双腿着地时姿势偏移对下肢各关节缓冲分配和各肌群收缩模式的影响

黄浩洁，孟欢欢，霍洪峰，赵焕彬

人体着地过程中，下肢运动学[1-2]、动力学[1-3]和肌电图（Electromyogram，EMG）[4-6]特征经常被用来评估运动损伤风险。一般研究认为，地面给下肢的反冲力过大是导致运动损伤的主要原因[5-6]。但近期研究发现，地面反冲力过大无法完全解释着地过程中女性相比男性有较高的损伤概率[7-8]。谨慎的评估也应该考虑着地时人体的动态姿势稳定性（Dynamic Postural Stability，DPS）[9]，它被定义为从动态到静态过渡时人体保持平衡的能力[9]。有研究认为，着地时下肢运动损伤风险与DPS 密切相关[4，10]。宋发明[4]和S.E.ROSS[11]等研究发现，在单腿着地时，踝关节功能不稳定者比对照组需要更长的时间站稳。另一研究发现，重建前十字交叉韧带者在一个单腿跳跃着地任务中姿势稳定时间比对照组要长[12]。尽管单腿着地能力被用来评估患者或健康人群的DPS 得到了广泛应用[9]，但在运动、日常和职业活动中，双腿着地更加普遍，且有研究提示，这2 种动作在运动学和EMG 属性上有本质不同[13]，双腿着地损伤风险与许多因素有关[6]，如训练地面不平[14]或比赛中身体对抗碰撞[15]很容易造成姿势偏移，意味着肌肉和韧带等组织需要缓冲更大的重力力矩[16]。因此，姿势偏移被认为是落地过程下肢损伤的另一个重要危险因素[17]，但目前关于落地过程姿势偏移时，下肢如何及时缓冲减速，形成防止关节和韧带损伤的机制还不是很清楚，围绕姿势偏移值得进一步深入研究，特别是下落过程人体如何通过前馈运动控制（触地前的肌肉预激活）和反馈运动控制（缓冲阶段肌肉牵张反射等）来实现安全着地。此外，有流行病学报道，着地时右腿损伤风险远较左腿大[18]，提示着地时双腿缓冲负荷是否存在偏侧性也是一个值得考究的问题。关于该问题，虽然国内外有学者进行了研究[1，18-19]，但这些研究关注的是不同高度对偏侧性的影响，很少关注姿势偏移对偏侧性的影响。

综上所述，本研究使用红外线动作捕捉系统，结合无线表面肌电系统，评估不同姿势着地时下肢各关节角度和双侧腿各大肌群肌电图特征，来解释着地时人体下肢如何缓冲地面冲击力，旨在为运动训练、运动损伤研究和防护装备设计等相关领域提供理论参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

随机选取16名运动训练专业健康男性大学生作为受试者，年龄（22.3±2.1）岁，身高（178.3±3.1）cm，体重（67.8±4.4）kg，要求受试者试验前72 h 不能进行剧烈运动，下肢和足部解剖结构和功能正常，身体状况和运动能力达到试验要求。选用运动训练专业为受试者的原因是：（1）受试者有相似的训练史，个体差异小；（2）受试者能熟练掌握试验所测试动作，能很好模拟运动员落地时姿势偏移的动作；（3）在测试出现失误时懂得如何进行自我保护。

1.2 研究方法

1.2.1 测试动作 参考日常训练跳深平台高度，选择着地下落高度为70 cm。正式试验前，受试者先进行慢跑5 min 热身并静态拉伸下肢肌肉，随机选取受试者站于平台前沿，脚距与肩同宽，双手自然垂放两侧。要求受试者接收到跳深指令前，保持静息姿势10 s，然后双脚同时向前蹬伸，着地时随机分别以后倾姿势、正常姿势和前倾姿势3 种姿势偏移方式落地。每个姿势着地缓冲动作重复测试3 次，求平均值，同一姿势间歇30～35 s，不同姿势间歇3 min（见图1A）。姿势合格标准：在X 轴方向上，在缓冲后期，肩峰marker 点（红外反光标志球）超过同侧脚尖marker 点为前倾姿势；肩峰marker 点处在脚后跟和脚尖marker 点之间为正常姿势；肩峰marker 点落后于脚后跟marker 点为后倾姿势。通过三维动作捕捉系统回放动作查看是否符合定义，如不符合，则放弃数据，重复测试（见图1B）。

图1 着地姿势判断标准（A）和落地动作阶段划分（B）示意图Figure1 Schematic Diagram of Judgment Standard of Landing Posture（A）and Division of Landing Action Phase（B）

彩图对照

1.2.2 表面肌电信号数据采集 使用BTS FREEEMG 300便携式无线表面肌电系统（产地：意大利；采集频率：1 KHz）同时记录双侧腿各8 块肌群（股直肌、股外侧肌、股内侧肌、胫骨前肌、臀中肌、臀大肌、股二头肌和外侧腓肠肌）EMG 信号，测试3 次求平均值；电极片粘贴方法根据肌肉解剖学图谱[20]找到测试肌群肌腹，如臀中肌定位时以食指尖和中指尖分别置于髂前上棘和髂脊下缘处，髂脊、食指、中指便构成一个三角形，粘贴部位在食指和中指构成的角内。刮除体毛、磨皮去脂沿着肌群肌纤维走向将Ag/AgCl 电极片平行贴在肌腹隆起部位，2 片电极片中心点距离约2 cm。

1.2.3 运动学数据采集 使用8 摄像头Motion 三维动作捕捉分析系统（产地：美国；采样频率：200 Hz；像素：400 万；精度：0.083 mm）进行下肢运动学数据采集。根据系统自带的Helen Hayes 模型方案将29 个直径为14 mm 的marker 点粘贴在对应的骨标志点[1，5，19]。运动学测试与肌电测试同步进行。

1.3 数据分析

为了方便数据分析，根据脚尖marker 点和脚后跟marker 点Z 轴坐标轨迹识别受试者启动时刻、着地时刻和站稳时刻。本研究中，据此把3种姿势着地缓冲动作划分为准备阶段（启动前10 s 的安静状态）、启动阶段（启动开始腰点Z 轴方向开始有移动到脚尖点在X 轴方向开始有移动离开平台）、腾空阶段（离开平台到脚尖点后脚后跟点Z轴停止位移触地）和缓冲阶段（触地到缓冲完成，即髋关节中心下降到最低点）（见图1B）。数据采集完成后，利用BTS EMG Analyzer30.0 分析系统各功能模板对所有的运动学和EMG信号进行分析。

1.3.1 运动学数据处理和所选指标 髋中心点位移（Displacement Of the Hip Center，DOHC）：左右髂前上棘点和腰点的坐标值相加求平均得到的点为人体髋中心点，着地瞬间髋中心点坐标与姿势稳定后髋中心坐标相减求DOHC[1，5]。髋中心点加速度（a）：髋中心点坐标二次求导可以获得髋中心加速度[1，5]。关节角度变化（Δθ）：通过选择单一环节、相应的参考环节、卡丹次序和坐标系完成髋（θ髋）、膝（θ膝）和踝（θ踝）3 个关节角度的定义[3，5]（见图1A 和图2）。着地瞬间关节角度减去站稳后关节角度获得Δθ。关节角速度变化（ωmax）：对关节角度进行时间求导获得角速度再求最大值获得ωmax。

图2 着地过程双侧腿髋膝踝关节肌肉共激活变化特征Figure2 Characteristics of Co-activation of Hip，Knee and Ankle Muscles of in Lower Limbs

彩图对照

1.3.2 肌电图数据处理和所选指标 （1）时域分析。先将原始EMG信号进行带通滤波（高通20 Hz，低通400 Hz）处理，然后进行全波整流，计算各肌肉信号的均方根振幅（Root Mean Square，RMS），所求RMS时间窗口设为100 ms[20]，分别求4阶段的maxEMGRMS值，分别代表安静激活程度、启动激活程度、预激活（腾空阶段肌肉预先激活）程度和后激活（缓冲阶段肌肉被激活）程度[5，19，21]。其中，启动前2 s为安静阶段，此时EMGRMS信号为基线属于安静激活[5，19]。

标准化maxEMGRMS：由于不同受试者同块EMG 信号个体差异性较大。因此，本研究根据相对振幅法对各肌肉max-EMGRMS进行标准化，选取9 次（3 种方式×3 次测试）着地动作测试过程中所有肌肉中maxEMGRMS值作为该受试者maxEMGRMS标准化的分母[5，19-20]，分别求腾空阶段和缓冲阶段各肌群标准化maxEMGRMS，公式为：标准化maxEMGRMS=各阶段中max-EMGRMS/9次所有肌肉中最大RMS值×100%。

肌肉共激活（Co-activation）：比较拮抗肌和主动肌max-EMGRMS可间接评估肌肉共激活情况，可反映肌肉的协调关系以及肌肉维持关节稳定的特性[5，19]。共激活的计算方式：Co-activation=拮抗肌maxEMGRMS/主动肌maxEMGRMS×100%。

本文研究了腾空和缓冲阶段髋膝踝三关节肌肉共激活的情况，髋膝踝三关节的拮抗肌和主动肌分别为[5，19]：股直肌和股二头肌（RF/BF），股二头肌和股外侧肌加上股直肌后的均值[BF/（VL+RF/2）]，胫骨前肌与腓肠肌外侧头（TA/LG）（见图2）。

（2）时序分析。本研究中，肌肉开始收缩起始时刻定义为该肌肉RMS 曲线持续超过2 倍最大基线信号50 ms 以上的时刻[20]，该时刻距离着地时刻越远，说明该肌肉越先收缩。然后，把同种姿势下每次测试双侧腿同名肌肉开始收缩时刻到着地时刻的时间差求平均，时间差由小到大排列，对相邻的值进行统计学分析，据此排出被测肌肉收缩时序。

1.4 数据统计

记录每个受试者3 种姿势下3次成功着地缓冲动作数据，采用SPSS20.0 软件进行统计结果的分析，描述性分析结果以均数±标准差（M±SD）表示。经one-way ANOVA 分别做自变量姿势偏移因素（前倾、正常和后倾）和侧别（习惯性腿和非习惯性腿）因素对各阶段下肢运动学和肌肉电信号的影响分析，进一步分析姿势偏移和双腿之间的运动学和肌肉电信号水平差异性，通过post-hoc Fisher’s LSD 进行两两比较，显著性水平为P＜0.05。

2 结 果

2.1 落地过程中下肢运动学特征

2.1.1 不同姿势缓冲阶段髋中心点位移有差异 与正常姿势相比，在缓冲阶段落地瞬间，3 种不同姿势髋中心点坐标在x-y-z方向上的位移分量均产生不同程度上的差异，前倾和后倾姿势DOHC前后（F前倾=82.816，P=0.000；F后倾=61.225，P=0.021）和DOHC左右（F前倾=8.436，P=0.021；F后倾=11.245，P=0.011）存在显著性差异，DOHC上下分量不存在显著差异（P＞0.05）（见表1）。

表1 3种姿势落地瞬间髋中心点位移（DOHC）分量比较/mmTable1 Comparison of Displacement of Hip Center Position（DOHC）Components Among the Three Postures at an Instant Landing/mm

2.1.2 不同姿势缓冲阶段髋中心点加速度有差异 与正常姿势相比，在缓冲阶段，3种不同姿势髋中心加速度在x-y-z方向上的加速度分量均产生不同程度上的差异，前倾和后倾姿势a前后（F前倾=32.816，F后倾=21.225，均P=0.000）和a左右（F前倾=11.23，P=0.012；F后倾=9.322，P=0.022）分量均存在显著性差异，而a上下分量不存在显著性差异（P＞0.05）（见表2）。

表2 3种姿势落地瞬间髋中心点加速度分量比较/mm·s-2Table2 Comparison of the Components of the Acceleration of Hip Center Among the Three Postures at an Instant Landing/mm·s-2

2.1.3 不同姿势缓冲阶段下肢三关节角度变化量（Δθ）有差异 与正常姿势相比，后倾姿势髋关节Δθ显著增大（F习惯=12.321，P=0.026；F非习惯=12.321，P=0.026），膝关节无显著差异（P＞0.05），踝关节显著减少（F习惯=7.651，P=0.032；F非习惯=6.761，P=0.035）；前倾姿势髋关节Δθ显著减小（F习惯=11.538，P=0.0361；F非习惯=24.761，P=0.041），膝关节显著增大（F习惯=78.871，P=0.026；F非习惯=64.324，P=0.018），踝关节仅习惯性腿显著增大（F习惯=22.881，P=0.024；F非习惯=1.761，P＞0.05）。

与非习惯性腿相比，习惯性腿髋和膝关节3 种姿势均无显著差异（P＞0.05），踝关节Δθ则均显著增大（F前倾=87.325，F正常=72.361，F后倾=82.377；均P=0.000）（见表3）。

表3 3种姿势缓冲阶段下肢各关节角度变化量比较/（°）Table3 Comparison of Angular Changes of Lower Limb Joints in Three Postures During Buffer Phase/（°）

2.1.4 不同姿势缓冲阶段下肢各关节的最大角速度（ωmax）有差异 与正常姿势相比，后倾姿势髋关节ωmax显著减少（F习惯=76.321，F非习惯=82.321，均P=0.000），膝关节无显著差异（P＞0.05），踝关节仅习惯性腿显著增大（F习惯=93.651，P=0.000；F非习惯=2.344，P＞0.05）；前倾姿势髋关节ωmax也显著减小（F习惯=98.518，F非习惯=66.771，均P=0.000），膝关节仅习惯性腿显著减少（F习惯=15.661，P=0.022；F非习惯=1.224，P＞0.05），踝关节显著增大（F习惯=72.881，P=0.000；F非习惯=16.761，P=0.032）。

与非习惯性腿相比，习惯性腿髋关节前倾和后倾姿势ωmax均有显著差异（F前倾=17.395，P=0.032；F后倾=22.377，P=0.019），膝关节前倾和后倾姿势ωmax也均有显著差异（F前倾=10.135，P=0.031；F后倾=12.376，P=0.018），踝关节前倾和后倾姿势ωmax也均有显著差异（F前倾=87.935，F后倾=72.876，均P=0.000）；3个关节正常姿势均无显著差异（P＞0.05）（见表4）。

2.2 落地过程中下肢肌群电活动特征

2.2.1 不同姿势下肢各肌群标准化maxEMGRMS 有差异 腾空阶段：（1）与正常姿势相比，前倾姿势习惯性腿的臀中肌（F=97.376，P=0.000）和股二头肌标准化maxEMGRMS显著减小（F=76.451，P=0.000），胫骨前肌则显著增大（F=66.321，P=0.043），非习惯性腿中仅股二头肌显著减小（F=86.321，P=0.000）；后倾姿势习惯性腿的臀大肌（F=23.321，P=0.023）、股直肌（F=21.371，P=0.033）和胫骨前肌（F=12.321，P=0.041）显著增大，而在非习惯性腿中股外侧肌（F=67.444，P=0.000）和股二头肌（F=55.881，P=0.000）则显著减小；（2）与非习惯性腿相比，3 种姿势习惯性腿主要是髋关节周围的臀中肌、股直肌和股外侧肌，以及踝关节周围胫骨前肌（P＜0.01）和外侧腓肠肌（P＜0.01）存在显著差异（见图3a）。

表4 3种姿势缓冲阶段下肢各关节最大角速度比较/（°）·S-1Table4 Comparison of Max Angular Velocity of Lower Limb Joints in Three Posture During Buffer Phase/（°）·S-1

缓冲阶段：（1）与正常姿势相比，前倾姿势股直肌（F=15.422，P=0.031）和股二头肌（F=9.451，P=0.013）标准化max-EMGRMS显著减小，而胫骨前肌（F=16.431，P=0.021）的标准化maxEMGRMS显著增大；后倾姿势仅胫骨前肌的标准化max-EMGRMS显著增大（F=20.411，P=0.026）；（2）与非习惯性腿相比，习惯性腿仅臀中肌（F=121.543，P=0.000）标准化maxEMGRMS显著增大，外侧腓肠肌（F=120.411，P=0.000）显著减小，其他肌肉没有显著性差异（P＞0.05）（见图3b）。

彩图对照

2.2.2 不同姿势下肢腾空阶段和缓冲阶段三关节肌肉共激活有差异 腾空阶段：（1）与正常姿势相比，前倾姿势髋关节（F习惯=83.213，F非习惯=81.223，均P=0.000）和习惯性腿踝关节（F习惯=22.111，P=0.011）共激活显著增大，膝关节和非习惯性腿踝关节没有显著变化（P＞0.05），后倾姿势髋关节（F习惯=9.113，P=0.011；F非习惯=8.283，P=0.014）共激活显著增大，两腿膝关节和踝关节没有显著变化（P＞0.05）；（2）与非习惯性腿相比，习惯性腿髋关节前倾姿势（F=41.131，P=0.00）和正常姿势（F=72.121，P=0.00）共激活显著增大，膝关节没有显著变化（P＞0.05）。

缓冲阶段：（1）与正常姿势相比，后倾姿势髋关节（F习惯=9.213，P=0.020；F非习惯=76.323，P=0.000）共激活显著增大，膝关节和踝关节没有显著变化（P＞0.05）；（2）与非习惯性腿相比，习惯性腿3 种姿势踝关节（F前倾=111.161，F正常=102.221，F后倾=92.121，均P=0.00）共激活均显著减少，而髋和膝关节没有显著变化（P＞0.05）（见表5）。

表5 不同姿势下肢腾空阶段和缓冲阶段三关节肌肉共激活比较Table5 Comparison of Co-activation of Three Joint Muscles in Flight and Buffer Phase of Lower Limbs in Different Postures

2.2.3 不同姿势着地下肢各肌群收缩时序比较 下肢各肌群开始收缩时序：预激活阶段下肢肌肉开始收缩，3 种姿势比较，下肢各肌群收缩开始时刻存在差异性，但收缩时序有一定规律性，3 种姿势臀中肌、臀大肌和股直肌均排前3 以内。值得注意的是，前倾和后倾姿势的股直肌、股外侧肌和外侧腓肠肌时序相比正常姿势显著提前，而股内侧肌显著延迟（见表6和图4）。

表6 不同姿势着地下肢肌肉开始收缩时序比较/msTable6 Comparison of the Time Sequence of the Lower Limbs Muscles in Different Postures/ms

下肢各肌群收缩达到maxEMGRMS时序：3种姿势比较，下肢各肌群收缩达到maxEMGRMS时刻也存在差异性，maxEMGRMS时序也有一定规律性，3 种姿势臀中肌、臀大肌也均排前2 以内。值得注意的是，前倾姿势中，胫骨前肌和外侧腓肠肌时序相比正常姿势显著提前，后倾姿势则是股外侧肌、胫骨前肌和股直肌时序相比正常姿势也显著提前，而股内侧肌和股二头肌显著延迟（见表7和图4）。

图4 不同姿势着地瞬间下肢各肌群收缩时序Figure4 The Time Sequence of the Lower Limbs Muscles in Different Postures at an Instant Landing

彩图对照

表7 不同姿势着地下肢各肌群收缩达到maxEMGRMS时序比较/msTable7 Comparison of the Time Sequence of MaxEMGRMS of the Lower Limbs Muslces in Different Postures/ms

3 讨 论

3.1 姿势偏移对动态姿势稳定性的影响

着地缓冲时髋中心点位移（DOHCx-y-z）[2]、重心加速度（ax-y-z）[7]、下肢髋膝踝关节角度屈的变化量（Δθ）[1-5]和关节最大角速度（ωmax）[7]可用于评估着地动态姿势稳定性。为了研究姿势偏移给着地稳定带来的影响，有些研究使用前后和左右方向合成的参数来评价动态稳定性，而不考虑垂直方向的影响[2，7]，本研究选髋中心点位移DOHCx-y-z的加速度ax-y-z为动态稳定性参数，并用其三维分量评估了人体着地在3 个方向上的稳定性，主要考虑3 个分量在动态稳定性评价时具有不同的权重，用稳定性系数的三维分量进行评估更有意义。本研究发现，与正常姿势相比，前倾和后倾姿势落地阶段姿势显著偏离中心位置（稳定性系数DOHC前后和a前后更大，P＜0.05），表明前后倾姿势落地成功诱导了姿势偏移，而且左右方向上稳定性系数DOHC左右和a左右更大（P＜0.05），说明正常姿势着地时动态稳定性更好，前后姿势左右方向稳定性较弱，但在垂直方向分量无显著性差异（P＞0.05）。

落地阶段下肢各关节Δθ 可以反映下肢负荷缓冲各关节折叠程度，由此推测各关节的缓冲分配。本研究发现，在姿势偏移人体下肢关节缓冲负荷需要重新分配，前倾时膝踝关节加强折叠和髋关节减少折叠，后倾时则加强髋关节折叠和减少踝关节的折叠（见表3）。此外，根据关节角动量公式：L=Iω 可知[19]，较大的角速度意味着较大的关节角动量，ωmax越大说明参与缓冲越多，但如果过大也意味着损伤风险更大[1，9]。本研究还发现，前倾和后倾姿势髋关节ωmax显著小于正常姿势（P＜0.05），说明姿势偏移髋关节的缓冲能力降低（见表4）。值得注意的是，习惯性腿踝关节ωmax显著大于正常姿势（P＜0.01），暗示习惯性腿踝关节参与缓冲程度加强，可能更容易受伤。综合以上分析，膝关节折叠情况受姿势偏移影响不大，而髋和踝关节则较大，这可能与关节的环节自由度数目（髋和踝关节为三轴关节，膝关节为双轴关节）和周围肌群数目有关，膝关节以稳定性为主，髋与踝关节以灵活性为主[9]。落地缓冲过程中姿势偏移时，人体髋和踝关节可能协调充当一个“平衡和缓冲器”，通过共同调节关节屈曲程度来维持动态姿势稳定，由于踝关节距离地面最近，受冲击力更大，为了避免缓冲过程踝关节的受伤，缓冲过程中加强屈髋减轻踝关节的缓冲地面冲击力很有必要。

3.2 双腿着地时下肢关节肌群协调激活调控姿势偏移

为了进一步回答姿势偏移时髋和踝关节是如何加强屈曲维持落地动态姿势稳定的，本研究还测试了下肢双侧腿共16块肌群肌电信号，由此探究着地过程姿势偏移下肢各肌群的激活模式特征。试验结果发现，臀中肌、股直肌、股内侧肌、股外侧肌、股二头肌和胫骨前肌在预激活和后激活阶段标准化max-EMGRMS均显著受到着地姿势偏移的影响，具体表现为：髋关节和踝关节周围肌肉的预激活和关节肌肉共激活均较正常姿势有显著性差异（P＜0.05）；而后激活阶段有差异的肌肉数目小于预激活阶段，在前倾姿势股直肌和股二头肌后激活较正常姿势显著性小（P＜0.05），胫骨前肌则显著性大（P＜0.05），后倾姿势仅胫骨前肌后激活较正常姿势显著性大（P＜0.05），其他肌肉没有显著性差异（P＞0.05）。此外，踝关节不管前倾还是后倾，在预激活阶段和后激活阶段肌肉共激活均增大，但没有显著性差异（P＞0.05）。值得注意的是，膝关节共激活在3 种姿势各阶段均没有差异，显著的差异主要在髋关节，前倾姿势后激活阶段小于正常姿势，后倾姿势则大于正常姿势。时序分析还发现，不管姿势是否偏移，首先被激活的是髋关节周围的臀中肌、臀大肌和股直肌，其中臀中肌和臀大肌最先达到最大收缩EMG峰值；姿势偏移时股直肌和股外侧肌开始激活时序和峰值时序均显著前移，而股内侧肌肉则出现延迟。以上研究结果共同提示，人体落地缓冲过程可能存在一种动作控制前馈机制：（1）不论姿势是否偏移，为适应下落而产生的冲击力机体预先收缩近端髋关节核心肌群（肌肉激活）产生一定水平的肌肉力量[21]，来确保核心稳定，缓冲阶段主要通过屈膝和踝关节来实现缓冲，其中股四头肌和胫骨前肌在缓冲中起主导作用；（2）当姿势偏移时，这个动作控制前馈机制属于开链式调节过程，可能通过视觉目测地面位置和前庭器官感知身体空间位置，将经验性信号输入至中枢神经系统，通过调整激活下肢肌肉模式来应对姿势偏移给落地稳定带来的困难，这个模式包括下肢各肌群收缩时序改变，预激活的敏感性升高，后激活程度加大以及重新分配各关节的屈曲程度（见图5），为落地缓冲动作控制前馈机制模式，落地过程的腾空阶段和缓冲阶段预期结果首先被送到一个称为“比较器”的地方，与从“感觉器”送来的实际运动结果反馈信号进行实时比较，两者之间的差异信号被作为“控制器”的输入信号。“控制器”根据误差产生修正后的命令（肌肉收缩时序和收缩程度），通过“效应器”产生新的结果，以缩小误差[22]。这一新的结果又通过反馈回路送回“比较器”，并与预期结果进行新轮的比较，产生新的误差信号，如此反复，直到落地站稳。

图5 下肢肌肉改变收缩模式应对着地姿势偏移Figure5 Lower Limb Muscles Change Contraction Pattern to Response Landing Posture Deviation

彩图对照

3.3 姿势偏移对双侧腿缓冲的影响

在本研究中，还比较了着地时两腿间运动学和肌肉活动的差异，虽然有研究发现在单足跳跃着地中姿势稳定性无双腿差异性，但从动作模式分析来看，在单腿着地和双腿着地中进行双腿比较有本质的区别，前者比较的是2种运动模式（左腿和右腿着地），而后者比较的是同种运动中两侧腿的表现。本研究发现，习惯性腿踝关节的Δθ和ωmax值均显著大于非习惯性腿（P＜0.01）（见表3、表4）。笔者认为，在着地过程中，因为神经系统出于潜意识和自身保护，理论上两侧腿同时着地时冲击力同时到达峰值，且双足承受冲击会尽量保证同步性，以维持姿势平衡和避免任意一侧单独承受较大冲击力。但是，这种自发的保护机制只在理想状态时才会出现，运动训练或者比赛中着地存在不少突发情况，如地面不平、身体对抗。人体可能为了争取时间或空间保持落地平衡，大脑潜意识选择习惯性腿承受更大的地面反冲力，这会一定程度上牺牲双腿均衡缓冲的保护机制，表现出双腿缓冲的偏侧性。这与张英媛等[18]的研究结果类似，他们发现，连续纵跳下落阶段习惯性腿踝关节的背屈Δθ、ωmax和地面反作用力均显著大于非习惯性腿。较大的关节角位移和角速度极值，通常意味着更大的损伤风险，这也许可以解释为什么在着地缓冲过程习惯性腿踝关节比非习惯性腿的踝关节更容易发生扭伤。

此外，本研究对下肢各肌群肌肉活动肌电图分析也发现，在各肌肉预激活阶段：3 种着地方式中两侧腿的同一块肌肉在绝大部分表现出习惯性腿比非习惯性腿先被激活。在预激活双侧腿8块同名肌肉对比中，仅股内侧肌没有显著性差异，其余肌肉在3 种姿势中习惯性腿标准化maxEMGRMS均比非习惯性腿大；后激活中双腿比较也发现，习惯性腿臀中肌和外侧腓肠肌标准化maxEMGRMS也比非习惯性腿大（P＜0.01），且踝关节肌肉共激活在预激活和后激活阶段均存在显著差异（P＜0.01）。这些结果也进一步提示，着地缓冲过程中出现了双侧差异性，且主要是习惯性腿屈的程度更大，习惯性腿踝关节体现了更强有力的跖屈肌激活以限制踝关节的过分快速背屈。考虑到这些，本研究认为，在着地缓冲动作中，习惯性腿踝关节有更大的损伤风险。这也和流行病学调查发现的习惯性腿踝关节扭伤明显大于非习惯性腿扭伤的现象相吻合。

4 结 论

当从高处落下或跳起着地时，姿势偏移降低了着陆动态姿势稳定性，为避免损伤风险，人体可能存在一种动作控制前馈机制，在腾空阶段预先激活近端核心肌群稳定髋关节，和缓冲阶段主要通过重新分配下肢髋膝踝关节屈曲程度以及调节髋关节与膝关节屈伸肌共激活程度来实现缓冲。此外，本研究还为着地中习惯性腿比非习惯腿的踝关节更加易于损伤的现象提供了解释。建议加强核心肌群训练、本体觉训练和踝关节功能稳定性训练来预防着地过程运动损伤。