网球正手技术与半月板损伤关联性综述研究

周静秋



网球正手技术与半月板损伤关联性综述研究

周静秋

南京体育学院，江苏 南京，210014。

目的：在网球运动中，半月板损伤较为普遍。本综述的目的是研究网球正手对半月板的影响，探讨造成半月板损伤的机理和规律，为损伤的治疗、预防、康复提供帮助。方法：通过文献资料查询撰写而成。结果：膝关节的关节面与关节窝的耦合度低，其周围有韧带与半月板等组织进行加固，但复杂的结构增加了其发生损伤的风险。半月板的主要功能是稳定膝关节与分散胫骨软骨上的载荷，其显微结构显示其有承受压力与剪切力的力学结构特征。网球正手技术有三种不同的握拍方式以及两种不同的站位方式。不同的握拍技术造成不同的击球点，不同站位下的正手技术在挥拍阶段支撑腿不同。不同的击球点产生的不同膝关节旋转幅度对半月板产生影响。全开式站位在挥拍过程中重心偏向内侧，对持拍侧内侧半月板影响较大，半开式站位在挥拍过程中重心偏向外侧，对非持拍侧的外侧半月板影响较大。结论：不同的网球正手技术动作会对半月板产生不同的影响，这种影响是膝关节的旋转给半月板带来的剪切力。未来研究方向：引入有限元模型研究半月板损伤机理可以计算模拟出半月板的应力与应变关系，对发现损伤的力学机制有很大帮助。

网球；半月板结构；半月板损伤；正手技术

与网球相关的膝关节损伤比较普遍，几乎每五个网球损伤中就有一个损伤位于膝关节处[1]。常见膝关节损伤的病症有半月板损伤、髌股疼痛综合症、股四头肌腱髌腱炎等[2]。有研究发现网球相关的膝关节损伤中有51.2%的损伤是内侧半月板损伤[3]。而这个数字几乎是所有运动项目中内侧半月板损伤发生率平均数10.8%的五倍[2]。半月板损伤会严重影响运动员的职业生涯，有研究发现46%的经历过半月板切除的运动员放弃或减少了体育活动，6.5%的运动员改变了他们的职业[4]。此外，半月板损伤对日常生活也产生了负面影响。有研究报道在诊断后的10至20年间，平均50%的半月板撕裂患者有骨性关节炎，并伴有疼痛和功能障碍，其中年轻患者有老年膝盖症状，且这些半月板损伤的患者占骨性关节炎总数的很大比例[5]。虽然有学者认为网球损伤是由多度使用造成的[6]，但是找到损伤的机制有助于损伤的预防及治疗。本研究通过对半月板的结构与功能、半月板的活动规律、网球正手技术动作分析以及正手动作对半月板的影响等几个方面进行综述，为分析网球运动员半月板损伤提供参考。

1 半月板的结构

1.1 解剖结构

半月板位于膝关节中，膝关节是位于全身两个最大骨杠杆（股骨与胫骨）之间的关节，为全身最大且结构最为复杂。它由股骨的内外侧髁与半月板的上面、胫骨的内外侧髁与半月板下面、股骨的髌面与髌骨的关节面分别组成的胫股关节和髌股关节构成。虽然其关节头比关节窝大得多，导致膝关节很不稳定，但是却很少脱位，在很大程度上与膝关节周围和关节腔内的辅助结构增有关。这些辅助结构包括髌韧带、胫侧副韧带、腓侧副韧带、腘斜韧带、膝交叉韧带、半月板、滑膜囊等。

半月板是在股骨内、外侧髁与胫骨内、外侧髁的关节面之间的两块半月形纤维软骨板，它们的直径约为35mm[7]。内侧半月板较大，呈“C”形；外侧半月板较小，呈“O”形。半月板上面凹陷，外缘较厚，其厚厚的凸形边缘连接在关节囊上，内部边缘逐渐变细，没有与其他组织相连接，两个半月板的前角和后角均直接附着于胫骨髁间隆起[8]。有研究表明，当半月板受到载荷时，会远离中心轴，使与骨头连接的两角产生拉伸应力[9]。由于内侧半月板紧紧地附着在周围关节囊上，而外侧半月板与关节囊的连结松散，所以内侧半月板的活动度要小于外侧半月板[9]。

由于膝关节的两个关节面的低耦合度，需要关节周围的辅助组织进行加固，造成了其复杂的结构特点，使其在运动中易发生不同组织的损伤。

1.2 显微结构

半月板是一种纤维软骨结构，由胶原纤维（主要是Ⅰ型胶原）、细胞、蛋白多糖和糖蛋白组成的细胞外基质等构成[8]。半月板的表层结构类似于关节透明软骨，使半月板可以在股骨与胫骨间进行低摩擦运动[10]。半月板的深层结构由水和高密度的Ⅰ型胶原网构成，大部分的网格排列呈环形方向[11]，这种环形结构增加了半月板的抗压性，深层与表层之间的中间层以放射状排列[8]，放射状结构增加了半月板的抗拉性。半月板各层不同的显微结构反映了功能适应的区域差异[8, 11]。

2 半月板的功能与运动

2.1 半月板的功能

分析膝关节的形态有助于我们理解半月板的功能。由于膝关节两个关节面的低耦合度，所以膝关节周围有很多稳定关节结构的组织。在它的前、后、内、外方向上均有韧带限制膝关节的移动：髌韧带从前方加固膝关节；胫侧和腓侧副韧带分别从内侧和外侧加固膝关节；腘斜韧带从后方加固膝关节并防止膝关节过度前伸；膝交叉韧带包括前交叉韧带和后交叉韧带，均属于囊内韧带，分别限制胫骨前移与后移。半月板的形态使其可以加深关节窝，使胫骨关节连结更加适应，增加了膝关节的稳固性。此外，半月板与骨头紧密连接，使半月板能够分配载荷，从而减少了胫骨软骨上的应力。有研究发现，切除半月板后会造成膝关节的退行性病变[12, 13]。半月板被认为在软骨保护和预防骨关节病方面有重要作用。在膝关节的运动中，半月板也扮演了重要的角色，半月板可同股骨髁一同对胫骨作旋转运动，增大了关节的运动范围。

在多年以前，半月板被认为是无功能的，随着研究的深入发现半月板在膝关节功能解剖与生物力学方面有重要作用[14]，包括承重和膝内减震[15]，同时还起到稳定关节的作用[16]。此外，在关节润滑营养输送中的也起到一定的作用，半月板的感官功能和本体感受功能也已经被提出[8]。

2.2 半月板的运动

半月板是一种动力结构，为了能有效地在运动的、有变化的关节表面上保持最佳的承载功能，它们能够随着股骨和胫骨的移动而移动，保持与胫骨股骨最大的一致性。当屈膝关节时，半月板滑向前方，当屈膝旋转时，一个半月板滑向前方，另一个滑向后方。由于半月板随膝关节运动而位移，因此在急骤强力动作时，半月板来不及复位，容易受到股骨髁的碾压而造成损伤和撕裂。几块肌肉在半月板上有次要附着点：股四头肌和半膜肌附着在两块半月板上，腘肌附着在外侧半月板上，通过这些附着的肌肉帮助稳定半月板的位置[17]。

此外，还有研究发现半月板在所有的膝关节屈曲范围内均可以通过改变它的形状接受不同角度下股骨髁的形状[18]。这加强了半月板在不同膝关节的运动中承载负重的能力。在膝关节伸直的情况下，负载几乎集中在半月板的前角，在膝关节高度屈曲的状况下，负载则是集中于半月板的后角[18]。

3 网球正手技术与半月板损伤

3.1 网球正手技术动作

在正手技术中，运动员需要根据不同的来球高速奔跑，急停站稳后进行挥拍。正手的拍头速度是通过全身的动力链叠加产生的[19]，每一环节产生的速度，都为下一个环节提供了初速度，最后给拍头带来相对高的速度并在拍头速度最快时撞击到网球。下肢的膝关节在这一过程中承受了很大的负荷，增加了损伤风险。以下从握拍方式与站位姿势对网球正手动作进行分析，找出与半月板之间的关联。

网球正手技术有三种不同的握拍方式：东方式握拍（Eastern grip）、西方式握拍（Western grip）、半西方式握拍（Semi-western grip）。西方式握拍可以给球带来更多的向上旋转，东方式握拍给球向前的力量较多，使球的飞行速度加快，但是旋转减少，半西方式握拍介于前两者之间[20]。由于西方式和半西方式握拍给网球带来了马格努斯效应（Magnus effect），使球在飞行过程中更为稳定[21]。现代网球的正手握拍多采用西方式和半西方式。不同的正手握拍方式有不同的击球点，与其它两种握拍方式相比，西方式握拍击球点的位置在身体较前的位置，东方式握拍击球点的位置是在身体前方较后的位置，半西方式握拍的击球点位于前两者之间[22]。这三种握拍方式下的正手技术对半月板的影响是由于击球点的不同产生的不同膝关节旋转幅度。

网球正手技术根据不同的站位分为开放式正手（Open stand forehand）与半开式正手（Square stand forehand），两种技术的不同在于拉拍阶段的站位以及挥拍阶段的支撑腿。以右手持拍为例，在开放式站位（Open stand）拉拍阶段时双腿分开，双脚的连线与球网平行，右脚尖朝向正前方45度，膝关节屈曲，髋关节以及躯干部位转向右边，大臂外展，肘关节屈曲，腕关节伸，手部握住球拍，拍面与地面垂直。在半开式站位（Square stand）拉拍阶段时，双腿分开，双脚的连线与球网垂直，左脚尖朝向正前方45度，膝关节屈曲，大臂外展，肘关节屈曲，腕关节伸，手握住球拍，拍面与地面垂直。在拉拍阶段中，两种站位方式下，膝关节均是处于屈曲状态。两种站位的挥拍阶段，发力顺序均是从下肢开始，接着是躯干最后是上肢。两种站位产生的不同在于下肢支撑腿的不同，全开式站位是以右腿为支撑腿，而半开站位是以左腿为支撑腿[23]。此外，全开式站位是以右膝关节的内旋产生初始速度，半开式站位是以左膝关节的外旋产生初始速度。两种正手技术的应用是根据不同的来球路线进行选择的。来球的落点若靠近两侧边线，运动员的跑动范围会增大，运动员会由于体能或球速快等原因，不能及时到位，这时会选择全开式站位，因为这种站位比半开式站位少一个上步的动作。一般运动员对于身体周边或者是离球网较近的来球会选择半开式站位。综上所述，不同站位的拉拍阶段膝关节均有屈曲的动作，挥拍阶段中由于下肢的支撑腿不同会对不同侧的膝关节产生影响。

3.2 正手技术对半月板的影响

正手技术由于不同的握拍与站位对膝关节产生了不同的影响，以下将从这两方面对半月板的影响进行综述。

在两种不同的站位方式下，正手技术中拍头速度的来源均是从膝关节的转动开始的，膝关节不仅需要承受身体大部分的重量还要提供初始的转动速度，使股骨对半月板不仅有重力产生的压力，还有膝关节因扭转给半月板带来的剪切力[24]。重力作用对半月板的压力使其远离中心轴，而半月板的两个角与胫骨连接，使连接的韧带上产生高的张力，可能导致半月板的两个角撕裂[8]。而扭转产生的剪切力可能使半月板的中心部位破裂。网球拍头速度较高，需要膝关节提供比较大的初速度，这使作用于半月板上的剪切力更大。此外，膝关节的内旋与外旋只有在屈曲时腓侧与胫侧副韧带松弛状态下才能使发生，而屈曲时的膝关节中半月板受到的压力是体重的2-3倍[12]，给半月板带来了很大的载荷。在全开站位中，挥拍阶段是以持拍侧腿为支撑轴向内转动膝关节，这会导致重心向内侧偏移，使持拍侧的股骨对内侧半月板的压力大于外侧，由此增加内侧半月板的损伤风险。在半开站位中，挥拍阶段是以非持拍侧腿为支撑轴向外转动膝关节，这会导致重心向外侧偏移，使持拍侧的股骨对外侧半月板的压力大于内侧，由此增加外侧半月板的损伤风险。对内侧与外侧半月板的研究发现，在大多数活动中，通过内侧半月板传递的压力大于外侧半月板[25]，且内侧半月板与关节囊的连接比外侧半月板更为紧密，内侧半月板的损伤比外侧半月板更多。有关不同站位对半月板的应力分布可以借助有限元模型进行计算，模拟不同的情况下半月板的应力与应变关系，用以确定造成损伤的力学机制。

不同的握拍方式造成了不同击球点，文献表明运动员会使用膝关节进行控制挥拍的幅度[26]，这样会使膝关节产生不同的旋转角度，对半月板产生不同的影响。但是不同的膝关节转幅给半月板带来的应力分布尚没有文献报道。

4 半月板损伤机理的研究对网球正手技术的贡献

与网球正手相关的半月板损伤发生的位置各不相同，有的在内侧半月板体，有的在外侧半月板体，还有的在内侧半月板或外侧半月板的前角与后角。不同位置的损伤有不同的致病机理，对应不同的致病机理找出不同正手技术中的特征动作技术可以指导运动员有效地进行损伤预防。

半月板撕裂通常会使膝关节发生绞锁现象而限制膝关节的自由度，这不仅对运动员的比赛训练造成影响，给他们的日常生活也带来了负面作用。临床上对撕裂的半月板会进行修复手术，但是如果修复情况不尽如人意还需要进行半月板切除手术[27]，切除半月板后膝关节发生退行性病变已经是公认的事实。此外，对撕裂的半月板进行置换手术后膝关节是否有功能障碍还没有准确的文献报道。因此有必要对半月板损伤机理进行深入地研究以尽量避免运动员发生损伤。

在与网球相关损伤的治疗方面，临床上对损伤采用的是病理形态学的治疗方法，即直接根据病理形态特征进行治疗，没有与损伤机理相结合。这种治疗方式可能在运动员重返赛场后复发，因为损伤发生的根本成因是正手技术动作，如果不对技术进行调整，常年的训练与比赛还会重复造成损伤的动作，最终使损伤再次发生。找到与技术动作相关的损伤机理可以降低治愈后的复发率，同时在进行传统治疗时产生靶点效应，提高治疗效果。

5 小 结

半月板在膝关节中起到固定与承重作用，减少了胫骨平台上受到的压力与剪切力。半月板的显微结构显示其胶原纤维网呈环状与放射状排列，可以抵抗压力与剪切力。网球正手技术有三种不同的握拍方式以及两种不同的站位方式。不同的握拍技术造成不同的击球点，不同站位使正手挥拍阶段的支撑腿不同。不同的击球点产生的不同膝关节旋转幅度对半月板会产生影响。全开式站位在挥拍过程中使重心偏向内侧，对持拍侧内侧半月板影响较大，半开式站位在挥拍过程中重心偏向外侧，对非持拍侧的外侧半月板影响较大。

6 展 望

探寻半月板损伤的发病机理对损伤的防治有重要意义，引入有限元模型研究半月板损伤的力学机制有助于模拟出半月板上应力与应变的关系，有效找出损伤机制。

[1] AF R. Knee pain in tennis players[J]. Clinics in Sports Medicine, 1995, 1（14）: 163.

[2] Colvin A C, Andelman S M. Tennis Injuries of the Hip and Knee[M]. Springer International Publishing, 2016.

[3] Majewski M, Susanne H, Klaus S. Epidemiology of athletic knee injuries: A 10-year study.[J]. Knee, 2006, 13（03）: 184~188.

[4] Jørgensen U S S L F. Long-term follow-up of meniscectomy in athletes. A prospective longitudinal study[J]. Journal of Bone & Joint Surgery British Volume, 1987, 1（69）: 80~83.

[5] Lohmander L S E P M D. The Long-term Consequence of Anterior Cruciate Ligament and Meniscus Injuries Osteoarthritis[J]. Am J Sports Med, 2007,10（35）: 1 756~1 769.

[6] Pluim B A M R. From breakpoint to advantage: a practical guide to optimal tennis health and performance. [M]. Racquet Tech Pub., 2004.

[7] M H M. The Lower Extremity and Spine in Sports Medicine[J]. British Journal of Sports Medicine, 1986, 4（20）: 188.

[8] Mcdermott I D M S D A. Biomechanics of the menisci of the knee[J]. Current Orthopaedics, 2008, 3（22）: 193~201.

[9] Kawamura S L K R S. Biomechanics and healing response of the meniscus[J]. Operative Techniques in Sports Medicine, 2003, 2（11）: 68~76.

[10] Beaupré A C R G R. Knee menisci. Correlation between microstructure and biomechanics[J]. Clinical Orthopaedics & Related Research, 1986, 208（208）: 72.

[11] Messner K G J. The menisci of the knee joint. Anatomical and functional characteristics, and a rationale for clinical treatment[J]. Journal of Anatomy, 1998, 2（193）: 18.

[12] Bendjaballah M Z S A Z D. Biomechanics of the human knee joint in compression: reconstruction, mesh generation and finite element analysis[J]. The knee, 1995, 2（02）: 69~79.

[13] Peña E, Calvo B, Martínez M A, et al. Finite element analysis of the effect of meniscal tears and meniscectomies on human knee biomechanics[J]. Clinical Biomechanics, 2005,20（05）: 498~507.

[14] ALLEN A A, CALDWELL JR G L, FU F H. Anatomy and biomechanics of the meniscus[J]. Operative techniques in orthopaedics, 1995, 1（05）: 2~9.

[15] ENGLUND M. The role of the meniscus in osteoarthritis genesis[J]. 2008, 3（34）: 573~579.

[16] Levy I M T P A G. The effect of lateral meniscectomy on motion of the knee[J]. Journal of Bone & Joint Surgery-american Volume, 1989, 3（71）: 401~406.

[17] 诺伊曼唐纳德•A. 骨骼肌肉功能解剖学.第2版[M]. 人民军医出版社, 2014.

[18] 努丁弗伦克尔邝适存等. 肌肉骨骼系统基础生物力学[M]. 人民卫生出版社, 2008.

[19] Elliott B. Biomechanics and tennis[J]. British Journal of Sports Medicine, 2006, 40（05）: 392.

[20] TAGLIAFICO A S E A. Wrist injuries in nonprofessional tennis players: relationships with different grips[J]. The American journal of sports medicine, 2009, 4（37）: 760~767.

[21] SEIFERT J. A review of the Magnus effect in aeronautics[J]. Progress in Aerospace Sciences, 2012, 55: 17~45.

[22] ELLIOTT B, MARSH T, OVERHEU P. A biomechanical comparison of the multisegment and single unit topspin forehand drives in tennis[J]. International Journal of Sport Biomechanics, 1989, 3（5）: 350~364.

[23] KNUDSON D, BLACKWELL J. Trunk muscle activation in open stance and square stance tennis forehands[J]. International journal of sports medicine, 2000, 05（21）: 321~324.

[24] RENSTRÖM P, JOHNSON R J. Anatomy and biomechanics of the menisci[J]. Clinics in sports medicine, 1990, 3（9）: 523~538.

[25] DROSOS G I, POZO J L. The causes and mechanisms of meniscal injuries in the sporting and non-sporting environment in an unselected population[J]. The knee, 2004, 2（11）: 143~149.

[26] NESBIT S M, SERRANO M, ELZINGA M. The role of knee positioning and range-of-motion on the closed-stance forehand tennis swing[J]. Journal of sports science & medicine, 2008, 1（07）: 114.

[27] SHELBOURNE K D, CARR D R. Meniscal repair compared with meniscectomy for bucket-handle medial meniscal tears in anterior cruciate ligament-reconstructed knees[J]. The American journal of sports medicine, 2003, 31（05）: 718~723.

A Review of the Relationship Between Forehand Technique and Meniscus Injury in Tennis

ZHOU Jingqiu

Nanjing Sports Institute, Nanjing Jiangsu, 210041, China.

Objective: Meniscus injury is common in tennis. The purpose of this review is to study the effect of tennis forehand on meniscus, to explore the mechanism and regularity of meniscus injury, and to provide help for the treatment and prevention of meniscus injury. METHODS: Literature data were searched and compiled. Result: The coupling degree between articular surface and articular fossa of knee joint is low, and there are ligaments and meniscus around it for reinforcement, but the complex structure increases the risk of injury. The main function of the meniscus is to stabilize the knee joint and disperse the soft weight of the tibia. Its microstructures show that the meniscus has the mechanical characteristics of bearing pressure and shear stress. Tennis forehand technique has three different grip modes and two different stand modes. Different grip techniques result in different hitting points, and different positions make different support legs in forehand swing stage. The different knee rotation amplitude produced by different hitting points will affect the meniscus. During the swing, the center of gravity of the full-open position deviates to the inside, which has a great influence on the inner meniscus of the holding side. The center of gravity of the half-open position deviates to the outside during the swing, and has a great influence on the outer meniscus of the non-holding side. Conclusion: The different effects of tennis forehand on meniscus are due to the shear force caused by knee rotation. Future research directions: introducing finite element model to the study of meniscus damage mechanism can calculate and simulate the relationship between stress and strain of meniscus, which is very helpful to find the mechanical mechanism of damage.

Tennis; Meniscus Structure; Meniscus Injury; Forehand Technique

G804.54

A

1007―6891（2019）01―0030―04

10.13932/j.cnki.sctykx.2019.01.08

2018-12-01

2018-12-20

2018年江苏省研究生实践创新计划，项目编号：SJCX18-0542。