中圖分類號：R318 文獻標志碼：A 文章編號：1000-2367（2025）04-0141-08

體育活動中踝關節(jié)損傷是下肢受傷的常見類型之一，損傷動作包括急停側(cè)切 （30.0% 、單腿落地（45.0% ）、碰撞 （10.0% ）、跌倒 （5.0%） 、其他 （5.0% 、急停起跳 （2.5%） 和絆倒 （2.5%） ，單腳落地和急停側(cè)切是造成踝關節(jié)損傷最主要的動作，占到踝關節(jié)損傷的 75.0% ，可能是由于這2個動作在體育活動中較為常見且需要更強的踝關節(jié)穩(wěn)定性[1].急停起跳作為運動中出現(xiàn)頻率較高的動作之一，雖然其造成的踝關節(jié)扭傷率僅有 2.5% ，但其扭傷程度極為嚴重，多伴隨踝關節(jié)韌帶撕裂、骨折等，因此單腳落地、急停側(cè)切和急停起跳被認為是踝關節(jié)扭傷的高危動作 [1-2] .在踝關節(jié)損傷中踝關節(jié)扭傷，特別是外側(cè)踝關節(jié)扭傷尤為突出[3].已有研究指出 40%～75% 的外側(cè)踝關節(jié)扭傷患者可能發(fā)展為長期慢性踝關節(jié)不穩(wěn)（chronic ankle instability，CAI）者，其主要是由于踝關節(jié)被迫內(nèi)翻、跖屈或功能障礙等原因引起[4].HERTEL等[5]將因本體感覺或神經(jīng)肌肉缺陷導致的復發(fā)性踝關節(jié)不穩(wěn)定義為功能性踝關節(jié)不穩(wěn)定（functional ankle instability，F(xiàn)AI）.踝關節(jié)神經(jīng)肌肉控制不足表明關節(jié)動態(tài)穩(wěn)定性的傳人和傳出功效降低，這種“失控感\(zhòng)"會對運動過程中的姿勢控制產(chǎn)生不利影響.

研究表明，通過增加踝關節(jié)周圍肌肉力量和提升神經(jīng)肌肉協(xié)調(diào)性訓練，以及佩戴踝關節(jié)護具或貼扎等方法可作為預防踝關節(jié)扭傷的手段，護踝在限制踝關節(jié)額狀面活動范圍（range of motion，ROM）方面已被證明優(yōu)于貼扎，特別是在運動后預防效果更為顯著[6].此外，與其他措施相比，護踝還因其持久的預防效果、易于操作、無皮膚刺激、可重復使用、成本低以及對運動影響極小等優(yōu)點而備受推崇.護踝分為剛性和功能性（半剛性和彈性/系帶式）2類，剛性護踝使整個踝關節(jié)固定不動，而功能性護踝允許踝關節(jié)的一些跖屈和背屈，同時控制內(nèi)翻和外翻，因此在運動過程中的防護多選用功能性護踝[7].已有學者指出功能性護踝會改變著地動作的神經(jīng)肌肉控制[8].然而，不同類型護踝對下肢運動特征的具體影響以及防護效果上的差異，學術界尚存在一定爭議.在模擬踝關節(jié)內(nèi)翻跌落的被動環(huán)境下進行的實驗表明，彈性和半剛性護踝可減小踝關節(jié)峰值內(nèi)翻角、額狀面活動范圍[9].此外，還有學者指出佩戴半剛性護踝可以限制被動內(nèi)翻情形下的踝關節(jié)內(nèi)翻角和跖屈角[10].CORDOVA等[11]的研究提出，半剛性護踝比系帶彈性護踝能夠更有效地減少足跟角位移和速度，然而這些研究是在缺乏實際運動功能的模擬實驗，在真實的著地過程中，可能需要更大的力來克服支撐阻力，這可能導致對踝關節(jié)運動范圍的最大值評估不足.為了更準確地理解護踝的保護機制，有研究者通過模擬更真實的動作，如落地[12]、側(cè)切[13]來確定護踝的防護機制，但這些研究在護踝對實際落地時的運動學特征、地面反作用力、肌肉用力特征等方面尚未達成共識[12].有研究發(fā)現(xiàn)，半剛性護踝、改良的半剛性護踝和軟套設計護踝均未能夠限制側(cè)切動作時的踝關節(jié)內(nèi)翻[14].相反，另一項研究則提出半剛性護踝可以限制側(cè)切著地時的踝關節(jié)峰值內(nèi)翻角[13].可見，對于這2種護踝的防護效果，前人的研究顯示出相矛盾的結(jié)果，需要進一步研究在執(zhí)行踝關節(jié)扭傷高危動作時不同護踝的防護效果.

綜上，將功能性踝關節(jié)不穩(wěn)定者作為研究人群，針對其易傷動作，如急停起跳落地、側(cè)切和單腳落地跳等進行研究.通過分析可更全面地理解不同類型護踝對FAI者在實際著陸動作中采取的運動策略的影響，本研究成果將為FAI者在選擇踝關節(jié)支撐裝置時提供更加可靠的實驗依據(jù).基于以往文獻和本研究目的驗證以下假設：半剛性護踝和彈性護踝均對預防FAI者踝關節(jié)扭傷具有積極效果，且單腳落地時的運動特征可能更易致傷.

研究對象與方法

1.1 研究對象

本研究根據(jù)功能性踝關節(jié)不穩(wěn)定的診斷標準選取研究對象，參與者需符合以下條件：至少經(jīng)歷過2次踝關節(jié)扭傷，且在功能活動中感受到關節(jié)失控;根據(jù)坎伯蘭踝關節(jié)不穩(wěn)定量表的評分，得分不超過24分；沒有下肢手術或骨折等病史;首次踝關節(jié)扭傷發(fā)生在實驗前至少12月;前抽屜試驗和距骨傾斜試驗結(jié)果為陰性.如果參與者存在以下任何一種情況，則不符合研究條件：有關節(jié)復位或下肢手術的歷史;在過去3月內(nèi)下肢遭受急性損傷；距骨前傾試驗或前抽屜試驗結(jié)果為陽性；患有下肢骨性關節(jié)炎、頭部創(chuàng)傷、內(nèi)耳疾病或肌肉營養(yǎng)不良；Beighton關節(jié)活動度評分超過4分.由于 92% 的踝關節(jié)扭傷發(fā)生于優(yōu)勢側(cè)[15]，本研究選取優(yōu)勢側(cè)為患側(cè)的FAI患者為研究對象，根據(jù)這些標準，募集了10名功能性踝關節(jié)不穩(wěn)患者（詳見表1）.本實驗采用了重復測量設計，護踝類型和測試動作均為重復變量.通過 G?Power3.1.9.6 軟件計算所需樣本量，設定效應量 d=0.6 ，顯著性水平 α=0.05 ，統(tǒng)計功效 （1-β）=0.8 ，得出至少需要9名參與者，因此本研究的樣本量足以滿足統(tǒng)計分析的要求.本研究獲得了太原理工大學科學和倫理委員會批準（TYUT-202305003），所有參與者在測試前均已閱讀并簽署了知情同意書.

1.2 研究方法

1.2.1 實驗設備

本研究對比了2種類型的護踝：彈性護踝（195型，美國，McDavid）和半剛性護踝（Activeankle T2，美國，Cramer）（圖1）.所有參與者均穿著統(tǒng)一的測試服裝，包括運動鞋、緊身上衣和短褲.測試前進行 5min 準備活動，將29個直徑 15mm 的反光Marker球進行黏貼[16].采用紅外運動捕捉系統(tǒng)（Nokov Mars2H）獲得受試者在進行側(cè)切、急停起跳落地和跳箱單腿落地等動作時的運動學特征，采樣頻率為 200Hz. 同步通過Bertec（美國）3維測力臺以 的采樣頻率得到受試者的下肢動力學特征.要求每名受試者佩戴不同護踝完成3次有效測試動作.動作要求：1）急停側(cè)切動作要求受試者在距測力臺 6m 處助跑，在測力臺臺面上以患側(cè)（優(yōu)勢腿）為支撐，支撐腿快速制動、蹬伸，并沿原運動方向的左或右前 45^° 方向繼續(xù)奔跑；2）急停起跳動作要求受試者以自選最大速度助跑加速 6m 后，雙腿在測力臺臺面上完成急停制動，并立刻全力垂直起跳，雙足同時落到測力臺后立即進行快速前沖;3）單腿落地動作要求受試者雙手叉腰，站立于高度為 35cm 的跳箱上，足尖向前，測試開始后沿跳箱邊緣單腿跳下，使用患側(cè)（優(yōu)勢腿）著地支撐（圖 2）.

1.2.2 數(shù)據(jù)處理

本研究采用Cortex-64 2.6.2（Motion Analysis Inc，USA）軟件對運動學數(shù)據(jù)進行分析.通過反光標志點構(gòu)建人體下肢的多剛體模型，并利用歐拉角法計算3維角度.根據(jù)標志點坐標建立骨盆坐標系、大腿坐標系和小腿坐標系.骨盆坐標系由右髂前上棘點，左髂前上棘點和后上棘中點確定.根據(jù) BEAULIEU 等[1]的研究數(shù)據(jù)和骨盆坐標系計算髖關節(jié)轉(zhuǎn)動中心坐標.大腿坐標系由股骨內(nèi)側(cè)髁點、股骨外上側(cè)髁點以及髖關節(jié)中心點確定.膝關節(jié)轉(zhuǎn)動中心為股骨內(nèi)外側(cè)髁中點.小腿坐標系由外踝點、內(nèi)踝點以及膝關節(jié)中心點確定，踝關節(jié)中心被定義為內(nèi)踝和外踝的中點[18].屈伸角、內(nèi)外翻角和內(nèi)外旋角分別通過繞 x 軸、 y 軸和 z 軸的轉(zhuǎn)動獲得.所有標志點的坐標數(shù)據(jù)經(jīng)過Butterworth低通濾波器平滑處理，截斷頻率設為 ¹³Hz. 動力學數(shù)據(jù)首先經(jīng)過 50Hz 的低通濾波處理，隨后通過逆向動力學方法在 MS3D7.O軟件（Motion Soft Inc，USA）中估算了3維力矩，并進行標準化（力矩峰值除以身高 （H ）和體重（W）的乘積）.著地時刻被定義為垂直地面反作用力（ground reaction force，GRF）超過 20N 的瞬間，峰值時刻是指關節(jié)活動達到最大程度時.關節(jié)活動范圍ROM是指關節(jié)角度的最大值與最小值之間的差.GRF數(shù)據(jù)被標準化為體重的倍數(shù)，并據(jù)此計算了達到GRF 峰值所需的時間（timeto peakGRF，TTP）.

1.2.3 統(tǒng)計分析

本研究通過 3×3 重復設計的雙因素方差分析（ANOVA）探究不同踝關節(jié)護具（無護踝、彈性護踝、半剛性護踝）及動作任務（側(cè)切、急停起跳落地、單腳落地）對下肢運動生物力學特征的影響.若因素間存在顯著性交互作用，則分別進行單因素方差分析分別比較動作間和護踝間下肢運動生物力學特征的差異.主效應差異采用LSD進行校正，統(tǒng)計分析的顯著性標準定為一類誤差概率不大于0.05.

2 結(jié)果

雙因素方差分析結(jié)果顯示，護踝和動作僅對垂直GRF 峰值有顯著性交互作用 （F_[1，4]=16.87，Plt;0.001）.

2.1護踝和動作對踝關節(jié)運動學和動力學的影響

單因素方差分析結(jié)果表明，相較于無護踝狀態(tài)，F(xiàn)AI者佩戴彈性和半剛性護踝時著地時刻踝關節(jié)跖屈角、內(nèi)翻角和額狀面ROM顯著降低.另外，與半剛性護踝相比，F(xiàn)AI者佩戴彈性護踝時額狀面 ROM（P= 0.002）明顯減小.在不考慮護踝類型的條件下，F(xiàn)AI者跳箱單腿落地動作的踝關節(jié)矢狀面ROM較急停側(cè)切（ P=0.018） 和急停起跳動作大 （P=0.001） ，相比無護踝，彈性和半剛性護踝分別于 0%～19%.0%～26% 的跳箱單腿落地緩沖期中限制FAI者踝關節(jié)跖屈角（ ?Plt;0.05 （圖3）.

2.2護踝和動作對著地時刻膝關節(jié)運動學和動力學的影響

單因素方差分析結(jié)果表明，不論動作，相比無護踝，F(xiàn)AI者佩戴彈性護踝時著地時刻膝關節(jié)屈曲角增大，膝關節(jié)外翻角和內(nèi)旋角減小.佩戴半剛性護踝時著地時刻膝關節(jié)屈曲角（ P=0.002） 和內(nèi)旋力矩 ΔP=0.029Ω ）增大，膝關節(jié)內(nèi)旋角減小（ P=0.002 ）.此外，相比半剛性護踝，F(xiàn)AI者佩戴彈性護踝時膝關節(jié)屈曲角增大，見表2.

2.3 護踝和動作對GRF和TTP的影響

單因素方差分析結(jié)果表明，相比無護踝，F(xiàn)AI者佩戴彈性和半剛性護踝時垂直方向 TTP延長.其中，在急停側(cè)切、急停起跳和跳箱單腿落地動作中，F(xiàn)AI者佩戴彈性和半剛性護踝時垂直GRF 峰值均減小.在無護踝狀態(tài)下，F(xiàn)AI者跳箱單腿落地時垂直GRF峰值均高于急停側(cè)切和急停起跳（表3）.

3 分析與討論

3.1護踝和動作對踝關節(jié)生物力學的影響

本研究結(jié)果得出彈性護踝和半剛性護踝相比無護踝均能夠有效降低FAI者著地時刻踝關節(jié)內(nèi)翻角、跖屈角和額狀面ROM，提升了踝關節(jié)著地時的穩(wěn)定性，從而可能降低踝關節(jié)扭傷風險.這一發(fā)現(xiàn)與流行病學數(shù)據(jù)相呼應，后者指出約 70% 的踝關節(jié)損傷由過度內(nèi)翻和跖屈引起[1].此外，已有研究支持限制踝關節(jié)內(nèi)翻角可以減輕外側(cè)韌帶的負擔，減少扭傷風險，對于有踝關節(jié)扭傷史的人群，跖屈角的增加可能導致距骨在踝穴中的不穩(wěn)定搖擺，增加扭傷的可能性[12].DIGIOVANNI等[19]研究表明隨著踝關節(jié)跖屈角的增大，距腓前韌帶載荷亦隨之變大，可能導致?lián)p傷.本研究進一步發(fā)現(xiàn)，在執(zhí)行特定動作如急停側(cè)切、急停起跳落地和跳箱單腿落地時，F(xiàn)AI者佩戴彈性護踝和半剛性護踝可以顯著限制踝關節(jié)的運動.然而先前研究也證實在步行和跑步時，彈性護踝相比半剛性護踝更能減少踝關節(jié)內(nèi)翻角，這可能歸因于測試動作的差異，亦再次佐證了本研究的必要性[20].FAI者佩戴護踝進行與損傷相關的高危落地動作時，可能防護效果更顯著.此外，本研究還發(fā)現(xiàn)彈性護踝在限制踝關節(jié)內(nèi)外翻方面的效果更為顯著，這與CORDOVA等[1]的研究一致.究其原因可能源于護踝材料和結(jié)構(gòu)，半剛性護踝使用半剛性夾板對踝關節(jié)兩側(cè)進行支撐保護，而彈性護踝則通過8字纏繞形成牽拉保護，使得其包裹性較半剛性護踝更佳，進而可更有效地限制踝關節(jié)額狀面活動范圍[12].綜上，本研究支持使用彈性和半剛性護踝來限制FAI患者的踝關節(jié)運動，這可能有助于減少重復扭傷的風險.

本研究結(jié)果顯示FAI者佩戴彈性和半剛性護踝相比無護踝對踝關節(jié)跖屈背屈活動范圍無顯著影響，可能有利于落地緩沖增加踝關節(jié)矢狀面活動范圍是一種有益的著地策略，可避免產(chǎn)生較大的地面反作用力，進而減小下肢負荷.然而，對于FAI者若增大踝關節(jié)矢狀面活動范圍，則可能會增加踝周肌肉及韌帶的載荷，從而增大踝關節(jié)慢性損傷風險，相應地，若限制踝關節(jié)矢狀面活動范圍將不利于緩沖垂直地面反作用力，進而導致踝周軟骨、肌肉和韌帶負荷增加，亦可能增加踝關節(jié)重復扭傷的風險[21]，此外，垂直地面反作用力可能會向上傳遞至髖、膝關節(jié)并使其負荷增加[22].在本研究中，2種護踝均未影響踝關節(jié)矢狀面活動范圍似乎是較為理想的結(jié)果，因為它可能潛在地保護了踝關節(jié).理論上，一款理想的高防護性護踝應該能夠限制踝關節(jié)在額狀面上的運動，同時不約束矢狀面上的活動.值得注意的是，F(xiàn)AI者進行跳箱單腳落地動作時，其踝關節(jié)矢狀面活動范圍較側(cè)切、急停起跳更大，這可能是側(cè)切和急停起跳要求參與者在著地后立即進行側(cè)向或垂直移動，需要下肢具有一定的剛性來完成這些動作，從而導致矢狀面上的活動范圍受限[23].而在跳箱單腳落地時，由于地面反作用力較大，推測人體可能會增加矢狀面活動范圍以更有效地緩沖著地時的沖擊力.

由此可見，F(xiàn)AI者無論是佩戴彈性護踝還是半剛性護踝均能有效控制踝關節(jié)的內(nèi)翻角、跖屈角以及額狀面的活動范圍，進而實現(xiàn)其防護功能.特別地，彈性護踝在限制踝關節(jié)額狀面活動范圍方面，相較于半剛性護踝展現(xiàn)出更為明顯的限制效果，能提供更好的保護.

3.2護踝和動作對膝關節(jié)生物力學的影響

本研究觀察到FAI者佩戴彈性和半剛性護踝時膝關節(jié)屈角增大，垂直GRF 減小，且達到峰值的時間有所延長.這種變化可能促使患者調(diào)整其落地策略，而積極的屈膝已被證明能夠有效緩沖GRF，延長到達峰值的時間，從而可能降低踝關節(jié)扭傷的風險[24].此外，大量研究已證實膝關節(jié)屈曲角還與前交叉韌帶損傷密切相關，過小的膝關節(jié)屈曲角會產(chǎn)生較大的脛骨向前剪切力，增加前交叉韌帶損傷風險[16].本研究還注意到，F(xiàn)AI者佩戴護踝后，膝關節(jié)內(nèi)旋角減小，特別是彈性護踝還進一步減小了膝關節(jié)外翻角.流行病學和實驗研究顯示，膝關節(jié)外翻角、內(nèi)旋角可能與ACL損傷風險有關，然而尚未達成共識[16].綜上，F(xiàn)AI者佩戴彈性和半剛性護踝后的運動特征對于減少踝關節(jié)損傷風險具有積極作用，其對膝關節(jié)前交叉韌帶的潛在影響仍需進一步探索.

在本研究中，跳箱單腳落地動作產(chǎn)生的垂直地面反作用力較側(cè)切和急停起跳落地動作有顯著增加VALDERRABANO等[25]發(fā)現(xiàn)，這種增加的GRF可能提升踝關節(jié)扭傷的風險，并可能促進踝關節(jié)的退行性變化，這亦佐證了為何落地時踝關節(jié)扭傷風險更大.值得關注的是，F(xiàn)AI患者可能會遭受踝關節(jié)扭傷和退行性變化的長期困擾，不僅引起疼痛和腫脹，還可能造成踝關節(jié)功能受限，嚴重時甚至發(fā)展為創(chuàng)傷性骨關節(jié)炎.究其原因可能是FAI者踝關節(jié)的神經(jīng)肌肉控制能力較差，導致踝關節(jié)損傷風險增大.因此，對于FAI患者，控制GRF的增加對于預防踝關節(jié)損傷尤為重要.

3.3 研究的局限性及展望

本項研究聚焦于FAI者佩戴不同類型護踝進行落地動作時的運動表現(xiàn)，其成果對于實際應用具有一定的指導意義.然而，亦存在一些局限性.有研究指出，踝關節(jié)扭傷的發(fā)病率高峰發(fā)生在 15～19 歲之間， 15～ 24 歲的男性踝關節(jié)扭傷的發(fā)生率明顯高于女性，而30歲以上女性的發(fā)病率高于男性[26]，本實驗的研究對象雖然屬于扭傷高發(fā)人群，但并未研究護踝對踝關節(jié)扭傷高發(fā)年齡段女性的影響，未來還應針對此類人群展開研究.另外，將近一半 （49.3%） 的踝關節(jié)扭傷發(fā)生在體育運動中，尤其是籃球 （41.1% ）、橄欖球 （9.3% 和足球（7.9%）^[26] ，后續(xù)研究還應對比護踝對不同專項的運動員的影響.此外，本研究僅考察了護踝對FAI患者的即時效應，而未深入探討長期佩戴的影響.鑒于此，未來研究可綜合分析不同性別、不同專項FAI高危人群佩戴各類護踝的運動生物力學特征，以更全面和系統(tǒng)地了解其防護效果.

4結(jié)論

半剛性護踝和彈性護踝對處于踝關節(jié)損傷的非急性期的 18～24 歲男性FAI者均有一定的防護效果，且彈性護踝更為突出，并可能有助于降低膝關節(jié)負荷.建議該人群在進行體育活動時考慮使用彈性護踝，以提供額外的保護.FAI者進行著地動作時佩戴彈性和半剛性護踝，能有效控制踝關節(jié)內(nèi)翻角和跖屈角，減小踝關節(jié)額狀面活動范圍，使膝關節(jié)以更屈曲的姿勢著地，這有助于減少垂直GRF并延緩達到峰值的時間，從而可能降低踝關節(jié)重復扭傷的風險.在彈性與半剛性護踝之間，彈性護踝在這些方面的積極效果更為明顯.本研究還發(fā)現(xiàn)在進行跳箱單腳落地動作時，由于踝關節(jié)矢狀面上的活動范圍和垂直GRF較大，F(xiàn)AI患者可能面臨更高的踝關節(jié)扭傷風險，建議采取有效的緩沖策略以降低過大的地面反作用力，避免引起膝、踝關節(jié)損傷.

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Effects of different ankle braces on lower extremity kinematics and kinetics for FAI during high-risk maneuvers related to ankle sprains

Zhang Meizhen，Yin Chao，Zhang Zeyi，Yang Yimin，Zhang Zhenlong （School of Physical Education and Health Engineering，Taiyuan Universityof Technology，Taiyuan O3o024，China）

Abstract：[Objective]The studyaimedto investigate the lower extremitybiomechanicalcharacteristicsof differentankle bracesonfunctionalankleinstability（FAI individualsduringrapid directionalchangesandlanding maneuversrelatedtoankle sprains，inordertogaincomprehensiveunderstandingoftheprotectivemechanismforanklebraces.Methods]10FAIparticipants wererandomlyselected to wearsemi-rigid ankle brace，elasticankle brace and no ankle brace when performing side-cutting，stop jump landing and single-leg dropjump from box using arandom number generator for asignment.3D motion capture system（Nokov Mars2H）andforce plate（Bertec）were used toobtain kinematic and kinetic data for subjects.A two-way repeated measures 3×3 ANOVA was used to verify the efects of ankle brace and maneuvers on lower extremity kinematic and dynamiccharacteristicsof the lower limbs in individuals withFAI.[Results]Theresults showeda significant interaction between maneuver and ankle brace on peak vertical GRF for FAI individual F_[1，4]=16.87 ， Plt;0.001 ）. Compared with no ankle brace，elastic and semi-rigid ankle braces reduced ankle plantarflexion angle（ Plt;0.001 ），inversionangle（ Plt;0.001 ， P= 0.001），frontal planeROM （P=0.001 ， Plt;0.001 ），knee internal rotation angle（ P=0.005 ， P=0.002 ）andpeak vertical GRF at initial contact（ Plt;0.001） ，increased knee flexion angle（ Plt;0.001 ， P=0.002 ）andvertical TTP（ Plt;0.001? .In addition， compared with the semi-rigid ankle brace，the elastic brace reduced ankle frontal ROM（ P=0.002 ） and peak vertical GRF（ Plt; 0.001） and increased knee flexion angle（ Plt;0.001 ）andvertical TTP（ P=0.004 ）.[Conclusion]When FAI wears elastic or semi-rigidankleprotection，itcanstrengthenthestabilityofanklejoint.Comparedwith semi-rigidanklebraces，elastic ankle braces was more prominent.

Keywords：FAI patient； elastic ankle brace；semi-rigid ankle brace；ankle sprain; lower extremity biomechanics