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        不同跑速對(duì)膝內(nèi)翻跑者下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)特征的影響

        2022-08-02 12:06:56張宇強(qiáng)關(guān)景媛
        文體用品與科技 2022年15期
        關(guān)鍵詞:差異

        張宇強(qiáng) 關(guān)景媛

        (東北師范大學(xué)體育學(xué)院 吉林 長春 130024)

        前言

        自20世紀(jì)70年代以來,跑步越來越受歡迎,與此同時(shí)馬拉松運(yùn)動(dòng)在中國發(fā)展迅速。由于跑步運(yùn)動(dòng)發(fā)展的過快,一些沒有運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)的人群加入到跑步大軍中就會(huì)給跑者帶來一些損傷。有研究表明,業(yè)余跑者的損傷的概率更高。膝內(nèi)翻是業(yè)余跑者日常鍛煉中普遍存在的一種現(xiàn)象。膝內(nèi)翻又稱“O”型腿,是指受試者立正姿勢(shì)站立兩下肢自然伸直時(shí),大小腿之間不能并攏,足跟可以靠攏兩膝關(guān)節(jié)之間的距離大于1.5cm。長時(shí)間的進(jìn)行一些鍛煉和一些錯(cuò)誤的動(dòng)作就會(huì)給膝關(guān)節(jié)形成向外的力量,形成膝內(nèi)翻。研究表明O型腿人群的膝內(nèi)收力矩大于直腿人群。在不同跑速跑步時(shí),下肢各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)數(shù)據(jù)有所差異,不同的跑速也會(huì)造成不同程度的運(yùn)動(dòng)損傷。在對(duì)比不同跑速下的垂直方向的地面反作用力時(shí)發(fā)現(xiàn)不同的跑速下地面反作用力也不相同。

        綜上所述,跑步已經(jīng)成為日常最常見的鍛煉方式之一,但是跑步也會(huì)造成一定的運(yùn)動(dòng)損傷,損傷主要集中在膝關(guān)節(jié)。本實(shí)驗(yàn)試圖分析不同腿型與不同跑速對(duì)業(yè)余跑者下肢的運(yùn)動(dòng)學(xué)影響,嘗試了解不同腿型、不同跑速與下肢的運(yùn)動(dòng)學(xué),為膝內(nèi)翻跑者、直腿跑者科學(xué)鍛煉提供理論依據(jù)。

        1、研究對(duì)象與方法

        本研究主要采用實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法來分析不同腿型跑者在不同跑速下的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù),實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)具體如下。

        1.1、研究對(duì)象

        選取8名太原理工大學(xué)體育學(xué)院男性業(yè)余跑者 (每周進(jìn)行跑步的距離至少為20km)采用常態(tài)膝距法,受試者以立正姿勢(shì)站立兩下肢自然伸直時(shí),大小腿之間不能并攏,足跟可以靠攏兩膝關(guān)節(jié)之間的距離是否超過1.5cm分為2組(直腿、膝內(nèi)翻),每組4人,受試者均無嚴(yán)重下肢損傷史。在實(shí)驗(yàn)前3個(gè)月無急性下肢損傷,無心肺疾病。為確保受試者有充足的體能,注意受試者在測(cè)試前的24h內(nèi)沒有進(jìn)行體育鍛煉。參與測(cè)試前,所有參與者需閱讀并簽署知情同意書。

        1.2、數(shù)據(jù)采集

        本實(shí)驗(yàn)采用8鏡頭紅外光點(diǎn)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)(Nokov,中國)以200Hz的采集頻率獲取29個(gè)粘貼在受試者身上的紅外反光標(biāo)志點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)。受試者首先在基本信息登記表填寫自身的優(yōu)勢(shì)腿、膝內(nèi)翻程度。熱身結(jié)束后,被試者更換統(tǒng)一著裝,由同一操作人員為其貼上反光標(biāo)志點(diǎn)。受試者需要通過15m距離,前10m為一個(gè)加速距離,后5m為測(cè)試距離,由于公認(rèn)的慢、中、快跑速為3m/s、4m/s、5m/s,因此選用3種跑速均速通過5m的距離的測(cè)試區(qū),由兩名同學(xué)在起點(diǎn)和終點(diǎn)進(jìn)行秒表計(jì)時(shí),成績(jī)?nèi)蓚€(gè)秒表的平均值。測(cè)試者需在跑到側(cè)面垂直終點(diǎn)線、起點(diǎn)線站立。手動(dòng)計(jì)時(shí)所得出的平均速度需與動(dòng)作分析得出的重心位移速度一致 (最大誤差為±0.3m/s),若速度誤差較大需重新測(cè)量。為防止運(yùn)動(dòng)疲勞的出現(xiàn),每次測(cè)試間隔5min。

        1.3、數(shù)據(jù)處理

        運(yùn)用 Cortex-64 5.5.0(Motion Analysis Inc,USA)分析軟件對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別處理,根據(jù)反光標(biāo)志點(diǎn)建立人體環(huán)節(jié)剛體模型,采用歐拉角的方法方法計(jì)算下肢關(guān)節(jié)的三維角度,所有反光標(biāo)志點(diǎn)三維坐標(biāo)采用Butterworth低通濾波進(jìn)行平滑 (截?cái)囝l率為 13.3Hz)。

        1.4、數(shù)據(jù)分析

        選擇每個(gè)跑速3次成功動(dòng)作平均值用于統(tǒng)計(jì)分析,通過Shapiro-Wilk檢驗(yàn)來確定各參數(shù)是否服從正態(tài)分布。運(yùn)用2×3混合測(cè)量雙因素方差分析2種腿型、3種跑速對(duì)下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)影響。所有統(tǒng)計(jì)分析使用SPSS 22.0軟件完成,

        2、結(jié)果

        2.1、運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)偏度、峰度和分布檢驗(yàn)

        研究結(jié)果可得在落地時(shí)刻直腿除3m/s跑速下的左膝屈伸角以外均符合正態(tài)分布,進(jìn)一步分析3m/s跑速下的左膝屈伸角偏度、峰度數(shù)值未超過±2且Q-Q圖吻合度好。因此本研究認(rèn)為該參數(shù)屬于正態(tài)分布(表2)。

        表2 3種跑速下直腿組膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)偏度、峰度和分布檢驗(yàn)參數(shù)3m/s 4m/s 5m/s

        2.2、膝內(nèi)翻組與直腿組不同跑速下對(duì)左膝關(guān)節(jié)角度影響

        由雙因素混合測(cè)量方差分析得到:左膝關(guān)節(jié)屈伸角在跑速和腿型之間不存在交互作用。膝內(nèi)翻人群和直腿人群在跑步時(shí)左膝屈伸角沒有差異(p>0.05),以3m/s和4m/s跑步時(shí)左膝屈伸角沒有差異 (p>0.05),以4m/s和5m/s跑步時(shí)左膝屈伸角沒有差異(p>0.05),以 3m/s 和 5m/s 跑步時(shí)左膝屈伸角有差異(p<0.05),5m/s跑步時(shí)左膝屈伸角明顯大于3m/s跑步時(shí)左膝屈伸角。左膝內(nèi)翻外翻角在3m/s和4m/s、4m/s和5m/s、3m/s和5m/s跑速下均無差異 (p>0.05),并且膝內(nèi)翻人群和直腿人群之間也不存在差異(p>0.05)。

        另外左膝內(nèi)旋外旋角在3m/s和4m/s、4m/s和 5m/s、3m/s和5m/s跑速下均無差異(p>0.05),并且膝內(nèi)翻人群和直腿人群之間也不存在差異(p>0.05)(如圖 1)。

        圖1 膝內(nèi)翻組與直腿組不同跑速下對(duì)左膝關(guān)節(jié)角度影響

        2.3、膝內(nèi)翻組與直腿組不同跑速下對(duì)右膝關(guān)節(jié)角度影響

        由雙因素混合測(cè)量方差分析得到:右腿膝關(guān)節(jié)屈伸角在三種跑速和兩種腿型之間不存在交互作用。兩種腿型人群在跑步時(shí)右膝屈伸角沒有差異(p>0.05),以3m/s和4m/s跑步時(shí)右膝屈伸角沒有差異(p>0.05),以4m/s和5m/s跑步時(shí)右膝屈伸角沒有差異(p>0.05),以 3m/s和 5m/s跑步時(shí)右膝屈伸角有差異(p<0.05),5m/s跑步時(shí)右膝屈伸角明顯大于3m/s跑步時(shí)右膝屈伸角。右膝內(nèi)翻外翻角在任意兩種跑速下均無差異(p>0.05),并且膝內(nèi)翻人群和直腿人群之間也不存在差異(p>0.05)。右膝內(nèi)旋外旋角在任意兩種跑速下均無差異(p>0.05),并且膝內(nèi)翻人群和直腿人群之間也不存在差異(p>0.05)(如圖2)。另外由圖1和圖2對(duì)比可以看出左、右側(cè)膝關(guān)節(jié)差異較小,說明可以選用一條腿進(jìn)行研究。

        圖2 膝內(nèi)翻組與直腿組不同跑速下對(duì)右膝關(guān)節(jié)角度的影響

        2.4、受試者跑步時(shí)支撐期間膝關(guān)節(jié)角度

        圖3 表示膝關(guān)節(jié)在一個(gè)完整步態(tài)中屈伸角、內(nèi)旋外旋角、內(nèi)翻外翻角與時(shí)間變化曲線,研究結(jié)果表明屈伸角圖中可以看出膝內(nèi)翻組與直腿組在著地后膝關(guān)節(jié)屈伸角先增加,腳放平后膝關(guān)節(jié)屈伸角出現(xiàn)下降,在相同跑速下膝內(nèi)翻組屈伸角略大于直腿組但不存在顯著差異,膝關(guān)節(jié)內(nèi)旋外旋角在圖中看出在相同跑速下膝內(nèi)翻組大于直腿組,當(dāng)跑速為5m/s時(shí)膝內(nèi)翻組和直腿組之間角度差距縮小。另外膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻外翻角在圖中看出在相同的跑速下兩種腿型之間比較相近。

        圖3 膝關(guān)節(jié)在失狀面、額狀面上的角—時(shí)間變化曲線

        3、討論

        本實(shí)驗(yàn)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是對(duì)膝內(nèi)翻跑步愛好者和直腿跑步愛好者進(jìn)行3種跑速的運(yùn)動(dòng)學(xué)測(cè)試,進(jìn)而探討3種跑速下對(duì)膝內(nèi)翻跑者和直腿跑者的差異,分析對(duì)比其中的差異為膝內(nèi)翻跑者選擇合適的跑速。

        3.1、不同跑速對(duì)膝內(nèi)翻跑者、直腿跑者的膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)影響

        本實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持第一個(gè)假設(shè),本研究結(jié)果支持以往的研究結(jié)論,本研究結(jié)果表明左右腿研究結(jié)果一致,因此只選擇一條腿進(jìn)行分析。膝內(nèi)翻組和直腿組之間沒有交互(p>0.05),膝內(nèi)翻組和直腿組在3種跑速下的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)均得出在3m/s跑速下膝關(guān)節(jié)屈曲角更小。以往研究認(rèn)為膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的被動(dòng)屈曲動(dòng)作都是為了進(jìn)行緩沖,這就說明膝關(guān)節(jié)屈曲角度增大可能表明膝關(guān)節(jié)所受沖擊力增大,較快、較大的沖擊力則是造成下肢損傷的原因,對(duì)比穿鞋跑步和裸足跑步時(shí)的膝關(guān)節(jié)屈曲角發(fā)現(xiàn)穿跑步鞋跑步時(shí)膝關(guān)節(jié)屈曲角更小,建議跑步時(shí)穿軟底跑步鞋減少屈曲角角度,減少損傷。因此,本實(shí)驗(yàn)結(jié)果不支持第二個(gè)實(shí)驗(yàn)假設(shè)。不論業(yè)余跑者腿型如何,5m/s跑速可能比3m/s更容易造成膝關(guān)節(jié)損傷。

        3.2、膝內(nèi)翻跑者與直腿跑者相同跑速下的運(yùn)動(dòng)學(xué)差異

        本研究在對(duì)比一個(gè)完整的支撐期膝關(guān)節(jié)內(nèi)旋外旋角時(shí)發(fā)現(xiàn)膝內(nèi)翻組內(nèi)外旋角大于直腿組,在相同跑速下一個(gè)完整支撐期膝內(nèi)翻組內(nèi)外翻角與直腿組內(nèi)外翻角比較相似,在膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻外翻角與前者的結(jié)論相同。馬云茹研究表明在跑步運(yùn)動(dòng)中導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)損傷的主要原因是由于膝關(guān)節(jié)長時(shí)間重復(fù)的發(fā)生更大的位移所導(dǎo)致,膝內(nèi)翻組在相同的跑速下膝關(guān)節(jié)內(nèi)旋外旋角、內(nèi)翻外翻角更大,提高了損傷的概率,膝內(nèi)翻人群在運(yùn)動(dòng)時(shí)膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻角和內(nèi)旋角增大可能使膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)承受更大的壓力,另外李永耀研究表明膝內(nèi)翻人群膝關(guān)節(jié)內(nèi)收力矩大于正常人是導(dǎo)致膝內(nèi)翻人群患骨關(guān)節(jié)炎的主要原因,Prodromos等對(duì)于膝內(nèi)翻人群進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)膝內(nèi)翻人群膝關(guān)節(jié)的內(nèi)收力矩比直腿人群膝關(guān)節(jié)內(nèi)收力據(jù)要大,而且對(duì)于一些下肢沒有損傷的實(shí)驗(yàn)者,有些實(shí)驗(yàn)者膝關(guān)節(jié)內(nèi)收力矩較大,這些受試者兩膝關(guān)節(jié)的距離也略大膝關(guān)節(jié)出都有輕度膝內(nèi)翻。因此膝內(nèi)翻人群似乎更易發(fā)生膝關(guān)節(jié)損傷。

        綜上所述,不論跑速快慢,膝內(nèi)翻人群由于在跑步時(shí)膝關(guān)節(jié)內(nèi)外旋角更大,似乎更易發(fā)生膝關(guān)節(jié)損傷,此外,不同跑速主要對(duì)兩種腿型業(yè)余跑者的著地時(shí)刻膝關(guān)節(jié)屈曲角有影響,表現(xiàn)為3m/s的跑速膝關(guān)節(jié)屈曲角更小,膝關(guān)節(jié)屈曲角越小使跑步時(shí)膝關(guān)節(jié)受到的沖擊力更小,跑步時(shí)膝關(guān)節(jié)損傷的概率會(huì)更小。因此,不論腿型如何,業(yè)余跑者運(yùn)用3m/s的跑速進(jìn)行鍛煉的膝關(guān)節(jié)損傷風(fēng)險(xiǎn)最低。

        4、結(jié)論與建議

        4.1、結(jié)論

        (1)膝內(nèi)翻跑者和直腿跑者在不同的跑速著地時(shí)刻膝關(guān)節(jié)屈伸角有差異,兩種腿型膝關(guān)節(jié)屈曲角在3m/s跑速時(shí)小于5m/s跑速;

        (2)膝內(nèi)翻組與直腿組在相同跑速下落地時(shí)刻膝關(guān)節(jié)各角度沒有差異,但在對(duì)比完整支撐期發(fā)現(xiàn)3種跑速下膝內(nèi)翻組內(nèi)旋外旋角大于直腿組。

        4.2、建議

        (1)膝內(nèi)翻人群和直腿人群在跑步時(shí)若不刻意追求運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度,建議選擇較慢的跑速進(jìn)行鍛煉,可以有效地減少對(duì)膝關(guān)節(jié)的損傷;

        (2)膝內(nèi)翻跑者在跑步時(shí)因腿型的原因會(huì)增加膝關(guān)節(jié)損傷的風(fēng)險(xiǎn),建議膝內(nèi)翻人群在有能力的情況下選擇5m/s跑速進(jìn)行跑步,可能會(huì)降低損傷的概率。

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