运动性疲劳与前交叉韧带损伤关系研究进展.pdf

4运动与健康Sports and Health第 2 卷第 5 期2023 年 10 月Vol.2 No.5Oct.2023运动性疲劳与前交叉韧带损伤关系研究进展马云鹏（天津体育学院运动健康学院，天津静海 301617）摘 要：前交叉韧带损伤（Anterior cruciate ligament,ACL）是膝关节最常见以及最严重的损伤之一，重建手术费用高昂，同时术后伴随多种并发症。研究表明，高处落地时膝关节屈曲角度较低、地面反作用力较高的“硬着陆”模式，会增大 ACL 损伤的风险，而运动性疲劳会导致 ACL 损伤概率进一步提高。男性和女性在 ACL 损伤方面有区别，女性由于解剖结构以及对神经肌肉的控制能力与男性不同，ACL 损伤风险大于男性。另外，ACL的损伤风险还与其他一些因素有关，比如鞋子、场地、天气以及精神状态等。目前关于运动性疲劳对落地时下肢关节和肌肉生物力学变化以及 ACL 损伤风险的研究结论仍有较大区别，值得进一步研究。关键词：前交叉韧带；运动性疲劳；膝关节；落地模式；地面反作用力中图分类号：R873 文献标识码：AResearch Progress on the Relationship between Sports Fatigue and Anterior Cruciate Ligament InjuryMA Yunpeng(College of Sports Health,Tianjin University of Sport,Tianjin 301617)Abstract:Anterior cruciate ligament injury(ACL)is one of the most common and severe injuries to the knee joint,with high reconstruction costs and various postoperative complications.Research has shown that the“hard landing”mode with lower knee joint flexion angle and higher ground reaction force during high-altitude landing increases the risk of ACL injury,while sports fatigue further increases the probability of ACL injury.There are differences between males and females in terms of ACL damage,and females have a higher risk of ACL damage compared to males due to their anatomical structure and ability to control nerves and muscles.In addition,the risk of ACL injury is also related to other factors,such as shoes,venue,weather,and mental state.At present,there are still significant differences in the research conclusions on the biomechanical changes of lower limb joints and muscles during landing,as well as the risk of ACL injury,and further research is needed.Keywords:anterior cruciate ligament;sports fatigue;knee joint;landing mode;ground reaction force作者简介：马云鹏（1999），男，天津体育学院运动健康学院硕士研究生，研究方向为运动人体科学（运动生物力学）。1 ACL的解剖结构以及功能特点ACL是一种胶原结构，起源于股骨外侧髁的内侧壁，并在前内侧穿过其插入胫骨关节面的前部。它是一种关节内但在包膜外的结构，愈合能力有限，即使在膝关节重建手术后，愈合速度依然很慢。ACL主要通过抵抗膝关节过度伸展、胫骨前移和旋转运动来作为膝关节的静态稳定器，其中防止胫骨前移是ACL最主要的功能，如果在运动中频繁出现大幅度的胫骨前移，ACL就很容易损伤。其次，它可以抵抗所有屈曲程度的内翻和外翻运动，由两个功能束组成：基于胫骨插入膝关节的前内侧和后外侧，通过它传递的力随膝关节位置的变化而变化1-2。2 ACL损伤的原因超过70%的ACL损伤是通过非接触产生的3。ACL通常发生在急减速任务期间，例如跳跃或从高处着陆、快速停止、转向或切割动作。这些动作在篮球、足球以及田径运动中经常出现。非接触式ACL损伤不是一个平面上的压力过大，ACL受伤的个体经常报告膝盖在多个运动平面上移动。主要包括：胫骨前移，膝关节外翻以及胫骨内旋。研究人员对膝关节松弛程度更大的个体进行了研究并报告说，膝关节前后松弛程度更大的个体在膝关节承受负重的过程中表现出胫骨相对于股骨更大的前平移，并在跳伞的落地阶段将更多的负荷转移到膝关 5第 5 期节。膝关节松弛程度较大的个体在着陆早期表现出更大的髋内收和内旋及更大的膝外翻运动；这些关联表明，膝关节松弛程度越大，越可能会出现增加ACL受伤概率的着陆策略，但这些关联仅在对处于静息状态的参与者进行的实验室研究中有报道，并没有解释运动期间可能出现的膝关节松弛程度的急性增加。Chappell等人4的研究表明，股四头肌收缩增加和腘绳肌收缩减少会导致膝关节伸展力矩的增加，从而导致额状面负荷增大，增大ACL损伤风险。遭受ACL损伤的运动员表明，支撑腿位于上身前方，在急减速运动中上身向后倾斜，在这个位置上，必须产生相当大的股四头肌力量使肢体减速。此外，臀部伸展，这使腘绳肌处于缩短的位置，因此在急减速运动中，膝盖的稳定性可能很小。因此，会经历较高的胫骨前剪切力，从而增加ACL受伤风险。另外有证据表明股四头肌收缩力也可能在正面和横向平面产生力矩5-6。Leppnen等人7表示，膝关节屈曲峰值降低和垂直地面反作用力增加与ACL损伤风险增加是相关的。3 运动性疲劳与前交叉韧带损伤的关系疲劳可能是ACL损伤的一个因素，据报道，大多数运动损伤发生在运动后期，表明运动和疲劳可能会影响膝关节的稳定性8。原因可能是，疲劳的肌肉在达到导致韧带等结构破裂的拉伸程度之前吸收的能量较少9。首先，疲劳时身体减弱冲击加速度的能力会降低10。另外，膝关节和髋关节的屈伸、外展和内收以及内外旋转角度和力矩、着陆时的地面反作用力和下肢的肌肉激活模式都发生不利变化11-12。Powers13表示在额状面上，由于疲劳导致的髋外展肌活动减少可能导致对侧骨盆过度下垂。这种激活缺陷的典型补偿是同侧躯干倾斜，会导致地面反作用力矢量相对于膝关节中心横向传递，从而在膝关节处产生外展力矩14。肌肉纤维在疲劳时吸收能量的能力降低15，尽管落地时处于一个需要较少“能量”的姿态，但由于ACL的应变增加，可能会面临更大的受伤风险。4 男、女性ACL损伤原因的区别Benjaminse等人16指出，女性和男性在疲劳后的膝关节屈曲度均降低（女性为12.3 6.6，男性为10.6 4.9），虽然下降幅度很小，但这可能是身体在疲劳后为了增加膝关节稳定性所做的一种尝试，因为膝关节屈曲减少可以防止外翻，并且膝关节屈曲较低需要更少的离心肌肉力量。由于膝关节屈曲较少，受试者可以更多地依赖膝关节周围的骨骼结构和非收缩组织，例如将副韧带收紧。对女性损伤者进行调查，大部分都是在这种姿势下损伤：落地时臀部和膝盖伸展，膝盖外翻，胫骨内旋，脚内旋，即所谓的“不归路”17，如图1所示。图1“不归路”Hewett等人18证明膝外展角是女性ACL损伤风险的预测指标，疲劳未能增加膝关节外展角度，这说明女性在正常情况下落地时膝关节外展角度就已经大于男性。与男性相比，女性在着陆阶段的胫骨近端前剪切力峰值增加19，且当胫骨近端前切力峰值出现时，女性受试者的膝关节伸展力矩大于男性，增加的前剪切力表明女性在着陆阶段胫骨向前平移的幅度增大，并可能增加ACL负荷。在疲劳后测试中，男性受试者表现出较小的膝内翻力矩，而女性受试者表现出增加的膝外翻力矩。这一结果也能印证上面的结论。有研究表明，女孩跳跃着陆并执行切割和旋转动作时，膝关节和髋关节屈曲较少、膝外翻增加、髋内旋、胫骨外旋以及与腘绳肌相关的股四头肌活动较强。在Shultz等人20的间歇性运动实验中，随着短跑时间的增加，他们观察到女性以更直立的落地姿势接触地面；整个落地过程中更大的背屈；分散髋、膝和踝关节落地力的能力降低。与女性不同，男性没有表现出髋关节和膝关节的关节运动量和能量吸收能力的降低，也不会因为疲劳减少短跑时间，这表明男性在间歇性运动期间疲劳时仍有更大的整体能力来降低着陆时的GRF。马云鹏：运动性疲劳与前交叉韧带损伤关系研究进展6第 2 卷2023 年 10 月运动与健康Sports and Health5 结语5.1 小众的研究结果有研究给出了预防ACL损伤的措施，以及通过专向性训练来加强预防ACL损伤的肌肉的能力。鞋类，特别是高抗扭性的、具有更长和更多防滑钉的鞋类，会导致ACL损伤概率显著提升21。比赛场地的类型似乎也对ACL损伤风险有影响，尤其产生较高的鞋面摩擦的场地。在室内运动中，与木地板相比，在合成地板上玩耍的女性受伤的风险似乎更高22。5.2 ACL损伤应该着重研究的方面在以往的研究中，关于ACL损伤的原因出现了两种截然不同的答案，因此需要更多的研究来证明以何种方式落地最容易出现ACL损伤，以及在ACL损伤的情况下，下肢的生物力学数据呈现一种什么样的特征。参考文献1ACEVEDO R J,RIVERA-VEGA A,MIRANDA G,et al.Anterior cruciate ligament injury:identification of risk factors and prevention strategiesJ.Current Sports Medicine Reports,2014,13(3):186191.2BRAZEN D M,TODD M K,AMBEGAONKAR J P,et al.The Effect of Fatigue on Landing Biomechanics in Single-Leg Drop LandingsJ.Clinical Journal of Sport Medicine,2010,20(4):286292.3KIAPOUR A M,MURRAY M M.Basic science of anterior cruciate ligament injury and repairJ.Bone&Joint Research,2014,3(2):2031.4CHAPPELL J D,HERMAN D C,KNIGHT B S,et al.Effect of Fatigue on Knee Kinetics and Kinematics in Stop-Jump TasksJ.The American Journal of Sports Medicine,2005,33(7):10221029.5DEMORAT G,WEINHOLD P,BLACKBURN T,et al.Aggressive quadriceps loading can induce noncontact anterior cruciate ligament injuryJ.The American Journal of Sports Medicine,2004,32(2):477483.6LI G,RUDY T W,SAKANE M,et al.The importance of 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