篮球运动员踝关节损伤的足底生物力学特征研究

2022-09-24才官印刘安琪李小生

体育科技文献通报 2022年8期

王超，才官印，刘安琪，李小生，王磊

前言

篮球运动受到广大群众的欢迎，在国内具有较强的普及性。无论是专业的篮球运动员还是业余篮球爱好者都会出现下肢的运动损伤。在篮球运动中踝关节损伤最为常见，对运动能力的影响较大，一项研究表明因篮球受伤而缺席的总时间中，一半以上(53.7%)是由于脚踝受到损伤所致。脚踝受伤可能会导致球员出现残疾和其他症状，最常见的是疼痛、不稳定感、踝关节酸软无力。一旦发生踝关节的损伤，将导致篮球运动员在比赛中难以发挥出最佳竞技状态。人体的踝关节连接着足与小腿，是下肢重要的运动关节，在承受运动冲击中起到了重要的作用。就篮球运动而言，不仅仅需要跑步，还需要变向、侧切，急停、急起等一些高强度动作，踝关节在运动中承受着巨大的冲击，在简单的起跳落地过程中，足底承受着超过体重7倍的地面反作用力。在长时间的篮球运动中必然会对运动员的下肢造成损伤累计。

虽然近些年来对于篮球运动员踝关节保护的技术不断革新，但对篮球运动员个体足底特征与踝关节稳定性的研究还处于积极探索阶段。当前利用解剖学来研究足底压力分布特点,多数研究集中于不同分区峰值变化对踝关节损伤的影响，未损伤的篮球运动员与受损的篮球运动员对比可知在第3跖骨与第2-5脚趾区域存在明显的差异，压力峰值越大则越容易出现损伤。但是未能考虑到单个运动员足底独特的生物力学特征，仅仅从足底压力区域峰值的变化无法全面的解释已发生损伤的篮球运动员二次损伤的内在机制。因此，基于当前的研究手段来探究足底受力特征差异对于个体踝关节稳定性的影响，丰富二次踝关节损伤的内在机制研究。

由此选择静态、动态、平衡性测试三种测试方案，根据足底压力特征对个别篮球运动员踝关节的损伤侧与踝关节健康侧进行对比分析，并对具有经常性踝关节损伤的篮球运动员足底压力分布特点进行探究，分析出足底压力分布对于足踝关节稳定的影响，从而为篮球运动员在运动中减少踝关节损伤提供建议。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

选取西安体育学院8名男性篮球专项学生(国家二级运动员)，在一年内均出现单侧踝关节损伤，在进行实验测试时进行热身活动，熟悉测试内容，受试前均签署知情同意书，基本情况如表1所示。

表1 受试者基本情况(M±SD)

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料法

根据本文的研究目的和内容，在CNKI中国知网、中国学术期刊全文数据库等查阅篮球运动、踝关节损伤、足底压力、生物力学等关键词的科研论文，借阅西安体育学院图书馆的科研教材，总结相关研究方法，更加深入地了解篮球运动员踝关节损伤领域的研究现状和前沿的研究理论。

1.2.2 实验法

1.2.2.1 实验仪器

利用意大利“SENSOR Medica(Free Step V3 Manual)足底压力测试仪(1200cm×500cm×10mm)”进行多次的数据采集，动态采集频率为270Hz，姿势平衡采集频率为25Hz。

1.2.2.2 实验步骤

测试前进行足底压力测试仪的调试。受试者在室内进行测试，测试前进行动作熟悉测试并进行受试者的基本信息采集，当熟悉测试动作后进行测试，所有测试均为裸足测试。选择静态站立测试、步态行走测试、SWAY姿势平衡测试。静态测试为裸足在测试仪上静止站立10秒，双脚并拢站立；动态测试则是裸足在测试仪上正常步速行走，留下左右两个足印；SWAY姿势平衡测试则是分别进行10秒的睁眼双脚站立、闭眼双脚站立、睁眼左右腿单独站立，闭眼左右腿单独测试。总共进行3次测试，选取有效数据进行分析。

足部分区：Hallux：大脚趾；Metatarsal head I：第一跖骨(M1表示)；Metatarsal head II-III：第二～三跖骨(M2+M3)； Metatarsal head IV-V：第四～五跖骨(M4+M5)；Medial arch：足弓内侧(AM)Lateral arch：足弓外侧(AL)Medial heel: 足跟内侧(HM)Lateral arch: 足跟外侧(HL)如图1所示。计算足弓指数：Foot arch index(AI)：

图1

AI=足中部面积 *100% /(足中部+足前掌+足跟)面积，高足弓: AI ≤ 21%、正常足弓: 21%

1.2.3 数理统计法

得出的数据利用SPSS24.0统计软件进行分析，并进行独立样本T检验，进行相关性分析。对接触面积、负荷量、压强、压力中心、各区域峰值压强、特殊区域接触面积、步态阶段速度、SWAY长度、摆动椭圆面积、椭圆倾斜角度、椭圆偏心度、DeltaX和DeltaY等数据整理分析。

2 研究结果

2.1 踝关节单侧损伤的篮球运动员静态测试特征

踝关节单侧损伤的篮球运动员静态足底压力个体典型特征(图2)：比较健康侧与损伤侧接触面积、负荷值、区域最大压强发现有较大差异(表2)，经过比较发现足翻角、足部轴角等特征值无较大的差异性变化。

图2 静态站立特征视图

表2 静态限测试中健康侧与损伤侧特征数据(M±SD)(N=8)

2.2 踝关节单侧损伤的篮球运动员动态测试特征

在动态测试中发现踝关节单侧损伤的篮球运动员健康侧与损伤侧多数特征出现较大差异，最大压强、平均压强、移动速度、压力中心增量、足弓面积、足弓负荷、支撑前期速度等数据进行对比检验(表3)。

表3 动态测试中健康侧与损伤侧特征数据(M±SD)(N=8)

图3 (a)健康侧

图3 (b)损伤侧

如图3(个体单侧典型特征)所示，在动态行走过程中，健康侧的压力峰值点(红线连接点)变化较足底中心线(白线)相接近，在移动过渡中未出现较大压力中心偏移；损伤侧可以明显地发现压力中心的变化明显，且多名运动员在移动过程中出现压力中心偏移点，并向足弓外侧或内侧偏移。通过移动过程中健康侧和损伤侧的压力中心(COP)变化由图4(红线健康侧，绿线损伤侧)可以看出，损伤侧的压力中心变化率明显高于健康侧。

图4 压力中心变化对比图

2.3 踝关节单侧损伤的篮球运动员SWAY平衡性测试特征

SWAY平衡性测试的主要目的是检测运动员下肢健康侧与损伤侧的稳定性差距，通过选取SWAY长度、椭圆面积、DeltaX、DeltaY、椭圆倾斜角度、椭圆偏心度几项数据证明稳定性差异，通常这些值越小则稳定性越好，相关数据对比如(表4)，在平衡性测试中选择单脚睁眼和闭眼测试的数据为对比数据，较好的表现健康侧与损伤侧稳定性的差异。

表4 SWAY平衡性测试中健康侧与损伤侧特征数据(M±SD)(N=8)

如图5所示分别展示不同测试下的单足摆动面积(绿色为健康侧，红色为损伤侧)，椭圆摆动面积的不同直观展现了稳定性的差异，前后摆动距离和左右摆动距离表示踝关节稳定在前后方向和左右方向上的稳定性差异。

图5 (a)睁眼测试

图5 (b)闭眼测试

3 分析与讨论

3.1 静态测试特征分析

足底的受力部位主要集中在足跟，跖骨区和趾骨区。在静止站立状态下，可以知道主要受力在第一跖骨头至第五跖骨头和第一近节趾骨头。通过对比正常人的静态足底压力分布区域发现健康侧与正常人的足底分布区域有明显差异，由于篮球运动的训练特质，导致篮球运动员的足底压力分布与正常普通人不同，篮球运动员未损伤侧的足底压力主要集中于第2跖骨与第3跖骨与脚跟处[5]。但是通过对比健康侧与损伤侧的静态数据图可以发现损伤侧的压力峰值区域向外侧偏移并出现在第4跖骨或者足弓外侧，且出现异常的压力峰值区域。通过对比接触面积和负荷发现损伤侧与健康侧有显著性差异，虽然在静态站立中会出现健康侧代偿的现象，但是损伤侧负荷值过大的这一点无法完全改变，接触面积的增加是为了减小负荷压强，避免压力过于集中损伤部位产生隐形疼痛，这与运动员损伤侧足弓塌陷是否相关，还需要动态测试数据的验证。

最大压强数据对比发现无论是前侧还是后侧的最大压强，损伤侧都远大于健康侧，足底压力峰值压力越大则损伤的风险则越大，因此可以推断在之后的运动中损伤侧的二次损伤风险增大。另外一点则是压力中心(COP)错位偏向损伤侧(超出合理范围)，损伤侧身体重力中心前移，静态站立状态下压力中心的错位，也可以作为预测损伤的一项指标，发现压力中心偏移则更要注重错位偏向侧的训练。

3.2 动态测试特征分析

通过动态测试可以直观的发现移动过程中损伤侧的接触面积大于健康侧的接触面积，在最大压强与平均压强的的比较中出现与静态数据相同的差异。压力中心增量也有明显的差异性变化，结合图3、图4和表4可以发现损伤侧的压力中心(COP)变化率明显，足底在运动过程中出现第三力点，打破了正常压力中心变化，压力中心偏移至第三力点，普遍第三力点出现在外足弓处，压力中心外移，力的传导出现偏移，增加了运动过程中踝关节内翻损伤的风险。

动态数据显示：一个完整步态周期内损伤侧较健康侧支撑前期移动速度变快，在接触前期损伤侧通过加快接触的速度来避免损伤侧可能会产生的隐形疼痛，可能是身体的保护机制，避免损伤侧在运动中因为瞬间接触而导致的二次损伤。

通过计算可知损伤侧的平均足弓指数为26.83%，偏向于扁平足，说明踝关节损伤可能是由于足弓塌陷引起的下肢重力线内移和外翻导致损伤。

3.3 SWAY平衡性测试特征分析

SWAY长度表示在单腿测试时重心轨迹的位移；椭圆面积表示重心移动轨迹的包络范围；DeltaX表示在测试过程中内外侧(左右)轨迹偏移距离；DeltaY表示在测试过程中前后侧轨迹偏移距离；在其他条件相同的条件下，这些参数的数值越小则说明重心的稳定性越好，数据对比发现健康侧的数值明显小于损伤侧，由此可知在损伤后损伤侧的稳定性下降，踝关节的左右活动度大，可见损伤侧踝关节的内外韧带松弛，当然也可以作为运动员的下肢稳定性评估，在损伤侧稳定性较差的情况下制定特殊的训练计划来提高运动员踝关节稳定性。