張恒瑞 陸阿明

(蘇州大學(xué)體育學(xué)院 江蘇蘇州 215021)

前交叉韌帶（ACL）損傷，是膝關(guān)節(jié)常見的損毀性創(chuàng)傷。國內(nèi)外調(diào)查顯示，我國運動員ACL 損傷率達0.47%；美國每年需要進行ACL重建修復(fù)手術(shù)的患者高達25萬例。并且在ACL損傷后，患者會出現(xiàn)關(guān)節(jié)不穩(wěn)情況，從而誘發(fā)膝關(guān)節(jié)其他相關(guān)的慢性疾病。

研究指出，側(cè)切動作是導(dǎo)致ACL損傷的主要動作，有研究運用蒙特卡羅，模擬5 種運動項目的運動員與普通大學(xué)生的側(cè)切與急停起跳動作中ACL 損傷的概率，結(jié)果表明，側(cè)切動作更容易導(dǎo)致ACL損傷。由于在側(cè)切過程中運動員經(jīng)常需要突然減速和快速改變運動方向，使膝關(guān)節(jié)處于接近完全伸展?fàn)顟B(tài)下，完成伴有脛骨相對于股骨的過度外翻以及下肢角度的變化，同時在完成爆發(fā)性的動作時，容易產(chǎn)生巨大的地面反作用力，使膝關(guān)節(jié)的骨骼和韌帶承擔(dān)了較大的負荷，均會增加ACL 的損傷風(fēng)險［1］。因此，對側(cè)切動作的相關(guān)生物力學(xué)特征及其影響因素的分析，有助于了解損傷風(fēng)險高的動作特征，更好地闡釋ACL的損傷機制，為指導(dǎo)訓(xùn)練與競賽中預(yù)防ACL的損傷提供一定的參考。

1 側(cè)切角度對ACL損傷的影響

運動員成功完成側(cè)切動作的主要目的是更好地改變其運動的方向，從而擺脫防守，達成進攻目的。然而，側(cè)切轉(zhuǎn)向的角度不同，會改變?nèi)梭w在完成側(cè)切動作時的運動學(xué)特征，這些特征的改變很可能會加重膝關(guān)節(jié)的負荷，進一步提高了ACL損傷的風(fēng)險系數(shù)。

Havens 等人［2］研究發(fā)現(xiàn)，與45°側(cè)切相比，運動員在完成90°側(cè)切時具有更大的髖關(guān)節(jié)外展和骨盆旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)活動度。因為在側(cè)切的加速階段，運動員為了完成較大角度的側(cè)切，下肢關(guān)節(jié)會預(yù)先產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，從而使運動員的軀干可以轉(zhuǎn)向側(cè)切方向，其目的可能是盡可能減少膝關(guān)節(jié)在矢狀面上的負荷壓力。膝關(guān)節(jié)屈曲角度的減小，則會增加股四頭肌對ACL的拉力。與90°側(cè)切相比，45°側(cè)切具有較高的髖伸力矩，而在矢狀面上，髖伸力矩的增加是相對有利的，可降低膝關(guān)節(jié)的外翻力矩［3］。

地面反作用力也是不可忽視的潛在影響因素之一，110°側(cè)切比45°側(cè)切具有更高的地面反作用力［4］，與45°側(cè)切相比，90°側(cè)切在減速和改變方向階段，會導(dǎo)致更大的地面反作用力。部分實驗研究表明，大角度側(cè)切產(chǎn)生的更高地面反作用力，很有可能是由于側(cè)切角度增大時需要更多的力將身體加以快速轉(zhuǎn)向。

以上研究結(jié)果表明，側(cè)切角度的增大會影響側(cè)切動作的下肢生物力學(xué)特征，產(chǎn)生更大的膝關(guān)節(jié)外翻力矩，更大的地面反作用力。研究認為，當(dāng)膝關(guān)節(jié)處于外旋、外翻狀態(tài)時，由于脛骨剪切力的存在，會驅(qū)使脛骨相對于股骨進行滑動，此時ACL處于收緊的狀態(tài)，同時地面反作用力的增大會導(dǎo)致脛骨前端產(chǎn)生剪切力，ACL 承受的剪切力的增加是ACL 損傷的機制。因此，側(cè)切角度的增大會增加ACL 損傷的風(fēng)險，在側(cè)切動作教學(xué)訓(xùn)練中應(yīng)盡量避免過大的側(cè)切角度。

2 側(cè)切時腳的著地方式對ACL損傷的影響

側(cè)切時腳的著地方式不同也會對膝關(guān)節(jié)的負荷產(chǎn)生影響。根據(jù)人體腳部接觸地面的不同部位，可以將腳的著地方式分為3 種：前腳掌著地、全腳掌著地、腳后跟著地［5］。有研究指出，相比較于前腳掌著地的情況，腳后跟著地會導(dǎo)致落地后膝關(guān)節(jié)的屈曲活動度不足［6］，容易導(dǎo)致ACL 承擔(dān)過大的負荷［7］。而前腳掌著地則可以增加膝關(guān)節(jié)的屈曲角度，從而避免膝關(guān)節(jié)出現(xiàn)過度外翻的情況。與前腳掌落地相比，腳后跟落地的運動員具有更大的伸展力矩、外展力矩、外翻力矩和脛骨內(nèi)旋力矩。動力學(xué)方面，腳后跟落地模式的地面反作用力是前腳掌落地的3.4倍。因此，當(dāng)運動員采取腳后跟落地的方式時，會導(dǎo)致其形成較大的膝關(guān)節(jié)外翻角度來吸收垂直方向的地面反作用力［8］。

在執(zhí)行側(cè)切動作任務(wù)時，需要迅速改變前進的方向，膝關(guān)節(jié)的負荷加重，而采用前足落地的模式，可以調(diào)整下肢的力線，避免下肢的負荷過大。因此，采用前足著地的模式，可以降低膝關(guān)節(jié)的外翻程度，降低膝關(guān)節(jié)承擔(dān)的負荷，降低膝關(guān)節(jié)和ACL 損傷的風(fēng)險。與前足落地相比，在后足落地的情況下，地面反作用力的影響更加顯著，在最初接觸地面時，膝關(guān)節(jié)的屈曲角度也會減小，外翻角度、外翻力矩等增加，這些變化可能會導(dǎo)致ACL損傷的風(fēng)險增加［4］。

不同的著地方式其生物力學(xué)特征各不相同，與前足落地相比，后足落地所產(chǎn)生的較大地面反作用力主要是由于脛骨向前的剪切力，當(dāng)脛骨前端受到向前的剪切力時，ACL 受到的張力在膝關(guān)節(jié)處于外翻狀態(tài)下要比膝關(guān)節(jié)處于非外翻狀態(tài)下顯著增加。建議運動員在執(zhí)行側(cè)切動作著地時盡量采取前腳掌著地的方式，以在一定程度上降低ACL損傷的風(fēng)險。

3 不同性別運動員完成側(cè)切動作ACL 損傷的差異

目前大量研究證明了女性運動員的ACL存在受傷風(fēng)險高的特征，研究人員調(diào)查發(fā)現(xiàn)，女性運動員發(fā)生ACL 損傷的頻率遠超男性運動員，其中對足球項目中以性別為變量的流行病學(xué)研究顯示，女性運動員的ACL損傷風(fēng)險是男性的3倍。

研究表明，女性運動員在完成突然性的啟停、轉(zhuǎn)向等爆發(fā)性的動作時，其下肢會表現(xiàn)出一些容易致傷的生物力學(xué)特征，主要包括了著地時刻屈膝的角度小、膝關(guān)節(jié)外展角度大，以及髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度較大［4］。在Sigward、Cesar 和Havens 的研究中，他們通過使用vicon系統(tǒng)分析男性與女性的側(cè)切動作的運動學(xué)數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn)，在以45°側(cè)切時，男性運動員的膝外翻角度要低于女性，并且膝關(guān)節(jié)外翻力矩也具有顯著性差異。目前，膝關(guān)節(jié)外翻角度、膝關(guān)節(jié)外翻力矩都被認為是導(dǎo)致ACL損傷的風(fēng)險因素。

由此可見，女性運動員在側(cè)切時，表現(xiàn)出較小的屈膝角度、較大的膝外翻角度與外翻力矩，股四頭肌的活動峰值要高，腘繩肌的活動比例低于男性，導(dǎo)致腘繩肌對大腿四頭肌肌電活動量的比率下降。這些特征都有助于脛骨前向移動，而脛骨前端受到的向前的剪切力是決定ACL 張力大小的關(guān)鍵。所以，在側(cè)切動作的教學(xué)訓(xùn)練實踐中，需要關(guān)注女性運動員的后側(cè)鏈肌群的訓(xùn)練，并提醒女性運動員注意膝關(guān)節(jié)的屈曲角度不要太小。

4 預(yù)期非預(yù)期側(cè)切對ACL損傷的影響

研究證明，預(yù)期與非預(yù)期的動作決策會直接影響側(cè)切動作的損傷風(fēng)險。Besier研究發(fā)現(xiàn)，與預(yù)期任務(wù)相比，執(zhí)行非預(yù)期任務(wù)時，膝關(guān)節(jié)的內(nèi)外旋力矩是預(yù)期情況下的2 倍。相關(guān)運動學(xué)與動力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，非預(yù)期的側(cè)切動作膝關(guān)節(jié)伸展角度相比于預(yù)期情況大幅增大，并且非預(yù)期側(cè)切的GRF峰值更小，膝關(guān)節(jié)的力矩增加，尤其是內(nèi)外翻力矩與內(nèi)外旋力矩。

當(dāng)膝關(guān)節(jié)的屈曲角度較大時，關(guān)節(jié)力矩的增加可能會增加ACL的損傷風(fēng)險［9］。預(yù)期與非預(yù)期任務(wù)確實會導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)產(chǎn)生不同的運動模式，并且非預(yù)期任務(wù)下執(zhí)行側(cè)切動作確實會增加ACL損傷的風(fēng)險［10］。在預(yù)期情況下，人體預(yù)先調(diào)整身體姿勢，從而最小化膝關(guān)節(jié)的負荷，而在非預(yù)期情況下，因為膝關(guān)節(jié)力矩增大，從而導(dǎo)致人體實施姿勢調(diào)整的策略時間不足，可能會導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)的損傷。非預(yù)期的側(cè)切動作會產(chǎn)生更大的內(nèi)外旋力矩、內(nèi)外翻力矩，同時運動員內(nèi)收肌群和伸膝肌群沒能得到預(yù)激活，膝關(guān)節(jié)得不到肌肉收縮的保護，呈現(xiàn)外翻和外旋的動作模式［9］。

因此，非預(yù)期任務(wù)下膝關(guān)節(jié)的運動模式和較高的地面反作用力會使ACL 產(chǎn)生更高的損傷風(fēng)險。這提示，在側(cè)切動作的教學(xué)訓(xùn)練實踐中，需要多注意培養(yǎng)運動員的瞬間反應(yīng)能力和調(diào)整能力，加強運動員大腿前后側(cè)肌群的協(xié)調(diào)發(fā)力訓(xùn)練。

5 神經(jīng)肌肉控制能力對ACL損傷的影響

神經(jīng)肌肉控制是通過人體的神經(jīng)肌肉控制系統(tǒng)來激活關(guān)節(jié)周圍肌肉的動態(tài)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)對關(guān)節(jié)動態(tài)穩(wěn)定的調(diào)節(jié)［11］，而神經(jīng)肌肉控制的差異可以用來解釋一些運動員在完成一些動作時的差異。有研究指出，當(dāng)神經(jīng)肌肉控制能力低下或者力量不足時，很容易導(dǎo)致運動損傷的產(chǎn)生［12］。通過神經(jīng)肌肉的控制實現(xiàn)的關(guān)節(jié)周圍的動態(tài)穩(wěn)定性，可以在執(zhí)行動態(tài)任務(wù)時，尤其是側(cè)切動作時，起到保護膝關(guān)節(jié)的作用。

運動員在側(cè)切的過程中，不同的肌肉激活程度會對下肢的生物力學(xué)特征產(chǎn)生不同的影響，如果有些肌肉的激活或者肌肉力量減小，則會增加下肢的損傷風(fēng)險，所以，神經(jīng)肌肉控制系統(tǒng)的穩(wěn)定可以保護在執(zhí)行運動任務(wù)中的膝關(guān)節(jié)。研究發(fā)現(xiàn)，股四頭肌與腘繩肌的共激活對減少膝關(guān)節(jié)的負荷，降低ACL 損傷的風(fēng)險至關(guān)重要。較弱的腘繩肌收縮并不足以對抗劇烈收縮的股四頭肌和側(cè)切產(chǎn)生的地面反作用力，從而會加劇膝關(guān)節(jié)的負荷，導(dǎo)致ACL 損傷的風(fēng)險增加。ACL 的損傷與腘繩肌力量、腘繩肌與股四頭肌力量的比值以及雙側(cè)腘繩肌的力量比值有關(guān)。有研究指出，臀大肌和股后側(cè)肌群的力量對降低ACL 損傷具有重要意義，這是由于臀部肌群可以產(chǎn)生膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻力矩，以抵抗膝關(guān)節(jié)的外翻和外展的負荷。

因此，對于側(cè)切動作而言，下肢肌群主動肌與拮抗肌之間的協(xié)調(diào)發(fā)力尤為重要，腘繩肌的激活以及與股四頭肌的共同協(xié)助是避免ACL損傷的重要前提。在側(cè)切動作的教學(xué)訓(xùn)練實踐中，需要注意增強腘繩肌的活性以及肌肉力量，要均衡發(fā)展大腿前后側(cè)肌群的力量，同時注意強化下肢后側(cè)鏈肌群的訓(xùn)練。

6 結(jié)語

側(cè)切動作造成ACL 損傷的因素是多樣的，主要包括內(nèi)部和外部兩大類。外部因素主要有比賽場地、天氣類型、地面摩擦系數(shù)等，內(nèi)部因素主要是動作的生物力學(xué)特征、人體肌肉的解剖與生理特性等。該文通過梳理側(cè)切動作導(dǎo)致ACL 損傷的內(nèi)部因素相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，其研究方法，仍是通過動作捕捉手段等簡易分析在側(cè)切動作某個時間節(jié)點的生物力學(xué)特征，根據(jù)側(cè)切時膝屈曲角度、內(nèi)外翻力矩、肌肉活動的變化情況，結(jié)合ACL 損傷的機制來探討側(cè)切動作對ACL 損傷的影響。這些內(nèi)部因素導(dǎo)致ACL損傷的共同性在于都表現(xiàn)出了更大的地面反作用力、更大的股四頭肌拉力以及更大的內(nèi)外翻力矩。但對于側(cè)切動作的加速、制動以及減速階段的生物力學(xué)機制研究尚不多見，所以對于整個側(cè)切動作過程中的動態(tài)研究是當(dāng)前值得關(guān)注的方向。側(cè)切動作中ACL的損傷是一個多種原因綜合的復(fù)雜的損傷，其致傷的因素往往多是同時存在的，因此預(yù)防側(cè)切動作中ACL 的損傷，除了需要加強不同情況下的動作技術(shù)訓(xùn)練外，還需關(guān)注膝關(guān)節(jié)周圍肌群的協(xié)調(diào)發(fā)力，尤其是腘繩肌的激活參與。