楼梯下降期间急性损伤的运动学胶带和踝关节稳定性 (KTAS-SD)

背景急性脚踝受伤（ATI）是运动员最常见的伤害之一，尤其是在足球，篮球和跑步等运动中。 研究表明，急性踝部受伤，尤其是在高强度运动过程中受到的急性损伤，与运动员长期功能不稳的风险增加有关。 Maresh审查了踝韧带损伤后可能导致的功能不稳定，并强调了早期干预和有效修复急性踝关节受伤的重要性。 生物力学研究进一步揭示了急性踝关节损伤对下肢动力学稳定性的影响。 急性踝关节损伤可能会影响踝关节及其相邻关节的运动模式（膝盖，髋关节），从而导致运动过程中稳定性降低，并增加了其他伤害的风险。 此外，Wang等人。研究了膝关节的生物力学，并提出了在运动过程中共同工作的关节的想法，这对于理解急性踝关节损伤也具有重要意义。 为了最大程度地减少急性踝部受伤的风险，威尔森进行了系统的审查，强调了几种预防策略。 其中包括运动员使用脚踝牙套，仔细选择适当的运动鞋类以及培训计划的优化。 这些措施共同旨在有效防止和减少此类伤害的发生率。 因此，探索理论和实际意义很重要，以探索如何通过有效手段，减少运动损伤的风险并改善身体稳定性来提高踝关节的稳定性。

在探索运动学特征，动力学机制和急性踝关节损伤患者的关节僵硬变化的许多实验研究出版物中，多项研究探索了不同因素对踝关节稳定性的影响。 研究表明，踝关节屈曲与扩展角度的变化与步态效率和稳定性之间存在密切的关系。 Wang等。将他们的研究视角集中在阶梯宽度对膝关节生物力学特性的影响上，并强调脚踝关节和膝关节之间的协同作用在维持整体稳定性方面起着必不可少的作用。 Protopapadaki等。在爬升和下降楼梯行走过程中，对屈曲 - 伸缩角和脚踝关节的力矩的变化进行了全面分析。 他们强调，在下降楼梯作用过程中，更大的脚踝屈曲角可能会显着提高踝关节损伤的风险。 Riener等人的研究。降级楼梯时，集中在膝关节的最大屈曲角上，发现膝关节的角度变化，运动范围和由踝关节承受的负载之间存在显着相关性。 诺瓦克（Novak）和布鲁维尔（Brouwer）分析了在上升和下降楼梯的过程中联合力矩的波动，表明老年人的踝关节负荷增加可能会导致受伤的风险。 The study by Gill et al.进一步探讨了躯干张力与姿势平衡之间的内在联系，强调了躯干和下肢之间协调在保持踝关节稳定性方面的重要作用。 Major等。研究了假肢刚度对步态和肌肉功能的影响，并指出类似的刚度变化也可能对健康个体的踝关节稳定性产生深远的影响。

运动机能学录音（K-Taping）是一种在运动医学和康复治疗中常用的技术，近年来在世界范围内广泛使用。 通过其独特的弹性材料设计和拟合技术，K-Taping在不限制关节运动的情况下为肌肉和关节提供了额外的支持和保护，从而增强了肌肉收缩，改善耐力，减轻震颤和疼痛，并最终改善关节稳定性。 但是，尽管越来越多地用于运动医学领域，但其对特定关节（例如踝关节）的稳定性和运动效率的特定影响仍然需要进一步的深入分析。 Biz等人的研究。揭示了taping k的积极影响对跑步活动期间踝关节运动范围的范围，从而有助于提高关节稳定性和整体运动表现。 Wikstrom等人的研究。强调了taping在调节急性踝关节损伤患者中的肌肉激活模式和关节力矩方面的重要作用，尤其是在控制脚踝纵向力矩方面。 在上升和下降楼梯的背景下，Paquette团队的研究表明，t-taping taping可以减少踝关节的负载，从而优化关节运动轨迹，从而降低受伤的风险。 Aytar等。进一步探讨了taping k对肌肉力和关节刚度的影响，发现它可以显着改善受伤区域中的肌肉力并增加关节刚度，从而提高患者的运动能力和稳定性。 埃利斯（Ellis）团队的研究揭示了taping k的独特作用在协调踝关节和膝关节的运动学模式中，有助于减轻脚踝关节的负担并改善整体运动协调。 Halseth等。进一步验证了taping在扩大踝关节运动范围和提高肌肉激活水平的范围内的积极作用，从而为患者康复提供了强有力的支持。 同时，Lee团队的研究观察到，K-Taping在改善踝关节稳定性和肌肉激活水平，尤其是动力学运动方面具有重要作用。 此外，Fayson等人的研究。还表明，taping k可以改善踝关节的关节刚度和肌肉力量，为急性踝关节损伤患者提供了一种有效的手段，以提高下肢稳定性并降低重伤的风险。

这项研究的目的是探索KT和ST对使用降级楼梯任务急性伤害患者的生物力学的影响。 投资者假设，通过肌肉内补丁的干预，将加强t-ktaping患者的脚踝关节的稳定性，这将有助于增强踝关节的稳定性，从而更好地在下降的脚步降落过程中更好地保​​持平衡。

方法该研究使用随机的跨界设计来研究肌肉效率斑块的生物力学作用，同时走下山楼梯。 这项研究参与了27名急性脚踝受伤的受试者。 受试者参与了两组干预条件：KT实验组（运动式运动胶带）和ST对照组（无动胶带），每种条件都有三个单独的降级楼梯测试。 将急性伤害受试者在降级楼梯任务中的生物力学表现与ST组的重点是下肢运动稳定性和步态分析，影响力等。 一个带有八台相机的Vicon运动捕获系统与AMTI Force平台集成在一起，以同时收集生物力学数据。 这些数据包括参考文献中记录的受影响肢体的体重前，中距离和推断阶段期间的关节角度，力矩和功率。 此外，如参考文献所述，采用了来自美国马萨诸塞州波士顿的延迟肌电图（EMG）设备来评估肌肉激活模式。

这项研究的参与者使用G*Power（版本：3.1.9.7;HenryDüsseldorfUniversity，Düsseldorf，Germany）软件进行了先验疗效分析，以确定实验设计所需的样本量。 研究结果表明，必须最小样本量为27名参与者才能达到0.50的中等效应大小。 通过完成AOFAS（美国骨医学脚和脚踝协会）脚踝 - 脚部量表以及VAS量表，选择了27名宁波大学急性脚踝受伤的受试者（年龄：18.30±25.80） 年;身高：162.45±185.14 厘米;重量：60.20±85.05 公斤）。 根据以下标准选择参与者：受试者至少经历了脚踝关节的急性扭伤。 那些在日常活动或运动中出现疼痛和不稳定症状的人。 没有其他严重的疾病会影响下肢的功能（例如关节炎，严重的膝盖病变等）。 AOFAS <80点和受影响的侧的VAS≤3。 伤害的发作通常限制为7天，以确保其处于急性期。 在研究期间，参与者保持稳定的日常活动。 排除标准：脚踝严重的结构损伤或手术病史（例如韧带重建手术，关节镜手术等）。 神经肌肉疾病或怀孕期间的女性。 对肌肉补丁材料或皮肤病病史过敏。 在过去6个月内，与脚踝相关的手术或康复。 在启动数据收集之前，所有参与者均提供了书面知情同意。 此外，该研究获得了宁波大学伦理委员会的道德批准，以确保该研究遵守最高的道德标准（批准编号：TY2025004）。

数据收集程序所有实验测试均在大健康研究所的运动生物力学实验室中进行，该研究所位于中国宁波大学的宁波大学。 该实验室配备了复杂的维康运动捕获系统（牛津指标有限公司，牛津，英国）。 这个最先进的系统结合了八台高精度摄像机，这些相机被用来准确记录三维运动数据，因为参与者参与了下降楼梯的活动。 VICON运动捕获系统的采样频率（牛津指标有限公司，牛津，英国）配置为200 Hz，并且在每次测试之前进行了精心的校准，以确保对关节运动学和运动的精确测量。 校准包括在捕获区域内的预定义位置定位反射标记，并调整相机以获得最佳对齐和准确性。 在每个数据收集会话开始时重复此过程，以保持测量的一致性。 该部队平台来自美国马萨诸塞州沃特敦的Amti，配置了1000 Hz的采样频率。 故意选择了这种特定的频率设置，以确保参与者下楼时对地面反作用力的精确记录。 通过这种高采样率，可以准确捕获和分析在楼梯下降过程中施加的任何细微变化和动态变化。 这两个系统精确地同步以确保无缝数据收集。 根据特定标准确定楼梯下降期间的初始接触点。 当垂直地面反应力注册一个超过10 nm的值时，它被鉴定出来。 这种识别初始接触点的标准化方法允许进行一致，准确的数据分析，从而更深入地了解楼梯下降中涉及的生物力学过程。 还按照制造商的说明进行了每次测试之前对AMTI力平台进行校准，该说明涉及应用已知负载以验证和调整力输出以进行准确读取。

所有参与者都穿着标准化的紧身衣服，并保持赤脚，以确保用于运动捕获的身体标记的可见性。 记录了人体测量值，包括身高，体重和腿长。 在Opensim步态2392模型之后，总共将38个标记（直径为14 mm）放在下肢和躯干上。 Reflective markers were placed on specific anatomical landmarks, The placement of EMG sensors adhered to the SENIAM guidelines, with eight sensors positioned on the muscle groups of the soleus, medial and lateral gastrocnemius, tibialis anterior, rectus femoris, and medial and lateral vastus muscles, The EMG system, used to capture muscle activation data, underwent calibration using standardized protocols, which包括验证传感器信号准确性并优化系统以最大程度地减少噪声并确保一致的数据采集。 为了提高信号质量，进行了皮肤制备技术，例如剃须和清洁凝胶的应用。 在先前的研究中，已验证了EMG系统在锻炼过程中记录肌肉活动的可靠性。

将VICON运动捕获系统，AMTI力平台和EMG系统同步以实现集成数据采集。 在开始实验之前，进行了静态校准程序，以支持随后的Manikins创建。 首先将参与者引入实验条件和程序。 在静态数据收集过程中，参与者站在力平台上，脚平行于Y轴对齐，手臂与侧面45°角伸展，并凝视向前固定。 维护该姿势，直到静态数据收集完成为止。 使用了美国加利福尼亚州的RANCHO LOS AMIGOS（RLA）医疗中心的RLA步态分析方法。

在这项研究中，将5厘米宽的运动型（Kinesio®TexGoldTM）应用于参与者，这些运动员的特征是可以将其延伸到其原始长度的140％。 按照Jackson等人概述的方法，采用了K-Taping技术。 该实验使用随机分组和跨界设计将受试者分为KT组和ST组。 KT组使用KT-Taping（将四个磁带应用于脚（将脚保持在90度的背屈中）以提供支撑和稳定性。 第一胶固定在脚后跟骨下方的中点，两端都施加了20％的张力，以延伸脚后跟和距骨的侧面，并在胫骨前肌肉上稍微旋转，以最大程度地减少左右脚踝旋转。第二胶在侧面的50％张力上横向施加到外侧脚跟骨上，将脚跟延伸至内侧第一骨骨，以限制脚部旋转。第三个胶带再次以50％的张力施加到内侧距骨上，缠绕在脚后跟上，并包裹在内侧的第一骨骨上，以限制脚部旋转。

第三条胶带也处于50％的张力，始于内侧距骨，在脚后跟和第四和第五个meta骨上缠绕，以进一步增强足底稳定性。第四个胶带是从海导骨锚定的，将足底脚缠绕到20％的张力下的楔形骨骨，然后在跟腱周围增加至80％的张力，以将其固定在侧脚踝上，最终以50％的紧张延伸，以覆盖第一个和第二个Metatars骨头和第二个区域周围围绕整个区域。 （这种应用贴片的方法适用于通过张力和方向控制的精确分布来完全限制脚的旋转和转弯，同时又可以加强脚踝关节的稳定性和脚部的鞋底，并且在ST组中，仅使用肌肉斑块，并且仅执行例行测试。 实验任务是在四步楼梯上进行的降级阶梯测试（每个步骤的长度为300毫米，宽度为900毫米，高度为170毫米），并要求受试者完成在每个实验条件下用自然步态下降20次楼梯20次的任务。 所有受试者都必须赤脚。 该测试分为两种条件，即KT组和ST组，条件之间的断裂为5至10分钟，以避免疲劳干扰。 在实验过程中记录了运动学数据，降级时间和步态稳定性，并收集了主观的感知。 在实验结束时，除去肌肉斑块，清洁贴片位点，并组织了数据并备份，以提供后续分析的基础。 在整个实验过程中，确保受试者的安全性避免事故。

为了收集生物力学数据并确保受试者准确地完成降级楼梯任务，该研究将首先安排受试者进行标准化的热身，以确保下肢肌肉充分激活。 在开始测试之前，受试者通过练习和标记楼梯上的明确的开始和终点，以确保每个测试的速度一致，从而使自己熟悉下降的楼梯操纵。 使用高精度运动捕获系统和力平台收集每个测试的数据，主要涉及膝盖和踝关节角，EMG信号和关节力的变化。 如果受试者未能完成运动或运动没有标准化，则将其视为失败，并且在数据分析中未计算。

高速双层荧光荧光成像系统高速双翼荧光荧光成像系统（DFIS）包括运动透视系统和数据分辨率系统。 前者由两个高压发射器和光源组成，两个带有荧光接收器和增强器的可移动机器人臂以及两个高速相机。 2个高压发射器和接收器之间的距离为132.2 厘米和128.6厘米，图像接收器之间的角度为119.6°；拍摄参数设置为如下：电压为60 kV，电流为63 mA，射击频率为100 Hz，曝光速度为1/1000 s，图像分辨率为1024 * 1024像素。

XMALAB生成的环境校准文件被导入Rhinoceros软件，以进行进一步处理。 它的建模模块用于重建射击空间并恢复虚拟空间中两对荧光发射器和图像接收器的相对位置。同时，进口了被畸变的脚和踝关节X射线图像以及胫骨，距骨和跟骨的3D模型。 The coordinate systems of the tibia, talus and heel were established according to previous standards, and the tibial-posterior, lateral-medial and superior-inferior directions corresponded to the x-axis, y-axis and z-axis, respectively, whereas plantar/dorsiflexion, inversion/eversion, and internal/external rotation were defined as the motion around the tibial-posterior, lateral-medial and superior-inferior轴分别。 然后将导入的骨骼模型旋转并在由Rhinoceros软件重建的3D空间中翻译，直到每个框架中的骨骼投影都匹配荧光镜图像中的骨骼轮廓为止。

The 6DOF data of the superior talar joint (talus versus tibia) and the inferior talar joint (heel versus talus) were calculated using the Coordinate System Calculation Plug-in Rhinoceros, which includes kinematic data in three translational (tibial-posterior, lateral-medial and superior-inferior) and three rotational (plantar/dorsiflexion, inversion/eversion, and internal/external rotation) directions. 正值代表距离距离胫骨相对于胫骨的外部，向前和向上的翻译（相对于距骨的脚跟）以及背屈，反转和内部旋转；负值表示向内，向后和向下的翻译，以及plantarflexion，EverSion和外部旋转。

从VICON收集的运动学和动力学数据被导出到C3D文件格式，然后转换为坐标系，低通滤波，数据提取并格式化用于运动学和地面反应力（GRF）数据，使用Matlab（Mathworks，Mathworks，Massachusetts，Massachusetts，USA）。 使用MATLAB将C3D文件转换为TRC和MOT文件格式，然后进口到Opensim（Stanford University，Stanford University，Stanford，CA，美国，美国），以计算生物力学参数。 使用具有23度自由度和92个肌肉执行器的模型进行肌肉骨骼模拟。 OpenSim的缩放工具通过调整通用模型以与单个身体尺寸保持一致，从而使创建主题特定的肌肉骨骼模型。 这些缩放调整应用于段长度，段惯性特性和肌肉附着点。 对肌肉起源和插入点以及肌肉矩臂量身定制，以匹配每个参与者的肢体尺寸。 在模拟过程中，将额叶和侧面的剩余力矩最小化。 逆运动学工具使用加权最小二乘优化来计算关节角度，从而减少了模型生成和实验标记位置之间的差异。 逆动力学工具计算了每个自由度的关节矩，并通过将角速度乘以每个时间步骤的关节力矩来确定关节功率。

使用静态优化算法来估计肌肉激活和肌肉力，并将结果与​​实验期间记录的表面EMG活性进行了比较，以验证模型。 通过对先前研究的数据子集进行剩余分析来优化信噪比。 运动和动力学数据分别使用四阶零滞后Butterworth低通滤波器过滤，截止频率分别为12和20 Hz。 通过在10-400 Hz的频率范围内，通过带通滤波的带通滤波来预处理表面EMG信号。 接下来是全波整流和低通滤波，截止频率为6 Hz。 另外，通过将EMG振幅除以最大根平方（RMS）幅度来将EMG信号归一化。 使用最大自愿收缩（MVC）进一步将信号归一化，以确定每种肌肉的激活水平。 将EMG传感器记录的肌肉激活结果与肌肉骨骼模型模拟的肌肉激活结果进行了比较，以评估模型的有效性和准确性。

使用特定方程式和Opensim中的插件提高了模型精度。 使用逆运动学算法计算关节角度，而使用反向动力学算法确定关节矩。 还应用了残留的还原算法来解决模型中的动力学不一致。 逆运动学工具通过采用加权最小二乘方法来最大程度地减少模型预测和实验标记位置之间的差异来优化关节角度计算。 计算模型中每个自由度的关节力矩，然后将关节功率计算为在每个时间点的角速度和关节矩的乘积。

使用配对样品t检验（显着性水平为0.05，测试功率为0.80）和统计参数映射（SPM1D）分析了来自下楼梯试验的统计分析数据，以评估控制条件之间的差异。 使用Windows的SPS（版本25.0，SPSS Science Inc.，IL，IL，美国）处理和分析受试者的动力学，运动学，肌肉力量和骨位移。