网球发球技术环节肩关节动作机理分析

孙永梅

(安徽师范大学 体育学院，安徽 芜湖 241000)

引言

网球发球技术是一项动作结构复杂、技术要求全面、上下肢协调参与配合的技术动作，是自下而上的动力链释能冲击网球的结果。在网球发球技术环节中，肩关节是桥梁，连接着身体与球的接触，然而肩关节作为人体最灵活的关节，存在关节的稳定性因素，易造成肩关节运动损伤的发生。我国优秀男子网球运动员肩关节损伤占总损伤比率的9.3%，发病率高达50%[1]。

对于网球运动员而言，肩关节对网球的技术提升具有重要的作用，但也是网球运动员最常见的损伤部位。肩关节结构复杂，运动功能强大[2]。肩关节借肱骨头与肩胛骨相连，运动过程中，上肢需要在肩胛骨稳定支撑条件下完成。就网球发球技术动作而言，肩关节的灵活性一方面提高了网球发球技术，另一方面，肩关节的灵活性也极易导致肩关节的运动损伤。

本文细剖肩关节的解剖学构造特点与其生物力学弱点，及时避免及减小损伤的发生，并通过科学合理的技术训练及运动后的机体恢复，为科学指导网球发球技术训练与伤病防治提供理论支持。

1 网球发球技术动作分析

网球的发球技术是一项全身的运动[3]，是自下而上的动力链释能冲击网球的结果。

从技术教学的角度，发球技术可分为四个部分：准备姿势、抛球架拍、转体挥拍击球、随挥收拍。从生物力学的角度，发球技术可分为三个阶段：准备(起势)阶段、加速阶段、随球阶段。在准备(起势)阶段，其目的是储备能量，为下一个动作做准备。在此阶段蹬地后的反作用力传递到上肢，将力量转换为冲击力，肩部侧屈增加储备，通过动力链在击球前和期间释放；在加速阶段，蹬地转髋动力链的传导，通过球体接触释放能量，通过爆发垂直分力，肌肉执行向心收缩；在随挥阶段，动作完成减速收拍，需要提供更大的离心力量，控制上下半身的减速。在对发球技术动作进行动作捕捉分析中，从不同的角度捕捉发球各个阶段肩关节中参与的关节与肌肉，来分析其解剖学特征。

图1是从右45度角拍摄捕捉到的职业运动员的发球技术动作各个环节。图1中的绿色部分代表主要支撑工作的骨骼及骨骼肌，虚线是发球技术各个阶段的挥拍轨迹。准备姿势、架拍在储备能量，通过蹬转自下而上的发力转换为冲击力释放能量击打球，随后减速完成动作，充分动员了肩关节复合体。

图1 从右45度角拍摄捕捉到的职业运动员发球各个环节技术节点

2 网球发球技术动作解剖学分析

2.1 肩关节及其周围关节特征

肩关节主要是指肩胛骨和肱骨组成的部分，但是肩关节可以与锁骨相连，形成上肢带关节，即胸锁关节和肩锁关节，两个重要的上肢带关节。其解剖特点决定了运动做功需要关节与肌肉的协调配合完成。链中任何纽带的无力、疼痛或不稳定都会降低整个复合体的效力。

2.1.1 胸锁关节 胸锁关节是由锁骨的胸骨关节面下半与胸骨柄的锁骨切迹和第一肋软骨上部构成，属鞍状关节[4]。是整个上肢的基点，连结上肢与躯干间唯一结构。其特殊性是牢固附着且又允许大范围运动。锁骨的骨可做运动：抬高与压低，伸出与缩回，绕纵轴旋转，使肩胛骨保持有效方式接纳肱骨头。事实上，胸锁关节的一些锁骨运动是盂肱关节的功能性运动的部分。

2.1.2 肩锁关节 肩锁关节的活动是通过肩胛骨相对于锁骨外侧端的活动描述的，是由肩峰的内面与锁骨的肩峰端构成。三个活动自由度：上、下旋转及旋转调节，其中：上下旋转活动使促成肩胛胸关节处的整体向上旋转，是肩外展或前屈的组成部分；旋转调节活动调节肩胛骨对准胸廓并增加活动范围。若没有旋转调节活动自由度，肩胛骨将遵循锁骨移动路径而不可自由调节以最佳方式在胸廓上的姿势。在肩胛骨的功能中，肩锁关节起重要作用，提供了锁骨与肩峰之间的滑动功能以及肩胛骨相对于锁骨的旋转功能。

2.1.3 肩关节运动特征 肩关节运动功能的主要关节是盂肱关节，盂肱关节是由肱骨头与肩胛骨关节盂组成，其中，两关节面极不对称，肱骨头大且有半球形的关节面，而关节盂浅而小，周围有关节囊覆盖但薄而松弛，不能保证其正常的稳定，主要靠肩袖及周围肌肉维持其稳定。因此，盂肱关节具有运动灵活但稳定差的特点。

盂肱关节的主要运动为屈曲与伸展，外展与内收，内旋转与外旋转。盂肱关节的有限稳定性是通过主动与被动机制相结合实现的。其中，主动机制依赖于旋转肌群围绕供能，被动机制由囊、韧带、盂唇与肌腱提供抑制。

在网球正手及发球技术中，盂肱关节的稳定性及活动度由内、外旋肌群提供关键机制。盂肱关节的内、外旋肌群在很大程度上影响着网球正手、发球技术及机能的发挥。

2.2 肩关节骨骼肌的力学特征

肩关节进行的功能性活动主要依靠肌肉的协调性收缩完成任务，这对肩关节的稳定有着重要影响。若这种肌肉的协调模式发生变化，哪怕是微小的，发生盂肱关节的运动功能失调的概率都会增大。同时，对肩关节力的作用也会发生明显效应，影响关节的稳定性。在肌肉与关节的共同作用下，肩关节可以做屈伸等运动。

图2 升肌参与的肌肉Fig.2 Muscles involved in the elevator muscle

升肌是参与做功的肌肉，如图2所示，肩胛骨部分的关节向上运动，肩胛骨的骨骼肌做上抬动作。当发生病理改变时，若排除他因，肩胛带肌肉的支持损失使其重力成为了决定肩胛胸关节静止状态的支配性力，表现包括肩胛骨的压低、伸出、向下旋转。若上斜方肌长期麻痹而导致盂肱关节向下脱位或半脱位。患有松弛性偏瘫的人会出现这种并发症。长期会在肩区域内对其他组织产生损伤性应力。

图3 降肌参与的肌肉Fig.3 Muscles involved in the descending muscle

降肌是参与做功的肌肉，如图3所示，肩胛骨部分的关节向下。若完成一个重要动作姿势：骨盆与躯干的上提。固定手臂，斜方肌与背阔肌的紧缩使胸廓与骨盆向固定肩胛骨向上拉。这一动作对于四肢瘫痪而缺乏足够的三头肌力量来通过肘的伸展提升身体的人来说是很有用的。

图4 伸肌参与的肌肉Fig.4 Muscles involved with extensors

伸肌可起拉伸杠杆的作用，肩胛骨前伸。研究显示：冈下肌与肩胛下肌的上缘纤维用有限的力臂使盂肱关节外展[5]，在确定动态稳定性和引导关节运动学方面发挥着重要的作用。

图5 旋转肌群参与的肌肉Fig.5 Muscles involved in the rotator muscle group

旋转肌群，肩胛胸上旋转肌与盂肱展肌之间配合。肩外展要求肱骨与中轴骨之间存在肌肉“运动弓”。抬高手臂时旋转肌群的功能，盂肱关节处的动态稳定调节者。当盂肱关节外展时，冈上肌使肱骨头滚动至外展，对关节产生压缩力以提供额外的稳定性。其余的旋转肌在肱骨头上施加一个向下的移动力，来中和过度的向上移动。旋转肌群在控制盂肱关节处外展的关节运动中，冈上肌向上滚动，把肱骨头牢固地压紧在关节窝上，在肱骨头上方形成半刚性的垫片，限制肱骨的过度上移。其中，冈下肌、肩胛下肌和小圆肌在肱骨头上施加向下的力，冈下肌和小圆肌使肱骨向外旋转。

肩关节的外展和内收，内旋转肌绕着盂肱关节的垂直旋转轴产生的群体活动，此时，固定肩胛骨，肱骨自由旋转。外旋转肌的肌肉量占肩部总肌肉量比例相对较小。如，在投掷运动中外旋转肌须克服投掷中力量释放阶段的强大力量来控制肩部向内旋转的速度。有时，做功过量可能导致其肌肉和囊内部分的撕裂，进而会引起旋转肌袖综合征。

由于网球发球技术的复杂性，在水平与垂直方向上的交叉运动，肩关节损伤在网球运动中常见损伤是旋转袖撞击综合征、肌腱炎。由于肌肉疲劳，不正确的技巧，特别是在收缩旋转袖肌腱的过头动作出现旋转袖撞击综合征；由于肩关节受力而过度用力，特别是在击打落地球和发球的随球动作中，导致重复性的肌腱轻伤。

图6 外展和内收参与的肌肉Fig.6 Muscles involved in abduction and adduction

2.3 网球发球技术骨骼肌的动员分析

肩关节完成运动指令具备的条件有二：肩胛部肌肉保持其稳定；肱骨头与关节盂之间要保持紧密相接。因此，参与其运动的骨骼肌既供给关节动力又稳定肩关节。肩关节在解剖学上似乎容易受到伤害，尤其是同时出现肌肉无力的情况下。

参与肩关节运动的肌肉有：冈上肌、冈下肌、三角肌、大圆机、小圆肌、背阔肌、肩胛提肌、肩胛下肌、斜方肌、菱形肌、胸大肌、胸小肌、前锯肌、肱二头肌、肱三头肌、喙肱肌。参与运动的肌肉的起止点，附着在肱骨、锁骨、肩胛骨、胸骨上，是骨与骨之间的桥梁。

网球发球技术是水平方向和垂直方向运动的一种复杂而有序的组合序列动作技术。肩关节主要调节的骨连接有肱骨、肩胛骨、锁骨。当肩关节活动时，肩关节周围的肌肉运动并动员肩胛骨协调运动完成动作。在发球动作完成过程中，进行最大外肩部旋转动作的竖起手臂阶段，惯用肩旋转可达170度[6]。通过背伸肌、腹斜肌和腹肌离心向心收缩，伸展旋转躯干；向心收缩小圆肌、二头肌、前锯肌和腕伸肌，同时离心收缩肩胛下肌和胸大肌，从而移动手臂。

表1 发球时各阶段肩关节肌肉工作Table 1 Shoulder muscle work at each stage of serve

通过表1可看到发球技术各个环节动员参与的有关肩关节复合体肌肉，发球时，上肢或者肩关节运动幅度比较大。在网球运动中，发球被认为是最剧烈的击球动作，也是唯一由自己主导控制的技术动作。在发球准备架拍阶段肩关节进行水平外展和外旋(如图1第2个动作)，肩胛骨后缩、下降；在转髋搔背准备击球阶段，肩胛骨上提，肩关节水平外展和肩关节向前上方移动触球(如图1第3个动作)，肌肉被高度动员，通过蹬转动力链的传导，强有力的向心肱骨内旋肌肉非常活跃；肩关节内旋转，伸直和内收在击球后的随挥动作阶段(如图1第5个动作)，肌肉呈现出较高的活跃性，利于促进离心肌肉收缩来放松肱骨并保护肩关节。

在发球的加速和随球动作阶段中动员肩关节周围肌肉群是关键，对稳定肩肱骨方面起着至关重要的作用。在这过程中肩关节的随后动作过多的时旋内动作，涉及旋内的肌肉。还有就是参与加固的韧带可能导致肩关节运动损伤。

3 网球发球技术动作损伤机理

肩关节可进行屈伸、内收、外展、旋内、旋外及环转等运动，是人体最灵活的关节之一。在肩关节及相邻关节周围的肌肉和韧带相互协作配合下，维持着肩关节运动的稳定性。若肩关节周围附着的肌肉受损，对其肩关节力的作用会产生明显失衡反应，影响其关节稳定性。

有学者指出了肩关节的复杂性与胸锁关节是相互作用的[7]。肩关节的灵活性与力学构造，与骨骼及骨连结的运动模式相关联。同时，肩关节可实现的大载荷运动与上肢肌肉的承载能力相关联。肩关节运动出现损伤通常是由于稳定结构模式被破坏。王人卫、李擎等对国家队181名球类运动员进行运动创伤流行病学调查，数据显示，肩袖损伤18.78%。有关肩关节损伤分析要先理顺其本身的特征[8]。

肩关节解剖学特点让其存在不稳定性，表现为关节盂较浅、关节囊薄且松弛、关节唇较浅、周围肌肉不够发达。其构造特点与工作原理决定了它发生损伤的风险概率更大。关节与肌肉的失衡，其生物力学链被破坏，造成其损伤的发生。

3.1 肩锁关节脱位

图7 肩锁关节位置与关节脱位等级Fig.7 Acromioclavicular joint location and degree of dislocation

在肩胛骨的功能中肩锁关节起重要作用，由于肩锁关节的解剖特性是倾斜的，易受到外部剪切力影响。其稳定性主要通过韧带维持，若施加在肩胛骨上的力超过了韧带的抗张强度，则会导致韧带断裂与肩锁关节的完全脱位。肩锁关节与副韧带的损伤易导致不稳定性、疼痛与外伤后骨关节炎。

肩锁关节脱位大多是直接暴力引起，如肩峰承受超出能力的刺激使肩峰和肩胛骨下沉。少数由间接暴力引起的损伤，如倾跌时，肩部与肘部均处于90度屈曲位置，肱骨头顶住关节盂与肩峰，向后方传导的刺激使肩锁韧带和喙锁韧带破裂。肩锁关节脱位损伤多发于年轻人群。

在网球的发球中，有做向上击球韧带拉伸的过程，有时会出现二头肌腱炎。Paley等发现5%的患者有内部撞击综合征的同时二头肌腱也存在一定程度磨损[9]。在肩关节出现不稳定时二头肌腱代偿，这时易出现二头肌腱磨损。

肩胛骨通过肩锁关节与胸锁关节的相互配合完成动作任务，其中任何某一关节处的运动限制都会降低肩胛骨的运动，最终限制整个肩部的运动。

3.2 肩峰下撞击综合征

图8 肩峰下撞击综合症Fig.8 Subacromial impingement syndrome

盂肱关节囊由于存在潜在的空间容积大且宽松，可扩张的囊大约是肱骨头大小的2倍。因此，关节具有宽松性与灵活性。关节处的纤维囊相对薄弱，需要更厚的外韧带加固，盂肱关节的功能稳定性基础包括内嵌韧带的被动张力与旋转肌袖的主动力。

在肩关节外展时，若肱骨头向上滚动时滚动与滑动不能同步，喙肩弓将被侵扰。若成人发生肱骨头滚动到关节窝上，在仅扩展22度后，肱骨头将移动穿过1厘米的喙肩空间[10]。这种情况下，导致冈上肌肌腱、肱骨头和喙肩弓间肩峰下囊的撞击，使其外展运动进一步受阻，可能导致冈上肌肌腱、肩峰下囊、肱二头肌长头腱与囊上部受到损坏，进而引发无菌性炎症及疼痛，有时甚至出现嵌顿，这种现象称为肩峰下撞击综合征。另，若发生了炎症肩峰下间隙便会变得更狭窄，加剧了撞击。冈下肌肌腱周围血管的分布稀少，发生撞击损伤后自行修复能力差。

在网球发球过程中，由于运动员多次反复的训练使肩峰内表面长期受到较大的应力，这种情况下，易导致此部位的增生使原本有限的肩峰下空间变得更小。

肩峰下撞击综合征主要表现：其一，在臂抬高过程中，肩袖肌腱、肩峰滑囊或肱二头肌腱的长头在肩峰，前肩峰韧带或肩锁关节表面下方受压和机械磨损；其二，可能因张力过载导致肩袖肌腱固有断裂。

3.3 肩袖损伤

图9 肩袖损伤Fig.9 Rotator cuff injury

肩袖结构易受损伤与其自身的解剖特点相关联。肩袖是典型的腱与骨的复合体。

肩袖有其特殊解剖学空间位置特点，位于喙肩弓和肱骨头硬性结构之间，与周围组织之间的空隙狭小，这就使肩袖易发生损伤。肩袖的工作原理是把肱骨头固定在关节窝内，若肱骨头脱离了关节窝运动则会出现肩袖的损伤。肩袖损伤根本原因是其解剖学特点决定的，当肩关节做外展、外旋运动时(网球架拍搔背蓄力阶段)，若肩袖组织过度的拉伸超出其生理范围会产生撕裂，反复的发球动作使其相关联的肌肉出现了疲劳，使肩关节的稳定性下降，在这种情况下，若肩关节受到应力，易发生肱骨头与肩袖肌肉撞击损伤。有时肩关节内部的撞击会使肩袖出现磨损。如在网球发球的击球后与随挥动作的减速阶段中抵抗水平内收、内旋，若离心力量让其肩袖肌腱的负荷发生超载现象，会持续地积累导致肩袖撕裂。

4 结论

由于网球发球技术的复杂性，水平与垂直方向上的交叉运动，高强度的重复性、爆发大力量动作，要求肩关节具有高度的灵活性和稳定性，才能参加高水平竞技比赛并防止受伤。通过对发球技术动作进行动作捕捉分析，从不同的角度捕捉发球各个阶段肩关节中参与的关节与肌肉的解剖学特征。在发球的加速和随球动作阶段中旋转袖肌群是关键，对稳定肩肱骨方面起着至关重要的作用。运动技术动作的差异对肩关节产生影响是不同的，肩关节的角度不同，也会影响肩关节的剪切力。网球发球导致的肩关节运动损伤的原因，主要是肩关节特殊的解剖学结构及网球发球技术动作的特殊性。

关节与肌肉相互协调配合，协调整体关系。在训练方面，确保技术动作的合理性和加强肌肉力量训练，提高肌肉及肩关节首位肌肉的灵活性和稳定性训练等。当发生损伤时，根据诊断结果制定合理的损伤康复治疗方案。