滾翻式跳傘著陸

滾翻式跳傘著陸是指一套標準的跳傘後著陸姿勢。跳傘後高速落地時，跳傘者必須協調自身的姿勢，通過身體關節屈曲和滾動，將與地面的衝擊能量儘可能分散到身體足夠多的部位和對衝擊不敏感的部位，同時延長衝擊作用的時間，避免局部瞬時受力過大，從而減少損傷機率。這種姿勢通常用於軍事跳傘中。

1. 簡介

軍事跳傘起源於二戰時期。由於戰爭的持續，各國都需要一種有效的手段，將兵力快速運抵具體位置，尤其是通過傳統的陸路或水路難以直接到達的位置，例如敵後敏感區域。但是，軍事跳傘不同於民用和娛樂跳傘，最為突出的是軍事跳傘要求跳傘者儘可能以高速度著陸，以躲避來自陸地的襲擊和埋伏，為己方爭取足夠的反應時間。而著陸速度又必須考慮到人體所承受衝擊的能力，因為一個很小的損傷就有可能使士兵失去戰鬥力，甚至影響到其他戰友和整個戰鬥任務的完成。因此，在軍事跳傘著陸中，必須依靠特殊的著陸姿勢來保證在高速落地衝擊時不發生損傷。自從軍事跳傘一出現，各國空降兵部隊就對跳傘著陸姿勢有非常嚴格的要求。在世界上絕大多數國家，普遍採用的即是滾翻式跳傘著陸姿勢。

2. 滾翻式跳傘著陸的分類

2.1. 前滾翻式跳傘著陸

在早期跳傘中，美國和德國都採用前滾翻式著陸姿勢。前滾翻式跳傘著陸姿勢要求跳傘者著陸的瞬間下肢彎曲，脊柱前屈，頭朝下向前翻滾，也就是我們常見的京劇中翻跟頭動作。這種跳傘著陸姿勢很難掌握，而且掌握不熟練，極易引起頭頸或脊柱的損傷，而這些部位的損傷通常是非常嚴重的。因此，在使用不久後，前滾翻式跳傘著陸姿勢就被廢除。但是，由於這種姿勢太帥了，非常具有視覺感染力，所以在許多電影中仍能看到這種著陸姿勢。近年來，都市年輕人中興起一種極限娛樂運動：跑酷。跑酷中的著陸動作部分地繼承了前滾翻式跳傘著陸姿勢，並在此基礎上有所發展，更加增加了娛樂觀賞性，同時也兼顧安全性。因此，前滾翻式跳傘著陸姿勢並未隨著在軍事跳傘中的廢除而消亡。

2.2. 側滾翻式跳傘著陸

二戰時，在德國和美國發展了跳傘後不久，英國人也掌握了這門技術。但是，英國人並沒有採用前滾翻式跳傘著陸姿勢，二是側滾翻式跳傘著陸姿勢。側滾翻式著陸姿勢可以顯著降低著陸損傷，從而使美軍在1943年六月也開始採用這種姿勢。這種姿勢要求跳傘者著陸時雙臂抬起，前臂在面部抱緊，下頜內收，足與地面接觸時，膝關節微屈，並向側向旋轉，小腿、大腿、臀部和軀幹依次觸地並完成翻滾，通過身體各關節的運動將強大的身體動能吸收，並延長緩衝時間和增大身體衝擊面積。直到現在，大多數國家軍事跳傘都採用側滾翻式著陸姿勢。

即使同是側滾翻式跳傘著陸，各國的訓練中的細節要求也不盡相同。例如澳大利亞等國家軍隊要求跳傘者雙足與地面平行著陸，而美國等國家要求足以一定跖屈角度著陸。澳大利亞科學家曾套用志願者測試方法評價這兩種著陸姿勢的生物力學差異，結果顯示水平著陸膝關節和踝關節屈曲角度較小，承受更大的地面衝擊力，到達峰值地面範例的時間更短。雖然研究顯示水平著陸有可能比跖屈著陸損傷風險更大，但是研究者承認確認一種更安全的著陸姿勢需要更進一步的研究。

需要指出的是，我國空降兵部隊採用的跳傘著陸姿勢不是滾翻式。但是，我們需要借鑑其中的合理成分，為降低空降兵損失率服務。近年來，我國空降兵部隊也開始逐漸認識這種著陸姿勢。

3. 在滾翻式跳傘著陸中的踝關節扭傷防護

從1994年，美國空軍將Aircast傘兵護踝作為標準防護裝備。這主要歸功於美國環境醫學軍事研究所在1993年10月的一項對照研究。這項研究發現使用靴外護踝可以使踝關節內翻扭傷減少85%，並且不增加其他部位的損傷機率。但是從2000年起Aircast傘兵護踝被停止使用，其原因包括：（1）成本太高；（2）這種護踝妨礙雙足並緊，影響正常的著陸姿勢；（3）這種護踝有可能增加其他部位損傷的機率。但是這些原因都屬子虛烏有，沒有任何對照實驗根據。

隨後，美國人對在1985～2002年之間使用護踝前後的跳傘損傷數據進行了一項系統調查。調查發現踝關節損傷機率在使用護踝前是使用護踝後的兩倍，而且使用護踝並未增加踝關節以外部位損傷機率。使用護踝的費用為每年30,000美元，因此而節省的治療和康復費用為每年835,000美元，其比值為1:29。這項調查促使美國從2005年6月開始重新啟用傘兵護踝，但這次使用直到次年末再次被中斷，其原因依然是成本問題和對其他部位損傷機率提高的擔心。隨後，美國軍隊改與DjOrtho公司合作，採用該公司的內置護踝（DonJoy A-60）至今。在此過程中，美國空軍還通過受試者測試和數字模擬兩種方法進行研究比較了Aircast、Form-fit和靴內系帶式護踝與無防護在滾翻式跳傘著陸中的生物力學表現，發現使用防護裝備可以減小內翻，而對背屈影響有限。

美國軍隊先後與Aircast和DjOrtho公司合作，共開發了三代護踝產品（圖1）。這三代產品大體相同，但有少許變化。第1代護踝使用氣囊填補踝關節和小腿與護踝中間的區域，第2代產品將氣囊被換為泡沫。第3代護踝對塑膠複合板進行了改變，在後跟皮帶扣一側，使用螺釘取代了鉚釘，這樣就方便拆換後跟皮帶。美國連續多年使用了大量人力物力進行調試護踝的研發和對損傷防護的流行病學調查，很多經驗值得借鑑。

圖1 美國空降兵護踝（a.第1代；b.第2代；c.第3代）

　　

4. 滾翻式跳傘著陸的研究

對於滾翻式跳傘著陸，國外有不少研究，主要分為以下幾種：

4.1. 流行病學調查

Pirson和Pirlot調查了1880名傘兵的身高、體重與他們的損傷率，發現只有體重顯著影響損傷率，體重和損傷率符合二次公式。Knapik等使用單變數分析比較了是否使用護踝對跳傘著陸損傷的影響，發現不佩戴護踝的對照組踝關節扭傷率是佩戴護踝組的2倍，踝關節骨折率是佩戴護踝組的1.83倍，任意類型的踝損傷率是佩戴護踝組的1.92倍。佩戴護踝組與對照組在除踝關節外的其他下肢部位具有相似的損傷率。

4.2. 離體測試與動物實驗

在Withrow等的實驗中，採用11具膝關節離體標本來研究在著陸時前交叉韌帶牽張與衝擊力、股四頭肌力和膝關節屈曲角度的關係。Hashemi等通過巧妙的實驗設計，套用離體實驗來研究在著陸運動中膝關節前交叉韌帶的非接觸性損傷機制。Yeow等套用人類離體實驗研究反覆著陸衝擊載荷對前交叉韌帶失效的影響，以及離體膝關節軟骨損傷的程度和分布。他們的這項研究具有明顯的跳傘著陸套用背景。

雖然人類離體標本實驗具有一定優越性，但是標本來源有限，實驗成本較高，而且實驗往往受法律法規、宗教或倫理限制。由於動物具有與人類類似的解剖結構和組織力學性質，可以在一定程度上代替人體進行實驗。Yeow等使用豬膝關節離體標本研究在著陸衝擊時前交叉韌帶損傷對關節軟骨的影響。另外，他們也採用細胞活性評估、甘油氨基聚糖和膠原成分測定、組織學、免疫組織化學和μ-CT等方法通過豬標本來評價著陸動作引起的膝關節軟骨損傷和退行性改變。他們套用豬標本還在著陸損傷及其防護研究領域做了其他有價值的工作。

4.3. 志願者測試

美國Foster-Miller公司、美軍Natick士兵中心和麻薩諸塞州大學曾經採用8名28-68歲男子進行測試。志願者從0.93 m或1.37 m的平台跳落模擬跳傘著陸，其運動學數據通過7個攝像頭的數字高速運動分析系統來採集，關節的三維角度變化通過志願者身體上的反射標識點來確定，身體每個節段有三個標識點固定在與其聯結的剛性結構上。在實驗中使用12通道放大器和電極系統來記錄肌電圖，確定肌肉收縮活動水平。研究發現著陸時肌肉活動性約為20%最大等長收縮活動性。該實驗同時使用測力台測量地面反力。

Kwork等和Kasturi等使用平台跳落模擬跳傘，條件要求簡單，易於控制，但是不能可控地提供跳傘過程中的水平速度。在澳大利亞臥龍崗大學（University of Wollongong）生物力學研究實驗室Whitting等的實驗研究中，使用了4°傾角的滑軌，志願者藉助滑輪從較高一端滑到較低一端，獲得2.3 m/s的水平速度。在實驗中使用了兩台數字攝像機，其中一台用來拍攝著陸。實驗對著陸時肌電圖的測量針的下肢6條主要肌肉包括：內側腓腸肌、脛骨前肌、股直肌、股內肌、股二頭肌和半腱肌。地面反力通過Kistler多通道測力台測量，與Kwork等和Kasturi等的實驗設計基本一致，測力台周圍放置木板，使得測力台與木板水平。使用測力台採集數據在客制化軟體中計算初始接觸時間、豎直方向地面反力峰值、地面反力合力峰值和到達合力峰值的時間。

4.4. 數理模型方法

有限元方法是現代計算力學發展的一個里程碑。由於有限元計算精度高，能適應各種複雜形狀，因而成為有效的生物力學分析手段，極大地促進了生物力學的發展，在損傷生物力學研究中有重要的套用價值。美國軍方已經開展了有限元方法研究跳傘著陸損傷。Kong等基於GEBOD程式建立了人體全身有限元模型研究跳傘著陸。模型中身體除下肢以外的部分都被定義為剛體，剛體之間的聯結性質通過適當的載荷偏移曲線定義。這項研究分析了直立著陸和跳傘著陸不同姿勢下踝關節豎直方向速度、角速度和衝擊力，還分析了各種因素對跳傘著陸衝擊力的影響。在Kwok等的研究中，將這個模型進行了改進，尤其對足踝結構進行了更為精確的建模。在其後續研究中，Kasturi等將這個模型套用於評價跳傘著陸時不同護具對踝關節的防護作用，比較分析了不同護踝，著陸速度、負荷條件和地面傾斜度對著陸時足衝擊力、背屈、內翻和外翻的影響。

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