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目的利用AnyBody Modeling System软件建立模拟空降兵半蹲式着陆(HSPL)的肌骨模型,研究着陆过程中两种高度、两种护膝装置对下肢膝关节动力学参数的影响,为预防空降兵HSPL过程中膝关节损伤和护膝装置的设计提供理论依据。方法选取20名空军某部现役男性空降兵,在两种高度(40cm、120cm)和三种膝关节防护状态下(空白组、弹性护膝组、半钢性护膝组)模拟空降兵HSPL,使用Vicon三维运动捕捉系统和三维测力台记录空降兵在HSPL中运动学和地面反作用力数据,以C3D形式保存,然后以20名男性空降兵的人体惯性参数等,在AnyBody Modeling System模型中建立空降兵HSPL的肌肉骨骼模型,以C3D数据导入并驱动模型,使用计算机模拟和逆向动力学方法,分析HSPL过程中膝关节及相关肌肉的动力学参数,研究的参数包括:垂直方向、前后方向及左右方向的膝关节反作用力峰值(Peak V KRF,Peak A-P KRF,Peak M-L KRF),膝关节的屈曲力矩、外展力矩和外旋力矩峰值(Peak KFM,Peak KAM,Peak KEM),膝关节相关肌肉的活性:股外侧肌、股内侧肌、股直肌、半腱肌、股二头肌的最大激活度(Peak VLA,Peak VMA,Peak RFA,Peak STA,Peak BFA)。所有的膝关节动力学数据采用方差分析和配对设计的t检验进行统计学分析,规定P<0.05时差异具有统计学意义。结果1.随着着陆高度的增加,三个方向的膝关节反作用力峰值(Peak V KRF,Peak A-P KRF,Peak M-L KRF)都显著增加(P<0.05);膝关节的屈曲力矩、外展力矩和外旋力矩峰值(Peak KFM,Peak KAM,Peak KEM)都显著增加(P<0.05);股外侧肌、股内侧肌、股直肌、半腱肌、股二头肌的最大激活度(Peak VLA,Peak VMA,Peak RFA,Peak STA,Peak BFA)都显著增加(P<0.05)。2.弹性护膝组和半钢性护膝组,与空白组比较,对三个方向的膝关节反作用力峰值(Peak V KRF,Peak A-P KRF,Peak M-L KRF)均无显著影响(P>0.05)。与空白组比较,在40cm跳台高度时,两种护膝对膝关节的屈曲力矩和外旋力矩峰值(Peak KFM,Peak KEM)均无显著的影响(P>0.05),仅半钢性护膝能显著减低膝关节的外展力矩峰值(Peak KAM)(P<0.05),在120cm跳台高度时,两种护膝均能有效降低膝关节外展力矩峰值(Peak KAM)(P<0.05),仅半钢性护膝能显著降低膝关节的屈曲力矩及外旋力矩峰值(Peak KFM,Peak KEM)(P<0.05);3.弹性护膝与空白组相比,对股外侧肌、股内侧肌、股直肌、半腱肌、股二头肌的最大激活度(Peak VLA,Peak VMA,Peak RFA,Peak STA,Peak BFA)均无显著的影响(P>0.05),半钢性护膝与空白组相比,仅在120cm跳台高度时能显著的增加股直肌和股二头肌的最大激活度(Peak RFA,Peak BFA)(P<0.05)。结论1.随着着陆高度的增加,Peak KRF、Peak KFM、Peak KAM、Peak KERM及膝关节主要肌肉活性都增大,使膝关节运动范围增大,增加了膝关节的不稳,这可能是膝关节韧带及软骨等损伤的主要原因。2.合理改进着陆姿势及使用护具,降低膝关节屈曲及动态外翻负荷,有利于降低HSPL过程中KRF及力矩负载。3.本实验首次研究了不同膝关节防护对空降兵HSPL过程中膝关节动力学的影响。发现半钢性护膝能够更加有效的降低Peak KFM、Peak KAM及Peak KERM,并增大Peak RFA及Peak BFA,说明半钢性护膝能够增加动态膝关节的稳定性,降低了膝关节损伤的风险。4.在HSPL过程中,半钢性护膝对膝关节具有一定的保护作用,但对膝关节内的韧带及半月板等应力变化未知,应进一步研究,以更加全面、综合的评估半钢性护膝对膝关节的保护作用。