JHE 医疗保健工程 2040 - 2309 2040 - 2295 Hindawi 10.1155 / 2020/9025015 9025015 研究文章 运动类型对跖趾和脚踝关节刚度和跳跃的性能 刘 余 1 https://orcid.org/0000 - 0001 - 8692 - 2206 林 Wing-Kai 2 3 男人。 Hok-Sum 4 https://orcid.org/0000 - 0001 - 5992 - 1566 Kam-Lun梁 亚伦 4 吴 Kheng-Lim 1 运动医学和卫生学校 成都体育大学 成都 四川610041 中国 cdsu.edu.cn 2 运动机能学部门 沈阳体育学院 沈阳110102 中国 3 李宁体育科学研究中心 李宁(中国)体育用品公司 北京101111年 中国 4 生物医学工程系 香港理工大学 香港 中国 polyu.edu.hk 2020年 14 3 2020年 2020年 16 09年 2019年 12 02 2020年 18 02 2020年 14 3 2020年 2020年 版权©2020余刘et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

虽然个别脚踝和跖趾关节刚度与训练强度和体育表演、体育运动员可以开发特定的被动关节刚度之间的光谱从强大的类型的运动耐力。本研究的客观检查是否马拉松运动员,篮球运动员和其他体育运动员能展示不同的被动踝关节跖趾关节刚度以及垂直刚度。15马拉松运动员,19篮球运动员,和17其他运动项目的运动员进行关节刚度测量和单腿跳跃测试。我们用电脑测功器控制脚对齐为被动脚踝和跖趾关节刚度和速度测量。我们计算垂直刚度由身体减速和身体质量位移在跳跃力平台。单向方差分析进行识别差异。二元相关测试也表现在脚踝,跖趾,垂直刚度。篮球组显示踝关节被动刚度比其他运动员高出13%组( P = 0.03 )。跖趾关节被动刚度坐和站的位置高出23%篮球组比跑步和其他运动项目的运动员组( P < 0.01 )。然而,没有明显组跖趾关节被动刚度和纵向刚度的差异。显著的相关性在所有刚度变量测定( P < 0.05 )。这些发现表明,脚踝和跖趾关节被动刚度,而不是垂直腿刚度,将与类型的参与体育运动。踝关节和脚趾加强锻炼可以提高篮球运动员的表现,防止受伤。

 国家体育总局运动医学重点实验室 四川 1。介绍

脚踝和跖趾(MTP)联合被动刚度是广泛评估各种运动人群临床和设置。脚踝和MTP关节被动刚度与身体平衡和推进运动( 1, 2]。踝关节连接内侧和外侧腓肠肌肌肉通过大型跟腱,它提供了强大的plantarflexion推进。相信腿部肌肉和跟腱腱伸长时期可以存储弹性能量,然后释放能量推/起飞在运行( 3和跳 4]。七周后偏心训练下肢肌肉,踝关节的被动刚度增加了58% ( 5]。被动增加刚度将存储的弹性能量提高踝关节的运动性能( 6- - - - - - 8]。

MTP联合将使前脚生成针对地面部队将在推进走路和跑步的 9]。Stefanyshyn和尼格 10)确定了MTP联合作为一个关键的脚区域最小化能量损失在运动几乎没有能源MTP联合在起跑阶段。这是猜测,减少能量耗散的MTP联合将导致更好的跑或跳性能[ 10, 11]。先前的研究已经表明,趾屈肌力量(MTP被动刚度)呈正相关,走路和跑步的效率( 10),影响衰减在着陆( 9, 12),和水平跳跃距离( 6),以及短跑和常务委员会( 13]。因此,可靠的MTP接头刚度的测量反映趾屈肌肌肉的力量,已影响到脚肌肉训练制度。

到目前为止,大多数的商用测(如Biodex和Cybex),已被用来确定踝关节的强度和刚度控制的速度和位移 1),限制使用笨重,昂贵的,而不是为小MTP关节( 14]。我们所知,只有手动测功器设备最近被用来衡量脚趾的强度和刚度,并确定趾屈肌肌肉相关性能的作用[ 6, 15, 16]。然而,这些测没有控制角的速度和位移脚趾弯曲并考虑转动轴的对齐的解剖,这可能导致一些变化在扭矩测量和限制使用脚趾刚度测量的个体。迄今为止,男人和他的同事们( 17]引入了电脑化的脚踝和MTP关节刚度测量装置应用训练之前和之后的治疗,因为它是可靠、便携、容易管理( 14]。

从被动的刚度可以通过培训来增加( 18)和运动特征( 16),运动员也可以开发不同的被动关节刚度根据各种体育参与的运动特点和强度要求。自学运动如跑步相比,其他大多数运动(如篮球、足球、网球、羽毛球、乒乓球)涉及更多的随机动态和间歇运动模式执行在不同的动态和随机强度和针对不同期限的步法在比赛中 19]。更强的脚和踝关节肌肉骨骼结构必须为这些高适应性开发和快速决策类型运动( 2, 18]。此外,篮球运动员进行大量强大的跳跃,加速和减速,停止,减少在不同的运动方向( 20.]。频繁的和强大的垂直跳跃运动可能需要增加脚趾和脚踝力量雄厚,因此将显示更高的被动关节刚度比non-basketball运动员在篮球运动员。相反,运动员需要最佳的脚趾和脚踝的力量更好的运行经济( 21, 22]。研究ankle-foot刚度的马拉松运动员,篮球运动员和其他运动员将有助于了解参与体育运动的本质改变为适应人类脚的力学性能。

迄今为止,垂直刚度(Kvert)主要应用于描述下肢的整体机械性能/效率( 23, 24]Kvert与下肢位置的变化( 25),因此经济运行( 7]。Kvert是影响下肢关节位置( 8),有可能是被动刚度踝关节和MTPJ Kvert可以关联。因此,本研究的主要目的是检查是否跑步,篮球运动员和其他运动员能展示不同的踝关节和MTPJ被动刚度和Kvert。第二个目标是确定Kvert和脚踝/ MTPJ被动刚度之间的关系。这是假设(1)篮球运动员可能会提高强大的跳跃和关节被动刚度降低性能比其他运动员和(2)Kvert可能有良好的相关性与脚踝/ MTP关节被动刚度。

 2。材料和方法

51岁男性大学团队长途跑步运动员分为,篮球运动员和其他运动员根据自己参与的运动。有15个跑步者,19个篮球运动员,和17其他体育运动员在这项研究中。另据报道体育运动员经常参与不同类型的nonbasketball法院运动如乒乓球、羽毛球和足球。独立的 t测试显示没有明显差异的年龄,身高,体重,和游戏体验之间的体育运动员组( P > 0.05 、表 1)。想要得到一个合适的数量为每个组的参与者,参与者从我们用脚尺寸大小7.0到10.0是包括在这项研究中。所有与会者都不受任何下肢伤害在过去的6个月前开始研究的。从参与者获得书面同意,批准的测试过程是人类主题的香港理工大学的伦理委员会。

意味着(SD)和 P 运动类型之间的值。

跑步者 篮球运动员 其他运动员 P 价值
年龄(岁) 22.7 (2.3) 21.7 (1.8) 22.9 (2.8) 0.272
高度(米) 1.74 (0.06) 1.77 (0.06) 1.74 (0.07) 0.252
质量(千克) 67.9 (8.1) 71.2 (6.1) 67.2 (6.8) 0.202
玩的经验(年) 5.7 (4.2) 5.7 (2.2) 3.8 (2.9) 0.123
2.1。被动关节刚度评价

脚踝和MTP关节被动刚度测量计算机测力计(发明专利ZL 201410299533.4,图 1)。总之,参与者高度的长椅上坐着脚踝,膝盖和髋关节的双腿在90°弯曲起始位置对脚踝和MTP关节被动坐姿(图中刚度测量 1(一),( 14, 17])。对齐在横向平面和高度进行调整,这样两个踝关节和MTP关节轴对齐的旋转轴测力计的指导激光线投影。在每个测量、测功器的摇篮20周期波动的角速度40°/ s。MTP联合测量,脚脚平台上获得了弯曲的脚趾走出前沿,脚趾被踩脚平台测量扭矩电阻(图 2 (b))。脚趾被延长的趾板中间位置(0°、水平)40°背屈(图 1 (c))。MTP后关节被动坐姿的刚度测量完成后,参与者在测功机上站了起来,MTP被动刚度在站的位置和相同的测量脚对齐。踝关节测量,整个脚与尼龙搭扣带固定在踏板上。整个脚周期性弯曲和扩展的摇篮从20°plantarflexion 20°背屈(图 1 (d))。这个过程是显示高天、天重复性脚踝和MTP关节刚度( 17]。脚踝和MTP刚度高天(脚踝:ICC = 0.96;MTP: ICC = 0.91)和天可重复性(脚踝:ICC = 0.96;MTP: ICC = 0.91),分别 14]。

脚踝和MTP关节刚度测量装置:(a)实验装置和激光束MTPJ轴对齐,(b)脚和脚趾平台组件,(c)踝关节被动刚度测量的插图,和(d)的说明MTP联合被动刚度测量。

(a)插图的净关节转矩测量和(b)生和净关节力矩与时间。

转矩信号被巴特沃斯数字平和无滞后在四阶低通滤波器的截止频率30 Hz ( 14, 17]。实际的脚踝和MTP关节被动力矩计算,分别减去背景扭矩的扭矩,扭矩的抵抗空踏板时摆动在相同的运动(图 2(一个))。中间10个周期的平均峰值扭矩(即。,6th to 15th cycles) was considered as the overall torque value in each trial (Figure 2 (b))。关节刚度是整个扭矩值除以最大角位移( 14, 17]。

 2.2。跳跃性能评估

参与者执行两个20秒单腿跳跃力平台(先进的机械技术有限公司,水城,妈,美国)的采样频率1000赫兹左右脚,分别(图 3)。参与者被要求跳与他们的手把臀部2.2赫兹的频率使用依照一个节拍器( 26]。Three-min试验之间休息可以减少疲劳。垂直反应部队抵抗了数字无滞后四阶巴特沃斯滤波器的截止频率10 Hz去除噪声信号。质心的加速度(CoM)被减去估计地面反作用力与体重,然后除以体重( 3]。CoM的位移是由双集成加速度曲线( 3, 17]。物理结果是用垂直刚度(Kvert)计算的最大反应力除以CoM的最大位移在每个跳跃周期。Kvert在每条腿中间的平均Kvert 20跳跃周期(即。11日到30日周期图 3 (b))。

(a)的跳跃性能和(b)生和净垂直刚度与时间。

 2.3。数据分析

定制MATLAB (MathWorks公司,纳蒂克,妈,美国)代码是用于处理所有脚踝僵硬,MTP刚度、和垂直刚度(Kvert)变量。平均每个参与者的左派和右派的数据进行进一步分析。单向方差分析进行每个变量检查运动员组之间是否有显著差异。额外的独立样本 t测试被执行,如果重要的运动员群体效应方差分析确定。皮尔森相关产品也进行分析脚踝刚度之间的相关性,MTP刚度(坐和站),和垂直腿刚度。相关( r2)是归类为小/没有(≤0.25 > 0.0),公平(> 0.25≤0.50),中度至良好的(> 0.50≤0.75),和良好的优秀(≤1.0 > 0.75)。所有统计分析进行了使用SPSS 19.0版(SPSS Inc .,芝加哥,IL)和显著性水平是0.05。

 3所示。结果

重要的组织影响的方差分析结果显示踝关节被动MTP关节刚度和被动刚度在坐和站的位置( P < 0.01 所有的比较),但不是Kvert ( P = 0.39 )。事后测试表明,坐和站MTP关节被动刚度的篮球组高于跑步者( P < 0.05 )和其他运动项目的运动员组( P < 0.01 )(数据 4(一)和 4 (b))。高脚踝被动刚度被发现篮球组相比其他运动组( P = 0.03 )(图 4 (c))。

(a) MTP被动站的僵硬,(b) MTP被动僵硬的坐着,(c)踝关节被动僵硬和(d)垂直刚度。

相关结果显示所有刚度变量之间的显著相关性( P < 0.01 比较,表 2)。

皮尔森相关( r2), P 值刚度变量之间。重要的 P 值( P < 0.05 以粗体显示。

P 价值 r2 水平的关系
脚踝刚度与MTPJ刚度(坐) < 0.001 0.51 中度到好
脚踝刚度与MTPJ刚度(站) < 0.001 0.24 小/不
脚踝刚度与垂直刚度 < 0.001 0.15 小/不
MTPJ刚度(坐)与MTPJ刚度(站) < 0.001 0.53 中度到好
MTPJ刚度(坐)和垂直刚度 < 0.001 0.15 小/不
MTPJ刚度(站)和垂直刚度 < 0.001 0.06 小/不
4所示。讨论

测量踝和MTP关节被动刚度是广泛用于各种运动人群临床和设置。根据所需的特定运动特征和强度在不同的运动,运动员可能产生不同的关节被动刚度和Kvert。本研究试图检查如果跑步,篮球运动员和其他运动员能展示不同的脚踝和MTP被动刚度和Kvert。目前的研究结果表明,篮球运动员表现出高13%踝关节被动刚度比其他体育运动员和篮球运动员展示更高MTP关节被动刚度相比,跑步者(坐24%站23%)和其他运动项目的运动员(坐25%站24%)。一个合理的解释是,篮球运动员需要更强的脚趾和脚踝力量的被动关节刚度为各种强大的跳跃( 11为更好的影响衰减[]和艰苦的着陆 9),而其他两个测试组不需要频繁跳在运动参与。

另一个可能的解释是相关光谱之间的强大和耐力的表现类型。然而,遥远的跑步者可能需要最佳的脚趾和脚踝力量/刚度达到中等速度的长时间运行的距离( 6- - - - - - 8]。先前的研究显示,短跑运动员(powerful-trained)更严格的肌腱和小腿三头肌的腱膜与长途跑步者(endurance-trained) [ 2),这表明接头刚度的力学性能与运动强度(powerful-trained与endurance-trained运动员)。从培训的角度来看,古怪的锻炼会增加肌肉的有效长度和被动肌肉僵硬(即。肌丝),与大部队发展( 22和更好的奔跑和跳跃表演 22, 23]。因为篮球运动员需要更强的趾跖屈肌适应身体平衡,快速转变,和频繁的跳,进一步的研究应确定更多跳/着陆动作或运动强度负责高关节僵硬。

垂直刚度(Kvert)通常用于描述不同人群的运动性能,因为它可以描述下肢的整体机械性能/效率( 23]。然而,在目前的研究中,Kvert没有显示良好的相关性与脚踝和MTP被动刚度测量。这可能是简单地解释说,Kvert影响肌肉组织属性和下肢位置( 9]。然而,Kvert没有明显不同的运动类型。这是与之前的结果( 8),这表明powerful-trained运动员腿刚度高于endurance-trained运动员。矛盾的结果解释了相关补偿各个关节运动和肌肉的属性。在未来,比较脚踝和MTP关节刚度可能更有识别力的识别人才的能力对于篮球运动员,尤其是在疲劳的情况( 27]。

前面的脚踝,MTP被动刚度测量仍很大程度上依赖于手工技能与前面的设备没有良好控制对齐,角速度,在转矩和位移测量( 15]。在目前的研究中,我们测量了脚踝,MTP关节被动刚度测量与计算机化的测力计,这将提供良好的控制对齐,角关节速度和位移( 14, 17]。虽然坐和站MTP刚度的研究结果展示了类似的趋势在运动员组,高MTP刚度值观察站姿势而坐的姿势。在站期间,足底腱膜是收紧,导致更高的MTP刚度值。这表明MTP被动刚度将负重和关节相关职位。在实际应用程序中,MTP刚度测量建议执行在坐姿也有类似的区别的能力(数据 4(一)和 4 (b)),与脚踝僵硬(表更好的关系 2),和容易的姿态控制 16, 17]。我们的研究结果将有利于体育表演的理解和治疗和康复的发展协议在脚踝,前脚受伤。在鞋类产品应用程序中,优化前脚抗弯刚度(MTP地区)可以提高跳跃,短跑和敏捷性性能( 11, 28]。另外,关节接触力可以提供额外的信息更好的膝关节加载过程中运动估计( 29日]。在训练中应用,优化脚踝,MTP关节刚度还可以提高运行模式和减少伤害的风险( 30.]。监控MTP关节刚度可能意味着评估手术和康复(强度和持续时间)的结果在forefoot-related伤害( 7, 25]。

当解释我们的结果有一些实验的局限性。首先,一个男性大学运动员组招募在这项研究中,它并不适用于其他团体。不同性别、演奏水平和位置可能显示非凡的跳跃强度和频率的差异在比赛中 20.]。其次,只有关节刚度数据研究了在目前的研究中,因此,研究结果的解释与运动表现谨慎。未来的研究可以考虑的更全面的评估,包括测量运动性能(例如,跳,跑,和敏捷性)和肌肉活动。

 5。结论

篮球运动员显示更高的脚踝和MTP关节被动刚度与遥远的跑步者和其他运动项目的运动员相比,表明接头刚度的力学性能与运动强度之间的强大——而且endurance-trained运动员。踝关节和脚趾的力量练习可以实现发展足够的脚踝和MTP关节被动所需刚度在篮球。

 数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

 的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

 确认

作者表示,这项研究是由国家体育总局运动医学重点实验室和四川。

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