非接觸性膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶損傷運(yùn)動(dòng)和疲勞的作用

非接觸性膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶損傷運(yùn)動(dòng)和疲勞的作用

0非接觸性的前交叉韌帶損傷的發(fā)生和發(fā)展“前交叉韌帶損傷”是體育中最常見的損傷。完全前交叉韌帶損傷可誘發(fā)其他膝關(guān)節(jié)疾病的改變，如膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性、半月板和軟骨損傷和關(guān)節(jié)炎。還有研究顯示前交叉韌帶完全斷裂的患者會(huì)伴有慢性膝關(guān)節(jié)不穩(wěn),半月板和軟骨二級(jí)損傷。運(yùn)動(dòng)員在減速,變向切入,落地和扭轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)沒有與他人進(jìn)行身體接觸和碰撞稱為“非接觸性的前交叉韌帶損傷”,特別是當(dāng)人體膝關(guān)節(jié)自身產(chǎn)生較大的力或者力矩,且有較大的負(fù)荷作用于前交叉韌帶導(dǎo)致的損傷。相比男子運(yùn)動(dòng)員,女子運(yùn)動(dòng)員出現(xiàn)前交叉韌帶損傷的概率較高。研究顯示,在足球,籃球和排球項(xiàng)目中,女子運(yùn)動(dòng)員出現(xiàn)前交叉韌帶損傷的概率比男子運(yùn)動(dòng)員高2-8倍。其中2/3非接觸性的前交叉韌帶損傷多發(fā)生在跑,跳等運(yùn)動(dòng)中,因前交叉韌帶損傷造成的手術(shù)和康復(fù)治療的花費(fèi)巨大。跳躍-落地在體育活動(dòng)中是最常見的功能性活動(dòng),也被研究確定為非接觸性前交叉韌帶損傷產(chǎn)生的一種常見機(jī)制。在跳躍落地中,一般可分為單腿或和雙腿落地。下肢關(guān)節(jié)對(duì)能量的吸收主要通過(guò)附著在關(guān)節(jié)的肌肉和各種軟組織,因此,下肢關(guān)節(jié)主要通過(guò)關(guān)節(jié)-肌肉活動(dòng)來(lái)降低落地產(chǎn)生的沖擊。以往的研究中對(duì)雙腿落地時(shí)候關(guān)節(jié)的力學(xué)和沖擊吸收進(jìn)行了細(xì)致的分析。這些研究發(fā)現(xiàn)髖關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)力矩和能量最大,膝關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)角度活動(dòng)范圍和功最大。因而,落地時(shí)下肢關(guān)節(jié)降低沖擊和吸收能量能力的不足都可能導(dǎo)致下肢關(guān)節(jié)的損傷。盡管已有大量學(xué)者針對(duì)前交叉韌帶損傷做出了大量卓有成效的研究工作,但是前交叉韌帶損傷的發(fā)病率依然居高不下,特別是女子運(yùn)動(dòng)員。前交叉韌帶損傷還以每年1.3%的增速在跳躍-落地運(yùn)動(dòng)中進(jìn)一步增加。近年來(lái)有學(xué)者開始嘗試模擬疲勞狀態(tài)下的跳躍-落地來(lái)進(jìn)一步探究疲勞狀態(tài)下的落地對(duì)非接觸前交叉韌帶損傷的影響。過(guò)往的研究證實(shí)疲勞能降低肌肉活動(dòng),并降低在落地時(shí)身體對(duì)沖擊的吸收能力進(jìn)而造成損傷。疲勞狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)通常與降低的關(guān)節(jié)本體感覺和增加的關(guān)節(jié)松弛聯(lián)系在一起,從而導(dǎo)致在參與維持姿態(tài)的活動(dòng)時(shí)人體的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)平衡能力降低,最終增加損傷產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn);另外疲勞還會(huì)導(dǎo)致肌肉吸收能量的能力降低和神經(jīng)功能的改變,如增加的前切力,降低的神經(jīng)肌肉反應(yīng)也都會(huì)造成損傷的產(chǎn)生。但是也有研究顯示疲勞狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)員在進(jìn)行跳躍-落地類運(yùn)動(dòng)時(shí)生物力學(xué)特征與疲勞前相比并沒有改變。因此,梳理近年來(lái)國(guó)外有關(guān)前交叉韌帶損傷和疲勞誘導(dǎo)有關(guān)的生物力學(xué)研究成果,介紹成熟可靠的疲勞誘導(dǎo)方法,對(duì)于國(guó)內(nèi)開展疲勞落地的研究和推動(dòng)設(shè)計(jì)非接觸性前交叉韌帶損傷預(yù)防方案具有一定的參考價(jià)值。1文獻(xiàn)檢索結(jié)果1.2入選標(biāo)準(zhǔn)“ACL”、“l(fā)anding”、“fatigue”顯示檢索結(jié)果共12篇;“ACL”和“Landing”的檢索結(jié)果為230篇。1.3檢索結(jié)果及評(píng)價(jià)入選文獻(xiàn)內(nèi)容與膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶損傷相關(guān)的生物力學(xué)測(cè)試研究,前交叉韌帶應(yīng)力模擬,起跳落地?fù)p傷關(guān)系,疲勞落地等研究定義為入選文獻(xiàn)。其他文獻(xiàn),如年代久遠(yuǎn)、生理方面與疲勞相關(guān)的文獻(xiàn)則排除。其中共42篇文獻(xiàn)符合上述標(biāo)準(zhǔn),且在前交叉韌帶損傷方面和疲勞效應(yīng)有一定關(guān)聯(lián)。2外翻負(fù)載對(duì)前交叉韌帶損傷的影響2.1前交叉韌帶損傷機(jī)制從機(jī)械的角度看前交叉韌帶損傷多發(fā)生在前交叉韌帶承受過(guò)大的張力時(shí)。因此,了解人體在運(yùn)動(dòng)時(shí)前交叉韌帶負(fù)載的機(jī)制是了解非接觸性前交叉韌帶損傷的重要因素。前交叉韌帶損傷的機(jī)制主要發(fā)生在3個(gè)解剖面上增加的膝關(guān)節(jié)外翻角度,增加的膝關(guān)節(jié)旋內(nèi)和降低的膝關(guān)節(jié)屈曲角度。2.1.1膝關(guān)節(jié)外翻Berns等研究發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)較大的膝關(guān)節(jié)負(fù)荷(脛骨近端和膝關(guān)節(jié)外翻力矩的前切力)會(huì)導(dǎo)致前交叉韌帶的緊繃。類似的研究也觀察了脛骨近端的前切力和膝關(guān)節(jié)外翻,內(nèi)翻,內(nèi)外旋轉(zhuǎn)力矩應(yīng)用在前交叉韌帶上的情況。一個(gè)100N的前切力和10N·m的膝關(guān)節(jié)內(nèi)外翻和內(nèi)外旋力矩被應(yīng)用到尸體的膝關(guān)節(jié)上。前交叉韌帶的負(fù)載被記錄下來(lái)并顯示膝關(guān)節(jié)從伸展的90°顯示脛骨的前切力使前交叉韌帶產(chǎn)生明顯的負(fù)荷。同時(shí),膝關(guān)節(jié)內(nèi)外翻和內(nèi)外旋對(duì)前交叉韌帶也產(chǎn)生了明顯的負(fù)荷,但研究顯示僅是當(dāng)前切力在脛骨近端時(shí),前交叉韌帶才有較為明顯的負(fù)荷。這項(xiàng)研究進(jìn)一步顯示前交叉韌帶的負(fù)載在前切力加上外翻或者內(nèi)翻力矩時(shí)比僅有前切力時(shí)要大,同時(shí),前交叉韌帶的負(fù)載在前切力加上膝關(guān)節(jié)外旋力矩時(shí)比僅有前切力時(shí)要小。因此外翻力矩會(huì)增加前交叉韌帶的負(fù)載已被以往的文獻(xiàn)得到證實(shí)。但是也有文獻(xiàn)顯示施加外翻負(fù)載后前交叉韌帶張力增加并不明顯,特別是在2003年,Mazzocca等的研究顯示副側(cè)韌帶被外翻負(fù)荷破壞后才觀察到前交叉韌帶張力的增加。Hewett等的流行病研究顯示在垂直落地-跳躍的任務(wù)中外旋的膝關(guān)節(jié)外翻力矩是預(yù)測(cè)前交叉韌帶損傷的一個(gè)因素。研究跟蹤了共205名高中足球、籃球和排球運(yùn)動(dòng)員3個(gè)賽季的比賽訓(xùn)練,并記錄了受試者在垂直的落地-跳躍觸地時(shí),最大的膝關(guān)節(jié)屈曲和外翻角度和最大的力矩。9名受試者在3個(gè)賽季后出現(xiàn)前交叉韌帶損傷。研究結(jié)果顯示落地時(shí)前交叉韌帶損傷發(fā)病者的膝關(guān)節(jié)外翻角是8°,遠(yuǎn)高于非損傷的受試者,前交叉韌帶損傷者的膝關(guān)節(jié)外旋外翻力矩和反作用力分別是非受傷者的2.5倍,大約高20%。調(diào)查結(jié)果進(jìn)一步揭示膝關(guān)節(jié)外翻角度,膝關(guān)節(jié)外翻力矩與前交叉韌帶損傷的關(guān)系。2.1.2膝關(guān)節(jié)旋內(nèi)Olsen等認(rèn)為膝關(guān)節(jié)的外翻加上下肢較大的沖擊負(fù)荷,會(huì)導(dǎo)致脛骨的內(nèi)外旋,在這種條件下極易出現(xiàn)前交叉韌帶損傷。Shin等采用模型模擬的方式評(píng)估了外翻角度,外翻力矩,脛骨的旋轉(zhuǎn)和內(nèi)副側(cè)韌帶的張力對(duì)前交叉韌帶損傷的影響。研究證實(shí)增加的外翻力矩和前交叉韌帶的張力峰值并非永遠(yuǎn)呈線性關(guān)系。研究還顯示因?yàn)楣呛蛙浗M織的限制,外翻力矩增加時(shí)會(huì)導(dǎo)致脛骨的外旋。研究認(rèn)為單純的增大的外翻力矩會(huì)增加前交叉韌帶的張力,但是并不足以造成前交叉韌帶損傷,除非內(nèi)副側(cè)韌帶被破壞。因?yàn)?脛骨的旋外和增加的內(nèi)副側(cè)韌帶的張力會(huì)抑制前交叉韌帶張力的增加。這一結(jié)論也印證了之前的研究結(jié)果:單純的膝關(guān)節(jié)外翻角度可能會(huì)造成前交叉韌帶損傷,但是更多的前交叉韌帶損傷出現(xiàn)在脛骨的旋內(nèi)(外)時(shí),伴隨的膝關(guān)節(jié)完全的伸展和較大的外翻角度和外翻力矩。膝外翻和旋外力矩是導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí)外翻的主要因素,這也是現(xiàn)有很多前交叉韌帶損傷預(yù)防訓(xùn)練想要避免的方面。落地時(shí),髖關(guān)節(jié)屈曲的減小,會(huì)增大膝關(guān)節(jié)的沖擊力。較為伸展的的髖關(guān)節(jié)落地角度極易導(dǎo)致產(chǎn)生較大的膝關(guān)節(jié)外展力矩。相比男性,女子運(yùn)動(dòng)員落地時(shí)膝關(guān)節(jié)外翻力矩較大。研究還顯示前交叉韌帶的負(fù)載在膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻加上內(nèi)旋力矩時(shí)要比僅膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻力矩或者僅內(nèi)旋力矩要大。而比較前交叉韌帶的負(fù)載在膝關(guān)節(jié)外翻加上外旋力矩時(shí)比僅膝關(guān)節(jié)外翻或者外旋力矩要小。除此之外,前交叉韌帶的負(fù)荷在前切力和膝關(guān)節(jié)外翻,內(nèi)翻和內(nèi)旋力矩在膝關(guān)節(jié)屈曲角度減小時(shí)會(huì)增大。Feagin等的研究顯示體質(zhì)量的影響和脛骨外旋的負(fù)荷可以造成前交叉韌帶的緊繃。他們?cè)?個(gè)受試者的前交叉韌帶的前內(nèi)側(cè)植入了可變磁阻變換器來(lái)獨(dú)立檢測(cè)脛骨前后切力,內(nèi)外翻力矩和內(nèi)外旋力矩來(lái)模擬體質(zhì)量對(duì)膝關(guān)節(jié)負(fù)載的影響。研究結(jié)果表明前交叉韌帶在脛骨近端的前切力和膝關(guān)節(jié)內(nèi)旋力矩增加的情況下緊繃明顯增大。同時(shí),膝關(guān)節(jié)內(nèi)外翻和外旋力矩在承受體質(zhì)量的條件下對(duì)前交叉韌帶的緊繃影響有限。上述研究一致表明前切力在脛骨近端對(duì)前交叉韌帶負(fù)載的大小起主要的作用。同時(shí)當(dāng)脛骨近端的前切力作用于膝關(guān)節(jié)時(shí),會(huì)導(dǎo)致脛骨的旋內(nèi),從而可能增加前交叉韌帶的負(fù)載。通過(guò)這些前交叉韌帶負(fù)載機(jī)制,較小的膝關(guān)節(jié)屈曲角度,四頭肌強(qiáng)有力的收縮或者額狀面向后較大的地面反作用力都能夠增加前交叉韌帶的負(fù)荷。2.1.3膝關(guān)節(jié)屈曲角四頭肌通過(guò)髕腱在脛骨近端是主要作用于前切力的肌肉。Dargel等發(fā)現(xiàn)四頭肌的肌力在膝關(guān)節(jié)從0°-45°屈曲時(shí)能夠明顯的增加。Durselen等發(fā)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)從完全伸展至30°屈曲,四頭肌能導(dǎo)致前交叉韌帶承受較高的張力,當(dāng)膝關(guān)節(jié)屈曲角度增加且超過(guò)30°時(shí),前交叉韌帶的緊繃程度開始減小。其他的研究也有類似結(jié)果(等動(dòng)肌力中四頭肌肌力在屈曲15°-30°時(shí),明顯的使得前交叉韌帶繃緊,張力增加)。Shoemaker等的研究顯示四頭肌對(duì)脛骨的額狀面移動(dòng)和和轉(zhuǎn)移前交叉韌帶的張力有顯著的效果。四頭肌最大的張力轉(zhuǎn)接發(fā)生在膝關(guān)節(jié)3°屈曲。降低的膝關(guān)節(jié)屈曲角度通過(guò)髕腱-脛骨角(patellatendon-tibiashaftangle)(圖1)可以增加脛骨近端的前切力。在給定四頭肌肌力的條件下,脛骨近端的前切力主要由髕腱-脛骨角決定,定義為髕腱和脛骨縱向軸線之間的夾角。在四頭肌給定的條件下,這個(gè)角度越大,脛骨的前切力也就越大。Nunley等研究了這個(gè)角度和膝關(guān)節(jié)屈曲角度的關(guān)系。研究顯示當(dāng)髕腱-脛骨角增大時(shí),膝關(guān)節(jié)屈曲角度減小。女性的這個(gè)角度的平均值約4°左右,大于男性。這項(xiàng)研究中有關(guān)髕腱-脛骨角與膝關(guān)節(jié)屈曲角度的研究結(jié)果也與Boden等的研究相一致:膝關(guān)節(jié)屈曲角度的減小會(huì)導(dǎo)致前交叉韌帶傾斜角和偏移角增大,進(jìn)而導(dǎo)致增大前交叉韌帶負(fù)載?？v軸上的前交叉韌帶的合力等于cosines之后的前交叉韌帶傾斜角和偏移角除以前交叉韌帶的前切力。前交叉韌帶傾斜角和偏移角越大,基于在前交叉韌帶上的前切力,前交叉韌帶的負(fù)載也就越大。Herzog等研究的顯示膝關(guān)節(jié)屈曲的減小導(dǎo)致前交叉韌帶活動(dòng)的直線更垂直,意味著前交叉韌帶傾斜角的增加。Dargel等研究還顯示四頭肌收縮在0°-45°明顯會(huì)導(dǎo)致前交叉韌帶的緊繃。類似的結(jié)論也出現(xiàn)在落地的研究中,落地或者變向時(shí)矢狀面和額狀面的不規(guī)則的關(guān)節(jié)角度和力矩都有可能導(dǎo)致非接觸性的前交叉韌帶損傷,特別是女子運(yùn)動(dòng)員。大量體內(nèi)和體外的研究顯示前交叉韌帶張力的峰值一般出現(xiàn)在膝關(guān)節(jié)15°-40°屈曲時(shí),并在超過(guò)40°以后減小至0°。計(jì)算機(jī)模擬的研究進(jìn)一步顯示觸地后25ms時(shí)前交叉韌帶的張力峰值最大,此時(shí)膝關(guān)節(jié)接近于完全伸展。而研究也證實(shí)前交叉韌帶損傷經(jīng)常出現(xiàn)在落地減速階段或者變向階段。也有研究認(rèn)為前交叉韌帶損傷一般出現(xiàn)在觸地后(initialcontact)的50ms左右,在這個(gè)時(shí)刻股二頭肌的作用是作為對(duì)抗前交叉韌帶的角色。在體實(shí)驗(yàn)也顯示單足跳的測(cè)試中,前交叉韌帶張力的峰值和垂直地面反作用力峰值出現(xiàn)時(shí)刻一致,這主要與觸地時(shí)刻較為伸展的膝關(guān)節(jié)屈曲角度有關(guān)。有關(guān)前交叉韌帶損傷機(jī)制方面的文獻(xiàn)一致認(rèn)為:在落地任務(wù)時(shí),額狀面的外翻角,力矩和較小的膝關(guān)節(jié)屈曲角度可能是造成非接觸性前交叉韌帶損傷的一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素。運(yùn)動(dòng)員在進(jìn)行體育活動(dòng)時(shí)額狀面較大的地面反作用力能夠誘導(dǎo)四頭肌肌肉收縮的增強(qiáng),進(jìn)而增加前交叉韌帶的負(fù)載。額狀面較大的地面反作用力能夠使膝關(guān)節(jié)產(chǎn)生較大的屈膝力矩,因而需要四頭肌收縮產(chǎn)生一個(gè)伸膝力矩來(lái)平衡。如前人研究提及,四頭肌收縮通過(guò)髕腱增加了脛骨近端的前切力。額狀面的地面反作用力越大,四頭肌肌力也就越大,同時(shí)前交叉韌帶的負(fù)載也就越大。Kingma等在跳躍-落地的測(cè)試中也發(fā)現(xiàn),前交叉韌帶張力的峰值與地面反作用力峰值出現(xiàn)時(shí)刻一致。在生物力學(xué)的研究上,盡管外旋的膝關(guān)節(jié)外翻力矩被證實(shí)與前交叉韌帶損傷有關(guān),現(xiàn)有文獻(xiàn)依舊沒有證據(jù)表明在沒有較高的矢狀面的力的前提下,膝關(guān)節(jié)內(nèi)外翻和內(nèi)外旋力矩能造成非接觸性前交叉韌帶損傷。2.2疲勞效應(yīng)在跳躍-落地類運(yùn)動(dòng)中有關(guān)前交叉韌帶的研究2.2.1疲勞效應(yīng)與損傷的關(guān)系有報(bào)告顯示,比賽中損傷多發(fā)于比賽末或者鄰近比賽結(jié)束階段,具體統(tǒng)計(jì)顯示足球比賽中多發(fā)于半場(chǎng)比賽的最后15min或者第2個(gè)半場(chǎng)的最后30min;橄欖球比賽中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示損傷多出現(xiàn)于第二節(jié)和賽季末期。疲勞狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)通常與降低的關(guān)節(jié)本體感覺和增加的關(guān)節(jié)松弛聯(lián)系在一起,從而導(dǎo)致在參與維持姿態(tài)的活動(dòng)時(shí)人體的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)平衡能力降低,最終增加損傷產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。減低身體的關(guān)節(jié)對(duì)沖擊的吸收能力,主要表現(xiàn)為膝關(guān)節(jié)屈曲角度的降低,即落地更為僵硬。僵硬落地時(shí)降低的膝關(guān)節(jié)屈曲角度通常與前交叉韌帶損傷聯(lián)系緊密。另外疲勞還會(huì)導(dǎo)致肌肉吸收能量的能力降低和神經(jīng)功能的改變,如增加的前切力,降低的神經(jīng)肌肉反應(yīng)也都會(huì)造成損傷的產(chǎn)生。前切力時(shí)造成前交叉韌帶損傷的另一個(gè)重要因素。較大的前切力加上膝關(guān)節(jié)的外翻或內(nèi)翻力矩極易造成前交叉韌帶斷裂。2.2.2疲勞的客觀評(píng)定不管在那種條件下需要產(chǎn)生力,神經(jīng)肌肉系統(tǒng)產(chǎn)生力的能力降低被視為可以客觀確定疲勞已產(chǎn)生。這種疲勞主要可以分為:中樞和外周疲勞。當(dāng)神經(jīng)-肌肉接頭的改變發(fā)生在末端時(shí),肌肉產(chǎn)生力的能力降低,這被稱為外周疲勞;與之相反,神經(jīng)-肌肉接頭近端神經(jīng)元的改變,則會(huì)使運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致肌肉自主收縮的降低,這種疲勞稱為中樞疲勞。2.2.3疲勞的主觀評(píng)定在體育運(yùn)動(dòng)中,主觀確定疲勞的方式則多采用體力感覺等級(jí)量表。體力感覺等級(jí)量表(sessionratingofperceivedexertion,RPE量表)主要用來(lái)主觀感覺來(lái)推算運(yùn)動(dòng)負(fù)荷強(qiáng)度的一種有效方法,并用來(lái)參照控制運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度,現(xiàn)已經(jīng)廣泛用來(lái)自主確定人體在運(yùn)動(dòng)時(shí)的疲勞程度。RPE量表的使用可以分為兩類,一類是0-10的分級(jí),0被定義為安靜,10被定義為非常疲勞;另一類為6-20的分級(jí),這一類也最為常用,6被定義為安靜,對(duì)應(yīng)心率為<70,19-20被定義為非常疲勞,對(duì)應(yīng)心率為195或者以上的心率。2.2.4疲勞誘導(dǎo)的分類疲勞誘導(dǎo)在以往的研究中可以大致分為兩類。一類為短時(shí)間的疲勞誘導(dǎo)模式,主要采用一系列連續(xù)。重復(fù)性的爆發(fā)式運(yùn)動(dòng),如:垂直跳躍加上短跑沖刺,單腿蹲起或者雙腿蹲起加上快速起跳,此類疲勞誘導(dǎo)模式通常都較為短暫,持續(xù)時(shí)間一般低于10min。另一類為延長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)間的疲勞誘導(dǎo)模式,主要采用超過(guò)10min,長(zhǎng)約30min或者60min的綜合性任務(wù),如走,跑,跳和沖刺的結(jié)合。2.2.5短時(shí)間急性疲勞與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的關(guān)系落地和跳躍時(shí)改變的神經(jīng)控制策略是非接觸性前交叉韌帶損傷產(chǎn)生的機(jī)制之一。疲勞也是造成損傷的潛在的外在因素之一。Madigan等的研究觀察了下肢在疲勞狀態(tài)下落地對(duì)于地面反作用力,下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的影響。結(jié)果顯示疲勞狀態(tài)下落地時(shí)的地面反作用力值降低和最大關(guān)節(jié)屈曲增加。相比疲勞前落地,研究認(rèn)為疲勞狀態(tài)下落地身體姿態(tài)在能量吸收和緩沖上起重要的作用。觸地時(shí)關(guān)節(jié)的機(jī)制也能調(diào)整骨骼肌肉的負(fù)載,髖關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍和功的增加顯示對(duì)力的緩沖,身體較為依靠較大的關(guān)節(jié)肌肉群(髖,膝關(guān)節(jié))。在此之后,Coventry等進(jìn)行了類似的研究,結(jié)果顯示疲勞狀態(tài)下身體對(duì)能量吸收和疲勞前并無(wú)差異。髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)屈曲在疲勞落地時(shí)增加了,踝關(guān)節(jié)跖屈卻降低了。髖關(guān)節(jié)的功增加而踝關(guān)節(jié)的功減小了。Orishimo等隨后的研究主要觀察大腿肌肉疲勞后的單足跳的落地特征。研究顯示疲勞會(huì)增加膝關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍并使踝關(guān)節(jié)背屈增大,髖關(guān)節(jié)屈曲減小。疲勞還導(dǎo)致了膝關(guān)節(jié)伸膝力矩的減小,同時(shí)踝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)伸肌力矩峰值增大。通過(guò)Karl的研究可知疲勞狀態(tài)下單足跳-落地時(shí)降低的膝關(guān)節(jié)力矩和增加的膝關(guān)節(jié)屈曲表明盡管股內(nèi)側(cè)肌,外側(cè)肌和股直肌的活動(dòng)增加了,但是膝關(guān)節(jié)在疲勞狀態(tài)的關(guān)節(jié)活動(dòng)卻受到了抑制。也可以推測(cè)踝關(guān)節(jié)活動(dòng)的增強(qiáng)是對(duì)降低的膝關(guān)節(jié)的補(bǔ)償,進(jìn)而維持下肢落地時(shí)的穩(wěn)定。這些結(jié)果與之前的研究結(jié)果的差異可能是由于運(yùn)動(dòng)形式和疲勞誘導(dǎo)模式的不同所導(dǎo)致。Chappell等采用了3種不同形式的疲勞狀態(tài)下的急停-跳躍實(shí)驗(yàn)觀察到脛骨前切力的峰值和外翻力矩都顯著的增加,膝關(guān)節(jié)屈曲角度明顯下降,且疲勞并不會(huì)影響男子,女子運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)伸肌力矩的峰值變化。Chappell等的結(jié)論與以往研究中顯示的疲勞狀態(tài)下膝關(guān)節(jié)屈曲增加這一結(jié)果相反。急停-跳躍的動(dòng)作與跳躍-落地動(dòng)作的區(qū)別可能是這一研究結(jié)果有別于其他研究的原因之一。急停跳躍更關(guān)注急停后至跳躍前的膝關(guān)節(jié)變化,與之相對(duì)應(yīng)的跳躍-落地,則是集中在觸地-膝關(guān)節(jié)最大屈曲這一階段。不同的動(dòng)作和疲勞誘導(dǎo)模式會(huì)可以改變業(yè)余體育鍛煉者的神經(jīng)控制機(jī)制,進(jìn)而產(chǎn)生不同的研究結(jié)果。隨著疲勞效應(yīng)在體育活動(dòng)研究中的深入,針對(duì)損傷發(fā)病率在性別中表現(xiàn)出的不同。Kernozek等召集了30名運(yùn)動(dòng)員(14女,16男)完成了50cm疲勞狀態(tài)前后的單腿落地。結(jié)果顯示疲勞導(dǎo)致所有受試者在落地時(shí)髖關(guān)節(jié)都更為屈曲。疲勞后單腿落地時(shí),男子運(yùn)動(dòng)員的膝關(guān)節(jié)屈曲角度峰值更大,女子運(yùn)動(dòng)員則在疲勞前后沒有變化。男子運(yùn)動(dòng)員還表現(xiàn)出較大的膝關(guān)節(jié)內(nèi)收角,女子運(yùn)動(dòng)員則表現(xiàn)出較大的外展角。疲勞和性別之間并無(wú)相互作用。疲勞后,女性的膝關(guān)節(jié)前切力更大。男女都表現(xiàn)出較低的膝關(guān)節(jié)伸肌力矩和外展力矩。Pappas等則是采用疲勞狀態(tài)前后的雙腿落地(40cm)觀察評(píng)估了男女(n=29)在落地初期(膝關(guān)節(jié)屈曲小于40°)的前交叉韌帶損傷風(fēng)險(xiǎn)。研究著重關(guān)注了落地初期的膝關(guān)節(jié)屈曲角,外翻角,反作用力峰值和標(biāo)準(zhǔn)化后的四頭肌,股后肌群的EMG數(shù)據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)疲勞后,女子運(yùn)動(dòng)員反作用力的峰值和膝關(guān)節(jié)屈曲與疲勞前相比差異明顯。疲勞后,反作用力峰值和膝關(guān)節(jié)屈曲都明顯減小。男子運(yùn)動(dòng)員則在疲勞后表現(xiàn)出較大的股二頭肌外側(cè)頭的EMG峰值和較大的膝關(guān)節(jié)屈曲角。在類似的研究中,Gehring等也征召了13男13女進(jìn)行了疲勞狀態(tài)前后的雙腿落地(52cm)。疲勞誘導(dǎo)主要采用了1RM的50%進(jìn)行重復(fù)練習(xí),直至運(yùn)動(dòng)員無(wú)法完成設(shè)定的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷。結(jié)果顯示女性在落地時(shí)的膝關(guān)節(jié)屈曲角度,速度和外展角明顯增加。這一有別于Evangelos的研究結(jié)果或許可以從落地高度,疲勞誘導(dǎo)模式和落地的方式來(lái)解釋。單腿和雙腿落地在不同高度下會(huì)表現(xiàn)出不同的特征。單腿落地時(shí),高度達(dá)到40cm性別才會(huì)顯示出差異;不同疲勞誘導(dǎo)模式在誘導(dǎo)出疲勞后,如何控制疲勞的恢復(fù)是疲勞誘導(dǎo)的關(guān)鍵所在;不同的落地方式也會(huì)影響生物力學(xué)上的特征,如:腳尖-腳跟或者是腳跟-腳尖。Coventry等在Evangelos和Dominic的研究之后,將雙腿落地的高度提高至61cm,召集了10名男性志愿者進(jìn)行了疲勞前后的雙腿落地測(cè)試。疲勞狀態(tài)下的落地則采用了兩種不同的疲勞誘導(dǎo)模式。第1天進(jìn)行最大等動(dòng)重復(fù)蹲起誘導(dǎo)疲勞,第2天采用次最大負(fù)荷自行車騎行誘導(dǎo)疲勞。每天測(cè)試結(jié)束都測(cè)試了半蹲的最大肌肉收縮。研究顯示疲勞效應(yīng)減小了最大肌肉收縮的肌肉力量,地面反作用力第二峰值和初始的沖量。2.2.6長(zhǎng)時(shí)間急性疲勞與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的關(guān)系針對(duì)男女不同性別在疲勞狀態(tài)下單腿落地的研究。Brazen等采用了更為全面的疲勞誘導(dǎo)模式:“Ldrill”的疲勞模板來(lái)誘導(dǎo)疲勞效應(yīng)。Brazen在這個(gè)模板中設(shè)計(jì)包含了跳躍類的向心-離心活動(dòng),障礙變向(cutting),沖刺等綜合類的活動(dòng)?！癓drill”還延長(zhǎng)了疲勞誘導(dǎo)的時(shí)間長(zhǎng)度。結(jié)果顯示疲勞后,受試者都表現(xiàn)出較大的膝關(guān)節(jié)屈曲,踝關(guān)節(jié)跖屈和較大的反作用力峰值。但是額狀面的膝關(guān)節(jié)角度與疲勞前比并無(wú)差異。性別差異在這項(xiàng)研究中也沒有發(fā)現(xiàn)。Webster等的部分研究結(jié)果與Brazen的研究結(jié)果則是恰恰相反的。Webster觀察了經(jīng)過(guò)前交叉韌帶重建手術(shù)的男性患者(15名)和健康男性(11名)在疲勞狀態(tài)下30cm單腿落地時(shí)的生物力學(xué)特征。研究發(fā)現(xiàn)疲勞降低了下肢的屈曲,增加了髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的外展角;疲勞作用還增加了膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)和降低的膝關(guān)節(jié)力矩。研究認(rèn)為經(jīng)過(guò)重建手術(shù)后的前交叉韌帶損傷側(cè)在疲勞狀態(tài)下落地時(shí)的生物力學(xué)特征對(duì)比健康一側(cè)的下肢或者健康人并無(wú)差異。以往的研究認(rèn)為落地研究中高度是否足夠是能否發(fā)現(xiàn)不同性別的個(gè)體落地時(shí)生物力學(xué)差異的重要因素之一。Mclean從性別和中樞神經(jīng)控制的角度誘導(dǎo)出疲勞,并將誘導(dǎo)出的疲勞的水平分為不同級(jí)別(25%,50%,75%和100%)。在疲勞狀態(tài)下測(cè)試了單腿落地(優(yōu)勢(shì)腿-非優(yōu)勢(shì)腿)。針對(duì)性別的比較發(fā)現(xiàn)相比男性,女性受試者落地觸地時(shí)的踝關(guān)節(jié)跖屈,踝關(guān)節(jié)旋外角,膝外展和旋內(nèi)都較大。女子運(yùn)動(dòng)員還表現(xiàn)出較大的膝關(guān)節(jié)內(nèi)收,外展和旋內(nèi),較小的踝關(guān)節(jié)背屈力矩。疲勞效應(yīng)增加了女子運(yùn)動(dòng)員在觸地初期的膝關(guān)節(jié)的外展角和旋內(nèi)活動(dòng),也增加了膝關(guān)節(jié)旋內(nèi),內(nèi)收和外展的力矩峰值。研究認(rèn)為疲勞的作用改變了下肢的控制可能會(huì)導(dǎo)致落地時(shí)出現(xiàn)非接觸前交叉韌帶損傷的風(fēng)險(xiǎn)。性別表現(xiàn)出的疲勞落地特征可以解釋為什么女子運(yùn)動(dòng)員更易于出現(xiàn)前交叉韌帶損傷。Borotikar等募集了25名NCAA的女子運(yùn)動(dòng)員預(yù)測(cè)性和非預(yù)測(cè)性的疲勞單腿落地(左-右腿)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中將疲勞落地和決策選擇兩個(gè)體育比賽中的損傷因素結(jié)合后進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)選取了疲勞前,50%疲勞和100%疲勞狀態(tài)下的單腿落地進(jìn)行分析。研究發(fā)現(xiàn)疲勞狀態(tài)下向前跳躍-單腿觸地觸地的初試階段,髖關(guān)節(jié)的伸展和旋內(nèi),膝關(guān)節(jié)外展角度和旋內(nèi)峰值,踝關(guān)節(jié)旋外角度都明顯增加。疲勞狀態(tài)下無(wú)預(yù)測(cè)落地決策選擇觸地時(shí)髖關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)和膝關(guān)節(jié)外展角度也比預(yù)測(cè)性落地要大。Mclean和Borotikar的研究中采用落地形式主要是類似于立定跳遠(yuǎn)起跳-空中決策,確定落地腿-落地的運(yùn)動(dòng)模式。這種運(yùn)動(dòng)模式下男女起跳距離一致,但是無(wú)法控制落地的高度和速度,有別于傳統(tǒng)的垂直落地(droplanding)和落地反跳(CounterMovementJump)的運(yùn)動(dòng)形式的研究。因而運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的數(shù)據(jù)和以往垂直落地和落地反跳的研究無(wú)法直接比較。2.2.7其他類型運(yùn)動(dòng)疲勞研究在其他類型,如:變向,單足跳等的研究中。Sanna等針對(duì)女子運(yùn)動(dòng)易于出現(xiàn)下肢損傷這一現(xiàn)象。征召了12名大學(xué)女子足球運(yùn)動(dòng)員參與了疲勞狀態(tài)下變向(fatiguesidecutting)的實(shí)驗(yàn)。研究顯示疲勞前后,矢狀面和額狀面的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)并無(wú)明顯的差異。疲勞后,觸地時(shí)水平面的髖、膝、踝關(guān)節(jié)變現(xiàn)出增大的旋外角。在站立階段,膝關(guān)節(jié)變現(xiàn)出較大的旋內(nèi)角度。研究認(rèn)為膝關(guān)節(jié)旋內(nèi)的增加暗示了當(dāng)比賽中無(wú)法預(yù)知的復(fù)雜比賽環(huán)境加上膝關(guān)節(jié)旋內(nèi)有潛在損傷風(fēng)險(xiǎn)增加的可能。Thomas等嘗試誘導(dǎo)四頭肌和股后肌群的疲勞后觀察單腿起跳落地(hopping)的生物力學(xué)特征。25名健康人參與了實(shí)驗(yàn)。測(cè)得向心最大峰值力矩后,受試者被要求重復(fù)至少5次的向心收縮,直至四頭肌和股二頭肌峰力矩低于最大峰力矩峰值的50%后,受試者被認(rèn)為已經(jīng)疲勞。最后進(jìn)行單腿起跳落地。四頭肌和股后肌群的疲勞效應(yīng)在觸地階段增加了髖關(guān)節(jié)的旋內(nèi)角,膝關(guān)節(jié)的伸展角和旋外角。在在反作用力到達(dá)峰值的時(shí)刻疲勞效應(yīng)還增加了膝關(guān)節(jié)的伸展角度,旋外角度。而在關(guān)節(jié)力矩上,疲勞后落地的反作用力的峰值出現(xiàn)時(shí)刻還表現(xiàn)出了較大的膝關(guān)節(jié)屈曲力矩,較小的膝關(guān)節(jié)屈曲力矩和旋外力矩。相比男性,女性在落地時(shí)表現(xiàn)出較大的髖關(guān)節(jié)屈曲和較小的外展,同時(shí)在反作用力峰值出現(xiàn)的時(shí)刻還有較大的膝關(guān)節(jié)屈曲。女性反作用力的值大于男性。性別和疲勞的效應(yīng)在本并沒有被發(fā)現(xiàn)。Lucci等則是在借鑒了Danielle的“Ldrill”的疲勞誘導(dǎo)模板之后采用兩種不同疲勞誘導(dǎo)模板,一是類似的“Ldrill”:短期運(yùn)動(dòng)疲勞誘導(dǎo),另一種是采用最大攝氧量為基礎(chǔ)的30min跑臺(tái)上變換節(jié)奏:VO2max速度的70%持續(xù)4min-VO2max速度的90%持續(xù)1min,直至30min耗盡的長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)疲勞誘導(dǎo)。完成疲勞誘導(dǎo)后,15名大學(xué)生女子足球運(yùn)動(dòng)員參與了實(shí)驗(yàn)并完成了疲勞前后的變向測(cè)試(sidecutting)。研究顯示對(duì)比長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)疲勞誘導(dǎo),在短期疲勞誘導(dǎo)模板下的的變向,運(yùn)動(dòng)員在觸地初試階段表現(xiàn)出增加的膝關(guān)節(jié)旋內(nèi)。觸地初期的髖關(guān)節(jié)屈曲角度,疲勞前屈曲角度比疲勞后要大,類似的結(jié)果也出現(xiàn)在膝關(guān)節(jié)屈曲角上。研究認(rèn)為兩種疲勞模板都明顯改變了髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)在變向活動(dòng)時(shí)的生物力學(xué)特征。Alexis等認(rèn)為代謝疲勞的效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)下膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定能力下降進(jìn)而增加損傷的風(fēng)險(xiǎn)。他募集了15名女子志愿者參與了單腿跳(40cm)-單腿落地-單腿垂直跳的實(shí)驗(yàn),受試者分別完成了疲勞狀態(tài)前后的測(cè)試。疲勞誘導(dǎo)采取了40cm單足跳+單腿落地+單腿CMJ+單腿跳踏板上下10次+30s的Wingate功率自行車的測(cè)試。研究發(fā)現(xiàn)在疲勞前后女子運(yùn)動(dòng)員都表現(xiàn)出膝關(guān)節(jié)屈曲角減小,膝關(guān)節(jié)外翻角度增大和內(nèi)外翻力矩增大的結(jié)果,但是只有膝關(guān)節(jié)屈曲具有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的差異。研究認(rèn)為代謝上的疲勞可以破壞女子運(yùn)動(dòng)員動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí)膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性從而增加損傷風(fēng)險(xiǎn)。疲勞狀態(tài)下