跑速和不同内侧楔形鞋垫对男性跑者髌股关节负荷的影响

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhongshengxiao
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研究目的:髌股疼痛综合征是最常见的膝关节过劳损伤之一,并可能会发展为髌股关节炎。内侧楔形鞋垫作为治疗髌股疼痛综合征的非入侵性的方法,经常被用于髌股疼痛综合征的治疗。此前国内外相关研究主要是分析某种内侧楔形鞋垫对髋、膝、踝等关节的生物力学影响进行讨论,而对髌股关节受力特征进行分析的较少,且不同类型内侧楔形鞋垫对髌股关节负荷的影响尚不明确。本文旨在研究不同跑速下不同类型内侧楔形鞋垫对下肢关节运动学、动力学的影响,探讨不同类型内侧楔形鞋垫对髌股关节负荷的影响,以期为跑步爱好者在跑步锻炼过程中预防髌股疼痛综合征提供理论参考。研究方法:募集21名跑步爱好者为受试者,要求其穿着三种内侧楔形鞋垫进行慢跑(3±0.15m/s)和快跑(5m±0.25m/s),使用三维运动捕捉系统(Nokov)和测力台(Betec)同步采集运动学及动力学数据。运用Cortex软件对运动学数据进行识别处理,使用逆动力学方法计算出髌股关节接触面积、反作用力、应力等。使用2×4重复设计的双因素方差分析确定跑速和内侧楔形鞋垫对髌股关节受力特征的影响。通过单因素方差分析比较不同鞋垫类型是否存在不同,通过配对T检验分析比较不同跑速状态是否存在不同,所有显著性标准定为一类误差概率不大于0.05。研究结果:双因素方差分析表明,跑速与不同鞋垫类型在运动学与动力学上不存在交互作用。(1)运动学结果显示,三种类型鞋垫在慢跑时均可以限制髋关节内收角(p=0.029、p=0.019、p=0.014)、踝关节外翻角(p=0.046、p=0.01、p=0.042),此外,前足、全足楔形垫均表现出较低的踝关节跖屈角(p<0.001、p=0.012)与较高的踝关节背屈角(p<0.001)。后足楔形垫表现出较高的膝关节屈曲角(p=0.015)、穿着鞋垫时最高的踝关节跖屈角(p<0.001)与最低的踝关节背屈角(p<0.001);在快跑时,仅有全足楔形垫能够限制髋关节内收趋势(p=0.024),后足、全足楔形垫依然能帮助控制踝关节外翻角(p=0.001、p=0.015),前足楔形垫则减小了膝关节屈曲角(p=0.044)。前足楔形垫依旧表现出最高的背屈角度(p<0.001),后足楔形垫则为穿着鞋垫时最高的跖屈角度(p=0.002、p=0.015)。不论鞋垫类型,快跑相较于慢跑均显著增加了髋关节内收角(p=0.045、p=0.004、p=0.001、p=0.006)、膝关节屈曲角(p<0.001、p=0.003、p=0.006、p=0.012)、踝关节外翻角(p=0.021、p=0.011、p=0.035、p=0.009)。(2)动力学结果显示:在慢跑时,后足、全足楔形垫均会导致膝关节内翻力矩(p=0.025、p=0.038)与膝关节伸展力矩(p=0.029、p=0.050)的增加。前足楔形垫则有助于降低膝关节内翻力矩(p=0.021)与膝关节伸展力矩(p=0.046)。后足楔形垫表现出踝关节外翻力矩的降低(p=0.031),全足楔形垫则降低了踝关节内翻力矩(p=0.027)。在快跑时,仅有后足楔形垫增加了膝关节伸展力矩(p=0.046)。不论鞋垫类型,快跑相较于慢跑均表现出较大的髋关节内收力矩(p=0.01、p=0.013、p=0.006、p=0.019)、膝关节内翻力矩(p<0.001、p<0.001、p=0.006、p=0.041)以及踝关节外翻力矩(p<0.001、p=0.001、p<0.001、p<0.001)。穿着无鞋垫、前足、全足楔形垫时,快跑相较于慢跑表现膝关节伸展力矩增加(p=0.005、p=0.006、p=0.035)。(3)进一步分析髌股关节受力特征方面,在慢跑时,后足楔形垫相较于无鞋垫与前足楔形垫会增大髌股关节接触面积(p=0.025、p=0.022),表现出更大的髌股关节反作用力(p<0.001、p=0.03),全足楔形垫仅相较于前足楔形垫表现出更高的髌股关节反作用力(p=0.001)。后足、全足楔形垫相较于无鞋垫(p=0.017、p=0.004)、前足楔形垫(p<0.001、p<0.001)均会增加髌股关节应力。前足楔形垫则表现出四种条件下最小的髌股关节反作用力与应力(p=0.026、p=0.012)。不论鞋垫类型,快跑状态相较于慢跑状态均导致了髌股关节接触面积(p<0.001、p=0.005、p=0.008、p=0.006)、反作用力(p=0.009、p=0.003、p=0.029、p=0.026)、应力的显著增加(p=0.013、p=0.003、p=0.024、p=0.038)。结论:(1)在慢跑支撑期,跑步爱好者穿着前足内侧楔形鞋垫通过降低膝关节伸展力矩,减少髌股关节反作用力及应力,从而降低髌股关节负荷。穿着后足、全足内侧楔形鞋垫则导致了髌股关节负荷的增加。因此在慢跑时穿着前足内侧楔形鞋垫更有利于帮助避免髌股疼痛综合征的风险,而穿着后足、全足楔形垫可能会增加髌股疼痛综合征的风险;在快跑支撑期,穿着三种类型内侧楔形鞋垫均无法对髌股关节负荷产生显著影响。(2)快跑相较于慢跑表现出更大的髌股关节应力,即增加了髌股疼痛综合征的风险,建议跑步爱好者在运动时可以适当降低跑速,避免高跑速带来的更高的髌股疼痛综合征的风险。(3)三种类型内侧楔形鞋垫对膝关节矢状面角度与髌股关节接触面积的影响较小,从计算模型角度出发,穿着内侧楔形鞋垫造成的髌股关节受力特征的变化可能主要来源于鞋垫对膝关节伸展力矩的影响。
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