高山滑雪运动员前交叉韧带损伤研究进展

王卓然, 李春光

(1.曲阜师范大学,山东 曲阜 273165; 2.德州学院,山东 德州 253000)

高山滑雪运动由于较高的滑行速度、高外力的冲击及不可控的外部环境因素被认为是一种极限运动。运动员在高山滑雪比赛中受伤的问题首次出现在科学论述中可以追溯到20世纪七八十年代。在滑雪比赛中,膝关节是最容易受伤的部位,具体来说是前交叉韧带(ACL)容易受伤。然而,关于优秀高山滑雪运动员受伤发生率的数据仍然很少。年轻人的前交叉韧带损伤会增加日后患症状性膝关节骨关节炎的风险[1]。鉴于高山滑雪运动员前交叉韧带损伤的高发率,回顾高山滑雪运动员前交叉韧带损伤的科学证据是很重要的。在中国知网、PubMed 2个学术数据库搜索关于高山滑雪比赛中前交叉韧带损伤或膝盖损伤的相关研究,对高山滑雪运动员前交叉韧带的损伤率、损伤机制、危险因素和预防方法等进行综述。

1 高山滑雪运动员前交叉韧带损伤率

前交叉韧带损伤是高山滑雪比赛中最常见的损伤。一项对芬兰所有年龄滑雪运动员(9～36岁)受伤情况的回顾性研究[2]指出,受伤的男女运动员的平均年龄都是14岁,且47%是前交叉韧带损伤。在对2006—2011年瑞典431名精英高山滑雪运动员(平均年龄16.7±1.1岁)进行的一项研究[3]中,接近50%的运动员发生过损伤,其中85%的伤害发生在滑雪和旱地训练期间。对2014—2016年奥地利一所高中的82名优秀高山滑雪运动员(9～14岁)进行的一项类似研究[4]中,58.5%的运动员存在至少1次创伤或过度使用损伤,其中57.7%发生在训练期间,9.6%发生在比赛期间,其余发生在自由活动期间。这说明年轻高山滑雪运动员的受伤率很高,并且训练期间发生的损伤较多。就青少年身体发育而言,早熟运动员的损伤和过度使用损伤率相对较低[5]。

对高山滑雪运动员前交叉韧带损伤率的研究仅限于团队或组织的回顾性研究设计。在其他高风险运动中,与男运动员相比,女运动员前交叉韧带损伤的风险更高。一项为期6年的研究[5]比较了男性和女性优秀高山滑雪运动员的受伤率,结果显示前交叉韧带的绝对受伤率没有性别差异。一项为期10年的研究[6]评估了14～19岁年轻滑雪运动员前交叉韧带损伤的风险因素,与男性相比,女性前交叉韧带损伤的危险性更高。研究急性雪地损伤事件[1]发现,前交叉韧带损伤事件占严重膝关节损伤事件的70.8%,占严重损伤事件的48.6%。女性世界杯赛高山滑雪选手发生严重前交叉韧带损伤事件的风险是男性选手的1.65倍。这说明在高山滑雪运动中,年轻运动员前交叉韧带损伤存在性别差异。

综上所述,年轻高山滑雪运动员受伤率较高,且在训练期间损伤较多。高山滑雪年轻运动员前交叉韧带损伤存在性别差异,女性受伤率高于男性。

2 高山滑雪运动员前交叉韧带损伤机制

胫骨内旋力与大多数特殊的膝关节前交叉韧带损伤机制有关[7]。Hame等[8]研究,在37例尸体膝关节标本中评估了膝关节4个屈曲角度下胫骨内/外旋转力矩对ACL应变的影响,发现前交叉韧带应变在膝关节屈曲0°时最大,在强迫性过度屈合并胫骨内旋力矩时最大。即在高山滑雪过程中,膝关节屈曲角度对前交叉韧带应变的量尤为重要。具体来讲,在膝关节屈曲角度较深时,膝关节的几何形状和股四头肌与腘绳肌的动作线有助于降低前剪切力和ACL应变[9-10]。然而,不对称的高山跳台地同时伴有强烈的离心股四头肌收缩,可能会产生足够大的膝关节力矩和由此产生的较强的前方剪切力,从而导致ACL损伤。跳跃着陆时的躯干倾斜角度对于最小化前交叉韧带应变也很重要[11]。这突出了技术和战术在落地失败和肌肉力量失衡中的重要性,这是高山滑雪非接触前交叉韧带撕裂的潜在原因[12-13]。事实上,躯干方向与踝关节、膝关节和髋关节的角度占ACL力峰值变异的88%[14]。此外,一些装备因素被认为在跳降过程中增加胫骨的前剪切力。

Bere等[15]通过视频分析了20名精英高山滑雪运动员比赛中ACL受伤的记录,除1例外,其他ACL损伤均发生在滑雪过程中。于是 Bere等确定了3个主要的非接触式前交叉韧带损伤机制。简单来讲,防滑机制最常发生(50%的案例)在滑雪时(通常在转弯时),滑雪板外测与雪面接触，滑雪板卡住导致膝关节快速屈曲，造成胫骨内旋和膝盖外翻。第2种损伤机制是动态雪犁，在所有前交叉韧带损伤中占15%。滑雪者失去平衡，肢体间的重量不对称使其处于不平衡状态，迫使膝盖外翻和胫骨内旋。最后的损伤机制是滑雪板尾部着地，占前交叉韧带损伤的20%。滑雪者失去平衡，身体在落地过程中向后移动，滑雪板的尾翼先与雪接触，倾斜角较大，造成损伤。

Bere等[15]为高山滑雪运动员前交叉韧带损伤机制提供了新的研究视角。在下坡滑雪期间,65%的病例由动态雪犁和防滑机制引起[15],并涉及在短时间(60 ms)内快速膝关节屈曲、胫骨内旋转和膝关节外翻载荷[16]。胫骨内旋似乎是非接触式高山滑雪前交叉韧带损伤的一个关键载荷因素[8],且胫骨旋转力可能随滑雪板的小转弯半径而增加。前交叉韧带峰值力随滑雪者跳跃高度和躯干后倾而增加。

综上所述,胫骨内旋是非接触式高山滑雪前交叉韧带损伤的一个关键载荷因素,因此,预防措施中应加强技术和肌肉力量训练。同时,滑雪过程中以避免滑雪者躯干后倾,以正确的起跳准备和技术为主,同时降低起跳高度。

3 高山滑雪运动员前交叉韧带损伤的致因

高山滑雪比赛中的交叉韧带损伤有多种原因,但科学证据是有限的。Spörri等[17]编制了一份关于滑雪损伤感知的内在和外在危险因素清单,探讨了对运动员损伤风险影响较大的因素。内部危险因素主要包括心理、核心力量、疲劳程度、先天遗传等自身条件,外部因素包括场地、器材、装备等外部条件[18],以及可通过神经肌肉训练计划解决的可变风险因素。

3.1 内部因素

滑雪运动员的技术和战术可能受心理因素的影响,因此心理因素被确定为滑雪比赛中运动员受伤的潜在危险因素。分析20名高山滑雪运动员的视频录像发现,滑雪者经常在比赛中失去平衡而摔倒,出现技战术失误,从而增加膝关节前交叉韧带损伤的风险。前交叉韧带损伤主要是跳跃技术和战术失误造成的,技术和战术失误可能是由心理因素造成的。ACL损伤和重建后重返高山滑雪的运动员会产生负面情绪,如恐惧、沮丧以及对自己能力完全缺乏信心等[19]。同时,心理、社会和环境因素在运动损伤的这段时间内以及膝盖损伤后的急性、康复和恢复阶段发挥着作用。

核心力量是年轻滑雪运动员前交叉韧带损伤的关键因素[20]。也有研究[3]间接表明肢体力量和躯干力量较弱是造成膝关节容易损伤的因素之一。更高的滑雪者季节排名(受伤时的FIS得分)与膝盖损伤史有显著相关性,即成绩越高ACL损伤率较高。根据2项研究,男性和女性都易发生左腿膝盖韧带损伤,而不是右腿,但没有讨论优势腿。然而Lisa等[21]在研究竞技高山滑雪运动员的肢体对称指数时发现,单侧腿部伸展力量的差异是青少年滑雪运动员的一个重要伤害风险要素。

最近的一项研究发现,疲劳并没有被确定为青少年滑雪运动员前交叉韧带损伤的一个危险因素。在手术后的一长段期时间内,应评估腘绳肌和股四头肌的力量,以确定ACL-R滑雪运动员的慢性力量缺陷。这提示,腘绳肌和股四头肌力量训练可降低前交叉韧带损伤的发生率[22]。与之相反,标准化体能测试(瑞士滑雪力量测试)中身体健康相关参数与ACL受伤风险的降低没有关联。青年竞技高山滑雪运动员遭受相当多的膝盖过度使用的伤害。

综上所述,高山滑雪运动员的心理因素影响技战术的发挥。无论是下肢力量的对称性,还是腘绳肌和股四头肌的力量,以及膝关节的过度使用等,与ACL的损伤都有联系,可以把其归类于神经肌肉机制。因此,将心理训练、神经肌肉训练列入滑雪运动员的个性化训练方案,可以防止损伤的发生。

3.2 外部因素

设备装置也被认为是造成膝盖前交叉韧带损伤的危险因素[15]。靴子和滑雪板的攻击性是导致ACL受伤的关键因素[14]。仿真结果显示,在不考虑肌肉的情况下,增加滑雪靴后部的硬度(SBRS)会增加ACL损伤的风险。前交叉韧带的易受伤情况是通过肌肉骨骼仿真模型,利用非损伤情况下的运动学测量和蒙特卡罗模拟方法生成的。在容易受伤的着陆中,最大ACL的张力会随SBRS的增加而增加,最大的ACL张力是由靴子后部对胫骨较大的作用力和较高的股四头肌肌力造成的。也就是说,SBRS不仅对胫骨产生作用力,也会让股四头肌产生较大的肌力。随着滑雪板侧面切割半径的减小,滑雪板的自动转向效果增加,使得它们在受伤情况下更难控制。将大回转滑雪板的侧切半径增加33%,滑雪者的动能减少5%。更长的滑雪板在高速时提供更大的稳定性,因为滑雪速度与受伤风险正相关[17]。滑雪板固定装置可能会增加前交叉韧带损伤的风险。如果负载可能导致下肢损伤则释放滑雪板,并在靴子和滑雪板之间保持刚性连接[15],滑雪板固定器区分滑雪比赛中遇到的潜在伤害力和正常力的能力被证明是滑雪板固定器设计的一个重大挑战[15]。头盔的使用已得到提倡,但根据风险补偿假说,使用滑雪头盔可能提供一种错误的安全感,导致更快或更有攻击性的滑雪,从而导致更危险的行为,这可能导致受伤风险的增加[23]。有学者怀疑使用滑雪头盔会增加ACL损伤的风险,但出于保护作用建议佩戴滑雪头盔。

环境也是造成运动员前交叉韧带损伤的因素,包括高山的环境、赛道的路况、赛道的设计等。研究[24]发现,较陡的坡度与转弯开始时较慢的速度和较大的加速度有关,较窄的转弯,反作用力(GRFs)峰值集中在转向中点,在转向开始时膝盖和臀部的横向角度更明显。这提示坡度影响了滑雪机械变量的关系。高山滑雪赛车教练员将雪和赛道条件列为导致前交叉韧带受伤的主要因素,包括不一致和崎岖不平的赛道、产生高速或有过度挑战性的路段、能见度差或平坦的轻度和侵蚀性的雪况(即坚硬干燥的雪增加了被抓到边缘的风险)等[14]。

综上所述,滑雪靴后部的硬度会增加运动员的损伤,改进滑雪板固定器-靴子系统,以减少对运动员前交叉韧带的伤害。滑雪环境因素也会增加运动员的损伤。通过改变路线设计(如减少门的距离)降低滑雪者的速度是可能的,但降低速度对运动员前交叉韧带产生的影响仍未知。

4 高山滑雪运动员前交叉韧带损伤预防

防止受伤首先要很好地理解外力的作用,其次要明确外部因素(如路线设置和设备)的变化对外力和受伤的影响[25],以及滑雪板几何结构的变化和地形等[26],因为这些在高山滑雪项目中都能改变速度。滑雪板的捆绑、靴子硬度和转向能力(转弯半径)都会改变前交叉韧带的负荷。

降低滑雪者的速度可能会降低其受伤风险,尤其是在高冲击事故中[25]。滑雪中的制动力,即空气阻力和滑板-雪面摩擦力与膝关节的前交叉韧带损伤有关[27]。了解空气阻力和滑板-雪面摩擦力对能量耗散的相对贡献,使我们清楚滑雪项目中空气阻力或滑板-雪面摩擦力的增加能更有效地降低速度和事故的冲击力。运用差分全球导航卫星系统(dGNSS)数据、雪面数字地形模型和空气阻力模型,计算地面反作用力的大小发现,对于下坡来讲,雪橇-雪摩擦力的增加与空气阻力增加同样有效[26],这样能有效降低滑雪速度,从而降低膝关节损伤的风险。另外,较长的持续负荷力与较大的转弯周期可能会使运动员产生疲劳,会增加失衡的风险[28]。

在其他前交叉韧带损伤风险高的运动中,通过改善与前交叉韧带损伤相关的神经肌肉,可有效减少前交叉韧带损伤。研究[14]发现,青少年的损伤大多发生于左膝。通过单腿跳跃距离、侧跳和方形跳跃测试发现,前交叉韧带受伤的滑雪者左右腿功能表现存在差异。拥有多年高山滑雪经验(>13年)者可降低前交叉韧带受伤的风险。身体健康因素似乎与运动员的前交叉韧带损伤没有太大的联系。高山滑雪运动员前交叉韧带损伤预防训练计划包括躯干控制、膝/髋关节控制(即胫骨内旋、膝外翻和髋关节内旋)、功能性下肢不对称训练和腘绳肌/股四头肌肌肉力量训练[29]等。

5 小 结

在高山滑雪运动中,膝盖前交叉韧带损伤是比较常见的。年轻女性前交叉韧带损伤率高于男性,且近几年损伤率一直上升。我们经常将这类损伤归类为严重损伤,导致运动员长期无法运动,给其心理带来各种压力,不利于恢复。此外,目前对高山滑雪运动员前交叉韧带损伤的神经肌肉机制、损伤恢复后再运动的研究较少,长期高山滑雪对个人身体健康的作用尚不清楚。

在日常训练中,全球卫星导航系统允许实时对高山滑雪运动员的运动过程进行精确的分析。教练员和训练者应使用先进的测量技术进行测试,同时制订个性化的训练方案。人工智能(机器学习、神经网络和深度学习)的发展和自动化软件的更新,结合可穿戴技术,有望在不久的将来实现高山滑雪运动的实时反馈。