跳跃着陆过程中膝关节力学性能的仿真分析

利用双Kinect无标记运动捕捉系统和AnyBody Modeling System™生物力学仿真软件相结合，分析跳跃着陆过程中不同膝关节屈曲角度的情况下人体膝关节的相关力学性能。双Kinect采集不同组测试者跳跃着陆的运动数据，AnyBody软件建立人体下肢肌肉骨骼模型，通过仿真分析得到跳跃着陆过程中不同的膝关节最大屈曲角度下膝关节生物力学参数的差异，并探究它们与韧带负荷的作用关系。仿真结果表明：着陆后达到的膝关节屈曲角度较大时前交叉韧带的拉力显著小于小屈曲角度的情况(p < 0.05)，股四头肌收缩力(p < 0.05)、腱肌收缩力(p < 0.05)和膝关节前后剪切力(p < 0.001)在着陆时膝关节不同屈曲角度下的差异存在显著性。在着陆过程中，采用较大的膝关节屈曲角度着陆，有利于减小地面对下肢、膝关节的冲击力，减小膝关节负荷，同时，更小的股四头肌收缩力和腱肌的拮抗作用，也有利于减小前交叉韧带的应变和负荷。因此，在跳跃着陆过程中，采取较大的膝关节屈曲角度可能是有利于避免前交叉韧带损伤的正确技巧。

膝关节的损伤是最常见的运动损伤类型[1] [2]，而前交叉韧带(Anterior Cruciate Ligament, ACL)则是最常发生损伤的膝关节韧带[3]。在这些损伤中，80%属于非接触损伤[4]。不恰当的跳跃着陆方式是导致非接触ACL 损伤的最主要原因之一[5]， 而其典型特征包括过小的膝关节屈曲角度， 髋关节屈曲角度， 躯干屈曲角度，过大的膝关节过度外展角和力矩以及垂直地面反作用力[6] [7]。

尽管手术技术和康复项目在过去20 年里有了显著的改善，但是长期的跟踪调查结果显示，受到过ACL 损伤的患者，无论是否接受过手术，都会呈现出膝关节炎和膝关节退行性病变[8] [9]。为了使人们能够安全地参加和享受体育锻炼对健康的好处，预防ACL 损伤可能是最有效的干预措施[10]。

借助垂直跳跃下落实验可以预测膝盖受伤的风险[11]。

此方法是一种标准化的测试， 测试者从箱子跳下，同时采集运动参数，并根据这些参数计算出膝关节的负荷。目前，该实验已经成为前交叉韧带损伤风险评估的筛查方法之一[12]。

在过去的二十年间，有大量研究试图确定在生物力学和神经肌肉两个方面风险因素，作为发展预防训练的出发点[3] [13]-[18]。这些研究共同表明，膝关节运动与其他下肢关节运动相关，膝关节负荷不仅受到自身运动的影响，还受到运动链中其他关节和节段的影响，尤其是髋关节和躯干的运动。后地面反作用力是影响ACL 载荷的重要因素，髋关节和躯干运动对它影响显著[19]。

考虑到非接触性ACL 损伤的性别差异， 有研究试图通过比较男性和女性运动员的运动模式来确定容易诱发非接触性ACL 损伤的危险因素[13]， 为了了解性别差异和ACL 的损伤机制是如何关联的， 有研究者记录了一系列特殊的运动过程中女性受试者个体间的差异，并进行了长时间的跟踪调查，通过比较受伤对象和未受伤对象在其中的动作差异，确定了可能导致ACL 损伤的因素。