（张阳等，2016）。相关研究指出，可通过肌肉与本体感觉等主动组织的动态抑制系统（Wikstrom et al.，2007）400-402，以及通过关节囊、关节韧带等被动组织的静态抑制系统（Pozzi et al.，2015）来维持关节稳定性。因此，本研究观察CAI组矢状面工作肌群等主动组织，包括腓肠肌、比目鱼肌、股直肌与股内侧肌等在落地阶段的激活，其中，踝关节腓肠肌与膝关节股直肌激活显著高于CON组。由于腓肠肌不仅是踝关节伸肌，同样属于膝关节屈肌，当腓肠肌激活不足时可能会同时影响踝与膝关节效益（Shultz et al.，2000）。因此，推论CON肌肉激活不高的情况下，使得前后方向的控制能力不及CAI，更可能连带影响整体动作并造成不稳定因素增加。进一步探讨落地负荷率发现，CON组显著高于CAI组，辅以观察动态姿势稳定指数，显示CON组的VSI与DPSI显著高于CAI与LAT组（图3）。说明，CON组在前后方向的控制能力不佳，主要是因为下肢矢状面肌群激活不足而造成落地瞬间产生较大的落地负荷率，最终呈现出VSI与DPSI变异较高的现象，就SHL落地模式而言，CON组的落地缓冲与姿势控制能力不及CAI组稳定。

根据SHM落地模式的结果，CON组落地负荷率显著高于CAI与LAT组，进一步对照动态姿势稳定指数发现，CON组的VSI与APSI显著高于CAI组，而整体DPSI则显著高于CAI与LAT组。从SHM落地模式中可发现类似于SHL的结果，如CON组在垂直方向与前后方向的控制能力不及CAI组。同时，本研究也发现，CON组腓肠肌与股内侧肌激活显著低于CAI组，说明在关节动作模式的协调外，神经肌肉控制对于动态姿势稳定策略的影响更具重要意义（张帆 等，2015）。以落地动作而言，理想的平衡动作主要涉及感觉系统、中枢神经系统与运动系统的整合（Mckinley，1992）：1）感觉系统的内耳前庭、视觉神经与本体感觉可维持COM在正确的支撑底面积内（BOS）；2）整合协调肢体动作、肌肉激活与平衡策略的选择则主要取决于中枢神经系统；3）运动系统产生主要的动作模式，通过动态修正肢体位置以维持COM处于平衡稳定状态（Pai et al.，1999）。根据上述观点，SHL与SHM的动态姿势稳定策略深受神经肌肉控制的影响，而关节策略或动作缺陷亦会改变COM与COP等参数变化。整体而言，连续侧跳动作能凸显CAI额状面运动控制能力不佳的问题。

图20 SHM下蹲期与推蹬期的肌肉共同收缩率Figure 20. Muscle Co-contraction Rate of SHM at DP and PP

3.2 关节运动模式

3.2.1 髋关节动作策略

落地瞬间与下蹲最低点的髋关节动作特征结果显示，SHL时的CAI组髋关节屈曲角度显著高于CON组，而SHM时的CAI与LAT组髋关节屈曲角度显著高于CON组，说明两种动作模式下，CAI均使用较多的髋关节屈曲动作来因应落地影响，进一步观察落地负荷率与VSI或DPSI指数也显示，CAI的落地负荷或姿势稳定具有较好的策略。DeVita等（1992）109认为，柔和落地（soft landing）主要由膝关节与髋关节扮演关键角色，因近端关节的髋或膝相对于远端关节的踝具有较好的解剖优势，如更长的肌纤维、较大的肌肉体积与较好的肌力。Sun等（1999）1659进一步指出，落地过程使用较多髋或膝关节屈曲动作，能有效利用离心阶段具有较长的动作时间来控制髋与膝关节伸肌作用，以因应落地冲击的能量吸收或消散。Doherty（2016）812-813也认为，落地阶段下肢关节伸展越多，则越容易增加GRF与下肢劲度的提升。由此可知，当髋关节屈曲角度增加时可有效减少髋关节劲度，以降低GRF的冲击影响（Farley et al.，1999），说明远端关节受伤后，近端关节将发展出不同的动作协调策略来代偿扭伤后所产生的动作缺陷或不稳定因素，证实髋关节屈曲动作是侧跳落地模式的重要动作策略。另外，本研究发现，在SHL落地模式下，CAI组髋关节内收角度显著高于CON组外展角度，而SHM亦有相似结果。相关研究指出，髋关节内收动作促使COM偏移至踝关节外侧并造成踝关节扭伤概率的提升（Yen et al.，2017）200，因此，过多的髋关节内收动作对于CAI落地模式来说并非理想动作策略。进一步观察SHL髋关节额状面ROM显示，CAI与LAT组的髋关节额状面ROM显著高于CON组，说明落地瞬间的髋关节额状面角度以外展动作为主，而髋关节外展有助于使肢体垂直于股骨位置上方（使肢体COM更靠近COP），能有效降低踝关节内翻动作（Sadeghi et al.，2001）692-693。而SHM的落地模式中，CAI组的髋关节矢状面ROM显著高于LAT与CON组，则说明髋关节屈伸范围较大，有助于减少落地阶段垂直方向的影响。因此，当CAI运用较多的髋关节屈伸，是落地负荷率、VSI与DPSI等参数显著低于CON的主因。

3.2.2 踝关节动作策略

诱发踝关节内翻（SHL）落地模式的结果显示，落地瞬间的CAI组踝关节外翻角度显著高于CON组、下蹲最低点的CON组踝关节内翻角度显著高于CAI与LAT组。由于过度内翻、跟骨内旋合并跖屈动作是踝关节扭伤机制（Gehring et al.，2014）897，因此，在落地阶段产生过多的踝关节内翻动作可能增加扭伤风险，加上扭伤后常造成前距腓与跟腓韧带结构损伤，会降低踝关节抑制内翻的能力。所以，为减少CAI在落地时的扭伤概率，本研究CAI组在落地瞬间呈现较多的踝关节外翻动作，而LAT组亦有类似特征。显然，在落地阶段使用较多的外翻角度，除了能有效避开内翻动作出现外，亦可降低落地阶段的内翻角度。本研究也发现，下蹲最低点CAI与LAT组踝关节内翻角度低于CON组。比较Son（2017）2049探讨前跳落地与闪切落地的动作策略发现，CAI在落地瞬间至落地中期，呈现较多的踝关节外翻动作，且CAI的踝关节内翻角度显著比CON低2.8°。进一步比较Kipp等（2013）探讨CAI执行前跳切入动作的踝关节运动特征显示，落地瞬间的CAI出现较多外翻动作，并且在落地后的内翻角度峰值低于CON。由此推论，CAI在扭伤后，即便存在关节韧带结构所造成的不稳定影响，仍会产生不同动作特征作为代偿策略，以降低踝关节不稳定的扭伤风险。

在SHL落地模式中，CAI的踝关节策略以较多外翻动作进行落地（能有效降低踝关节内翻角度的增加），可视为一个避免扭伤发生的特殊策略。但本研究观察踝关节额状面ROM变化情况发现，落地阶段的CAI踝关节ROM显著高于CON。当额状面关节ROM变化较大时，连带增加COP左右方向的晃动距离，符合过去文献的观点，即CAI在额状面的控制能力不佳。而诱发踝关节外翻（SHM）的落地模式中，对于踝关节ROM的变化，仅发现矢状面有显著性差异，且CON组显著高于CAI组。有研究指出，关节活动受限是扭伤的后遗症之一（Caputo et al.，2009；Drewes et al.，2010），并认为踝关节背屈活动受限将造成扭伤风险增加5倍（Pope et al.，2011），原因在于踝关节扭伤主要源自距骨前移、内旋与上移现象。所以，增加距骨移动将导致胫骨关节执行背屈动作受到限制（Grodzinsky et al.，2003）。通过下蹲最低点的踝关节背屈角度也发现，CAI有较小的角度特征，说明CAI可能因伤后的关节活动受限而造成踝关节矢状面ROM缩小，无形中提升踝关节扭伤几率。此外，本研究发现，SHL会造成踝关节额状面ROM变化较大，而SHM以踝关节矢状面ROM变化为主。除了关节ROM可作为判断CAI的关节状态是否稳定外，进一步发现CAI反复扭伤的重要指标，即踝关节内翻角速度峰值。实验结果显示，SHL落地阶段的CAI与LAT组踝关节内翻角速度峰值显著高于CON组、SHM落地阶段的CAI组踝关节内翻角速度峰值显著高于CON组。有研究认为，踝关节内翻角度、内翻角速度与扭伤间的关系密切（Santilli et al.，2005），因为落地后的踝关节内翻角速度过快，可能会超出踝关节原本抑制内翻的能力而造成严重踝扭伤。进一步观察抑制踝内翻的腓骨长肌激活特征，结果显示，落地瞬间与下蹲期的CAI组腓骨长肌激活显著低于CON组，由于腓骨长肌为抑制踝关节内翻的主要肌群（Sefton et al.，2010）540，当CAI在落地阶段即出现较快且早的踝关节内翻角速度，可能是腓骨长肌激活不足所致，此特征可视为踝关节反复扭伤的关键，也证实CAI为了避免扭伤情况的发生，在落地阶段使用较多的踝关节外翻动作为特殊关节代偿策略。

3.2.3 不同动作下的关节策略

本研究发现，各组在SHL落地时的踝关节跖屈角度小于SHM。根据踝关节扭伤机制，减少踝关节跖屈动作能降低踝关节扭伤风险，进一步比较关节ROM变化发现，无论哪种落地模式，在踝关节矢状面ROM变化上均无明显差异。不过，踝关节额状面ROM却有着不同策略，结果显示，SHL落地主要使用髋关节额状面ROM，而SHM则以踝关节额状面与横切面为主。在SHL的关节ROM特征中发现，SHL落地策略以髋关节额状面运动为主。有研究指出（Yen et al.，2005）196，髋关节额状面动作有助于提供肢体垂直与股骨位置上方，并使肢体COM更接近COP。因此，在落地阶段增加髋关节外展动作，可将COM维持在踝关节内侧位置，不仅能降低踝关节扭伤风险，更可保持肢体稳定平衡。根据上述观点，本研究发现，SHL在落地瞬间的髋关节外展动作明显高于SHM，说明，SHL髋关节动作策略确实有助于维持稳定平衡。由于SHM主要使用踝关节额状面动作策略，推论踝关节额状面ROM变化较大并非为了平衡稳定，而是诱发扭伤概率大幅提升的关键。进一步观察落地阶段的踝关节内翻角速度峰值发现，不同踝关节形态运动员执行SHM落地模式的踝关节内翻角速度达240～280°/s。综观SHL与SHM落地模式，SHL使用的髋关节策略有助于肢体稳定，而SHM的踝关节策略却凸显踝关节内翻角速度明显提升的特征，并发现CAI在SHM的落地瞬间与下蹲最低点均出现髋关节内收动作，此现象可能增加踝关节扭伤风险。基于两者关节策略比较，证实SHM落地模式是踝关节扭伤的高风险动作。

3.3 神经肌肉激活特征

Denyer（2013）326认为，下肢神经肌肉系统在动态姿势稳定策略中占有重要角色，因为关节周边肌群存在相应的防卫机制。因此，CAI才能在激烈运动竞赛过程中免于反复扭伤（Mitchell et al.，2008）。在SHL与SHM落地模式下，落地前、落地瞬间与下蹲期的肌肉激活均有相似特征，且CAI与LAT组的腓肠肌激活显著高于CON组，证实执行踝关节跖屈的腓肠肌是CAI与LAT的重要激活肌群。Nyland（2013）指出，腓肠肌为下肢落地阶段重要肌群之一，以肌肉动力链的效果而言，腓肠肌具有同时提供远端与近端关节效益的作用。所以，当腓肠肌发挥双关节作用肌的肌肉动力链效果时，除能提供踝关节稳定外，更可以将激活效益同时延伸至膝关节。由此，证实腓肠肌激活在协助踝关节抵抗落地负荷上具有显著效果，该现象通过ROM结果可以佐证，本研究发现，CAI与LAT组的矢状面踝关节ROM有较小特征，且膝关节亦有类似的趋势。此外，SHL模式下CAI组下蹲期的股直肌激活显著高于CON组，而SHM则是CAI与LAT组下蹲期的股内侧肌激活显著高于CON组。由于股直肌与股内侧肌属于膝关节的伸膝肌群（张帆 等，2018），当下蹲期激活较高的情况下，能有效提供膝关节维持固定的关节动作（张帆 等，2014），此为CAI组的矢状面关节ROM范围小于CON组的原因。本研究认为，CAI与LAT组的踝关节与膝关节伸膝肌群高度激活，具有提供关节维持较僵直的状态，能避免下蹲幅度过大所引起的不稳定状态，结果也显示，落地负荷率、VSI与DPSI等参数均显示CAI组控制能力较佳；但受到髋关节屈曲策略影响，这种僵直动作模式可能会导致较大的落地力量或负荷。上述关节策略符合DeVita（1992）108提出的观点，即髋关节策略提供柔和落地模式（soft landing），而僵直落地模式（stifflanding）则来自于踝关节与膝关节策略。

本研究肌肉激活特征显示，矢状面肌群提供CAI一种特殊的肌肉协调机制，具有维持CAI与LAT动态姿势稳定的效果，但CAI仍存在踝关节扭伤风险。Yen（2017）193指出，本体感觉、肌力强度与平衡表现下降是踝关节扭伤的后遗症，就踝关节腓骨长肌而言，在落地阶段的关节本体感觉可诱发腓骨长肌激活以提供踝关节抑制内翻动作，此特征可视为保护踝关节免于侧向扭伤的动态防卫机制。SHL与SHM结果也显示，落地瞬间与下蹲期的CAI组腓骨长肌激活显著低于CON组。相关研究指出，踝关节扭伤后的下肢神经肌肉系统势必会受到影响（Sefton，2010）545，尤其以腓骨长肌激活不足最为明显，会造成抑制踝关节内翻能力降低（Konradsen et al.，1997）。Santilli（2005）1183探讨CAI执行步态动作时的腓骨长肌激活特征发现，健侧脚的激活显著高于患侧脚，说明踝关节扭伤后确实会导致腓骨长肌激活能力受损，并降低踝关节内翻动作的抑制功能。

尽管CAI在落地阶段的腓骨长肌激活不足，会间接影响踝关节内翻角速度过高的现象，进而无形中增加踝关节扭伤风险，但Denyer（2013）327-328认为，下肢神经肌肉系统具有特殊的防卫机制，可提供CAI在不稳定状态下依旧能维持关节稳定的能力。本研究SHL与SHM的下蹲期结果显示，CON组的膝关节共同收缩率显著高于CAI与LAT组，而CAI组的踝关节共同收缩率显著高于CON组。该现象的出现，若从单一肌群的激活特征来看，初始CON组膝关节股直肌与股内侧肌激活低于CAI组，但当单脚落地时可能带来较高的负荷冲击，为了关节功能性与稳定性，此时肌肉共同收缩扮演着维持运动效率与关节稳定性的角色。显然，CON组可能会因为单一肌群激活不足，进而产生较高的肌肉共同收缩以维持关节稳定。不过高度肌肉共同收缩所提供的关节策略属于较为僵直的落地模式，本研究中，CON组落地负荷率、VSI与DPSI等指数高于CAI组的结果也对此予以了证实。反之，CAI运动员在下蹲期则使用较多的踝关节共同收缩来维持动态的关节稳定度。因为CAI运动员扭伤后，其踝关节周边肌群激活变差的同时也会造成踝关节内翻风险增加，但为了代偿踝关节扭伤后所产生的不稳定因素，下肢将利用主动肌与拮抗肌间共同作用以提升关节稳定度（Baratta et al.，1988）。

当关节经历严重的运动伤害后，下肢的神经肌肉模式均会受到影响，如踝关节扭伤后将连带降低踝关节与髋关节肌肉激活功能。下蹲期的臀中肌激活结果显示，SHL模式下CON组显著高于CAI组，SHM模式下CON组显著高于CAI与LAT组。髋关节的臀中肌激活，主要功能为提供髋关节执行外展动作，从落地阶段的髋关节角度特征来看，CON组的外展角度高于CAI组。Son（2017）1661指出，髋关节外展策略可使肢体垂直于股骨上方（有助于将COM移动范围限缩于COP内），能降低踝关节内翻动作，相对的，若髋关节内收动作较多，将使COM移动至踝关节外侧位置进而造成踝关节内翻动作增加。本研究认为，髋关节外展动作属于较好的姿势稳定策略，由于髋关节外展与臀中肌激活关系密切，当CAI臀中肌激活不足时，则导致维持髋外展的能力受到影响，并且无法有效维持关节动作，符合Firel（2006）的观点，证实CAI的臀中肌无力会造成髋关节外展功能障碍，使得髋关节额状面的动作与位置控制能力大幅下降。因此，髋关节额状面的肌群应为CAI运动员优先强化的重要肌群之一。

4 结论与建议

4.1 结论

1）姿势稳定机制方面，髋关节屈曲动作是SHL与SMM落地模式的主要动作策略之一；下肢矢状面肌群（腓肠肌、比目鱼肌、股直肌与股内侧肌）激活程度与踝关节肌肉（内侧腓肠肌/胫骨前肌）共同收缩率对CAI的动态姿势稳定扮演重要角色；以SHL落地的踝关节外翻动作能降低踝关节内翻扭伤风险。

2）反复扭伤致因方面，侧跳落地模式凸显出CAI额状运动平面控制能力不佳的问题；腓骨长肌激活与臀中肌激活不足导致CAI额状面关节ROM控制能力差；在SHL落地模式下，CAI髋关节内收动作可能会引起踝关节内翻动作；侧跳落地的踝关节内翻角速度出现较早且快速的特征为CAI反复扭伤的关键。

3）动作控制策略方面，踝关节策略主要影响COP参数，髋关节策略则能改变COM；CON侧跳的落地缓冲与姿势控制能力不及CAI稳定；SHM落地模式是踝关节内翻扭伤的高风险动作；基于关节运动模式、肌肉激活特征与姿势稳定能力显示，LAT动作策略趋向CAI。

4.2 建议

1）加强踝关节腓骨长肌的肌力训练，以提升踝关节扭伤的保护肌群；针对髋关节臀中肌进行强化，提升髋关节执行外展动作的能力。

2）增加矢状面踝关节ROM，促进踝关节落地缓冲功能恢复；利用髋关节动作策略作为落地缓冲与躯干稳定的关节运用模式。

3）在平衡球或平衡板上执行单脚站立动作，诱发踝关节周边本体感觉的刺激；利用弹力带、弹力绳或体重负荷增强踝关节周边肌力。