基于运动生物力学特征的足球鞋研究综述

足球运动深受世界各地的欢迎,极具影响力与感染力。其激烈的对抗性明确要求足球装备与场地必须符合运动生物力学特征。足球鞋作为足球运动的主要装备,在不同场地需选用不同类型的足球鞋,以减少损伤。其中,作为与场地直接接触的部分,鞋钉应就不同场地需求具备相应的生物力学变化特征;作为保障运动员舒适性的鞋面材质、鞋底、质量与设计等因素均会直接影响运动员的运动表现。因此,为满足足球鞋的功能性需求,在确保运动员技术动作充分表现的同时避免一定的运动损伤,本文以运动生物力学特征为载体从鞋钉、鞋面、场地等影响因素视角对足球鞋相关研究进行了综述。

截瘫患者在上肢对称动作中呈现非对称的生物力学特征

目的脊髓损伤(SCI)患者的日常活动严重依赖于上肢。许多研究在分析相关损伤机制和康复策略时,常将上肢运动视为双侧对称运动,通过分析单侧运动规律代表双侧运动。前期研究已发现颈SCI患者存在上肢不对称现象,然而,目前尚未有研究关注截瘫患者上肢对称性表现。本研究旨在比较截瘫患者和健康对照组在不同难度的对称动作中,双侧上肢肌肉活动和运动学特征及其对称性表现。方法共计30名受试者(截瘫患者21名和健康受试者9名,均为右利手)参与本次测试。运用表面肌电测试系统和运动捕捉系统采集受试者进行完全对称动作(CSM)和交替对称动作(ASM)时的双侧三角肌、肱二头肌、肱三头肌、斜方肌和背阔肌活动和肩关节活动角度并计算对称性指数(symmetry index,SI)。结果截瘫患者上肢肌群和运动学特征的SI值大于健康受试者,多块肌肉的活动特征呈现显著差异(P<0.05);截瘫患者在ASM中的左右侧肌电和关节活动角度呈现高度显著差异(P<0.01),而健康对照组在不同难度对称动作中双侧特征并无显著差异(P>0.05)。结论截瘫患者上肢运动呈现出双侧非对称性,并随动作难度增加,对称性呈下降趋势。因此,在讨论脊髓损伤相关上肢损伤机制和康复策略时有必要将上肢非对称性纳入考虑。

优势侧与非优势侧前交叉韧带重建对下肢功能及单脚跳跃落地动作生物力学特征的影响

目的评估优势与非优势侧前交叉韧带重建(anterior cruciate ligament reconstruction,ACLR)术后1年患者下肢功能和单脚跳跃落地的生物力学特征,并与健康人对比,明确不同肢体ACLR对下肢功能及损伤风险的影响。方法招募49名受试者,分为优势侧重建(ACLR in the dominant limb,ACLR-D)组、非优势侧重建(ACLR in the nondominant limb,ACLR-ND)组和对照(Control,CON)组。对其双侧进行单脚跳跃落地、Y平衡、单脚跳跃距离、膝关节等速肌力测试。单脚跳跃落地测试使用Vicon动作捕捉系统和AMTI测力台系统同步采集下肢生物力学数据。使用双因素方差分析观察组别与肢体对各项指标的影响。结果ACLR-D组健侧单脚落地的膝外翻、外旋角和外翻力矩大于患侧且大于ACLR-ND组健侧(P<0.05);ACLR组患侧Y平衡得分小于健侧,且ACLR-ND组双侧均小于CON组(P<0.05);ACLR组患侧屈膝、伸膝肌力和单脚跳跃距离均小于健侧,且ACLR组伸膝肌力小于CON组(P<0.05)。结论优势侧重建患者健侧跳跃落地时存在更大的膝外翻、外旋角和外翻力矩,可能存在更大的ACL损伤风险;非优势侧重建患者双侧姿势控制能力均下降且更难恢复;ACLR患者患侧肌力、姿势控制与跳跃能力均差于健侧,且手术会导致健侧伸膝肌力下降。

小脑经颅交流电刺激对飞镖投掷动作上肢生物力学特征的影响研究

目的经颅交流电刺激(t ACS)被认为具有改善运动学习提高运动表现的作用,而皮质小脑系统在过去研究中被认为在运动技能学习和适应性方面有着重要的作用。因此本研究旨在探讨对于新手在学习飞镖投掷的过程中,小脑t ACS对新手投掷飞镖时上肢动作的生物力学特征的影响。方法本研究共筛选纳入健康右利手的男性大学生25名。受试者在设置好的标准场地按要求完成每组6次一共5组总计30镖的飞镖投掷任务,随后进行20 min的投掷练习并同时采集30镖的数据,练习期间将随机接受50Hz的经颅交流电刺激和假刺激,练习结束后进行同样的30镖测试。三维运动学数据采集和处理分别使用Vicon动捕系统和Visual 3D软件完成,使用双因素重复测量方差分析对同一得分水准下的生物力学指标结果进行统计分析。结果在关节活动度方面,小脑t ACS表现出肩关节ROM在刺激前显著小于刺激后,肘关节ROM刺激前显著大于刺激中,同时肩肘腕三关节ROM在刺激中均显著小于刺激后;在出手时刻发现,刺激前肩关节角度显著小于刺激后,而肘关节则表现为刺激中的角度显著大于刺激后,且在刺激中小脑条件下肘关节角度显著大于假刺激。结论小脑t ACS刺激对新手飞镖投掷动作具有调控作用,不仅在刺激中增加出手时刻的肘关节角度,还使上肢三关节的ROM变化趋势具有一致性。

股四头肌力对称性对前交叉韧带重建患者单脚跳跃落地动作生物力学特征的影响

目的探究前交叉韧带重建(anterior cruciate ligament reconstruction,ACLR)术后1年患者股四头肌力对称性对单脚跳跃落地动作双侧下肢再损伤风险的影响。方法招募30名ACLR患者,对其进行膝关节等速肌力测试和单脚跳跃落地测试,依据双侧股四头肌力对称性将受试者分为对称性优组(LSI>85%,n=15)和差组(LSI<85%,n=15)。使用红外动作捕捉系统、测力台系统采集跳跃落地过程中的运动学、动力学数据。采用双因素方差分析观察组别与健患侧对双下肢指标的主效应和交互效应。结果(1)膝关节外翻角肢体和组别之间存在交互作用,事后检验结果显示对称性优组健侧大于患侧(P<0.05)。(2)膝关节伸展、外翻力矩,两组的健侧均大于患侧(P<0.05);膝关节内旋力矩肢体和组别之间存在交互作用,事后检验结果显示,对称性优组健侧大于患侧(P<0.05)。(3)缓冲阶段最大垂直地面反作用力,两组的健侧均大于患侧(P<0.05)。结论(1)ACLR患者健侧相较于患侧存在更大的膝伸展、外翻力矩及地面反作用力,提示ACLR患者健侧存在更高的ACL损伤风险;(2)股四头肌力对称优组的健侧存在更大的膝外翻角与内旋力矩,可能存在更高的ACL损伤风险。

肌内效贴对下肢侧切运动中生物力学特征的影响

背景:肌内效贴扎作为一种运动防护手段已被广泛应用,但作为纠正侧切动作时下肢生物力学异常变化手段的研究,其作用尚不明确。目的:对比受试者膝关节在肌内效贴扎、安慰剂贴扎及空白对照情况下,完成侧切动作时下肢运动学、动力学特征的变化。方法:招募39名篮球专项男性大学生为受试者,每位受试者分别在肌内效贴扎、安慰剂贴扎以及不进行任何贴扎情况下进行测试。采取力学矫正的贴扎方式对受试者优势侧膝关节进行贴扎干预。选取4.5-5.5 m/s的助跑速度完成45°侧切动作,并运用三维动态捕捉系统及测力台同步采集运动学及动力学数据。选取初始触地时刻、地面反作用力峰值时刻的运动学及动力学参数进行数据分析。采用SPSS 27.0软件对测试数据进行统计学分析。结果与结论:①运动学指标:肌内效贴条件下与无贴扎及安慰剂贴扎相比,初始触地时刻髋关节外展、膝关节外翻角度显著减小(P<0.05);侧向地面反作用力峰值时刻,髋关节外展、膝关节外翻及踝关节跖屈角度显著减小(P<0.05),膝关节屈曲角度显著增加(P<0.05)。②动力学指标:与无贴扎相比,肌内效贴扎及安慰剂贴扎条件下均可显著减小初始触地时刻髋关节外展、外旋力矩及膝关节外翻、外旋力矩(P<0.05),显著减小垂直地面反作用力峰值、水平向后地面反作用力峰值(P<0.05);与无贴扎及安慰剂贴扎相比,肌内效贴扎可显著减小侧向地面反作用力峰值(P<0.05)。③结果表明,对膝关节进行肌内效贴扎可在一定程度上改善篮球专项大学生在完成侧切动作时与下肢损伤风险因素相关的部分运动学、动力学指标,可能对预防侧切过程中损伤的发生有一定积极作用;此外,膝关节安慰剂贴扎与肌内效贴扎在部分指标变化方面的作用趋势较为一致,提示肌内效贴扎的作用机制可能存在安慰剂效应。

不同应急救援任务下消防员行走生物力学特征

目的目的:探究消防员执行不同载荷的应急救援任务时优势侧下肢行走的生物力学特征,以期为救援运动表现改进、消防训练及实战应急救援损伤预防提供理论与实践依据。方法15名健康消防员分别进行下述3组应急救援任务测试:负载消防服[消防救火防护装备(12.5 kg)]、煤气罐[消防救火防护装备(12.5 kg)+煤气罐(15 kg)]以及假人[消防救火防护装备(12.5 kg)+假人(60 kg)]。采用Qualysis动作捕捉与分析系统、Visual3D软件、AMTI测力台采集受试者优势侧(右侧)行走过程中支撑期运动学和动力学数据,运用SPSS 26.0统计学软件,采用单因素重复测量方差分析法,统计学显著水平为0.05。结果和结论(1)载荷过大时(假人组),消防员步频增加、步长降低。3组速度无显著性差异,可见在假人+消防服载荷范围内,并不影响行走时的速度素质;(2)随负载加大,膝关节屈曲ROM、踝关节背屈ROM显著增大。下肢三关节屈伸力矩、功率峰值和谷值均呈增加趋势,而踝关节内翻力矩及功率峰值显著性下降。(3)当负载过大(假人组),膝关节相较其他关节变异程度最大,表现为屈曲ROM、屈曲力矩和功率、刚度、v GRF显著性增大。建议在日常训练项目中增加消防员躯干核心肌群力量训练及膝、踝关节稳定性训练。

偏载情况下杠铃深蹲下肢生物力学特征的研究

目的探究偏载情况下杠铃深蹲对下肢双侧生物力学特征的影响。方法招募20名健身专业运动员,在不同负载条件下(即对称负载、5%和10%负载差异下的优势侧以及非优势侧偏载)进行杠铃深蹲,在过程中同步采集下肢双侧运动学、动力学和肌电数据,使用V3D仿真计算髋、膝关节矢状面峰值力矩M,分析下肢双侧臀大肌、股直肌和半腱肌RMS,同时使用肢体对称指数(symmetry index,SI)评估下肢双侧关节力矩和肌肉活动的对称性。结果(1)与非优势侧相比,在对称负载、5%和10%的负载差异下的优势侧偏载中,优势侧髋、膝关节关节力矩与臀大肌、股直肌和半腱肌RMS均显著更高(P<0.01)。然而,在10%的负载差异下的非优势侧偏载中,优势侧和非优势侧差异不明显(P>0.05);(2)与对称负载相比,5%和10%负载差异下的非优势侧偏载的髋、膝关节SI与臀大肌、股直肌和半腱肌SI显著更低(P<0.05),其中,10%比5%负载差异下的非优势侧偏载显著更低(P<0.01)。结论5%和10%负载差异下的非优势侧偏载杠铃深蹲均能缩小下肢双侧关节力矩和肌肉活动的差异,其中10%负载差异下更优。在训练中使用非优势侧偏载杠铃深蹲有利于平衡下肢双侧的肌肉力量,并改善下肢双侧力量不对称。

引发夹层后动脉瘤的生物力学特征初探

目的夹层后动脉瘤(PDAA)是夹层患者腔内修复术(TEVAR)后的常见并发症,对患者的长期生存造成了严重的威胁。本文旨在确定TEVAR术后假腔失稳重塑所对应的力学特征。方法针对TEVAR术后5例主动脉夹层失稳与5例主动脉夹层稳定病人进行流固耦合数值模拟计算,本文计算术前术后假腔直径最大位置处的血压与壁面应力,并结合病人术前术后假腔直径最大处的月扩张率进行统计分析。结果失稳组病人平均月扩张率为9 mm/月,高于稳定组病人2 mm/月。同时,失稳组5例病人的平均血压(15 k Pa)高于稳定组5例病人(13 k Pa)。患者血压与假腔扩张率成正比。然而,两组之间的血压界限并不清晰。失稳组平均壁面应力(120 k Pa)高于稳定组5例病人(60 k Pa),且患者壁面应力与假腔扩张率成正比。两组之间的壁面应力界限清晰,稳定组壁面应力均在100 k Pa以下而失稳组集中在100 k Pa以上。结论假腔壁面应力可能是导致假腔失稳重塑的力学特征参数,其临界值在100 k Pa左右。

不同落地高度对前交叉韧带术后患者下落跳动作中膝关节生物力学特征的影响

目的本研究旨在探究前交叉韧带术后患者(ACLR)在不同高度完成下落跳过程中的健患侧膝关节生物力学特征,为减少ACLR患者再次损伤的风险提供数据支撑。方法在山东大学齐鲁医院随机招募10名ACLR后6~12个月患者(年龄均值±标准差)。运用Vicon红外动作捕捉系统与AMTI三维测力台同步采集受试者在4种不同高度(15、20、25、30 cm)平台上下落跳落地动作健侧和患侧膝关节的运动学与动力学数据。运用双因素重复测量方差分析对受试者运动学和动力学数据进行统计分析。结果双因素重复测量方差分析显示,在水平向后地面反作用力首峰时刻膝外翻角中,高度和肢体存在显著的交互作用(P=0.001);在患侧肢体落地缓冲时期,15 cm(P=0.003)和20 cm(P=0.045)高度下的水平向后地面反作用力首峰时刻膝外翻角显著小于25 cm高度下。在落地缓冲时期,15 cm高度下的水平向后地面反作用力首峰显著小于20 cm(P=0.005)和30 cm(P=0.01)高度下;15cm(P=0.004)和20 cm(P=0.006)高度下的最大垂直地面反作用力显著小于25 cm高度下。结论对于ACLR患者,在下落跳动作中,随着落地高度的增加,ACL损伤生物力学危险因素指标也随之增大,25 cm的高度可能是一个存在较大损伤风险的高度,建议ACLR患者在进行重返运动的跳跃功能测试时,尽量选择25 cm以下的落地高度。

电刺激结合肌力训练对髌股疼痛综合征人群下楼梯动作生物力学特征的影响

目的髌股疼痛综合征(patellofemoral pain syndrome,PFPS)是一种常见的膝关节疼痛,运动疗法以及肌肉电刺激已被证明可以缓解PFPS人群的疼痛症状,但其在改善下楼梯时下肢的神经肌肉控制以及异常的生物力学特征方面仍待进一步研究。因此,本研究旨在探讨6周的肌肉电刺激结合肌力训练与单纯肌力训练对PFPS人群下楼梯时髋膝关节生物力学特征的影响。方法招募46名PFPS受试者,随机分为肌肉电刺激训练(electric muscle stimulation,EMS)组和单纯肌力训练(muscle strength training,MST)组。通过红外动作捕捉系统和测力台采集受试者干预前后下楼梯时的运动学和动力学数据。采用双因素重复测量方差分析观察干预前后两组受试者髋膝关节生物力学特征的差异。结果(1)6周干预后,两组下楼梯支撑阶段的膝关节最大外展角和外旋角以及膝关节伸展、外展和外旋峰值力矩均显著降低(P<0.05),且干预后EMS组的膝关节最大外旋角显著小于MST组(P<0.05)。(2)6周干预后,两组下楼梯支撑阶段的髋关节最大内收和内旋角以及髋关节伸展、外展和外旋峰值力矩均显著降低(P<0.05),并且与MST组相比,EMS组在降低髋关节最大内收角上更具优势(P<0.05)。结论肌肉电刺激结合肌力训练有助于更好地纠正下楼梯时髋膝关节异常的生物力学特征。

跑鞋内置碳板形状对冲刺时生物力学特征影响

目的本研究旨在揭示在跑鞋中底的不同形状碳板对短跑运动员冲刺时下肢生物力学特征的影响。方法实验招募了20名百米国家二级运动员大学生,要求分别穿着内嵌全掌碳板的跑鞋(FC)和内嵌Y形碳板的跑鞋(YC)进行全力冲刺测试。实验利用8台摄像机组成的Qualisys运动分析系统(Oqus 500,Qualisys AB,Gothenburg,Sweden,200 Hz)采集运动学数据,三维测力平台(Kistler Instruments,Model 9281CA;Winterthur,Switzerland,1000 Hz)记录动力学数据。采用统计参数映射(SPM)分析运动员穿着两类跑鞋时的运动学和动力学指标差异。结果在冲刺的1个支撑期中38%~65%阶段内,穿着YC鞋时运动员受到的地面冲击力大于穿FC鞋(P<0.001);在超过70%的支撑期时间内穿着FC鞋时的足外翻程度高于穿YC鞋(P<0.001);在支撑期的10%~80%的时间内,穿着YC鞋时的跖趾关节比穿FC鞋时有着更显著的伸展趋势(P<0.001);但在髋关节和膝关节的3个运动平面内均未见穿两款跑鞋带来显著差异。结论全掌碳板跑鞋比Y形碳板跑鞋具有更强的纵向弯曲刚度,这可能节省更多的能量损耗进而提高跑步经济性;相比全掌碳板跑鞋,穿Y形碳板跑鞋时的踝关节更接近额状面的中立位,这有助于提高跑步时的踝关节稳定性进而降低脚踝的损伤风险。

跳深训练的后激活增强效应对纵跳生物力学特征的影响

目的纵跳能力是衡量运动员下肢爆发力的重要指标,本文将跳深训练激活与传统热身进行对比,对间隔8 min后纵跳的时空参数、动力学等数据进行分析,探究跳深训练的后激活增强效应对纵跳生物力学特征的影响。方法对18名男性体育专业大学生进行两次随机顺序测试(间隔48 h):传统组采用慢跑2 min加动态拉伸,跳深组采用慢跑2 min加跳深训练,跳深高度为60 cm,间距采取110%下肢长,10次2组,间歇2 min。分别在练习结束后8 min进行3次反向纵跳(CMJ)测试,取纵跳高度最佳的1次并采集相关指标,采用独立样本t检验对诱导8 min后的纵跳高度(H)、垂直地面反作用力峰值(v GRF)、峰值功率(PPO)进行统计学分析。结果结果显示,在诱导8 min后,跳深训练对CMJ高度不具有统计学意义(P>0.05),但从平均值来看,跳深组(0.52±0.08 m)高于传统组(0.45±0.07 m);跳深组与传统组对PPO不具有显著性差异(P>0.05),但跳深组(45.14±5.19 W·kg^(-1))相较于传统组(42.53±5.24 W·kg^(-1))有一定提高;跳深组(1986.89±256.90 N)与传统组(1736.00±180.64 N)对v GRF具有显著性差异(P<0.05)。结论跳深组相较于传统组在纵跳高度、垂直地面反作用力峰值、峰值功率方面均有所提高;跳深训练在恢复时间为8 min时可有效地诱导出后激活增强效应。

跑步疲劳对不同经验跑者踝关节生物力学特征的影响

跑步是常见的运动及体力活动方式[1]。规律性跑步锻炼可以提高跑者生活质量并延长其寿命,预防心脑血管系统疾病和癌症的发生[2—5]。然而,跑步在给人们带来大量健康益处的同时也会引起跑步相关损伤(running-related injury,REI)。据报道,跑步相关下肢损伤的发生率为19.4%—79.3%[6],每1000h的跑步时长会发生2.5—33次跑步相关损伤[7]。

性别与障碍物高度对步态运动中下肢生物力学特征的影响

目的难度较高的步态任务(跨越障碍)将对生理系统提出更高要求,而在难度较低的步态任务(平地行走)中并不明显。不同性别间下肢运动的生物力学特征是否存在差异?方法招募12名男性和12名女性志愿者,利用Vicon运动捕捉系统和AMTI测力台获取志愿者在跨过高度为0 cm(无障碍)、13 cm、19 cm和26 cm障碍物时的步态时空参数、下肢运动学和动力学等数据。采用双因素重复测量方差分析(性别×障碍物高度)和三因素重复测量方差分析(性别×障碍物高度×腿)进行统计学分析。此外,评估了髋、膝、踝关节最大角度与障碍物高度之间的相关性。结果在所有步态条件中,男性的步长和速度都明显高于女性。跨障腿摆动时间、最大伸髋角度、最大屈膝角度和最大踝关节跖屈角度(性别×障碍物高度),具有显著交互作用。此外,跨障腿和跟随腿间的最大屈髋角度和最大屈膝角度也有显著差异。结论在无障碍步态中,男性和女性的步态参数存在差异,随着障碍物高度的增加,这些差异将更加明显。此外,跨越障碍物时跨障腿和跟随腿步态参数存在差异,这提示在未来的跨障训练中,应同时考虑双腿的步态差异以提高训练效果。本研究将为不同性别运动康复训练提供针对性指导。

INBONEⅡ和INFINITY型人工踝关节的生物力学特征分析

目的评估人工踝关节INBONEⅡ和INFINITY全踝关节置换术(total ankle arthroplasty,TAA)后生物力学特征差异,为患者提供更加科学和个体化的治疗选择。方法基于骨肌(musculoskeletal,MSK)多体动力学(multibody dynamics,MBD)软件AnyBody,建立患者个体化TAA下肢MSK MBD模型。预测踝关节接触力、踝关节运动和人工踝关节关节面接触特征。结果人工踝关节关节面几何形状对踝关节接触力没有显著影响,但会对活动度和关节面接触特征造成影响。相比于INBONEⅡ,INFINITY冠状面关节面弧高较低,内翻-外翻和外旋-内旋运动分别增加7.91%和2.61%;矢状面匹配度较低,后移-前移和下移-上移运动分别减小21.75%和21.23%,内移-外移运动增加49.26%;INFINITY匹配度较低,内侧、外侧和总关节面接触面积分别减少18.48%、30.42%和26.36%,但接触压力中心运动轨迹集中在距骨组件边缘内侧,避免边缘接触应力集中,降低关节脱位和胫骨衬垫过早磨损的风险。结论INFINITY型人工踝关节更小的几何限制,表现出更好的生物力学性能,更有利于恢复术后踝关节运动功能。

不同紧度护膝对ACLR篮球爱好者急停起跳动作生物力学特征的影响

目的确定护膝紧度对重建前交叉韧带(ACLR)的篮球运动者急停起跳时主观舒适性和下肢生物力学特征的影响,探讨护膝紧度对ACL损伤防护的潜在影响。方法15名右侧ACLR(26个月内)的男性篮球运动者,以裸膝和穿戴低、中、高紧度(大腿及小腿1.68、2.40、3.12 k Pa,膝部1.89、2.70、3.51 k Pa)护膝完成急停起跳动作测试,紧度通过气囊式压力测试仪调整。通过目测类比评分评估主观舒适性。使用测速系统控制受试者助跑速度在4±0.5m/s。使用8镜头红外动作捕捉系统和三维测力台采集下肢运动学和动力学数据。应用欧拉角和逆动力学方法的计算关节角度和力矩。采用单因素重复测量方差分析对比护膝紧度对各指标的影响。结果护膝紧度对束缚舒适性(P=0.047)及整体舒适性(P=0.027)产生影响,高紧度比低紧度束缚舒适性更好(P=0.019),高紧度(P=0.043)和中紧度(P=0.041)比低紧度整体更舒适;护膝紧度对水平向后地面反作用力峰值时刻的髋关节屈曲角度(P=0.048)产生影响,髋关节屈曲角度裸膝大于中紧度(P=0.041)和高紧度(P=0.017),对膝关节三维角度及力矩无影响(P>0.05)。结论穿着较高紧度护膝时,ACLR受试者的舒适性更好,且急停起跳水平向后地面反作用力峰值时刻的髋关节屈曲角度更小,可能降低ACL应力,对ACL损伤的防护具有潜在效果。

极简鞋对士兵负重跑步时膝关节生物力学特征的影响

目的比较极简鞋和作战靴对士兵不同负重跑时膝关节生物力学特征的影响,探究鞋对士兵负重跑膝关节的潜在损伤风险,为士兵负重跑训练选鞋提供理论依据。方法19名男性退伍军人穿着极简鞋与作战靴,完成0、10和20 kg负重跑测试,通过红外捕捉系统和测力台采集运动学和动力学参数,使用欧拉角及逆动力学法计算膝关节角度和髌骨关节力学参数。采用双因素重复测量方差分析确定鞋与负重量对跑步时膝关节生物力学特征的影响,后续检验使用LSD法。结果鞋与负重量对所有参数的交互效应不显著(P>0.05)。鞋与负重量对膝关节刚度、垂直地面反作用力平均和最大瞬时加载率有影响,鞋对膝关节刚度角度变化量有影响,负重量对膝关节刚度力矩变化量有影响(P<0.05)。后续检验显示,穿极简鞋在不同负重下平均和最大瞬时加载率均大于作战靴;负重10或20 kg时,穿作战靴的膝关节角度更大,穿极简鞋膝关节刚度更大,穿极简鞋负重20 kg时膝关节刚度和力矩变化量大于无负重。穿作战靴负重20 kg的膝关节刚度和力矩变化量大于负重10 kg和无负重,负重10 kg时力矩变化量大于无负重(P<0.05)。结论穿极简鞋和负重量增加可能会导致胫骨应力性骨折和足底筋膜炎发生风险的增加,可能不会导致髌股关节疼痛发生的风险增加。

侧切状态下篮球运动员下肢生物力学特征及影响因素研究

篮球运动中存在大量的侧切动作,侧切动作的不同模式会对运动员的下肢各关节形成不同的影响。本文以10位达到国家二级运动员水平的男性篮球运动员为研究对象,分析了后足落地、中足落地、前足落地3种不同侧切状态下篮球运动员下肢(膝关节)的生物力学特征。结果表明,采用后足落地侧切形式时,人体下肢膝关节峰值屈曲角度、活动度、反作用力峰值均更高,此时人体下肢更容易出现运动损伤;采用前足落地侧切形式时,更不容易出现运动损伤,且侧切变向、蹬伸效果更好。

长跑运动员穿着不同定制鞋垫竞技时下肢生物力学特征研究

本文以长跑运动为例,对运动员穿着不同定制鞋垫开展长跑竞技时的下肢生物力学特征进行分析,以三维测力台、红外三维动作捕捉系统等采集了长跑运动员竞技过程中下肢运动学、动力学特征等。结果表明,在长跑初期,较软的鞋垫可以为运动员提供更大的推动力,但长期效果不显著;较硬的鞋垫可以显著提高运动员的长跑水平。