下落在不同斜面时内置式支持带篮球鞋对踝关节稳定性的影响

冯 雷，宋雅伟



下落在不同斜面时内置式支持带篮球鞋对踝关节稳定性的影响

冯 雷，宋雅伟

南京体育学院健康系，江苏南京，210014。

足踝关节内翻损伤在篮球项目中十分常见，预防足踝关节内翻的高帮篮球鞋对于增加踝关节稳定性仍存在较大的争议。而支持带篮球鞋在理论上具有预防足踝关节内翻的作用，但实际的情况需要通过实验验证。本文旨在探究同侧足穿内置式支持带篮球鞋（A）和同款的无支持带篮球鞋（B）对足踝关节落地（60cm）稳定性的影响。实验法：采用12个摄像头的VICON红外运动捕捉系统和设备，用V3D软件建立虚拟的人体落地模型，获得落在0°/10°/15°/20°斜面上踝关节的运动学和动力学数据；研究发现斜面角度逐渐增加，落地阶段内置式支持带篮球鞋的（A）踝关节的稳定性大于无支持带篮球鞋（B），主要表现在落在10°和15°的斜面上，A踝关节的GRF峰值（0.16、0.14）变化小于B踝关节（0.23、0.21）；A踝关节的内收角度（19°、17°）的变化小于B踝关节（12°、16°）；研究结论：内置式支持带篮球鞋能够增加踝关节落地的稳定性，且落在20°的斜面上，与B踝关节相比较A踝关节仍具有较好的稳定性。

内置式支持带篮球鞋；落地；踝关节；生物力学

在日常体育活动中足踝关节损伤约占体育损伤的40%[1]；足踝关节的韧带损伤通常为韧带的损伤，踝关节的韧带损伤占整个踝关节损伤的75%，其中内侧韧带损伤占踝关节韧带损伤的97%[2]。体育活动过程中踝关节（本文中足踝关节指踝关节、距跟关节、距跟舟关节以及跟骰关节）损伤高发生率项目主要是足球和篮球另外跳伞也是足踝关节损伤的高发生率项目。踝关节的损伤与落地不稳有紧密的联系。

1 两种篮球鞋的功能性

1.1 高帮篮球鞋与落地稳定性

关于足踝关节护具[3-10]的研究有很多，通过分析预防足踝关节损伤的护具以及高帮鞋子了解到，它们在预防足踝关节翻转时依靠两侧的相对较硬的侧面，在一定的程度上可以起到限制足踝关节较大幅度的运动。而职业运动员中常常用到贴扎，来预防和保护损伤的足踝关节韧带和肌肉。有相关文献表明，高帮篮球鞋能够保护踝关节，减少踝关节的内翻损伤的风险值，原因在于限制关节的活动度和减少踝关节的关节力；但是也有相关的文献指出，高帮篮球鞋和低帮篮球鞋在减少踝关节内翻损伤方面并没有明显的差异。相关文献认为腓骨长短肌和胫骨前肌再落地前将会产生较大的肌电活动，该肌电活动被认为是安全落地的关键。缚伟杰等[11]通过比较不同高度的高帮鞋落在斜面上的运动学数据和肌电数据发现：鞋帮的高度与踝关节内翻角度没有显著的关系，同时其也不能降低踝关节翻转的角速度；另外肌电数据显示，高帮篮球鞋与落地前胫骨前肌和腓骨肌肌电活动减小和本体感受反馈机制的变化，上述的发现高帮的篮球不能保护踝关节的内翻以及踝关节的稳定性。总之，高帮的篮球斜试图通过显示关节的运动来增加足踝关节的稳定性仍存在较大的争议。尤其是在日常的训练中，应该充分发挥足踝关节的自我保护功能，据此来降低足踝关节损伤的风险。

1.2 一种预防足内翻的支持带篮球鞋

通过设置3条支持带，两条支持带的长轴分别垂直于距下关节和跗横关节的内翻运动轴，第3条支持带走向与跟腓韧带的走向一直[12]。这种鞋子的特点是预防足踝关节内翻的同时，不影响足踝关节的外翻以及踝关节的屈伸运动。当足发生内翻时，由于支持带的保护足踝部的软组织并不会损伤，在该条件下，人体的自我保护意识[13]，并不会给关节产生持续性的以及强大的应力，且支持带的最大优势可以将内翻的剪切应力转化为关节的压应力[14-15]。

2 目的以及意义

本文目的在于比较在落地过程中支持带篮球鞋和无支持带篮球鞋对踝关节稳定性影响的研究。通过对侧代偿机制的研究探寻限制足内翻的最佳角度；定量的认识支持带篮球鞋的对踝关节稳定性的影响。

3 实验方法

3.1 实验法

实验对象：本次实验对象选取南京体育学院篮球专项的本科生和研究生15人（年龄23.16±3.06岁，身高1.86±0.52m，体重85.63±10.26kg），要求近一年无下肢软组织和骨组织损伤。试验前和实验对象签订知情同意书，仔细阅读实验的要求以及注意事项。

实验器材：VICON红外捕捉系统，11个摄像头，ATMI测力台，V3D建模软件，体重身高测试仪器，48个MARKER点，内置式足踝支持带低帮篮球鞋和同款的无支持带低帮篮球鞋，10°/15°/20°的斜面以及相应等高的平面，60CM高的跳台，泳裤1件，以及双面胶等。

图1 实验的整体环境，60cm跳台，落地斜面，内置式支持带篮球鞋以及同款的低帮篮球鞋实例图

实验步骤：场地（图1）的适应和预跳：实验对象开始试验前充分热身和拉伸，然后模拟实验状况练习2到3次；提前30min打开测力台，打开摄像头，空间标定，坐标原点标定，开始采集。更换装备以及粘贴MARKER点：实验对象更换泳裤，上身赤裸，足部穿着规定的篮球鞋，并且粘贴MARKER点，并加固。测量体重以及身高：用体质测试用的标准体重身高测试仪器，测量身高体重并记录。静态标定：测力台清零后，实验对象双手置于胸前交叉，双足自然分开，保持静止状态，采集3—5s，命名为Static文件。取下相应的容易丢失的MARKER点，进行动态的采集。放置实验器材：将60cm的跳台放置于2号和3号测力台前方，间距5cm左右，放置平板和斜面，依次是0°/10°/15°/20°；平板和斜面与测力台之间用双面胶粘贴，固定平板和斜面。在平板和斜面上标注落地最佳区域（高度相同）。测试（3-6次）记录落地的感觉：开始测试，实验对象示意可以开始，实验员开始采集，实验对象双手置于胸前交叉，自由落下，以落在最佳区域内，并且落地过程晃动较小，落地后下蹲到站立过程无明显停滞，并且实验对象的自我感觉作为成功的选取条件。给MARKER点命名，连线，截取需要的部分，运行并保存C3D文件。将C3D文件导入V3D软件建模，获取相应的数据。

数据的选取和处理：通过V3D建立一个完整的下肢模型，然后应用该模型，获取下肢踝关节角度、力、力矩和地面反作用力（GRF）数据，将获得数据通过EXCLE将15名实验对象3次成功的数据求得平均值和标准差，GRF、关节角度、关节力以及关节力矩的Z轴正向分别表示向上、内旋、向上以及内旋力矩，X轴正向分别表示向外、背屈、向外以及背屈力矩，Y轴正向表示向前、内收、向前以及内收力矩；标准化后力的单位是“1”；关节角度的单位是“度”。

4 实验结果与分析

4.1 落地过程中支持带篮球鞋（A）与无支持带篮球鞋（B）的GRF比较

表1 落地过程中GRF最大峰值表（单位“1”）

图2 X轴方向上的GRF个例图

图3 Z轴方向上的GRF个例图

在X轴方向上的GRF比较，在0°的地面上，A踝关节的力值波动小于B踝关节，B踝关节斜率大于A踝关节，且峰值后（落地缓冲阶段）A踝关节的力大于B踝关节（图2）；在10°和15°的斜面上，A踝关节力的峰值小于B踝关节（表1），且波动的幅度小于B踝关节（图2）；在20°斜面上，A踝关节力的峰值大于B踝关节（图2）。总之A踝关节的落地稳定性较好，落在10°和15°的斜面上，能够降低GRF在X轴方向的力峰值，同时增加落地的稳定性。

在Y轴方向上的GRF比较，A和B踝关节力峰值在Y轴方向上无较大差异（表1）。

在Z轴方向上的GRF比较，随着斜面角度的增加（表1），A踝关节峰值下降的幅度（0.4）小于B踝关节（1.76）； A踝关节的GRF峰值变化相对稳定，而B踝关节峰值逐渐下降（图3），总之，A踝关节的落地稳定性好于B踝关节。

4.2 A与B踝关节的角度比较

表2 落地过程中踝关节角度最大峰值表

图4 X轴方向上的踝关节角度个例图

腾空阶段，A踝关节的角度保持在-10°到5度的范围内，同样情况下B踝关节角度保持在-20°到0°的范围（图4）；当踝关节处于背屈位时，较宽的距骨滑车前部滑入关节凹内，此时踝关节稳定性增加。因此，A踝关节在落地时稳定性优于B踝关节。

从60cm高度落下，落在0°/10°/15°/20°的斜面上，A踝关节的屈伸范围相对稳定（17-20），而B踝关节的屈伸范围较大（16-25）；且 10°/15°/20°斜面上A踝关节的角度峰值大与于B踝关节（表2）。总体来讲，A踝关节的落地稳定性较好。

腾空阶段，A踝关节保持在5°到7°的范围，同样的情况下B踝关节保持在2°到7°的范围（图5）；在落地的过程中，落在 0°的地面上踝关节先发生外展再发生内收；落在斜面上踝关节先发生内收然后外展再发生内收（图5）。因此，A踝关节在落地时稳定性优于B踝关节。

图5 Y轴方向上的踝关节角度个例图

落在0°的地面上A踝关节更快更顺利的达到外展峰值，而B踝关节在外展的过程中发生短时间的停滞，达到外展峰值时间较长（图5），相比较B踝关节在落地的过程中发生内收损伤的风险值大于A踝关节。落在斜面上B踝关节的内收峰值明显大于A踝关节（表2），且B踝关节的内收角度大于斜面的角度，A踝关节小于斜面的角度，另外A踝关节内收的斜率小于B踝关节（图5）；总之A踝关节能够更好的保护踝关节，避免踝关节发生较大角度的内收。

图6 Z轴方向上的踝关节角度个例图

腾空阶段，B踝关节的内旋角度波动范围大于A踝关节；落在0°的地面上，踝关节先外旋再内旋；而落在斜面上A踝关节先外旋再内旋，B踝关节先内旋再外旋再内旋（图6）；相比较下A踝关节的稳定好于B踝关节。

总之，在X方向上，A踝关节屈曲峰值减小，在Y方向上，A踝关节的内翻小于B踝关节，在Z方向上，A踝关节的内旋峰值小于B踝关节。

4.3 A与B踝关节力值比较

表3 落地过程中踝关节关节力最大峰值表

图7 X轴方向上的踝关节力个例图

由表可知：在X轴上，A踝关节力峰值小于B踝关节峰值（表3）。当斜面到达20°时，A踝关节力明显大于B踝关节（图7）。在Y轴上，变化不明显。在Z轴上，A踝关节落在0°/10°/15°/20°斜面上，随着角度的增加力值并未减小；相反B踝关节的力值呈减小的态势（表3），说明A踝关节的落地稳定性较好。

总之，在X方向上，A踝关节受力小于B踝关节，在Z轴上，A踝关节受力的稳定性好于B踝关节。

4.4 A与B踝关节力矩值比较

表4 落地过程中踝关节关节力矩最大峰值表

在X方向上，A踝关节的峰值变化范围大于B踝关节（表4）。在Y轴方向上，落在0°/10°/15°的斜面上，A踝关节的力矩峰值小于B踝关节（表4）。在Z轴上，A踝关节力矩峰值小B踝关节，在20°的斜面上，B踝关节的力矩值减小明显（表4）。

总之，在Y和Z方向上，A踝关节受到的力矩小于B踝关节，且稳定性（值的变化范围小）好于B踝关节。

5 研究结论

（1）A踝关节Z轴方向上的GRF下降0.4，B踝关节下降1.76；额状面内A踝关节的受力峰值小于B踝关节（0.3-1.42）；所以支持带鞋子A对于维持踝关节的稳定好于无支持带鞋子B。

（2）A踝关节落地阶段的内收峰值小于B踝关节（3.71-4.41）；与无支持带鞋子B相比较，落在地面和斜面上支持带鞋子A能够减小踝关节内收和内旋的角度。

（3）无支持带鞋子B落在20°的斜面上，各项力学数据减小明显；但支持带鞋子A的各项力学数据变化不明显。其中Z轴方向的B踝关节峰值力下降接近30，而A踝关节下降约5。

总之，在落地的过程中，有支持带篮球鞋对应的踝关节内收峰值、内收力和力矩小于无支持带篮球鞋对应的同侧踝关节。

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The Eeffect of Built-in Support with Basketball Shoes on the Stability of Ankle Joints in Different Slopes

FENG Lei, SONG Yawei

Dept. of Health, Nanjing Sport University, Nanjing Jiangsu, 210014, China.

The inversion sprain of ankle is common in basketball ,many scholar say more research is need about the controversial high-top basket-shoes . In theory it can make for the stability of the ankle that the low-top basketball shoes of built-in band is been used in landing . But the shoe is not been used in practice . This paper aims to find the influence between the low-top basketball shoes with or without built-in band and the stability of the foot-ankle in landing（60cm）. This paper uses the literature method and experimentation. the research status on landing and foot-ankle was found through the literature.12 VICON cameras , 2 AMTI force platform and V3D ware applied to the experiment that a model about virtual lower limb was been built. The kinematics and dynamics data is from the model. The result show that stability of A-ankle is better than B-ankle with slope degree increase. GRF peak value（0.16、0.14）of A-ankle is more than B-ankle（0.23、0.21）. The A-ankle angle of adduction（19°、17°）is less than B-ankle（12°、16°）. The conclution show that the low-top basketball shoes of built-in band can supply ankle to a stronger stability. When the foot fell on 10 ° / 15 ° incline, it can reduce the ankle force on the frontal axis. When the incline degree is add to 20°,A-ankle still has stronger stability than B-ankle.

The low-top basketball shoes of built-in band; Landing; Ankle; Biomichanics

1007―6891（2017）06―0031―05

10.13932/j.cnki.sctykx.2017.06.08

G841

A

2017-03-21

2017-09-20

国家自然科学基金31270998项目资助；江苏省普通高校研究生科研创新计划项目（省立校助），项目编号：KYLX15_1031。