高山滑雪運動員前交叉韌帶損傷研究進展

王卓然, 李春光

(1.曲阜師范大學,山東 曲阜 273165; 2.德州學院,山東 德州 253000)

高山滑雪運動由于較高的滑行速度、高外力的沖擊及不可控的外部環境因素被認為是一種極限運動。運動員在高山滑雪比賽中受傷的問題首次出現在科學論述中可以追溯到20世紀七八十年代。在滑雪比賽中,膝關節是最容易受傷的部位,具體來說是前交叉韌帶(ACL)容易受傷。然而,關于優秀高山滑雪運動員受傷發生率的數據仍然很少。年輕人的前交叉韌帶損傷會增加日后患癥狀性膝關節骨關節炎的風險[1]。鑒于高山滑雪運動員前交叉韌帶損傷的高發率,回顧高山滑雪運動員前交叉韌帶損傷的科學證據是很重要的。在中國知網、PubMed 2個學術數據庫搜索關于高山滑雪比賽中前交叉韌帶損傷或膝蓋損傷的相關研究,對高山滑雪運動員前交叉韌帶的損傷率、損傷機制、危險因素和預防方法等進行綜述。

1 高山滑雪運動員前交叉韌帶損傷率

前交叉韌帶損傷是高山滑雪比賽中最常見的損傷。一項對芬蘭所有年齡滑雪運動員(9～36歲)受傷情況的回顧性研究[2]指出,受傷的男女運動員的平均年齡都是14歲,且47%是前交叉韌帶損傷。在對2006—2011年瑞典431名精英高山滑雪運動員(平均年齡16.7±1.1歲)進行的一項研究[3]中,接近50%的運動員發生過損傷,其中85%的傷害發生在滑雪和旱地訓練期間。對2014—2016年奧地利一所高中的82名優秀高山滑雪運動員(9～14歲)進行的一項類似研究[4]中,58.5%的運動員存在至少1次創傷或過度使用損傷,其中57.7%發生在訓練期間,9.6%發生在比賽期間,其余發生在自由活動期間。這說明年輕高山滑雪運動員的受傷率很高,并且訓練期間發生的損傷較多。就青少年身體發育而言,早熟運動員的損傷和過度使用損傷率相對較低[5]。

對高山滑雪運動員前交叉韌帶損傷率的研究僅限于團隊或組織的回顧性研究設計。在其他高風險運動中,與男運動員相比,女運動員前交叉韌帶損傷的風險更高。一項為期6年的研究[5]比較了男性和女性優秀高山滑雪運動員的受傷率,結果顯示前交叉韌帶的絕對受傷率沒有性別差異。一項為期10年的研究[6]評估了14～19歲年輕滑雪運動員前交叉韌帶損傷的風險因素,與男性相比,女性前交叉韌帶損傷的危險性更高。研究急性雪地損傷事件[1]發現,前交叉韌帶損傷事件占嚴重膝關節損傷事件的70.8%,占嚴重損傷事件的48.6%。女性世界杯賽高山滑雪選手發生嚴重前交叉韌帶損傷事件的風險是男性選手的1.65倍。這說明在高山滑雪運動中,年輕運動員前交叉韌帶損傷存在性別差異。

綜上所述,年輕高山滑雪運動員受傷率較高,且在訓練期間損傷較多。高山滑雪年輕運動員前交叉韌帶損傷存在性別差異,女性受傷率高于男性。

2 高山滑雪運動員前交叉韌帶損傷機制

脛骨內旋力與大多數特殊的膝關節前交叉韌帶損傷機制有關[7]。Hame等[8]研究,在37例尸體膝關節標本中評估了膝關節4個屈曲角度下脛骨內/外旋轉力矩對ACL應變的影響,發現前交叉韌帶應變在膝關節屈曲0°時最大,在強迫性過度屈合并脛骨內旋力矩時最大。即在高山滑雪過程中,膝關節屈曲角度對前交叉韌帶應變的量尤為重要。具體來講,在膝關節屈曲角度較深時,膝關節的幾何形狀和股四頭肌與腘繩肌的動作線有助于降低前剪切力和ACL應變[9-10]。然而,不對稱的高山跳臺地同時伴有強烈的離心股四頭肌收縮,可能會產生足夠大的膝關節力矩和由此產生的較強的前方剪切力,從而導致ACL損傷。跳躍著陸時的軀干傾斜角度對于最小化前交叉韌帶應變也很重要[11]。這突出了技術和戰術在落地失敗和肌肉力量失衡中的重要性,這是高山滑雪非接觸前交叉韌帶撕裂的潛在原因[12-13]。事實上,軀干方向與踝關節、膝關節和髖關節的角度占ACL力峰值變異的88%[14]。此外,一些裝備因素被認為在跳降過程中增加脛骨的前剪切力。

Bere等[15]通過視頻分析了20名精英高山滑雪運動員比賽中ACL受傷的記錄,除1例外,其他ACL損傷均發生在滑雪過程中。于是 Bere等確定了3個主要的非接觸式前交叉韌帶損傷機制。簡單來講,防滑機制最常發生(50%的案例)在滑雪時(通常在轉彎時),滑雪板外測與雪面接觸，滑雪板卡住導致膝關節快速屈曲，造成脛骨內旋和膝蓋外翻。第2種損傷機制是動態雪犁，在所有前交叉韌帶損傷中占15%。滑雪者失去平衡，肢體間的重量不對稱使其處于不平衡狀態，迫使膝蓋外翻和脛骨內旋。最后的損傷機制是滑雪板尾部著地，占前交叉韌帶損傷的20%。滑雪者失去平衡，身體在落地過程中向后移動，滑雪板的尾翼先與雪接觸，傾斜角較大，造成損傷。

Bere等[15]為高山滑雪運動員前交叉韌帶損傷機制提供了新的研究視角。在下坡滑雪期間,65%的病例由動態雪犁和防滑機制引起[15],并涉及在短時間(60 ms)內快速膝關節屈曲、脛骨內旋轉和膝關節外翻載荷[16]。脛骨內旋似乎是非接觸式高山滑雪前交叉韌帶損傷的一個關鍵載荷因素[8],且脛骨旋轉力可能隨滑雪板的小轉彎半徑而增加。前交叉韌帶峰值力隨滑雪者跳躍高度和軀干后傾而增加。

綜上所述,脛骨內旋是非接觸式高山滑雪前交叉韌帶損傷的一個關鍵載荷因素,因此,預防措施中應加強技術和肌肉力量訓練。同時,滑雪過程中以避免滑雪者軀干后傾,以正確的起跳準備和技術為主,同時降低起跳高度。

3 高山滑雪運動員前交叉韌帶損傷的致因

高山滑雪比賽中的交叉韌帶損傷有多種原因,但科學證據是有限的。Sp?rri等[17]編制了一份關于滑雪損傷感知的內在和外在危險因素清單,探討了對運動員損傷風險影響較大的因素。內部危險因素主要包括心理、核心力量、疲勞程度、先天遺傳等自身條件,外部因素包括場地、器材、裝備等外部條件[18],以及可通過神經肌肉訓練計劃解決的可變風險因素。

3.1 內部因素

滑雪運動員的技術和戰術可能受心理因素的影響,因此心理因素被確定為滑雪比賽中運動員受傷的潛在危險因素。分析20名高山滑雪運動員的視頻錄像發現,滑雪者經常在比賽中失去平衡而摔倒,出現技戰術失誤,從而增加膝關節前交叉韌帶損傷的風險。前交叉韌帶損傷主要是跳躍技術和戰術失誤造成的,技術和戰術失誤可能是由心理因素造成的。ACL損傷和重建后重返高山滑雪的運動員會產生負面情緒,如恐懼、沮喪以及對自己能力完全缺乏信心等[19]。同時,心理、社會和環境因素在運動損傷的這段時間內以及膝蓋損傷后的急性、康復和恢復階段發揮著作用。

核心力量是年輕滑雪運動員前交叉韌帶損傷的關鍵因素[20]。也有研究[3]間接表明肢體力量和軀干力量較弱是造成膝關節容易損傷的因素之一。更高的滑雪者季節排名(受傷時的FIS得分)與膝蓋損傷史有顯著相關性,即成績越高ACL損傷率較高。根據2項研究,男性和女性都易發生左腿膝蓋韌帶損傷,而不是右腿,但沒有討論優勢腿。然而Lisa等[21]在研究競技高山滑雪運動員的肢體對稱指數時發現,單側腿部伸展力量的差異是青少年滑雪運動員的一個重要傷害風險要素。

最近的一項研究發現,疲勞并沒有被確定為青少年滑雪運動員前交叉韌帶損傷的一個危險因素。在手術后的一長段期時間內,應評估腘繩肌和股四頭肌的力量,以確定ACL-R滑雪運動員的慢性力量缺陷。這提示,腘繩肌和股四頭肌力量訓練可降低前交叉韌帶損傷的發生率[22]。與之相反,標準化體能測試(瑞士滑雪力量測試)中身體健康相關參數與ACL受傷風險的降低沒有關聯。青年競技高山滑雪運動員遭受相當多的膝蓋過度使用的傷害。

綜上所述,高山滑雪運動員的心理因素影響技戰術的發揮。無論是下肢力量的對稱性,還是腘繩肌和股四頭肌的力量,以及膝關節的過度使用等,與ACL的損傷都有聯系,可以把其歸類于神經肌肉機制。因此,將心理訓練、神經肌肉訓練列入滑雪運動員的個性化訓練方案,可以防止損傷的發生。

3.2 外部因素

設備裝置也被認為是造成膝蓋前交叉韌帶損傷的危險因素[15]。靴子和滑雪板的攻擊性是導致ACL受傷的關鍵因素[14]。仿真結果顯示,在不考慮肌肉的情況下,增加滑雪靴后部的硬度(SBRS)會增加ACL損傷的風險。前交叉韌帶的易受傷情況是通過肌肉骨骼仿真模型,利用非損傷情況下的運動學測量和蒙特卡羅模擬方法生成的。在容易受傷的著陸中,最大ACL的張力會隨SBRS的增加而增加,最大的ACL張力是由靴子后部對脛骨較大的作用力和較高的股四頭肌肌力造成的。也就是說,SBRS不僅對脛骨產生作用力,也會讓股四頭肌產生較大的肌力。隨著滑雪板側面切割半徑的減小,滑雪板的自動轉向效果增加,使得它們在受傷情況下更難控制。將大回轉滑雪板的側切半徑增加33%,滑雪者的動能減少5%。更長的滑雪板在高速時提供更大的穩定性,因為滑雪速度與受傷風險正相關[17]。滑雪板固定裝置可能會增加前交叉韌帶損傷的風險。如果負載可能導致下肢損傷則釋放滑雪板,并在靴子和滑雪板之間保持剛性連接[15],滑雪板固定器區分滑雪比賽中遇到的潛在傷害力和正常力的能力被證明是滑雪板固定器設計的一個重大挑戰[15]。頭盔的使用已得到提倡,但根據風險補償假說,使用滑雪頭盔可能提供一種錯誤的安全感,導致更快或更有攻擊性的滑雪,從而導致更危險的行為,這可能導致受傷風險的增加[23]。有學者懷疑使用滑雪頭盔會增加ACL損傷的風險,但出于保護作用建議佩戴滑雪頭盔。

環境也是造成運動員前交叉韌帶損傷的因素,包括高山的環境、賽道的路況、賽道的設計等。研究[24]發現,較陡的坡度與轉彎開始時較慢的速度和較大的加速度有關,較窄的轉彎,反作用力(GRFs)峰值集中在轉向中點,在轉向開始時膝蓋和臀部的橫向角度更明顯。這提示坡度影響了滑雪機械變量的關系。高山滑雪賽車教練員將雪和賽道條件列為導致前交叉韌帶受傷的主要因素,包括不一致和崎嶇不平的賽道、產生高速或有過度挑戰性的路段、能見度差或平坦的輕度和侵蝕性的雪況(即堅硬干燥的雪增加了被抓到邊緣的風險)等[14]。

綜上所述,滑雪靴后部的硬度會增加運動員的損傷,改進滑雪板固定器-靴子系統,以減少對運動員前交叉韌帶的傷害。滑雪環境因素也會增加運動員的損傷。通過改變路線設計(如減少門的距離)降低滑雪者的速度是可能的,但降低速度對運動員前交叉韌帶產生的影響仍未知。

4 高山滑雪運動員前交叉韌帶損傷預防

防止受傷首先要很好地理解外力的作用,其次要明確外部因素(如路線設置和設備)的變化對外力和受傷的影響[25],以及滑雪板幾何結構的變化和地形等[26],因為這些在高山滑雪項目中都能改變速度。滑雪板的捆綁、靴子硬度和轉向能力(轉彎半徑)都會改變前交叉韌帶的負荷。

降低滑雪者的速度可能會降低其受傷風險,尤其是在高沖擊事故中[25]。滑雪中的制動力,即空氣阻力和滑板-雪面摩擦力與膝關節的前交叉韌帶損傷有關[27]。了解空氣阻力和滑板-雪面摩擦力對能量耗散的相對貢獻,使我們清楚滑雪項目中空氣阻力或滑板-雪面摩擦力的增加能更有效地降低速度和事故的沖擊力。運用差分全球導航衛星系統(dGNSS)數據、雪面數字地形模型和空氣阻力模型,計算地面反作用力的大小發現,對于下坡來講,雪橇-雪摩擦力的增加與空氣阻力增加同樣有效[26],這樣能有效降低滑雪速度,從而降低膝關節損傷的風險。另外,較長的持續負荷力與較大的轉彎周期可能會使運動員產生疲勞,會增加失衡的風險[28]。

在其他前交叉韌帶損傷風險高的運動中,通過改善與前交叉韌帶損傷相關的神經肌肉,可有效減少前交叉韌帶損傷。研究[14]發現,青少年的損傷大多發生于左膝。通過單腿跳躍距離、側跳和方形跳躍測試發現,前交叉韌帶受傷的滑雪者左右腿功能表現存在差異。擁有多年高山滑雪經驗(>13年)者可降低前交叉韌帶受傷的風險。身體健康因素似乎與運動員的前交叉韌帶損傷沒有太大的聯系。高山滑雪運動員前交叉韌帶損傷預防訓練計劃包括軀干控制、膝/髖關節控制(即脛骨內旋、膝外翻和髖關節內旋)、功能性下肢不對稱訓練和腘繩肌/股四頭肌肌肉力量訓練[29]等。

5 小 結

在高山滑雪運動中,膝蓋前交叉韌帶損傷是比較常見的。年輕女性前交叉韌帶損傷率高于男性,且近幾年損傷率一直上升。我們經常將這類損傷歸類為嚴重損傷,導致運動員長期無法運動,給其心理帶來各種壓力,不利于恢復。此外,目前對高山滑雪運動員前交叉韌帶損傷的神經肌肉機制、損傷恢復后再運動的研究較少,長期高山滑雪對個人身體健康的作用尚不清楚。

在日常訓練中,全球衛星導航系統允許實時對高山滑雪運動員的運動過程進行精確的分析。教練員和訓練者應使用先進的測量技術進行測試,同時制訂個性化的訓練方案。人工智能(機器學習、神經網絡和深度學習)的發展和自動化軟件的更新,結合可穿戴技術,有望在不久的將來實現高山滑雪運動的實時反饋。