評估不同踝關節型態運動員在著地動作的姿勢穩定策略與神經肌肉控制

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(1)國立臺灣師範大學運動與休閒學院體育學系博士學位論文. 評估不同踝關節型態運動員在著地動作的姿勢穩定策略與神經肌肉控制. 研究生：林建志指導教授：李恆儒. 中華民國 107 年 1 月中華民國臺北市.

(2) 評估不同踝關節型態運動員在著地動作的姿勢穩定策略與神經肌肉控制 2018 年 1 月研究生：林建志指導教授：李恆儒摘要目的：本研究目的為評估不同踝關節型態運動員在著地動作的姿勢穩定策略與神經肌肉控制，從中尋找慢性踝關節不穩定 (chronic ankle instability, CAI) 反覆扭傷因子，以及防止潛在族群 (Coper) 發展成 CAI 的不可逆過程。方法：以 Cumberland 踝關節不穩定問卷為依據，招募 30 位大專運動員並以 CAIT 問卷標準，將每組 10 人分別納入踝關節不穩定組、潛在組與健康對照組。動作測試為前跳、側向跳與垂直跳著地動作，要求實驗參與者以躍起後單腳著地平衡 5 秒鐘。實驗過程使用十台 Vicon 紅外線攝影機 (200 Hz)、3 塊 Kistler 測力板 (1000 Hz) 與 8 枚無線肌電訊號 (1000 Hz) 同步收集下肢運動學、動力學與肌電圖參數。統計方法以獨立樣本單因子變異數分析進行統計考驗不穩定組、潛在組與健康控制組的比較 (α = .05)，事後比較處理為雪費法。結果：研究發現 CAI 運動員存在數個不穩定特徵：一、踝關節背屈動作受限，影響踝關節矢狀面關節 ROM；二、踝關節額狀面關節 ROM 變化較大；三、著地瞬間具有較早與較快的踝關節內翻速度；四、腓骨長肌與臀中肌活化不足的神經肌肉損傷後遺症；五、Coper 的整體著地動作策略趨向於 CAI。結論：踝關節不穩定運動員即便在扭傷復原後，仍舊存在反覆扭傷的不穩定因子，因此，建議針對踝關節活動範圍與神經肌肉控制進行強化與訓練，以避免二次傷害的產生。. 關鍵詞：踝關節扭傷、單腳著地、韌帶撕裂、不穩定、運動傷害. iii.

(3) Assessment of Postural Stability Strategy and Neuromuscular Control during Landing among Athletes with CAI, Coper, and Healthy Control January, 2018 Author: Lin, Jian-Zhi Advisor: Lee, Heng-Ju. Abstract Purpose: The purpose of this study was to assessment of postural stability strategy and neuromuscular control during landing among athletes with chronic ankle instability (CAI), Coper, and healthy control. To find out what affect stability movement strategy of CAI. And to prevent Coper development to CAI during irreversible process of ankle sprain. Methods: All participants had to complete a Cumberland ankle instability tool to define Healthy, Copers and CAI groups. There were 30 collegiate Division I athletes volunteered for this study. All participants needed to complete jump-landing protocol (forward jump, side hop, and bounce drop jump). Participants were asked to perform a jump followed with a single-leg landing. When landing with single-leg, participants were asked to maintain their balance for 5 seconds. Ten Vicon infrared cameras (200 Hz), three Kistler force platform (1000 Hz), and eight Delysis wireless EMG sensors (1000 Hz) were synchronized to acquire the lower extremity kinematic, kinetics, and EMG data. One-way ANOVA was conducted to compare the differences of lower extremity biomechanics data during jump-landing among CAI, Coper, and healthy control groups. The significant level was set at α = .05. Post hoc comparisons were performed using the Scheffe’s test, if statistical significance was found among the groups. Results: The major finding of CAI athletes: 1. The ankle range of motion in sagittal plane was influenced by limited ankle dorsiflexion. 2. The variation of ankle range of motion was obvious in frontal plane. 3. The angular velocity of inversion was earlier and bigger in initial contact. 4. There was neuromuscular control deficit in peroneal longus and gluteus medius muscles. 5. The landing strategy of Coper was similar to CAI. Conclusion: Even iv.

(4) though fully healed after ankle sprain, the athletes with CAI still had deficits to repeated occurrence of instability. Therefore, we suggested that training programs of ankle range of motion and neuromuscular control is necessary to prevent recurrent ankle sprain.. Key words: ankle sprain、single-leg landing、ligament tear、instability、sport injury. v.

(5) 目次口試委員與系主任簽字之論文通過簽名表…………………………………………...……i 論文授權書……………………………………………………..……………………………..ii 中文摘要……………………………..………………………………………………...……iii 英文摘要………………………………………………………..……………………………..iv 謝誌……………………………………………………………………………………….......vi 目次…………………………………………………………………………….……..….......vii 表次………………………………………………………………….…………...………….ix 圖次…………………………………..…………………….…………………………...….......x. 第壹章. 緒論…...………………………………………………………………1. 第一節. 問題背景…...…………………………………………………………………1. 第二節研究目的…...……………………………………..……………………………4 第三節. 研究假設…...…………………………………………………………………4. 第四節. 名詞解釋與操作性定義…...…………………………………………………5. 第五節. 研究範圍與限制……………..…...…………………………………………10. 第六節. 研究重要性……………...……………………………………………………12. 第貳章. 文獻探討…...…………………………………..……………………13. 第一節踝關節扭傷機轉與臨床評估……………………...…………………………13 第二節. 踝關節不穩定潛在族群的動作控制機制與著地模式………………..……17. 第三節踝關節不穩定的神經肌肉控制特徵……...…………………………………21 第四節動態姿勢穩定機制、策略與相關研究…………..…………………...………24 第五節文獻總結…...…………………………………………………………………30 vii.

(6) 第參章. 研究方法…...…………………………………..……………………31. 第一節研究對象………………...……………………………………………………31 第二節實驗儀器與器材……………...………………………………………………33 第三節實驗程序………………...……………………………………………………36 第四節功能性動作測試………………...……………………………………………38 第五節. 第肆章. 資料處理與分析…….....……………………………………………………41. 結果與討論...…………………………………..……………………42. 第一節跨越障礙前跳著地動作的姿勢穩定策略與神經肌肉控制特徵……...……42 第二節著地反彈跳著地動作的姿勢穩定策略與神經肌肉控制特徵………...……69 第三節連續側向跳著地動作的姿勢穩定策略與神經肌肉控制特徵………...……95 第四節. 第伍章. 綜合討論………………………...…………………………………………137. 結論與建議...…………………………………..…………………145. 第一節. 結論……………………………………………………………………...…145. 第二節. 建議……………………………………………………………………...…146. 引用文獻…………...…………………………………..…………..…………147. 附錄……………………………………………………………………..…….159. viii.

(7) 表次表 2-1-1 急性外側踝韌帶傷害分類系統……………………………………………………15 表2-2-1 踝關節肌肉相對肌力作用百分比………………………………...……………….22 表2-4-1 姿勢穩定平衡控制系統……………………………………………………………25 表2-4-2 動態姿勢穩定指數相關研究………………………………………..……………..29 表 3-1-1 不同組別定義與排除條件……………………………………………...………….32 表 3-2-1 Plugin gait Full body Model (SACR)反光球標記位置………………….…………35 表 4-1-1 實驗參與者基本資料描述統計與變異數分析摘要表…………….…......……….43 表 4-1-2 壓力中心參數描述統計與變異數分析摘要表…………………….……...………44 表 4-1-3 質心參數描述統計與變異數分析摘要表………………...………..……………...46 表 4-2-1 壓力中心參數描述統計與變異數分析摘要表…………………….……...………69 表 4-2-2 質心參數描述統計與變異數分析摘要表………………...………..……………...71 表 4-3-1 SHL 壓力中心參數描述統計與變異數分析摘要表……………….……...………96 表 4-3-2 SHM 壓力中心參數描述統計與變異數分析摘要表……………….……...……...98 表 4-3-3 SHL 質心參數描述統計與變異數分析摘要表………………...…..…………….100 表 4-3-4 SHM 質心參數描述統計與變異數分析摘要表……………......…..…………….102. ix.

(8) 圖次圖 2-1-2. 慢性踝關節不穩定族群分類因素…………………………….…………………..16 圖 3-2-1 紅外線感應光閘製作流程………………………………………...………….……33 圖 3-2-2 Vicon Plugin gait Model (SACR) 反光球黏貼位置參照…………………….……34 圖 3-3-1 實驗流程架構…………………………………………………………...…….……37 圖 3-4-1 單腳跳跨越障礙著地動作示意……………………………………………………39 圖 3-4-2 連續單腳側向跳著地動作示意……………………………………………………39 圖 3-4-3 著地反跳結合視覺任務動作示意…………………………………………………40 圖 4-1-1 前後、左右、垂直與整體動態姿勢穩定指數………………………………………48 圖 4-1-2 踝、膝、髖關節著地瞬間與下蹲最低點角度特徵………………………………....50 圖 4-1-3 踝、膝、髖關節在下蹲期的關活動範圍…………...................................................52 圖 4-1-4 踝、膝、髖關節著地瞬間至下蹲最低點關節角度曲線變化情形………………....53 圖 4-1-5 踝、膝、髖關節著地瞬間至下蹲最低點關節角速度曲線變化情形……………....54 圖 4-1-6 著地階段垂直地面反作用力峰值與 50 ms 負荷率…………………….………....55 圖 4-1-7 著地瞬間至下蹲最低點的地面反作用力曲線變化情形………………………....56 圖 4-1-8 踝、膝、髖關節著地瞬間至下蹲最低點關節力矩曲線變化情形………………....56 圖 4-1-9 踝、膝、髖關節著地瞬間至下蹲最低點關節功率曲線變化情形………………....56 圖 4-1-10 著地前 100 ms 與著地瞬間的肌肉活化特徵……………….................................58 圖 4-1-11 下蹲期與推蹬期的肌肉活化特徵………………..................................................58 圖 4-1-12 穩定期的肌肉活化特徵………………..................................................................58 圖 4-1-13 下蹲期與推蹬期的肌肉共同收縮率………………..............................................59 圖 4-2-1 前後、左右、垂直與整體動態姿勢穩定指數………………………………………73 圖 4-2-2 踝、膝、髖關節著地瞬間與下蹲最低點角度特徵………………………………....75 圖 4-2-3 踝、膝、髖關節在下蹲期的關活動範圍……............................................................77 圖 4-2-4 踝、膝、髖關節著地瞬間至下蹲最低點關節角度曲線變化情形………………....78 x.

(9) 圖 4-2-5 踝、膝、髖關節著地瞬間至下蹲最低點關節角速度曲線變化情形……………....79 圖 4-2-6 著地階段垂直地面反作用力峰值與 50 ms 負荷率…………………….………....80 圖 4-2-7 著地瞬間至下蹲最低點的地面反作用力曲線變化情形………………………....80 圖 4-2-8 踝、膝、髖關節著地瞬間至下蹲最低點關節力矩曲線變化情形………………....81 圖 4-2-9 踝、膝、髖關節著地瞬間至下蹲最低點關節功率曲線變化情形………………....81 圖 4-2-10 著地前 100 ms 與著地瞬間的肌肉活化特徵……………….................................83 圖 4-2-11 下蹲期與推蹬期的肌肉活化特徵………………..................................................83 圖 4-2-12 穩定期的肌肉活化特徵………………..................................................................83 圖 4-2-13 下蹲期與推蹬期的肌肉共同收縮率………………..............................................84 圖 4-2-14 比較 BDJ 與 BDJ-V 的著地垂直方向地面反作用力.............................................85 圖 4-2-15 比較 BDJ 與 BDJ-V 的著地負荷率...........................................................................85 圖 4-2-16 比較 BDJ 與 BDJ-V 的動作姿勢穩定指數.............................................................85 圖 4-3-1 SHL 前後、左右、垂直與整體動態姿勢穩定指數………………………………104 圖 4-3-2 SHM 前後、左右、垂直與整體動態姿勢穩定指數…………………….…………105 圖 4-3-3 SHL 與 SHM 的踝、膝、髖關節著地瞬間角度特徵………………….…………....107 圖 4-3-4 SHL 與 SHM 的踝、膝、髖關節下蹲最低點角度特徵……………………….…....108 圖 4-3-5 SHL 與 SHM 的踝、膝、髖關節在下蹲期的關節活動範圍………….....................110 圖 4-3-6 SHL 與 SHM 矢狀面踝、膝、髖關節著地瞬間至下蹲最低點角度曲線變化…….111 圖 4-3-7 SHL 與 SHM 額狀面踝、膝、髖關節著地瞬間至下蹲最低點角度曲線變化……112 圖 4-3-8 SHL 與 SHM 橫切面踝、膝、髖關節著地瞬間至下蹲最低點角度曲線變化…….113 圖 4-3-9 SHL 與 SHM 矢狀面踝、膝、髖關節著地瞬間至下蹲最低點角速度曲線變化…115 圖 4-3-10 SHL 與 SHM 額狀面踝、膝、髖關節著地瞬間至下蹲最低點角速度曲線變化...116 圖 4-3-11 SHL 與 SHM 橫切面踝、膝、髖關節著地瞬間至下蹲最低點角速度曲線變化...117 圖 4-3-12 SHL 與 SHM 的著地階段垂直地面反作用力峰值與 50 ms 負荷率……………119 圖 4-3-13 SHL 與 SHM 的著地瞬間至下蹲最低點的地面反作用力曲線變化…………...120 圖 4-3-14 SHL 與 SHM 的踝、膝、髖關節著地瞬間至下蹲最低點關節力矩曲線變化…...121 xi.

(10) 圖 4-3-15 SHL 與 SHM 的踝、膝、髖關節著地瞬間至下蹲最低點關節功率曲線變化…...121 圖 4-3-16 SHL 與 SHM 的著地前 100 ms 肌肉活化情形…………………………………..123 圖 4-3-17 SHL 與 SHM 的著地瞬間肌肉活化情形……………...…………………………123 圖 4-3-18 SHL 與 SHM 的下蹲期肌肉活化情形………………...…………………………123 圖4-3-19 SHL與SHM的推蹬期肌肉活化情形………………….…………………………124 圖 4-3-20 SHL 與 SHM 的穩定期肌肉活化情形………………...…………………………124 圖 4-3-21 SHL 下蹲期與推蹬期的肌肉共同收縮率………………………………………126 圖 4-3-22 SHM 下蹲期與推蹬期的肌肉共同收縮率……………………………...………126 圖 4-4-1 不同著地動作的動態姿勢穩定指數……………………………………..………141 圖 4-4-2 不同著地動作的著地負荷率與著地瞬間髖關節屈曲角度……………..………141 圖 4-4-3 不同著地動作在著地瞬間與下蹲最低點的踝關節額狀面角度………..………141 圖 4-4-4 不同著地動作在下蹲期的踝關節矢狀面與額狀面關節活動範圍………..……142 圖 4-4-5 不同著地動作在下蹲期的踝關節額狀面角速度變化……………………..……142 圖 4-4-6 不同著地動作在下蹲期的踝關節角度對速度相位圖……………………..……143 圖 4-4-7 不同著地動作在著地前 100 ms、著地瞬間與下蹲期的腓骨長肌活化特徵…...143 圖 4-4-8 不同著地動作在下蹲期的踝關節肌肉共同收縮率……………………………..144. xii.

(11) 第壹章. 緒論. 第一節問題背景人體執行頻繁且連續性的著地動作時，踝關節為下肢反覆接觸地面的關節之一，主要功能具有緩衝、維持身體重心與姿勢穩定的能力 (Daniel & Lee, 2013; Lee & Lin, 2007)，當執行連續性或週期性的運動任務時，如跑步、跳躍、閃切或合併疲勞狀態下容易出現外側踝關節扭傷 (lateral ankle sprain, LAS)，促使踝關節扭傷成為體育活動中常見的運動傷害之一 (Fong et al., 2007; Smion et al., 2013)。根據流行病學調查顯示，在美國每年約有 25,000 名運動員，因踝關節扭傷而無法上場比賽；在英國醫療部統計急性踝關節扭傷佔總傷害率約 3-10%，據估計每 1 萬人就有 52.7 至 60.9 人發生踝關節傷害 (Bridgman et al., 2003; Park & Singh, 2014; Sutherland, 2014; Wikstrom, Tillman, Chmielewski, & Cauraugh, 2006; Waterman, Owens, Davey, Zacchilli, & Belmont, 2010)。進一步比較大專與高中運動員的整體傷害比例中，踝關節傷害分別佔 23%與 15% (Brian & Phillip, 2012)，以球類運動而言，足球發生踝關節韌帶扭傷率高達 68% (Arnason, Gudmundsson, Dahl, & Johannsson, 1996)，而籃球運動則有 15%至 40%的踝關節扭傷情況 (Klein, Hoher, & Thomas, 1993)。由此說明外側踝關節扭傷的比例非常高，其中約有 50%的患者在發生踝關節扭傷後並未向醫療相關單位尋求協助，此舉對往後的運動行為有著深遠的影響，因外側踝關節扭傷如不積極接受完整的復健與治療，踝關節將出現長期不穩定伴隨疼痛的症狀，並容易再次發生扭傷 (McKay, 2001)。踝關節不穩定情形發生的層級從一般人至專業運動員均可能出現，且不容易診斷，主要症狀常出現於行走在不平坦表面時或運動過程中，患側容易出現腫脹、僵硬甚至踝關節無力感 (giving way) (Delahunt et al., 2010; Sutherland, 2014)，多數外側踝關節扭傷復發率高達 70%，導致許多人在反覆扭傷後將演變成慢性踝關節不穩定族群 (chronic ankle instability, 以下簡稱 CAI) (Delahunt et al., 2010; Hartel, 2002; Yeung et al., 1994)，更有研究指出約有 30%的患者在經歷初次踝關節扭傷後就成為 CAI 的一份子 (Anandacoomarasamy et al., 2005)。 1.

(12) 踝關節不穩定族群的演變始於健康人 (以下簡稱Healthy)，當面臨第一次踝關節扭傷後，可能因踝關節周邊韌帶、結構組織、肌肉功能與本體感覺受損或降低 (Cynthia et al., 2013; Hertel & Kaminski, 2005; Liu et al., 2013)，形成一種較不確定的階段稱為”潛在族群 (以下簡稱Coper)”，當Coper如一直無法從扭傷中復原或再次遭遇扭傷時，最後會演變成CAI (Delahunt et al., 2010)。當患者被歸類為踝關節不穩定時，可能因關節活動受限、無力感或無法恢復到受傷前的運動表現，進而在運動過程中抱怨踝關節疼痛或運動功能不佳等狀況 (Hertel,2002; Kipp & Smith, 2013; van Rijn et al., 2008)。由於踝關節不穩定族群的演變過程是不可逆的 (irreversible process)，也就是說，當健康人扭傷後，踝關節狀況如未完整改善或恢復，可能逐漸地走向踝關節不穩定的下場。正因如此，許多研究課題均在找尋踝關節不穩定與轉變成慢性踝關節不穩定的機轉為何，至今，能有效評估踝關節傷害間的差異，最具有信效度的方法為問卷調查，目前主流的問卷類型包括 Cumberland ankle instability tool、Foot and ankle disability index與FADI-Sport等 (Erik & Cathleen, 2013)。除了問卷形式能有效區別健康人與不穩定者間的差異外，從運動生物力學、神經肌肉控制或臨床研究中尚未有明確的標準，如以肉眼觀察外在的肢體動作與運動模式中，踝關節不穩定族群與健康人無異，即便在踝關節扭傷的急性期後仍可回到運動場上進行高強度的運動競賽，其中關鍵因素來自於關節與肌肉間的代償機制 (Brian & Phillip, 2012; Kipp & Palmieri-Smith, 2013)。過去研究常以健康人作為控制組來比較或對照慢性踝關節不穩定患者間的差異，但以健康人作為對照的方式，或許無法更貼近慢性踝關節不穩定產生的動作模式，進而無法明確地找到預防扭傷的方法與策略，導致許多研究仍未有一致性的定論。因此，陸續有研究開始納入曾經歷踝關節扭傷的Coper族群作為對照組，針對踝關節知覺、本體感覺、韌帶結構與肌肉活化等功能探討，但仍無法精確的區別Healthy、Coper與CAI三者間的關係，Kipp 與 Palmieri-Smith (2013) 認為不穩定族群能維持與健康人無異的動作模式，其可能的原因來自於關節與肌肉間的代償機制，曾有研究指出踝關節不穩定受到膝關節與髖關節代償作用，進而隱藏健康者與不穩定間的差異，如CAI在不穩定狀態下將運用髖關節策略多於踝關節，因踝關節策略是以踝關節為中心主體，容易使踝關節出現過度鬆弛而產生不穩定狀態，而髖關節則可利 2.

(13) 用臀中肌來修正動態姿勢改變 (Hertel, 2002)。更有研究認為神經肌肉控制的前饋與回饋機制，有助於著地前的預先反應姿勢與著地後的姿勢控制，有助於更好的動態姿勢穩定平衡效果 (Brian & Phillip, 2012)。如同Simon (2013) 指出踝關節扭傷導致本體感覺控制、肌力強度與平衡表現降低有關，所以，肌肉工作效益為穩定踝關節功能之一，如下肢腓骨長肌為著地階段提供踝關節減少內翻作用，提供穩定與保護機制存在，顯示肌肉工作對於踝關節的重要性。參考過去探討踝關節功能性不穩定的相關研究，多數的功能性動作測試常以前跳動作 (forward jump)、著地反彈跳 (bounce drop jump)、高台著地 (drop stop)、急停跳 (stop jump)、單腳跳穩定 (single leg hop stabilization)、單腳平衡 (single-limb balance) 與折返跑 (shuttle run) 等方式。但踝關節扭傷經常發生於接觸、碰撞與注意力分散時，過去研究對實驗情境的安排確實是以運動狀態下常見的運動任務為主，但上述的動作測試所執行的不同方向、跳躍高度、跳躍距離與高台高度等要求並未有最佳測試指標外，亦無誘發注意力分散的運動情境，進而無法發現明顯差異，或者動作設計過於簡單，導致代償機制能完全取代不穩定特徵，由此說明過去研究未有系統性的探討動作方向、工作難度與誘發注意力分散的設定，如能納入Healthy為基本的對照組外，更尋找曾經歷踝關節扭傷的Coper作為控制組，依此觀察不同踝關節型態運動員在著地動作的姿勢穩定策略與神經經肉控制。綜合上述，外側踝關節扭傷既為運動中最常出現的傷害之一，其受傷後更可能造成不可逆的踝關節結構損傷，其踝關節不穩定的過程均從外側踝關節扭傷開始，因長久無法從扭傷中復原或反覆地扭傷，最後形成為慢性踝關節不穩定患者。因此，本研究希望利用運動生物力學方法，剖析動態姿勢穩定策略與神經肌肉控制特徵，從中探討外側踝關節扭傷後對其運動過程的影響為何，進而評估功能性運動表現、神經肌肉控制與傷害預防策略，提供選手或教練對於踝關節不穩定在訓練或復健上的參考。. 3.

(14) 第二節研究目的過去有關慢性踝關節不穩定研究發現，踝關節扭傷機轉常出現於各種型態的躍起著地階段，踝關節出現過度內翻、跟骨內旋、合併蹠屈動作。基於上述的扭傷機轉與運動情境下，本研究進一步結合 CAI、Coper 與 Healthy 等研究對象，使用三種運動方向特性，設計出四種不同情境的功能性動作測試 (前跳、著地反彈跳結合視覺任務、誘發內翻著地側向跳、誘發外翻著地側向跳)。希望利用前跳動作誘發著地時踝關節較多蹠屈動作的著地模式；執行側向跳動作的踝關節內翻與外翻抑制能力；觀察著地反彈跳動作結合視覺任務，模擬較為非預期性的動態著地特徵，藉此剖析不同踝關節型態運動員在各種運動任務下的完整動作控制，並尋找如何防止 Coper 演變成 CAI 的動作策略或訓練方針。本研究目的茲陳如下：一、評估跨越障礙前跳動作對不同踝關節型態運動員的姿勢穩定策略與神經肌肉控制。二、評估著地反彈跳動作對不同踝關節型態運動員的姿勢穩定策略與神經肌肉控制。三、評估連續側向跳動作對不同踝關節型態運動員的姿勢穩定策略與神經肌肉控制。四、以功能性動作測試觀察 Coper 的著地模式，從中比較 CAI 與 Healthy 的差異。. 第三節研究假設一、不同踝關節型態運動員在跨越障礙前跳著地的姿勢穩定控制參數比較有顯著差異。二、不同踝關節型態運動員在著地反彈跳著地的姿勢穩定控制參數比較有顯著差異。三、不同踝關節型態運動員在連續側向跳著地的姿勢穩定控制參數比較有顯著差異。四、 Coper 的著地模式具有非線性或序列性的特徵，存在於 CAI 與 Healthy 之間。. 4.

(15) 第四節名詞解釋與操作性定義一、前跳動作 (forward jump, FJ) 前跳動作要求實驗參與者站立於距離目標物兩步自身舒適步長位置，接續步行兩步後，同時跨越一個高 15 cm 的跳欄，以及腿長百分百的距離，接續以測驗腳單腳著地於測力板上保持平衡 5 秒鐘 (Liu et al., 2013)。. 二、側向跳動作 (side hop, SH) 實驗參與者單腳站立於兩塊測力板間單腳平衡預備，當動作開始時，須連續左右側向跳四次，第四次著地後須以單腳著地保持平衡 5 秒鐘。. 三、著地反彈跳動作-視覺任務 (bounce drop jump-vision task, BDJ-V) 著地反彈跳的動作執行方式為實驗參與者由高台垂直落下，動作要求在著地後盡可能以最快速執行反向垂直跳動作，而成功且標準的短暫接觸著地方式將產生較佳的跳躍表現能力 (Mrdakovic et al., 2008)。著地反彈跳過程第一次著地為雙腳著地，第二次著地為測驗腳單腳著地平衡 5 秒鐘。第一次著地後起跳將觸發紅外線感應器，使實驗參與者頭部上方的三組 LED 燈隨機一組燈亮，在亮燈的同時須慣用手觸擊目標燈，接續單腳著地平衡 5 秒鐘，進而模擬注意力分散情境，產生較為非預期性的著地動作。. 四、著地前期 (pre-landing phase) 肌肉為了增加彈性能而預先牽張肌肉，稱為預收縮 (pre-stretch)，經由預收縮使肌肉達到最佳的收縮狀態，藉此累積肌肉張力，使肌肉猶如提早準備工作以因應著地時的作用力 (Horita et al., 2002)，本研究的肌肉預收縮階段定義為著地前 100 ms。. 五、著地瞬間 (initial landing) 本實驗運動學資料的獲取以著地後，地面反作用力參數出現力量曲線高於 10 N 的瞬間定義為著地瞬間。. 5.

(16) 六、下蹲期 (descending phase) 著地後的膝關節屈曲下蹲角度最大時視為下蹲期的結束。. 七、推蹬期 (propulsion phase) 推蹬期則定義為膝關節屈曲角度最大時至準備向上推蹬過程，直到膝關節伸展角速度為 0 deg/s 視為結束。. 八、穩定期 (stability phase) 穩定期則為推蹬期結束後身體保持單腳平衡站立 3 秒鐘的期間。. 九、測量最大垂直跳高度 (counter movement jump height) 以雙手叉腰下蹲跳的動作進行最佳跳躍高度的測量，起始動作為雙腳站上測力板，雙手需置於髖部。聞開始口令後，實驗參與者盡全力執行垂直跳動作，待著地後回到起始動作，視為動作完成，總共收集 3 次跳躍測試。. 十、踝關節不穩定問卷（Cumberland ankle instability tool, CAIT） CAIT 問卷為自我症狀評估，以描述踝關節不穩定狀況，對於踝關節不穩定具有良好再測信度的自我評估問卷 (intraclass correlation coefficient, ICC = 0.96)，其問卷內容由 9 個針對踝關節功能性穩定問題組成，量表滿分為 30 分，問卷分數≧28 分視為對照組；屆於 25 至 28 分則為曾經踝關節扭傷組；問卷分數≦24 分則為慢性踝關節不穩定組，所有實驗參與者均進行 CAIT 問卷的填寫，作為納入對照組與兩個實驗組的依據（Cynthia et al., 2013; Kathy et al., 2013）。. 6.

(17) 十一、測量實驗參與者腿長 (leg length) 實驗參與者以雙腳併攏站立情況下，以皮尺量測下肢腿長作為前跳動作的測力板中心位置到跳欄間的距離設定。. 十二、動態姿勢穩定指數 (dynamic postural stability index, DPSI) 動態姿勢穩定主要測量肢體從動態過程轉換至靜態穩定的能力，其測量方式要求實驗參與者以躍起後以單腳著地於測力板上，依據 Fx、Fy、Fz 三方向的地面反作用力來量化動態姿勢穩定指數，其指數包括前後、左右、垂直與三方向加總的整體表現 (Wikstrom, Tillman, Chmielewski, Cauraugh, & Borsa, 2007)。計算公式如下：內外側穩定指數 (Medial-lateral stability index, MLSI) 前後側穩定指數 (Anterior-posterior stability index, APSI) 垂直穩定指數 (Vertical stability index, VSI) 整體穩定指數 (Dynamic postural stability index, DPSI) MLSI  [(0 - x) 2 / number of samples ] APSI  [(0 - y) 2 / number of samples ] VSI  [(0 - z) 2 / number of samples ] DPSI  {(0 - x) 2  (0 - y) 2  (0 - z) 2  (body weight equivalent  z 2 )} / number of samples ]. 十三、壓力中心 (center of pressure, CoP) 利用測力板計算壓力中心移動面積來評估實驗參與者的平衡能力，研究指出靜態姿勢下的壓力中心可反映身體重心位置，所以評估平衡能力可依照移動軌跡越短、偏移量越少、晃動面積越小作為評定的標準 (Bauer, Gröger, Rupprecht, & Gassmann, 2008; Corriveau, Hebert, Raiche, & Prince, 2004; Dettmann, Linder, & Sepic, 1987; Sadeghi et al., 2008)。. 7.

(18) (一) CoP晃動距離 Displacement = ∑((Xn-Xn+1)2+(Yn-Yn+1)2)1/2 Displacement為總CoP軌跡的移動距離；(xn、yn)為在n秒時CoP的平面座標。 (二) CoP移動範圍左右方向 (mediolateral, ML)：Y最大值-Y最小值。前後方向 (anteriorposterior, AP)：X最大值-X最小值。 (三) CoP晃動面積 Area = 1.96*XSD*1.96*YSD*π (蕭如英，1990; Sokal & Rohlf, 1981)。. 十四、質量中心 (center of mass, CoM) 一種評估姿勢穩定能力的參數，主要測量身體從動態狀況轉換至靜態狀況時的穩定能力，常以單腳站立平衡為主要的測試方法 (Wikstrom, Tillman, Smith, & Borsa, 2005)。 (一) CoM晃動距離 Displacement = ∑((Xn-Xn+1)2+(Yn-Yn+1)2) +(Zn-Zn+1)2)1/3 Displacement為總CoM軌跡的移動距離；(xn、yn、zn) 為在n秒時CoM的平面座標。 (二) CoM移動範圍左右方向 (mediolateral, ML)：Y最大值-Y最小值。前後方向 (anteriorposterior, AP)：X最大值-X最小值。垂直方向 (vertical, V)：Z最大值-Z最小值。 (三) CoM晃動面積 Area = 1.96*XSD*1.96*YSD*π (蕭如英，1990; Sokal & Rohlf, 1981)。. 十五、自變項 (independent variable) 本研究分析自變項為不同踝關節型態的實驗參與者，分別為健康人、潛在族群、不穩定族群。. 8.

(19) 十六、依變項 (dependent variable) 本研究分析依變項為運動學、動力學、肌電圖，分析參數如下：運動學參數：主要分析著地階段的髖、膝、踝三關節角度與速度、質心變化。動力學參數：動態姿勢穩定指數、地面反作用力、關節力矩、著地負荷率、壓力中心。肌肉活化：著地前期、著地瞬間、下蹲期、推蹬期、穩定期的臀中肌、股直肌、股內側肌、股二頭肌、脛骨前肌、腓骨長肌、腓腸肌、比目魚肌等八條肌電均方根振幅 (root mean square, RMS)。肌肉共同收縮 (Márquez, Aguado, Alegre, & Férnandez del Olmo, 2013)：. 9.

(20) 第五節研究範圍與限制一、研究範圍 (一) 本研究主要以 30 名大專甲組運動員作為實驗參與者，本實驗工作的動作設計偏向實際運動場上的情境或動作，通過運動學、動力學與肌電圖等參數的分析，探討健康族群、潛在族群與不穩定族群的功能性動作著地模式，經由操弄著地高度、前跳距離與側跳距離度等難度，以各方向與不同難度為變項，探討不穩定族群的特徵與代償機制，並尋找如何防止潛在族群演變成不穩定族群的方法與策略。. 二、研究限制 (一) 實驗參與者對於測驗動作的一致性具有影響下肢生物力學參數變化的可能性，因此，為避免實驗參與者著地後的平衡動作影響，要求著地後立即雙手叉腰，以減少上肢所造成的動作變異過大。雖此姿勢並非運動中功能性動作，但此方法可盡量統一著地後動作，避免上肢動作所造成的影響。. (二) 本實驗工作之一的著地反跳動作主要由高台垂直落下，著地時會隨著高度影響而主動屈膝著地後再執行反向垂直跳，是一種不完全直膝著地的工作。主要量測著地瞬間碰撞對於下肢關節與肌肉的影響，此實驗的動作設計是運動中常見的碰撞負荷。如跑步的著地為自身體重的 2-4 倍、跳遠的起跳後地著地碰撞力量是自身體重的 10-12 倍 (Nigg, 1988)，而較高的著地反跳高度，其著地碰撞力量在先前的研究中顯示為自身體重的 4-6 倍。相對於跳高與跳遠的起跳工作屬於低衝擊性的著地工作，為了避免實驗參與者可能發生下肢碰撞衝擊性傷害。因此，實驗參與者需具備能夠蹲舉自身體重的 1.5 倍以上力量，以作為保護實驗參與者的特殊要求與條件。. 10.

(21) (三) 本研究招募對象均為大專甲組運動員，對於運動項目的選擇主要以踝關節扭傷常見的運動項目為主，如籃球、排球、足球、網球、羽球等類型，因此，不同運動項目的運動員可能存在個別差異。. (四) 本研究屬於實驗室的研究設計，受限於空間影響可能使運動員有別於真實運動場上的狀況，但仍然會依照實驗要求盡可能以最大努力程度去完成研究目的。而運動員所呈現的結果無法過度推論至其他族群 (一般人)，但仍可提供相關研究上的參考與比較，並作用其他項目訓練與應用依據。. 三、確保實驗參與者安全的預防措施 (一) 為了能真實且準確的獲取實驗參與者下肢動態資料，要求實驗參與者以赤腳方式進行實驗工作。當著地次數過多時，可能導致實驗參與者足部不適，可隨時提出休息要求，直到實驗參與者自覺狀況改善後再接續實驗內容。. (二) 本研究進行的動作測試均為參與者經常出現的動作負荷，研究者也會要求並協助實驗參與者做好暖身運動，針對高度與距離等難度進行試作練習，再接續實驗的正式收集，當執行著地反跳動作過程中，參與者如感到不適或下肢疼痛等情況則會立即中止實驗收集。. (三) 實驗收集過程中，將額外安排一名運動防護員，隨時提供實驗收集過程中，任何疑慮或不舒適感能有立即性處理與照護。在著地反跳動作執行的前與後，均會安排運動防護員給予適切性的評估與建議，藉此提供計研究者考量實驗終止與繼續的選擇。本研究中為確保實驗參與者安全所採取的預防如上，作為實驗過程中可能發生的傷害減至最低。. 11.

(22) 第六節研究重要性踝關節扭傷一直以來都是常見的運動傷害，而踝關節容易產生外側韌帶扭傷的最主要原因為結構的差異，因踝關節由距骨、腓骨、脛骨所組成，而脛骨與腓骨並列於距骨上端爲支撐基底作用，其中腓骨長度較脛骨長，而造成腓骨遠端部份結構覆蓋於距骨外側，導致踝關節施作外翻動作時，腓骨抑制腳踝外翻關節活動度，而內翻動作因脛骨較短而未有此狀況；其次為外側踝關節韌帶組織分別前距腓、跟腓、後距腓三條單獨成形的韌帶，而內側韌帶則有緊密依靠且強而有力的三角韌帶所作用，形成抑制外翻力量高於內翻。由上述兩點中可知，關節結構影響造成外側踝關節扭傷居多的因素外，如在著地過程中，本身動作協調能力不佳、著地力量過大，並出現過度內翻、跟骨內旋合併蹠屈動作時，勢必成為踝關節扭傷的高風險族群。當知悉踝關節扭傷的因素包含結構限制與扭傷機轉等影響後，方可從中探討如何防止扭傷風險提升，首先，根據過去有關踝關節不穩定相關研究基礎上，已獲知不穩定族群存在特殊的關節代償策略，但此策略是否有助於 CAI 族群有更好的穩定效果尚未有明確定論，研究希望透過動態姿勢穩定參數比較，從中評估下肢關節的代償策略是否有助於姿勢穩定更好的效果。因此，本研究探討 Healthy、Coper 與 CAI 等不同踝關節型態運動員的差異，利用三種動作方向著地，設計出四種不同著地模式的功能性動作測試。希望從中觀察 Healthy 與 CAI 間的差異，以及比較 Coper 的動作模式是逐漸偏向 CAI 或 Healthy，並探究 Coper 在扭傷後的關節間協調與姿勢穩定策略為何，進而針對動作策略與訓練方針提出具體建議，防止 Coper 形成慢性踝關節不穩定運動員的一份子。. 12.

(23) 第貳章. 文獻探討. 第一節踝關節扭傷機轉與臨床評估一、踝關節結構踝關節構造主要以脛骨 (tibia)、腓骨 (fibula)、距骨 (talus) 與跟骨 (calcaneus) 所組成，如將足部的種子骨 (sesamoids) 包含在內，共有28塊骨頭組成，而踝關節能有完整的屈伸能力與活動範圍來自於韌帶與肌肉的有效運用 (Nordin & Frankle, 2012; Watkins, 2010)。此外，踝關節韌帶主要的功能是維持關節活動時的穩定性，在韌帶的位置上可分為外側區、內側區與脛腓韌帶聯合等三個部分，主要防止踝關節過度內翻的韌帶以外側區的前距腓韌帶、跟腓韌帶、後距腓韌帶 (posterior talofibular ligament, PTFL)。而內側區的三角韌帶 (deltoid ligament) 是為了避免踝關節過度外翻與外旋動作，以前脛距韌帶 (anterior tibiotalar ligament)、後脛距韌帶 (posterior tibiotalar ligament)、脛跟部韌帶 (tibiocalcaneal ligament)、脛舟部韌帶 (tibionavicular ligament)。. 二、踝關節扭傷機轉踝關節扭傷通常出現在過度內翻、跟骨內旋合併蹠屈動作，扭傷時容易造成外側韌帶區的前距腓、跟腓與後距腓韌帶撕裂傷，其中以前距腓韌帶與跟腓韌帶最容易受損 (Nordin & Frankle, 2012)。根據研究指出傷害發生機轉，主要是踝關節在腓骨、脛骨與距骨上的構造關係，形成踝關節內翻活動範圍高於外翻，導致在運動過程中外側踝關節扭傷的機率明顯增加，其受傷的比例為內翻扭傷佔85%、外翻扭傷5%、脛腓韌帶聯合受傷佔10% (洪孟楷、王苓華，2011；Garrick, 1977; Sheth et al., 1997)。關於急性外側踝關節韌帶扭傷最常見的傷害機轉為著地瞬間踝關節動作過度內翻、後足內旋與蹠屈，以及相對於踝關節位置的小腿過度外旋，此動作下容易產生過大的應力在外側踝韌帶上 (Fong et al., 2009; Gehring, Wissler, Lohrer, Nauck, & Gollhofer, 2014)。因此，當外力作用超過外側韌帶所能抵抗的強度時，則是韌帶組織產生傷害的開始。所以，如足部在著地 13.

(24) 瞬間增加踝關節蹠屈動作，就可能有較高的外側踝韌帶傷害風險 (Park & Singh, 2014)。前距腓韌帶的組織長度約 20-25 mm、寬度 7-10 mm、厚度 2 mm，主要作用於腳踝蹠屈時，抵抗距骨向前移動 (anterior translation) 與產生內旋動作，此動作特徵常出現於著地瞬間，因此，在著地時受到過大的外力衝擊易引發外側踝關節扭傷 (Bennett, 1994; Burks & Morgan, 1994; Golano et al., 2010)。跟腓韌帶主要功能為抑制踝關節背屈時的內翻動作，藉此穩定距下關節，說明踝關節由蹠屈轉換至背屈的過程中，主導的韌帶以前距腓韌帶被動作用接續為跟腓韌帶，此兩條韌帶的正常活動範圍介於 70 度至 140 度間，如運動過程中，踝關節動作超出此範圍可能導致踝關節不穩定的潛在性風險大幅提升 (Cawley & France, 1991; Hossain & Thmoas, 2014; Nigg, Skorvan, Frank, & Yeadon, 1990)。過去有研究以解剖人體的踝關節進行韌帶強度測試，利用施加負荷方式直到韌帶斷裂強度臨界點 (failure strength)，結果顯示韌帶強度分別為前距腓韌帶 (14.1 kg)、後距腓韌帶 (20.6 kg)、跟腓韌帶 (35.2 kg) 與三角韌帶 (72.7 kg)，由踝關節傷害發生率與韌帶強度的比較中，符合臨床上最常見的韌帶損傷為前距腓韌帶 (Ataarian, McCrackin, Devito, McElhaney, & Garrett, 1985; Nordin & Frankle, 2012)。. 三、踝關節扭傷型態分類有許多關於急性踝關節扭傷的分類方式，主要是根據其損傷的嚴重程度進行分級，目前以美國醫療協會的分級為主流 (American Medical Association, AMA, 1996)。急性傷害可依據解剖結構進行分級 (表2-1-1)，但此分類系統的缺點是沒有針對該傷害的嚴重程度作出進一步的指導治療與預測結果，造成此分級用意顯得薄弱無作用。因此，針對急性踝韌帶傷害有更簡單且實用的臨床檢驗方式，如前拉測試 (anterior drawer test) 與距骨傾斜測試 (talar tilt test)，其中內翻測試 (inversion stress) 可進一步區別踝關節為穩定或不穩定 (stable or unstable) (Coughlin, Mann, & Saltzman, 2006)。藉此區別踝關節屬於穩定的患者進行治療時，以減輕疼痛為主要手段，而針對不穩定傷害患者則需進行功能性治療或外科手術的介入，雖然外科手術的治療並不是常用的治療手段，但對於踝關節不穩定族群仍具有一定的療效 (Park & Singh, 2014)。 14.

(25) 表 2-1-1 急性外側踝韌帶傷害分類系統分類方式 AMA 系統解剖結構 Grade I Grade II Grade III. 臨床診斷輕微疼痛、腫脹、韌帶扭傷前距腓韌帶扭傷關節仍穩定中度疼痛、腫脹、部分韌帶撕裂前距腓與跟腓韌帶扭傷關節活動略受影響嚴重疼痛、腫脹、韌帶完全撕裂前距腓、跟腓與後距腓韌帶扭傷關節不穩定、受限. 四、臨床評估與檢測當踝關節週邊韌帶發生撕裂傷時，將導致疼痛、發炎以及週邊瘀血，對於不同程度的急性踝關節扭傷而言，基本的處置程序為 R. I. C. E.，以休息、冰敷、加壓與抬高來進行傷害的處理。對於運動員而言，在急性期之後，可進一步接受物理治療以一般功能性的復健來輔助踝關節穩定能力提升，如發生扭傷且沒有妥善的照護，其復原的速度將非常緩慢，甚至促使受傷部位的韌帶出現鬆弛導致踝關節不穩定 (Park & Singh, 2014)。典型的踝關節不穩定患者通常在反覆或多次扭傷後，容易出現踝關節無力感症狀，患者常抱怨行走於不平坦表面時，踝關節易有不安全感或恐懼感，甚至有踝關節不穩定所導致的疼痛感出現 (Delahunt et al., 2010; Sutherland, 2014)。此階段常用的治療手段為口服消炎藥、物理治療、關節護具與關節腔注射，但如果沒有改善踝關節疼痛或不穩定時，則可進一步考慮外科手術的治療 (Park & Singh, 2014)。醫師將針對患者的過去病史與理學評估，藉此診斷踝關節不穩定，並提供治療的方案，排除其他類型所引起的疼痛或傷害，作為確認踝關節不穩定的第一要素，初步以 X ray 與體重承重能力來檢視關節受傷程度，進一步利用 MRI 來評估其它潛在性問題，藉此排除相關病理與退化性關節炎的疑慮，以顯示完整的踝關節情況 (Hossain & Thmoas, 2014)。除此之外，亦可通過特定的理學檢測作為初步的臨床診斷，如前拉測試、距骨傾斜測試與內翻測試等，其意義可針對結構上評估距骨與中間跗蹠骨所構成踝關節活動範圍，對於後足與中足弓內翻對齊或過度蹠屈等評估，以及測試腓骨與阿基里斯腱複合韌帶，進行壓痛測試有無半脫位或無力感 (Park & Singh, 2014)。. 15.

(26) 多數的急性外側踝關節韌帶損傷患者，常用的恢復手段以非侵入性的治療為主，但還是有高達 20%的患者容易出現踝關節不穩定或不安全感等慢性踝關節不穩定特徵 (de Vries, Krips, Sierevelt, Blankevoort, & van Dijk, 2011)。Freeman, Dean, 與 Hanham (1965) 指出慢性踝關節不穩定患者在受傷 6 個月後，更可進一步區分為機械性不穩定 (mechanical instability, MAI) 或功能性不穩定 (functional instability, FAI) 兩種類型。機械性不穩定的成因為反覆性踝關節扭傷，導致踝關節週邊韌帶鬆弛進而產生不正常的關節活動；功能性不穩定的成因被認為是本體感覺與神經肌肉控制能力不足，或者有較差的姿勢控制，導致踝關節具有不穩定、不安全與傷後恐懼等症狀。而本體感覺的缺損來自於關節囊與踝關節韌帶損傷的影響，神經肌肉缺陷則是腓骨長肌損傷所產生的影響較明顯 (林威秀、黎俊彥，2003；Hartel, 2002; Hossain & Thmoas, 2014)，除此之外，功能性不穩定有時會合併踝關節鬆弛或機械性不穩定症狀 (圖 2-1-1)。對於功能性不穩定與機械性不穩定而言，一般檢查並不容易區分出兩組間的差異，因此，建議以慢性踝關節不穩定族群作為整體的稱謂，其原因為功能性不穩定通常伴隨著機械性不穩定的症狀，其它排除條件為軟骨損傷、腓骨或脛骨後肌腱損傷、韌帶聯合損傷、骨膜炎、蹠骨聯合損傷等 (圖 2-1-1) (Hossain & Thmoas, 2014; Park & Singh, 2014)。. 圖 2-1-2 慢性踝關節不穩定族群分類因素註：CAI-慢性踝關節不穩定、MAI-機械性不穩定、FAI-功能性不穩定. 16.

(27) 第二節踝關節不穩定潛在族群的動作控制機制與著地模式踝關節主要為下肢反覆接觸地面的關節之一，其頻繁且連續性的著地動作中，導致外側踝關節扭傷成為最常見的運動傷害之一 (Fong et al., 2007)，根據流行病學調查，在美國每年約有 25,000 名專業或業餘運動員，因踝關節扭傷而無法上場比賽，在英國緊急醫療部統計急性踝關節扭傷佔總傷害率約 3-10%，據估計每 1 萬人就有 52.7 至 60.9 人發生踝關節傷害 (Bridgman et al., 2003; Park & Singh, 2014; Sutherland, 2014; Wikstrom et al., 2006; Waterman et al., 2010)。顯示外側踝關節扭傷的機率非常高，研究指出 50% 的患者在發生踝關節扭傷後並未向醫療相關單位尋求協助，此舉可能對往後的運動行為有著深遠的影響，因外側踝關節扭傷如不積極接受完整的復健與治療，踝關節將出現長期不穩定伴隨疼痛的症狀，並容易再次發生扭傷 (McKay, 2001)。主要導致踝關節不穩定因素來自於扭傷後的韌帶結構受損影響，其中外側韌帶受損佔所有踝關節傷害的 75%，並有年輕男性發生扭傷的比率高於女性的現象 (Garrick, 1997; Trundle, 1997)，常以前距腓韌帶 (anterior talofibular ligament, ATFL) 與跟腓韌帶 (calcaneofibular ligament, CFL) 的結構性損傷最為常見。而傷後的踝關節不穩定不容易診斷，當行走在不平坦表面時或運動過程中，患側容易出現腫脹、僵硬甚至踝關節無力感 (giving way) (Delahunt et al., 2010; Sutherland, 2014)，其中多數外側踝關節扭傷復發率高達 70%，導致許多人在反覆扭傷後將演變成慢性踝關節不穩定 (Delahunt et al., 2010; Hartel, 2002; Yeung et al., 1994)，更有研究指出約有 30%的患者在經歷初次踝關節扭傷後就成為慢性踝關節不穩定族群 (Anandacoomarasamy et al., 2005)。使用理想的關節活動度是能有效的吸收外部環境所產生的力量負荷，當關節活動範圍達到極值時，則須依靠骨骼肌肉系統的工作效益加以輔助 (DeVita & Skelly, 1992)，如著地動作中的踝關節穩定能力是需透過被動組織 (關節囊與關節韌帶) 與主動組織 (肌肉與本體感覺) 的維持與作用而來 (Pozzi, Moffat, & Gutierrez, 2015)。但對於踝關節而言，其關節活動範圍均受到結構上的限制，導致踝關節周邊組織與韌帶須經常承受過大且反覆的碰撞力量，當踝扭傷造成周邊韌帶受損後，反覆的踝關節傷害將伴隨而來. 17.

(28) (Farley & Morgenroth, 1999)。因此，CAI 族群反覆出現扭傷的原因經常歸咎於過大的著地力量 (Attenborough et al., 2014)，其次為踝扭傷後引發不理想的協調策略 (Brown, Bowser, & Orellana, 2010)，而著地前與著地後的動作協調策略均受到本體感覺與周邊關節體 (joint complexes) 執行效益的優劣與否有關 (Doherty et al., 2014; Wikstrom, Bishop, Inamdar, & Hass, 2010)。因下肢關節屬於閉鎖式動力鏈 (closed kinetic chain)，許多能量的吸收與釋放是需透過關節間的協調作用而來 (Gribble, Hertel, Denegart, & Buckley, 2004; Wright, Neptune, van den Bogert, & Nigg; Van Deun et al., 2010)。所以，當踝關節結構功能受損後，人體為了因應著地時的穩定平衡，將引發其他關節間的協調與控制機制 (Kipp & Palmieri-Smith, 2013)，而這一連串的關節間作用機制，促使不穩定族群無法從外在動作中區別出不穩定的因素。從外在的肢體動作與運動模式中，踝關節不穩定族群與健康人無異，即便在踝關節扭傷的急性期後仍可回到運動場上進行高強度的運動競賽，其中關鍵因素來自於關節與肌肉間的代償機制 (Brian & Phillip, 2012; Kipp & Palmieri-Smith, 2013)。曾有研究指出踝關節不穩定受到膝關節與髖關節代償作用進而隱藏健康者與不穩定間的差異 (Hertel, 2002)，並認為肌肉工作的前饋與回饋機制，有助於著地前的預先反應姿勢與著地後的姿勢控制，產生更好的動態姿勢穩定平衡效果 (Brian & Phillip, 2012)。Hertel (2002) 研究指出 CAI 族群在踝關節不穩定時，運用髖關節策略多於踝關節，因踝關節策略是以踝關節為中心主體，容易使踝關節產生過度鬆弛而出現不穩定，而髖關節可利用臀中肌來修正動態姿勢改變。研究認為踝關節扭傷導致本體感覺控制、肌力強度與平衡表現降低有關 (Simon, 2013)，因此，肌肉工作效益為穩定踝關節功能之一，而下肢腓骨長肌為著地階段提供踝關節減少內翻作用，並具有穩定與保護機制存在，所以肌肉工作對於踝關節具有重要影響。綜合上述，關於慢性踝關節不穩定的相關研究，無論在生物力學、神經肌肉控制或臨床研究中，常以健康人作為控制組來比較或對照慢性踝關節不穩定患者的差異，但以健康人作為對照的方式，或許無法更貼近慢性踝關節不穩定產生的機轉，進而無法明確地找到預防扭傷的方法與策略，導致許多研究仍未有一致性的定論。踝關節不穩定族群的演變始於健康人，當經歷第一次踝關節扭傷後稱為”Coper”，而 Coper 如一直無法從扭 18.

(29) 傷復原或反覆地扭傷，最後會演變成慢性踝關節不穩定 (Delahunt et al., 2010)。由此可知，踝關節不穩定的演變過程是不可逆的，其關節結構的受損始於健康人，當發生初次扭傷形成 Coper，如再次扭傷後則可能成為不穩定族群，因此，如何防止 Coper 不再扭傷或防止演變為 CAI 是近年踝關節不穩定研究的主要方向之一。對於 CAI 與 Coper 族群的踝關節結構探討上有正反兩面的歧異，如研究以 ankle arthrometer 儀器測量關節活動範圍，結果發現 CAI 比 Coper 有較大的踝關節前位移與內翻情形 (Hubbard, 2008)，Croy 等 (2012) 使用理學檢測的前拉測試與內翻測試，輔以超音波影像檢視踝關節鬆弛度狀況，結果顯示 CAI 與 Coper 的鬆弛情形較為明顯，而 Wright 與 Aronld (2013) 研究亦發現 CAI 與 Coper 在向前與內翻動作的關節活動度上，其韌帶鬆弛狀態比健康人明顯，類似的結果根據 Wilkstrom 等 (2012) 進行距骨傾斜測試時，CAI 的距骨與腓骨間位移情形比 Coper 與健康人更大，除了關節結構的檢測外，更有研究使用踝關節勁度來探討不穩定族群執行功能性動作，評估 CAI、Coper 與健康人的差異，結果指出當踝關節出現較大的前移位置時，CAI 與 Coper 的踝關節外側韌帶勁度比健康人高 (Wilkstrom et al., 2010)。以上研究結果均顯示 CAI、Coper 與健康人的結構或特徵有著不同的情況，但並非所有踝關節不穩定的研究都有一致性的共識，亦有持不同結果的研究，如關於踝關節鬆弛度的測試中，CAI、Coper 與健康人的比較並無顯著差異 (Miller et al., 2012)。目前多數的踝關節不穩定相關研究，可能因測試方式、儀器等級、結構定義等狀況而有所不同，導致相關的研究結果或動作機轉未有直接定論，但經由上述研究可知，CAI 的踝關節結構確實有別於健康人，但 Coper 的結構狀態偏向健康人或是 CAI 則未有明確結果。關於探討踝關節不穩定的功能性檢測動作常以跳深 (drop jump)、急停跳 (stop jump)、單腳跳穩定 (single leg hop stabilization)、單腳下肢平衡 (single-limb balance) 與折返跑 (shuttle run) 等方式。多數的踝關節扭傷動作常出現於跑步或跳躍的著地階段，因此，Brown 等 (2008) 研究比較 CAI 與 Coper 在跳躍著地時，Coper 族群著地瞬間踝關節容易呈現較多蹠屈動作、屈伸關節活動範圍也較大，但額狀面的關節活動範圍比較小，說明 Coper 可能仍保有較佳的踝關節韌帶功能，對於著地動作具有較好的穩定能力。 19.

(30) 除了在踝關節有不同的動作特徵外，研究發現助跑垂直跳的著地動作，CAI 主要使用髖關節策略來進行著地穩定平衡，如運用較多的髖關節屈曲與較多的矢狀面髖關節活動度，而這樣的動作特徵可能源自於踝關節功能不佳所致，進而出現不同的關節代償策略 (Brown et al., 2011)。根據 Doherty 等 (2014) 探討急性期的外側踝關節扭傷者執行高台著地動作，結果指出著地前的髖關節角度以屈曲動作為主，因著地階段下肢關節伸展越多，容易增加地面反作用力與下肢勁度的提升，所以，當髖關節屈曲角度增加，可有效減少髖關節勁度，作為降低地面反作用力的衝擊影響 (Doherty et al., 2015; Farley & Morgenroth, 1999)。由上述研究中，從特定的運動任務發現 Coper 的模式有別於 CAI，但關於 Coper 與 CAI 之間的動作模式是否歸類於同一族群，從 Doherty 等 (2015) 曾指出 CAI 與 Coper 的步態行為在著地動作分期的時間分析同質性高，此研究說明 Coper 的動作模式趨向 CAI。顯示簡單的步態任務似乎無法區別 CAI 與 Coper 間的差異，此情形可能推論為 Coper 的神經肌肉控制能力並未完全受損或已恢復健康，進而在不同型態的運動任務中，整合下肢三關節的協調策略呈現特殊的動作模式。過去研究針對實驗情境的安排確實是以運動狀態下常見的運動任務為主，但以上所執行的測量工作仍無法區別踝關節 Coper 與 CAI 之間的力學參數影響，推論可能原因為實驗工作與實際運動情境尚有差距，如實驗參與者可能受到實驗過程的要求而積極地進行實驗工作，且專注於踝關節穩定上，造成無法反應自然運動情境下的運動狀態，導致 Coper 與 CAI 間的差異縮小甚至無差異。因此，預期性的動作均會影響動作品質，一般籃球運動員發生扭傷的情況常在爭籃板球或搶球起跳後的二次著地，這個動作型態趨近於著地反彈跳動作，但過去研究以著地反彈跳來測試踝關節扭傷均以測量落下後的第一次著地，而沒有分析二次著地平衡，所以，實驗參與者在預期性條件下，可能因肌肉工作的預先收縮或專注的執行肌肉工作，進而提供踝關節有更好的穩定效果，導致無法在實驗過程中獲取實際差異。未來，建議使用問卷的調查方法區分踝關節不穩定原因作為主觀判定，並輔以前拉與內翻測試等理學檢查，執行一種較為非預期性著地的動作設計，可能有助於剖析 CAI、Coper 與健康人間的差異。. 20.

(31) 第三節踝關節不穩定的神經肌肉控制特徵有關踝關節功能性不穩定的檢測工作常以著地反彈跳 (bounce drop jump)、急停跳 (stop jump)、前跳 (forward jump)、側向跳 (side hop)、單腳跳穩定 (single leg hop stabilization)、單腳下肢平衡 (single-limb balance) 與折返跑 (shuttle run) 等動作模式來執行。無論以何種動作模式來評估踝關節不穩定族群，均發現下肢神經肌肉系統確實對於不穩定的因素佔有重要影響 (Denyer, Hewitt, & Mitchell, 2013; Gregory et al., 2012; Mitchell, Dyson, Hale, & Abraham, 2008; Simon et al., 2013)。研究指出理想的關節活動度是能有效的吸收外部環境所產生的力量負荷，當關節活動範圍達到極值時，則須依靠骨骼肌肉系統的工作效益加以輔助 (DeVita & Skelly, 1992)。但對於踝關節而言，關節活動範圍均受到結構上的限制，導致踝關節周邊組織與韌帶須經常承受過大且反覆的碰撞力量，當扭傷造成周邊韌帶的受損後，伴隨而來的是反覆踝關節不穩定影響 (Farley & Morgenroth, 1999)。因此，著地動作中的踝關節穩定能力是需透過被動組織 (關節囊與關節韌帶) 與主動組織 (肌肉與本體感覺) 的共同維持與作用而來 (Pozzi, Moffat, & Gutierrez, 2015)，所以，Denyer 等 (2013) 認為人體神經肌肉系統在動態運動中扮演重要角色，即便是踝關節不穩定的族群，其踝關節周邊的肌肉工作效益都仍具有防衛機制 (defense mechanism) 存在，如脛骨前肌與腓骨長肌則對穩定踝關節具有相當重要的意義 (Mitchell et al., 2008)。對於踝關節不穩定族群而言，主導額狀運動平面的腓骨長肌被視為重要肌群，因腓骨長肌在著地階段能有效提供踝關節減少內翻作用，具有穩定與保護機制 (Gregory et al., 2012)。而Park 與 Singh (2014) 亦指出下肢神經肌肉控制的功能中，腓骨長肌的肌力與反應時間有助於降低踝關節產生旋後 (supination) 的內翻動作 (Park & Singh, 2014)。而Simon 等 (2013) 研究進一步說明踝關節扭傷後，其本體感覺、肌力強度與平衡表現均會受到影響。由此可知，踝關節不穩定族群的下肢神經肌肉骨骼系統確實存在著不同的協調與控制機制 (Kipp & Palmieri-Smith, 2013)。關於控制足踝關節的重要肌群主要由12條外在肌群與19條內在肌群輔助，研究指出肌肉的強度與肌肉橫斷面積有正向. 21.

(32) 關係，並可利用肌纖維長度來評估足踝關節肌肉相對力量的大小，因此，從踝關節肌肉的相對肌力作用百分比中 (表2-2-1)，說明肌肉線條越明顯的外在肌肉，其肌肉的控制力量則越大 (Fick, 1911; Hertel, 2002; Silver, de la Garza, & Rang, 1985; Watkins, 2010)。表2-2-1 踝關節肌肉相對肌力作用百分比 (%) 蹠屈肌肌力比目魚肌 29.9% 腓腸肌 13.7% 屈拇長肌 3.6% 屈趾長肌 1.8% 內翻肌群脛後肌 6.4%. 背屈肌肌力脛前肌 5.6% 伸趾長肌 1.7% 伸拇長肌 1.2% 第三腓骨肌 0.9% 外翻肌群腓骨長肌 5.5% 腓骨短肌 2.6%. 註：參考自 Nordin 與 Frankle (2012)。. 踝關節不穩定族群反覆出現扭傷的原因經常歸咎於過大的著地力量 (Attenborough et al., 2014)，其次為踝扭傷後引發不理想的協調策略 (Brown, Bowser, & Orellana, 2010)，而著地前與著地後的動作協調策略均與本體感覺與周邊關節體 (joint complexes) 執行效益的優劣與否有關 (Doherty et al., 2014; Wikstrom, Bishop, Inamdar, & Hass, 2010)。因著地階段下肢關節的受力是屬於閉鎖式動力鏈 (closed kinetic chain)，許多能量的吸收與釋放是需透過關節間的協調作用而來 (林建志、李育銘、李恆儒，2015； Gribble, Hertel, Denegart, & Buckley, 2004; Wright, Neptune, van den, & Nigg, 2007)。所以，當踝關節功能受損後，人體為了達到著地時的穩定平衡，必須誘發其他下肢關節間的協調與控制機制 (Kipp & Palmieri-Smith, 2013)，而這一連串的內在關節間作用機制讓不穩定族群無法從外在動作中區分出不穩定的因素。如在動態姿勢穩定平衡的研究中， Liu 等 (2013) 以不同方向躍起著地動作做測試，利用 DPSI 作為測量參數，研究結果卻無法有效的區分出踝關節不穩定組、潛在組與健康人等族群在動態穩定平衡上的差異。雖部分研究發現踝關節不穩定潛在族群無論在靜態穩定平衡或動態穩定平衡皆比不穩定患者佳，其原因或許是潛在族群可以成功的衍生出一套代償的姿勢控制法來避免受傷。至於潛在族群與健康控制組的差異，或許需要一套更有效的動態平衡測試，來讓潛 22.

(33) 在族群無法藉由代償動作來維持姿勢穩定，如此才能幫助踝關節不穩定潛在族群達到預防傷勢惡化的目的 (Willems Tillman, Chmielewski, & Cauraugh, 2002)。研究指出動作過程中為了避免傷害的產生，進而增加關節間的動作控制策略可能導致本體感覺系統過度負荷 (overload)，當面對運動任務改變時，將降低控制關節運動的反應能力 (McKeon & Hertel, 2008; Wikstrom et al., 2010)。由此說明代償作用未必全然是有助於運動員達到更好的運動表現，長期下來可能引發另一種變相的運動傷害。因此，如何能夠設計出一套理想的功能性評估測試，作為釐清踝關節不穩定族群在下肢關節間與神經肌肉控制的機制，則有助於動作間的協調與控制有更進一步的解析。. 23.

(34) 第四節動態姿勢穩定機制、策略與相關研究一、姿勢穩定機制人體為一種天生具有適應各種運動環境的本能，即便受到外在環境的干擾與影響，人體依舊能維持流暢的肢體動作與技術，從動作技能的角度中，人體須不斷接收環境當中的相關訊息，更須控制身體肢段的自由度，才能即時將正確肢段放在適切的位置，如此一來，動作執行者方能維持軀幹的穩定性與動態的身體方向 (Davids, Bennett, Kingsbury, Jolley, & Brain, 2000; Peper, Bootsma, Mestre, & Bakker, 1994; Rosenbaum, 1991)。如投、擲、跑與跳等動態任務均須有身體姿勢的穩定平衡，當不能有效控制核心軀幹的穩定則無法執行單一運動技術的完成，更可能產生運動傷害，因此，姿勢穩定就顯得非常重要。以著地動作而言，理想的平衡動作主要涉及感覺系統、中樞神經系統與運動系統的整合 (McKinley & Pedotti, 1992) (表2-4-1)，感覺系統中的內耳前庭、視覺神經與本體感覺等，具有提供身體質心 (center of mass) 維持在正確的支撐基底面積內 (base of support)，而整合與協調肢體動作、肌肉活化與平衡策略的選擇，主要取決於中樞神經系統，最後，運動系統產生主要的動作模式並動態修正肢體位置，使重心維持在平衡穩定狀態 (Pai & Patton, 1997; Park, Singh, Huston, & Song, 2008; Wikstrom et al., 2008)。由此可知，如欲完成穩定的動態姿勢平衡須整合非自主知動覺 (involuntary sensations and impulses)，並通過精準的肌肉徵召來控制肌群活化程度，以產生適當的協調動作 (Lord, Clark, & Webster, 1991)。事實上，在各種運動情境的姿勢穩定平衡常處於動態過程下，而肢體所需面臨的挑戰也隨之增加，因此，Frank 與 Earl (1990) 指出在不同主動動作的穩定姿勢下，依據肌肉收縮速度的快慢，具有三種不同模式來因應動態姿勢穩定策略，分別為姿勢準備 (postural preparation) 、姿勢伴隨 (postural accompaniment)、姿勢反應 (postural reaction) 等。相較於Cech 與 Martin (2002) 認為姿勢平衡的三個指標具有相互呼應，如維持肢體各部位的對稱排列姿勢 (symmetry)、在動作開始前的預先調整姿勢、對非預期的干擾影響作出適當反應，均是維持動態姿勢穩定. 24.