原始研究的文章

前面。Bioeng。Biotechnol。,07 February 2023
秒。生物力学
卷11 - 2023 | https://doi.org/10.3389/fbioe.2023.1033590

短跑速度的影响在前交叉韧带和膝在回避削减负荷

Jeheon月球 ¹

Dohoon古 ²

Sungmin金 ³

悉达多Bikram Panday ^4、5*

¹体育教育系、韩国国立大学教育,来自韩国忠北,韩国
²运动处方,全州大学,全北,韩国
³学校体育学院、韩国国立大学教育,来自韩国忠北,韩国
⁴汉阳大学体育系,首尔,韩国
⁵艺术和Sportainment,汉阳大学,首尔,韩国

这项研究的目的是探讨提高短跑速度的影响在前交叉韧带(ACL)负载,膝关节加载和激活股使用肌肉骨骼肌肉建模方法。十四中学男运动员招募(年龄:17.4±0.7年,身高:1.75±0.04米,体重:73.3±8.94公斤),右脚主导和身体活动水平的每天大约3 - 4小时。运动学、动力学和co-contraction指数(CCI)这两股和右腿屈肌的肌肉。前交叉韧带负荷估计使用肌肉骨骼建模方法。结果,观察前交叉韧带负荷(p< 0.017)增加回避切削速度增加,导致越来越多的引用(p< 0.017)和内部旋转膝关节的时刻。这是明显高于冲刺时类似的速度。co-contraction指数的结果,代表平衡股伸肌和屈肌肌肉的激活,显示以提高短跑速度衰减的趋势在回避削减(p< 0.017),而没有观察到显著差异在不同的运行时冲刺条件。因此,我们假设因素,如膝关节剪切力,延长着陆姿势与短跑速度增加,内部旋转力矩和股骨肌肉活动不平衡影响前交叉韧带负荷的增加在回避削减策略。

1介绍

前交叉韧带(ACL)损伤经常发生在膝关节受到高负荷在整个身体突然改变速度(Pflum et al ., 2004;Kernozek Ragan 2008;奥康纳et al ., 2009;劳克林et al ., 2011)如停止跳(林et al ., 2009)或回避削减(麦克莱恩et al ., 2004;波拉德et al ., 2005;麦克莱恩et al ., 2008)。各种生物力学方法已经用来推测ACL损伤的机制的定量变化运动学,动力学,和肌肉活动(Weinhandl et al ., 2010;Weinhandl et al ., 2011)。研究报告ACL损伤发生在着陆的膝盖细长绑架位置(奥尔森et al ., 2004;Krosshaug et al ., 2005)。尤其是膝盖关节角的范围9°∼27°后影响地上跳跃和膝盖的高度据报道大大增加ACL损伤的风险(奥尔森et al ., 2005)。此外,剪切力的变化和内部的旋转膝关节ACL负载影响远远大于外部旋转的膝盖(Markolf et al ., 1995)。

股肌肉活动的参与应该强调为了更好地理解ACL损伤机制。同时当格斗和敌对的肌肉收缩,这被称为“肌肉co-contraction”(凯利斯et al ., 2003)。赫德辛德。马克勒和(2007)观察到高对抗性肌肉co-contraction可以表现出一个膝盖加强战略和改善膝关节的稳定性。强势股四头肌收缩增加ACL负载和也与地面反作用力(平)。此外,膝盖是扩展时,耦合力矩作用于后关节,增加ACL损伤的风险弗莱明et al ., 2001;DeMorat et al ., 2004)。博登et al。(2000)报道称,co-contraction股四头肌和股二头肌(BF)减少ACL应变。Khandha et al。(2019),相反,认为长时间高肌肉co-contraction可能导致关节负荷,影响膝关节软骨的完整性。此外,一些研究表明pre-activation着陆前的股四头肌和股四头肌和股二头肌的co-contraction可能帮助防止ACL负载增加(休伊特et al ., 2005;Kernozek Ragan 2008;Hashemi et al ., 2010)。

研究调查了ACL损伤因素导致在回避削减机动进行了不断的冲刺速度(麦克莱恩et al ., 2004;奥康纳et al ., 2009;Weinhandl et al ., 2013)。ACL加载已报告发生的矢状面剪切力(即之间的复杂的相互作用。、股四头肌肌腱和胫股的)和额叶和横向平面膝盖的时刻(Bedo et al ., 2021;Weinhandl et al ., 2013)。重要的是,先前的研究结果表明,未预料到的运动如回避切断前交叉韧带负荷增加。虽然大多数的非接触式运动场景中ACL损伤是由于过度的压力或负载膝关节来向你们展示重量过程中,很少有人注意到(即运行速度和来向你们展示重量的影响情况。,回避削减)ACL损伤。根据奥尔森et al。(2004),当运行在高速度(5 - 8 m / s),增加了ACL加载矢状面增加受伤的脆弱性。ACL负载的增加归因于增加峰值后平击,膝盖扩展的时刻,和刚度,以及减少膝关节屈曲运动范围(Yu和加勒特2007;林et al ., 2009;泰勒et al ., 2011;戴et al ., 2012;泰勒et al ., 2013)。

因此,这项研究的目的是调查是否提高短跑速度(3 m / s, 4米/秒,或5 m / s)对ACL负载影响,膝关节负荷和股骨肌肉co-activation使用肌肉骨骼建模技术。我们假设1)运行速度的增加会增加膝关节角在所有三个方向,2)运行速度的增加会增加ACL负载,和3)的增加速度将减少co-contraction指数。

2材料和方法

2.1参与者

这项研究包括14个高中男运动员(年龄:17.4±0.7年,身高:1.75±0.04米,体重:73.3±8.94公斤)。所有的人球主导和参与各种体育活动每天平均3 - 4 h。所有的受试者的历史在前6个月发病率或肌肉骨骼损伤。所有个人自愿参加实验,给他们的同意后阅读研究指令和签署了同意书。首尔国立大学的机构审查委员会批准(IRB号码:1511/022 - 001)的研究,以确保它遵守赫尔辛基宣言(1975年,1983年修订)的道德原则。

2.2设备

19红外摄像机(Oqus 7 +,哥德堡,瑞典)和一个力板(Kistler 9287型英航,温特图尔,瑞士)被用来测量运动数据和天然气采收率。肌肉活动是衡量使用无线肌电图(EMG)系统(Noraxon DTS,斯科茨代尔,阿兹,美国)。三个测量系统同步,同步数据的集合被送到主计算机。采样率为200 Hz的运动数据,平在2000赫兹,和肌电图在1500赫兹。

2.3实验过程

实验的参与者提供一套服装和鞋子由实验者。之前主要的实验中,参与者进行热身练习15分钟。之后,他们的皮肤刮一个酒精垫清洁皮肤,减少皮肤的阻抗。一次性dual-electrodes (Noraxon TM,斯科茨代尔,亚利桑那州)也在五肌肉的腹部网站(Hermens et al ., 1999)正确的下肢,包括股直肌、股内侧肌、股外侧肌,屈肌如股二头肌和半腱肌。电极被进一步保护胶棉胶带最小化在工件运动的任务。然后,我们测量了手动等距最大随意收缩(MVC)分别测试两种和屈肌与康拉德(描述的方法康拉德2005)。MVC测试股直肌、股内侧肌、股外侧肌,参与者被要求做一个单腿的膝盖扩展的坐姿腿绑在椅子上,膝盖弯曲从90°- 70°。MVC的屈肌测试中,参与者躺在卧姿与臀部牢牢的系带,进行单方面在20 - 30°膝盖弯曲。在两个测试中,参与者被要求缓慢增加力量,直到他们达到了最大3 - 5秒后,保持至少5 s,迅速和放松。在MVC测试中,实验者口头鼓励参与者执行最大。对于每个肌肉群,MVC试验重复三次,每次重复之后(休息了(卢瑟福et al ., 2011)。每一块肌肉的MVC值站点从三个试验平均,后来用于EMG正常化。MVC测试后,参与者有10 - 15分钟的复苏。然后我们在球形被动反光标记(直径12.7毫米)在解剖学上骨性标志定义关节和段(Cappozzo et al ., 1997;吴et al ., 2002;吴et al ., 2005;柯林斯et al ., 2009)。13-segment运动学模型,包括头部,躯干,骨盆,和双边上臂,较低的手臂,大腿,小腿和脚。

主要实验包括两个短跑类型,即,年代我destep cutting and straight running at three constrained sprinting velocities (3 m/s, 4 m/s, and 5 m/s) (麦克莱恩et al ., 2004;Weinhandl et al ., 2013;徐et al ., 2018)。我们监控参与者的短跑速度使用两个时机盖茨(诙谐Microgate,博尔扎诺,意大利),衡量平均通过时间。时机盖茨安装每隔2.5米力板(前图1)。考虑到性能的变化,我们收集的数据只有成功的试验,在±5%速度的条件。参与者在回避削减和连续运行条件跑共有10米,需要工厂自己的右脚力板。他们被要求保持一个恒定的速度在整个运行和有足够的时间为每个条件和实践运行类型。启动之前的实验中,参与者被告知每个试验所需的类型和速度。避开切削条件,参与者被要求改变其运行方向左边种植后的力板的右腿。避开切割的范围被设定为35°-55°左边的进行方向(唐纳利et al ., 2012;麦克莱恩et al ., 2004;麦克莱恩et al ., 2008;Weinhandl et al ., 2013)。连续的运行条件下,参与者被指示植物的右脚在相同的位置和运行直接没有任何减速(Weinhandl et al ., 2013)。条件的顺序是随机使用MATLAB的随机数字生成器函数(版本2016 b, MathWorks公司,美国)。每个参与者执行5为每个条件试验,每个试验之间3分钟休息了。因此,总共30试验收集(速度5试验×3×2运行类型)。

图1

图1。实验过程。(一)避开切割技术进行了35°至55°左边的路径的旅行。短跑速度是由监控参与者的速度控制在2.5米范围内之前接触地面反作用力测量装置。(B, C)的两种运行状态进行研究。提取图像在使用开源模型中提供OpenSim(斯坦福大学、斯坦福、钙、美国)。

2.4数据分析

测量数据标记,提取与Visual3D C3D文件进行进一步的处理软件。对于运动学数据,样条插值10帧巴特沃斯和一个四阶低通滤波器的截止频率15赫兹应用(唐纳利et al ., 2012;Mudie et al ., 2017)。动力学数据过滤使用巴特沃斯四阶低通滤波器的截止频率20赫兹(Weinhandl et al ., 2013)。同样,生肌电图信号过滤使用巴特沃斯四阶高通滤波器的截止频率20赫兹(德卢卡et al ., 2010)。其次是全波整流,对进行了巴特沃斯四阶低通滤波器的截止频率15赫兹(劳克林et al ., 2011)。

2.4.1运动学和动力学数据分析

股骨上髁标记(丰et al ., 2020)和malleoli标记(吴et al ., 2002)被用来定义膝盖和脚踝关节中心,分别。三维膝关节角计算使用逆运动学算法。负值为弯曲、绑架和外部旋转被用来定义膝关节角度。膝关节力和力矩计算使用逆动力学算法。积极扩展值,内收和内部旋转被用来定义膝关节的时刻。的剪切力作用前后和medial-lateral方向被称为膝关节的力量。高峰值不同的参数计算的即时为每个试验种植,是由一个力在垂直方向(Fz)。对interparticipant可比性,体重是用于正常剪切力和体重和身高正常膝关节的时刻。

2.4.2 ACL建模

计算使用的ACL力量OpenSim肌肉骨骼仿真软件(3.3版本,斯坦福大学、斯坦福、钙、美国)。我们使用gait2354模型,并与23个自由度十二段,包括小腿和树干(景深)。包括54个肌肉,但是只有一个自由度(膝关节屈曲/扩展)(Delp et al ., 1990;安德森和1999打手心)。ACL载荷计算模型,该模型考虑了膝关节的弯曲/扩展,内收/绑架,内部/外部旋转和的最大等长力量膝关节周围的肌肉表演。结果,改进的模型是一个三自由度球形关节屈曲/扩展范围−120 + 10°,内收/绑架的+ 15−15°,和内部/外部旋转范围+ 30到45°(−冰斗和Quesada 2012;冰斗和Quesada 2013)。先前的研究被用来获取详细的ACL参数,如位置、长度、横截面和应变(科恩et al ., 2009;冰斗和Quesada 2012;冰斗和Quesada 2013)。

逆运动学和动力学计算参与者的静态站信息后进行数据修改ACL模型。繁殖后测量运动使用剩余减少算法,计算出的肌肉控制(CMC)是用于构造一组肌肉作用(Delp et al ., 1990;泰伦et al ., 2003;泰伦和安德森2006)。最后,ACL力计算使用希尔的模型,可以发现下面的公式(希尔1938年;冰斗和Quesada 2012;冰斗和Quesada 2013)。

f_{米}^{*} = [{一个}_{米}^{*} f_{l v} (l_{米}^{*}, 我_{米}^{*}) + f_{p 年代 v} (l_{米}^{*})] 因为 (α_{米}^{*})

在这里, ${一个}_{米}^{*}$ 指肌肉活动, $f_{l v}$ 指的是活跃力force-length-velocity曲线基于希尔的模型, $l_{米}^{*}$ 是肌肉的长度, $我_{米}^{*}$ 指在肌肉肌腱代理的速度方向, $f_{p 年代 v}$ 是被动的力量, ${一个}_{米}^{*}$ pennation角的肌肉。模型验证使用标准协议,剩余的力量的基本和CMC值被认为是。输出比较阈值在OpenSim软件用来评估模拟走路和跑步(李et al ., 2020)。

2.4.3 Co-contraction肌电图的指标

co-contraction指数(CCI)计算股两种(股直肌、股内侧肌、股外侧肌)和屈肌(股二头肌、半腱肌)肌肉与MVC正常化后测试。分析持续时间设置为100毫秒之前和之后,平峰。所有使用Matlab进行计算(R2009b、MathWorks公司,纳蒂克,妈,美国),下面的公式是用于执行计算(公园et al ., 2011)。

C C 我 = 1 - \frac{|米_{E x t e n 年代 o r}| - |米_{F l e x o r}|}{|米_{E x t e n 年代 o r}| + |F_{F l e x o r}|} = 2 \frac{|米_{F l e x o r}|}{|米_{E x t e n 年代 o r}| + |米_{F l e x o r}|}

2.5统计分析

Repeated-measured方差分析被用来探索主要结果变量的影响的两个因素,速度(3个层次:3、4、5 m / s)类型(2水平:直馏和cutting-run)。Mauchly球形测试来确认或拒绝球形的假设。Greenhouse-Geisser修正时使用了球形假设被拒绝了。的统计力量对比计算,所有计划比较,从池中权力结束0.7十四岁的参与者。为因果相比之下,配对t测试进行了进一步探索与Bonferroni三层速度的重要影响p值调整为多个比较(p< 0.0083而不是名义p< 0.05)。对所有统计测试,是水平的意义p0.05。

3的结果

3.1膝关节角

一般来说,膝盖弯曲角度和膝盖绑架角度与运行速度增加,而没有明显的影响运行速度的最大内部旋转膝关节(图2)(见补充文件详情)。膝盖弯曲角和膝盖绑架角,运行类型之间的显著差异(例如,直接和回避削减运行)只是观察到最高速度(即。,5 m / s),这表明一个更大的膝盖弯曲角连续运行期间比侧步切割。没有显著差异的膝盖内部运行的两个类型之间的旋转角度。这些发现支持了一个双向重复测量方差分析分别对膝关节屈曲角度,膝盖绑架角度,膝盖内部旋转角的因素类型(两个层次:避开切割和连续运行)速度(三个等级:3、4、5 m / s)。的主要影响速度(F_(2、24)= 31.46,p< 0.001)和类型(F_(1、12)= 5.49,p< 0.05)显著在膝盖弯曲角。因素的相互作用类型×速度是重要的在膝盖弯曲角和膝盖绑架角,这反映了一个事实,一个显著的影响类型在两个膝盖弯曲角和膝盖绑架角观察仅在5 m / s条件(p< 0.001的弯曲角度,p绑架角< 0.01)。一个因果比较膝关节屈曲角度显示膝关节屈曲角度的3 m / s < 5 m / s时避开切削条件(p< 0.017),膝盖弯曲角3和4 m / s < 5 m / s在连续运行条件(p< 0.017)。同样的,因果比较放膝盖上绑架角只显示膝关节绑架角3 m / s < 5 m / s时避开切削条件(p< 0.017),确认一个重要因素相互作用对膝盖弯曲角和膝盖绑架角。

图2

图2。计算变量的平均值和标准偏差在回避削减(灰色的)和连续运行(黄色的)。(A, B)峰膝关节屈曲角度,(C, D)峰膝盖绑架角。注:单位表达的度。膝盖扩展,内收和内部旋转是积极的。显著的差异速度用星号(*)(p< 0.05)。运行之间的显著差异类型为每个条件用散列(#)(p< 0.05)。

3.2 ACL力和膝盖的剪切力

ACL规范化体重(ACLF力量_规范)与运行速度增加回避削减和连续运行条件,和ACLF_规范在回避削减和连续运行条件相似的大小为3和4米/秒速度条件(图3)(见补充文件详情)。这些发现支持了双向重复测量方差分析的结果,证实了一个显著的主效应速度在ACLF_规范(F_(2、24)= 14.95,p< 0.001)与交互(一个重要因素F_(2、24)= 9.95,p< 0.01)。事后比较显示ACLF_规范在3 m / s < 4 m / s < 5 m / s避开切削条件(p< 0.017)和3 m / s < 4米/秒和5 m / s连续的运行条件(p< 0.017),证实了互动的一个重要因素。

图3

图3。ACL力的平均值和标准偏差(一)回避削减(灰色的),(B)连续运行(黄色的)。注:单位表达的牛顿。显著的差异速度用星号(*)(p< 0.05)。运行之间的显著差异类型为每个条件用散列(#)(p< 0.05)。

膝盖剪切力(KSF)归一化单个对象的体重(KSF_规范)与运行速度增加回避削减和连续运行条件(图4)(见补充文件详情)。此外,KSF_规范在4和5米/秒速度在避开大的切削条件比直接运行状态。一个双向与因素重复测量方差分析类型和速度证实了显著的主效应速度(F_(2、24)= 76.46,p< 0.001)与交互(一个重要因素F_(2、24)= 6.68,p< 0.01)。的因果比较显示KSF_规范在回避削减>直接运行在4和5 m / s条件(p< 0.017),而不是在3 m / s的条件。

图4

图4。期间膝盖剪切力的平均值和标准偏差(一)回避削减(灰色的),(B)连续运行(黄色的)。注:单位表达的牛顿。显著的差异速度用星号(*)(p< 0.05)。运行之间的显著差异类型为每个条件用散列(#)(p< 0.05)。

3.3膝关节力矩

规范化(克姆膝盖扩展的时刻_规范只在介质速度(即)增加。,4米/s) in the sidestep cutting condition, while no differences were observed in the straight running condition (图5 a, B)(见补充文件详情)。一个双向与因素重复测量方差分析类型和速度证实了显著的主效应类型(F_(1、12)= 44.83,p< 0.001)。的因果比较显示,克姆_规范在3 m / s < 4 m / s避开切削条件(p< 0.017),克姆_规范在回避削减>直接运行在3、4、5 m / s条件(p< 0.017)。

图5

图5。计算变量的平均值和标准偏差在回避削减(灰色的)和连续运行(黄色的)。(A, B)峰膝盖扩展的时刻,(C)峰膝盖绑架的时刻,(D)峰膝内收运动,(E, F)内部旋转的时刻。注:单位表达牛·米(Nm)。膝盖扩展,内收和内部旋转是积极的。显著的差异速度用星号(*)(p< 0.05)。运行之间的显著差异类型为每个条件用散列(#)(p< 0.05)。

规范化膝内收(KADM时刻_规范)增加回避切削条件的运行速度,而规范化的膝盖(KABM绑架的时刻_规范)只有在最高速度(即增加。5 m / s)连续运行(图5 c, D)(见补充文件详情)。这些发现支持了双向重复测量方差分析,结果证实了主要的重要的影响类型在KADM_规范(F_(1、12)= 168.76,p< 0.001)和速度在KADM_规范(F_(2、24)= 18.97,p< 0.001)与交互(一个重要因素F_(2、24)= 38.89,p< 0.001)。的因果比较显示KADM_规范在3 m / s < 4 m / s < 5 m / s避开切削条件(p< 0.017),KABM_规范在3和4 m / s < 5 m / s连续的运行条件(p< 0.017),证实了互动的一个重要因素。

在连续运行条件下,规范化的内部旋转(KIRM时刻_规范)与运行速度增加,而没有明确KIRM观察运行速度的影响_规范在回避切削条件(图5 e, F)(见补充文件详情)。双向重复测量方差分析结果显示主要的影响速度和类型没有统计学意义,但KIRM因素的相互作用是重要的_规范(F_(2、24)= 21.28,p< 0.001)。事后比较显示KIRM_规范在3和4 m / s < 5 m / s连续的运行条件(p< 0.017)。

3.4 Co-contraction指数(CCI)

CCI的屈肌和股两种肌肉在回避削减与运行速度降低,虽然没有明确的运行速度是直接观察到的运行效果(图6)(见补充文件详情)。同时,CCI 4和5米/秒速度在避开大的切削条件比直接运行状态。一个双向与因素重复测量方差分析类型和速度主要确认的重大的影响类型(F_(1、12)= 10.24,p< 0.01)和速度(F_(2、24)= 14.85,p< 0.001)与交互(一个重要因素F_(2、24)= 19.86,p< 0.001)。历史数据比较显示,CCI在3 m / s < 4和5 m / s避开切削条件(p< 0.017),而期间CCI回避削减<连续运行观察和统计意义只在5 m / s条件(p< 0.017),但不是在3和5 m / s。

图6

图6。期间co-contraction指数的平均值和标准偏差(一)回避削减(灰色的),(B)连续运行(黄色的)。注意:之间的显著差异速度用星号(*)(p< 0.05)。运行之间的显著差异类型为每个条件用散列(#)(p< 0.05)。

4讨论

这项研究的目的是探讨提高短跑速度的影响在ACL负载,膝盖运动学,CCI,我们雇了一个肌肉骨骼建模方法。我们的研究结果表明,运行速度的增加在回避切削条件增加膝盖绑架角度、连续的增长速度在运行时增加膝关节屈曲角度。按照我们最初的假设,ACLF_规范,KSF_规范,克姆_规范,KADM_规范,CCI与运行速度增加,正如预测的那样,在避开切削条件和高值比直接运行状态。KIRM_规范,另一方面,没有显示出不同的运行速度或类型。

4.1 ACL加载和运行速度的变化机理和类型

ACL的振幅已知负载受到膝盖弯曲,与最大负载时发现膝盖弯曲超过30°(DeMorat et al ., 2004;加布里埃尔et al ., 2004)。的尸体的调查Gabriel et al。(2004)证实,这显示,ACL载荷的峰值大小约为120 N 15°-20°的膝盖弯曲。膝盖弯曲的角度在ACL的最大级负载也在同一个范围是当前研究的结果。膝关节屈曲角度的增加而提高运行速度,期间恰逢ACL加载力的增加回避削减和连续运行。最高的ACL加载力检测切割运行期间(5 m / s),尽管相当大程度的膝盖弯曲时观察到的连续运行,有较低的ACL加载比回避切削力。这表明膝盖弯曲并不是唯一评估时要考虑元素ACL损伤的风险(即。ACL加载力)。运行与切割(快速定向转变)以更快的速度可能更具破坏性的ACL损伤,如图所示,加载力更大。观察到的结果与ACL损伤的一般假设相一致的水平的ACL加载运行速度和类型的函数。除了膝盖弯曲运动学,膝盖绑架/内收运动学不同在这项研究中使用的两种运行。膝盖是加合物在连续运行和被绑架的速度增加。即使在回避削减,膝盖是加合物以较慢的速度。

在这项研究中进行的Markolf et al。(1995)应用100 N剪切力的胫骨而不同膝盖弯曲(−)/扩展(+)−10°、90°之间的角度。研究发现,膝盖绑架和内部旋转时刻ACL的增加负荷的主要因素。而另一个女性的研究发现膝盖绑架15°-20°角在回避削减和着陆麦克莱恩et al ., 2004;奥尔森et al ., 2004)。突然的定向变化或减速进行时,分析真正的视频匹配显示外部内部胫骨旋转(博登et al ., 2000)。这种情况可以被称为运动行为经常发生在运动员在竞争比赛。然而,个人在我们的研究中能够提前预测回避切割的方向,导致方向切换在一个国家,我的膝盖内部的旋转角度。

4.2运行速度和类型对ACL负载的影响

使用我们的肌肉骨骼模型,我们演示了运行的影响速度(即。,the greater the running velocity, the greater the ACL loading force) and类型在估计最大ACL在回避削减负荷。先前的研究已经表明ACL最大负荷681 N时避开降低运行速度的4.5 - -5.0 m / s,它类似于我们的发现(Kernozek Ragan 2008;Weinhandl et al ., 2013)。我们的调查相比,膝关节力矩的结果Weinhandl et al ., (2013)显著降低。虽然运动不同,当执行一个双腿着陆任务的高度50厘米,ACL加载被报道为1150 N和1136 N的左边的一项研究冰斗和Quesada (2012)用一个类似的生物力学模型作为我们的工作。此外,ACL负载估计使用这种肌肉骨骼模型更有可能是真的,考虑到大约2000 N (ACL损伤阈值Stapleton et al ., 1998)。

以前,研究表明ACL负载受到膝盖剪切力作用于膝关节内收和内部时刻以及股四头肌的收缩(Markolfet。1995;福田et al ., 2003;DeMorat et al ., 2004)。然而,有冲突的观点关于外部旋转力矩的影响在上升在ACL负载(Markolfet。1995;弗莱明et al ., 2001)。同样,一些调查表明,2000 N的力或更高时,剪切力引起ACL损伤(Shin et al ., 2007;麦克莱恩et al ., 2008)。膝盖剪切力在5 m / s是最大的在我们的研究中,为864.2±204.7 N (1.156±0.241 N / BW)避开切削条件,但却远低于2000 N在其他调查报告。此外,我们的研究结果是一致的结果麦克莱恩et al ., 2004,他们得出的结论是,剪切力作用于膝关节不能自己造成的伤害。

膝关节内收的时刻已经与先前的研究作为一个因素影响ACL加载(Markolfet。1995;福田et al ., 2003;麦克莱恩et al ., 2004;麦克莱恩et al ., 2008)。此外,当执行一个回避切割,膝盖的内收的时刻是大于绑架的时刻(Weinhandl et al ., 2013)。此外,先前的研究已经表明,内部的旋转力矩膝关节ACL是一个重要的因素在增加负载(Markolfet。1995;Shin et al ., 2009)。Markolfet al, (1995)使用剪切力100 N和10 Nm的时刻以一个恒定的膝盖角度(从5°- 90°弯曲)观察ACL压力的变化。结果,ACL的剪切力和内部旋转力矩是大约180 N膝关节弯曲15°时,近2.6倍负荷的剪切力和外部旋转70 N .然而,时刻在这个调查,内部旋转力矩ACL最大负载在回避削减通过提高运行速度的影响最大,但在5 m / s连续运行。这些发现表明,在这项研究中可以执行的任务提前预测,从而缩短时间在横向平面(Weinhandl et al ., 2013)。此外,需要进一步的研究来确定内部旋转的时刻(程度的损伤阈值麦克莱恩et al ., 2004)。

4.3影响运行速度和类型的股骨肌肉

另一个因素被证明影响ACL负载在膝关节股四头肌和股二头肌肌肉收缩。以往的研究表明,过度的股四头肌肌肉收缩导致胫骨向前位移,从而增加ACL负载(Markolfet。1995;弗莱明et al ., 2001;DeMorat et al ., 2004)。此外,据报道,如果股骨肌肉不平衡,他们变得不那么动员或疲劳,导致肌肉收缩延迟时间,从而增加了ACL负载(博登et al ., 2000;休伊特et al ., 2005)。然而,西蒙森et al。(2000)假设的股二头肌的影响将是微乎其微的ACL减负荷过程中回避削减自股二头肌肌肉活动的低水平(MVC)的34% - -39%。此外,CCI的伸肌和屈肌肌肉在回避削减5 m / s为0.244±0.107%,被发现是统计不到3米/秒的CCI条件。运行速度增加时,股直肌的肌肉活动的比率,股内侧肌、股外侧肌(伸肌的肌肉)增加。而屈肌的股二头肌和半腱肌肌肉激活率观察相对较低,被认为是增加受伤的风险。

5的结论

本研究的目的是确定提高短跑速度的影响在ACL负载,膝盖运动学,CCI,这是通过使用肌肉骨骼模型。因此,剪切力,延长着陆姿态与运行速度增加,股骨肌肉不平衡活动影响了ACL在回避削减负荷。我们建议,以弥补在下肢肌肉失衡和增加负载增加回避切削速度,它将有利于加强腿部肌肉,专注于膝盖弯曲在着陆。

数据可用性声明

原始数据支持了本文的结论将由作者提供,没有过度的预订。

道德声明

这些研究涉及人类受试者进行审核和批准通过JM,首尔国立大学。患者/参与者提供了他们的书面知情同意参与这项研究。

作者的贡献

概念化:JM和SP;数据管理:DK SK;正式的分析:JM DK;调查:JM, DK, SK;方法:JM, DK, SP;项目管理:JM和SP;资源:JM、SK、SP;软件:JM SK;监督:JM SK;验证:JM DK; Visualization: JM and SP; Writing—original draft: JM and SP; Writing—review and editing: JM and SP.

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。

补充材料

本文的补充材料在网上可以找到:https://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/fbioe.2023.1033590/full补充材料

引用

安德森,f . C。,和Pandy, M. G. (1999). A dynamic optimization solution for vertical jumping in three dimensions.第一版。生物力学生物医学方法。Eng。2,201 - 231。doi: 10.1080 / 10255849908907988