下肢肌肉力

在不同高度的跳落着陆测试中，同一名受试者下肢肌肉活动模式基本一致，不同受试者之间个别肌肉的活动顺序存在一定差异。股直肌、臀大肌、臀中肌、股肌、腓肠肌和比目鱼肌长时间的作用力随着陆速度提高而显著增加。此外，着陆速度提高，髂腰肌、股直肌、臀中肌、臀小肌和比目鱼肌的作用时间均提前，而胫骨前肌的作用时间则延迟，股直肌和比目鱼肌作用力达到极值的时间也明显增加。

在着陆动作中，跳落高度是一种重要的影响因素。跳落高度提高，地面反力峰值在竖直方向显著增加。在本研究的实验测试中，我们发现，随跳落高度的提高，竖直方向和前后方向地面反力峰值都显著提高，而高度对左右方向地面反力峰值、达到竖直方向地面反力峰值的时间和加载速率都无显著性影响。

着陆速度（跳落高度）提高对地面反力的影响进一步反映在关节力上，对高速着陆时下肢关节的安全造成影响。本研究量化了这些影响，发现在高速着陆时下肢关节承重瞬时可以达到20余倍体重的水平，以更高的速度着陆时可能就会发生关节软骨挫伤、韧带扭伤甚至关节面骨折等损伤。因为关节力与关节力矩和肌肉力直接相关，在本研究中，跳落高度对关节力的影响，进一步体现为跳落高度对各肌群作用力的影响。由于本研究涉及肌肉较多，根据一名典型受试者的分析结果，对作用在小腿和足部的功能和作用位置一致的肌肉重新组合后，不同速度着陆的肌肉力比较如图5-3所示。

图5-3 典型受试者在三种不同高度跳落着陆时小腿部分肌肉作用力（见彩图3-）

一些研究发现，着陆速度提高，胫骨前肌、比目鱼肌、股直肌和股二头肌趋于有更长的肌电潜伏期和持续期，但是触地前肌电持续期受跳落高度的影响较小。我们的研究也发现，在胫骨前肌和外侧腓肠肌上存在类似的规律。在Santello和Mc Donagh[17]的研究中，着陆速度对胫骨前肌触地前肌电幅值没有显著性影响，但对其触地后肌电幅值有显著性影响。而他们在另一项研究中却发现，着陆速度对胫骨前肌触地前和触地后相对肌电幅值都有显著性影响[18]。由于不同的受试者、实验条件、运动控制策略等因素，不同的实验得到不同的结论并不奇怪。

在我们前期的研究中，着陆速度提高，腓肠肌的活动性显著增强[4，5]，与Lee等人[19]和Chang等人[20]研究结果一致。而着陆速度对胫骨前肌活动性的影响比较微妙。在有些情况下，与Chang等人[20]研究结果一致，我们发现着陆速度提高会显著增强胫骨前肌的活动性[4，5]；而在另外一些情况下，与Lee等人[19]的结果一致，着陆速度对胫骨前肌并未体现显著性影响[4]。或者，在相对活动性评价时，这种显著性存在，而在绝对活动性评价时，这种显著性则不存在[5]。事实上，参照的这两项研究[19，20]也是来自韩国的同一研究小组，在某因素对目标参数影响不大的情况下，采用不同受试者测试组有可能导致不同的结果。而无论何种情况下，使用何种肌电图评价指标，胫骨前肌的这种显著性最多限于触地后，而在触地前，胫骨前肌的活动性并不受着陆速度的影响[46]。

在本研究计算发现，着陆速度提高，踝关节跖屈肌（腓肠肌和比目鱼肌）的最大作用力都显著性提高，与实验结果比较吻合。同时，计算发现，着陆速度提高，胫骨前肌的最大作用力虽有提高的趋势，但在不同高度间并不存在显著性差异，也与实验测量结果一致。这也说明，在小腿部位，踝跖屈肌比背屈肌对着陆动作的影响更大。另外，在着陆过程中，小腿三头肌对跟腱的作用力最高可达到10余倍体重水平，远大于踝关节背屈肌，对足踝和小腿都有较大的力学影响。

另外，上述韩国研究小组发现，股外肌和股二头肌的活动性都随着陆速度（跳落高度）的增加而显著性增大，但与股外肌同属同一肌群的股内肌则不受着陆速度的任何影响[19，20]。而也有研究发现，股直肌的活动性随着陆速度增加而显著增大，同样的显著性并不存在于股二头肌的活动性。Ford等人[21]也发现，着陆速度提高，股四头肌的活动性显著增强，但腘绳肌的活动性并不受此影响。我们的仿真结果与后两者一致，即膝关节屈肌受跳落高度的影响不明显，而股四头肌受跳落高度的显著性影响。这表明，膝关节伸肌在着陆动作中发挥着主要作用，其作用方式和大小对膝关节稳定性和前交叉韧带的损伤都有重要影响。

在着陆动作中，肌肉收缩模式非常复杂，作用力非常大，许多肌肉力和肌群合力甚至超出了地面反力的水平。由于这些肌肉力通过肌腱直接作用在关节周围骨组织上，对关节骨和软骨的应力应变、能量吸收和传递都造成非常大的影响。科学认识运动中肢体损伤发生和防护的生物力学机制，单纯应用整体层次的运动学和动力学测量方法远远不够。有些研究已经开始认识到了这一点，并试图通过有限元分析的方法，计算着陆过程中足踝和膝关节在组织层次的生物力学响应。但是，只有获得运动过程中肌肉活动模式和作用力，这些计算才能更加有效地描述着陆过程中人体各组织的应力应变环境和能量传递途径。