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踝關節損傷在體育運動中很常見。在所有體育運動相關的損傷中，踝關節損傷約占25%。踝關節損傷以韌帶損傷為主，體育運動中踝關節韌帶損傷率約占踝關節總體損傷率的80%。踝關節的損傷不僅會影響運動員的正常比賽及訓練，如處理不當還會產生踝關節不穩以及退變性骨關節炎等慢性損傷。
踝關節容易發生損傷的解剖學基礎踝關節包括脛距、脛腓和距腓三個關節面，主要保證足部背伸、跖屈、翻轉、旋轉的功能。脛腓骨遠端的內踝、外踝共同行成的踝穴，距骨和踝關節內外側不能完全匹配，這是踝關節容易發生旋轉的解剖學基礎。在跳起著陸過程中，踝關節逐漸從跖屈位變換到背伸位，在此過程中踝關節面間的接觸面積不斷增加，而單位面積受力不斷減少，在著陸穩定時，距骨內外側關節面與脛腓骨間的接觸面積最大。踝關節的穩定與韌帶的關係密切。
踝關節外側有外側韌帶加固，它起自外踝，分三束止於距骨前外側、外側和距骨後方，被分別稱為距腓前韌帶、跟腓韌帶和距腓後韌帶。外側韌帶是踝部最薄弱的韌帶，也是著陸過程較易損傷到的結構。踝關節內側有強大而堅韌的三角韌帶加固。三角韌帶的解剖結構多而細小，其維持關節生物力學穩定的機制複雜。
圖：人體踝關節解剖結構
Boden等人認為，踝關節的穩定性主要依賴於內側結構、外側結構和下脛腓聯合的穩定性，此三個結構中有兩個是穩定的，則踝關節穩定。在踝關節處於跖屈或背屈位時，三角韌帶對踝關節及小腿的旋轉穩定性會起到非常重要的作用。Michelson等認為踝關節處於極度背伸和跖屈位時，踝關節均內翻，而三角韌帶可以有效限制距骨外旋而保證踝關節的穩定。
踝關節損傷的生物力學研究進展。生物建模與三維有限元採用生物建模來對足部的應力分布進行研究可以為踝關節落地損傷提供足部生理學和病理學方面的證據。建立適當的踝關節生物力學模型成為足部生物力學研究的重點。三維有限元技術可以利用CT或MRI掃描技術獲取正常踝關節的各種三維坐標值，然後輸入有限元分析軟體而建立起踝關節的有限元模型。它不僅可以有效地仿真人體骨骼肌肉系統，還可以推測內部骨組織及軟組織的應力分布變化。同傳統生物力學的研究相比，三維有限元法還具有費用低、套用廣、適應性強的優點。陶凱等運用三維有限元模型量化了不同姿勢下的足底壓力分布、踝關節內部軟組織應力分布以及跳起著陸時足弓的變形對足部生物力學特性的影響。Cheung等運用MRI圖像建立了高度解剖學相似的踝部有限元模型，具體量化分析了足底軟組織硬度和對足底壓力和骨骼應力分布的影響。運用此技術可以對新型運動鞋墊的設計方案提高理論支持。
踝關節損傷的運動學研究體育運動中踝關節的運動學研究早期集中於使用高速攝像來分析著陸過程。高速攝影可以得到受試者跳起著地時踝關節的落地速度、角度和運動時間，進而可以通過牛頓運動定律計算出踝關節所受到的著陸衝擊力。隨著技術的進步，對著陸傷運動學的研究又有了新的工具。目前運動生物力學實驗中使用較多的是三維運動捕捉系統。三維運動捕捉系統可以通過受試者身上的標記物來捕捉人體運動的軌跡。它可以通過相應的軟體精確輸出運動時間、運動速度、加速度、各方向的關節角位移及角速度等相關運動學參數。Yeow等運用三維運動捕捉系統結合測力台技術比較了男女運動員的跳起落地踝關節角度和角速度的差異。Ergen等人運用三維運動捕捉系統對有踝關節扭傷的足球運動員進行了研究，比較了踝關節護具和熱身訓練對踝關節的防護的影響。井蘭香等運用三維運動捕捉系統結合測力台技術對籃球運動員的負重超等長訓練後下肢踝關節的動力學和剛度的變化進行研究，指出經過等長訓練後可以提高踝關節的動力學和剛性參數，同時可以降低踝關節損傷的風險。
動力學方面的研究體育運動中跳起著地的踝關節損傷通常與足底受的地面衝擊力超過了機體所能承受力的極限有關，因此，地面反作用力的檢測在踝關節著陸損傷的研究中占有重要地位。目前，國內外踝關節的動力學研究中最常使用的是三維測力台系統。它可以測出著陸面垂直、前後和側向力的分布，藉助相關軟體還可以推算出相應的三個方向的力矩和壓力中心軌跡。Lida等人運用三維測力台模擬運動員跳起著地時地面衝擊力的吸收過程，指出了中樞運動控制對踝關節運動學參數的影響。Chu等人使用三維測力台結合運動捕捉系統對體育運動中經常導致關節扭傷的動作進行研究，得出了各種動作下的踝關節內翻角度和地面的反作用力。
Madigan運用三維測力台研究地面作用力與下肢肌肉疲勞之間關係發現：落地前下肢肌肉的疲勞會影響下肢關節屈曲幅度，進而導致下肢受到的地面衝擊力增加。數位化技術的研究足底壓力測量技術的發展經過了足印技術、足底壓力掃描技術、力板與測力台技術、壓力鞋與鞋墊技術。三維測力台雖可以準確測量地面反作用力及分布，但無法測出“足-鞋界面”的壓力。足底壓力鞋墊很好的解決了這一問題。由於鞋墊與足底貼服，故它可以測量“足-鞋界面”壓力的連續參數，並進行實時監測和反饋。目前，在生物力學研究中運用最廣泛的鞋墊是比利時F-Scan測力鞋墊和德國Pedar測力鞋墊。設計者把感測器按足底的解剖位置排列，加上襯墊，做成鞋墊，當人穿此鞋站立或行走時，感測器的輸出發生變化，數據經處理後，可以得到連續的步態壓力曲線。Fong等通過足底壓力鞋墊3PS對體育運動中踝關節後旋力矩進行檢測，評估了落地時踝關節在不同姿勢的損傷風險。
表面肌電的研究體育運動中跳起落地時踝關節肌肉的運動可為關節運動提供動力並可保證關節的協調性。著陸時，下肢肌肉力量不足會導致落地姿勢動作的不到位，進而增加踝關節損傷的風險。另外踝關節肌肉的慢性疲勞也是體育人員跳起落地踝關節損傷的一個重要因素。Osterberg等人在研究重複提踵測試時踝關節肌肉疲勞的過程中發現限制提踵動作繼續完成的並不是肌肉力量的峰值，而是由於肌肉疲勞導致不能維持動作的預定範圍。表面肌電活性與肌肉的活動狀態和功能之間存在著一定程度的關聯性，能在一定程度上反映神經肌肉的活性。表面肌電圖（sEMG）技術是通過肌電圖儀採集肌肉表面電信號並加以分析的方法。套用sEMG信號特徵可以預測骨骼肌纖維類型，評估力量訓練，檢測肌肉損傷，測定人體活動的反應時、運動時和電機械延遲以及其與肌肉組織代謝的關係。Niu等人通過檢測下肢落地時的表面肌電信號對運動員著陸雙下肢肌電活動的差異進行了研究。他指出了運動員著地時的雙側踝關節屈曲肌群活動性存在明顯差異。Lida等。運用表面肌電技術對著陸緩衝過程的下肢肌肉的協調性進行了研究，證實了中樞運動控制在對踝關節落地運動協調上的作用總之，影響體育運動中踝關節損傷的影響因素很多，只有對踝關節的生物力學特性及其影響因素進行更深入的研究，才能更好地預防體育運動中踝關節的運動損傷。運用新的技術方法來對踝關節的運動學、動力學、表面肌電和有限元法相結合的方法可以為體育運動中踝關節損傷的研究提供有力的幫助。
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- 胡耿丹, 王樂軍, 牛文鑫. 運動生物力學. 同濟大學出版社. 2013年12月, 第1版.
- Niu WX, Yao J, Chu ZW, Jiang CH, Zhang M, Fan YB. Effects of ankle eversion, limb laterality, and ankle stabilizers on transient postural stability during unipedal standing. Journal of Medical and Biological Engineering. 2015, 35(1): 69-75.
- Niu WX, Wang LJ, Feng TN, Jiang CH, Fan YB, Zhang M. Effects of bone Young’s modulus on finite element analysis in the lateral ankle biomechanics. Applied Bionics and Biomechanics. 2013, 10(4): 189-95.
- Niu WX, Fan YB*. Terrain stiffness and ankle biomechanics during simulated half-squat parachute landing. Aviation, Space, and Environmental Medicine. 2013, 84(12): 1262-7.
- Niu WX, Chu ZW, Yao J, Zhang M, Fan YB, Zhao QP. Effects of laterality, ankle inversion and stabilizers on the plantar pressure distribution during unipedal standing. Journal of Mechanics in Medicine and Biology. 2012, 12(3): 1250055 (15 pages). (IF 2013 = 0.803)
- Niu WX, Wang Y, Yao J, Zhang M, Fan YB, Zhao QP. Consideration of gender differences in ankle stabilizer selection for half-squat parachute landing. Aviat Space Environ Med. 2011, 82(12): 1118-24.
- Niu WX, Wang Y, He Y, Fan YB, Zhao QP. Kinematics, kinetics, and electromyogram of ankle during drop landing: A comparison between dominant and non-dominant limb. Hum Mov Sci. 2011, 30(3): 614-23.
- Niu WX, Wang Y, He Y, Fan YB, Zhao QP. Biomechanical gender differences of the ankle joint during simulated half-squat parachute landing. Aviation, Space, and Environmental Medicine. 2010; 81(8): 761-7.
