跖骨区鞋钉旋转系统功效的生物力学分析

发布时间：2020-10-29 18:37

　　 研究目的:足球运动中非接触式损伤是较为常见的一类的损伤,在从运动生物力学角度思考如何降低足球运动中的非接触式损伤的发生频率过程中创造性的发明了一种新型大底构造,通过对射门动作的观察,改变足球鞋前掌跖骨区鞋钉构造和排列方式,以释放膝关节扭转力矩。本研究通过对比针对足球运动中技术动作基础上,改变前掌跖骨区鞋钉形状和排列状况,科学模拟在改变运动方向和踢球过程中帮助下肢足部支撑腿在支撑过程中增加转动幅度减少膝关节外翻力矩的功能设计而来的前掌跖骨区鞋钉旋转系统与普通足球鞋在人工草坪(artificial turf,AT)射门过程中支撑腿的生物力学参数,通过实验横向对比旋转系统的特殊构造鞋钉和普通鞋钉相比对于足球运动员支撑腿在射门过程中减少非接触性运动损伤影响的功效。研究方法:实验选取12名成年男性足球运动员作为受试者,工作人员要求受试者分别穿着普通长钉足球鞋(A-traditional design,AT)和旋转系统长钉足球鞋(A-spiral design,AS)在实验室内人工草坪条件下进行定点射门动作(Fixed shot,FS),加速距离为一步。利用Vicon红外三维动作捕捉系统采集受试者在运动过程中的下肢运动学数据,并且利用Kastler三维测力台同步采集受试者左腿支撑期的地面反作用力等动力学数据。使用统计学分析软件SPSS 17.0对实验数据进行统计学分析,使用单因素重复测量方差分析(One-way Repeated Measures ANOVA)及事后检验(Bonferroni post hoc)分析跖骨区旋转系统足球鞋鞋钉构造和普通足球鞋对足球运动员下肢运动学、动力学指标的差异性,显著性水平设定在P0.05。实验结果:运动学和动力学方面,穿着旋钉系统足球鞋的支撑腿膝关节峰值角度和下肢膝关节活动度显著小于普通足球鞋;在动力学表现上,穿着旋钉系统足球鞋的峰值地面反作用力垂直方向合力和穿着普通足球鞋无明显差异,而穿着旋钉系统足球鞋进行射门时支撑阶段的地面反作用力垂直负荷加载率(VALR)显著低于穿着普通足球鞋,P=0.017;穿着旋钉系统足球鞋的峰值地面反作用力水平方向合力(PHF)和穿着普通足球鞋无明显差异,但穿着旋钉系统射门时的地面反作用力水平方向负荷加载率(VALR)显著低于穿着普通足球鞋,P=0.027;关节力矩方面,穿着旋钉系统足球鞋的支撑腿下肢关节峰值力矩均明显小于穿着普通足球鞋。实验结果与预想结果相同,跖骨区旋钉系统可以显著降低射门时下肢关节的扭转力矩,减轻运动时受到的非接触式损伤伤害。结论与建议:运动员在射门动作中,支撑腿会由于射门时身体的摆动产生的惯性增加对其关节的负荷。在射门过程中,较大的屈曲角度和屈曲活动度可以更好地缓冲落地时来自地面的反作用力,而跖骨区旋钉系统可以降低膝关节外展角度,较好地降低鞋与地面的锁定机制,增加踝关节的外旋角度,释放力矩,减轻膝关节压力,减少前交叉韧带(ACL)受伤的风险。普通足球鞋具有较大的地面反作用力垂直负荷加载率(VALR),过高的VALR可能导致跟键炎等下肢关节软组织损伤风险增加,实验证明跖骨区旋钉系统对下肢的生物力学影响是显著的、有效的。建议从实际角度出发,更加了解运动需求,在此基础大胆创新,理论与实践相结合,为新的研究方向提供参考。
【学位单位】：宁波大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：G804.6
【文章目录】：
Abstract of Thesis
论文摘要
引言
1 足球鞋生物力学研究进展
    1.1 足球鞋对于运动员的影响
        1.1.1 不同足球鞋鞋底配置对运动表现的影响
            1.1.1.1 球鞋与地面相互作用
            1.1.1.2 足球鞋鞋底
    1.2 足球鞋设计对下肢膝关节非接触性运动损伤的影响
    1.3 本研究的目的与意义
2 研究方法
    2.1 受试者
    2.2 实验用鞋与实验环境
    2.3 实验仪器
    2.4 实验方案
        2.4.1 测试前准备
        2.4.2 实验场地设计
    2.5 测试流程设计和测试内容
        2.5.1 测试流程
        2.5.2 测试内容
        2.5.3 运动学动力学测试
    2.6 数据统计分析
3 实验结果
    3.1 运动学测试结果
    3.2 肌肉力学——关节力矩
    3.3 动力学——地面反作用力
4 讨论与分析
    4.1 支撑腿运动学分析
    4.2 地面反作用力分析
5 结论与建议
    5.1 结论
    5.2 建议
参考文献
在学研究成果
致谢

【参考文献】

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本文编号：2861295