2.1  受试者数量分析  纳入受试者12人，无脱落，全部进入结果分析。 

2.2  膝关节三维运动学数据分析  矢状面上，屈膝下蹲和单腿跳、屈膝下蹲和转向跳在膝关节角度和角速度在穿戴支具情况下出现显著性下降。单腿跳和转向跳在穿戴支具时膝关节角速度有显著性下降，见表2。屈膝下蹲时膝关节屈曲角度最大，单腿跳时膝关节屈曲角速度最大，转向跳时膝关节伸展角度和角速度范围最大，见表2。

冠状面上，屈膝下蹲和转向跳动作在穿戴支具时膝关节角度和角速度显著性差异下降。屈膝下蹲和单腿跳动作在穿戴支具时内外翻角速度显著性下降，单腿跳和转向跳在穿戴支具时外翻角度和活动范围显著性差异下降，见表2。转向跳和单腿跳在冠状面角速度相似，明显大于屈膝下蹲动作角速度，见表2。

水平面上，穿戴支具时除了屈膝下蹲动作和单腿跳动作最大内/外旋角度，以及单腿跳和转向跳的内旋角速度峰值之外，所有动作间的膝关节角度和角速度都显著性下降，见表2。转向跳在水平面出现最大膝关节角度，单腿跳和转向跳的水平面角速度相似，均明显大于屈膝下蹲动作，见表2。

2.3  膝关节不同部位及不同运动的运动学特征的差异    硅网支具对矢状面运动学影响轻微，但对冠状面和水平面的数据影响显著。表2中，穿戴支具情况下膝关节内翻和外翻角度均显著性下降，穿戴支具时膝关节在冠状面外翻角度范围减少了30%，均值差2.4°，差异有显著性意义(P=0.023)。是否穿戴支具和试验动作膝关节外翻角度存在非常高度显著性交互作用(P=0.001)；通过事后分析，在有、无膝关节支具情况下，受试者进行屈膝下蹲动作时差异无显著性意义，然而穿戴支具进行单腿跳动作时膝关节外翻角度显著下降(P=0.018)，均值差为2.7°，转向跳均值差为3.8°(P=0.002)。穿戴支具时3个动作膝内翻角度显著性增加(P=0.035)，均值差为1.5°；进一步的事后分析显示，穿戴支具时屈膝下蹲动作(P=0.108)和转向跳动作(P=0.359)内翻角度差异无显著性意义；单腿跳动有非常显著性差异(P=0.008)，均值差为2.1°。冠状面内是否穿戴支具与试验动作在膝关节活动范围方面的交互作用显著；进一步事后分析显示，屈膝下蹲动作(P=0.065)和单腿跳动作(P=0.364)在穿戴支具情况下差异无显著性意义。穿戴支具时转向跳动作的膝关节内翻/外翻活动范围显著下降(P=0.007)，均值差为3.0°，活动范围下降了25%；膝关节内旋角度峰值显著降低(P=0.035)，均值差为2.4°，活动范围减少了21%。是否穿戴支具与3个动作膝关节内旋角度峰值有显著性交互作用；事后分析显示，穿戴支具情况下屈膝下蹲动作(P=0.716)和单腿跳动作(P=0.106)膝关节内旋角度峰值差异无显著性意义，但是转向跳动作在穿戴支具情况下膝关节内旋角度峰值显著下降(P=0.002)，均值差为5.2°。穿戴支具时膝关节内旋/外旋活动范围从11.5°降至9.3° (P=0.003)；是否穿戴支具和3个动作之间发生了显著性交互作用；进一步的事后检测显示屈膝下蹲(P=0.662)和单腿跳(P=0.682)内旋/外旋活动范围差异无显著性意义，然而穿戴支具时转向跳动作膝关节内旋/外旋活动范围却由19.6°减少至13.5°，减少了31%(P=0.005)。 

2.4  有、无支具的运动学特征的差异  表3中，矢状面和冠状面最小/最大膝关节角速度和角速度范围，在是、否穿戴支具情况下不存在显著性差异，但是在水平面穿戴支具时膝关节外旋角速度显著下降(P=0.008)，角速度由  122.7 (°)/s下降至94.0 (°)/s，是否穿戴支具情况下膝关节外旋角速度与3个动作之间的交互作用显著；进一步的事后分析显示差异无显著性意义，屈膝下蹲的均值差为4.3，单腿跳的均值差为8.9，然而在穿戴支具时，转向跳动作相较没有穿戴支具时膝关节外旋角速度平均减少72.9 (°)/s(P < 0.001)。是否穿戴支具情况下内/外旋转膝关节角速度范围无显著性差异，但是穿戴与否与3个动作间的交互作用非常显著(P=0.007)。进一步的事后分析显示，屈膝下蹲动作在是否穿戴支具情况下差异有显著性意义(P=0.036)，均值差为值为8.6 (°)/s，穿戴支具后减少25%；转向跳均值差为106.8 (°)/s，穿戴支具时减少24%(P=0.022)。是否穿戴支具进行单腿跳动作时膝关节内/外旋转角速度差异无显著性意义。此外，在水平面转向跳动作中，是否穿戴支具对膝关节落地姿态差异有显著性意义(P=0.002)。表2中，没有穿戴支具落地时，膝关节的内旋角度为7.6°，而在穿戴支具的情况下，膝关节内旋角度为0.4°，更接近中性位置。转向跳或单腿跳在矢状面中膝关节角度、落地姿态与是否穿戴支具差异无显著性意义。

随着科学技术水平的不断提高，膝关节外部支具的设计也得到了发展。膝关节支具既可以改善本体感觉，又能提供力学上的支持，从而可以明显减轻伴随膝关节关节炎出现的不稳定感(如侧副韧带损伤及前交叉韧带撕裂损伤及软骨磨损消失后引起副韧带松弛)^[1-4]。硅网支具由弹性硅网制成。相较普通支具，硅网支具的弹性网状结构可以吸收冲击并将峰值负载从膝盖痛的区域移除，减少膝关节压力，纠正髌骨轨迹^[5-7]，还可以减少膝关节疼痛，增强功能，提高生活质量^[8-11]。通过对健康人群和髌骨疼痛症状人群的研究显示，在缓慢步行过程中使用绷带和弹性支具可以改善膝关节在冠状面和水平面的运动控制^{[8-9，12-13]}。但是此前的研究都基于缓慢步行情况下，缺乏动态运动中支具对膝关节力学影响效果大小及性质的数据支撑。前交叉韧带断裂的主要原因是运动损伤，约占70%以上，主要发生在非接触性侧切、跳跃和旋转动作中^[10，14-15]。患病人数最多的运动项目是篮球、足球；此外在柔道、摔跤和田径专业运动员和在爱好滑雪、羽毛球、排球运动的普通人群中较为常见^[7]。非运动损伤(包括交通伤、生产生活意外伤)约占27%^[16-18]。在女性患者中有高达55.2%的非接触性损伤是由于落地时膝关节的动态外翻引起的^[18-19]，这也被认为是前交叉韧带损伤的最常见的机制之一^[18-19]。本体感觉被认为是治疗膝关节不稳定和韧带损伤的重要机制^[20]，与支具直接接触的皮肤可以向大脑提供更多的信息，这是由于皮肤感觉刺激，外界刺激的改变导致的神经肌肉控制的改变^[21]，从而改善了膝关节的神经肌肉控制^{[8，20，22]}。膝关节支具可以提高前交叉韧带损伤患者的肢体平衡能力^[23]，在使用支具时，前交叉韧带重建患者的落地力学发生了变化^[24]。

此次试验拟确定在有、无膝关节支具情况下进行体育运动时膝关节的运动状态，并为防护前交叉韧带损伤提供参考。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

1.1  设计  自身对照试验。

1.2  时间及地点  试验于2018年10至2019年3月在贵州医科大学完成。

1.3  对象  试验选取贵州医科大学12名健康受试者，男7人，女5人；平均年龄(26.9±6.7)岁；平均身高(172.8±14.5) cm；平均体质量(75.1±12.5) kg；平均体质量指数(25.2±3.1) kg/m²。

纳入标准：①身体健康，近1年内无下肢运动损伤及其他限制上下肢运动的疾病；②受试者自愿参加并对试验完全知情同意，并签署知情同意书。

排除标准：①存在肌肉、骨骼损伤；②下肢及腰部有手术史或外部创伤者；③不能进行身体活动的疾病。

试验方案于2018-08-08经贵州医科大学附属医院伦理委员会审核批准，批号为2018661。

1.4  材料  硅网支具见图1，主要特征见表1。

1.5  方法

1.5.1  测试方案  受试者穿着统一的运动鞋、紧身衣，先进行10 min慢跑热身，再进行充分的肌肉拉伸活动。热身结束后使受试者熟悉每个测试动作，并练习动作至熟练掌握。然后在无支具情况下测试3个动作；再测试有支具情况下进行3个动作的数据，通过试验前后2次测试数据探究有无穿戴支具与3个动作之间的联系。支具穿戴步骤：①先将膝关节固定带本体上的尼龙粘扣全部解开；②拉伸支具前、后部使髌骨和支具的圆形切口位置对齐并按对应关系粘贴粘扣。

1.5.2  测试动作  测试动作包括屈膝下蹲、单腿跳和转向跳3个动作任务，每个动作重复进行5次。

屈膝下蹲：参与者从20 cm的台阶上尽可能慢的单腿屈膝下蹲至对侧脚脚后跟着地，然后支撑腿蹬起至直立(此动作的目的是确定硅网支具是否能影响膝关节离心肌肉控制)。

单腿跳：参与者单腿站立在20 cm的台阶上，然后用支撑腿单腿跳下。

转向跳：参与者单腿向前跳约60 cm，落地后立即内旋转身跳回起点。

1.5.3  数据采集  将反光标记分别放置在受试者脚、小腿、大腿和骨盆处。大腿和小腿的反光标记分别放置在支具的上方和下方。单腿跳，转向跳，用2块瑞士奇石乐(Kistler)三维测力台收集动力学数据；用瑞典Qualisys公司三维运动影响捕捉系统对受试者的运动学数据进行采集。记录进行不同动作时足底地面三维支撑反作用力和足底压力中心变化，以脚完整的踩踏在测力台上为有效测试。原始运动学和动力学数据导出到Visual 3D，使用四阶Butterworth滤波器对数据进行滤波，截止频率分别是15 Hz和25 Hz。采用相对于空间直角坐标系的逆动力学方法分别计算出下肢各关节的三维力矩。对膝关节的运动学和动力学数据进行量化，从最初接触至最大膝关节屈曲角度，以便探索单肢离心控制。

1.6  主要观察指标  ①膝关节内外翻角度；②膝关节外翻和内旋角度；③膝关节外翻角速度和外旋角速度。

1.7  统计学分析  使用IBM SPSS Statistics 22.0软件对数据进行双因素方差分析和Fisher最小显著差数法进行差异显著性比较。

作者研究了3个不同动作任务下膝关节的三维运动学。这3个动作的目的是模拟前交叉韧带损伤发生的危险因素。所有前交叉韧带伤害中，有70%发生在体育运动中，比如足球和女子体操^[25-28]，大多数损伤发生在非接触状态。伤害通常与突然减速、改变方向或落地动作有关^[15]。所有这些危险因素都在单腿跳和转向跳动作中表现出来。屈膝下蹲动作是一项受控的运动，它是膝关节从一个相对稳定的伸展位置开始，然后缓慢地弯曲到一个不稳定的位置，这增加了离心肌肉控制^[26，29-31]。在前30次膝关节屈曲中，前交叉韧带在屈曲过程中处于最大张力，这阻止了胫骨近端的前向平移^[25，32]，在极端情况下，伸肌的离心拉力可能会损坏前交叉韧带。股四头肌收缩时产生2种力，一种将髌骨向股骨方向拉，增加髌股关节的压缩，另一种引起胫骨近端相对于股骨的前剪切运动^[33-34]。第2个剪切力会导致前交叉韧带损伤，特别是在高强度活动个体中。随着膝关节屈曲角度的增加，力也随之增加，但大多数损伤发生在前30次屈曲过程中，因为在这些角度下，导致胫骨近端后移的腘绳肌相对不活跃^{[18，23，35]}。与其他2个动作相比，屈膝下蹲动作在矢状面活动范围最大，角速度明显小于单腿跳和所有平面的转向跳动作，但是在冠状面和水平面上的活动范围与单腿跳的活动范围相当。前交叉韧带功能性障碍患者在下台阶时常常感到疼痛和不稳定，在更极端的情况下，一些患者无法控制膝关节的运动，导致膝关节屈曲。

通过神经肌肉系统的协调，膝关节的稳定性可以定义为维持或控制关节运动或位置的能力^[11，26]。如果膝关节在水平面和冠状面的活动范围减小，说明硅网支具可以更好地控制膝关节^[36-38]。但是，这并不能证明是对这些运动的控制。出于这个原因，作者对3个面上膝关节的角速度进行了评估，这可以更好地衡量膝关节的动态控制和稳定性。有学者研究了不同的治疗方式下髌股疼痛患者的矢状面膝关节角速度，所得数据平均值、最大值和最小值没有显著差异^[12]。

转向跳动作显示了最大的膝关节外翻角和内旋角，两者都可以增加前交叉韧带的负荷，因此在测试中出现的受伤风险最高。在任何一项动作任务中，是否穿戴支具膝关节在矢状平面的动作都不具有显著性差异，这与SELFE 等^[8]的研究结果一致。在冠状面，膝关节位置在是、否穿戴支具情况下有显著性差异，穿戴支具时膝关节位置从外翻位置到了一个更加中性的位置。穿戴支具进行转向跳动作时膝关节外翻和内旋角度显著减小，这意味着穿戴支具后可减少膝关节外翻和内旋角度，从而改变容易造成前交叉韧带损伤的“膝关节动态外翻位置”^[24，39]。在屈膝下蹲动作时，在冠状面没有看到活动范围的明显减少，这与SELFE等^[8]得出“活动范围有所减少”的结论有所差别，然而支具确实减少了膝关节在水平面的内旋角度,这与他们的试验结论相符。此次试验无法确定支具改善控制的确切机制，但是有学者已经证明使用支具和绷带进行本体感觉动作时可以改善大脑的反馈^{[12，31，36，40]}。需要进一步研究不同运动策略是否随着外部条件或内部条件(如疼痛和皮肤感觉)的变化而存在。

研究表明，使用硅网支具可以影响运动策略，可能是由于穿戴膝关节支具产生的额外信息传入改善了膝关节的神经肌肉控制。值得注意的是，在转向跳动作中，当参与者穿戴支具时，他们的膝关节趋向更加中性的位置。这表明在经常发生单腿旋转动作的运动中使用支具可以有效降低膝盖软组织损伤的风险。硅网支具可以提高对膝关节峰值外翻角速度和外旋角速度的控制，改变了膝关节在冠状面和水平面的运动学,有助于预防前交叉韧带损伤或帮助前交叉韧带缺陷患者。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

文题释义：
硅网支具：由弹性硅网制成；相较普通支具，硅网支具的弹性网状结构可以吸收冲击并将峰值负载从膝盖痛的区域移除，减少膝关节压力，纠正髌骨轨迹，还可以减少膝关节疼痛，增强功能，提高生活质量。
膝骨关节炎：是一种以关节软骨退行性变和关节炎症为特征的慢性骨关节疾病, 主要临床表现为慢性疼痛和关节活动障碍, 严重影响患者生活质量。膝骨关节炎是由机械、遗传和环境因素引起的复杂多因素疾病, 也是关节中最常见的疾病, 许多环境因素如激素、饮食、感染、创伤、酒精摄入和接触烟草烟雾等，都会增加骨关节炎的患病风险, 年龄是其独立危险因素。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

前交叉韧带损伤的预防措施包括在落地时必须有足够的前足支撑时间，避免过度旋转和过度前移，大屈膝角度着地并控制外翻，训练腘绳肌主要是股二头肌力量，使之与股四头肌有效对抗。

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