6.1.2.1 參數(shù)定義和分析

本研究對著陸反跳動作的第一次主動著陸過程和被動著陸動作的著陸過程進行比較，將著陸過程分為觸地瞬間和緩沖期。其中，髖關(guān)節(jié)中心下降到最低點定義為緩沖期完成。運動學(xué)數(shù)據(jù)采用巴特沃斯二階雙向低通濾波器濾波，截止頻率為7Hz，并通過V3D軟件中的模型數(shù)據(jù)進行計算。選取指標(biāo)包括剛觸地時髖、膝、踝關(guān)節(jié)的角度（θ0）以及三關(guān)節(jié)角速度（ω0）。緩沖期，下肢三關(guān)節(jié)最小角度（θmin）、下肢三關(guān)節(jié)最小角速度（ωmin）、三關(guān)節(jié)角度變化量（Δθ）、下肢垂直長度變化量（ΔL）和下肢剛度（kleg）。其中，下肢剛度表達式為Fzmax/ΔL，其中Fzmax為垂直地面反作用力最大值。其中下肢關(guān)節(jié)角度定義如下（圖6-1）。采用雙因素（著陸×高度）重復(fù)測量方差分析觀察兩種下落動作的運動學(xué)參數(shù)，其中顯著性水平α設(shè)為0.05。

圖6-1 著陸時髖（θh）、膝（θk）、踝（θa）關(guān)節(jié)的角度定義

6.1.2.2 比較結(jié)果

如圖6-2所示，為一名典型受試者從45cm高度主動著陸和被動著陸時下肢三關(guān)節(jié)角度、角速度和下肢垂直長度變化趨勢圖。如表6-1所示，三種高度條件下落的觸地瞬間，主動著陸相比于被動著陸，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角顯著度減小，角速度明顯增大。緩沖期時，主動著陸時的髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的最小角度更小（P＜0.05），三種高度條件下，主動著陸時AL的膝關(guān)節(jié)的最小角速度更大，而膝關(guān)節(jié)在30cm和45cm高度著陸時最小角速度較大，呈現(xiàn)顯著性差異。同時，緩沖期，主動著陸時的髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度變化量顯著大于被動著陸時，踝關(guān)節(jié)僅在30cm主動著陸時明顯大于被動著陸時。同樣在主動著陸反跳情況下的下肢垂直長度變化量也顯著增加。主動著陸時下肢剛度均顯著小于被動著陸時（P＜0.05）。

圖6-2 從45cm高度主動著陸和被動著陸時下肢三關(guān)節(jié)角度、角速度和下肢垂直長度變化

6.1.2.3 不同著陸模式的運動學(xué)差異

在觸地瞬間，主動著陸時的髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的角度明顯小于被動著陸時相應(yīng)數(shù)值，而其角速度顯著大于被動著陸時的數(shù)值，下肢髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)在主動著陸時表現(xiàn)出更大的屈曲動作。在緩沖期，主動著陸也表現(xiàn)出了三關(guān)節(jié)角度變化量、下肢垂直長度變化量更多，且表現(xiàn)出更小的下肢剛度。

主動著陸的主要任務(wù)是在觸地瞬間通過主動屈膝屈髖進行緩沖，從而降低下肢各關(guān)節(jié)受到的沖擊力。在此過程中，膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)相對應(yīng)肌肉的做功增加，即表現(xiàn)為吸收更多的能量。由于更大角度的屈膝屈髖，使得緩沖階段需運動更長的距離，使得起跳獲得更大的能量。Shultz等人[6]的主動著陸反跳實驗結(jié)果也證實了如上觀點，并認為主動著陸反跳吸收的能量可能是為隨后的起跳做準(zhǔn)備。被動著陸的主要任務(wù)是通過調(diào)節(jié)身體姿勢，進而維持姿勢穩(wěn)定性。由于人體姿勢控制的不足，可能無法像主動著陸反跳時迅速主動的屈膝屈髖，因此表現(xiàn)為更小的屈曲角度和角速度。從運動控制角度出發(fā)，人們在被動運動的情況下感覺輸入信號會進行重新組織，從而影響運動技能的表現(xiàn)。Santello等人[7]對比研究睜眼主動著陸和閉眼被動著陸動作中發(fā)現(xiàn)，主動著陸時下肢三關(guān)節(jié)的最大轉(zhuǎn)動角度顯著大于閉眼著陸。這與我們的發(fā)現(xiàn)也十分相似，即主動著陸時緩沖期三關(guān)節(jié)角度變化量顯著性大于被動著陸時。人體在下落過程中通過視覺可以判斷下落高度和下落時間，為觸地后控制關(guān)節(jié)運動做準(zhǔn)備。而這種預(yù)判，來源于生活中重復(fù)的下落運動[7]。盡管這種重復(fù)的動作可以彌補被動觸地情況下的控制，但是本體感覺和前庭功能并不能完全替代視覺采集的信息，這也就使得在被動著陸情況下，運動模式發(fā)生了重組。因此本實驗中由于受試者在被動著陸時，感覺系統(tǒng)輸入信號的改變，包括部分反饋時間的缺失，使得下肢通過主動或被動地調(diào)整相應(yīng)的運動學(xué)來維持受沖擊后的穩(wěn)定。

另一方面，被動著陸時較小的髖、膝關(guān)節(jié)屈曲角度和角速度，可以使得人體肌肉系統(tǒng)吸收的動能減少，但也因此增加了作用于身體其他組織的沖擊應(yīng)力?？梢姏_擊力的衰減和吸收，與運動學(xué)數(shù)據(jù)有很大的關(guān)系。這說明在主動著陸時，人體有意識的調(diào)整下肢著陸角度，及下肢三關(guān)節(jié)的角度變化量，尤其是起主要作用的髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)，為了更好的緩沖因著陸而產(chǎn)生并傳遞至人體的沖擊力。此外，主動著陸組的下肢剛度明顯小于被動著陸組。根據(jù)腿剛度的計算方法，其剛度大小與最大垂直力和小腿長度的垂直變化相關(guān)。在上述結(jié)果中，主動著陸時下肢垂直長度的變化顯著性大于被動著陸時，且主動著陸時的沖擊力峰值也顯著小于被動著陸時，這種差異與上文提到的運動學(xué)的變化相類似。然而，下肢剛度的增加會導(dǎo)致負載率的增加，進而會使下肢承受的沖擊更大，這些變量的增加會加大骨骼受損的風(fēng)險，如膝骨關(guān)節(jié)炎和骨裂等損傷。