動態伸展腿後肌群對於女性運動員下肢關節側向切入的生物力學分析
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(2) 動態伸展腿後肌群對於女性運動員下肢關節側向切入的生物力學分析 2019 年 1 月 研 究 生：陳柏穎 指導教授：李恆儒 摘要 緒論:前十字韌帶傷害是常見的膝關節運動傷害之一，過去研究發現女性運動員發 生的比率高於男性二到四倍，經常發生在單腳支撐期的急停減速動作，此階段的腿後肌 群扮演著穩定膝關節工作。一般在運動前常透過動態伸展來進行暖身，而過去研究也發 現動態伸展是可以增加肌肉的活化以及力量，因此利用動態伸展來增加腿後肌群的活化 或力量是有效預防前十字韌帶傷害的方式之一。本研究主要目的為透過腿後肌群的動態 伸展，觀察女性運動員在側向切入動作的下肢關節生物力學特徵。方法:招募 10 名健康 大專女性運動員，其中實驗參與者必須要有側向切入及腿後肌群動態伸展的經驗。本實 驗會先進行側向切入前測，休息到無疲勞後，接著進行腿後肌群的動態伸展，最後進行 側向切入後測。實驗儀器使用 8 台 Vicon 紅外線攝影機 (250 Hz)、1 塊 Kistler 測力板 (1000 Hz) 與 5 顆 Delsys 無線肌電 (2000 Hz) 同步收集側向切入動作時的生物力學參 數。使用重複量數單因子變異數分析比較伸展前及伸展後的差異。結果:在動態伸展後膝 屈肌群 (半腱肌、股二頭肌和腓腸肌) 活化和肌肉共同收縮 (H/Q 比值) 在伸展後都有 顯著增加，這也影響垂直地面反作用力與膝內翻力矩峰值顯著下降。雖然膝關節角度和 伸展前相比則未達顯著差異，但是在踝關節矢狀面的活動度有增加的趨勢。結論:透過動 態伸展可增加膝屈肌群的活化，藉此提升膝關節及踝關節著地時的緩衝能力，降低地面 反作用力使膝關節的力矩減少，進而促進前十字韌帶傷害的預防。. 關鍵詞:運動傷害預防、運動暖身、肌肉神經控制. i.
(3) Lower extremity joint biomechanical analysis of hamstring dynamic stretch during side-cutting tasks in female athletes 2019/01 Student: Bo-Ying Chen Advisor: Heng-Ju Lee. Abstract Introduction: Anterior cruciate ligament (ACL) injury was one of the common sport-related knee injuries. The previous study found that female athletes were 2 to 4 times higher prevalence of ACL injury than male athletes. ACL injury usually occurred at sudden stop and deceleration phase during single leg stance where hamstrings acts to stabilized the knee joint. The common warm up was dynamic stretching and the previous study found that it could enhance muscle activation and strength. Therefore, using dynamic stretching to increase hamstrings activation or strength might be one of the possible method to prevent ACL injury. The purpose of this study was to investigate the influence of hamstrings dynamic stretching on lower extremity joint biomechanical parameters of female athletes during side-cutting tasks. Methods: There were 10 healthy female collegiate athletes participated in this study. Participants must have experience of side-cutting and hamstrings dynamic stretching. During the experiment, participants were asked to perform side-cutting for pretest after that rest to no fatigue, and then perform hamstrings dynamic stretching, finally perform side-cutting for posttest. Biomechanical data were collected synchronously by 8 VICON cameras (250 Hz), 1 Kistler force plate (1000 Hz) and 5 Delsys wireless EMG sensors (2000 Hz) during side-cutting tasks. One-way ANOVA with repeated measures was used to compare each biomechanical parameter before and after hamstrings dynamic stretching. Results: Participants showed significantly greater knee flexor (semitendinosus, biceps femoris and gastrocnemius) activation and muscle co-contraction ratio (H/Q ratio) after hamstrings dynamic stretching that caused vertical ground reaction force and peak knee varus moment decreasing significantly. Although knee angles were no significant difference after hamstrings dynamic stretching, but ankle sagittal range of motion had an increasing trend. Conclusion: Dynamic stretching could increase the activation of the knee flexor, and improved shock absorption of the knee joint and ankle joint during landing phase which could decrease ground reaction force to reduce the knee moment. Therefore, it might promote the prevention of anterior cruciate ligament injury. Key words: sports injury prevention, dynamic warm up, neuromuscular control ii.
(4) 前. 序. 中文摘要…………………………………..…………………….……………………………i 英文摘要…………………………………..…………………….……………………………ii 目次………………………………………………………………………….………………iii 表次………………………………………………………………………….………………v 圖次………………………………………………………………………….………………v. 目 第壹章. 次. 緒論…...……………………………………………………………01. 第一節. 問題背景.……………………………………….……………………………01. 第二節. 研究問題…...…………………………………………………………………03. 第三節. 研究目的…...………………………………………………………………03. 第四節. 研究假設…...………………………………………………………………03. 第五節. 研究對象…...………………………………………………………………04. 第六節. 研究限制…...………………………………………………………………04. 第七節. 名詞操作性定義……...………………………………………………………04. 第八節. 研究的重要性…...……………………………………………………………05. 第貳章 文獻探討…...…………………………………..……………………06 第一節. 女性發生前十字韌帶傷害機率……………………………………………06. 第二節. 側向切入動作相關研究文獻 (膝關節負荷影)……………………………08. 第三節. 動作前肌肉預先活化………….…..…………………………………………12. 第四節. 動態伸展對於肌肉影響………………………...………………..…..………14. 第五節. 文獻統整…...…………………………………………………………………16. 第参章 研究方法…...…………………………………..……………………17 第一節. 招募對象……………………………………………………………………17 iii.
(5) 第二節. 研究工具……………..…...…………………………………………………17. 第三節. 實驗程序………………………...……………………………………………20. 第四節. 資料處理………………………………………...………………..…..………25. 第五節. 統計考驗…...……………..…………..………………………………………28. 第肆章 結果……………...…………………………………..………………29 第一節. 動態伸展對於運動學之影響…………………………………………...……29. 第二節. 動態伸展對於動力學之影響...………………………………………………32. 第三節. 動態伸展對於肌肉活化之影響……………………………….…….……..37. 第伍章 討論………...…………………………………..……………………41 第一節. 動態伸展對於肌肉活化之影響……………...….……..……………….…41. 第二節. 動態伸展對於關節角度之影響………..…..……….…..…………….……41. 第三節. 動態伸展對於關節力矩之影響…...………………………………………42. 第四節. MH/LH 共同收縮比對於著地減速期之影響…………..…..………………44. 第五節. H/Q 共同收縮比對於合併膝關節負荷之影響……...………………………45. 第六節. 動態伸展速度對於肌肉活化之影響…………...……………………………45. 第陸章 結論與建議…...………………………………..……………………46 參考文獻…...…………………………………..………………………………47 附錄一(各分期關節角度表)…....………………………………..……………54 附錄二(各分期關節力矩表)…...………….……………………..……………55 附錄三(各分期肌肉活化表)…....………………………………..……………56 附錄四(Visual 3D Landmarks 建立與定義)…....…………….......…………58 附錄五(受試者實驗須知)…....………………….………………..…...………60 iv.
(6) 附錄六(受試者同意書)……………………..…………………………………61 附錄七(受試者基本資料表)………………..…………………………………62 附錄八(肢段參數測量表)………………..……………………………………63. 表. 次. 表 1 反光球黏貼位置…………………………………..…………………….……………23 表 2 各分期質心速度………………………………..…………………….………………29 表 3 各分期地面反作用力………………………………..…………………….…………32 表 4 各分期脛骨剪力………………………………..…………………….………………36 表 5 各分期肌肉活化總和………………………………..…………………….…………38 表 6-1 各分期膝關節角度………………………………….……………………………54 表 6-2 各分期髖關節角度……………..…………………….……………………………54 表 6-3 各分期踝關節角度…………………………………….……………………………54 表 7-1 各分期膝關節力矩…………………………………….……………………………55 表 7-2 各分期髖關節力矩…………………………………….……………………………55 表 7-3 各分期踝關節力矩…………………………………….……………………………55 表 8-1 初始著地期肌肉活化………………………………….……………………………56 表 8-2 膝外翻力矩峰值下肌肉活化………………………….……………………………57 表 8-3 膝內翻力矩峰值下肌肉活化………………………….……………………………57. 圖. 次. 圖 1-1 Vicon 紅外線攝影機………………………………………………………………17 圖 1-2 Kistler 測力板……………………………………………………….………………18 圖 1-3 Delsys 肌電無線感應器…………………………………………….………………18 圖 1-4 馬丁尺和皮尺……..……………………………………………….………………19 圖 1-5 Tempo Lite 節拍器………………………………………………….………………19 v.
(7) 圖 2-1 實驗室圖………………………………………………………….………………21 圖 2-2 肌電位置圖……………………………………………………….………………22 圖 2-3 反光球位置圖……………………………………………………….………………22 圖 2-4 側向切入動作圖……………..…………………………………….………………24 圖 2-5 動態伸展圖…………………….………………………………….………………24 圖 3 Visual 3D v6 Professional software………………………………….………………25 圖 4-1 動作分期圖……………………………………………………….………………27 圖 4-2 膝關節額狀面力矩圖 (內翻+/外翻-)…………………………….………………28 圖 5 質心速度時間趨勢圖………………………………………………….………………29 圖 6 額狀面關節角度時間趨勢圖………………………………………….………………30 圖 7 水平面關節角度時間趨勢圖………………………………………….………………31 圖 8 地面反作用力時間趨勢圖…………………………………………….………………33 圖 9 額狀面關節力矩時間趨勢圖………………………………………….………………34 圖 10 各分期關節力矩總和圖…………………………………………….………………35 圖 11 脛骨剪力時間趨勢圖……………………………………………….………………36 圖 12 肌肉活化時序……………………………………………………….………………37 圖 13 H/Q (上) 與 MH/LH (下) 肌肉共同收縮比值時間趨勢圖………………………39 圖 14 各分期肌電總和…………………………………………………….………………40 圖 15 腿後肌群活化 (上) 與膝關節額狀面力矩 (下) 時間趨勢圖……………………43 圖 16 膝外翻力矩峰值下水平面的關節力矩圖………………………….………………44 圖 17 H/Q 比值與膝關節負荷比較圖…………………………………….………………45. vi.
(8) 第壹章. 第一節. 緒論. 問題背景. 近年來運動風氣盛行，隨著參與運動的人口增加，受傷的人數也隨之上升，常見受 傷的部位為踝關節及膝關節，而受傷的症狀包括肌肉拉傷、韌帶扭傷、撞挫傷等等，其 中又以膝關節的前十字韌帶傷害最為嚴重。前十字韌帶受傷機轉為膝關節在伸直時受到 外翻負荷，脛骨便會向前位移並且內旋，造成前十字韌帶撕裂，而脛骨前移的限制消失 後，便會向產生脛骨外旋，進而造成前十字韌帶斷裂 (Koga et al., 2010)，前十字韌帶傷 害發生的情況，常出現在快速行進中突然減速或改變方向的移動，例如急停跳投、切入 過人等，主要造成前十字韌帶傷害的原因是運動前暖身不足、肌力不足、疲勞等。在美 國 National Collegiate Athletic Association (NCAA) 有統計前十字韌帶傷害發生率，女性 足球員 (31%) 高於男性足球員 (13%) 超過兩倍，而女性籃球員 (29%) 則高於男性籃 球員 (7%) 超過四倍之多；其中非接觸性前十字韌帶傷害，女足 (17%) 與女籃 (21%) 大於接觸性前十字韌帶傷害，女足 (10%) 與女籃 (5%) (Arendt, & Dick, 1995)。 造成前十字韌帶傷害的性別差異，常歸咎於女性存在數個易受傷的危險因子，包括 解剖生理構造、月經週期、神經肌肉控制、著地生物力學等 (Hewett, Myer, Ford, Paterno, & Quatman, 2016)。在解剖生理構造上女性的 Q-angle、骨盆高度、股骨髁間寬度皆與男 性有差異；在月經週期中的排卵期與膝關節鬆弛度增加有關連性，所以月經週期中的排 卵期可能是前十字韌帶傷害風險最高的時期 (Hewett, Zazulak, & Myer, 2007)；在著地生 物力學的部分女性運動員在落地期時膝外翻角度與力矩大於男性運動員 (Chappell, Yu, Kirkendall, & Garrett, 2002; Ford, Myer, & Hewett, 2003)，而過去文獻指出女性運動員在 著地時的膝內翻力矩會使前十字韌帶產生較大的負荷 (Hewett et al., 2005; Markolf, Gorek, Kabo, & Shapiro, 1990)，但是 Bendjaballah, Shirazi-Adl, 與 Zukor (1997) 提出膝關 節在承受過多膝外翻角度時，內外側副韌帶可幫助前十字韌帶抵抗大部分的額狀面力矩， 因此膝內外翻力矩並非主要造成前十字韌帶負荷的原因。Koga 等 (2010) 提出膝關節在 著地時所產生外翻的角度會造成內側關節面打開和外側關節面擠壓，因而提升了內側副 韌帶的張力 (降低抵抗外翻的能力)，而在著地減速期間隨著膝屈曲角度增加，股四頭肌 離心收縮產生脛骨前移，會使股骨外髁向後位移及股骨外旋 (DeFrate, Sun, Gill, Rubash, 1.
(9) & Li, 2004)，也就是脛骨相對於股骨產生內旋的動作，然而前十字韌帶的功能為抵抗脛 骨前移及內旋 (Trent, Walker, & Wolf, 1976)。因此，過大的膝外翻角度會增加脛骨前移 及膝內旋的產生，提高前十字韌帶傷害的風險。Markolf 等 (1995) 提出當膝關節受到脛 骨向前剪力結合內旋力矩或外翻力矩時所產生的前十字韌帶負荷最大，所以在初始著地 期應避免以過多的膝關節伸直、外翻及內旋著地來降低膝關節過大內旋及外翻力矩產生， 藉以減少前十字韌帶負荷的產生；在神經肌肉控制的部分，在矢狀面上，股四頭肌群收 縮會使脛骨前移，導致前十字韌帶受到向前的負荷，而腿後肌群收縮會提供脛骨向後力 量來穩定膝關節以保護前十字韌帶 (Hewett et al., 2005)；在額狀面上，如果膝關節受到 外翻外力，膝關節與外力的接觸支點會在外側關節面上並造成膝外翻的力矩，而此時股 四頭肌群與腿後肌群力量有助於前十字韌帶穩定關節來抵抗膝外翻的力矩 (Hewett et al., 2005)。綜合以上所述，較高的腿後肌群力量和腿後肌群與股四頭肌群的共同收縮率 (Hamstring/Quadriceps ratio, H/Q 比值) 可以增加膝關節的穩定度及減少前十字韌帶的負 荷，然而男性在增加膝關節肌肉收縮的速度時，H/Q 比值會隨之增加，但女性並不會增 加 (Hewett, Myer, & Zazulak, 2008)，這個結果對於女性來說，具有較高的前十字韌帶傷 害風險。因此，在運動前增加腿後肌群的活化，或許可以在運動中降低女性前十字韌帶 受傷的風險。從以上的受傷因子中發現，先天性的解剖生理構造、賀爾蒙、月經週期是 無法加以改變，但或許可以透過改變女性的著地生物力學及神經肌肉控制來降低受傷的 風險。 近年來許多人在練習或比賽前介入肌肉神經訓練 (neuromuscular training) 來預防膝 關節前十字韌帶傷害，而肌肉神經訓練包含了跑步暖身、肌肉誘發、增強式動作、敏捷 動作、伸展動作 (Prevent injury and Enhance Performance program, PEP)，Hewett, Stroupe, Nance & Noyes (1996) 提出女性運動員經過增強式訓練後會降低膝關節內外展力矩、增 加腿後肌與股四頭肌力量峰值比率，而 Hewett, Lindenfeld, Riccobene & Noyes (1999) 也 統計出沒有接受神經肌肉訓練的女性運動員比有接受肌肉神經訓練的女性運動員膝關 節傷害率高出 2.4～3.6 倍之多，所以從以上研究看出運動前的肌肉神經訓練對於傷害的 風險降低是有幫助的，而肌肉收縮可以減少 3 倍的膝關節動態外翻鬆弛，透過肌肉共同 收縮可以使關節壓縮密合，使膝關節外展負荷被關節間作用力吸收，來保護韌帶避免受 到高負荷影響，因此在運動前增加腿後肌群的活化，勢必可以在運動中減少膝關節受傷 的風險。 一般在運動前常見的暖身通常會有兩種：靜態伸展和動態伸展，在過去的文獻探討 2.
(10) 中，兩種伸展方式都會明顯的增加關節活動度，但是在肌肉活化、肌肉力量、運動表現 的結果就有所差異。楊文傑、曾暐晉與陳哲修 (2018) 指出動態伸展可以提升肌肉的剛 度 (動態柔軟度)，並且提升肌力與爆發力，而靜態伸展則是會降低肌肉的剛度，造成肌 力與爆發力下降，由於過去較少文獻探討動態伸展對於落地、急停、切入等動作，對於 膝關節高負荷動作的肌肉活化影響，因此，本研究主要針對女性運動員進行腿後肌群動 態伸展來觀察在側向切入動作中，下肢著地期 (Landing phase) 的著地策略特徵 (運動 學、動力學和肌電訊號)，是否受到動態伸展後，而增加肌肉活化與力量，藉此降低前十 字韌帶傷害的潛在風險。. 第二節. 研究問題. 根據上述的問題背景，本研究透過針對女性運動員進行腿後肌群動態伸展觀察下肢 在側向切入動作支撐期的運動特徵變化 (包括運動學、動力學和肌電訊號) 是否能降低 前十字韌帶傷害的危險因子。. 第三節. 研究目的. 本研究透過執行腿後肌群的動態伸展，來探討女性運動員側向切入動作的下肢肌肉 活化與下肢關節的運動學及動力學參數間關係，對於預防膝關節前十字韌帶傷害的影響。. 第四節. 研究假設. 依據實驗的目的，本研究的假設為: 一、關節角度 經過動態伸展腿後肌群，慣用腳下肢關節在初始著地期及膝關節力矩峰值下的伸展 /屈曲、內/外翻以及內/外旋角度有差異。 二、關節力矩 經過動態伸展腿後肌群，慣用腳下肢關節在初始著地期及膝關節力矩峰值下的伸展 /屈曲、內/外翻以及內/外旋力矩有差異。 三、肌肉活化 3.
(11) 經過動態伸展腿後肌群，慣用腳下肢肌肉在初始著地期及膝關節力矩峰值下的肌肉 活化程度及共同活化有差異。. 第五節. 研究對象. 一、受試者 (一)受試者為有運動習慣的女性休閒運動員，但是必須要會做側向切入動作。 (二)受試者在 6 個月內並無下肢傷害及肌肉骨骼傷害且無下肢開刀紀錄，避免影響 實驗結果。 (三)受試者需為健康成年女性，身體質量指數 (18.5≤BMI≤27)。 (四)受試者的柔軟度必須要達到動態伸展的範圍(屈髖大於 90 度)。. 第六節. 研究限制. 一、受試者身上貼反光球和肌電以及在測力板上移動，此對於動作的執行和執行場地與 現實上會有些許不同。 二、每位受試者的鞋子都不同，為了避免實驗誤差，全程實驗以赤腳方式進行，但是與 實際穿鞋狀況有些許不同。 三、假設上肢的動作不會影響到下肢的動作。. 第七節. 名詞操作性定義. 一、慣用腳 (Dominance leg) 實驗參與者慣用的起跳腳或支撐腳。 二、側向切入 (Side-cutting) 快速衝刺後，在測力板上進行減速並且改變移動方向。 三、預先活化期 (Pre-activation phase) 肌肉在動作前預先開始活化，使肌肉能準備開始收縮產生動作，本實驗中為慣 用腳在接觸測力板前的時間。 四、著地期 (Landing phase) 本實驗中為慣用腳接觸測力板時到慣用腳離開測力板的時間，其中又可分為減 4.
(12) 速期與加速期。 五、減速期 (Deceleration phase) 慣用腳接觸到測力板時到慣用腳下蹲最低點(膝關節產生最大角度)。 六、加速期 (Acceleration phase) 慣用腳下蹲最低點到慣用腳推蹬離開測力板的時間。 七、膝外翻力矩峰值 (Peak knee valgus moment) 膝關節外翻力矩最大值發生點，約發生在著地減速期初期。 八、膝內翻力矩峰值 (Peak knee varus moment) 膝關節內翻力矩最大值發生點，約發生在著地減速期後期。 九、運動學 (Kinematics) 描述人體在運動時位置會隨時間變化產生軌跡，包含位移、速度、角度、角速 度等生物力學參數，這些參數可以透過紅外線攝影機接收貼在受試者身上的反光球 來計算，而藉由這些參數來探討人體運動時的動作模式。 十、動力學 (kinetics) 探討人體在動作時作用力在人體上產生的影響，包含關節作用力、力矩、衝量 等等生物力學參數，這些參數可以透過測力板所量測的值利用逆動力學來進行推算。. 第八節. 研究的重要性. 膝關節傷害是在運動場上常見的傷害之一，其中以前十字韌帶傷害較為嚴重，而前 十字韌帶傷害容易發生在暖身不足的情況下，因此本研究透過動態伸展腿後肌群介入女 性運動員來觀察下肢生物力學特徵的變化，藉此來探討腿後肌群的動態伸展是否能夠對 於下肢關節的生物力學特徵產生影響。. 5.
(13) 第貳章. 第一節. 文獻探討. 女性發生前十字韌帶傷害機率. 一、前十字韌帶傷害發生率 前十字韌帶傷害為膝關傷害當中最常見的傷害之一，常發生於籃球、足球、手 球、橄欖球等等需要快速移動進行攻守以及肢體碰撞的運動項目，其中容易發生於 女性族群。Arendt 與 Dick (1995) 統整出 1989 到 1993 年 NCAA 女性運動員發生前 十字韌帶傷害的比例高於男性 2 到 4 倍之多，而從 Prodromos, Han, Rogowski, Joyce, 與 Shi (2007) 所統計出的女性與男性前十字韌帶傷害比率中發現，籃球項目女性高 於男性 3.5 倍，足球項目女性高於男性 2.67 倍，手球項目女性高於男性 5.09 倍，所 以女性運動員的前十字韌帶傷害較男性高出許多。 前十字韌帶傷害又可以依照受傷方式分為:接觸性前十字韌帶傷害與非接觸性 前十字韌帶傷害。 (一)接觸性前十字韌帶傷害 主要多為肢體碰撞產生，因為經過碰撞後身體無法維持穩定，所以在著地 時以錯誤的姿勢落下造成傷害，或者是過大的外力直接撞擊膝關節造成前十字 韌帶受損斷裂。 (二)非接觸性前十字韌帶傷害 非接觸性的傷害也是多發生於女性族群，常伴隨著肌力不足、肌肉神經控 制不佳、膝關節先天性鬆弛等等因素。Arendt 與 Dick (1995) 也統計出非接觸性 傷害在籃球比賽中男性受傷比例為 4%，女性受傷比例為 21%；而在足球比賽 中男性受傷比例為 5%，女性受傷比例為 17%，從中發現女性運動員發生非接 觸性前十字韌帶傷害的比例高於男性 3 到 5 倍之多。 二、女性與男性生理構造差異 由前面的文獻數據推論出女性的前十字韌帶傷害是高於男性的，Hewett 等 6.
(14) (2016) 統整出女性的受傷的危險因子包括: 解剖生理、賀爾蒙、關節鬆弛、月經週 期、著地生物力學、神經肌肉、基因等等因子。在解剖生理構造上女性的 Q-angle、 骨盆寬度、股骨髁間寬度皆與男性有差異；在賀爾蒙的部分，女性的男性賀爾蒙含 量較少影響肌肉成長速度較慢；在關節鬆弛部分，在生長過程中可能因為骨骼成長 速度快於肌肉成長速度所造成；在月經週期的部分，排卵期與膝關節的鬆弛度也有 關聯性，所以月經週期中排卵期可能是前十字韌帶傷害風險最高的時期 (Hewett et al., 2007)；在著地生物力學的部分，女性在落地動作時膝關節外翻角度大於男性 (Ford et al., 2003)；在神經肌肉控制部分，女性在增加膝關節收縮速度時，腿後肌群 與股四頭肌群的力量比率會下降 (Hewett et al., 2008)，而 Myer, Brent, Ford, 與 Hewett (2011) 也歸納出四個女性潛在的神經肌肉控制缺失: (一)韌帶主導 (ligament dominance) 在動態膝關節穩定下，神經肌肉控制和韌帶控制之間不平衡，這個控制不 平衡會造成落地和切入動作下的額狀面動作控制失能。因為女性下肢的肌肉活 化時間較晚，所以導致膝關節承受較大的地面反作用力及膝外翻力矩產生。 (二)股四頭肌主導 (quadriceps dominance) 膝關節伸肌與屈肌的力量、肌肉徵招和協調性不平衡。El-Ashker, Carson, Ayala, 與 Croix (2017) 發現分別在 60°/s、180°/s、300°/s 等速肌力測力機下女性 的 H/Q 比值都比男性來的低，這也顯示出女性膝關節的伸肌活化大於屈肌，因 此在落地動作下容易產生較大的膝伸肌力矩，造成膝關節負荷較大。 (三)單側主導 (leg dominance) 通常會以慣用腳來主導著地的姿勢，會導致慣用與非慣用側下肢間的肌力、 協調性以及神經控制不平衡，使慣用側膝關節負荷較大。 (四)軀幹失能 (truck dominance or core dysfunction) 軀幹的控制和協調性不平衡。在著地、切入動作時，軀幹的活動出現過度 的慣性移動，而核心的穩定較少，這結果會造成軀幹有過多的位移，特別是額 狀面的位移，如此一來便會產生較高的地面反作用力及膝關節外翻力矩產生。 7.
(15) 三、前十字韌帶傷害發生機制 (一)解剖位置 前十字韌帶位於股骨於脛骨之間，始於股骨外側髁的內側面，向前內下方 止於脛骨髁間凹窩的前方，其功能為防止脛骨向前位移以及內外旋轉。 (二)發生機制 非接觸性前十字韌帶傷害的發生的步驟為膝關節受到外翻負荷後，內側副 韌帶張力變強，而外側副韌帶發生擠壓，此時外側的擠壓負荷和股四頭肌群收 縮造成向前的力量引起股骨外髁相對於脛骨的向後位移，此時脛骨便會向前位 移並且內旋，造成前十字韌帶撕裂。最後當前十字韌帶撕裂後，脛骨前移的限 制消失後，股骨內髁便會向後位移產生脛骨外旋 (Koga et al., 2010)。. 第二節. 側向切入動作相關研究文獻 (膝關節負荷影響). 側向切入動作是一般在籃球、足球、橄欖球等等運動項目中選手利用突然的減 速後，馬上改變衝刺方向來突破對手，這個動作的能力對於運動員來說是非常重要 的，改變衝刺方向的動作速度越快，在比賽中得分的機會就會更高，但是相對來說 下肢關節所承受的力量就越大，因此受傷的風險就會越大。過去許多文獻 (Walsh, Boling, McGrath, Blackburn, & Padua, 2012; Yu, Lin, & Garrett, 2006; Chappell, Creighton, Giuliani, Yu, & Garrett, 2007) 都有探討不同動作的下肢生物力學特徵，因 此本節針對側向切入動作來探討下肢生物力學的特徵。 一、動作分期 側向切入動作可以分為三個動作分期:著地準備期、著地減速期、著地加速期。 (一) 著地準備期 此階段為著地前動作準備期，也可稱為著地前期 (pre-landing phase)，身體 並非直接產生動作，而是肌肉會先活化之後才會產生身體動作，稱之為肌肉預 先活化 (muscle pre-activation)，而著地前肌肉的預先活化量與活化時間又為預 8.
(16) 防前十字韌帶傷害的關鍵指標。 (二) 著地減速期 著地減速期從足部開始接觸地面到下蹲最低點 (膝關節屈曲最大角度)，此 時矢狀面的活動度 (膝屈角度) 減少可能會產生較大的地面反作用力和近端脛 骨剪力，故此階段又為前十字韌帶最容易發生傷害的階段。Koga 等 (2010) 利 用比賽影片分析發現前十字韌帶傷害發生約在著地後 40 毫秒，此時膝外翻角 度會呈現最大並伴隨著膝關節內旋，當產生較低的膝關節屈曲角度時，便會發 生前十字韌帶傷害；Pflum, Shelburne, Torry, Decker, 與 Pandy (2004) 也指出在 著地後 40 毫秒為前十字韌帶剪力的峰值，主要是因為脛骨和股骨之間的接觸 力以及髕骨肌腱張力產生向前剪力，而髕骨肌腱張力會增加是因為其張力是來 自於股四頭肌群，且向前傾斜附著在脛骨長軸上；脛骨和股骨之間的接觸力有 兩個來源 : 一是來至於股四頭肌的力量，而這力量傳導會經由股骨髁將股骨與 脛骨拉近，二是來至於地面反作用力，因為此時地面反作用力的力方向接近與 脛骨長軸平行，所以作用於關節間作用力會較大。因此從以上推論前十字韌帶 傷害發生的關鍵時間點於著地減速期約 40 毫秒。然而 Hewett 等 (2005) 也提 出健康女性運動員相較於前十字韌帶傷害女性運動員在著地期擁有較高的膝 屈曲角度和較低的膝外翻角度、膝外翻力矩峰值及垂直地面反作用力峰值，所 以膝屈曲角度、膝外翻角度、膝外翻力矩峰值及垂直地面反作用力峰值可以來 當作前十字韌帶傷害的風險指標。除此之外，膝內翻力矩峰值也是另一個傷害 風險指標，因為提高膝內翻力矩會增加前十字韌帶的負荷 (Markolf, Gorek, Kabo, & Shapiro, 1990)，因此，本研究將著地減速期另分為三個時期:初始著地 期、膝外翻力矩峰值期 (著地減速期前期) 及膝內翻力矩峰值期 (著地減速期 後期) 進行探討。 (三) 著地加速期 著地加速期從下蹲最低點 (膝關節屈曲最大角度) 到足部離開地面，因為 經過了著地減速期的下蹲動作中肌肉儲存了彈性位能，並在此階段透過肌肉儲 9.
(17) 存的彈性位能加上股四頭肌的快速向心收縮，使得做出跳躍及衝刺。 二、生物力學參數指標 透過動作分期我們可以知道較容易發生前十字韌帶受傷的階段為著地減速期， 所以我們想要探討膝關節前十字韌帶傷害的因子就必須透過運動學、動力學來觀察 下肢的關節角度、角速度或關節受力等等，還可以透過肌電來觀察肌肉活化的模式 來探討每個動作分期下肌肉活化的程度，以上這些都是可以更客觀的幫我們判別膝 關節前十字韌帶的風險指標。 (一) 運動學 運動學的參數可以利用光點所建構的肢段來計算，有關節角度、角速度、 角加速度、質心位移、速度、加速度等參數。 (二) 動力學 動力學的參數可以從測力板測得，有地面反作用力、壓力重心位移；也可 以利用受力時間推算衝量，及配合運動學利用逆動力學來推算關節力矩與關節 受力等相關參數。 (三) 肌電 利用肌電感應器來偵測表面電位的改變來觀察身體肌肉在動作中活化的 程度來探討身體的動作模式。 三、前十字韌帶傷害關鍵指標 Montgomery 等 (2016) 統整出從 2015 年橄欖球世界盃比賽影片分析中發現在 介於 30～90°側向跨步切入動作，佔了全部傷害的成因 36%，其中非接觸性前十字 韌帶傷害又佔側向切入傷害中 67%，所以側向切入是非接觸前十字韌帶傷害的高風 險動作。另外針對非接觸性傷害的選手進行髖關節、膝關節、踝關節以及足部著地 方式進行分析。在髖關節部分，初始觸地時有受傷組髖屈角度 (平均 30°，範圍 10 至 40°)小於無受傷組髖屈角度 (平均 30°，範圍 20 至 90°)；膝關節部分，初始觸地 期有受傷組膝屈角度 (平均 10°，範圍 10 至 20°) 小於無受傷組膝屈角度 (平均 20°， 範圍 10 至 60°)；踝關節部分，初始觸地期有受傷組踝屈角度 (平均 10°，範圍-30 10.
(18) 至 30°) 大於無受傷組踝屈角度(平均 0°，範圍-20 至 30°)，從膝踝關節可以發現發 生非接觸性前十字韌帶傷害的選手在初始觸地時，雖然髖關節並無角度上的差異， 但是膝關節會產生較低的屈曲角度造成膝關節受力增加，而踝關節會產生較多的背 屈，造成著地時以腳跟觸地。在足部著地的方式中從數據統計出 10 位選手因為側 向切入造成非接觸性傷害中有 9 位選手是腳跟先著地，佔比例約 90%。Burkhart, Ford, Myer, Heidt Jr, 與 Hewett (2008) 使用足壓器測量發現腳跟內側著地所產生的 地面反作用力最大，而比較前十字韌帶受傷族群與正常人以腳跟著地的地面反作用 力相比，受傷族群的地面反作用力遠大於健康族群且內側腳跟著地的地面反作用力 較大；Xie, Urabe, Ochiai, Kobayashi, 與 Maeda (2013) 也提出在著地時腳跟著地會 使膝外翻角度呈現兩個峰值，相較於腳尖著地下只有產生一個膝外翻角度峰值，由 結果可以知道以腳跟的著地方式較容易受傷，這也可能是因為腳跟著地時小腿的肌 肉無法幫助吸收地面反作用力而使力量傳導至膝關節，增加脛骨剪力造成前十字韌 帶傷害。從以上文獻可以探討出前十字韌帶傷害的風險在於下肢關節在矢狀面上的 活動度，如果矢狀面上的活動度降低則會造成額狀面的活動度增加，此時做跳躍、 落地、切入等等動作便會增加前十字韌帶的衝擊力。O’Connor, Johnson, 與 Benson (2015) 探討疲勞對於落地以及切入動作的影響中發現主要改變的差異是在矢狀面 上的角度、力矩以及功率最為顯著；Favre, Clancy, Dowling, 與 Andriacchi (2016) 也 發現控制膝關節矢狀面的活動度，可以改變膝關節額狀面的活動度，其中越多的膝 屈曲角度可以減少膝外翻角度和力矩；而 Hewett 等 (2005) 指出膝外翻角度與力矩 是預測前十字韌帶傷害的主要指標，所以可以推論出在著地的過程中增加矢狀面的 活動度可以減少膝關節額狀面的活動度，並降低前十字韌帶傷害的風險。另外在著 地時 Teng, Kong, 與 Leong (2017) 提出在單腳著地時分別以三種不同方式的足部位 置去觀察落地模式，發現已足外旋 (toe-out) 的姿勢下落地所產生的膝外翻力矩最 大，所以應該避免以足外旋的方式落地。. 11.
(19) 第三節. 動作前肌肉預先活化. 一、肌肉共同活化 (muscle co-activation) 腿後肌群的功能是將脛骨向後拉以幫助前十字韌帶穩定膝關節防止脛骨前移 及旋轉，而作為拮抗肌的股四頭肌群功能是將脛骨向前拉造成脛骨向前位移，這會 造成前十字韌帶張力增加。在肌肉活化的模式中，有肌肉共同活化的現象，因為要 產生一個動作，非孤立肌群可以完成，而是要靠許多肌肉的共同活化來完成。在落 地動作時膝關節周圍肌群的共同活化是非常重要的，較好的肌肉共同活化模式可以 有效的降低前十字韌帶傷害的風險，Serpell 等 (2015) 發現有較高的半膜肌-股內側 肌共同活化與半膜肌-股二頭肌共同活化可以使膝關節呈現膝內翻姿勢 (knee adduction posture) 進而造成前十字韌帶伸張長度減少；而較高的股二頭肌-股外側 肌共同活化則是使膝關節呈現膝外翻姿勢 (knee abduction posture) 進而造成前十 字韌帶伸張長度增加，所以半膜肌-股內側肌的共同活化增加可以降低前十字韌帶 的剪力以減少傷害的產生；Hewett, Zazulak, Myer, 等 Ford (2005) 也提出較低的股 內側肌-股外側肌的活化比率並且合併較多的外側腿後肌活化會造成膝關節內側鬆 弛進而增加前十字韌帶向前剪力。 二、肌肉預先活化 (muscle pre-activation) (一)預先活化 (pre-activation) 肌肉預先活化為肌肉會先活化後才會產生身體動作，肌肉活化越多則能產 生越多力量，Podraza 與 White (2010) 從落地減速期推算出肌電活化量與力矩 的回歸公式，就可以從肌電量推算出肌肉力矩。而在著地、切入動作時肌肉活 化越多則徵招越多肌肉來幫助著地時緩衝，以減少前十字韌帶損傷。 (二)肌電延遲時間 (Electromyography delay time) 肌電延遲定義為肌肉開始活化 (muscle onset) 到產生身體動作的時間 (Kaneko, Onari, Kawaguchi, Tsukisaka, & Roy, 2002)，Croix, ElNagar, Iga, James, 與 Ayala (2015) 比較腿後肌群離心力量，在不同角速度下肌電延遲的時間，發 現關節角速度越快則肌電延遲時間就越長；Sung 與 Lee (2009) 比較出登階中肌 12.
(20) 肉開始活化時間 (muscle onset timing) 的性別差異，其中發現在向心收縮的過 程中男性股內側肌的肌電延遲時間較長，而在離心收縮的過程中女性股內側肌 的肌電延遲時間較長。肌電延遲時間較長代表在動作過程中肌肉活化速度較慢， 這可能會使肌肉較晚幫助關節緩衝吸收衝擊力，造成關節或韌帶損傷；而落地 及切入動作為關節的角速度較快的離心收縮動作，所以女性在此動作下肌電延 遲時間會較長，因此會有較高的受傷風險。 三、腿後肌群活化對於脛骨內外旋影響 Jónasson, Helgason, Ingvarsson, Kristjánsson, 與 Briem (2016) 提出脛骨在做外 旋時，內側與外側腿後肌的活化大小差不多；脛骨在做內旋時，內側腿後肌活化較 多。從膝關節前十字韌帶的受傷機制來探討，脛骨近端出現外旋與向前位移時會對 十字韌帶產生一個剪力，此時內外側腿後肌群的活化應該是差不多的，如果能夠提 高內側腿後肌的活化或許能夠減少脛骨外旋以減少前十字韌帶傷害的發生。 四、膝關節鬆弛族群肌電相關研究 一般人在進行落地動作時，在著地前腿後肌群的預先活化會增加，但是 Wild, Munro, 與 Steele (2017) 發現在青春期女性前側膝關節高鬆弛 (high anterior knee laxity) 族群其腿後肌群在落地前的活化時間 (the timing of muscle onsets) 與青春期 女性前側膝關節低鬆弛 (low anterior knee laxity) 族群相比腿後肌群活化時間較早； 而 Cowling 與 Steele (2001) 發現成年女性在著地前內側腿後肌 (半膜肌) 活化時間 與成年男性相比活化時間較早，其中女性的的膝關節鬆弛度又較為男性高 (Quatman, Ford, Myer, Paterno, & Hewett, 2008)，所以可以推論出膝關節較鬆弛的族 群其腿後肌群在觸地前的活化會較早產生。探討前十字韌帶缺陷的運動員，Saunders, McLean, Fox, 與 Otago (2014) 發現前十字韌帶受損一周後其腿後肌群皆都在著地 後才產生活化；Steele, & Brown, (1999) 發現有前十字帶缺失的人其腿後肌群活化 時間較無十字韌帶缺陷的人晚活化，從中可以發現到有前十字韌帶傷害的運動員其 慣用腳腿後肌群都有延遲活化 (delayed activation) 現象產生，因為一部分腿後肌群 會協同作用 (synergy) 來幫助前十字韌帶來穩定膝關節，所以在動作時腿後肌群會 13.
(21) 活化較慢。整合上述發現膝關節較鬆弛的人其腿後肌群活化的較早，而膝關節前十 字韌帶受損的人其腿後肌群活化較晚，這兩個族群結果剛好呈現相反；前側膝關節 鬆弛女性的腿後肌群活化模式與受傷族群相反，從中可以發現前側膝關節鬆弛的女 性，因為其關節較鬆弛，所以身體會採用腿後肌群提早活化來穩定膝關節，但是這 樣下來，會減少腿後肌群協同作用於前十字韌帶導致增加前十字傷害風險。. 第四節. 動態伸展對於肌肉影響. 一、動態伸展與靜態伸展比較 運動前的暖身可以有效的減少運動傷害的發生，而暖身的方式有非常多種，例 如:跑步、伸展、跳躍等等，其中暖身的目的是透過動態活動來增加肌肉的柔軟度、 溫度、力量、神經傳導等等藉以提升運動表現、反應力以及降低運動傷害。但是我 們會發現有許多人仍然會在運動前做靜態伸展來當作他們的暖身，這其實是對於運 動表現是不好的，反而是做動態伸展有助於運動表現的提升，而過去文獻針對靜態 伸展與動態伸展來做出比較，Hough, Ross, 與 Howatson (2009) 提出與靜態伸展相 比動態伸展會降低垂直跳運動表現、減少股內側肌活化；Sekir, Arabaci, Akova, 與 Kadagan (2010) 和 Herda, Cramer, Ryan, McHugh, 與 Stout (2008) 也提出靜態伸展 與動態伸展相比股四頭肌群和腿後肌群的肌肉活化、等長肌力以及等速向心-離心 肌力都會降低；而 Amiri-Khorasani 與 Kellis (2013) 發現在踢球前做股四頭肌靜態 伸展後會減少股直肌、股內側肌、股外側肌的活化，而且膝踝關節角速度及足部速 度都會下降。由此可知，在運動前做靜態伸展會降低運動表現、肌肉活化、肌肉力 量，此外降低肌肉活化及力量可能會增加運動傷害的風險，Ruan, Zhang, 與 Wu (2017) 提出在經過腿後肌靜態伸展後開始著地時膝關節屈曲角度下降、股二頭肌活 化下降、力量峰值時間延長，這些都有可能會增加前十字韌帶傷害風險，因此在運 動前應避免靜態伸展的執行，而是執行動態伸展。 二、動態伸展對於肌肉 (活化、力量) 與運動表現的影響 14.
(22) (一)動態伸展效益 動態伸展的使用通常都會與暖身運動合併執行，而一般動態伸展與靜態伸 展一樣可以增加關節活動度及肌肉延展性，透過增加肌肉延展性與柔軟度可以 避免在運動中有過度的大動作讓肌肉產生肌肉拉傷。Hough 等 (2009)提出與動 態伸展後會提升垂直跳運動表現、增加股內側肌活化；Fletcher (2010) 也提出經 過動態伸展後會增加落下跳 (drop jump) 跳躍高度、質心速度以及股外側肌、 股二頭肌活化，這驗證了透過動態伸展可以增加運動表現和肌肉活化，但是較 少文獻去探討動態伸展對於預防運動傷害的層面，因此本研究會針對預防運動 傷害這部分深入來探討。 (二)動態伸展時間 Behm, Blazevich, Kay, 與 McHugh (2015) 整理出動態伸展相關的文獻，其 中動態伸展的總時間約為 4.94±7.91 分鐘，每組間隔休息的時間約為 15.7±7.2 秒；Behm 與 Chaouachi (2011) 整理出動態伸展的時間介於 60～90 秒對於力量 的提升是最好的，多於 90 秒力量提升就會下降，但是低於 30 秒反而力量會下 降，所以從過去的文獻中推論可以知道動態伸展的時間不可以過短也不可以太 長。 (三)動態伸展對於預防前十字韌帶傷害影響 從以上的文獻探討可以歸納出動態伸展可以增加肌肉活化以及肌肉力量， 如果執行腿後肌動態伸展來增加腿後肌肌肉活化，則腿後肌可以增加協同幫助 前十字韌帶來穩定膝關節以防止出現膝外翻與脛骨外轉，並且增加膝屈曲角度 來減少地面衝擊力以及脛骨近端的剪力來預防膝關節前十字韌帶傷害的風險。. 15.
(23) 第五節. 文獻統整. 非接觸性前十字韌帶傷害為最常見的膝關節傷害之一，針對以上的文獻統整出: 一、女性在青春期過後解剖生理構造、賀爾蒙、月經週期、神經肌肉控制及動作生物 力學等等會與男性有差異性，所以女性運動員為較容易受傷的族群。由於女性有 先天性的解剖生理構造、賀爾蒙、月經週期的差異，我們或許可以透過改變女性 的神經肌肉控制及動作生物力學來降低受傷的風險。 二、過去文獻發現非接觸性前十字韌帶傷害主要發生於著地減速期，因為在這個時期 會產生膝內外翻力矩峰值，增加脛骨剪力造成前十字韌帶傷害。而女性在神經肌 肉控制的部分，股四頭肌群的活化較腿後肌群大、離心收縮期肌電延遲較長；在 動作生物力學的部分，在著地時膝關節會呈現外翻姿勢，產生較大的地面反作用 力、膝內外翻力矩及脛骨剪力，以上這些部分都會增加前十字韌帶傷害風險，但 是如果可以增加落地、急停、切入等動作時腿後肌群的活化，或許就能夠減少傷 害發生。 三、動態伸展可以增加肌肉活化、肌肉力量，但是較少文獻探討動態伸展對於落地、 急停、切入等等對於膝關節高負荷動作的肌肉活化影響，因此本研究希望能夠更 深入地來探討動態伸展對於側向切入動作的生物力學特徵變化。. 16.
(24) 第参章. 第一節. 研究方法. 招募對象. 一、實驗對象: 招募 10 位有運動經驗的成年女性休閒運動員 (平均身高 166.1 ± 4.5 公 分、體重 59.1 ± 8.2 公斤、年齡 22.7 ± 2.4 歲)。 二、女性休閒運動員必須要有側向切入的經驗: 為避免每位實驗參與者在做側向切入的 動作上有太大的差異性，其實驗參與者的運動背景有特殊的要求條件，如籃球、足 球、橄欖球、競技飛盤等運動員。 三、必須要能夠達到動態伸展的要求: 主動直膝抬腿屈髖大於 90 度。 四、6 個月內並無下肢傷害及肌肉骨骼損傷且無下肢開刀紀錄，避免引響實驗的結果。. 第二節. 研究工具. 一、Vicon 三維動作系統及紅外線攝影機 (MX T20 Oxford Metrics, UK) (圖 1-1): 本研究 透過 8 台紅外線攝影機，擷取頻率為 250Hz 收集黏貼於實驗參與者下肢及軀幹 29 顆反光球的訊號 (圖 2-3)。. 圖 1-1 Vicon 紅外線攝影機. 17.
(25) 二、Kistler 測力板 (Type: 9287 Serial No. 493587；900×600mm) (圖 1-2): 動力學資料以 1 塊 Kistler 測力板，擷取頻率為 1000Hz 收取地面反作用力訊號。. 圖 1-2 Kistler 測力板 三、表面無線肌電圖(Trigno™, Delsys Inc., Boston, MA, USA) (圖 1-3): 肌電訊號以 8 顆 表面無線肌電感應器，擷取頻率為 2000Hz 收取在側向切入動作過程中 8 條肌肉活 化的訊號 (圖 2-2)。. 圖 1-3 Delsys 肌電無線感應器 四、測量肢段參數工具 (圖 1-4): 主要測量下半身的肢段參數，髂前上棘寬、膝寬、踝 寬、腳掌寬、腳長 (髂前上棘道內踝長度)。 18.
(26) 圖 1-4 馬丁尺和皮尺 五、節拍器 (圖 1-5): 使用 Iphone7 手機 app 軟體 (Metronome: Tempo Lite 節拍器)，設 定節拍速率:60 下/分來作為動態伸展速度的標準一致性。. 圖 1-5 Tempo Lite 節拍器. 19.
(27) 第三節. 實驗程序. 一、 實驗流程圖 實驗前篩選合適受試者. 受試者了解實驗流程及填寫基本資料和實驗同意書. 測量受試者身高體重與肢段參數，設立跨步線(腳長). 黏貼 EMG 於慣用腳上. 進行動作練習. 進行 3 次最大下蹲垂直跳(CMJ). 用來標準化肌電. 黏貼反光球. 收取一筆靜態資料(static trail). 前. 測. 單腳 45 度側向切入. 休息到無疲勞 腿後肌動態伸展. 站立單腳直膝抬腿 站立單腳直膝屈髖. 後. 單腳 45 度側向切入. 測. 資料分析處理. 20.
(28) 二、實驗步驟 (一)實驗室前置 (圖 2-1)。. 圖 2-1 實驗室圖 (二)填寫基本資料及實驗同意書 (附錄一～附錄三)。 (三)測量肢段參數，設立跨步線 (腳長) (附錄四)。 (四)刮除皮膚及毛髮、擦拭酒精 (避免影響肌電訊號)。 (五)使用透氣貼布及皮膚膜將肌電感應器固定在慣用腳 (承重腳) 的肌肉上，黏 貼位置取肌肉中段肌腹最膨大處。 肌肉名稱 (圖 2-2): 1. 股直肌 (rectus femoris, RF) 2. 股內側肌 (vastus medialis, VM) 3. 股外側肌 (vastus lateralis, VL) 4. 半腱肌 (semitendinosus, ST) 5. 股二頭肌 (biceps femoris, BF) 6. 內側腓腸肌 (gastrocnemius medial, GM) 7. 外側腓腸肌 (gastrocnemius lateral, GL) 8. 脛前肌 (tibial anterior, TA). 21.
(29) RF VM. ST. BF. VL. TA. GM. GL. 圖 2-2 肌電位置圖 (六)進行側向切入動作練習，讓受試者熟悉場地。 (七)進行 3 次最大努力下蹲垂直跳 (counter movement jump, CMJ)，並收取肌電訊 號，用來標準化肌電值。 (八)黏貼反光球: 於下半身黏貼 29 顆反光球，利用透氣貼布固定 (圖 2-3)。. 圖 2-3 反光球位置圖 22.
(30) 表 1 反光球黏貼位置 光球名稱. 解剖學位置. ACRO. 肩峰鎖骨關節(acromio-clavicular). T10*. 胸椎脊突第 10 節(10th thoracic spine). ASI. 前上髂棘(anterior superior iliac spine). PSI. 後上髂棘(posterior superior iliac spine). GT. 股骨大轉子(Greater trochanter). THI. 大腿肢段(femoral). KNE. 股骨外髁(lateral epicondyle of femoral). MKNE. 股骨內髁(medial epicondyle of femoral). TIB. 小腿肢段(tibia). ANK. 外踝(lateral malleolus). MANK. 內踝(medial malleolus). TOE1. 第一趾骨(first metatarsal). TOE. 第二三趾骨(second and third metatarsal). TOE5. 第五趾骨(fifth metatarsal). HEEL. 跟骨(calcaneus). 註解. 第二三趾骨中心點. 備註: * 代表不包含左右兩側 (九)進行實驗器材 (Vicon/EMG) 校正，並收取一筆靜態資料 (static data) 作為 model。 (十)接著執行側向切入前測，動作間休息 30 秒，動作要成功 5 次。 1. 45 度側向切入 (Benjaminse, Lemmink, Diercks, & Otten, 2010; Collins, Almonroeder, Ebersole, & O'connor, 2016) : 距離測力板中心 5 公尺為起點， 進行全力衝刺後，接著將慣用腳跨步落在測力板上 (腳尖朝前)，然後用 最快速往 45 度方向方向離開測力板，跨步線距離測力板一倍腳長 (前上 髂棘到內踝)，避免腳跟著地。. 23.
(31) 圖 2-4 側向切入動作圖 2. 失敗動作: 若在動作的過程中出現上半身搖晃幅度過多、著地時失去平衡、 衝刺過程中減速、腳跟著地、慣用腳踏出測力板、非慣用腳超越跨步線、 非慣用腳踩到測力板或踏出角度誤差過大等即屬於動作失敗，須重新進 行實驗動作。 (十一) 休息到無疲勞後，進行腿後肌群動態伸展。 1. 動態伸展 (Herda et al., 2008) (1) 動態伸展的指令：收縮股四頭肌群和髖屈肌群 (拮抗肌)，使腿後肌群 伸展 (主作用肌)，避免出現彈震式伸展；本研究的動態伸展有兩個動 作：站立單腳直膝抬腿、站立單腳直膝屈髖。 (2) 伸展動作: 1 站立單腳直膝抬腿：雙手水平朝前伸直，收縮股四頭肌群和屈髖肌群， ○. 直膝將大腿抬起來，大腿高度至少與地面平行 (屈髖 90 度)，身體直 立不可彎腰前傾 (圖 2-5-a)。 2 站立單腳直膝屈髖：雙手向下伸直，收縮股四頭肌和屈髖肌群，支撐 ○. 腳膝關節伸直，背部打直維持骨盆穩定，直到軀幹平行地面 (髖屈 90 度) (圖 2-5-b)。. 圖 2-5-b 動態伸展圖. 圖 2-5-a 動態伸展圖 (3) 伸展量:. 1 次數: 總共 2 個伸展動作，每個動作伸展 15 下 (約 30 秒)，慣用腳伸 ○. 24.
(32) 展後換非慣用腳伸展，兩腳為一組共 3 組，組間休息 30 秒。 2 速度: 伸展動作每一下為 1 秒，使用節拍器 60 拍/分，節拍器響一聲 ○. 做動作，再響一聲回起始位置，整個伸展時間約 6 分鐘。 (4) 錯誤動作: 如果產生錯誤動作則需重作這一下。若在動態伸展的過程中 產生上半身無保持中立、骨盆歪斜、彎腰前傾、搖晃幅度過多、失去平 衡、膝關節無伸直、髖關節屈曲低於 90 度或沒有在節拍上則該 1 下伸 展算無效伸展，需要再多進行 1 下伸展。 (十二) 最後進行側向切入後測，動作間休息 30 秒，各動作要成功 5 次。. 第四節. 資料處理. 一、在實驗過程中以 Vicon Nexus 1.8.5 版動作擷取系統，進行資料的擷取，並與測力板 和肌電設備進行同步之工作，而資料處理則是利用 Visual 3D v6 Professional software (C-Motion) 進行運動學、動力學與肌電訊號的同步分析 (圖 3)。. 圖 3 Visual 3D v6 Professional software (一)動作分期定義 著地動作主要為兩個部分，著地前期 (pre-contact) 與著地期 (contact)，而著地 期又可分為減速期與加速期 (圖 4-1)。本研究主要分析著地減速期，因為此階 段為非接觸性前十字韌帶傷害最主要發生的階段 (Zaslow et al., 2016)，並另將 其分為三個時期:初始著地期、膝外翻力矩峰值期 (著地減速期前期) 及膝內翻 力矩峰值期 (著地減速期後期) (圖 4-2)，而後續進行伸展前與伸展後運動學、動 25.
(33) 力學和肌肉電訊號資料皆會以這三個時間點的資料來進行分析與探討。 1. 著地前期 (pre-conact phase): 又稱為預先活化期 (pre-activation phase)，本研究將其定義為著地前 100 毫秒。 2. 著地期 (contact phase): (1) 減速期 (deceleration phase):測力板值＞10N～最大膝關節屈曲角度。 1 初始著地期 (initial contact) ○ 2 膝外翻力矩峰值期 (peak knee valgus moment) ○ 3 膝內翻力矩峰值期 (peak knee varus moment) ○. (2) 加速期 (acceleration phase):最大膝關節角度～測力板值＜10N。 (二)運動學分析: 運動學的分析為將反光球之訊號使用 fourth-order Butterworth 10Hz 進行濾波來計算慣用腳膝關節角度及身體質量中心 (COM)，其中以人體 的骨盆與大腿肢段構成髖關節、大腿及小腿肢段構成膝關節、小腿與足部肢段 構成踝關節，並且三個關節分別有 X、Y、Z 三個軸向，遵守右手定則 (right hand rule) 依序定義關節活動度為屈曲 (-)/伸直 (+)，外翻 (-)/內翻 (+)，外旋 (-)/內 旋 (+)。身體質量中心的計算為利用 Visual 3D 計算軀幹、骨盆及下肢的大腿、 小腿和腳踝肢段的共同質量中心。 (三)動力學分析: 動力學的分析為將測力板之訊號使用 fourth-order Butterworth 100Hz 進 行 濾 波 ， 接著 利 用逆 動力 學方 法進 行 計算 慣 用 腳 膝 關節 外力矩 (external knee moment)，其計算參數為人體肢段運動學參數、測力板之地面反作 用力值及足底壓力中心位置，配合逆動力學過程原理，以獲得各關節之淨力矩， 最後再以體重 (kg) 進行標準化，得到標準化力矩 (N∙m/kg)；而地面反作用力 則利用體重 (N) 進行標準化，得到標準化地面反作用力 (BW)。 (四)肌電處理: 原始肌電訊號處理使用帶通濾波 (band pass 20-450Hz) 進行濾波處 理，並將肌電振幅以均方根 (root mean square, RMS) 進行平滑處理，其時間窗 格 (time window)為 50ms。而肌電訊號標準化的方式為將平滑後的肌電訊號除 以下蹲垂直跳中 (從下蹲動作到腳尖離地期間) 最大肌電值所得到的肌電活化 比值 (Ruan, Zhang, & Wu, 2017)。共同收縮指標 (co-contraction index) 為腿後 肌群 (hamstring, H) 和股四頭肌群 (quadriceps, Q) 的肌電活化相除的比值，即 26.
(34) 為 H/Q 比值；而腿後肌群內外側共同收縮比值 (MH/LH 比值)，即為半腱肌與 股二頭肌肌電活化相除的比值。其中 H 為半腱肌和股二頭肌的肌電活化平均， Q 為股直肌、股內側肌和股外側肌的肌電活化平均，而 G (gastrocnemius) 為內 側與外側腓腸肌的肌電活化平均；屈肌肌群肌電和為腿後肌群肌電活化加上腓 腸肌的肌電活化總和，所有實驗中的運動學、動力學、肌電資料皆以 3 次成功 實驗的平均值來呈現。. 圖 4-1 動作分期圖. 27.
(35) 圖 4-2 膝關節額狀面力矩圖 (內翻+/外翻-) 註: 著地減速期(0～41.5%)；0%初始著地期；A 膝外翻力矩峰值；B 膝內翻力矩峰值. 第五節. 統計考驗. 本研究實驗資料經 IBM SPSS Statistics 23.0 統計分析軟體進行單因子重複量數變異 數分析 (One way ANOVA with repeated measures) 進行統計考驗，比較動態伸展前後對 於側向切入動作之膝關節生物力學的影響，自變項為動態伸展前與動態伸展後，依變項 為運動學、動力學與肌電訊號所分析的參數。統計顯著水準訂為 α = .05。. 28.
(36) 第肆章. 第一節. 結果. 動態伸展對於運動學之影響. 一、質心速度 從圖 5 中可以觀察到質心速度在伸展後有增加的趨勢，而在初始著地期，質心 速度在伸展後有顯著的增加，詳細請見表 2。. 註: *代表伸展前與伸展後有達到顯著差異 (p < .05)。. 表 2 各分期質心速度. 圖 5 質心速度時間趨勢圖 二、關節角度 在關節額狀面角度的部分，從圖 6 中可以發現在著地減速期時，經過動態伸展 後，髖關節會以較外展，膝關節會以較中立，而踝關節則是以較內翻的姿勢著地； 在關節水平面角度的部分，從圖 7 可以發現髖膝踝三個關節在經過動態伸展後內旋 角度都有增加的趨勢。然而三個時間點下的關節角度在伸展前後並沒有顯著的差異， 詳細表格請見附錄一。 29.
(37) 圖 6 額狀面關節角度時間趨勢圖. 30.
(38) 圖 7 水平面關節角度時間趨勢圖. 31.
(39) 第二節. 動態伸展對於動力學之影響. 一、地面反作用力 從圖 8 中來看在伸展前後地面反作用力並無明顯的差異，但是從三個時間點來看， 從表 3 中可以觀察到在膝外翻力矩峰值下，三平面的地面反作用力在伸展後皆顯著大於 伸展前 (向後:0.21±0.27 體重；向內:0.22±0.30 體重；垂直:0.96±1.09 體重)；而在膝內 翻力矩峰值下，垂直地面反作用力在伸展後顯著小於伸展前 (0.19±0.25 體重)。. 註: *代表伸展前與伸展後有達到顯著差異 (p < .05)。. 表 3 各分期地面反作用力. 32.
(40) 圖 8 地面反作用力時間趨勢圖. 二、關節力矩趨勢 從圖 9 中可以發現經過動態伸展後，在著地減速期額狀面力矩的部分，髖內收 力矩、膝內翻力矩和踝外翻力矩都有明顯的下降趨勢。由圖 10 中從三個時間點的 力矩總和可以發現到，在矢狀面的部分，伸展後的踝背屈力矩顯著大於伸展前 33.
(41) (0.41±0.55 牛頓‧公尺/公斤)，而膝屈力矩也有增加的趨勢 (0.94±1.83 牛頓‧公尺/ 公斤)；在額狀面的部分，伸展後的膝內翻力矩顯著小於伸展前 (0.28±0.23 牛頓‧ 公尺/公斤)。詳細表格請見附錄二。. 圖 9 額狀面關節力矩時間趨勢圖 34.
(42) 註: *代表伸展前與伸展後有達到顯著差異 (p < .05)。單位:牛頓‧公尺/公斤。X 為矢狀面力矩，Y 為額狀面力矩，Z 為水平面力矩。. 圖 10 各分期關節力矩總和圖. 三、脛骨剪力 從圖 11 中可以發現經過動態伸展後，脛骨剪力沒有明顯的差異。而從表 4 中 各分期的脛骨剪力發現，經過動態伸展後，膝外翻力矩峰值下的垂直脛骨壓力有顯 著的增加 (9.39±10.43 牛頓/公斤)，而在膝內翻力矩峰值下的脛骨垂直壓力則是有 顯著的下降 (1.38±1.72 牛頓/公斤)。. 35.
(43) 圖 11 脛骨剪力時間趨勢圖. 註: *代表伸展前與伸展後有達到顯著差異 (p < .05)。. 表 4 各分期脛骨剪力 36.
(44) 第三節. 動態伸展對於肌肉活化之影響. 一、肌肉活化時序 從圖 12 中可以觀察到在側向切入時各條肌肉活化的順序，在著地減速期可以發現 到肌肉活化按照順序分別為腿後肌群、腓腸肌、脛前肌，而股四頭肌群則是在著地加速 期才有較高的活化產生。而從表 5 中在各分期的肌肉活化總和可以發現，經過動態伸展 後，半腱肌活化與 H/Q 比值有顯著的增加，而股二頭肌、外側腓腸肌則有增加的趨勢。. 圖 12 肌肉活化時序. 37.
(45) 註: *代表伸展前與伸展後有達到顯著差異 (p < .05)。. 表 5 各分期肌肉活化總和 二、肌肉共同收縮比值趨勢 從圖 13 可以觀察到在側向切入時伸展前後肌肉共同活化比值，上圖為腿後肌 群與股四頭肌群的肌肉活化比值 (H/Q 比值)，從中可以發現在著地減速期前期時 H/Q 比值較大，但是隨著時間增加到著地減速期後期時就迅速下降，而在伸展過後 著地減速期的 H/Q 比值有明顯的上升；下圖為內側腿後肌與外側腿後肌的肌肉共同 活化比值 (MH/LH 比值)，從中可以發現在著地減速期的 MH/LH 比值都大於 1，這 也代表內側的腿後肌群活化較多，而伸展後在著地減速期中、後期時 MH/LH 比值 有明顯的增加。. 38.
(46) 圖 13 H/Q (上) 與 MH/LH (下) 肌肉共同收縮比值時間趨勢圖. 三、各分期肌肉活化與肌肉共同收縮比值總和 從圖 14 中可以發現各分期肌電值總和，腿後肌群與膝屈肌肌群的活化在伸展 後有顯著的增加；而在肌肉共同收縮比值中則是 H/Q 比值在伸展後有顯著的增加。. 39.
(47) 註: *代表伸展前與伸展後有達到顯著差異 (p < .05)。. 圖 14 各分期肌電總和. 40.
(48) 第伍章. 討論. 本研究目的透過腿後肌群動態伸展來促進腿後肌群的活化，來觀察是否能夠在女性 運動員執行側向切入動作中減少膝關節產生剪力來降低前十字韌帶傷害之風險。本研究 主要探討著地減速期，而本研究也發現膝外翻力矩峰值及膝內翻力矩峰值是發生在此階 段，過去文獻其原因為也提出著地減速期是非接觸性前十字韌帶傷害主要發生階段 (Koga et al., 2010)，因此，在初始著地時肌肉預先活化及著地的姿勢對於前十字韌帶傷 害的預防有相關性的影響。. 第一節. 動態伸展對於肌肉活化之影響. 從本研究中可以觀察到，在著地減速期時下肢肌肉活化峰值的時序，依序分別為腿 後肌群、腓腸肌和脛前肌，而從圖中可以發現腓腸肌和脛前肌活化的時間點非常接近， 因為這兩條肌肉彼此互為拮抗肌並產生共同收縮，另外股四頭肌群的活化則是在著地加 速期才產生較高度的活化。由這個結果可以發現在著地減速期時腿後肌群、腓腸肌和脛 前肌扮演著膝屈曲、踝背屈的緩衝減速功能。從圖 12 中可以發現，在經過動態伸展後 腿後肌群和膝屈肌群活化有顯著的增加，而肌肉活化的增加是否能夠影響下肢的生物力 學特徵來預防前十字韌帶的發生，本研究針對關節角度、關節力矩和關節剪力來進行探 討。. 第二節. 動態伸展對於關節角度之影響. 從本研究的結果來看，在初始著地期，踝關節角度的部分，經過動態伸展後產生較 多的蹠屈角度 (附錄一，表 6-3)，而過去文獻也提出以較大的踝蹠屈角度著地，能有效 增加踝關節吸收地面的衝擊力以降低地面反作用力 (Self & Paine, 2001)；在膝關節角度 的部分，伸展前後並沒有顯著的差異 (附錄一，表 6-1)；而髖關節角度的部分，在伸展 41.
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