不同膝关节贴扎类型对足球运动员急停动作稳定性的影响

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2017.10.018

摘要/Abstract

摘要：

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文题释义：
贴扎：是一种将胶布贴于皮肤以达到增进或保护肌肉骨骼系统的非侵入性治疗。贴扎技术常用于骨骼肌肉系统伤害的处理，目的为固定关节位置及限制软组织的活动以让软组织在稳定的状况下进行修补，其原理并非给予身体任何外来物质去修补受伤的组织，而是提供组织较好的环境，让身体自然的修补机制去修复。
表面肌电信号：是肌肉收缩时伴随的电信号，是在体表无创检测肌肉活动的重要方法。研究分析表面肌电信号的检测与分析方法，也包括检测技术与装置及利用表面肌电信号反馈控制外部装置的方法等，其应用背景主要集中在康复医学和体育科学两大领域。

背景：相较于其他护具，贴扎最大的不同是可以依照每个人不同关节形状及需求进行不同的改变，可以说是更有效、更方便的量身订作的护具。
目的：比较不同膝关节贴扎类型对足球运动员急停动作稳定性的影响，为运动员及一般健身者选择合适的贴扎方式以预防膝伤害提供重要参考。
方法：运用运动学、动力学及肌电同步摄取12名男性足球运动员分别在膝关节传统贴扎、肌内效贴扎和无贴扎情况下的急停动作生物力学参数，再以SPSS 17.0软件对相关数据进行处理分析。
结果与结论：①水平分力峰值、压力中心前后位移量及平均水平负荷率上，传统和肌内效贴扎组显著小于无贴扎组；②膝关节角度变化量无贴扎组最小，而爆发力峰值出现时刻膝角及爆发力出现时膝角变化量上，传统及肌内效贴扎组显著大于无贴扎组；③股直肌与腓肠肌的平均肌电振幅量是传统与肌内效贴扎显著小于无贴扎组；④结果说明，传统与肌内效于膝关节贴扎能显著提升急停动作下肢支撑功能及限制前十字韧带的向前移动量，这对于增加稳定性并保护膝关节免于伤害有益。

ORCID: 0000-0002-1959-2486(宋法明)

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

关键词: 生物材料, 材料相容性, 肌内效贴扎, 传统贴扎, 运动学, 动力学, 表面肌电

Abstract:

BACKGROUND: Compared to other protective gears, taping is more effective and convenient that enables different changes according to different joint shapes and needs.
OBJECTIVE: By comparing the effects of different types of knee joint taping on knee joint stability following sudden stop in soccer players, to provide suitable taping methods for the prevention of knee joint injury for athletes and sports performers.
METHODS: Using kinematics, kinetics and electromyography, the biomechanical parameters of sudden stop of 12 male soccer players were gained under three knee joint taping (traditional, intramuscular kinesio, and no-taping), and then analyzed using SPSS 17.0.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) Horizontal peak force, the anterior and posterior displacement of center of pressure, and average horizontal loading rate in traditional and intramuscular kinesio taping groups were significantly lower than those in the non-taping group. (2) The change of knee joint angle was the least in the non-taping group, the knee joint degree at the appear time of peak power and the change value of knee joint degree in traditional and intramuscular kinesio taping groups were significantly larger than those in the non-taping group. (3) The mean electromyography amplitude of the rectus femoris and gastrocnemius in traditional and intramuscular kinesio taping groups was significantly less than that in the non-taping group. To conclude, the traditional and intramuscular kinesio taping on the knee joint can significantly improve the support ability of the lower extremities and restrict the anterior displacement of the cruciate ligament. These have a benefit on the improvement of knee joint stability.

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Key words: Knee Joint, Sports Medicine, Kinetics, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

宋法明. 不同膝关节贴扎类型对足球运动员急停动作稳定性的影响[J]. 中国组织工程研究, 2017, 21(10): 1583-1588.

Song Fa-ming. Effects of different types of knee joint taping on knee joint stability following sudden stop in soccer players [J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2017, 21(10): 1583-1588.

图/表（结果） 3

2.1 参与者数量分析纳入受试者12名，试验中途无退出，全部进入结果分析。

2.2 不同贴扎急停动作下肢水平力峰值、平均负荷率及压力中心前后位移变化量表1显示：水平力峰值、平均负荷率及压力中心前后位移变化量3项指标中传统贴扎及肌内效贴扎之间差异无显著性(P > 0.05)，但传统贴扎及肌内效贴扎的水平力峰值显著低于无贴扎组(P < 0.01)，平均负荷率显著低于无贴扎组(P < 0.01)，压力中心前后位移变化显著低于无贴扎组(P < 0.01)。

2.3 不同贴扎急停动作膝关节角度变化量、爆发力峰值出现时膝角、爆发力峰值出现时膝角变化量表2显示：①3组间膝关节角度变化量(着地瞬间至屈曲角度最大瞬间变化量)差异有显著性意义(P < 0.01)，依次表现为无贴扎组小于传统贴扎组，而传统贴扎组小于肌内效贴扎组；②爆发力峰值出现时刻膝角3组间差异有显著性意义(P < 0.01)，表现为传统贴扎组及肌内效贴扎组显著低于无贴扎组(P < 0.01)，而传统贴扎组与肌内效贴扎组间差异无显著性意义(P > 0.05)；③爆发力出现时刻膝角变化3组间差异有显著性意义(P < 0.01)，表现为传统贴扎组及肌内效贴扎组显著大于无贴扎组(P < 0.01)，而传统贴扎组与肌内效贴扎组间差异无显著性意义(P > 0.05)。

2.4 下肢肌电讯号分析表3显示：①3组间股直肌(%最大自主收缩)存在显著差异(P < 0.01)，表现为无贴扎组显著高于传统贴扎及肌内效贴扎组，但传统贴扎与肌内效贴扎组间无差异(P > 0.05)；②3组间腓肠肌(%最大自主收缩)存在显著差异(P < 0.01)，表现为无贴扎组显著高于传统贴扎及肌内效贴扎组，而但传统贴扎与肌内效贴扎组间无差异(P > 0.05)；③3组在肌二头肌(%最大自主收缩)及胫骨前肌(%最大自主收缩)两指标上均不存在差异(P > 0.05)。

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引言

膝关节是人体相当重要的关节，如同弹簧一般缓冲人体的质量，却承受小腿以上的质量负荷，当人类行走时，膝关节需承受人体质量的3.4倍，跑步及跳跃时，更增加到4-24倍^[1]，一旦发生伤害，将会影响患者的步态及运动的功能，以及关节本身的稳定性。据相关文献报道，足球、篮球、田径、曲棍球等运动项目伤害统计发现，伤害发生率最高的部位是膝关节^[^2-3^]。而在膝关节易损伤这这些项目中，足球是唯一使用脚部来传接球、运球、吊球、射门的一种运动项目，其使用频率更高于其他运动项目。据吴明宪^[⁴^]针对全国运动会足球赛研究显示，足球运动员最常发生的伤害集中在下肢，其中以膝、踝关节伤害发生频率最高。毛杰等^[⁵^]对男子职业足球队134名运动员踝关节伤害调查，膝关节伤害比例高达64%；董坤等^[⁶^]对优秀青少年326名足球运动员运动伤查，踝关节(31.22%)、膝关节(20.61%)和腰部(13.52%)。Gelis等研究发现^[⁷^]，优秀男子足球运动员在一年中因急性伤害以致无法参赛的问题，其中有71.4%为下肢伤害，包含膝软骨伤害、踝扭伤、阿基利斯腱炎(achilles tendinitis)、足底筋膜炎(plantar fasciitis)、足部撞伤、鼠蹊痛、前十字韧带重建、内侧副韧带伤害等。

足球运动实践表明，膝关节损伤主要以十字韧带最为严重。从人体解剖结构看，膝部有4条主要的韧带帮助稳定运动中的膝部，其中前十字韧带的功能，可防止胫骨前移及膝关节的过度伸展和向内旋转，从而提供膝关节稳定性、防止股骨向前滑脱以及限制胫骨转动的功能，因此受到伤害后会引发不正常的膝关节动作，甚至会造成膝关节周围软组织的伤害及退化，神经联结被破坏，引发一连串反应，影响股直肌活化，限制肌肉力量再获得，并在行走时产生股四头肌抑制现象，影响膝关节功能的发挥^[^8-9^]。临床试验发现：股直肌的活化程度对于着地时膝关节的稳定性有相当大的影响，当前十字韧带受损时，则会导致股直肌无法正常活化，从而导致着地时的稳定性下降^[⁹^]。急停动作是竞技项目中最常见的基本动作，像足球急停变向、篮球运球急停、抢篮板球及排球急停跨步扣球等，这些动作容易造成胫骨近端向前的剪力，从而对前十字韧带造成很大的压力^[¹⁰^]。急停动作有几个重要的影响因素，分别为着地方式（足尖或足跟)、向后的地面反作用力大小、着地时膝关节弯曲角度及膝关节周围肌肉收缩能力与反应能力^[¹¹^]。相当多研究文献支持：在着地期下肢稳定性需要依靠股直肌的离心收缩力量，使着地过程呈现软着地模式，若其肌力大则可以增加膝关节在着地期的变化角度，达到降低地面反作用力以及增加肌肉吸震的能力^[¹²^-1⁵^]。因此股直肌的活化程度与膝关节屈曲角度成为运动过程中稳定着地的重要参数之一。

Murray等^[¹⁶^]学者发现，贴扎使用于前十字韧带受伤，产生股四头肌肌力不足的选手，经贴扎治疗后，可以增加肌肉作用的表现，对于踝关节不稳定的选手，也可增加本体感觉、提供稳定度，因此较常使用于运动选手训练或比赛时使用。Dempsey等^[¹⁷^]学者提出若于比赛中场休息时，可利用肌内效贴布固定于较疲劳之肌肉上，可减少肌肉产生较大活化的趋势，并可以提升短暂的平均力量及最大力量的产生，且肌内效贴扎经临床证实是可以提升肌肉力量、活化程度并增加关节活动范围。

贴扎或护具等方法最初主要应用于康复医学界，自2008北京奥运会后，贴扎作为一个相对较新的方法开始风霏于全民健身、运动训练及竞技运动中。相较于其他护具，贴扎最大的不同是它可以依照每个人不同关节形状及需求进行不同的改变，可以说是更有效、更方便的量身订作的护具。目前常见用来保护前十字韧带的膝关节贴扎有2种：其一是由重弹贴与无弹性的白色贴布所组成的传统贴扎；其二是使用肌内效贴布的肌内效贴扎。

传统贴扎不需要其它工具做辅助，只需用手指力量即可以撕开贴布，所以在分秒必争的运动场上，用来应付及时的突发状况是十分实用且方便。传统贴扎主要目的在于^[1⁸^-²²^]：①使关节能够在不痛的范围内活动；②支持受伤肢体及限制疼痛关节的活动度；③弥补生物力学上的缺陷；④预防再次伤害及加强肌腱与韧带；⑤使伤者可以及时再次重返运动场等；⑥减轻疼痛与提升本体感觉回馈等。肌内效贴布由日本Kenzo Kase博士在1980年发明，其材质是由一种具有140%伸缩性并兼具透气、防水、快干及粘着性持久性佳等特性的绵质贴布，材质轻薄且不含乳胶成分，所以较不易引发过敏不适，也不会因为接触水而脱落。相较于传统贴扎，肌内效贴扎可依照不同需求采用多种形状的贴布(爪型、Y型、I型、X型)来达到不同的目地。故就目前广泛兴起的护具而言，肌内效贴扎可以看成是更有效、更方便的量身订作护具。其在肌肉上使用方式亦有两种：一是顺着肌肉收缩的方向，由肌肉止端(insertion)往起端(origin)进行贴扎，目的在放松及协助保护受伤的肌肉；另一种则是与之相反，逆着肌肉收缩的方向进行贴扎，目的在增强肌力与治疗肌肉无力的效用。近年来对于研究肌内效贴扎功用大多在于减少肌肉骨骼伤害后的疼痛感、消肿、促进血液循环、增加关节活动度、增强肌力、提升本体感觉、韧带重建后的肌力恢复或肌肉无力患者的肌力提升等方面^[²³^-2⁶^]。综观国内外学者的研究成果，发现鲜少文献探讨模拟实际运动情境下，对不同贴扎类型有什么不同的功效。基于此，研究拟用不同贴扎类型于膝关节模拟实际急停动作，取得着地期下肢段运动学、动力学及肌电参数，观察压力中心偏移变化情形，来证实贴扎是否在急停动作中对于稳定身体有实际效用；并深入分析下肢各主要肌群(股直肌、股二头肌、胫骨前肌与腓肠肌)肌肉活化程度，据此判断贴扎是否可以达到保护膝关节的功效。

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材料方法

1.1 设计对比观察。

1.2 时间及地点试验于2016年5月至2016年6月在成都体育学院生物力学实验室完成。

1.3 对象本校足球队12名下肢无任何病史的健康男性志愿者，年龄(21.5±1.7)岁，身高(176.5±5.6) cm、体质量(68.8±4.6) kg。

1.4 方法

1.4.1 试验设计

(1)向受试者说明实验流程并签署受试者者同意书，每位实验参与者分别接受无贴扎、传统贴扎、肌内效贴扎等3种实验处理。

(2)开始进行贴扎与粘贴反光球。由上至下依序为头、肩、肘、腕、髋、膝、踝、足跟与足尖，9个反光点；肌电片的粘贴位置皆为身体左侧，粘贴顺序依序为肌电片、贴扎及反光球，肌电片与贴扎位置在股直肌部分，肌内效贴扎尽量以不粘贴到肌电片的原则进行；为加强肌贴效果，反光球部分，在传统贴扎上膝关节的反光球是直接粘贴在贴布之上，粘贴位置为膝关节中心。

(3)实验开始前，先进行2次练习后，依照股直肌、胫骨前肌、股二头肌、腓肠肌的顺序进行肌肉最大自主性收缩测试。每次正式实验前需对受试者股直肌、股二头肌、胫骨前肌与腓肠肌等四块肌肉进行最大自主收缩测试，以测试结果为依据对正式实验中所获得的肌肉电活动进行数据标准化(换成%最大自主收缩)。每块肌肉的最大自主收缩测试间歇时间5 min，全部测完后的长时休息15 min。测试方式如下：股直肌为膝伸作用，受试者小腿用力往前踢以收集股直肌的最大自主收缩；股二头肌为膝屈作用以俯卧姿势，受试者小腿用力勾以收集股二头肌之最大自主收缩；胫骨前肌为背屈作用，受试者足背用力背屈(勾脚尖)以收集胫骨前肌之最大自主收缩；腓肠肌为跖屈作用以坐姿方式，受试者用力跖屈(踮脚尖)以收集腓肠肌之最大自主收缩。

(4)所有实验参与者由同一位受过多年贴扎训练的专业队医进行贴扎(见图1)。传统贴扎如下：使用皮肤膜覆盖；使用重弹贴由腓肠肌末端经前十字韧带向股直肌中段作S型缠绕(内、外侧各1道)，再使用重弹贴由膝关节后侧向前侧作X型髌骨固定贴扎。肌内效贴扎：在股直肌伸展的状况下由近端向远程作Y型贴扎(共2道)，再在股二头肌伸展的状况下由近端向远程作I型贴扎(共2道)。整体采用平衡次序实施3种贴扎类型的顺序，实施贴扎后进行3次试跳，之后才开始正式实验。

(5)受试者站立于距第二块测力板上的着地区2 m处，身体保持正直，双手插腰，惯用脚(皆为右脚)以步频每130次/min的速度向前跨出，足跟踩至第一块测力板的起跳线(距着地区1.5 m)，向前起跳(身体重心最高垂直高度比站立时不超过30 cm)后双脚脚跟同时落于着地区开始驱动第二块测力板，并做最大膝关节缓冲，之后回原始站立姿势。

(6)以一台高速摄像机(FR-180)，拍摄频率设定 100帧/s，拍摄距离9 m，镜头沿受试者矢状面垂直方向拍摄受试者急停跳动的全过程。两块JP6060多维测力板用于监测受试者急停后踩中第1块测力板后，单脚跳起再双脚同时落在第2块测力板的过程。测力台采用埋入式安装，其表面与跑道基本保持在同一水平面上，数据采样频率为1 000 Hz。一台JE-TB0810(国产)八通道无线表面肌电仪系于受试者腰带上，用于监测急停跳过程中惯用腿(起跳腿)下肢主要4块肌肉的肌电活动。表面电极片粘贴于股直肌(RF)、股二头肌(BF)、胫骨前肌(TA)与腓肠肌(GAS)的肌腹两侧。

为避免干扰，实验前先用刮胡刀除毛，再用酒精棉片擦拭。每位实验参与者经过3种不同贴扎类型(无贴扎、传统贴扎及肌内效贴扎)分别处理，每一贴扎进行5次急停动作测试。

1.4.2 参数获取运动学参数以视讯运动图像解析系统进行三维解析，其中膝关节在完全伸展的站立姿势下角度约为180°(髋、膝关节连线与膝、踝关节连线间的夹角)。测力板原始讯号透过系统分析软件，经滤波、模块校正后得到三维分力、力量峰值出现时间、平均负荷率及压力中心前后位移量等动力学参数。

肌电讯号经由系统分析软件进行10 Hz低通滤波与全波整流后翻正处理，得到积分肌电量。以最大肌群自主收缩力量(最大自主收缩)测试最大3 s内平均积分肌电量为基准值(100%)，进行标准化处理。

1.5 主要观察指标 ①不同贴扎急停动作下肢水平力峰值、平均负荷率及压力中心前后位移变化量；②不同贴扎急停动作膝关节角度变化量、爆发力峰值出现时膝角、爆发力峰值出现时膝角变化；③下肢肌电讯号分析。

1.6 统计学分析运用SPSS 17.0统计分析软件，采用重复测量单因素方差分析法对运动学、动力学及肌电等相关生物力学参数进行处理，所有指标的统计学显著水平设定为α=0.05。

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

讨论

过去研究证明在急停动作稳定中，大规模地着地力量以及过多的下肢肌群肌电活化皆被认为与膝关节受伤的危险因素有关，而更大的髋关节和膝关节屈曲角度都与较小的地面反作用力和股四头肌力量的需求有关，且能潜在的保护膝关节支撑的过度负荷。许多造成膝关节伤害的因素已被广泛的研究，但透过肌内效贴扎对急停动作的稳定作用所带来膝关节伤害的影响却很少引起注意。然而在2008年北京奥运会期间，看到许多运动员在比赛中均利用肌内效贴布，故本研究通过肌内效贴布所带来的生物力学指标变化，来探讨其是否能抑制疼痛还能使肌肉收缩达到理想的效果，结果显示出如下表现：

3.1 从肌内效贴扎对急停动作着地稳定性的影响看膝关节稳定性直接影响着地期间人体的稳定性，若着地稳定性高，则可以更顺畅的进行下一个连续动作，例如篮球的急停跳投、足球的急停转身过人等。Yu等^[^9，27^]研究急停着地策略时指出，若要降低膝关节受伤的风险，则需要增大膝关节弯曲角度来降低膝关节向前的剪力，如此可达成更快的稳定身体重心的作用，有利于接下来的后续动作。本研究发现，肌内效贴扎介入后，能显著地降低腓肠肌的负担，由无贴扎的(21.58±10.47)%降低至(15.55±9.01)%，腓肠肌主要功能是限制前十字韧带向前移动，借腓肠肌与股二头肌的共同作用来拉住前十字韧带^[23]，因此，试验确实肯定了肌内效贴扎有支撑并减少前十字韧带向前移动位移量的作用。

从水平分力峰值看，膝关节借着地时降低股直肌负荷(72.54±12.35)%降至(62.78±8.26)%来增加膝关节屈曲角度[从(38.65±8.26)°增至(49.77±6.12)°]，从而达到降低水平分力峰值及峰值负荷率[(5.812±0.685)降至(4.811± 0.469)BW/s]。黄奕铭等^[10^，²⁷^-²⁹^]认为：股直肌是否能够正常活化对着地时的稳定度有相当大的影响，若股直肌能够有效活化，则能够使着地呈现较为柔软的状态，降低地面反作用力及膝关节力矩，同时增加肌肉的吸震效果，肌内效贴扎介入后在着地过程中能达到同等甚至更好的稳定表现，并能降低股直肌的负荷，增加肌肉活化的经济效应。另一方面，人体肌肉均有一定的有效作用范围，若关节活动超过了这个范围，则肌肉都会呈现无力状态。研究中的肌内效贴扎呈现出最大膝关节变化角度由无贴扎组的(52.68±9.57)°增加至(66.11±9.21)°，从而提供膝关节较大活动度。总之，肌内效贴扎后借助降低水平分力、增加膝关节屈曲角度及降低股直肌与腓肠肌的负担，从而的确有效地将人体重心(COP)的位移量由(17.261±2.774)cm降低至(13.554±5.178)cm，并有利于后续的行动。

3.2 从传统贴扎对急停动作着地稳定性影响看传统贴扎方法对于关节支撑功能早已被运动实践所证明，但在急停动作中，人体借髋、膝、踝关节弯曲来缓冲前进的冲力，此时膝关节的负荷量相当高，贴扎介入后对有效支撑并保护膝关节则显得相当重要。研究发现：传统贴扎介入后的效果几乎与肌内效贴扎相同，同样可显著降低腓肠肌负担，由无贴扎的(21.58±10.47)%降低至(16.51± 8.29)%，证实了传统贴扎同样可以在急停过程中协助限制前十字韧带向前位移。

从水平分力峰值看，传统贴扎能利用减少股直肌负荷，由无贴扎的(72.54±12.35)%降低至(64.11±5.36)%，膝关节屈曲角度也由(38.65±8.26)°增加至(48.16±5.17)°，有效的降低水平分力峰值，由无贴扎的(0.581±0.074)BW/s降至(0.503±0.048)BW/s。由上述数据可以推断：当传统贴扎介入后，给膝关节有较高的支撑作用，动作期间各肌群共同作用，可以稳定身体及降低着地时受到的冲击载荷，使下肢肌肉不用为了缓冲向前的剪力过度地紧绷，这与Chappell等^[^8，30^]研究结果基本一致，即传统贴扎可以增加膝关节水平分力峰值出现时膝关节屈曲角度，从而降低水平分力峰值，促使压力中心前后位移量明显降低。

结论：使用传统贴扎与肌内效贴扎于膝关节，在运动学、动力学上能显著降低水平分力峰值、增加膝关节屈曲缓冲角度，并在水平分力峰值时膝关节借增加屈曲角度来减少压力中心在前后方向的位移量；从肌电学特征表明，两类贴扎都能降低股直肌与腓肠肌在着地期的积分肌电量，这些数据都一致证实传统贴扎与肌内效贴扎对于膝关节有支撑及限制前十字韧带前移效益，从而在急停动作中实现对膝关节的有效保护。

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