女性不同運動項目和防守距離對側向跨步切入之膝關節負荷的影響

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(1)國立臺灣師範大學體育學系碩士學位論文. 女性不同運動項目和防守距離對側向跨步切入之膝關節負荷的影響. 研究生：李佳美指導教授：劉錦璋. 中華民國 101 年 1 月中華民國臺北市.

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(3) I. 女性不同運動項目和防守距離對側向跨步切入之膝關節負荷的影響研究生：李佳美指導教授：劉錦璋中華民國 101 年 1 月. 摘要女性運動員在足球和籃球運動中，為了擺脫防守如變換方向急停、切入等動作造成非接觸性的膝關節前十字韌帶傷害。本研究欲探討女性運動員在不同運動項目和防守距離的情況下，側向跨步切入的運動生物力學參數的變化情形。研究方法：收集女性大專甲組 10 位足球員和 10 位籃球員面對兩種距離防守員的側向跨步切入動作，使用 10 台 Vicon Motion System 紅外線攝影機（250Hz）和 1 塊 Kistler 測力板（1000Hz）收集支撐期資料，用 Visual 3D 計算下肢關節角度和膝關節力矩，統計以二因子混和設計變異數分析運動項目和防守距離間的差異。結果：不同運動項目之間的女性足球員相較於女性籃球員有較大的膝關節內旋角度峰值、髖關節外展角度峰值、踝關節外翻角度峰值，和較小的踝關節蹠屈角度峰值的動作，還有較大的膝關節外翻力矩峰值的負荷，但女性籃球員相較於女性足球員在膝關節外翻力矩峰值時有較大的膝關節外翻角度。且發現不同防守距離之間遠距離防守相較近距離防守有較大的膝關節外翻角度峰值，而女性足球員遠距離防守較近距離防守在膝關節外翻力矩峰值時有較大的膝關節內旋角度。結論：本研究女性足球員比籃球員的側向跨步切入動作的支撐期有較多的和無接觸前十字韌帶機制的動作和負荷，發現可能在運動項目之間有動作控制的特殊性。. 關鍵字：防守距離、女性運動員、側向跨步切入.

(4) II. Differences of Defense Distance Between Female Soccer and Basketball Athletes on the Knee Biomechanics During Sidestep Cutting Jan, 2012. Graduate Student: Li, Jia-Meei Advisor: Liu, Jin-Zhang. Abstract Noncontact anterior cruciate ligament (ACL) injuries often occur in women during cutting maneuvers to evade a defensive player, like side-step cutting. This study determined the differences of defense distance between female soccer and basketball athletes on the knee biomechanics during sidestep cutting. Methods: Ten female collegiate soccer players and ten basketball players performed sidestep cutting with two kinds of defense distances of a static defense opponent, while 10 Vicon motion system camera (250Hz) and one Kistler force plate (1000Hz) were recorded during the phase of side-step cutting. Using Visual 3D software, 3D joint angles and the knee moment were calculated. Peak values selected motion and force variables were submitted and a two-way (defense distances * sports) ANOVA. Results: Soccer players demonstrated a significantly greater peak knee internal-rotation angle, peak hip abduction angle, peak ankle abduction angle, and peak knee valgus moment , but smaller ankle flexion angle compared with basketball players. But at the peak knee abduction moment, basketball players demonstrated greater knee abduction angle compared with soccer players. Meanwhile, longer defense distance demonstrated a significantly greater peak knee abduction angle compared to shorten defense distance. And at the peak knee abduction moment, soccer players in the longer defense distance demonstrated a significantly greater peak knee internal-rotation angle compared in the shorten defense distance. Conclusions: Overall, it appeared that soccer athletes moved into greater motion and loads associated with noncontact ACL injures compared to basketball athletes during the early deceleration phase of the cutting maneuver. Maybe there is a specialized of the motor control in players.. Key words: defense distance , females athletes, sidestep cutting.

(5) III. 謝. 誌. 首先感謝恩師劉錦璋教授，三年多來給予學業上的指導，以及許多經驗分享和鼓勵，讓我受惠良多，順利完成學業。同時感謝我的論文口試委員：黃長福教授及王思宜教授，感謝兩位老師不吝惜的指導和分析，讓佳美的論文更加確實和完整。也感謝運動生物力學學門的夥伴們：尹鑫、育銘、世傑、鈴雅、韶怡、頌安於實驗上的協助幫忙，還有曾一起修課的學長姐、學弟妹們的學習分享，讓我在研究所面臨問題時能迎刃而解。還有感謝師大競技系梁嘉音老師和周台英老師指導的女子籃球隊和足球隊學妹們熱情參與實驗。感謝師大附中的鴻鈞學長、冰龍學長、乃升學長、宇玲學姊、俊城學長、國禎學長、正達學長、冠銘、欣玲、筠珍、庭睿、顏琪姐等體育組大家族和關心我的同事們，在這兼顧教職與學業的日子裡，一直有您們的支持與關愛，讓佳美順利完成碩士學位，很高興能與大家一同分享論文完成的喜悅。最後，感謝家人和好友的鼓勵和陪伴我從報考研究所到完成碩士學位，相信未來仍有許多學習之路要走，期許自己能秉持對研究的精神，不斷地進步和成長。. 李佳美謹誌於臺北師大附中 2012 年 1 月.

(6) IV. 女性不同運動項目和防守距離對側向跨步切入之膝關節負荷的影響. 目. 次. 中文摘要 ····································································· Ⅰ 目次 ··········································································· Ⅳ 表次 ··········································································· Ⅵ 圖次 ··········································································· Ⅶ 第壹章、緒論 ································································ 1 第一節、前言 ····························································· 1 第二節、問題背景 ······················································· 2 第三節、研究目的 ······················································· 4 第四節、研究假設 ······················································· 4 第五節、研究範圍 ······················································· 5 第六節、研究限制 ······················································· 5 第七節、名詞操作性定義 ·············································· 5 第八節、研究重要性 ···················································· 6 第貳章、文獻探討 ·························································· 7 第一節、女性的非接觸前十字韌帶傷害機制······················ 7 第二節、不同運動項目的研究-籃球和足球 ······················ 14 第三節、側向跨步切入動作 ·········································· 16 第四節、防守的影響 ··················································· 20 第五節、文獻總結 ······················································ 21 第參章、研究方法與步驟 ················································ 22 第一節、研究對象 ······················································ 22 第二節、實驗時間與地點 ············································· 22 第三節、實驗儀器設備 ················································ 23.

(7) V. 第四節、實驗方法 ······················································ 26 第五節、實驗步驟與流程 ············································· 29 第六節、資料處理 ······················································ 30 第七節、統計方法 ······················································ 34 第肆章、結果 ······························································· 35 第一節、運動學結果 ··················································· 35 第二節、動力學結果 ··················································· 45 第三節、膝關節外翻力矩峰值時的膝關節角度情形 ··········· 49 第四節、本章小結 ······················································ 50 第伍章、討論 ······························································· 51 第一節、本研究側向跨步切入動作之特徵························ 51 第二節、不同運動項目的差異 ······································· 56 第三節、不同防守距離的影響 ······································· 59 第陸章、結論與建議 ······················································ 60 第一節、結論 ···························································· 60 第二節、建議 ···························································· 60 附錄一受試者同意書 ···················································· 61 附錄二受試者基本資料表 ·············································· 62 附錄三受試者實驗紀錄表 ·············································· 63 附錄四 Visual 3D名詞解釋 ·············································· 64 附錄五統計分析摘要表 ················································· 68 附錄六受試者各參數結果 ·············································· 73 參考文獻 ····································································· 76 一、中文部分 ······························································· 76 二、英文部分 ······························································· 76.

(8) VI. 表. 次. 表 2-1 可能的非接觸前十字韌帶傷害機制在性別上的差異 ··· 8 表 2-2. McLean等人（2004a）的研究結果摘要表 ················ 20. 表 3-1 受試者基本資料 ················································ 22 表 3-2 反光球位置 ······················································ 28 表 4-1 膝關節各角度峰值結果摘要表 ······························ 36 表 4-2 髖關節各角度峰值結果摘要表 ······························ 39 表 4-3 踝關節各角度峰值結果摘要表 ······························ 42 表 4-4 膝關節各力矩峰值結果摘要表 ······························ 45 表 4-5 膝關節外翻力矩峰值時的膝關節角度結果摘要表 ······ 49.

(9) VII. 圖. 次. 圖 1-1 側向跨步切入示意圖 ··········································· 5 圖 2-1 膝關節多平面負荷示意圖 ····································· 9 圖 2-2 著地時脛骨前移剪力示意圖 ································· 10 圖 2-3 前十字韌帶傷害發生的運動項目排名 ····················· 14 圖 2-4 女性籃球和足球員的傷害統計示意圖 ····················· 15 圖 2-5 Besier等人(2003)四種動作的膝關節三軸負荷比較 ····· 17 圖 3-1 Vicon紅外線攝影機 ············································ 21 圖 3-2 反光球 ···························································· 23 圖 3-3. L-frame···························································· 23. 圖 3-4. T-wand ···························································· 23. 圖 3-5 KISTLER測力板 ················································ 24 圖 3-6 數位攝影機 ······················································ 24 圖 3-7 同步訊號產生器 ················································ 24 圖 3-8 Vicon Nexus動作分析軟體 ··································· 25 圖 3-9 Visual 3D分析軟體 ············································· 25 圖 3-10 防守者動作 ····················································· 26 圖 3-11 實驗場地設置圖 ··············································· 27 圖 3-12 反光球黏貼位置示意圖 ······································ 28 圖 3-13 實驗流程圖 ····················································· 29 圖 3-14 骨盆座標示意圖 ··············································· 31 圖 3-15 大腿座標定義 ·················································· 32 圖 3-16 小腿座標示意圖 ··············································· 32 圖 3-17 足掌座標示意圖 ··············································· 32 圖 3-18 右手定則 ························································ 33 圖 4-1 不同運動項目膝關節各角度變化圖 ························ 37.

(10) VIII. 圖 4-2 不同防守距離膝關節各角度變化圖 ························ 38 圖 4-3 不同運動項目髖關節各角度變化圖 ························ 40 圖 4-4 不同防守距離髖關節各角度變化圖 ························ 41 圖 4-5 不同運動項目踝關節各角度變化圖 ························ 43 圖 4-6 不同防守距離踝關節各角度變化圖 ························ 44 圖 4-7 不同運動項目膝關節各力矩變化圖 ························ 47 圖 4-8 不同防守距離膝關節各力矩變化圖 ························ 48 圖 5-1 側向跨步切入動作與發生膝關節前十字韌帶傷害示意圖 ················································································· 51 圖 5-2 各受試者膝關節外翻角度 ···································· 54 圖 5-3 Q角度示意圖 ···················································· 57.

(11) 1. 第壹章緒論第一節前言膝關節是我們人體相當重要的關節，它的功用主要為支撐和緩衝身體重量，但也由於膝關節的活動範圍有其限制，所以運動中的膝關節傷害很常發生。例如在某些團體球類運動中，允許球員間的激烈競爭，藉此增加了比賽的趣味和可看性，如足球、籃球、排球、手球、橄欖球和曲棍球等運動項目，而這類運動須隨時改變方向或承受碰撞的力量，最容易造成膝關節損傷，包括前後十字韌帶、內外側副韌帶及半月軟骨之受傷（曹育翔、林世澤，2002）。其中，前十字韌帶 (anterior cruciate ligament；ACL) 傷害是普遍且嚴重的，有研究指出美國大約3,000人中就有1人發生，大都是15~25 歲的年輕運動員 (Frank & Jackson, 1997; Griffin et al., 2000)，不僅造成膝關節不穩定和磨損，且即使在接受重建手術後的10~15年仍有高風險成為骨關節炎 (osteoarthritis) (Gillquist & Messner, 1999; Noyes, Mooar, Matthews & Butler, 1983)。前十字韌帶主要防止脛骨過度前移，其斷裂原因通常是車禍或劇烈的運動，而運動中常包括幾種狀況：(1)迅速改變方向；(2)跑步時減速；(3)跳起時落地；(4)直接接觸。大部分研究認為70%前十字韌帶傷害常發生於非接觸 (Non-contact) 的動作(Griffin, Agel, & Albohm, 2000; Boden, Dean, Feagin, & Garrett, 2000; McNair, Marshall, & Matheson, 1990)，過去研究普遍認為前十字韌帶傷害時機是膝關節處在一個矢狀面上的完全伸展 (full extention)，且伴隨額狀面上的膝關節外翻 (abduction; valgus) 和橫狀面上的脛骨內旋 (Internal Rotation) 等的多平面 (multi-planar) 的動作 (Boden et al., 2000; Shimokochi & Shultz, 2008)。另外，女性較男性承受相當高比例的傷害風險 (Agel, Arendt, & Bershadsky, 2005; Arendt & Dick, 1995)，因為女性在解剖構造、荷爾蒙、神經肌肉及動作控制上有潛在造成膝關節負荷的.

(12) 2. 可能 (Boden, Griffin & Garrett, 2000; Yu, Kirkendall, & Garrett, 2002; Krosshaug et al., 2007)，故本研究欲針對女性運動員在發生非接觸性膝關節前十字韌帶傷害的機制瞭解。. 第二節問題背景切入 (cutting) 動作是在籃球、足球等運動中常見的進攻技術，它需要忽然的減速支撐衝擊，以及接著快速的改變方向去閃避防守球員。而許多研究指出運動員做側向跨步切入 (side-step cutting) 動作時有較高的膝關節前十字韌帶傷害風險，且一致證明了女性較男性有不正常的下肢動作控制及膝關節負荷 (Besier, Lloyd, Ackland, & Cochrane, 2001; Colby et al., 2000; Malinzak, Colby, Kirkendall, & Garrett, 2001; Cochranea, Lloyda, Buttfielda, Sewardb, & McGivernb, 2007)，這些研究經常運用到測力板、3D高速攝影機來提供下肢運動學和動力學的參數，用以評估運動員側向跨步切入的膝關節負荷情形 (McLean, Neal, Myers & Walters, 1999, 2004, 2005; Pollard, Sigward & Powers, 2007)，如較大的膝關節外翻角度、外翻力矩、內旋力矩和髖關節外展等，而這些參數常被用來預測膝關節前十字韌帶傷害的風險因素。近幾十年來國內外有大量的膝關節傷害研究，特別是針對前十字韌帶傷害的瞭解和預防，即使有許多研究認為前十字韌帶傷害能透過神經肌肉訓練來降低傷害發生 (Hewett, Lindenfeld, Riccobene, & Noyes, 1999; Myer, Ford, & Hewett, 2004; Myer, Ford, Palumbo, & Hewett 2005)，但仍有文獻發現女性運動員的非接觸前十字韌帶傷害率卻逐年隨著運動參與而增加，尤其是最受歡迎的籃球和足球運動項目 (Agel, Olson, Dick, Arendt, Marshall, & Sikka, 2007; Dick, Putukian, Agel, Evans, & Marshall, 2007)，而此兩種運動中雖然控球方式不同，但同樣皆有激烈的閃避防守員之動作，所以易發生.

(13) 3. 高比例的非接觸性膝關節傷害，同時，防守因素影響了切入動作中與前十字韌帶傷害機制相關的膝關節負荷 (McLean, Lipfert, & Van Den Bogert, 2004a)，然而，在實際比賽中球員面對防守員時才會做出切入動作，並且距離並非固定，因此，本研究欲針對女性籃球員和足球員在面對防守員不同距離防守時的側向跨步切入動作，是否會產生不同的膝關節動作和負荷，進一步探究膝關節前十字韌帶傷害發生的可能性，更提供日後研究和訓練的參考。最後，膝關節是動力鍊中的一部分，發生在膝關節的負荷情形需要了解到下肢全部關節的動作控制情形，因此，我們探討不同運動項目的女性球員和不同防守距離的側向跨步切入動作支撐腳的髖、膝、踝關節等動作型態和膝關節負荷的情形，探究與潛在前十字韌帶傷害預測因子的影響。.

(14) 4. 第三節研究目的本研究的研究目的，在於探討女性運動員在不同運動項目和防守距離的情況下，側向跨步切入的下肢運動生物力學參數與膝關節前十字韌帶負荷的預測變項之間的變化情形。延伸以下幾點研究目的：一、瞭解不同運動項目的女性運動員，其側向跨步切入的下肢運動生物力學參數是否有差異。二、瞭解在不同防守距離下，女性運動員在側向跨步切入的下肢運動生物力學參數是否有差異。. 本研究要探討側向跨步切入時支撐期的參數如下：運動學參數：（一）髖關節屈曲/伸展、內收/外展、內旋/外旋的角度變化。（二）膝關節屈曲/伸展、內翻/外翻、內旋/外旋的角度變化。（三）踝關節蹠屈/背屈、內翻/外翻、內旋/外旋的角度變化。動力學參數（四）膝關節屈曲/伸展、內翻/外翻、內旋/外旋的力矩變化。. 第四節研究假設不同運動項目女性運動員在不同防守距離下，其側向跨步切入支撐期的下肢關節角度及膝關節力矩之變化有差異。.

(15) 5. 第五節研究範圍本研究以女性大專甲組10位足球員和10位籃球員為研究對象，用 Vicon3D動作分析系統和測力板，在不同運動項目和防守距離下，收集側向跨步切入支撐期的下肢關節運動學和動力學參數等變化情形，探討膝關節負荷與前十字韌帶傷害發生機制的影響。. 第六節研究限制本研究為實驗設計，場地不足與實際比賽狀況相同，而受試者所黏貼之反光球模擬的動作有些微誤差。防守者設計為避免干擾資料收集故採固定站位，與真實比賽情境有所差異。. 第七節名詞操作性定義一、側向跨步切入 (side-step cutting) 在快速行進間變換方向的切入動作，其變向腳與支撐腳呈反方向進行。在有防守的運動項目中是常見的動作，用來擺脫對手或爭取空間。許多研究更將此動作列為與前十字韌帶傷害有關的高危險動作。. 圖1-1 側向跨步切入示意圖.

(16) 6. 二、防守距離 (defensive distance) 一般在足球和籃球比賽中的切入過人，會視與防守員的間距遠近來調整過人動作執行。一般來說，一對一防守時距離約為一個手臂長（1~1.5m）。本實驗研究設置不影響測力板資料的擷取，故定義遠距離防守為防守員距離測力板前1m；而近距離防守為防守員距離測力板前0.2m。. 第八節研究重要性女性參與競技運動提升，發生下肢膝關節傷害卻時有所聞，尤其是前十字韌帶損傷，不僅被迫暫停競技運動生涯，接受重建後亦造成復健不易、慢性關節炎和心理創傷。許多國內外研究提出在動作控制和訓練上的處方，仍未有明確定論，未來研究需繼續重視前十字韌帶傷害發生的機轉。.

(17) 7. 第貳章文獻探討本研究將文獻分為下列四節探討。一、女性的非接觸前十字韌帶傷害機制；二、不同運動項目的研究－籃球和足球；三、側向跨步切入動作；四、防守的影響；五、文獻總結。. 第一節女性的非接觸前十字韌帶傷害機制非接觸前十字韌帶傷害 (Non-contact ACL injuries) 是運動場上沒有和任何對手或物體發生身體接觸下的前十字韌帶傷害，大約占70%前十字韌帶傷害發生的主要原因 (McNair et al., 1990; Boden et al., 2000; Agel, Arendt, & Bershadsky, 2005;Griffin et al., 2000; Noyes et al., 1983)。Agel等人 (2005) 統計13年間 (1990-2002) 的男女籃球員和足球員的前十字韌帶傷害，發現籃球員男性/女性是0.70/0.76的非接觸傷害；而足球員男性/女性是0.50/0.58 的非接觸傷害。Noyes等人 (1983) 調查103位高中和大學運動員有80件約占 78%的非接觸前十字韌帶傷害。Boden等人 (2000) 訪談89位前十字韌帶受傷的運動員有71%是非接觸，28%是有接觸的動作，並提到受傷時35%是在減速時，31%是在落地時，13%是在加速時，所以非接觸的前十字韌帶最常發生在跑步、切入或跳躍落地時的情況，因為當前進中突然停頓，此時膝關節的前十字韌帶將因脛骨的前移而使張力增加，加上變向產生扭轉，是可能造成傷害的動作（王顯智，2003）。. 一、女性發生前十字韌帶傷害的高比例許多研究提出女性運動員在前十字韌帶傷害的發生率，遠高於男性達 3~8倍 (Arendt & Dick, 1995; Hewett et al.,1999; Yu et al., 2002)。Yu等人 (2002) 回顧Malone等人 (1993) 收集402男性和385女性籃球員的資料，發現前十字韌帶傷害在女性有16.1%的比例，男性是2.2%，證明了女性大於男性八倍的前十字韌帶傷害發生率。Arendt等人 (1999) 收集461位男性和278位.

(18) 8. 女性足球員，及531位男性和576位女性籃球員，統計前五年 (1989-1993) 前十字韌帶平均傷害率，足球的女性/男性是0.31/0.13；籃球的女性/男性是 0.29/0.07，而後五年 (1994-1998) 在足球的女性/男性是0.30/0.10；籃球的女性/男性是0.29/0.07，統計結果女性皆高於男性達3倍的前十字韌帶傷害發生率 (Arendt, Agel, & Dick, 1999)。 Hewett等人 (1999) 的研究發現未受訓練的女性運動員高於男性有4.8倍的膝關節傷害可能，且比受過訓練的女性運動員高達3.6倍的膝關節傷害，進一步提出神經肌肉訓練能夠降低傷害的發生。. 二、非接觸前十字韌帶傷害的潛在原因近幾十年來，大量的文獻針對女性非接觸前十字韌帶的傷害機制的瞭解，Arendt和Dick (1995) 認為潛在的原因為內在的（如股骨切跡、韌帶大小、膝前後鬆弛、骨盆位置、脛骨內旋）和外在的（如身體動作、肌肉力量、鞋子/地面和技術等級）等。下表2-1為國內學者王進華（2007）整理。表2-1 可能的非接觸前十字韌帶傷害機制在性別上的差異. 引用王進華(2007)。女性籃球運動員與前十字韌帶傷害之關係。大專體育第90期。頁 183~191。. 導致前十字韌帶傷害因素歸類為解剖學上的差異、荷爾蒙激素的變動、環境和運動生物力學控制 (Griffin et al., 2000; Yu et al., 2002)，甚至疲勞因素也被認為是前十字韌帶傷害發生的可能原因之一 (McLean et al., 2007; Borotikar et al., 2008)。然而，女性神經肌肉控制的優劣影響了膝關節的負荷和下肢動作模式，這是運動生物力學因素所重視的研究議題。.

(19) 9. 三、膝關節多平面(multi-planar)負荷的機制膝關節雖然主要是單軸動作範圍，但運動中經常承受多平面上的負荷，特別是著地、跳躍和切入等動作，因此，非接觸前十字韌帶傷害很可能不是單一平面造成 (Shimokochi & Shultz, 2008; Quatman & Hewett, 2009)。 Shimokochi和Shultz (2008) 的綜評性回顧研究得到主要非接觸前十字韌帶機制是膝關節多平面負荷下的結果。Quatman和Hewett (2009) 也認為多平面的動作會使女性運動員增加前十字韌帶傷害的負荷，如膝關節伸展和外翻及脛骨內旋或外旋等不平衡的動作控制，甚至包括髖關節外展和內旋（如圖2-1）。在許多影片研究中亦指出非接觸前十字韌帶機制，通常發生膝關節完全伸展，結合膝關節外翻或橫狀面的旋轉動作 (Boden et al., 2000; Krosshaug et al., 2007; Olsen et al., 2004)。. 圖2-1 膝關節多平面負荷示意圖為了瞭解前十字韌帶傷害的膝關節多平面上的負荷，本節分別以膝關節三軸平面的機制來探討相關研究：. （一）矢狀面(sagittal plane)上的負荷膝關節在矢狀面上有最大的關節活動範圍，故許多研究普遍認為膝關節彎曲動作是主要的前十字韌帶傷害機制，因為膝關節在極小的彎曲角度約20~30度時，前十字韌帶抑制了大約85%的脛骨前移的動作 (Butler et al.,.

(20) 10. 1980; Markolf et al., 1976; Daniel et al., 1985)，由於股四頭肌 (quadriceps) 收縮，經由臏腱韌帶 (patella tendon) 產生了使脛骨前移的力量足以傷害前十字韌帶 (Pandy and Shelburne, 1997) ，所以膝關節近端脛骨前移剪力 (proximal tibia anterior shear) 是最直接讓前十字韌帶負荷的機制 (Li et al., 1999b; Pandy and Shelburne, 1997)，如圖2-2所示。. 圖2-2 著地時脛骨前移剪力示意圖. 許多影片研究也一致認為在受傷瞬間膝關節是處在於一個極小的彎曲角度（約小於30度）時 (Boden et al., 2000; Cochrane et al., 2007; Ferretti et al., 1992; Krosshaug et al., 2007; McNair, et al., 1990; Olsen et al., 2004)，所以動作分析研究許多矢狀面上和著地 (landing) 相關的動作，如落地 (drop-landing)、單腳落地 (single-leg landing)、落地垂直跳 (drop vertical jump)、急停跳 (stop jump) 等不同動作形態來探討膝關節前十字韌帶傷害的預測因子 (Kernoaek, Torry, Hoof, Cowley, & Tanner, 2005; Schmitz, Kulas, Perrin, Riemann, Shultz, 2007; Ford, Myer, & Hewett, 2003; Quatman, Ford, Myer, & Hewett, 2006; Chappell, Yu, Kirkendall, & Garrett, 2002; Yu, Lin, & Garrett, 2006; Sell, et al., 2007)，且研究透過比較女性和男性間的膝關節運動生物力學，Chappell等人 (2002) 提出女性有較大的脛骨前移剪力、膝關節伸展力矩 (knee extension moment) 等。Yu等人 (2006) 提出女性有較大的.

(21) 11. 脛骨前移剪力與向後和垂直地面反作用力 (posterior and vertical ground reaction forces) 及膝關節屈曲力矩 (knee flexion moment)。同時，結合肌電圖 (EMG) 的研究顯示女性相較於男性在著地時有較小的膝屈曲角度和腿後肌群 (hamstring) 收縮，及較大的膝外翻角度和股四頭肌收縮 (Malinzak, Colby, Kirkendall, & Garrett, 2001; Cowling & Steele, 2001)。但有研究指出股四頭肌過度收縮可能不是前十字韌帶傷害機制 (Shin, Chaudhari, & Andriacchi, 2007)，運動員若有較佳的股四頭肌和腿後肌群的共同收縮 (co-contraction) 能力似乎能降低過度的前十字韌帶張力 (Mesfar & Shirazi-Adl, 2006b; Li et al., 1999b)，還有關於切入動作的研究也認為單用膝關節矢狀面的負荷情形不易預測前十字韌帶傷害 (McLean, Huang, Su, & Bogert, 2004b; Pflum, Shelburne, Torry, Decker, & Pandy, 2004; Ford, Myer, Toms, & Hewett, 2005)，所以應考慮或結合其他平面的旋轉動作才能探究真正造成前十字韌帶傷害的原因。. （二）額狀面(frontal plane)上的負荷膝關節在額狀面上的動作分為外翻 (valgus)，即脛骨相對股骨向外旋轉的外展(abduction)動作；或內翻 (varus)，即脛骨相對股骨向內旋轉的內收 (abbuction)動作。膝關節有四條主要韌帶來提供穩定，包括具有維持膝關節前後方向穩定的前、後十字韌帶，以及維持膝關節橫向動作和預防膝部的側面移位的內、外側副韌帶。因此，超過正常範圍的動作可能會使膝關節產生傷害，甚至造成多條韌帶損傷。許多研究提出膝關節外翻的動作負荷對前十字韌帶傷害的預測，例如動作分析研究指出當運動員做動作時有明顯的膝關節外翻 (knee abduction) 角度和力矩，增加了前十字韌帶的負荷和傷害風險，特別是女性較男性運動員顯著 (Ford et al., 2003; Ford, Myer, Toms, & Hewett, 2005; Hewett et al.,.

(22) 12. 2005; Malinzak et al., 2001; McLean et al., 1999)。Ford等人 (2003) 收集47女 34男籃球員31cm落地垂直跳，發現女性有較大的膝外翻動作，Ford等人 (2005) 研究54男72女無預期的跳停切入，同樣女性有較大的膝外翻角度，及踝關節外翻 (eversion) 或內轉 (pronation) 可能導致膝關節外翻的負荷。 Hewett等人 (2005) 收集205位女性足、籃和排球員35cm落地垂直跳，結果在賽季遭受前十字韌帶傷害的9位運動員的膝外翻角度在著地時有8.4度和著地峰值有7.6度，且和髖關節內收力矩及膝關節外翻力矩相關。雖然大部分研究指出額狀面上增加的外展負荷和前十字韌帶的張力相關，但還是要注意的是，前十字韌帶和內側副韌帶 (medial collateral ligament; MCL) 都能夠抑制膝關節的外展力量 (Matsumoto, Suda, Otani, Niki, Seedhom, & Fujikawa, 2001)。一般來說，內側副韌帶受傷的機制是當膝關節彎曲30~50度時因韌帶鬆弛，穩定性較差，發生脛骨外展/外旋時，或股骨急遽內收/內旋時（燕小妮、任超學，2008），臨床上發現，前十字韌帶的斷裂也常常伴隨內側副韌帶的受傷，所以單純額狀面的傷害機制還有討論的空間。LaPrade等人 (2007) 觀察187位膝關節韌帶傷害病患的核磁共振影像 (MRI) 發現136位 (73%) 前十字韌帶損傷，其中單純前十字韌帶傷害占44%，而結合前十字韌帶和側副韌帶損傷占16%，所以結合前十字韌帶和內側副韌帶的受傷率是低於單純的前十字韌帶傷害 (LaPrade, Wentorf, Fritts, Gundry, & Hightower, 2007)，Quatman和Hewett (2009) 回顧研究也探討到前十字韌帶在最大外翻負荷約是640~2100N，而內側副韌帶約是2300N，推論前十字韌帶容易比內側副韌帶承受較小的負荷而斷裂，所以前十字韌帶損傷發生較為頻繁 (Quatman and Hewett, 2009)，因此，將膝關節外翻動作和力矩負荷用來評估潛在的前十字韌帶傷害風險不能止於單一額狀面上的討論。.

(23) 13. （三）橫狀面(transverse plane) 上的負荷膝關節受到地面衝擊的外力、肌肉穩定的內力或結合兩種效應所造成脛骨在橫狀面上的位移，分為內旋，即脛骨相對股骨向內旋轉；或外旋，即脛骨相對股骨向外旋轉的動作。膝關節內有位於股骨和脛骨之間的內、外側半月板，可減少壓力和增加膝關節的穩定，但當半月板損傷時是在膝關節約屈曲45度時發生外翻或內翻、內旋或外旋，會形成旋轉摩擦剪力。然而，臨床上在前十字韌帶傷害的病患常會結合半月板損傷，因此，造成前十字韌帶傷害機制也是與橫狀面上的負荷相關。膝關節內旋和外旋的負荷皆被認為是可能的前十字韌帶傷害機制，例如影片分析認為脛骨外旋動作是可能造成前十字韌帶傷害的動作之一 (Olsen et al., 2004)，不過大部分的研究卻指出前十字韌帶傷害是在脛骨內旋時，當膝關節結合股四頭肌或前移剪力時，內旋力矩較外旋力矩增加ACL 張力 (Shimokochi & Shultz, 2008)。 Fleming等人 (2001a) 的關節鏡研究中提出在沒有體重負荷的情況下，脛骨內旋力矩顯著增加前十字韌帶張力；但在體重負荷條件下，脛骨內旋和外旋力矩都能增加前十字韌帶張力 (Fleming, Renstrom, Beynnon, Engstrom, Peura, Badger, & Johnson, 2001a)。.

(24) 14. 第二節不同運動項目的研究－籃球和足球籃球和足球是女性運動員較常發生膝關節前十字韌帶傷害的運動項目（如圖2-3）(Renstrom et al., 2008; Agel et al., 2005 )。. 圖2-3 前十字韌帶傷害發生的運動項目排名. Agel等人 (2005) 分析NCAA傷害監測系統 (injury surveillance system ; ISS) 資料庫發現，男女發生前十字韌帶傷害率皆在參與足球運動時比籃球運動高，女性足球員和籃球員的傷害比例分別是0.33和0.29，同樣和Arendt 等人 (1999) 有相似的統計結果，且兩種球員皆高達三成的前十字韌帶傷害率。 Agel等人 (2007) 和Dick等人 (2007) 也運用NCAA傷害監測系統資料庫統計約16年 (1988~2004) 期間，女性籃球運動參與人口增加了41%，足球運動是232%，顯示這二十年間女性運動人口的大幅成長，但在發生非接觸前十字韌帶傷害機制的比率卻偏高，女性籃球員有63.8%；女性足球員有 52.7%，如圖2-4所示 (Agel, Olson, Dick, Arendt, Marshall, & Sikka, 2007; Dick, Putukian, Agel, Evans, & Marshall, 2007)。.

(25) 15. 80% 傷 60% 害百 40% 分比 20%. 籃球. 63.8%. 足球. 52.7%. 35.6% 26.8% 8.3% 10.4%. 0% 球員接觸. 其他接觸. 無接觸. 比賽時前十字韌帶傷害機制. 圖2-4 女性籃球和足球員的傷害統計示意圖（整理自Agel等人和Dick等人，2007）. 籃球和足球運動中有許多切入和落地等動作技術，而切入動作是以單腳支撐身體變向，最常在瞬間發生膝關節損傷。足球運動最常發生側副韌帶、半月板和前十字韌帶等傷害，牽扯到膝關節內收或外展加上旋轉的動作（柴新、王華，2010）；同樣在籃球運動中，常在瞬間為了擺脫對方做變換方向過人或急切，也易造成前十字韌帶傷害（王進華，2007）。Cowley 等人 (2006) 招募15位籃球員和15位足球員，比較落地垂直跳 (drop-jump) 和無預期性的切入兩種動作之間不同的神經肌肉控制。結果發現籃球員在落地垂直跳，有較大的地面反作用力和較小的支撐時間；足球員在切入，有較大的地面反作用力和較小的支撐時間，這兩種不同項目的運動員的地面反作用力和支撐時間顯著不同，也與潛在膝關節傷害有關。另外，兩種運動項目受試者皆在切入動作中，有較大的膝關節外翻角度（著地初期和最大值），即切入動作較落地跳動作易造成明顯的膝關節前十字韌帶負荷 (Cowley, Ford, Myer, Kernozek, & Hewett, 2006 )。足球和籃球比賽中不乏頻繁且高強度的切入動作，但在兩運動項目間比較切入動作的文獻卻不多，故女性不同運動項目的專項特性與非接觸前十字韌帶傷害潛在的關係尚須研究釐清。.

(26) 16. 第三節側向跨步切入動作運動員做頻繁的切入動作易造成膝關節傷害，切入是指在直線前進中突然變換方向的動作，常見的有：(1)側向跨步切入：變換方向與支撐腳反向；(2)交叉跨步切入 (cross-over cutting)：變換方向與支撐腳同向（許孟霖， 2009）。許多研究指出側向跨步切入動作有較高風險發生非接觸前十字韌帶傷害 (Cochranea et al., 2007; Besier et al., 2003; Colby et al., 2000; Malinzak et al., 2001)。Malinzak等人 (2001) 比較男女休閒運動員的膝關節動作在直線跑、側向跨步急切、交叉跨步急切等三種動作，發現女性比男性在三種動作中皆傾向於較小膝關節彎曲角度、較大膝關節外翻角度、較大的股四頭肌收縮和較小的腿後肌群收縮，這些都是與前十字韌帶傷害相關的危險因子。學者Besier等人比較運動員不同切入角度的膝關節動作，包含了60度和 30度側向跨步切入 (S30、S60) 、直線跑 (RUN) 和30度交叉跨步切入 (XOV) 四種動作。Besier等人 (2000a) 結果發現側向跨步切入的動作是膝關節伸展、外翻和內旋，而交叉跨步切入的動作是膝關節伸展、內翻和外旋力矩（圖2-5），Besier等人 (2001b) 更發現在無預期 (unanticipated) 相較預期(preplanned)情況增加了膝關節額狀面和橫狀面上的力矩，Besier等人 (2003) 更增加了肌電圖分析，發現不同動作造成膝關節不同負荷而有不同的肌肉收縮機制，特別是側向跨步切入在著地前期有較大的膝關節矢狀面肌群的共同收縮率 (co-contraction ratios)，所以著地前的肌肉收縮影響了可能導致前十字韌帶傷害的著地動作。.

(27) 17. 圖2-5 Besier等人(2003)四種動作的膝關節三軸負荷比較. 許多學者投入許多側向跨步切入動作與非接觸前十字韌帶傷害機制的動作分析研究 (McLean, Neal, Myers, & Walters, 1999; McLean, Huang, Su, & Bogert, 2004b; McLean, Huang, Antonie, & Bogert, 2005; Sigward & Powers, 2006a; 2006b; 2007; Pollard, Davis, & Hamill, 2004; Pollard, Sigward, & Powers, 2007)。McLean等人 (1999) 比較男女運動員在側向跨步切入動作的膝關節運動學，結果男性和女性在最大膝關節外翻角度有顯著差異，但在女性的膝關節彎曲角度和男性沒有差異，研究者提出女性優秀選手能學習如何控制膝關節動作去避免傷害的姿勢，Sigward等人 (2006b) 進一步比較不同經驗等級的高中女性足球員15位有經驗組（平均約10年的運動經驗）和15位新手組（平均約2年的運動經驗）兩組進行側向跨步切入動作，結果發現新手組比有經驗組有較小的膝關節力矩負荷和較大股四頭肌和腿後肌群的共同收縮，推論可能是新手可能採用了一種保護策略去執行動作，此外更說明越有經驗的運動員承受較大的膝關節力矩，可能有較大的前十字.

(28) 18. 韌帶傷害風險。 McLean等人 (2004b) 利用數學模擬側向跨步切入的膝關節脛骨前移剪力，並未大於Woo等人 (1991) 所提出的使前十字韌帶斷裂的2000N，且女性有較大的膝外翻力矩，男性有較大的內旋力矩，認為膝關節外翻角度和外翻力矩才是關鍵的預測因子。McLean等人 (2008) 進一步模擬側向跨步切入的外翻力矩，發現達到Seering等人 (1980) 使前十字韌帶斷裂的 250Nm，提出重要的外翻負荷機制，且增加著地時髖關節和膝關節屈曲或髖關節內旋速度能降低過度的前十字韌帶外翻負荷 (McLean, Huang, & Bogert, 2008)。但是Pollard等人 (2004) 研究足球員的側向跨步切入，結果僅發現女性較男性有較明顯的髖內收，其他膝關節的運動學和動力學卻沒有性別差異 (Pollard, Davis, & Hamill, 2004)，這與Sigward和Powers (2006) 同樣也是研究足球員，結果性別間沒有顯著差異 (Sigward & Powers, 2006a)，可能是矢狀面上的股四頭肌和腿後肌群穩定了膝關節外翻/內翻和內旋/外旋的動作，使得研究統計上的未趨顯著。許多研究也陸續發現髖關節動作造成膝關節負荷。McLean等人 (2005) 探討側向跨步切入著地初期的髖、膝、踝關節角度和支撐期前20%產生的最大膝關節外翻力矩的關係，結果發現最大膝外翻力矩和著地初期的髖關節屈曲、內旋及膝關節外翻角度呈正相關，因此，女性較男性的最大膝外翻容易受到著地時的姿勢變化，同時，髖關節的動作可能也影響了腿部肌肉力量而使膝關節外翻出現 (McLean, Huang, Antonie, & Bogert, 2005)。 Pollard等人 (2007) 比較性別對側向跨步急切的髖關節運動學和動力學的差異，結果發現女性較男性有顯著的較大髖關節內旋和較小髖關節屈曲，和較大的髖關節內收力矩和較小髖關節伸展力矩，Sigward等人 (2007) 依據61位女性足球員的側向跨步切入的減速初期（支撐期前20%）的最大外.

(29) 19. 翻力矩分為正常外翻和過度外翻兩組，結果兩組在最大外翻力矩差6倍，和側向地面反作用力差4倍，提出著地時的側向地面反作用力和髖關節外展和內旋等動作造成了最大膝關節外翻力矩產生 (Sigward, & Powers, 2007) 。這些研究顯示側向跨步切入動作的膝關節負荷與著地時的髖關節和膝關節的動作有關。在國內學者方面，詹明昇（2008）研究女性側向跨步切入，發現運球組比不運球組有較大的膝關節彎曲和外翻的動作和負荷，及較大的髖關節內旋動作，這些也是和前十字韌帶傷害相關的危險因子。最後，實驗研究是為了更貼近實際運動場合的模擬，而過去研究皆未真實應用防守者的設置，但是發生在運動場上的側向跨步切入動作經常是為了閃避防守者或是面對防守者的進攻動作，所以應更深入探討防守者情境的影響。.

(30) 20. 第四節防守的影響運動員在對抗防守員的情況下，有不同的側向跨步切入的下肢動作控制，增加了前十字韌帶傷害的潛在風險。McLean等人 (2004a) 研究側向跨步切入動作在性別和有無防守情況下的下肢動作和力量的差異，受試者8男 8女要求以4.5~5.5m/s的速度切入，30~40度切出，採用人體骨骼模型立於測力板前方20cm的位置模擬防守者，發現男女受試者在有防守條件下都有增加側向的反作用力，及髖關節和膝關節的屈曲和外展（如表2-2），推論有防守時會增加前十字韌帶負荷，因為運動員在面對防守時會做出較激烈的切入動作，而增加下肢動作力量 (McLean, Lipfert, & Bogert, 2004a)。但是，關於防守距離的差異沒有其他文獻作進一步探討。. 表 2-2 McLean等人（2004a）的研究結果摘要表參數. 模擬防守. 無防守. 側向地面反作用力(N/kg)*. 12.0 ±1.9. 10.0 ±1.5. 髖關節屈曲角度 (deg)*. 51.9 ±11.2. 45.4 ±9.5. 髖關節外展角度 (deg)*. 32.9 ±8.6. 26.9 ±6.3. 髖關節內旋角度 (deg). 11.9 ±8.8. 11.1 ±7.5. 膝關節屈曲角度 (deg)*. 63.2 ±8.8. 57.1 ±8.3. 膝關節外翻角度 (deg)*. 15.0 ±5.1. 11.3 ±4.1. 膝關節內旋角度 (deg). 16.9 ±6.3. 16.6 ±6.1. 踝關節外翻角度(deg). 4.4 ±6.9. 4.2 ±6.9. *代表防守條件下的差異達顯著。(p<.003).

(31) 21. 第五節文獻總結將以上文獻探討針對本研究主題進行分析歸納出：一、女性運動員的膝關節非接觸前十字韌帶傷害機制是由多平面的負荷共同影響，可能的運動生物力學預測因子包括：膝關節屈曲、膝關節外翻、內旋、髖關節外展、內旋、地面反作用力、膝關節前移剪力、股四頭肌和腿後肌群共同收縮等。二、女性籃球員和足球員被大部分的研究所探討，傷害率亦隨著參與人口逐年增加，甚至有文獻提到足球比籃球的傷害發生較為頻繁，故瞭解不同運動員動作控制上的潛在差異是重要的。三、大部分皆以側向跨步切入動作是重要用來預測前十字韌帶傷害機制，而在實際比賽情境，是為了因應防守員而產生的動作機制，故運動員與防守員的攻防距離是可能重要的影響因子。.

(32) 22. 第參章研究方法與步驟第一節研究對象本研究招募大專女子甲組足球及籃球運動員各10位，且從事專項運動和訓練達五年以上的時間，並近一年內無下肢運動傷害。. 表3-1 受試者基本資料籃球員(N=10). 足球員(N=10). 身高(cm). 173.2 ±6.5. 160.8 ±5.7. 體重(kg). 67.4 ±8.1. 55.5 ±4.1. 年齡(歲). 19.9 ±1.3. 19.9 ±1.3. 經驗(年). 7.1 ±2.4. 10.1 ±1.9. 第二節實驗時間與地點一、實驗時間民國100年1月至4月。二、實驗地點台灣師大體育研究所運動生物力學實驗室。.

(33) 23. 第三節實驗儀器設備本實驗主要以Vicon Motion System動作分析系統和Kistler測力板。一、資料收集部分 (一) Vicon動作分析系統 (MX13+ Oxford Metrics Ltd., Oxford, England) 利用10台紅外線攝影機 (圖3-1)，擷取頻率為250Hz，收集黏貼於身體關節解剖位置的反光球，轉換為實驗室座標系統中的軌跡，以進行運動學分析。. 圖3-1 Vicon紅外線攝影機. (二) 反光球 (圖3-2) 數個。. 圖3-2 反光球. (三) L-frame (圖3-3) 與T-wand (圖3-4) 靜態與動態校正三度空間。. 圖3-3 L-frame. 圖3-4 T-wand.

(34) 24. (四) 測力板一塊 (KISTLER 9281, Germany, 60cm90cm) (圖3-5)。擷取頻率為1000Hz，用Vicon Nexus來進行動力學的分析。. 圖3-5 KISTLER測力板. (五) 數位攝影機 (圖3-6) 一台。. 圖3-6 數位攝影機. (六) 同步訊號產生器 (圖3-7)。. 圖3-7 同步訊號產生器.

(35) 25. 二、資料處理部分（一）Vicon Nexus 1.4.115分析軟體搭配Vicon紅外線攝影機擷取反光球資料和測力板資料同步化的工作。. 圖3-8 Vicon Nexus分析軟體（二）Visual3D (C-Motion, Rockville, MD, USA) 處理空間中反光球的運動學和動力學的資料，包括關節角度、力矩。. 圖3-9 Visual 3D分析軟體（三）SPSS 19.0 統計軟體。.

(36) 26. 第四節實驗方法一、實驗參與者動作側向跨步切入是急行後，切出的方向與支撐腳反向的動作。實驗參與者在起點預備，從起點至測力板中心點約距離5公尺，開始後要求儘可能以最大速度的直線衝刺前進，再以右腳為支撐腳踏入測力板中心區域，隨即左腳跨步以約30~60度角的範圍向左前方45度切出，切出後儘可能再跑幾步模擬與比賽情境相同(McLean et al., 2004a)。若支撐腳著地能正確落入和切出正確範圍，且不觸及防守者則視為成功試作。每位實驗參與者收集2種防守距離條件下各5次試作，並選取最大切入速度的各3次資料進行分析。防守者為同一人(身高162cm，體重50kg)，統一防守動作為雙腳開立約與肩寬、雙膝微屈、雙手微張置於體側，開始即站立於該次的防守距離標線後方以待實驗進行。. 圖3-10 防守者動作. 二、實驗場地佈置動作路線的距離和角度丈量從測力板中心延伸，用膠帶黏貼示意給實驗參與者的視覺線索參考。而事後再進行計算受試者的實際切入速度，是利用支撐腳著地前10張影格的大轉子反光球的水平移動軌跡的平均速度來計算。近距離防守條件為避免影響資料收集，故防守者站立於測力板後方.

(37) 27. 約20cm；遠距離防守條件為防守者站立於測力板後方約1公尺。場地佈置如圖3-11所示。. 圖3-11 實驗場地設置圖. 三、反光球黏貼 22個反光球黏貼人體重要關節點，將人體下肢分為骨盆、大腿、小腿、足等部分。4個反光球用來追蹤關節相對位置(參考Plus-In Gait貼法)。黏貼位置以關節點的大平面肌肉上以減少誤差。圖3-12為黏貼的部位示意圖，表3-2為各反光球所代表的位置及代表的肢段。.