上肢上举前摆类动作中肩关节损伤的生物力学分析

2011-10-25吴国梁

唐山师范学院学报 2011年2期

吴国梁

（柳州师范高等专科学校体健系，广西柳州 545004）

运动损伤是体育运动过程中不可回避的一个问题，其中肩关节损伤是最常见的运动损伤之一，也是以上肢运动为主的运动中损伤率最多的损伤类型。在运动实践中，上举前摆（投掷挥击）类技术动作非常多，如排球扣球及上手大力发球、投掷标枪、网球发球、羽毛球劈杀、棒球掷球等，均属此类。根据运动技术与训练的关系肩关节损伤可分为运动技术伤和非运动技术伤两种类型，其中运动技术伤与运动项目、技战术动作密切相关，多为局部组织过劳性的慢性损伤，主要是由运动员自身的运动习惯、技术缺陷所引发，具有重复性和普遍性；非运动技术伤多为运动中意外伤[1]。本文主要讨论上肢上举前摆时造成肩关节运动技术伤的力学因素，为运动损伤的预防、运动技术的改进和运动水平的提高提供理论参考。

1 肩关节的解剖学特征

肩关节也叫盂肱关节，由肱骨头与肩胛骨关节盂构成，是个典型的多轴球窝关节。肱骨头近似球状，肩胛骨关节盂浅而小，虽然关节盂周缘有纤维软骨构成的盂唇来加深关节窝，仍仅能容纳关节头的1/4~1/3[2]。因此这种关节结构特征决定了肩关节运动幅度较大，但同时关节的稳固性也较差，所以在运动中为了保证肩关节的稳固性，周围的肌肉必须保持一定的紧张度。

肩关节囊薄而弛，其肩胛骨端附于关节盂缘，肱骨端附于肱骨解剖颈。关节囊的滑膜层可膨出形成滑液鞘或滑膜囊，以利于肌腱的活动。关节囊的上壁有喙肱韧带，从喙突腰部至肱骨大结节前面，与冈上肌腱交织在一起并融入关节囊的纤维层，和后壁的一些肌腱共同增加关节的稳固性[2]。肩关节外侧有两层肌肉，外侧层为三角肌，内侧层为冈上肌、冈下肌、肩胛下肌及小圆肌。其肌肉和腱性部分在肱骨头的前、上、后方形成袖套样组织，附着于肱骨大结节和肱骨颈的边缘，称为肩袖。肩袖可使肱骨头与肩胛盂紧密接触，与三角肌拮抗作用保持肩关节的稳定。冈上肌、肩胛下肌的肌腱伸出在喙肩弓的下方与肱骨头之间[3]。当三角肌紧张时，就会使喙肩弓与肱骨头之间的空隙变小，使肩袖受到夹挤。

2 肩关节的生物力学特征

肩关节在三个自由度内运动，即屈伸、收展和旋内、旋外，以及三个方向同时参与的环转运动。在运动实践中，肩关节单纯在一个自由度内运动是极为少见的，多是两个或三个自由度共同参与的运动形式。上肢上举前摆时，肩关节由上举（前屈）旋内开始完成前摆（后伸）旋外，并有一定程度的外展。如网球的发球、掷标枪。通常臂外展超过40°~60°，继续抬高至180°时，必须伴随胸锁与肩锁关节运动肱骨外旋及肩胛骨的上旋转运动[2,P52]。

肱盂关节的关节囊比较松弛，肱盂关节在各个方向上都有较宽松的活动范围。据测量，在完全不受力的情况下，肱骨相对于关节盂可以平均被动向前平移为 8mm，向后平移为9mm，向下约为11mm。但在正常肱盂关节活动情况下，肱骨头与关节盂转动中心的距离始终保持在几毫米之间，只有在被动受力的情况下，松弛距离增大[4]，这种稳定性是由肱盂关节的静态约束和动态约束实现的。静态约束主要指关节囊和周围韧带对关节的约束作用，动态约束主要指周围肌肉对关节的约束作用。由于肱盂关节的关节囊比较松弛，所以静态约束在维持肱盂关节稳定性方面的作用不大，特别是在运动当中，肩关节的稳固性主要是由肩关节周围的肌肉来实现的。这就要求肩关节在运动时，周围的肌肉必须保持一定的紧张度，来保证肩关节的稳固性。而这种紧张度也加大了肱骨头对肩胛盂的压力，在进行高强度的运动时，如网球发球大臂加速挥摆时，这种压力是相当大的。如果此时由于技术原因关节两侧的肌肉收缩不均衡，肱骨头被迫发生平移，就将这种压力转移到了关节盂唇上，关节运动使关节盂唇处于被挤压摩擦状态。倘若关节盂唇被反复挤压摩擦，损伤必然发生。另外肱骨头的向上平移还会造成对肩袖的挤夹，造成肩袖的损伤。

从理论上来看，肩关节的损伤多是由肱骨头与肩胛盂之间发生平移导致的，为防止肩关节在上举位前挥时的损伤，要尽量保持肩关节周围肌肉收缩的平衡，以保证肱骨头尽可能的不与肩胛盂发生相对平移。据测量，肩胛骨主轴并非处于人体额状面之内，而是大约偏前30°~50°，肩胛骨关节盂平面与肩胛骨主轴之间存在7°左右的前倾角，因此关节盂相对于人体上的额头面也前倾约30°~40°；肱骨头的横轴与肩胛骨关节盂平面的正轴线之间也存在 30°~40°左右的前偏角，即在解剖位置时（肩部各肌肉均处于充分放松状态时），肱骨头横轴与额状面之间保持约60°~80°的夹角[4,P635~650]（如图1）。这意味着，上肢在与人体额状面成60°~80°夹角的平面内做屈伸运动时，肩关节两侧的肌肉紧张度最为平衡，且还可以获得两侧肌力的最大合成；若偏离此平面，则肩关节两侧的肌肉紧张度不再平衡，则失衡程度随着偏离角的增大而增大，两侧肌力的合力也会大大减小，其中一部分会为保持肱骨头与肩胛盂的相对位置而抵消，且形成对肩袖肌的挤压力。由此可见，通过肩关节中心且与额状面成约60°~80°夹角的平面是上肢快速挥动的最适运动平面（约为腋窝正对方向），大臂在此平面内运动时，可以获得最佳运动效果，同时还可以有效地预防运动损伤的产生。当大臂的运动偏离此平面时，就会影响运动效果，还可能造成运动损伤，偏离越大，受伤的可能性就越大。

图1 人体额状面、肩胛骨、肩胛骨关节盂平面及肱骨间的相对位置[4,p635-638]

3 对上肢上举前摆类动作中运动损伤原因的分析讨论

从上肢上举前摆类动作中发生运动损伤的时机来看，主要发生在转肩（在不同项目中有不同的说法，如网球运动中称搔背）和最后挥摆阶段[5-11]。转肩是在髋关节及躯干做屈曲动作之前，在下肢蹬转、躯干旋前成背弓的同时，通过斜方肌和前锯肌的力偶作用将肩胛骨的关节盂转向上方（上回旋），并由三角肌、冈上肌、肱二头肌、喙肱肌等将肱骨上拉成垂直位，使上臂和前臂之间的角度约成90°，鹰嘴朝向上方、前臂成水平位。转肩的目的是为了使屈曲的肘关节处于向上的位置，使身体最大程度地超越器械，充分拉伸使躯干、上肢屈曲的肌肉，为有效完成鞭打动作，即肩带肘、肘带手，实现动量的逐级传递创造有利条件，以达到提高器械出手或挥拍速度的目的。转肩是超常范围的肩关节旋转和外展动作。肩关节外展 90°左右时，肱骨大结节已抵触喙肩韧带，冈上肌因无肩峰下滑囊的保护与肩峰抵触。如果要继续外展则要靠肩胛骨的旋转完成，一般外展度不超过160°，此时若进一步强力外展则易造成肩袖损伤。但若通过肱骨外旋、前屈、上举则可以达到180°，就会避免肩袖损伤[5]。因此在完成转肩动作时上臂要在达到最大外展之前就积极外旋、前屈，并配合肩胛骨的外旋，以防止肩袖损伤的发生。

转肩和最后挥摆是个连续的动作，转肩的效果直接影响最后挥摆动作的完成。转肩不够，通常表现为最后挥摆时大臂外展过大，即单纯的肘关节外移，易造成肘位低于肩位。此时，由于肩、肘、腕三关节不在同一个矢状面上，使外移的肘关节在器械出手时，承受过大的器械惯性力，以致超出了前臂屈肌群的解剖生理负担。而肌肉的附着点在肱骨内上髁，所以容易造成肘关节处的肌腱损伤。另外，肘位低于肩位，伴随器械的出手，上臂有内旋动作的出现，若过分的用力或幅度过大，必然造成支配冈上肌活动的肩胛上神经在肩胛切迹和冈盂切迹处，受到扭转牵扯的磨损。多次累积必然导致冈上肌肌腱的损伤，从而使起动上臂外展动作的冈上肌失去作用[6]。

转肩不够，还会造成肩关节盂前转不足，即大臂的挥动方向偏离“最佳运动平面”，关节两侧肌肉就会收缩不均衡，为了颉顽对抗这种不平衡和加固关节，整个三角肌都处于收缩状态，就会相对压迫喙肩弓，而随后的前挥动作使“肩袖”在喙肩弓和肱骨头间受到夹挤、摩擦，肱骨头则在关节盂唇上来回移动，长期如此，必然引发“肩袖”及盂唇的损伤。

此外，除了以上技术性因素以外，肩部损伤还可能和准备活动不足、局部训练负荷过大、训练水平不够、旧伤未愈即参加训练及不注意体育卫生等因素有关。这些都是在进行运动损伤的预防时应该注意的问题。