黃浩潔，孟歡歡，霍洪峰，趙煥彬

人體著地過程中，下肢運動學(xué)[1-2]、動力學(xué)[1-3]和肌電圖（Electromyogram，EMG）[4-6]特征經(jīng)常被用來評估運動損傷風(fēng)險。一般研究認(rèn)為，地面給下肢的反沖力過大是導(dǎo)致運動損傷的主要原因[5-6]。但近期研究發(fā)現(xiàn)，地面反沖力過大無法完全解釋著地過程中女性相比男性有較高的損傷概率[7-8]。謹(jǐn)慎的評估也應(yīng)該考慮著地時人體的動態(tài)姿勢穩(wěn)定性（Dynamic Postural Stability，DPS）[9]，它被定義為從動態(tài)到靜態(tài)過渡時人體保持平衡的能力[9]。有研究認(rèn)為，著地時下肢運動損傷風(fēng)險與DPS 密切相關(guān)[4，10]。宋發(fā)明[4]和S.E.ROSS[11]等研究發(fā)現(xiàn)，在單腿著地時，踝關(guān)節(jié)功能不穩(wěn)定者比對照組需要更長的時間站穩(wěn)。另一研究發(fā)現(xiàn)，重建前十字交叉韌帶者在一個單腿跳躍著地任務(wù)中姿勢穩(wěn)定時間比對照組要長[12]。盡管單腿著地能力被用來評估患者或健康人群的DPS 得到了廣泛應(yīng)用[9]，但在運動、日常和職業(yè)活動中，雙腿著地更加普遍，且有研究提示，這2 種動作在運動學(xué)和EMG 屬性上有本質(zhì)不同[13]，雙腿著地?fù)p傷風(fēng)險與許多因素有關(guān)[6]，如訓(xùn)練地面不平[14]或比賽中身體對抗碰撞[15]很容易造成姿勢偏移，意味著肌肉和韌帶等組織需要緩沖更大的重力力矩[16]。因此，姿勢偏移被認(rèn)為是落地過程下肢損傷的另一個重要危險因素[17]，但目前關(guān)于落地過程姿勢偏移時，下肢如何及時緩沖減速，形成防止關(guān)節(jié)和韌帶損傷的機制還不是很清楚，圍繞姿勢偏移值得進一步深入研究，特別是下落過程人體如何通過前饋運動控制（觸地前的肌肉預(yù)激活）和反饋運動控制（緩沖階段肌肉牽張反射等）來實現(xiàn)安全著地。此外，有流行病學(xué)報道，著地時右腿損傷風(fēng)險遠(yuǎn)較左腿大[18]，提示著地時雙腿緩沖負(fù)荷是否存在偏側(cè)性也是一個值得考究的問題。關(guān)于該問題，雖然國內(nèi)外有學(xué)者進行了研究[1，18-19]，但這些研究關(guān)注的是不同高度對偏側(cè)性的影響，很少關(guān)注姿勢偏移對偏側(cè)性的影響。

綜上所述，本研究使用紅外線動作捕捉系統(tǒng)，結(jié)合無線表面肌電系統(tǒng)，評估不同姿勢著地時下肢各關(guān)節(jié)角度和雙側(cè)腿各大肌群肌電圖特征，來解釋著地時人體下肢如何緩沖地面沖擊力，旨在為運動訓(xùn)練、運動損傷研究和防護裝備設(shè)計等相關(guān)領(lǐng)域提供理論參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

隨機選取16名運動訓(xùn)練專業(yè)健康男性大學(xué)生作為受試者，年齡（22.3±2.1）歲，身高（178.3±3.1）cm，體重（67.8±4.4）kg，要求受試者試驗前72 h 不能進行劇烈運動，下肢和足部解剖結(jié)構(gòu)和功能正常，身體狀況和運動能力達到試驗要求。選用運動訓(xùn)練專業(yè)為受試者的原因是：（1）受試者有相似的訓(xùn)練史，個體差異??；（2）受試者能熟練掌握試驗所測試動作，能很好模擬運動員落地時姿勢偏移的動作；（3）在測試出現(xiàn)失誤時懂得如何進行自我保護。

1.2 研究方法

1.2.1 測試動作 參考日常訓(xùn)練跳深平臺高度，選擇著地下落高度為70 cm。正式試驗前，受試者先進行慢跑5 min 熱身并靜態(tài)拉伸下肢肌肉，隨機選取受試者站于平臺前沿，腳距與肩同寬，雙手自然垂放兩側(cè)。要求受試者接收到跳深指令前，保持靜息姿勢10 s，然后雙腳同時向前蹬伸，著地時隨機分別以后傾姿勢、正常姿勢和前傾姿勢3 種姿勢偏移方式落地。每個姿勢著地緩沖動作重復(fù)測試3 次，求平均值，同一姿勢間歇30～35 s，不同姿勢間歇3 min（見圖1A）。姿勢合格標(biāo)準(zhǔn)：在X 軸方向上，在緩沖后期，肩峰marker 點（紅外反光標(biāo)志球）超過同側(cè)腳尖marker 點為前傾姿勢；肩峰marker 點處在腳后跟和腳尖marker 點之間為正常姿勢；肩峰marker 點落后于腳后跟marker 點為后傾姿勢。通過三維動作捕捉系統(tǒng)回放動作查看是否符合定義，如不符合，則放棄數(shù)據(jù)，重復(fù)測試（見圖1B）。

圖1 著地姿勢判斷標(biāo)準(zhǔn)（A）和落地動作階段劃分（B）示意圖Figure1 Schematic Diagram of Judgment Standard of Landing Posture（A）and Division of Landing Action Phase（B）

彩圖對照

1.2.2 表面肌電信號數(shù)據(jù)采集 使用BTS FREEEMG 300便攜式無線表面肌電系統(tǒng)（產(chǎn)地：意大利；采集頻率：1 KHz）同時記錄雙側(cè)腿各8 塊肌群（股直肌、股外側(cè)肌、股內(nèi)側(cè)肌、脛骨前肌、臀中肌、臀大肌、股二頭肌和外側(cè)腓腸?。〦MG 信號，測試3 次求平均值；電極片粘貼方法根據(jù)肌肉解剖學(xué)圖譜[20]找到測試肌群肌腹，如臀中肌定位時以食指尖和中指尖分別置于髂前上棘和髂脊下緣處，髂脊、食指、中指便構(gòu)成一個三角形，粘貼部位在食指和中指構(gòu)成的角內(nèi)。刮除體毛、磨皮去脂沿著肌群肌纖維走向?qū)g/AgCl 電極片平行貼在肌腹隆起部位，2 片電極片中心點距離約2 cm。

1.2.3 運動學(xué)數(shù)據(jù)采集 使用8 攝像頭Motion 三維動作捕捉分析系統(tǒng)（產(chǎn)地：美國；采樣頻率：200 Hz；像素：400 萬；精度：0.083 mm）進行下肢運動學(xué)數(shù)據(jù)采集。根據(jù)系統(tǒng)自帶的Helen Hayes 模型方案將29 個直徑為14 mm 的marker 點粘貼在對應(yīng)的骨標(biāo)志點[1，5，19]。運動學(xué)測試與肌電測試同步進行。

1.3 數(shù)據(jù)分析

為了方便數(shù)據(jù)分析，根據(jù)腳尖marker 點和腳后跟marker 點Z 軸坐標(biāo)軌跡識別受試者啟動時刻、著地時刻和站穩(wěn)時刻。本研究中，據(jù)此把3種姿勢著地緩沖動作劃分為準(zhǔn)備階段（啟動前10 s 的安靜狀態(tài)）、啟動階段（啟動開始腰點Z 軸方向開始有移動到腳尖點在X 軸方向開始有移動離開平臺）、騰空階段（離開平臺到腳尖點后腳后跟點Z軸停止位移觸地）和緩沖階段（觸地到緩沖完成，即髖關(guān)節(jié)中心下降到最低點）（見圖1B）。數(shù)據(jù)采集完成后，利用BTS EMG Analyzer30.0 分析系統(tǒng)各功能模板對所有的運動學(xué)和EMG信號進行分析。

1.3.1 運動學(xué)數(shù)據(jù)處理和所選指標(biāo) 髖中心點位移（Displacement Of the Hip Center，DOHC）：左右髂前上棘點和腰點的坐標(biāo)值相加求平均得到的點為人體髖中心點，著地瞬間髖中心點坐標(biāo)與姿勢穩(wěn)定后髖中心坐標(biāo)相減求DOHC[1，5]。髖中心點加速度（a）：髖中心點坐標(biāo)二次求導(dǎo)可以獲得髖中心加速度[1，5]。關(guān)節(jié)角度變化（Δθ）：通過選擇單一環(huán)節(jié)、相應(yīng)的參考環(huán)節(jié)、卡丹次序和坐標(biāo)系完成髖（θ髖）、膝（θ膝）和踝（θ踝）3 個關(guān)節(jié)角度的定義[3，5]（見圖1A 和圖2）。著地瞬間關(guān)節(jié)角度減去站穩(wěn)后關(guān)節(jié)角度獲得Δθ。關(guān)節(jié)角速度變化（ωmax）：對關(guān)節(jié)角度進行時間求導(dǎo)獲得角速度再求最大值獲得ωmax。

圖2 著地過程雙側(cè)腿髖膝踝關(guān)節(jié)肌肉共激活變化特征Figure2 Characteristics of Co-activation of Hip，Knee and Ankle Muscles of in Lower Limbs

彩圖對照

1.3.2 肌電圖數(shù)據(jù)處理和所選指標(biāo) （1）時域分析。先將原始EMG信號進行帶通濾波（高通20 Hz，低通400 Hz）處理，然后進行全波整流，計算各肌肉信號的均方根振幅（Root Mean Square，RMS），所求RMS時間窗口設(shè)為100 ms[20]，分別求4階段的maxEMGRMS值，分別代表安靜激活程度、啟動激活程度、預(yù)激活（騰空階段肌肉預(yù)先激活）程度和后激活（緩沖階段肌肉被激活）程度[5，19，21]。其中，啟動前2 s為安靜階段，此時EMGRMS信號為基線屬于安靜激活[5，19]。

標(biāo)準(zhǔn)化maxEMGRMS：由于不同受試者同塊EMG 信號個體差異性較大。因此，本研究根據(jù)相對振幅法對各肌肉max-EMGRMS進行標(biāo)準(zhǔn)化，選取9 次（3 種方式×3 次測試）著地動作測試過程中所有肌肉中maxEMGRMS值作為該受試者maxEMGRMS標(biāo)準(zhǔn)化的分母[5，19-20]，分別求騰空階段和緩沖階段各肌群標(biāo)準(zhǔn)化maxEMGRMS，公式為：標(biāo)準(zhǔn)化maxEMGRMS=各階段中max-EMGRMS/9次所有肌肉中最大RMS值×100%。

肌肉共激活（Co-activation）：比較拮抗肌和主動肌max-EMGRMS可間接評估肌肉共激活情況，可反映肌肉的協(xié)調(diào)關(guān)系以及肌肉維持關(guān)節(jié)穩(wěn)定的特性[5，19]。共激活的計算方式：Co-activation=拮抗肌maxEMGRMS/主動肌maxEMGRMS×100%。

本文研究了騰空和緩沖階段髖膝踝三關(guān)節(jié)肌肉共激活的情況，髖膝踝三關(guān)節(jié)的拮抗肌和主動肌分別為[5，19]：股直肌和股二頭?。≧F/BF），股二頭肌和股外側(cè)肌加上股直肌后的均值[BF/（VL+RF/2）]，脛骨前肌與腓腸肌外側(cè)頭（TA/LG）（見圖2）。

（2）時序分析。本研究中，肌肉開始收縮起始時刻定義為該肌肉RMS 曲線持續(xù)超過2 倍最大基線信號50 ms 以上的時刻[20]，該時刻距離著地時刻越遠(yuǎn)，說明該肌肉越先收縮。然后，把同種姿勢下每次測試雙側(cè)腿同名肌肉開始收縮時刻到著地時刻的時間差求平均，時間差由小到大排列，對相鄰的值進行統(tǒng)計學(xué)分析，據(jù)此排出被測肌肉收縮時序。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

記錄每個受試者3 種姿勢下3次成功著地緩沖動作數(shù)據(jù)，采用SPSS20.0 軟件進行統(tǒng)計結(jié)果的分析，描述性分析結(jié)果以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（M±SD）表示。經(jīng)one-way ANOVA 分別做自變量姿勢偏移因素（前傾、正常和后傾）和側(cè)別（習(xí)慣性腿和非習(xí)慣性腿）因素對各階段下肢運動學(xué)和肌肉電信號的影響分析，進一步分析姿勢偏移和雙腿之間的運動學(xué)和肌肉電信號水平差異性，通過post-hoc Fisher’s LSD 進行兩兩比較，顯著性水平為P＜0.05。

2 結(jié) 果

2.1 落地過程中下肢運動學(xué)特征

2.1.1 不同姿勢緩沖階段髖中心點位移有差異 與正常姿勢相比，在緩沖階段落地瞬間，3 種不同姿勢髖中心點坐標(biāo)在x-y-z方向上的位移分量均產(chǎn)生不同程度上的差異，前傾和后傾姿勢DOHC前后（F前傾=82.816，P=0.000；F后傾=61.225，P=0.021）和DOHC左右（F前傾=8.436，P=0.021；F后傾=11.245，P=0.011）存在顯著性差異，DOHC上下分量不存在顯著差異（P＞0.05）（見表1）。

表1 3種姿勢落地瞬間髖中心點位移（DOHC）分量比較/mmTable1 Comparison of Displacement of Hip Center Position（DOHC）Components Among the Three Postures at an Instant Landing/mm

2.1.2 不同姿勢緩沖階段髖中心點加速度有差異 與正常姿勢相比，在緩沖階段，3種不同姿勢髖中心加速度在x-y-z方向上的加速度分量均產(chǎn)生不同程度上的差異，前傾和后傾姿勢a前后（F前傾=32.816，F(xiàn)后傾=21.225，均P=0.000）和a左右（F前傾=11.23，P=0.012；F后傾=9.322，P=0.022）分量均存在顯著性差異，而a上下分量不存在顯著性差異（P＞0.05）（見表2）。

表2 3種姿勢落地瞬間髖中心點加速度分量比較/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 不同姿勢緩沖階段下肢三關(guān)節(jié)角度變化量（Δθ）有差異 與正常姿勢相比，后傾姿勢髖關(guān)節(jié)Δθ顯著增大（F習(xí)慣=12.321，P=0.026；F非習(xí)慣=12.321，P=0.026），膝關(guān)節(jié)無顯著差異（P＞0.05），踝關(guān)節(jié)顯著減少（F習(xí)慣=7.651，P=0.032；F非習(xí)慣=6.761，P=0.035）；前傾姿勢髖關(guān)節(jié)Δθ顯著減小（F習(xí)慣=11.538，P=0.0361；F非習(xí)慣=24.761，P=0.041），膝關(guān)節(jié)顯著增大（F習(xí)慣=78.871，P=0.026；F非習(xí)慣=64.324，P=0.018），踝關(guān)節(jié)僅習(xí)慣性腿顯著增大（F習(xí)慣=22.881，P=0.024；F非習(xí)慣=1.761，P＞0.05）。

與非習(xí)慣性腿相比，習(xí)慣性腿髖和膝關(guān)節(jié)3 種姿勢均無顯著差異（P＞0.05），踝關(guān)節(jié)Δθ則均顯著增大（F前傾=87.325，F(xiàn)正常=72.361，F(xiàn)后傾=82.377；均P=0.000）（見表3）。

表3 3種姿勢緩沖階段下肢各關(guān)節(jié)角度變化量比較/（°）Table3 Comparison of Angular Changes of Lower Limb Joints in Three Postures During Buffer Phase/（°）

2.1.4 不同姿勢緩沖階段下肢各關(guān)節(jié)的最大角速度（ωmax）有差異 與正常姿勢相比，后傾姿勢髖關(guān)節(jié)ωmax顯著減少（F習(xí)慣=76.321，F(xiàn)非習(xí)慣=82.321，均P=0.000），膝關(guān)節(jié)無顯著差異（P＞0.05），踝關(guān)節(jié)僅習(xí)慣性腿顯著增大（F習(xí)慣=93.651，P=0.000；F非習(xí)慣=2.344，P＞0.05）；前傾姿勢髖關(guān)節(jié)ωmax也顯著減?。‵習(xí)慣=98.518，F(xiàn)非習(xí)慣=66.771，均P=0.000），膝關(guān)節(jié)僅習(xí)慣性腿顯著減少（F習(xí)慣=15.661，P=0.022；F非習(xí)慣=1.224，P＞0.05），踝關(guān)節(jié)顯著增大（F習(xí)慣=72.881，P=0.000；F非習(xí)慣=16.761，P=0.032）。

與非習(xí)慣性腿相比，習(xí)慣性腿髖關(guān)節(jié)前傾和后傾姿勢ωmax均有顯著差異（F前傾=17.395，P=0.032；F后傾=22.377，P=0.019），膝關(guān)節(jié)前傾和后傾姿勢ωmax也均有顯著差異（F前傾=10.135，P=0.031；F后傾=12.376，P=0.018），踝關(guān)節(jié)前傾和后傾姿勢ωmax也均有顯著差異（F前傾=87.935，F(xiàn)后傾=72.876，均P=0.000）；3個關(guān)節(jié)正常姿勢均無顯著差異（P＞0.05）（見表4）。

2.2 落地過程中下肢肌群電活動特征

2.2.1 不同姿勢下肢各肌群標(biāo)準(zhǔn)化maxEMGRMS 有差異 騰空階段：（1）與正常姿勢相比，前傾姿勢習(xí)慣性腿的臀中?。‵=97.376，P=0.000）和股二頭肌標(biāo)準(zhǔn)化maxEMGRMS顯著減小（F=76.451，P=0.000），脛骨前肌則顯著增大（F=66.321，P=0.043），非習(xí)慣性腿中僅股二頭肌顯著減小（F=86.321，P=0.000）；后傾姿勢習(xí)慣性腿的臀大?。‵=23.321，P=0.023）、股直?。‵=21.371，P=0.033）和脛骨前?。‵=12.321，P=0.041）顯著增大，而在非習(xí)慣性腿中股外側(cè)?。‵=67.444，P=0.000）和股二頭肌（F=55.881，P=0.000）則顯著減??；（2）與非習(xí)慣性腿相比，3 種姿勢習(xí)慣性腿主要是髖關(guān)節(jié)周圍的臀中肌、股直肌和股外側(cè)肌，以及踝關(guān)節(jié)周圍脛骨前肌（P＜0.01）和外側(cè)腓腸?。≒＜0.01）存在顯著差異（見圖3a）。

表4 3種姿勢緩沖階段下肢各關(guān)節(jié)最大角速度比較/（°）·S-1Table4 Comparison of Max Angular Velocity of Lower Limb Joints in Three Posture During Buffer Phase/（°）·S-1

緩沖階段：（1）與正常姿勢相比，前傾姿勢股直?。‵=15.422，P=0.031）和股二頭?。‵=9.451，P=0.013）標(biāo)準(zhǔn)化max-EMGRMS顯著減小，而脛骨前?。‵=16.431，P=0.021）的標(biāo)準(zhǔn)化maxEMGRMS顯著增大；后傾姿勢僅脛骨前肌的標(biāo)準(zhǔn)化max-EMGRMS顯著增大（F=20.411，P=0.026）；（2）與非習(xí)慣性腿相比，習(xí)慣性腿僅臀中?。‵=121.543，P=0.000）標(biāo)準(zhǔn)化maxEMGRMS顯著增大，外側(cè)腓腸?。‵=120.411，P=0.000）顯著減小，其他肌肉沒有顯著性差異（P＞0.05）（見圖3b）。

彩圖對照

2.2.2 不同姿勢下肢騰空階段和緩沖階段三關(guān)節(jié)肌肉共激活有差異 騰空階段：（1）與正常姿勢相比，前傾姿勢髖關(guān)節(jié)（F習(xí)慣=83.213，F(xiàn)非習(xí)慣=81.223，均P=0.000）和習(xí)慣性腿踝關(guān)節(jié)（F習(xí)慣=22.111，P=0.011）共激活顯著增大，膝關(guān)節(jié)和非習(xí)慣性腿踝關(guān)節(jié)沒有顯著變化（P＞0.05），后傾姿勢髖關(guān)節(jié)（F習(xí)慣=9.113，P=0.011；F非習(xí)慣=8.283，P=0.014）共激活顯著增大，兩腿膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)沒有顯著變化（P＞0.05）；（2）與非習(xí)慣性腿相比，習(xí)慣性腿髖關(guān)節(jié)前傾姿勢（F=41.131，P=0.00）和正常姿勢（F=72.121，P=0.00）共激活顯著增大，膝關(guān)節(jié)沒有顯著變化（P＞0.05）。

緩沖階段：（1）與正常姿勢相比，后傾姿勢髖關(guān)節(jié)（F習(xí)慣=9.213，P=0.020；F非習(xí)慣=76.323，P=0.000）共激活顯著增大，膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)沒有顯著變化（P＞0.05）；（2）與非習(xí)慣性腿相比，習(xí)慣性腿3 種姿勢踝關(guān)節(jié)（F前傾=111.161，F(xiàn)正常=102.221，F(xiàn)后傾=92.121，均P=0.00）共激活均顯著減少，而髖和膝關(guān)節(jié)沒有顯著變化（P＞0.05）（見表5）。

表5 不同姿勢下肢騰空階段和緩沖階段三關(guān)節(jié)肌肉共激活比較Table5 Comparison of Co-activation of Three Joint Muscles in Flight and Buffer Phase of Lower Limbs in Different Postures

2.2.3 不同姿勢著地下肢各肌群收縮時序比較 下肢各肌群開始收縮時序：預(yù)激活階段下肢肌肉開始收縮，3 種姿勢比較，下肢各肌群收縮開始時刻存在差異性，但收縮時序有一定規(guī)律性，3 種姿勢臀中肌、臀大肌和股直肌均排前3 以內(nèi)。值得注意的是，前傾和后傾姿勢的股直肌、股外側(cè)肌和外側(cè)腓腸肌時序相比正常姿勢顯著提前，而股內(nèi)側(cè)肌顯著延遲（見表6和圖4）。

表6 不同姿勢著地下肢肌肉開始收縮時序比較/msTable6 Comparison of the Time Sequence of the Lower Limbs Muscles in Different Postures/ms

下肢各肌群收縮達到maxEMGRMS時序：3種姿勢比較，下肢各肌群收縮達到maxEMGRMS時刻也存在差異性，maxEMGRMS時序也有一定規(guī)律性，3 種姿勢臀中肌、臀大肌也均排前2 以內(nèi)。值得注意的是，前傾姿勢中，脛骨前肌和外側(cè)腓腸肌時序相比正常姿勢顯著提前，后傾姿勢則是股外側(cè)肌、脛骨前肌和股直肌時序相比正常姿勢也顯著提前，而股內(nèi)側(cè)肌和股二頭肌顯著延遲（見表7和圖4）。

圖4 不同姿勢著地瞬間下肢各肌群收縮時序Figure4 The Time Sequence of the Lower Limbs Muscles in Different Postures at an Instant Landing

彩圖對照

表7 不同姿勢著地下肢各肌群收縮達到maxEMGRMS時序比較/msTable7 Comparison of the Time Sequence of MaxEMGRMS of the Lower Limbs Muslces in Different Postures/ms

3 討 論

3.1 姿勢偏移對動態(tài)姿勢穩(wěn)定性的影響

著地緩沖時髖中心點位移（DOHCx-y-z）[2]、重心加速度（ax-y-z）[7]、下肢髖膝踝關(guān)節(jié)角度屈的變化量（Δθ）[1-5]和關(guān)節(jié)最大角速度（ωmax）[7]可用于評估著地動態(tài)姿勢穩(wěn)定性。為了研究姿勢偏移給著地穩(wěn)定帶來的影響，有些研究使用前后和左右方向合成的參數(shù)來評價動態(tài)穩(wěn)定性，而不考慮垂直方向的影響[2，7]，本研究選髖中心點位移DOHCx-y-z的加速度ax-y-z為動態(tài)穩(wěn)定性參數(shù)，并用其三維分量評估了人體著地在3 個方向上的穩(wěn)定性，主要考慮3 個分量在動態(tài)穩(wěn)定性評價時具有不同的權(quán)重，用穩(wěn)定性系數(shù)的三維分量進行評估更有意義。本研究發(fā)現(xiàn)，與正常姿勢相比，前傾和后傾姿勢落地階段姿勢顯著偏離中心位置（穩(wěn)定性系數(shù)DOHC前后和a前后更大，P＜0.05），表明前后傾姿勢落地成功誘導(dǎo)了姿勢偏移，而且左右方向上穩(wěn)定性系數(shù)DOHC左右和a左右更大（P＜0.05），說明正常姿勢著地時動態(tài)穩(wěn)定性更好，前后姿勢左右方向穩(wěn)定性較弱，但在垂直方向分量無顯著性差異（P＞0.05）。

落地階段下肢各關(guān)節(jié)Δθ 可以反映下肢負(fù)荷緩沖各關(guān)節(jié)折疊程度，由此推測各關(guān)節(jié)的緩沖分配。本研究發(fā)現(xiàn)，在姿勢偏移人體下肢關(guān)節(jié)緩沖負(fù)荷需要重新分配，前傾時膝踝關(guān)節(jié)加強折疊和髖關(guān)節(jié)減少折疊，后傾時則加強髖關(guān)節(jié)折疊和減少踝關(guān)節(jié)的折疊（見表3）。此外，根據(jù)關(guān)節(jié)角動量公式：L=Iω 可知[19]，較大的角速度意味著較大的關(guān)節(jié)角動量，ωmax越大說明參與緩沖越多，但如果過大也意味著損傷風(fēng)險更大[1，9]。本研究還發(fā)現(xiàn)，前傾和后傾姿勢髖關(guān)節(jié)ωmax顯著小于正常姿勢（P＜0.05），說明姿勢偏移髖關(guān)節(jié)的緩沖能力降低（見表4）。值得注意的是，習(xí)慣性腿踝關(guān)節(jié)ωmax顯著大于正常姿勢（P＜0.01），暗示習(xí)慣性腿踝關(guān)節(jié)參與緩沖程度加強，可能更容易受傷。綜合以上分析，膝關(guān)節(jié)折疊情況受姿勢偏移影響不大，而髖和踝關(guān)節(jié)則較大，這可能與關(guān)節(jié)的環(huán)節(jié)自由度數(shù)目（髖和踝關(guān)節(jié)為三軸關(guān)節(jié)，膝關(guān)節(jié)為雙軸關(guān)節(jié)）和周圍肌群數(shù)目有關(guān)，膝關(guān)節(jié)以穩(wěn)定性為主，髖與踝關(guān)節(jié)以靈活性為主[9]。落地緩沖過程中姿勢偏移時，人體髖和踝關(guān)節(jié)可能協(xié)調(diào)充當(dāng)一個“平衡和緩沖器”，通過共同調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)屈曲程度來維持動態(tài)姿勢穩(wěn)定，由于踝關(guān)節(jié)距離地面最近，受沖擊力更大，為了避免緩沖過程踝關(guān)節(jié)的受傷，緩沖過程中加強屈髖減輕踝關(guān)節(jié)的緩沖地面沖擊力很有必要。

3.2 雙腿著地時下肢關(guān)節(jié)肌群協(xié)調(diào)激活調(diào)控姿勢偏移

為了進一步回答姿勢偏移時髖和踝關(guān)節(jié)是如何加強屈曲維持落地動態(tài)姿勢穩(wěn)定的，本研究還測試了下肢雙側(cè)腿共16塊肌群肌電信號，由此探究著地過程姿勢偏移下肢各肌群的激活模式特征。試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，臀中肌、股直肌、股內(nèi)側(cè)肌、股外側(cè)肌、股二頭肌和脛骨前肌在預(yù)激活和后激活階段標(biāo)準(zhǔn)化max-EMGRMS均顯著受到著地姿勢偏移的影響，具體表現(xiàn)為：髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)周圍肌肉的預(yù)激活和關(guān)節(jié)肌肉共激活均較正常姿勢有顯著性差異（P＜0.05）；而后激活階段有差異的肌肉數(shù)目小于預(yù)激活階段，在前傾姿勢股直肌和股二頭肌后激活較正常姿勢顯著性?。≒＜0.05），脛骨前肌則顯著性大（P＜0.05），后傾姿勢僅脛骨前肌后激活較正常姿勢顯著性大（P＜0.05），其他肌肉沒有顯著性差異（P＞0.05）。此外，踝關(guān)節(jié)不管前傾還是后傾，在預(yù)激活階段和后激活階段肌肉共激活均增大，但沒有顯著性差異（P＞0.05）。值得注意的是，膝關(guān)節(jié)共激活在3 種姿勢各階段均沒有差異，顯著的差異主要在髖關(guān)節(jié)，前傾姿勢后激活階段小于正常姿勢，后傾姿勢則大于正常姿勢。時序分析還發(fā)現(xiàn)，不管姿勢是否偏移，首先被激活的是髖關(guān)節(jié)周圍的臀中肌、臀大肌和股直肌，其中臀中肌和臀大肌最先達到最大收縮EMG峰值；姿勢偏移時股直肌和股外側(cè)肌開始激活時序和峰值時序均顯著前移，而股內(nèi)側(cè)肌肉則出現(xiàn)延遲。以上研究結(jié)果共同提示，人體落地緩沖過程可能存在一種動作控制前饋機制：（1）不論姿勢是否偏移，為適應(yīng)下落而產(chǎn)生的沖擊力機體預(yù)先收縮近端髖關(guān)節(jié)核心肌群（肌肉激活）產(chǎn)生一定水平的肌肉力量[21]，來確保核心穩(wěn)定，緩沖階段主要通過屈膝和踝關(guān)節(jié)來實現(xiàn)緩沖，其中股四頭肌和脛骨前肌在緩沖中起主導(dǎo)作用；（2）當(dāng)姿勢偏移時，這個動作控制前饋機制屬于開鏈?zhǔn)秸{(diào)節(jié)過程，可能通過視覺目測地面位置和前庭器官感知身體空間位置，將經(jīng)驗性信號輸入至中樞神經(jīng)系統(tǒng)，通過調(diào)整激活下肢肌肉模式來應(yīng)對姿勢偏移給落地穩(wěn)定帶來的困難，這個模式包括下肢各肌群收縮時序改變，預(yù)激活的敏感性升高，后激活程度加大以及重新分配各關(guān)節(jié)的屈曲程度（見圖5），為落地緩沖動作控制前饋機制模式，落地過程的騰空階段和緩沖階段預(yù)期結(jié)果首先被送到一個稱為“比較器”的地方，與從“感覺器”送來的實際運動結(jié)果反饋信號進行實時比較，兩者之間的差異信號被作為“控制器”的輸入信號?！翱刂破鳌备鶕?jù)誤差產(chǎn)生修正后的命令（肌肉收縮時序和收縮程度），通過“效應(yīng)器”產(chǎn)生新的結(jié)果，以縮小誤差[22]。這一新的結(jié)果又通過反饋回路送回“比較器”，并與預(yù)期結(jié)果進行新輪的比較，產(chǎn)生新的誤差信號，如此反復(fù)，直到落地站穩(wěn)。

圖5 下肢肌肉改變收縮模式應(yīng)對著地姿勢偏移Figure5 Lower Limb Muscles Change Contraction Pattern to Response Landing Posture Deviation

彩圖對照

3.3 姿勢偏移對雙側(cè)腿緩沖的影響

在本研究中，還比較了著地時兩腿間運動學(xué)和肌肉活動的差異，雖然有研究發(fā)現(xiàn)在單足跳躍著地中姿勢穩(wěn)定性無雙腿差異性，但從動作模式分析來看，在單腿著地和雙腿著地中進行雙腿比較有本質(zhì)的區(qū)別，前者比較的是2種運動模式（左腿和右腿著地），而后者比較的是同種運動中兩側(cè)腿的表現(xiàn)。本研究發(fā)現(xiàn)，習(xí)慣性腿踝關(guān)節(jié)的Δθ和ωmax值均顯著大于非習(xí)慣性腿（P＜0.01）（見表3、表4）。筆者認(rèn)為，在著地過程中，因為神經(jīng)系統(tǒng)出于潛意識和自身保護，理論上兩側(cè)腿同時著地時沖擊力同時到達峰值，且雙足承受沖擊會盡量保證同步性，以維持姿勢平衡和避免任意一側(cè)單獨承受較大沖擊力。但是，這種自發(fā)的保護機制只在理想狀態(tài)時才會出現(xiàn)，運動訓(xùn)練或者比賽中著地存在不少突發(fā)情況，如地面不平、身體對抗。人體可能為了爭取時間或空間保持落地平衡，大腦潛意識選擇習(xí)慣性腿承受更大的地面反沖力，這會一定程度上犧牲雙腿均衡緩沖的保護機制，表現(xiàn)出雙腿緩沖的偏側(cè)性。這與張英媛等[18]的研究結(jié)果類似，他們發(fā)現(xiàn)，連續(xù)縱跳下落階段習(xí)慣性腿踝關(guān)節(jié)的背屈Δθ、ωmax和地面反作用力均顯著大于非習(xí)慣性腿。較大的關(guān)節(jié)角位移和角速度極值，通常意味著更大的損傷風(fēng)險，這也許可以解釋為什么在著地緩沖過程習(xí)慣性腿踝關(guān)節(jié)比非習(xí)慣性腿的踝關(guān)節(jié)更容易發(fā)生扭傷。

此外，本研究對下肢各肌群肌肉活動肌電圖分析也發(fā)現(xiàn)，在各肌肉預(yù)激活階段：3 種著地方式中兩側(cè)腿的同一塊肌肉在絕大部分表現(xiàn)出習(xí)慣性腿比非習(xí)慣性腿先被激活。在預(yù)激活雙側(cè)腿8塊同名肌肉對比中，僅股內(nèi)側(cè)肌沒有顯著性差異，其余肌肉在3 種姿勢中習(xí)慣性腿標(biāo)準(zhǔn)化maxEMGRMS均比非習(xí)慣性腿大；后激活中雙腿比較也發(fā)現(xiàn)，習(xí)慣性腿臀中肌和外側(cè)腓腸肌標(biāo)準(zhǔn)化maxEMGRMS也比非習(xí)慣性腿大（P＜0.01），且踝關(guān)節(jié)肌肉共激活在預(yù)激活和后激活階段均存在顯著差異（P＜0.01）。這些結(jié)果也進一步提示，著地緩沖過程中出現(xiàn)了雙側(cè)差異性，且主要是習(xí)慣性腿屈的程度更大，習(xí)慣性腿踝關(guān)節(jié)體現(xiàn)了更強有力的跖屈肌激活以限制踝關(guān)節(jié)的過分快速背屈?？紤]到這些，本研究認(rèn)為，在著地緩沖動作中，習(xí)慣性腿踝關(guān)節(jié)有更大的損傷風(fēng)險。這也和流行病學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)的習(xí)慣性腿踝關(guān)節(jié)扭傷明顯大于非習(xí)慣性腿扭傷的現(xiàn)象相吻合。

4 結(jié) 論

當(dāng)從高處落下或跳起著地時，姿勢偏移降低了著陸動態(tài)姿勢穩(wěn)定性，為避免損傷風(fēng)險，人體可能存在一種動作控制前饋機制，在騰空階段預(yù)先激活近端核心肌群穩(wěn)定髖關(guān)節(jié)，和緩沖階段主要通過重新分配下肢髖膝踝關(guān)節(jié)屈曲程度以及調(diào)節(jié)髖關(guān)節(jié)與膝關(guān)節(jié)屈伸肌共激活程度來實現(xiàn)緩沖。此外，本研究還為著地中習(xí)慣性腿比非習(xí)慣腿的踝關(guān)節(jié)更加易于損傷的現(xiàn)象提供了解釋。建議加強核心肌群訓(xùn)練、本體覺訓(xùn)練和踝關(guān)節(jié)功能穩(wěn)定性訓(xùn)練來預(yù)防著地過程運動損傷。