缓冲垫实验

2.3.3.1 数据采集和分析

在以上实验的基础上，我们增加了两种不同厚度的缓冲垫，连同前面的着陆于坚硬地面，来代表3-种不同的地面硬度。实验中将厚度为2mm，约50cm×80cm的矩形，分别使用2层或4层铺设在测力台和地面上，实验中受试者双足都落在缓冲垫上。实验前取10块试样，裁成10mm×10mm在万能材料试验机上进行压缩测试，压缩速度为0.08mm/min。实验部分数据如图2-17所示，不同试样测试结果趋于一致，在0.75mm位移（应变ε＝0.375）以内应力应变关系基本保持为线性。经计算可得EVA材料弹性模量为913MPa。

在实验测试研究中，经常会遇到测量有效性（Validity）、可靠性（Reliability）、可重复性（Repeatability）和客观性（Objectivity）等概念。对这些概念的普遍误解之一，是试图评价两次测试或两种测量方法的一致性，用相关系数（Correlation Coefficient）来对其进行评估。这种方法存在不足之处，很早就受到一些统计学专家的批评。他们认为，相关系数与其说是一致性的指标，倒不如说是一种“关系”的测度，受实验对象测量结果幅度的影响非常大。例如，当比较一种新的测量方法和当前测量方法来测量最大摄氧量时，如果受试者包含年轻人和年长者，男人和女人，肥胖者和瘦小者，这样相关性就会比较高。如果将实验对象仅确定为男性，而且年龄和体型相似，这样两种测试方法的相关性就会相对较小，但并不一定无效!

图2-17 EVA鞋垫材料压缩测试结果[46]

当比较两次测试或两种测量方法时，用图形的方法（Bland-Altman图）可以直观地反映这个界限。两种方法的测量结果通常会存在一定趋势的差异，如果一种方法的测量结果经常大于或小于另外一种方法的测量结果，这种差异被称为偏倚。偏倚可以用两种方法的测定结果的差值的均值进行估计，均值的变异情况则用差值的标准差描述。如果差值的分布服从正态分布，则95%的差值应该位于（均值）－1.96（标准差）和（均值）+1.96 （标准差）之间。这个区间被称为95%一致性界限，绝大多数差值位于其中。如果两种测量结果的差异位于其中在实际中是可以被接受的，则认为这两种方法又较好的一致性，这两种方法可以互换使用。

在本研究中，独立的两个变量包括：性别（男和女，2个水平）；地面硬度（缓冲垫厚度：0mm、4mm、8mm，3个水平）。采用双因素方差分析和Tukey's HSD事后检验方法来检验两个因素所有生物力学参数的影响及其交叉性影响。在所有分析中，P＜0.05被定义为显著性差异。所有的分析在统计学软件SPSS中完成。

2.3.3.2 分析结果比较

缓冲垫防护的比较结果列在表2-6中。在所有测量分析参数中，均未发现缓冲垫防护的显著性作用和缓冲垫与性别间的显著性交叉影响。如图2-18所示，显著性的性别差异仅体现在踝关节背屈最大角速度，而类似的结果在踝关节外固定防护实验中都有所体现。但是，缓冲垫的使用消除了两性原本在胫骨前肌的肌电活动性上的显著差异性。

表2-6 EVA缓冲垫对不同性别模拟半蹲式着陆生物力学的影响（二因素方差分析，n=16）（1）

附注1：未发现缓冲垫对任意生物力学参数有显著性影响；未发现显著性的缓冲垫与性别的交叉影响；统计学显著性以P＜0.05确定；

附注2：在踝关节极值背屈角速度存在显著的性别差异，P＜0.05。

图2-18 不同厚度缓冲垫着陆时两性之间的最大踝关节背屈角速度比较（□：男；■：女）

2.3.3.3 地面硬度对着陆生物力学的影响

根据简单直观的思维，我们对实验结果进行预想，认为缓冲垫可以减小地面反力峰值，延长达到竖直方向地面反力峰值的时间，从而降低加载速率，达到缓冲的效果。但遗憾的是，数据分析结果与预期并不一致，缓冲垫对三个分量的地面反力峰值、达到竖直方向地面反力峰值的时间，与加载速率都无显著性影响。即使在数据所体现的变化趋势，也未完全显示如最初期望的变化。仅在男性受试者前后方向和竖直方向地面反力峰值和加载速率，以及女性受试者的左右方向地面反力峰值中体现了期望的趋势。但是，严格地说，这种趋势没有任何统计学意义。

House等人[47]通过实验研究发现，在军靴中垫放缓冲垫，可以显著降低前足和足跟的最大压力，降低的幅度最大可以为37%（足跟）和24%（前足）。在相当于奔跑100～130公里后，由于磨损而造成的鞋垫力学性能下降，对最大足底压力不构成影响。该研究的结果对本节研究有一定启示，但是，需要考虑该研究中测量的最大足底压力，并非本节内容所涉及的最大地面反力。

O'Leary等人[48]研究发现，在跑步时使用缓冲鞋垫，可以显著降低竖直方向最大地面反力（6.8%）和加载速率（8.3%）。结合House等人[47]的研究，我们发现这两项研究的结果与本研究结果又明显的不同。造成这种差异的原因可能在于：这两项研究涉及的是奔跑动作，其冲击强度比着陆动作冲击强度低，而且冲击时间比较短暂；这两项研究的目标都是鞋垫，直接附着于人体，而本节内容研究目标是地面，在本体感觉上有明显不同。

但是，一项对1205名英国空军新兵进行随机对照试验却发现，缓冲鞋垫并不能有效减少训练中的下肢损伤[49]。在实验中，垫放非缓冲鞋垫的受试者有72/401（18.0%）因下肢损伤而退出训练，相对地，垫放缓冲鞋垫的受试者有149/804（18.5%）退出训练，比值比为1.04（95%CI：0.75～1.44；P＝0.87）。这说明，即使缓冲鞋垫能够减小冲击力，但是对损伤风险的影响可能并不像想象的那样乐观。

在Arampatzis等人[50]的实验中，6名女性体操运动员从80cm和115cm高度跳落，分别赤足着陆于硬、中、软三种不同硬度的垫子上，发现无论在软着陆还是硬着陆过程中，最大地面反力都不受垫子硬度的显著性影响。在软着陆中，无论前足还是后足，其最大地面反力也不受垫子硬度的显著性影响。Mc Nitt-Gray等人[39]甚至认为采用较软的垫子后，受试者会有针对性地调整姿势，反而使得冲击力变大。

本研究还发现，缓冲垫三个解剖平面内的踝关节活动度和最大角速度均无显著性影响。Arampatzis等人[50]的实验中，研究了在着陆动作中缓冲垫胫距关节、距舟关节和跟骰关节活动的影响。作为踝关节的主体，胫距关节在各个解剖平面内的活动度，距舟关节和跟骰关节的最大背屈角度和达到最大冲击力时的内收 外展幅度，均不受缓冲垫的影响。在他们之后的研究中，也未发现缓冲垫对最大内翻角度有显著性影响[50]。

同样，缓冲垫也未对着陆过程中小腿的肌肉活动性造成显著性影响。但是，我们可以从性别因素中找到一些缓冲垫影响的线索。缓冲垫的使用消除了两性在踝关节背屈肌（胫骨前肌）的肌电活动性上的显著差异性。这种现象的主要原因在于使用缓冲垫后男性胫骨前肌的肌电活动性相对变化不大。我们认为缓冲垫有可能对男性受试者产生一种心理安慰效应，使男性在着陆时放弃胫骨前肌更有力的主动收缩。由于本实验设计中采用的跳落高度经严格控制，不至于受试者损伤，所以男性这种由于心理安慰效应而产生的节约机制不会造成不良后果。但如果以更高的速度着陆，则有两种可能性：一种是由于高度的增加而产生的高度影响会相对抵消缓冲垫的心理安慰效应，从而激发更大的踝关节背屈肌活动性；另一种可能是心理安慰效应继续发挥主要作用，这就有可能造成着陆损伤。这两种可能性有待进一步实验验证，而进一步实验需要受试者承受更大的风险，需要对实验进行严谨的设计。但是无论何种假设成立，都可以认为缓冲垫对男性受试者损伤预防并无实际好处。同时也可以认为，由于缓冲垫主要是对男性构成影响，所以其使用虽然能够消除在肌电活动性上的对女性不利的两性差异性，但对女性防护来说亦无任何实际意义。