不同高度著地反跳對於踝關節不穩定運動員影響

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(1)國立臺灣師範大學運動與休閒學院體育學系碩士學位論文. 不同高度著地反跳對於踝關節不穩定運動員之影響. 研究生：賴穎良指導教授：李恆儒. 中華民國 108 年 6 月中華民國臺北市.

(2) 不同高度著地反跳對於踝關節不穩定運動員影響. 摘要腳踝扭傷為常見運動傷害之一，腳踝扭傷常發生在需要大量反覆跳躍著地的情境當中。根據研究統計，腳踝扭傷中有 80%為內翻扭傷，這些經歷過腳踝扭傷的患者中，可能因為受傷導致腳踝神經肌肉損傷、本體感覺缺失與運動控制的能力下降，而使得扭傷容易再次發生，最後形成慢性腳踝不穩定 (Chronic Ankle Instability, CAI)。過去對於慢性腳踝不穩定之研究，大多在比較健康人與不穩定族群之差異，然而健康人在過去未曾有過腳踝扭傷，因此在某些程度上無法推測不穩定組之特徵。為此，本研究加入曾經經歷過一次腳踝扭傷病史實驗參與者 (Copers)，配合不同高度著地反跳動作，希望找出三個族群間 (健康組、潛在組與不穩定組) 有何漸進關係與特徵，藉以作為降低及預防腳踝重複扭傷之風險。目的: 探討不同踝關節形態從不同高度著地反跳的影響。方法: 尋找 29 名大專甲組運動員分別區分為健康組、潛在組與不穩定組。實驗工作進行不同高度 (10 公分、30 公分、50 公分) 著地反跳測驗；利用十台 Vicon 紅外線攝影機 (200Hz) 與兩塊 Kistler 測力板 (1000Hz) 同步收集下肢生物力學參數；使用二因子混合設計比較高度與組別間有無交互作用和三組間有無差異。結果: 不穩定組在著地瞬間的踝關節外翻角度高於健康組(p < .05)，不穩定組在下蹲最低點踝關節外翻高於健康組與潛在組 (p < .05)。結論: 不穩定組踝關節著地階段的外翻動作可能為預防再次扭傷代償動作，有穩定關節與降低踝關節內翻風險之作用，潛在族群在動作過程中會表現出與其他兩不同的動作模式，健康族群踝關節背屈力矩顯著大於不穩定族群(p < .05)，歸因於受傷後背屈肌群控制不佳所致，且有過扭傷病史族群會減少足底壓力中心(COP)左右擺盪範圍和面積來穩定平衡，本研究發現踝關節不穩定族群在執行著地反跳時會採取不同動作策略，並且利用更複雜策略來維持關節穩定，而在三組間確實存在依序變化的趨勢和特徵。關鍵詞：踝關節不穩定、著地反跳、潛在族群、運動學、動力學. i.

(3) EFFECTS OF DIFFERENT HEIGHTS OF BOX DROP VERTICAL JUMP ON THE CHRONIC ANKLE INSTABILITY INDIVIDUALS Author: Ying-Liang Lai Advisor: Heng-Ju Lee. Abstract The purpose of this study was to investigate the effects of different height of box drop vertical jump (DVJ) among the healthy control, coper, and CAI groups. Participants were asked to perform a box drop vertical jump and followed with a single-leg landing on the force plate. The DVJ height was 10cm, 30cm, and 50cm. Results from the current study indicated our major findings: CAI groups showed in frontal plan when initial contact, In sequence for CAI ,coper and healthy group,and Copers showed mores knee flexion and hip flexion when initial contact,and more eversion torque when initial leave the ground, CAI ,Copers groups decrease the COP(mediolateral and area range),this may be a mechanism to prevent reinjury.. KEY WORDS: Ankle sprain, sport injury, single-leg landing, box drop vertical jump. ii.

(4) 目次目次……………………………………………………………………….……….………...(iii) 表次……………………………………………………………………….…….…...…..…...(v) 圖次………………………………………………………………….....................................(vi). 第壹章緒論…………………………………………………………………..(1) 第一節、前言…………………………………………………………………….………(1) 第二節、研究問題…………………………………………………………….…………(2) 第三節、研究目的……………………………………………………………….………(3) 第四節、研究假設……………………………………………………….………………(3) 第五節、研究範圍與限制…………………………………………………………….…(4) 第六節、名詞操作性定義…………………………………………………………….…(4). 第貳章文獻探討……………………………………………………………..(6) 第一節、踝關節不穩定相關研究………………………………………….…….………(6) 第二節、不同踝關節型態構造相關研究………………………………………………..(7) 第三節、不同踝關節型態步態與神經肌肉控制相關研究……………………….....….(7) 第四節、不同踝關節型態在臨床及功能性檢測相關研究……………………………..(9) 第五節、著地相關研究………………………………………………………..………...(10) 第六節、不同高度著地相關研究………………………………………………...……..(11) 第七節、文獻總結………………………………………………………………….….....(12). 第參章研究方法……………………………………………………………(13) 第一節、實驗參與者…………………………………………………………….……..(13) 第二節、實驗儀器與設備……………………………………………………….…......(16) 第三節、實驗設計………………………………………………………….…………..(20) iii.

(5) 第四節、資料處理分析……………………………………………………….………..(23) 第五節、統計方法…………………………………………………………………...…(24). 第肆章研究結果……………………………………………………………(25) 第一節、運動學資料…………………………………………………………….……..(27) 第二節、動力學資料…………………………………………………………….…......(30) 第三節、足底壓力中心資料……………………………………………….…………..(33) 第四節、不同高度運動學資料……………………………………………….………..(34). 第伍章討論…………………………………………………………………(38) 第一節、運動學資料…………………….……….……………………………………...(38) 第二節、著地瞬間踝、膝、髖三關節運動學資料…………………….……….……..(39) 第三節、下蹲期踝、膝、髖三關節運動學資料………………….…….……….……..(40) 第四節、離地瞬間踝、膝、髖三關節運動學資料…………………….……….……..(41) 第五節、著地瞬間踝、膝、髖三關節動力學資料…………………….……….……..(42) 第六節、下蹲期踝、膝、髖三關節動力學資料……………………….……….……..(43) 第七節、離地瞬間踝、膝、髖三關節動力學資料…………………….……….……..(44) 第八節、足底壓力中心資料…………………………………………….……….……..(45) 第九節、不同高度……………………………………………………….……….……..(46) 第十節、結論…………………………………………………………….……….……..(47) 第十一節、研究限制…………………………………………………….……….……..(47). 引用文獻……………………………………………………………………(48). iv.

(6) 表次表 3-1 受測者基本資料……………………………………………………………………(13) 表 3-2 踝關節型態定義……………………………………………………………….…….(13) 表 3-3 Cumberland 踝關節不穩定問卷…………………………………..……………..….(14) 表 3-4 肢段參數測量與反光球黏貼位置…………………………...………………..…….(19) 表 4-1 著地瞬間踝、膝、髖關節運動學資料….…………………………………….…….(27) 表 4-2 下蹲期踝、膝、髖關節運動學資料………………………………………….…….(28) 表 4-3 離地瞬間踝、膝、髖關節運動學資料………………………………….……....…..(29) 表 4-4 著地瞬間踝、膝、髖關節動力學資料…………………………………….…...…..(30) 表 4-5 下蹲期瞬間踝、膝、髖關節動力學資料………………………………..….…….....(31) 表 4-6 離地瞬間踝、膝、髖關節動力學資料…………………………………….….……(32) 表 4-7 著地瞬間 10、30、50 公分動力學資料……………………………….….….……(35) 表 4-8 下蹲期 10、30、50 公分動力學資料...…………………………………….….……(36) 表 4-9 離地瞬間 10、30、50 公分動力學資料……………………………………….……(37). v.

(7) 圖次圖 1-1 準備動作…………………………………………………….………….……………(4) 圖 1-2 支撐腳示意圖………………………………………………………………..………(4) 圖 3-1 Vicon 紅外線攝影機………………………………………...……………....………(16) 圖 3-2 測力板………………………………………………………………………………(17) 圖 3-3 Vicon Nexus 1.6.1 套裝分析軟體…………………………………………………(17) 圖 3-4 Visual3D 影像分析軟體………………………………………………………..…(18) 圖 3-5 反光球黏貼位置 (正面觀)…………………………………………………………(19) 圖 3-6 動作示意圖…………………………………………………………………………(21) 圖 3-7 實驗流程圖.…………………………………………………..…………………….(22) 圖 4-1 踝關節著地動作趨勢圖…………………………………………………………….(26) 圖 4-2 足底壓力中心(COP)左右擺盪範圍……………………………………………….(33) 圖 4-3 足底壓力中心(COP)左右擺盪範圍…………………………..………………….(34) 圖 4-4 足底壓力中心(COP)擺盪面積………………………...……..…………………….(34). vi.

(8) 1. 第壹章緒論. 第一節前言腳踝外側扭傷是運動中常見的運動傷害之一，其中有85%為內翻扭傷且造成腳踝外側的傷害 (Garrick, 1977)。根據統計，美國每天有2萬3千次的腳踝扭傷發生，但是50%以上的患者可能不會到醫院就醫，因此其腳踝扭傷再發生率也會比未有扭傷過的人更高，且腳踝扭傷後有40%的人會發生再受傷的情形 (Gerber, Williams, Scoville, Arciero, & Taylor, 1998)。這些患者經過重複的腳踝扭傷之後，往往會有慢性腳踝不穩定的情形 (Chronic ankle instability, CAI)，患者可能因為結構上韌帶的鬆弛導致在正常的關節生理活動度範圍有軟腳或難以控制 (giving way) 的不穩定現象 (Hughes & Rochester, 2008)。學者認為這可能是扭傷造成腓神經功能異常或本體感覺的損傷，進而影響肌肉功能 (Hirai, Docherty, & Schrader, 2009)。學者也發現CAI患者在著地會產生更大踝關節內翻角度，顯示CAI患者在運動時會承受更高的受傷風險(Brown, Padua, Marshall, & Guskiewicz, 2009)。在扭傷的族群裡，有部分的患者只發生過一次腳踝內翻扭傷的傷害，當這些患者再回到運動場上進行高強度運動時 (跳躍,旋轉)，可能使用了有別於健康人的腳踝活動機制 (Brown, Padua, Marshall, 2008)，使他能夠表現出像沒有受傷一樣，這些人我們稱它為腳踝扭傷潛在組群 (Copers)。對於腳踝不穩定判定常分為問卷測試和理學測試，坎伯蘭踝關節不穩定問卷 (Cumberland Ankle Instability Tool, CAIT) 是近期能有效量化CAI 症狀的工具之一 (Hiller, Refshauge, Bundy, Herbert, & Kilbreath, 2006)，其內容結合不同動作與運動表面的不穩定程度，並以頻率及動作難度來區分腳踝不穩定嚴重程度，再測信度高達0.96，在效度方面自我覺察不穩定程度的10公分視覺量表 (10-cm visual analog scale) 的相關性高達0.84，顯示其具有良好的預測力 (Hiller et al.,2006)，問卷總分為30 分，當低於27.5 分則為罹患CAI 之標準。先前的研究中，學者分別採用了不同的理學測試來檢測三組間(Healthy, Copers,CAI ) 1.

(9) 2. 在生物力學上的差異性，Plante 與 Wikstrom (2013) 使用了後距骨傾斜測試和肌力測試，發現CAI組腳踝背屈關節活動度顯著低於Healthy組，在Brown (2011)關節活動度測試中， CAI組和Coper組在無負重主動腳踝蹠屈、背屈、內翻、外翻關節活動度皆無顯著差異，從上述研究中得知靜態理學測試並無法得到一致性的結果。腳踝扭傷常發生於反覆跳躍和著地動作的過程中，而著地反跳動作型態符合容易發生腳踝扭傷的機轉。先前研究中使用了著地反跳作為動作測試，Bates 與 Ford (2013) 使用31cm的高臺進行雙腳著地反跳測試，發現CAI組在第二次著地瞬間時，髖關節和膝關節角度均下降。其他研究中亦發現，CAI組從35cm的高臺進行著地反跳時會有較大的膝關節外展動作，因此著地反跳動作測試中確實存在不同差異。腳踝扭傷成因中，跳躍和著地高度也有可能是影響扭傷的因素之一，Doherty (2014) 針對CAI族群進行40cm高臺著地反跳測試，其結果發現CAI組腳踝蹠屈角度變少，且傷側髖關節會有不對稱的情形。另一個研究使用30cm、50cm側向跳測試，發現CAI組脛前肌和腓骨腸肌的預先收縮比健康組小(Gutierrez et al., 2009)。因此綜合上述所有研究，Healthy、Copers、CAI三組之間在執行著地反跳動作時，其調控關節以致能安全著地能力將可能是重要的關鍵，然而目前證據仍不完整。因此本研究目的在探討不同踝關節型態運動員(Healthy、Copers、CAI)從不同高度著地反跳對踝關節運動學動力學的影響。. 第二節研究問題根據上述問題背景，本研究主要針對不同踝關節型態運動員(Healthy、Copers、CAI) 在進行不同高度著地反跳動作模擬腳踝容易扭傷情境，觀察其下肢肢段包括髖、膝、踝運動型態。. 2.

(10) 3. 第三節研究目的本研究目的是比較不同踝關節型態運動員在進行不同高度著地反跳著地期，支撐腳的下肢關節髖、膝、踝所產生的變化。. 本研究收集不同踝關節型態運動員在進行不同高度著地反跳時運動學、動力學參數。. 一、運動學參數收集不同踝關節型態運動員在進行不同高度著地反跳，著地瞬間、下蹲期、離地瞬間三個時間點支撐腳髖、膝、踝關節三軸角度，用以比較不同高度與不同踝關節型態在著地反跳髖、膝、踝關節角度變化是否有所不同. 二、動力學參數收集不同踝關節型態運動員在進行不同高度著地反跳，著地瞬間、下蹲期、離地瞬間三個時間支撐腳髖、膝、踝三個關節承受的三軸力矩。. 三、足底壓力中心收集不同踝關節型態運動員在進行不同高度著地反跳，第二次著地期支撐腳的足底壓力中心前後、左右與總擺盪範圍。. 第四節研究假設. 本研究的研究假設有: 一、不同踝關節型態運動員進行不同高度著地反跳時，支撐腳踝關節角度三軸皆會有差異. 二、不同踝關節型態運動員進行不同高度著地反跳時，支撐腳膝關節角度在伸展/屈曲角度變化有差異. 三、不同踝關節型態運動員進行不同高度著地反跳時，支撐腳髖關節角度在伸展/屈曲角度變化有差異 3.

(11) 4. 四、不同踝關節型態運動員進行不同高度著地反跳時，支撐腳踝關節力矩會有差異五、不同踝關節型態運動員進行不同高度著地反跳時，第二次著地足底壓力中心左右、前後擺盪範圍和擺盪面積會有差異。. 第五節研究範圍與限制 1. 本研究的受試者範圍是針對中華民國大專甲組代表隊的選手，其上肢無傷害紀錄 2. 受限於實驗室高度限制 3. 本實驗使用理學測試作為篩選組別依據，理學測試較為主觀可能會稍微影響到組別篩選。 4. 未使用肌電圖觀察肌肉活化順序。. 第六節名詞操作型定義一、著地反跳(drop vertical jump) 在一高度垂至落下雙腳同時著地後立即執行一個反跳，碰觸標的物後以單腳平衡為動作結束. 圖 1-1 準備動作 4.

(12) 5. 二、支撐腳(supporting leg) 在進行著地反跳動作時，實驗參與者會以慣用腳著地平衡，本實驗定義著地後慣用腳為支撐腳. 圖 1-2 支撐腳示意圖三、著地期定義為垂直落下落地後，支撐腳接觸到測力板 (floor contact)到支撐腳離開測力板瞬間定義為著地期，著地期又再區分為下蹲期和起跳期四、下蹲期定義為垂直落下後，支撐腳接觸到測力板到最大地面反作用力(GRF)出現這段期間地應為下蹲期。五、起跳期定義為最大地面反作用力到支撐腳離開測力板瞬間定義為起跳期. 5.

(13) 6. 第貳章. 文獻探討. 第一節踝關節不穩定相關研究足踝部發生扭傷的風險相當高，過去的研究發現踝關節不穩定的患者，大約有 39% 踝部反覆傷害的現象 (Freeman, 1965)，Bahr 與 Bahr (1997) 分析排球一球季中 272 位球員運動傷害類型，腳踝傷害佔 54% 且其中 79% 是習慣性扭傷，而過去曾扭傷的腳踝的再發生率，是未曾扭傷腳踝的 3.8 倍，扭傷後 6 個月內又再度扭傷的機率也高達 42%，表示曾發生過扭傷的腳踝又再度扭傷的風險是相當大地。另外，Yeung, Chan, So, 與 Yuan (1994) 分析 380 位運動員，發現其中 73% 發生過踝扭傷，而在扭傷之後有 59%的人感覺腳踝明顯有功能喪失的問題，影響其運動表現。功能性踝關節不穩定最早由 Freeman 於 1965 年所提出，他觀察踝關節外側韌帶扭傷的患者，其腳踝韌帶並沒有鬆弛或是斷裂的現象，但在運動或簡單的動作時會有無力感 (giving way) 及易重複扭傷的問題。運動中跳躍著地動作時，踝部呈現蹠屈 (plantar flexion) 和旋後 (supination) 的動作，使踝部關節穩定度下降並傾向於內翻姿勢（王顯智，1998），此時若是限制內翻角度的腓骨肌群無力或反應延遲，易造成踝部外側前、後距腓韌帶與跟腓韌帶的受傷。Santello 與 McDonagh (1998) 研究指出，在動作開始之前，肌肉的預先反應 (anticipatory responses) 是一種肌腱肌肉複合體 (tendon-muscle complex) 的保護反應，用來穩定關節受到突然的地面衝擊力並限制關節轉動，當保護機制降低時會使得扭傷的風險大幅提升，Santilli 等 (2005) 的研究同樣認為，急性扭傷造成局部神經肌肉損傷是造成反覆扭傷的重要原因，當踝部力矩不穩定時 (disestablishing torque)，踝部周圍肌肉若無法有效且及時地做出正確反應，會造成功能性踝關節不穩定者更容易再度扭傷 (Caulfield & Garrett, 2004)。過去文獻中對於功能性踝關節不穩定的形成原因有許多不同看法，包括扭傷後感覺-運動控制能力下降 (Konradsen & Magnusson, 2000) 、肌肉活化能力改變 (Konradsen & Ravn, 1991; Löfvenberg, Kärrholm, Sundelin, & Ahlgren, 1995) 與本體感覺缺失 (Willems, Witvrouw, 6.

(14) 7. Verstuyft, Vaes, & De Clercq, 2002) 都被認為是可能造成功能性踝關節不穩定的因素。神經肌肉功能和本體感覺的缺失所造生的功能性不穩定，是目前被認為有關慢性踝關節不穩定 (chronic ankle instability) 症狀形成的主要探討方向。. 第二節不同踝關節型態構造相關研究根據研究指出，透過儀器測量發現 CAI 患者會比 Copers 族群在關節活動度上會有較大的踝關節前位移與內翻(Hubbard, 2008)。又有研究發現在踝關節鬆弛度的比較上，CAI 患者、Copers 患者族群與健康的對照組並無顯著差異(Gutierrez et al., 2012; Miller et al., 2012)，這類關於 CAI 患者踝關節機轉的比較呈現出截然不同的結果，或許是因為測試方法的不同導致。Wilkstrom et al., 2010 以功能性測試來比較 CAI 患者、copers 族群與健康控制組在關節勁度(stiffness)上的差異，發現 CAI 患者與 Copers 族群在踝關節有較大向前位移時，踝關節外側韌帶會比健康控制組有顯著較大勁度，但是 Gutierrez 等人 (2012)的類似研究卻無法找出三組受試者間在踝關節勁度上的差異。另外有些研究以超音波成像的方式看三組在執行理學測試上的差異，發現 CAI 患者與 Copers 族群再進行踝關節前拉測試(anterior draw test)或內翻測試(inversion test)都呈現出顯著較大的關節鬆弛度(Croy et al., 2012)。類似結果也在骨科臨床檢驗中發現，CAI 患者與 Copers 族群再向前與向內翻的踝關節活動下比健康對照組鬆弛(Wright & Arnold, 2013)。然而在進行距骨傾斜測試(talar tilt test)時，copers 族群與健康對照組在距骨與腓骨之間的位移卻都比 CAI 患者來的小(Wilkstrom et al., 2010, 2012)。綜合上述相關文獻，CAI 患者在踝關節的鬆弛度與其他相關機轉上，的確與健康對照組有所不同，但是針對 Copers 族群而言，其與健康對照組在踝關節鬆弛度與相關機轉上並沒有一個定論。在 Copers 族群傷害程度認定對於預防踝關節扭傷是非常重要的一環，才不會因為只有踝關節扭傷病史，就被認定為 Copers 族群。. 第三節不同踝關節型態步態與神經肌肉控制相關研究 7.

(15) 8. 許多研究都指出，在功能性踝關節不穩定的患者局部神經肌肉功能問題，像是姿勢控制和反應能力的降低 (Beckman & Buchanan, 1995; Ebig, Lephart, Burdett, Miller, & Pincivero, 1997; Santello & McDonagh, 1998; Suda 等, 2009)； Hertel (2000) 回顧過去對於功能性踝關節不穩定的研究，指出肌肉活化能力的受損是造成踝扭傷後再次受傷的一個重要因素。在跑步的研究中發現，當足部與地面接觸時，Copers族群會比CAI患者呈現較多後足旋前(rearfoot eversion)，從足底壓力中軌跡可以發現，copers族群會比CAI患者有較趨近於足部內側的軌跡，這種組底壓力軌跡模式是與健康對照組一樣的，且這種軌跡模式也比較可以預防跑步時的踝內翻(Morrison et al., 2010)。然而，De Riddler 等人 (2013)的研究發現，Copers族群與CAI患者在跑步著地時會比健康對照組呈現更多的足部外旋。但是在跑步或步態的中期，CAI患者與Copers族群在足跟著地時皆會有比健康對照組更多的足部內旋(forefoot inversion)。從上述研究發現，CAI患者與copers族群無論是跑步或步態皆十分相似，但卻與健康對照組有所不同，其原因可能在踝關節扭傷後，導致構造上或神經肌肉控制上的感變，無法回到正常步態，但是也有可能copers族群在經過一段時間復原後可回復正常步態，而CAI患者始終無法回復正常。在跳躍落地相關研究發現，CAI患者會比Copers族群在躍起落地的瞬間其踝關節會呈現較多的踝關節蹠屈(ankle plantar flexion)、較多的矢狀面關節活動度、較少的額狀面關節活動度。這結果代表Copers族群的外側踝關節韌帶仍然保持有較好的功能，因此其落地動作也會比較好(Brown et al., 2008)。Brown 等人 (2011)的研究發現在急停起跳的落地瞬間，CAI患者會採用比copers族群更大的髖關節屈曲角度、更多的使奘面關節活動角度以及更多髖外旋來代償踝關節的功能不佳所導致的地面反作用力。所以Copers族群似乎在不同的運動型態中，整合出較佳的三個下肢關節活動，又或許是因為Copers族群在受傷後，其神經肌肉控制能力並未完全破獲或已經復原，才可讓其比CAI患者有較佳的下肢功能。然而Copers族群與健康對照組在躍起落地動作時的神經肌肉探討比較尚未被探討。在肌電訊號的研究上，學者發現 CAI 患者在落地時，會有腓骨長肌預縮反應，而在 Copers 族群則是有脛骨前肌的預前收縮，在落地後 Copers 族群的腓骨肌群普遍有較小 8.

(16) 9. 的活化現象，值得一提的是 Copers 族群採用的踝關節脛骨前肌來避免外側踝關節扭傷。在姿勢控制的相關研究中，三個族群在不同實驗室及不同的測試方法下很難找到一至性的結果。傳統的單腳靜態平衡研究，分析其足底壓力中心(center of pressure)移動範圍發現，只有少數研究可以證明CAI患者的確比Copers族群與健康對照組有較大移動範圍，代表其在姿勢控制上比較有挑戰性，其他研究皆找不出三者間差異(Shield et al., 2013; Wilkstrom, Fournier & McKeon, 2010)。而其他有關單腳靜態平衡姿勢控制的測試方法，包括質心活動量與動態姿勢穩定指數(Dynamic posture stability index, DPSI)，也只有少數幾個可以研究可以看出三個族群的差異 (Shield et al., 2013; Wilkstrom, Fournier & McKeon, 2010; Wilkstrom et al., 2012)。在動態姿勢穩定平衡研究中，採用不同方向躍起著地做測試，以DPSI作為測量參數，然而卻無法有效的區分出三族群在動態穩定平衡上的差異(Liu et al., 2013)。有些研究發現Copers族群無論在靜態穩定平衡或動態穩定平衡皆比CAI患者佳，或許是因為Copers族群衍生出一套有效的動態平衡測試，來讓Copers 族群與健康對照組的關節控制類似，但CAI患者的動態關節感覺控制似乎有較大的誤差，所以目前無法確認感覺控制是否為判斷踝關節不穩定的重要因素(Willems et al., 2002)。. 第四節不同踝關節型態在臨床及功能性檢測相關研究當進行臨床及功能性測試時，研究發現 Copers 族群的測試結果常常剛好介於健康對照組與 CAI 患者之間，在表現能力上有許多重疊之處，所以往往看不出差異性在哪。在進行負重弓箭步測試、無負重的主動踝關節背屈、蹠屈、內旋與外旋時，copers 族群與 CAI 患者之間並無顯著的差異(Brown, 2011; Plante；Wilkstrom, 2013; Wright；Arnold, 2013)。在踝關節背屈肌群肌力測試發現，Copers 族群與 CAI 患者並沒有差異，但都顯著小於健康對照組，而踝關節蹠屈的肌力則三組都一樣(Plante & Wilkstrom, 2013)。 Wilkstrom 等人 (2009)藉由臨床檢查上常用的反覆跳(hop test)來評估三個族群間的踝關節功能差異，但其結果發現這個測試信度不高，很難界定出差異存在。另一個臨床常用的測試 Star excursion balance test (SEBT)，研究發現 SEBT可以看出 CAI 患者在踝關節 9.

(17) 10. 功能有所限制，但是仍無法區分出 copers 族群與健康對照組之間的差異(Plante & wilkstrom, 2013)。綜合上述研究，臨床檢查或功能性測試，有些可以找到 CAI 患者踝關節的缺失，但大部分檢測無法有效找出差異，且測驗信度也不可靠，因此比較起來實驗室的測試或許有較大機會找出問題，並且在準確度信校度也較能夠提供有效的證據。. 第五節著地相關研究跳躍著地測驗為探究踝部神經肌肉控制能力的常用方法 (Wu, Chang, Liu, & Wang, 2010; Yoshida, Taniguchi, & Katayose, 2011)，動作時經由閉路迴路機轉 (closed loop) 與開路迴路機轉 (open loop) 維持正確的關節排列與穩定衝擊關節的力量 (Garrick, 1977)；閉路迴路機轉是主導著地後的回饋與反射之神經控制，此調控方式認為會發生在足部著地後肌肉對關節的調控能力（林純彬，1996；Wikstrom, Arrigenna, Tillman, & Borsa, 2006），然而此機制是否為引發腳踝扭傷的主要因素在近期被提出質疑，因為學者認為著地時的腳踝主動外翻動作是發生在著地瞬間後的 176 毫秒，然而會造成腳踝受傷的關節動作卻早在 100 毫秒內便發生，對於突然性的腳踝內翻扭傷而言，透過閉路迴路機轉所產生的神經反射已經太晚 (Gutierrez, Kaminski, & Douex, 2009)，因此學者認為影響 CAI 問題症狀產生應偏向第二種神經機制－著地前的開路迴路機轉，其主要功能在於前饋與預期身體因應著地前的動作策略去進行關節控制來取得最佳的著地角度與肌肉活化反應(Gutierrez et al., 2009)，而過去針對 CAI 患者的開路迴路神經機制功能來設計動作控制干擾做為評估的要點，這些動作如側跳測試 (Delahunt, Monaghan, & Caulfield, 2007) 。著地前的肌肉預收縮屬於動作控制的前饋機制 \(feedforward)，此回饋機制讓下肢肌群在著地前會先活化收縮，藉此累積適當的肌肉張力 (Horita, Komi, Nicol, & Kyrolainen, 2002)，其肌肉工作狀態如同等長收縮，使肌肉在著地前的騰空階段維持最佳準備狀態，作為提供著地瞬間地面反作用力衝擊的回饋機制 (Santelo, McDonagh, & Chalilis, 2001)。躍起著地的瞬間可類化至日常生活中不斷重覆執行的走路或跑步等著地動作，必須充分利用肌肉能量儲存與快速彈性能的釋放， 10.

(18) 11. 並協同髖、膝與踝三關節的肌肉力量作用，以完成功能性的著地動作 (Komi & Bosco, 1978; Nyland, Klein, & Caborn, 2010)。踝關節部分，因腓腸肌屬於雙關節作用肌，其肌肉動力鏈作用可將踝關節穩定的效果延伸至膝關節 (Nashner, 1997; Shultz et al., 2000)，讓下肢於推蹬時，透過雙關節肌肉的作用可以更有效的達到關節穩定效果 (Lee & Lin, 2007; Nyland, Mauser, & Caborn, 2013)。而 Schmidtbleicher 與 Gollhofer (1982) 研究指出神經肌肉系統的調節會隨著工作負荷的高低，進而引發肌肉收縮牽張收縮的強度。因此，通過躍起著地的動作負荷可充分觀察不同踝關節型態對於下肢神經肌肉控制能力的好壞。. 第六節不同高度著地相關研究在不同高度下著地之地面反作用力的研究，張英智(1995)以 12 名男子大學甲組籃球選手為受試對象，依據不同速度(分別為 2.0、2.5、3.0、3.5 及 4.0m/s) 訂定不同高度(20.4、 31.9、45.9、62.5、81.6 公分)並進行著地動作的實驗，在地面反作用力方面結果發現隨著高度的增加，第一和第二峰值也隨著增加，第一和第二峰值產生的時間隨著縮短，到第一和第二峰值的衝量隨著增加，50 毫秒內的被動衝量隨著增大從以上結果得知，高度愈高，著地動作傷害發生率愈高。上述研究在運動學方面結果發現著地瞬間下肢各關節的角度髖關節、膝關節、踝關節和高度之間未達顯著的差異；身體重心速度接近零時下肢各關節的角度髖關節、膝關節和高度之間達顯著差異且隨著高度的增加而變小，踝關節和高度之間未達顯著差異；緩衝期下肢各關節的角位移髖關節、膝關節、踝關節和高度之間達顯著差異且隨著高度的增加而增多；同樣的，許太彥(1999) 以國小六年級學童進行不同高度(20、40、60cm) 的赤腳著地研究，結果發現髖、膝關節角位移，下肢關節之最大角速度、緩衝時間，皆隨著地增加而顯著增多；而著地瞬間髖、膝關節角度，重心最低時髖、膝關節角度，踝關節最大角速產生時間皆隨著地高度增加而減少。由此可見，高度愈高人體的下肢段各關節需要更多的彎曲角度和時間及位移來緩衝衝擊的力量。除此之外也同樣得出在著 11.

(19) 12. 地期間下肢各關節最大角速度，踝關節大於膝關節，膝關節大於髖關節，在著地後最先達到最大角速度的先後順序是分別是踝關節、膝關節和髖關節的結果。同時我們也發現在著地後最先達到最大角速度的先後順序是分別是踝關節、膝關節和髖關節。. 第七節文獻總結目前針對不同踝關節型態的診斷與測試還沒有一個制式的標準化模式，無論是從關節機制、神經肌肉控制能力、臨床及測試功能性測試、分析參數的變化來探討，都沒有一個定論，因此希望藉由本研究找到一個有效的踝關節功能評估來區分 CAI、Copers、 Healthy，並希望此結果可以有效降低踝關節扭傷風險。. 12.

(20) 13. 第參章. 研究方法. 第一節實驗參與者本研究共招募29位實驗參與者，實驗參與者者必須在一年內沒有頭部及下肢傷害的病史，亦無軀幹脊椎或上肢方面的傷害，並且在實驗前三個月內，沒有發生急性的下肢傷害，才符合參與實驗資格。所有實驗參與者須接受Cumberland踝關節不穩定問卷(見表) 和傷害防護員執行前抽拉測試 (Anterior drawer test) 及內翻測試 (Inversion test) 作為納入各組標準。最後依據踝關節健康狀態及評估結果，分成三個實驗組，分別是CAI組 (10人)、Healthy組(9人)與Copers組(10人)。正式實驗前，受試者會填寫受試者同意書及基本資料表並了解整個實驗的流程。每組定義如表3-2所示，受測者基本資料如表3-1所示。. 表 3-1 受測者基本資料(mean±stdev) H. COPER. CAI. 年齡. 20.5±3.56. 20.33±1.75. 20.13±1.36. 身高. 175.33±7.84. 179.5±10.52. 176.88±8.36. 體重. 67.13±12.8. 66.5±10.52. 68.53±8.24. 表3-2 踝關節型態定義組別. 定義. 排除條件. 對照組. 未曾發生踝關節扭傷：CAIT量頭部傷害影響平衡力；下肢. (Healthy). 表 28分. 關節疾病。. 前抽拉測試及內翻測試呈現非陽性(無結構韌帶鬆弛) 曾有外踝關節扭傷. 曾經有扭傷經驗；進12個月有. (Copers). 踝關節活動；每周參與1.5 hr體 13. 多次踝關節扭傷；走路或跑步時踝關節疼痛或無力感；受傷病史少於12個月；曾有下肢外科手術；參與功.

(21) 14. 育活動；CAIT量表25~28分。. 能性復健；自我評估膝關節. 前抽拉測試及內翻測試呈現非. 或髖關節功能性不穩定。. 陽性(無結構韌帶鬆弛) 慢性踝關節不穩定. 多次的踝關節扭傷並伴隨無力. (CAI). 感；CAIT量表分數 24分。前抽拉測試及內翻測試呈現陽性(有結構韌帶鬆弛). 表 3-3 Cumberland 踝關節不穩定問卷 Cumberland 踝關節不穩定問卷（Cumberland Ankle Instability Tool, CAIT）姓名：電話：系級：運動專長：踝關節扭傷經驗：□無□有性別：□男□女、受傷腳：□左□右、受傷至今間隔：□三個月內、□三個月至十二個月間、. □一年以上 ※曾經扭傷腳踝次數：左腳□1 次、□2 次、□3 次以上；右腳□1 次、□2 次、□3 次以上題目. 左腳. 右腳. 分數. 不曾. □. □. 5. 運動中. □. □. 4. 在不平坦表面跑步. □. □. 3. □. □. 2. □. □. 1. □. □. 0. 不曾. □. □. 4. 偶而出現於運動中. □. □. 3. 頻繁出現於運動中. □. □. 2. □. □. 1. □. □. 0. 不曾. □. □. 3. 偶而出現於跑步中. □. □. 2. 1. 我有踝關節疼痛. 在平坦表面跑步在不平坦表面走路在平坦表面走路 2. 我的踝關節感覺不穩定. 有時出現於日常活動中頻繁出現於日常活動中 3. 當我進行快速變換方向會感覺踝關節不穩定. 14.

(22) 15. 時常出現於跑步中. □. □. 1. 走路中. □. □. 0. 不曾. □. □. 3. 如走太快. □. □. 2. 特定情況下. □. □. 1. □. □. 0. 不曾. □. □. 2. 踮腳尖時. □. □. 1. 腳掌平坦時. □. □. 0. 不曾. □. □. 3. 側向單腳跳. □. □. 2. 定點單腳跳. □. □. 1. □. □. 0. 不曾. □. □. 4. 跑步於不平坦表面. □. □. 3. 快走於不平坦表面. □. □. 2. □. □. 1. □. □. 0. 立刻. □. □. 3. 時常. □. □. 2. 偶而. □. □. 1. □. □. 0. □. □. 3. 幾乎立刻. □. □. 3. 1 天內. □. □. 2. 1-2 天. □. □. 1. □. □. 0. 4. 當下樓梯時會感覺踝關節不穩定. 經常 5. 當單腳站立時會感覺踝關節不穩定. 6. 在何情況下會感覺踝關節不穩定. 跳躍時 7. 在何情況下會感覺踝關節不穩定. 走路於不平坦表面走路於平坦表面 8. 當我踝關節開始翻轉時，我可以立刻停止動作. 不曾不曾過度旋轉我的踝關節 9. 當我踝關節扭傷時，踝關節可以回到正常位置. 超過 2 天 15.

(23) 16. □. 不曾過度旋轉我的踝關節. □. 3. 第二節實驗儀器與設備運動學資料使用自建反光球模型黏貼 70 顆反光球黏貼於身體重要關節處，並定義出人體肢段，藉由十台 Vicon 紅外線攝影機，以擷取頻率 200Hz 來收集反光球的三度空間座標。動力學資料透過二塊 Kistler 測力板，擷取頻率設定為 1000Hz，藉由 Vicon Nexus 1.4.115 套裝分析軟體來同步擷取反光球三度空間資料與測力板地面反作用力參數。一、本研究使用的儀器設備如下: （一)VICON3D 動作分析系統 (10 cameras, MX13+Oxford Metrics, UK) 使用 10 台 Vicon 紅外線攝影機（圖 3-1），以頻率 200Hz 收集資料，進行運動學分析。. 圖 3-1 Vicon 紅外線攝影機. （二）測力板 (Kistler 9821, Germany) 以二塊測力板（圖 3-2），擷取頻率設為 1000Hz，用來收集跳躍落地後雙腳的力量數值，以進行動力學分析。. 16.

(24) 17. 圖 3-2 測力板. （三） Vicon Nexus 1.6.1 套裝分析軟體搭配 Vicon 紅外線攝影機，並結合測力板同步進行擷取資料。. 圖 3-3 Vicon Nexus 1.6.1 套裝分析軟體. （四） Visual3D 影像分析軟體 (Visual3D Standard v4.75.36) 用以處理空間中反光球及力量的資料，藉以取得運動學及動力學參數，進行相關資料分析。. 17.

(25) 18. 圖 3-4 Visual3D 影像分析軟體. （五）電腦一台（六）捲尺、長尺等測量工具（七） 10cm、30cm、50cm 高台各一. 二、肢段參數測量與反光球黏貼位置本研究使用自建的反光球貼法來黏貼特定的關節位置，被動式反光球 (passive markers, 直徑 1.27cm) 使用 70 顆(44 顆 markers + 10 片 tracking marker)，黏貼位置（圖 3-8）及相對應反光球名稱（表 3-1）如下所示。定義出 13 個肢段，包含頭部、左右上臂、左右前臂 (含手掌)、軀幹、骨盆、左右大腿、左右小腿及左右足部。. 18.

(26) 19. 圖 3-5 反光球黏貼位置 (正面觀). 表 3-4 肢段參數測量與反光球黏貼位置. 反光球名稱. 解剖學位置. 註解大約在太陽穴附. FHD＊. 近。位於頭部後面，. BHD＊. 與 FHD 在同一個水平面。 Shoulder＊. 肩鎖骨（Acromio-clavicular） 19.

(27) 20. Elbow＊. 外上髁（lateral epicondyle of elbow）位於腕關節內外. Wrist＊. 側的中心點 Hand＊. 第三掌骨頭（head of third metacarpal）. Scapula. 右側肩胛骨（right scapula）. ASIS＊. 前上髂棘（anterior superior iliac spine）. Sacral. 薦骨（Sacral）. Knee lateral＊. 股骨外髁（lateral epicondyle of femoral）. Knee medial＊. 股骨內髁（Medial epicondyle of femoral）. Ankle lateral＊. 外踝（lateral malleolus）. Ankle medial＊. 內踝（Medial malleolus）. Toe＊. 第二蹠骨頭（head of second metatarsal）. Heel＊. 跟骨（calcaneus）. 備註：＊代表包含左右兩側. 第三節實驗設計一、動作說明本實驗為進行不同高度 (10cm、30cm、50cm)的著地反跳動作，執行動作前，實驗參與者手插腰且單腳懸空於高台外圍準備動作，聞開始口令，垂直落下雙腳著地，並在著地後立即進行垂直跳，在起跳後以慣用手碰觸目標物 (高度為站立時雙手的伸展高度加上50%的最大垂直跳高度) (Wikstromet al., 2005)，著地後以患側 (Affected) 腳著地，眼睛直視前方平衡五秒。受試者會在充分練習後再開始進行正式實驗，實驗全程皆以赤腳的方式進行。若發生著地時失去平衡、用對側腳著地、多了額外的小跳步，或是在著地時上半身或對側腳的擺盪過大皆算失敗，若上述情形發生皆須重新進行躍起著地的動作，直到成功5次即算完成，動作示意圖如3-6，實驗流程圖3-7。 20.

(28) 21. 3-6動作示意圖. 21.

(29) 22. 一、實驗流程圖. 說明實驗目的及流程並填寫同意書及基本資料. 受試者熱身並測量最大垂直跳高度及固定目標球. 測量各肢段參數及黏貼反光球. 受試者進行著地反跳練習. 正式實驗. 資料收集. 資料分析圖3-7 實驗流程圖. 22.

(30) 23. 第四節資料處理分析反光球的軌跡以及測力板的原始資料皆以8Hz的低通濾波來進行雜訊的處理，並搭配利用Visual3D (C-Motion, Rockville, MD,USA)來處理分析運動學與動力學的參數，所有資料的取得和分析皆來自於著地期 (landing phase)，其分期定義從受試者支撐腳著地瞬間開始至著地後達到最大地面反作用力(下蹲期)為第一階段，第二階段從減速期到離地瞬間(起跳期)結束。關節運動學的資料包括髖、膝、踝關節在著地後的角度變化，採用關節座標系統(joint coordinate system)進行運算。測力板的資料則分析著地後到達膝關節最大屈曲角度時，期間所產生的最大地面反作用力 (前後、左右以及垂直方向)，再將其除以體重 (body weight, BW) 以進行標準化。關節內力矩則是將反光球 (關節角度和角速度) 和測力板 (地面反作用力、測力板力矩) 的原始資料匯入Visual3D，並輸入人體肢段參數(身高、體重、肢段質量、轉動慣量和肢段質心位置)，以逆動力學的方式來進行計算。足底壓力中心(COP)計算方式: 1,COP左右方向(mediolateral, ML)擺盪範圍：X最大值-X最小值。 2.COP前後方向(anteriorposterior, AP)擺盪範圍：Y最大值-Y最小值。 3.COP軌跡擺動面積：Area=1.96*XSD*1.96*YSD*π。（蕭如英，1990）以線性回歸取得Y=aX+b 定義為橢圓的軸 XSD為COP對應回歸軸於X方向的標準差。 YSD為COP對應回歸軸於Y方向的標準差。. 一、運動學與動力學參數分析本實驗不同高度著地反跳皆各以五次成功測驗進行分析，使用 Visual3D 套裝軟體進行運動學及動力學分析，所有資料的取得和分析皆來自於下蹲期和起跳期，分析支撐著地瞬間、下蹲期、離地瞬間三個時間，髖、膝、踝三關節的生物力學參數。動力學相關參數皆使用體重進行標準化工作。 23.

(31) 24. （一）下蹲期定義為垂直落下後，支撐腳接觸到測力板到最大地面反作用力(GRF)這段期間地應為下蹲期. （二）離地期定義為最大地面反作用力到支撐腳離開測力板瞬間定義為離地期。. 第五節統計方法利用不同踝關節型態(Healthy、Copers、CAI)進行不同高度著地反跳，比較其下肢關節運動學、動力學的差異。以SPSS for Windows21.0 套裝軟體進行統計分析，利用二因子混合設計分析來比較高度與組別交互作用及各個組別、高度之間差異若達顯著則考驗單純主要效果，若無則比較主要效果，各項統計考驗的顯著水準為α = .05。. 24.

(32) 25. 第肆章. 研究結果. 本章將實驗所測量到的數據經統計分析後，所得到結果為下列幾部分:一、運動學參數 (其中包括著地瞬間、下蹲期，離地瞬間三個時間點髖、膝、踝三關節參數)；二、動力學參數(其中包括著地瞬間、下蹲期，離地瞬間三個時間點髖、膝、踝三關節參數)；三、足底壓力中心擺盪範圍(前後、左右和總擺盪面積)。. 25.

(33) 26. 50. 踝 40 關節 30 背 20 屈蹠屈. 0. (-)(. (+)/. 10. COPER CAI H. -10. ). 度 -20 -30. 20 15. (+)/. 踝關外 10 翻. (-)(. 內翻. COPER. 5. CAI. H 0. 度 -5 -10. 15. 踝 10 關節 5 內旋. COPER. (-)(. 外旋 -5. CAI 1 9 17 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97 105 113 121 129 137 145 153 161 169 177 185 193. (+)/. 0. ). 度. -10 -15. 著地瞬間. 最大 GRF. 圖4-1踝關節著地動作趨勢圖. 26. 離地瞬間. H.

(34) 27. 第一節、運動學資料 (一) 著地瞬間踝、膝、髖關節運動學資料表4-1著地瞬間踝、膝、髖關節運動學資料. H. COPER. CAI. 背屈(+)/蹠屈(-). -13.85 (4.13). -12.01. (7.38). -15.04 (4.67). 外翻(+)/內翻(-). 5.71. (2.19). 6.95. (3.54). 9.60. (3.14). 外旋(+)/內旋(-). 2.93. (4.02). 2.69. (1.10). .510. (1.35). 踝關節著地瞬間角度(degrees). 膝關節著地瞬間角度(degrees) 伸直(+)/屈曲(-). -23.44 (5.25). -24.80. (5.99). -24.79 (6.22). 外翻(+)/內翻(-). 2.87. (1.95). 2.52. (2.49). 0.53. 內旋(+)/外旋(-). -3.54. (1.96). -5.84. (6.72). -3.55 (5.94). 屈曲(+)/伸直(-). 25.43. (6.42). 28.19. (7.90). 26.88 (5.54). 內收(+)/外展(-). -10.43 (3.54). -8.83. (7.01). -11.69 (2.74). 內旋(+)/外旋(-). -7.57. -6.96. (8.10). -7.60 (6.99). (2.21). 髖關節著地瞬間角度(degrees). (5.30). 註:*代表三個組別有達到顯著差異(p<.05) a代表H組跟COPER組有達到顯著差異 b代表H組跟CAI組有達到顯著差異 c代表COPER組跟CAI組有達到顯著差異. 著地瞬間踝、膝、髖關節運動學，由二因子混合設計之統計結果得知其高度變化與組別交互作用未得顯著水準，表示不同組別與著地的高度變化，沒有顯著交互作用，進行 27.

(35) 28. 主要效果比較也都未達顯著差異。 (二)下蹲期踝、膝、髖關節運動學資料表4-2下蹲期踝、膝、髖關節運動學資料. H. COPER. CAI. 踝關節緩衝期角度(degrees) 背屈(+)/蹠屈(-). 27.27. (4.89). 外翻(+)/內翻(-). -.098. 外旋(+)/內旋(-). -6.81. 25.80. (3.56). 23.63 (5.44). (1.92). 1.49. (2.49). 3.49. (3.19). -4.06. (5.41). -8.40 (4.17). b. c. (3.05). 膝關節緩衝期角度(degrees) 伸直(+)/屈曲(-). -65.55 (9.35). -59.49. (7.62). -60.47 (10.13). 外翻(+)/內翻(-). -.144. (6.28). 1.03. (5.88). .319. (3.48). 內旋(+)/外旋(-). 4.153. (4.67). .84. (5.52). 2.33. (6.11). 屈曲(+)/伸直(-). 45.54. 10.03. 42.61. (9.94). 43.19 (11.01). 內收(+)/外展(-). -9.06. 4.030. -7.36. (6.47). -10.08 (4.43). 內旋(+)/外旋(-). -3.72. 5.237. -5.63. (7.59). -4.10 (7.35). 髖關節緩衝期角度(degrees). 註:*代表三個組別有達到顯著差異(p<.05) a代表H組跟COPER組有達到顯著差異 b代表H組跟CAI組有達到顯著差異 c代表COPER組跟CAI組有達到顯著差異. 下蹲期踝、膝、髖關節運動學，由二因子混合設計之統計結果得知其高度變化與組別交互作用未得顯著水準，表示在下蹲期不同組別與著地的高度變化，沒有顯著交互作用，不同組別進行主要效果比較，CAI族群踝關節外翻角度顯著大於H族群，F值=5.671， 28.

(36) 29. p=.003)，Copers族群踝關節內旋角度顯著小於CAI族群F值=2.279，p=.048) (三)離地瞬間踝、膝、髖關節運動學資料表4-3離地瞬間踝、膝、髖關節運動學資料. H. COPER. CAI. 踝關節離地瞬間角度(degrees) 背屈(+)/蹠屈(-). -19.86. (7.04). -21.52 (18.74). -20.14 (6.27). 外翻(+)/內翻(-). 3.86. (3.73). 7.75. (6.59). 5.82. (7.79). 外旋(+)/內旋(-). 2.78. (5.77). 2.02. (5.73). 4.40. (6.23). 伸直(+)/屈曲(-). -16.44. (4.35). -16.58 (16.03). -18.15 (7.28). 外翻(+)/內翻(-). 0.98. (2.64). 1.18. (1.76). 1.67. (1.95). 內旋(+)/外旋(-). -1.94. (2.53). -7.52. (7.35). -5.45. (5.61). 屈曲(+)/伸直(-). 13.72. (5.06). 17.68. (9.21). 17.70. (5.55). 內收(+)/外展(-). -6.11. (5.60). -7.19. (2.76). -9.40. (3.32). 內旋(+)/外旋(-). -7.75. (8.80). -7.92. (4.63). -8.04. (6.47). 膝關節離地瞬間角度(degrees). a. 髖關節離地瞬間角度(degrees). 註:*代表三個組別有達到顯著差異(p<.05) a代表H組跟COPER組有達到顯著差異 b代表H組跟CAI組有達到顯著差異 c代表COPER組跟CAI組有達到顯著差異. 離地瞬間踝、膝、髖關節運動學，由二因子混合設計之統計結果得知其高度變化與組別交互作用未得顯著水準，表示在離地瞬間不同組別與著地的高度變化，沒有顯著交互作用，不同組別進行主要效果比較，Copers族群膝關節外旋角度顯著大於H族群，F值 =2.537，p=.049)，其他均無顯著差異。. 29.

(37) 30. 第二節. 動力學資料. 二、動力學參數 (一)著地瞬間踝、膝、髖關節動力學資料表4-4著地瞬間踝、膝、髖關節動力學資料. H. COPER. CAI. 踝關節著地瞬間力矩(N*m)/BW 背屈(+)/蹠屈(-). 0.079 (0.02). b. 0.074. (0.04). 0.05 (0.02). 外翻(+)/內翻(-). .002. (0.009). 0.002. (0.01). .003 (0.00). 內旋(+)/外旋(-). .023. (0.02). .021. (0.03). 0.006 (0.01). 伸直(+)/屈曲(-). .15. (0.07). .12. (0.07). 0.14 (0.06). 外翻(+)/內翻(-). 0.01. (0.05). 0.01. (0.05). .020 (0.04). 內旋(+)/外旋(-). 0.01. (0.01). .01. (0.01). 0.008 (0.01). 膝關節著地瞬間力(N*m) )/BW. 髖關節著地瞬間力矩(N*m) )/BW 屈曲(+)/伸直(-). .10. (0.16). .04. (0.15). -.051 (0.19). 內收(+)/外展(-). -.01. (0.11). -.01. (0.09). 0.03 (0.11). 內旋(+)/外旋(-). .02. (0.06). .021. (0.07). 0.01 (0.06). 註:*代表三個組別有達到顯著差異(p<.05) a代表H組跟COPER組有達到顯著差異 b代表H組跟CAI組有達到顯著差異 c代表COPER組跟CAI組有達到顯著差異. 著地瞬間踝、膝、髖關節動力學，由二因子混合設計之統計結果得知其高度變化與組別交互作用未得顯著水準，表示在著地瞬間不同組別與著地的高度變化，沒有顯著交互作用，不同組別進行主要效果比較，CAI族群踝關節背屈力矩顯著小於H族群，F值=2.502， p=.043)，其他均無顯著差異。. 30.

(38) 31. (二)下蹲期踝、膝、髖關節動力學資料. 下蹲期踝、膝、髖關節動力學，由二因子混合設計之統計結果得知其高度變化與組別交互作用未得顯著水準，表示在下蹲期不同組別與著地的高度變化，沒有顯著交互作用，不同組別進行主要效果比較，H族群膝關節屈曲力矩顯著大於CAI族群和Copers族群，F 值=3.778，p=.023)，其他均無顯著差異。 (三)離地瞬間踝、膝、髖關節動力學資料表4-5下蹲期踝、膝、髖關節動力學資料. H. COPER. CAI. 踝關節緩衝期力矩(N*m) )/BW 背屈(+)/蹠屈(-). 1.37. (0.39). 1.32. (0.41). 1.43. (0.43). 外翻(+)/內翻(-). -.33. (0.09). -.27. (0.20). -0.31. (0.08). 內旋(+)/外旋(-). -0.05 (0.08). 0.02. (0.10). -.08. (0.09). 膝關節緩衝期力矩(N*m) )/BW ab. 伸直(+)/屈曲(-). -2.00 (0.29). -1.71. (0.29). -1.71. (0.50). 外翻(+)/內翻(-). -.13. (0.27). -.07. (0.26). -.17. (0.18). 內旋(+)/外旋(-). .06. (0.12). .12. (0.28). .11. (0.16). 屈曲(+)/伸直(-). 0.60. (0.50). 0.74. (0.73). -.12. (0.46). 內收(+)/外展(-). -0.09 (0.28). -0.27. (0.62). .04. (0.40). 內旋(+)/外旋(-). 0.13. 0.19. (0.20). -.01. (0.14). 髖關節緩衝期力矩(N*m) )/BW. (0.14). 註:*代表三個組別有達到顯著差異(p<.05) a代表H組跟COPER組有達到顯著差異 b代表H組跟CAI組有達到顯著差異 31 c代表COPER組跟CAI組有達到顯著差異.

(39) 32. 表4-6離地瞬間踝、膝、髖關節動力學資料. H. COPER. CAI. 踝關節離地瞬間力矩(N*m) 背屈(+)/蹠屈(-). .030. (0.015) .037. (0.357). 外翻(+)/內翻(-). 0.004. (0.007) .008. (0.142). .001 (0.006). 內旋(+)/外旋(-). 0.008. (0.011) 0.007. (0.112). 0.001 (0.010). 伸直(+)/屈曲(-). .144. (0.062) 0.15. (0.845). .126 (0.074). 外翻(+)/內翻(-). -.010. (0.045) -0.035. (0.750). -.049 (0.064). 內旋(+)/外旋(-). .011. (0.012) .011. (0.225). .010 (0.012). 屈曲(+)/伸直(-). .004. (0.099) .021. (1.031). -0.013 (0.088). 內收(+)/外展(-). -.073. (0.096) -.145. (0.196). -0.154 (0.149). 內旋(+)/外旋(-). -.008. (0.023) -.030. (0.191). -.048 (0.043). c. .033 (0.012). 膝關節離地瞬間力矩(N*m). 踝關節離地瞬間力矩(N*m). 註:*代表三個組別有達到顯著差異(p<.05). a代表H組跟COPER組有達到顯著差異 b代表H組跟CAI組有達到顯著差異 c代表COPER組跟CAI組有達到顯著差異. 離地瞬間踝、膝、髖關節動力學，由二因子混合設計之統計結果得知其高度變化與組別交互作用未得顯著水準，表示在離地瞬間不同組別與著地的高度變化，沒有顯著交互作用，不同組別進行主要效果比較，Copers族群踝關節外翻力矩顯著大於CAI族群，F 值=3.636，p=.013)，其他均無顯著差異。 32.

(40) 33. 第三節足底壓力中心資料足底壓力中心擺盪範圍. 足底壓力中心(COP)左右方向擺盪範圍 160 140. (. 120 單 100 位 80 毫米 60 ). 40 20 0 10cm. 30cm H. COPER. 50cm. CAI. 圖4-2 足底壓力中心(COP)左右擺盪範圍第二次單腳著地足底壓力中心左右擺盪，由二因子混合設計之統計結果得知其高度變化與組別交互作用未得顯著水準，表示在不同組別與著地的高度變化，沒有顯著交互作用，不同組別進行主要效果比較，均無顯著差異。. 足底壓力中心(COP)前後方向擺盪範圍 300 250. 單 200 位 (. 150. ). 毫米 100 50 0 10cm. 30cm H. COPER. 50cm. (cm). CAI. 圖4-3 足底壓力中心(COP)前後擺盪範圍第二次單腳著地足底壓力中心前後擺盪，由二因子混合設計之統計結果得知其高度變 33.

(41) 34. 化與組別交互作用未得顯著水準，表示不同組別與著地的高度變化，沒有顯著交互作用，不同組別進行主要效果比較，均無顯著差異。. 足底壓力中心(COP)擺盪面積. (. 單位. ). 毫米平方. 20000 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 10cm. 30cm H. COPER. 50cm. CAI. 圖4-4 足底壓力中心(COP)擺盪面積. 第二次單腳著地足底壓力中心總擺盪面積，由二因子混合設計之統計結果得知其高度變化與組別交互作用未得顯著水準，表示不同組別與著地的高度變化，沒有顯著交互作用，不同組別進行主要效果比較，均無顯著差異。. 第四節不同高度運動學資料表 4-7 著地瞬間 10、30、50 公分運動學資料 10cm. 30cm. 50cm (cm). 踝關節著地瞬間角度(degrees) 背屈(+)/蹠屈(-). -12.102 (4.67)a -14.975. (6.47). -13.834 (4.43). 外翻(+)/內翻(-). 7.669. (1.76). 7.364. (5.55). 7.241 (3.32). 外旋(+)/內旋(-). 1.354. (4.17). 2.212. (1.92). 2.572 (3.48). ab. 膝關節著地瞬間角度(degrees) 伸直(+)/屈曲(-). -21.042 (5.73)b -23.651. (7.28). -28.351 (5.60). 外翻(+)/內翻(-). 1.354. (3.63). 2.572 (1.20). (2.30) 34. 2.212.

(42) 35. 內旋(+)/外旋(-). -3.546 (6.21). -5.845. (4.72). -3.558 (2.45). 屈曲(+)/伸直(-). 25.435 (3.38). 28.198. (11.23). 26.887 (6.27). 內收(+)/外展(-). -9.698 (4.21). -10.516. (4.32). -10.755 (2.34). 內旋(+)/外旋(-). -5.905 (3.67). -7.393. (1.76). -8.850 (4.81). 髖關節著地瞬間角度(degrees). 註:*代表三個組別有達到顯著差異(p<.05). a 代表 10cm 跟 30cm 有達到顯著差異. b 代表 10cm 跟 50cm 有達到顯著差異 c 代表 30cm 跟 50cm 有達到顯著差異. 著地瞬間 10、30、50cm 運動學，由二因子混合設計之統計結果得知其高度變化與組別交互作用未得顯著水準，表示在著地瞬間不同組別與著地的高度變化，沒有顯著交互作用，不同高度進行主要效果比較，30cm 踝關節蹠屈角度顯著大於 10cm，p=.004，10cm 踝關節外旋角度顯著大於 30cm 和 50cm，p=.006，50cm 膝關節屈曲角度顯著大於 10cm， p=.000。. 表 4-8 下蹲期 10、30、50 公分運動學資料 10cm. 30cm. 50cm. 踝關節著地瞬間角度 (degrees) 背屈(+)/蹠屈(-). 25.421 (16.03). 25.916 (5.06). 25.382 (7.28). 外翻(+)/內翻(-). 1.020 (5.77)b. 1.730 (0.23). 2.132 (1.45). 外旋(+)/內旋(-). -6.770 (7.93). -6.332 (7.35). -6.186 (5.55). -63.077 (10.13). -63.608 (5.52). 膝關節著地瞬間角度(degrees) 伸直(+)/屈曲(-). -58.842 (3.54)ab. 外翻(+)/內翻(-). -0.255 (0.05). 0.543. (0.01). 0.922 (0.01). 內旋(+)/外旋(-). 2.632 (5.77). 2.237. (5.61). 2.456 (6.23). 35.

(43) 36. 髖關節著地瞬間角度 (degrees) 屈曲(+)/伸直(-). 42.618 (10.45). 43.195 (12.30). 45.595 (12.27). 內收(+)/外展(-). -7.767 (2.37). -9.015 (4.21). -9.741 (5.32). 內旋(+)/外旋(-). -5.005 (1.12). -3.993 (0.43). -4.467 (4.30). 註:*代表三個組別有達到顯著差異 (p<.05) a 代表 10cm 跟 30cm 有達到顯著差異 b 代表 10cm 跟 50cm 有達到顯著差異 c 代表 30cm 跟 50cm 有達到顯著差異. 下蹲期 10、30、50cm 運動學，由二因子混合設計之統計結果得知其高度變化與組別交互作用未得顯著水準，表示在下蹲期不同組別與著地的高度變化，沒有顯著交互作用，不同高度進行主要效果比較，10cm 踝關節外翻角度顯著小於 50cm，p=.038，10cm 膝關節屈曲角度顯著小於 30cm 和 50cm，p=.008。. 表 4-9 離地瞬間 10、30、50 公分運動學資料 10cm. 30cm. 50cm. 踝關節著地瞬間角度 (degrees) 背屈(+)/蹠屈(-). -16.445 (5.33). -15.499 (2.42). -16.286 (9.21). 外翻(+)/內翻(-). 3.270 (3.27)ab. 6.515 (1.95). 6.660 (16.03. 外旋(+)/內旋(-). 1.450 (1.57). 1.834 (0.21). 2.082 (6.59). 伸直(+)/屈曲(-). -19.273 (2.55)b. -21.076 (9.67). -21.740 (6.50). 外翻(+)/內翻(-). .778 (0.21). .797 (0.73). 1.834 (1.02). 內旋(+)/外旋(-). -4.255 (2.66). -3.928 (3.44)). -4.591 (4.72). 膝關節著地瞬間角度(degrees). 36.

(44) 37. 髖關節著地瞬間角度 (degrees) 屈曲(+)/伸直(-). 17.793 (4.41). 18.274 (7.35). -3.928 (2.19). 內收(+)/外展(-). -7.285 (5.87). -7.708 (2.22). -8.018 (4.63). 內旋(+)/外旋(-). -6.538 (2.30). -8.136 (2.76). -8.670 (3.54). 註:*代表三個組別有達到顯著差異(p<.05). a 代表 10cm 跟 30cm 有達到顯著差異. b 代表 10cm 跟 50cm 有達到顯著差異 c 代表 30cm 跟 50cm 有達到顯著差異. 離地瞬間 10、30、50cm 運動學，由二因子混合設計之統計結果得知其高度變化與組別交互作用未得顯著水準，表示在離地瞬間不同組別與著地的高度變化，沒有顯著交互作用，不同高度進行主要效果比較，10cm 踝關節外翻角度顯著小於 30cm、50cm，p=.002， 10cm 膝關節屈曲角度顯著小於 50cm，p=.038。. 37.

(45) 38. 第伍章. 討論. 第一節運動學資料本研究運動學資料分為三個時間點依序為著地瞬間、下蹲期、離地瞬間，每個時間點會收取踝、膝、髖關節角度資料，研究探討重點為不同踝關節型態進行著地反跳觀察其運動學差異，在先前研究大多比較 CAI 和 Healthy 族群，本研究重點則放在 Copers 族群的觀察，又以踝關節更是觀察重點。人體在著地時下肢的活動是一種封閉式的動力鍊，由多關節肌群和髖、膝、踝關節所形成的動力鍊所控制（許樹淵， 1988）。一般而言，當執行著地任務時，在著地瞬間是以腳尖接觸地面，在此時踝關節是呈蹠屈（plantar flexion）的狀態；接著利用足弓和踝關節來緩衝著地所產生的撞擊力量，然後腳跟著地，腳跟的脂肪（heel pad）也可以吸收部份的撞擊力量，隨後其踝關節彎曲的角度即達到最大背屈的角度極限。在踝運動學資料中發現，三組在整個著地的過程中，踝關節矢狀面趨勢為蹠屈→背屈→蹠屈，額狀面則從外翻→漸趨近正中位置(仍為外翻)→外翻角度變大，橫狀面則依序為外旋→內旋→外旋，矢狀面的趨勢是與先前研究相符，而著地反跳動作需要經過著地後的緩衝與離地的力量釋放，從動作模式來看三組踝關節所呈現趨勢是相似的，但我們仍可以發現有過踝關節扭傷病史的 CIA 和 Copers 族群在整個著地到離地過程皆產生踝關節外翻的動作，這有可能是其避免扭傷的代償動作之一。除了踝關節之外，下肢大肌群大多為伸展肌群控制矢狀面的運動，如膝關節和髖關節的伸展肌群，這些主要的大肌群在落地時主要作用於吸收或緩衝能量的角色（何長仁，2008）在膝關節運動學資料中則發現，三組在整個動作過程中膝關節皆呈現屈曲角度，雖然 Copers 族群著地瞬間時產生較多膝關節屈曲，但到了下蹲期則是 Healthy 族群表現出最大的膝關節角度。在髖關節運動學部分，三組整個動作過程中，髖關節矢狀面皆為屈曲， Copers 族群著地瞬間時產生較多髖關節屈曲，下蹲期則是 Healthy 族群表現出最大的髖關節屈曲角度。綜合膝、髖關節運動學發現，Copers 族群在著地瞬間呈現較多髖、膝關節屈曲角度，在下蹲期 CIA 和 Copers 族群則是會呈現相較於 Healthy 族群膝、髖關節較伸直的硬質著地動作來緩衝地面反作用力，當近端兩關節採用僵直型態著地時，地面的 38.

(46) 39. 衝擊力主要就得靠踝關節來吸收緩衝；研究指出僵直型態著地會產生較大的地面垂直反作用力，踝關節則是主要吸收能量的部位，平均吸收全部所作功的 44%，其次是膝關節吸收 34%，髖關節吸收 22% （Devita， 1992；黃靖閔，2005），而又因為 CAI 和 Copers 族群有過扭傷病史導致期踝部神經肌肉控制改變，可能是造成傷害再次發生的因素之一。. 第二節著地瞬間踝、膝、髖三關節運動學資料本實驗預期Healthy、CAI、Copers三組在著地瞬間的資料上會呈現依序狀態，從結果得知踝關節額狀面、橫狀面、膝關節額狀面，呈現依序排列，符合預期。先前研究定義 Copers族群為只發生過一次腳踝內翻扭傷的傷害，這些患者再回到運動場上進行高強度運動時 (跳躍,旋轉)，可能使用了有別於健康人的腳踝活動機制 (Brown, Padua, Marshall, 2008)，使他能夠表現出像沒有受傷一樣的動作機轉。然而，在從高台落地著地瞬間的結果中，踝關節額狀面、橫狀面、膝關節額狀面Healthy組與Copers族群表現出相似趨勢，與先前研究相符。在本研究中CAI族群在踝關節產生了較大的蹠屈動作，但是也呈現比其他兩組更大的外翻角度，是與先前研究結果不同之處。在先前研究指出運動中跳躍著地動作時，踝部呈現蹠屈 (plantar flexion)和內旋(internal rotation)的動作，使踝部關節穩定度下降並傾向於內翻姿勢（王顯智，1998），此時若是限制內翻角度的腓骨肌群無力或反應延遲，易造成踝部外側前、後距腓韌帶與跟腓韌帶的受傷，因此CAI族群在著地瞬間所產生較大的踝關節外翻角度或許就是避免再次產生踝關節內翻傷害的一種機轉。研究指出，在動作開始之前，肌肉的預先反應 (anticipatory responses) 是一種肌腱肌肉複合體 (tendon-muscle complex) 的保護反應，用來穩定關節受到突然的地面衝擊力並限制關節轉動，當保護機制降低時會使得扭傷的風險大幅提升(Santello & McDonagh, 1998)，有相同研究同樣認為，急性扭傷造成局部神經肌肉損傷是造成反覆扭傷的重要原因，當踝部力矩不穩定時 (disestablishing torque)，踝部周圍肌肉若無法有效且及時地做出正確反應，會造成功能性踝關節不穩定者更容易再度扭傷 (Caulfield & Garrett, 2004)。此外，研究指出CAI族群在著地動作會產生較大的腓骨長肌活化，腓骨長肌是控制踝關節外翻 39.

(47) 40. 動作的主要肌肉之一，CAI族群可能在著地動作踝部呈現較內旋狀態，因此腓骨長肌需更加活化去調控踝關節（錢思佑等，2012），再者CAI族群在著地瞬間產生較大踝關節蹠屈角度，而蹠屈的姿勢雖可增加著地時的緩衝時間，但卻可能因距骨與踝關節的距離增加，而減少其與脛腓骨間的杵臼關節之穩定性，加上受限於踝關節結構腓骨較脛骨長、內側韌帶較集中而外側韌帶較鬆散與距骨頭前寬後窄，當足部著地時便有較高的往內翻扭傷的可能性，先前的研究也發現踝關節姿勢呈現較蹠屈者，有較高的內翻扭傷可能性 (Baumhauer, Alosa, Renström, Trevino, &Beynnon, 1995)，所以本實驗結果顯示CAI族群雖然在著地瞬間踝關節雖然呈現蹠屈以及較內旋的姿勢，但會出現較多的踝關節外翻動作，這可能為一種避免腳踝再度扭傷的代償機制。在關節與關節間的關係中，在著地瞬間時， Copers族群表現出最小的踝關節蹠屈，最多的膝關節和髖關節屈曲，顯示了Copers族群在著地初期所呈現動作模式是想藉由較多的膝關節和髖關節使狀面角度來緩衝接觸地面的衝擊力，踝關節展現出較少的蹠屈也有可能是其特有的動作模式。先前跳躍落地相關研究發現，CAI患者會比Copers族群在躍起落地的瞬間其踝關節會呈現較多的踝關節蹠屈(ankle plantar flexion)、較多的矢狀面關節活動度、較少的額狀面關節活動度。這結果代表Copers族群的外側踝關節韌帶仍然保持有較好的功能，因此其落地動作也會比較好(Brown et al., 2008)。. 第三節下蹲期踝、膝、髖三關節運動學資料本研究結果顯示，下蹲期CAI族群踝關節額狀面外翻角度(3.49±3.05)顯著大於健康組 (-.098±1.92)，此階段是由著地瞬間進入下蹲期，三組踝關節額狀面趨勢皆是從踝關節外翻→漸趨近正中位置(仍為外翻)，又以CAI族群外翻角度最大，Copers族群次之，雖然在動作型態中是往內翻趨勢，但有過扭傷的CAI、Copers族群內翻角度較小且仍呈現踝關節外翻，Healthy族群則是呈現趨於正中位置。一般而言，踝關節蹠屈、內翻、內旋為容易扭傷的情境，CAI、Copers族群呈現較多踝關節外翻所呈現的現象有可能是為了避免過多內翻動作而產生神經肌肉控制改變的代償動作之一。在踝關節額狀面部分，三組皆呈現踝關節內旋，Copers族群踝關節內旋角度顯著小於CAI族群，從著地瞬間到下蹲最 40.