近10年前交叉韧带运动损伤研究热点的可视化分析

季程程，王兴，杨鹏飞，张信波

1.上海体育学院体育教育训练学院，上海市 200438；2.上海电机学院体育教学部，上海市 201306

前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)在膝关节中有着控制胫骨过度前移，预防膝关节超伸，加强稳定性等重要作用。随着竞技体育的发展，下肢关节损伤在运动损伤中最为常见，而ACL运动损伤已成为膝关节常见的韧带损伤，极具破坏性[1-2]。有研究报道，全世界每年有超过200 万例ACL 运动损伤[3]，被视为影响运动员健康、制约运动员职业生涯发展的关键因素，需引起运动员、医务人员以及科研人员的高度重视。

对ACL运动损伤的科学研究，有助于减少运动员ACL运动损伤的发生，保障运动员的训练安全，提高竞技水平。本文以Web of Science 数据库中收录的相关文献为研究对象，使用CiteSpace V 可视化分析工具，通过分析科学知识图谱，探讨ACL运动损伤的研究思路和趋势，剖析研究动态和热点，以期为后续研究提供理论依据。

1 资料与方法

1.1 数据来源

本研究以Web of Science 数据库中的核心合集为来源数据库进行检索。在主题词一栏输入TS=anterior cruciate ligament OR ACL，得到11 200 条记录，记录为#1；在主题词一栏输入TS=sports injury OR exercise injury OR athletic injury，得到19 866 条记录，记录为#2；最后组配#1 和#2，组配检索式选择“AND”，最终得到1844 条文献记录。所有检索语言为“English”，文献类型为“Article”，检索时间跨度为2009 年至2018 年，检索与下载日期为2019 年1 月16日。

1.2 方法

本研究采用基于Java 平台的CiteSpace V(版本号5.1.R6.SE.8.1.2017)的可视化软件绘制科学知识图谱，适用于多元、分时、动态复杂的网络分析[4]。在CiteSpace V 软件中，分别以国家/地区、机构、作者和关键词为节点，时间设置为2009 年至2018 年，时间区间间隔选择1 年，在阈值选项中选择“Top N per slice”，阈值设定为50，运行软件绘制知识图谱。并对高频关键词节点(引用历史)中的高被引文献进行深入分析，总结近10年该领域研究的热点内容。

2 结果

2.1 文献分布

2.1.1 发文量

2009 年至2018 年ACL 运动损伤研究的发文量呈持续上升趋势(图1)。从2009 年的110 篇到2018 年的298篇，发文量增长了两倍多。

膝关节是人体结构最为复杂的承重关节，ACL作为膝关节内重要结构，运动损伤后可直接导致膝关节不稳，严重影响人们的生活以及运动员的竞技水平[5]。因此，ACL运动损伤越来越受到研究人员的重视，进而带动该领域的研究，研究成果逐年增加。

图1 2009年至2018年相关研究发文量

2.1.2 国家/地区

2009 年至2018 年共有45 个国家/地区发表过关于ACL运动损伤的文献。见图2。

发文量最多的国家为美国(924篇)，占总发文量的50.11%；其次是澳大利亚(146 篇)；瑞典紧随其后(96篇)；英格兰、加拿大、意大利、挪威、德国、日本和荷兰分列第4～10位。

从文献的中心性看，美国最高(0.47)，澳大利亚和英格兰并列第二(0.22)，意大利第三(0.14)。瑞士和巴西的发文量虽然没有进入前10位，但文献中心性为0.06和0.03，排在第7位和第10位。

不论是发文量还是中心性，ACL运动损伤领域研究以欧美发达国家/地区为主，处于全球领先地位。反观我国，对ACL运动损伤研究起步较晚，并且受限于经济发展水平、科技水平、文化、语言等差异，在该研究领域与欧美发达国家存在一定的差距。我国从2012 年开始有相关文献发表以来共有33 篇文献发表，发文量排在第14位，与近年来我国不断加强国际间的交流与合作密切相关。因此，不断加强各国之间的合作，对于提高我国的科研水平至关重要。

图2 2009年至2018年发表相关文献的国家(地区)分布

2.1.3 高产机构

俄亥俄州立大学发文(104篇)位列第一，其次为北卡罗来纳大学(73 篇)，第3 位的是美国辛辛那提大学(59 篇)。发文量前10 的机构当中有7 所来自高校，3所来自医院或者医疗机构，高校是ACL运动损伤研究的主要机构；有8 所在美国，澳大利亚和挪威分别有1所，体现出美国在该领域研究的领先地位。见图3。

2.1.4 作者

前10 位高产作者中，有6 位来自美国，2 位来自挪威，2 位来自丹麦。其中，来自美国梅奥医学中心的Hewett T E 教授(78 篇)居首，主要研究领域为物理医学与康复、生理学与生物医学工程，特别是在ACL运动损伤和康复有较为深入的研究；其次为辛辛那提儿童医疗中心运动医学部实验室主任Myer G D 副教授(56 篇)，主要研究领域为损伤生物力学、儿科运动科学以及预防医学等领域；来自美国海波特大学的Ford K R副教授发文36篇，主要研究领域为膝关节损伤风险、ACL运动损伤预防以及膝关节运动生物力学研究。见图4。

图3 2009年至2018年发表相关文献的机构分布

值得注意的是，高产作者之间有着一定的合作聚类。以高产作者Hewett T E、Myer G D、Ford K R 等为主的学术共同体合作密切，成为该研究领域最为活跃的研究团队，主要研究运动员ACL运动损伤的预防与康复、膝关节神经肌肉训练(neuromuscular training,NMT)，提出运动员通过加强NMT，可以降低膝关节和ACL 运动损伤的发生率。其次是以Snyder-Mackler L、Engebretsen L、Risberg M A 等为主的学术共同体，他们的研究涉及半月板撕裂的恢复、ACL运动损伤后的重建以及膝关节骨性关节炎的临床试验，提出在ACL运动损伤后的恢复阶段，肌肉力量的恢复和下肢的动态稳定性至关重要，在标准的康复治疗过程中加入渐进式离心和向心运动可以改善前交叉韧带重建(ACL Reconstruction,ACLR)后的功能。

图4 2009年至2018年相关研究高产作者分布知识图谱

2.2 研究热点

对高频关键词进行分析得到本研究关键词知识图谱(图5)，经过分析归类，可将关键词分为3类，分别指示研究对象、研究内容和研究手段(表1)。

ACL运动损伤的研究对象多以运动员为主，特别是足球运动员，说明足球运动员是ACL运动损伤高发人群之一，这与足球运动强度大、对抗激烈、常伴有身体接触、可能增加ACL运动损伤发生几率的特点有关。其次重视女性运动员ACL 运动损伤以及ACL 运动损伤的男女差异。同时，可能是由于欧美等国家对运动员的培养大多以学校为依托，因此ACL运动损伤的研究对象也常为青少年和儿童。

ACL运动损伤的研究内容，多从损伤机理、损伤预防、康复治疗等方面进行深入研究。ACLR 后的康复治疗、NMT 对ACL 的作用以及ACLR 后重返赛场等方面是主要的研究方向。

ACL运动损伤的研究手段多为借助生物力学、运动医学等学科先进的测量和分析手段。

图5 2009年至2018年ACL运动损伤研究关键词共现图谱

3 前交叉韧带运动损伤研究进展

3.1 机理

ACL运动损伤的机理多从解剖学或生物力学角度出发进行研究，有着较为丰富的研究成果。Powers[6]在一项研究膝关节内切运动的报道指出，髋关节冠状面做内收运动，导致膝关节外翻角度增加，同时增加ACL 运动损伤的风险。Yu 等[7]认为，起跳后着地过程中髋关节和膝关节屈角减小是导致ACL运动损伤的危险因素，这种肢体位置对韧带等约束关节活动的组织施加更大的负荷。Hewett 等[8]则认为，膝关节在任何平面上做超出正常生理范围的运动都可能导致ACL运动损伤。虽然大部分导致ACL运动损伤与下肢的生物力学和运动学有关，但有一些学者认为，上肢的运动也可能增加膝关节外翻角度，使膝关节负荷加重导致ACL运动损伤[9]。

除了考虑肢体位置因素以外，一些学者认为ACL运动损伤与下肢神经肌肉控制有关，如股四头肌、腘绳肌肌肉活性等[10-12]。

性别不同，ACL运动损伤的概率不同。女性的生理特点决定女性ACL运动损伤要多于男性，如关节松弛、解剖结构差异、雌性激素的分泌等[13]。Voskanian[14]通过研究证实此观点，发现女性运动员ACL运动损伤的风险是男性的3.5 倍。除生理差异外，神经肌肉适应能力以及生物力学等方面的差异也会造成女性ACL运动损伤率高于男性[15]。

3.2 预防

3.2.1 安全教育

在预防ACL运动损伤方面，对运动员进行安全教育能起到良好的警示作用[16]。Griffin 等[17]在“预防篮球运动员ACL 撕裂计划中”提出“亨宁方案(Henning Program)”，该方案通过播放预防ACL 运动损伤的视频对运动员进行教育和指导，纠正可能给ACL带来损伤的错误技术动作，以避免ACL运动损伤，通过这种教育方法，使ACL运动损伤率降低89%。Iversen等[18]在一个赛季中对133 例篮球运动员和12 例教练员进行ACL 的构造、功能、损伤的机理和预防等方面的教育，加深运动员和教练员对ACL的认识，并且在运动中有意识地加强对ACL 的保护，以减少损伤。Omi等[19]的研究也证实安全教育对运动员预防ACL运动损伤具有积极作用，可以显著降低ACL 运动损伤的发生率。

表1 2009年至2018年ACL运动损伤高频关键词分类

3.2.2 合理的热身活动

在进行体育运动前或赛前进行特定的热身活动可以显著降低ACL 断裂的风险[20]。Donnell-Fink 等[21]对24 项预防膝关节和ACL 运动损伤有效性研究的Meta分析发现，通过预防性的热身活动可以减少26.9%的膝关节损伤和50.7%的ACL断裂。

表2 归纳总结了预防ACL 运动损伤不同的热身方案。这些热身方案对ACL 运动损伤有很好的预防作用[16]。

这些热身方案适用于足球、篮球、手球等多种运动，包括平衡、力量、弹跳、跑步和灵敏训练等，训练的目的是为了减少膝关节运动时产生外翻和内旋力矩的峰值，降低运动中ACL运动损伤的发生率。

3.2.3 NMT

NMT 是运动员利用关节对空间位置的感觉信息促进关节周围肌群协调发力的训练方法，该训练方法能有效预防ACL运动损伤并且提高运动能力[26]。训练内容主要包括肌肉力量训练、平衡训练、灵敏性训练、快速伸缩复合训练、近端控制训练等。Simon等[27]的研究表明，NMT 使ACL 运动损伤降低42%，并且在每次NMT 持续10～15 min、每周2～3 次、每周训练总时间达到30～60 min 的情况下，对运动员ACL运动损伤具有最佳的预防效果。

肌肉力量训练在运动训练中必不可少，同时对关节扭伤等运动损伤具有良好的预防效果。Hopper等[28]对23例女子青少年篮网球运动员进行下肢生物力学的研究发现，在进行6 周的力量训练后，篮网球运动员起跳后着地时下肢的生物力学特征改善，ACL运动损伤的风险降低。平衡训练可以提高膝关节的稳定性，增强膝关节神经肌肉本体感觉控制能力，Myer等[29]对18例高中运动员进行下肢生物力学研究发现，经过18次的平衡训练后，运动员在一些具有一定危险性的动作中减少了膝关节的外翻，对预防ACL运动损伤具有积极效果。灵敏训练是运动过程中速度和身体协调能力的结合，当神经接受到信号时，机体表现出快速变向和急停、加速的能力。Wilderman 等[30]通过对30 例篮球运动员侧步旋转过程中膝关节的运动研究发现，通过6 周的灵敏训练可以使机体在变向运动中提高股二头肌的活性，以降低ACL运动损伤的危险。快速伸缩复合训练可以加快肌肉收缩速度，更加精准地调节神经系统对肌肉的控制，有效增强运动员的神经肌肉控制能力。Myer 等[29]的研究发现，快速伸缩复合训练，可以使运动员在着地时减少膝盖的外翻和下肢与地面的接触力，达到保护膝关节的作用。膝关节近端控制训练可以提高膝关节近端组织结构的稳定性，减小运动员单腿下蹲时膝关节外展偏移的角度，使下肢运动学做出积极改变[31]，包括核心稳定性训练、髋关节冠状面稳定性训练等[32]。

虽然大量研究证实NMT 可以有效预防ACL 运动损伤，但进行单一项目的NMT 对预防膝关节ACL 运动损伤的效果不佳[33]。在训练中，将肌肉力量训练、灵敏训练、平衡训练、快速伸缩复合训练、近端控制训练等多项训练相结合进行综合训练，有利于降低ACL运动损伤发生率，并减少二次损伤的发生[34]。

不同年龄阶段的运动员进行NMT 对预防ACL 运动损伤的效果不同，年轻运动员进行NMT 的效果好于年龄大的运动员。Myer 等[35]通过对14 项符合纳入标准的临床试验进行Meta分析发现，通过NMT，14～18岁和19～20岁的女性运动员比20岁以上的女性运动员ACL运动损伤风险分别降低72%和52%，这是因为感觉运动功能在个体处于发育期时更具适应性，运动员在十几岁时开始进行NMT效果更好[36]。

表2 预防损伤热身方案

3.3 康复治疗手段

韧带具有自我修复能力，如果患者对运动没有过高要求，且韧带未发生完全断裂或损伤程度较轻，可以选择保守治疗，治疗方法包括制动和康复训练等[37]。对于较为严重的损伤如ACL断裂等，手术治疗是运动员大多采用的治疗手段。有研究显示[38-40]，65%运动员在ACL运动损伤后选择ACLR 治疗，可以有效避免膝关节软骨、半月板及周围韧带的牵拉引起的继发性损伤。

ACLR 后股四头肌肌力明显下降，膝关节稳定性降低，可能会导致较差的恢复效果和二次损伤，因此，恢复股四头肌的强度和力量是ACLR 康复治疗的重点[41]。Gulcan 等[42]在对48 例经过ACLR 的患者研究发现，在术后早期对股四头肌进行向心、离心等速训练可以有效促进股四头肌肌力的恢复，在术后第12周和第24周股四头肌力量分别增加28%和31%，同时改善股四头肌的最大自主等长收缩。祁奇等[43]研究发现，肌内效贴可以提高股四头肌向心、离心收缩肌力，对ACLR 康复治疗有一定的积极作用。为了使ACLR 效果最大化，Failla 等[44]研究发现，术前的康复治疗同样至关重要，在ACLR前进行渐进强化和NMT等康复手段，术后再进行标准的康复治疗，使得2 年后ACL恢复效果更好。

3.4 ACLR后重返赛场

恢复到ACL运动损伤前的运动水平是运动员进行康复治疗的主要目标，Culvenor 等[45]研究认为，一般预期术后6～12个月运动员可重返赛场，但实际上只有不到2/3 的运动员在1 年内重返赛场。运动员ACL 运动损伤康复后重返赛场主要受手术情况、性别、年龄、心理、运动项目、运动水平、神经肌肉以及生物力学等多种因素影响[46]。

Lai等[47]在对优秀运动员ACLR后运动恢复率的研究发现，一些优秀运动员ACLR 的恢复率为83%，其中大部分在术后6～13个月重返赛场，具有更高水平的精英运动员更有可能恢复到原有的运动水平，但是有5%的运动员ACL 移植物会发生断裂。而Nagelli 等[46]的研究发现，将从事高风险运动的运动员重返赛场的时间推迟到ACLR 2 年后，更有利于膝关节恢复稳定性，并且通过随访调查，ACL再次受伤的几率显著降低。在运动员的年龄差异方面，年龄较小的运动员ACLR 后恢复更快，效果更好。Chicorelli 等[48]在对14岁以下骨骼不成熟运动员的研究发现，96%的运动员能够恢复到原运动水平，50%的运动员能在术后9 个月重返运动，85%的运动员在术后12个月重返运动。

运动员重返赛场的标准，单纯用时间因素来判断无法保证运动员的神经肌肉控制能力能否充分保护ACL[46]。运动员在康复阶段，通过进行力量、耐力、灵敏以及速度训练，结合肌肉力量测试、国际膝关节文献委员会膝关节主观评分表以及功能性跳跃测试，并根据运动员实际情况可确定能否重返赛场[49]。ACLR 的恢复情况也可以借助仪器进行精确评测，磁共振能用于患者的临床测试，该测试通过使用磁共振对移植体进行评估，帮助确定运动员重返赛场的适宜时间[50]。

随着测试手段的不断进步，肢体对称指数(limb symmetry index,LSI)测试受到学者的关注，该测试用于衡量运动员的康复情况，通常安排在术后5～10个月进行，在6 个月进行居多[51]。测试内容主要包括膝关节屈伸力量、垂直跳跃、跳远、侧跳等。LSI(%)=患肢测试结果/健肢测试结果×100%，LSI≥90%是最常用的标准通过值[52]。运动员达到测试标准值可以提高运动员重返赛场的几率，并可以显著降低移植物再次断裂的风险[51]。有研究发现[53]，对于优秀运动员，没有达到测试标准值使得移植物再次发生断裂的风险是其他运动员的4倍。

4 小结

近10 年来，ACL 运动损伤研究发文量呈现逐年增长的趋势；美国等欧美发达国家(地区)以及各类高校是该领域研究的中坚力量，我国在该领域研究起步较晚但潜力巨大；高产作者之间有着较为广泛的合作，为该领域研究的交流与合作打下很好的基础，对ACL运动损伤研究做出重要贡献。

ACL 运动损伤研究紧紧围绕损伤机理、损伤预防、康复治疗等方面进行深入研究。不同学者对ACL运动损伤的原因有不同的阐述，但女性损伤率远高于男性已达成共识；安全教育、NMT以及FIFA 11+等热身活动方案对预防ACL 运动损伤有着积极作用；ACLR 通常是运动员选择的治疗手段，可有效避免继发性损伤，恢复股四头肌的强度和力量是ACLR 后康复治疗的重点，术前的康复治疗同样至关重要。

运动员重返赛场受多种因素影响，康复治疗的时间可作为参考依据但过于单一，可借助一系列测试和先进的科学仪器进行综合判断，LSI测试受到关注。