基于解剖學與生物力學原理分析羽毛球運動中的膝關節損傷原因及預防措施

鄭 娜，楊 坤，蔣 毅

前言

現代羽毛球運動起源于十九世紀的英國，由伯明頓(Badminton)莊園主鮑費特公爵發明。羽毛球是世界上最受歡迎的運動之一，超過兩億不同年齡、性別、技能水平的愛好者參與。羽毛球被列入1992年奧運會比賽項目的決定增加了這項運動的參與度，增加體育運動參與，雖然對健康有益，但對職業和業余運動員的受傷風險也有所增加，許多業余愛好者在沒有經過專業指導與訓練的情況下運動，相關研究顯示，在150名業余羽毛球球員中，受傷率高達40.3%，其中膝蓋受傷率為22.44%，18.3%是腿。根據2018國家體育總局有關體育運動傷害性事故調查統計報告顯示，羽毛球受傷約占所有運動傷害的1-5%，在足球，籃球，排球，長跑和騎自行車之后，受傷率排名第六。在羽毛球運動中下肢受傷的比例最高，其中22%-27%為膝蓋，其次才為肩、腿等部位。因此，在羽毛球運動中，膝關節部位的受傷率是最高的，也是最典型的。

本研究從膝關節局部解剖特點入手結合膝關節解剖學與生物力學特征、羽毛球運動技術特點，探析在羽毛球競賽或訓練過程中膝關節損傷的原因，運用Mechelen的四步傷害預防模型提出合理建議，用科學的手段指導羽毛球健身、訓練與比賽，對羽毛球運動中有關膝關節部位損傷的規避、預防與恢復具有重要意義。

1 羽毛球運動的技術特點及對膝關節損傷的影響

1.1 羽毛球運動的技術特點

羽毛球是一項個人的、非接觸性的運動，需要跳躍、沖刺、快速改變方向以及從各種身體姿勢快速揮動手臂。羽毛球運動對身體的要求表明，四肢及膝關節的急性損傷可能經常發生。羽毛球的步伐可以說是羽毛球運動中最關鍵的技術也是靈魂所在。羽毛球是現有隔網對抗性運動中球速最快的運動之一。球的落點變化多樣，為了保證順利的接發擊球，要求運動員每次都要快速到達擊球位進行迎擊，通過一個快速的步態動作來實現。如果運動員移動緩慢，不能及時到位，就會影響進攻。即便擁有良好的運動技術，但是回擊的準確性和回球的質量也很難展現出來。如果運動員的反應迅速，判斷精準，運動速度快，可以充分發揮技術與戰術的靈活性，起到出其不意的制勝效果。

在羽毛球運動中弓步是一個關鍵動作，它使運動員能夠迅速移動到下一次擊球的最佳位置，然后返回開始位置或移動到另一個方向進行下一次動作。據專門統計，在一場比賽中，弓步動作占所有動作的15%以上。弓步成績的一個重要決定因素是快速移動的能力(達到最大力量的時間)，不包括身體質量、柔韌性和腿長等因素。這都離不開膝關節的頻繁發力、屈曲、支撐與緩沖作用。根據規則的不同一場羽毛球塞的持續時間可長達20分鐘至1.5個小時，頻繁重復運動極易對膝關節造成巨大壓力引起勞損，因此我們可以看到從事羽毛球運動的運動員幾乎都有嚴重的膝結節損傷。

1.2 羽毛球運動對膝關節損傷的影響

羽毛球運動屬于隔網對抗性技術項群，屬于非周期性運動，經常需要運動員跑動全場，在羽毛球的步伐移動過程中，膝關節需要不斷的重復經歷屈伸的過程，而從膝關節的生物力學特征和解剖學特點來看，相同動作的重復次數越高越容易引起膝關節的疲勞，進而引起損傷。在長時間的對抗過程中，膝關節不斷被運動負荷所刺激，使運動神經元的興奮性降低，隨著時間增加，乳酸積聚，關節內部結構神經遞質、肌纖維、內質網、線粒體、等細微結構代謝發生紊亂，膝關節能量得不到充分補充，就會產生疲勞，長時間下去就會引起膝關節的勞損。

膝關節周圍肌肉組織也是影響膝關節穩定性的重要因素，附著在脛骨股骨等關節的肌肉通過收縮控制膝關節的屈伸運動，肌肉的牽拉、收縮、緊張等還具有穩定關節的作用，膝關節屈曲135度大小時，膝關節的各功能韌帶相對最松弛。此時膝關節的穩定性較差，小腿可輕度內外旋，如果此時做屈伸等動作，如果肌肉力量較小，或用力失衡就容易導致技術動作的變形或導致膝關節韌帶、肌腱、肌肉、關節囊等細微損傷。此屈曲位嚴重時，兩半月板活動不協調甚至會導致半月板研磨損傷。如在羽毛球的持續激烈的對抗中，隨著運動時間增加，ATP消耗，乳酸集聚，水分和鈣離子、等無機鹽流失，此時肌肉就會變得疲勞，力量下降，難以維持肌肉的緊張度，難以維持標準的動作，一旦用力失衡，動作失衡就容易引起膝關節的損傷。

根據Lin Fu和Julien S. Baker研究表明，一部分膝關節的疼痛還與羽毛球運動員正手弓步時的膝關節運動有關。弓步運動需要很大的膝關節運動來轉移整個身體的重心(COM)以保持平衡。在快速啟動與制動過程中，身體重量幾乎全部轉移到膝關節，產生較大的膝關節外展力矩，使膝關節受損風險增高。這些損傷通常有更大的不穩定性，因為矢狀面和額面處的關節力矩較大，它們可能是膝關節內十字韌帶(前十字韌帶和后十字韌帶)、側韌帶和半月板的損傷危險因素。

羽毛球運動除了對打這項運動有特殊的技術要求外，還需要很高的力量能力。這些要求不僅僅是當地的實力和在競爭環境中表現的能力。調查發現，業余球員通常更強調技術訓練，但也包括一些與技術相關的當地力量訓練。如果個人能力低，訓練質量差，運動時間就會變得過長或重復。這反過來會增加練習時間，練習特定的技能要求。因此，額外的訓練時間和訓練期間產生的力量使下肢難以承受負荷，這可能會導致受傷。

此外，一些場地凹凸不平，不符合運動要求，準備活動不充分，身體處在疲勞或傷病狀態下同樣會增加受傷可能性。

2 膝關節解剖學特征與生物力學特征分析：

2.1 膝關節解剖學特征：

膝關節由股骨、脛骨和髕骨構成，是人體最大最復雜的關節，屬于滑車關節。其中股骨下關節面和腔骨上關節面，在形狀和大小上都不一樣，而且兩關節面之間空隙較大，存在兩塊纖維軟骨板，叫做半月板，半月板是一種軟骨的結構，可以起到緩沖膝關節的作用，可以增大膝關節的穩定性、關節窩深度與靈活度。關節表面附有一層潤滑軟骨組織，與連接關節韌帶周圍肌肉共同保證膝關節能夠自由活動(見圖1)。在股骨滑車關節之前，髕骨與股骨的髕面相接，股骨四頭肌的張力線被改變了。起到防止膝關節屈曲位置時股骨和脛骨關節移動的作用，前后交叉韌帶牢固的連接股骨和脛骨，限制了股骨脛骨的前后移動，前交叉韌帶在伸膝是最緊張，可以防止脛骨前移；后交叉韌帶屈膝時最緊張，能防止脛骨后移，兩側的側副韌帶位于關節的兩側，以固定兩側的膝關節，防止關節過度伸直。

圖1

股骨、脛骨內外側特別寬，關節囊薄而松弛。在膝關節前方，由股四頭肌肌結形成的骨骼韌帶得到加強。雙側脛側副韌帶和滕側副韌帶均有強化。當膝關節在運動過程中突然從側面猛烈撞擊時。易造成對側副韌帶損傷。如在羽毛球截擊過程中的高速急停動作中制動腿外翻內旋角度過度極易造成側副韌帶損傷。

半月板是位于股骨脛骨空隙之間的半月纖維形軟骨，具有減少股骨和脛骨間的碰撞與摩擦，防止關節囊和滑膜，緩沖沖擊力的作用。每個膝關節都有內、外兩個半月板。半月板內2/3部分無血供，僅外1/3部分通過滑膜與脛緣相連，其血液和營養供應主要來自該部分滑膜。因此，半月板血供斷裂后半月板愈合能力很差。膝關節半屈曲位小腿外展外旋或內傳內旋時，兩個半月板滑動不協調時，就會導致半月板夾在股骨和脛骨的平臺之間，受到劇烈摩擦而產生撕裂(見圖2)。

圖2

脛側副韌帶：寬闊的扁平束，位于膝關節的內側后部。脛側副韌帶和腓側副韌帶在伸膝時緊張，在屈膝時松弛，在半屈時最松弛。因此，允許膝關節在半屈姿勢下做一點內旋和外旋。

膝關節十字韌帶：位于膝關節中心稍后，由前后兩條交叉韌帶組成。前交叉韌帶自脛骨髁間隆起的前方，止于股骨外踝的內側。后十字韌帶比前十字韌帶更短、更結實、更垂直。它從脛骨踝間隆起的后方開始，傾斜于上內側，并附著于股骨內踝的外側。前交叉韌帶在伸膝時最緊張，可以阻止脛骨向前移動。后交叉韌帶是屈膝時最緊張的部位，可以防止脛骨向后移動(見圖3)。

膝關節囊滑膜是全身關節中最寬、最復雜的一層，附著在關節各骨關節面的周邊，覆蓋關節內除關節軟骨和半月板外的所有結構。

圖3

2.2 膝關節生物力學特征分析

膝關節的運動特點膝關節的骨骼特征及韌帶的拉伸作用決定，其最主要的作用是沿矢狀面做屈伸運動。在屈曲位時，可做旋轉運動，在小范圍內能夠做被動的外翻運動。

股骨關節的突面與脛骨關節的凹面不完全吻合形成脛股平臺膝關節在矢狀面上做伸展與屈曲，屬于矢狀面運動。完全伸直時,主要由于股骨內髁長于外髁,使股骨髁與脛骨髁發生交鎖,而在這個平面內幾乎沒有運動的可能。所以，股骨髁最后伸直發生內旋階段，一度的伸直往往伴隨著二分之一的股骨內旋，伸膝運動的終末旋轉可以使膝關節趨于穩定，可稱之為膝關節的鎖扣機制。相反伸直位開始屈曲時，在最初20度伴有股骨的內旋的滾動運動方式較滑動更為穩定。

旋轉運動，在膝關節屈曲位時，股骨髁隆突的內壁為旋轉軸，在屈膝位時側副韌帶放松，外側更明顯，股骨外髁在脛骨平臺上較內側有更大的旋轉幅度，且旋轉軸不固定，隨屈曲角度增加而后移。在伸曲運動的同時還伴隨有旋轉運動，旋轉幅度因屈曲角度不同而變化，30度時屈曲位最大。

在髕骨關節，股四頭肌的肌力隨著膝關節的屈曲而增加。站立放松時，由于膝關節上方身體的重力幾乎在髕關節軸上方，因此需要股四頭肌的肌力來平衡髕骨關節的小彎矩。當膝關節處于屈曲位置時，重心會移動，從而增加屈曲力矩，這需要股四頭肌牽引才能保持平衡，從而穩定關節的運動角度。

當膝關節處于半屈曲狀態，能夠以130度至150度的角度移動可以最大限度地伸展膝關節，此時關節活動度最有利、最靈活，但此時關節穩定性較低，膝關節內外側副韌帶松弛，關節活動時，髕骨軟骨表面很容易因長期的“變形”和“壓縮”“股骨脛骨平臺而受損，導致髕骨勞損，導致膝關節正常功能受損。

從組成膝關節的兩大關節的上述運動特征可以看出，膝關節在參與運動的過程中通過屈伸完成多種承重功能。膝關節結構復雜，在超負荷作用下極易引起疲勞和損傷。

3 Mechelen的四步傷害預防模型

損傷機制的知識是損傷預測、預防和治療的核心。體育運動中的損傷預防是一個循環過程，首先是建立損傷相關問題，然后是病因學框架的協調、預防策略的引入，最后是這些策略的評估。Mechelen提出的四步傷害預防模型(如圖4)，首先，必須確定和描述運動損傷問題的程度。其次，在運動損傷的發生中起作用的因素和機制必須被識別。第三步是引入可能降低未來運動損傷風險和嚴重性的措施，該措施應基于第二步中確定的病因因素和機制。最后，必須通過重復第一步來評估措施的效果。基于此來研究羽毛球運動對膝關節損傷影響。

圖4

3.1 羽毛球運動中常見膝關節損傷范圍及其病因

(1)髕骨勞損

在劇烈運動訓練和比賽后經常感到膝蓋疼痛和膝關節無力，但大多數癥狀在休息后就會消失。隨著病情的嚴重，疼痛加劇，髕骨深部前方用手指按壓時會有痛感，半蹲試驗和髕骨研磨試驗均為陽性。可采用理療、中藥外敷、針灸、中藥透藥、外敷或直流電導入、穴位注射等方法來緩解治療髕骨勞損。

(2)膝關節損傷性滑膜炎

由于膝關節長期強烈的屈、伸、旋轉等運動，滑膜與關節面之間不斷發生摩擦和擠壓，導致膝關節滑膜充血、水腫、關節腫脹和單純性滑膜損傷。腫脹是滑膜損傷的主要癥狀，訓練后腫脹較明顯，休息后減輕。導致動作僵硬、下蹲時膝關節充滿不適或屈曲受限和關節薄弱等癥狀，推力試驗和浮針試驗均為陽性。可采用超短波理療與蠟療交替使用，或中藥外敷。

(3)半月板損傷

膝關節在半屈曲位、外展位時，當小腿相對固定而大腿突然旋轉時，由于人體的重力線穿過膝關節，又受到旋轉壓力，產生摩擦力和撕裂力，很容易傷到關節內不能快速滑動的半月板。比如，羽毛球在跳躍擊球落地時，突然轉身上網極易導致半月板損傷。損傷初期關節有明顯的疼痛和腫脹，后期經過休息可逐漸緩解疼痛和腫脹；可采用理療、氨糖修復、PRP注射修復技術、注射玻尿酸鈉、膝關節穩定性練習等運動療法。

(4)膝關節韌帶損傷

膝關節韌帶受傷時，膝關節內側疼痛逐漸加重，膝關節不能完全伸直，常維持在165度左右屈位，關節內側有壓痛和腫脹。當膝關節伸直，小腿外展時，疼痛加重。如果是內側韌帶拉傷或扭傷，可以進行保守治療，損傷部位可以打石膏。如果患者的外側副韌帶受傷，那么患者應該立即去醫院進行手術治療。

3.2 采取預防措施

(1)做好充分的準備活動

熱身準備活動可以使人體從安靜的靜止狀態到達活躍的運動狀態，克服體內臟器的惰性和，提高肌肉彈性降低粘滯性提高中樞神經系統的興奮性。使膝關節充分活動伸展開，韌帶得到一定舒展，關節得到充分潤滑，從而避免損傷。

(2)掌握正確技術動作

掌握羽毛球運動的正確技術動作，如扣球、起跳、行走、快速姿勢等；移動、快速回防、把握球拍重心和球拍側切角度等，通過這些技術動作的練習和掌握能有效地幫助練習者更好地發揮自己的力量，協調自己的技能等，以免對膝關節造成不必要的沖擊。

(3)進行功能性訓練

功能性體能訓練(FFT)是一種新的運動形式，通過肌肉強化訓練和有氧訓練間隔來實現多關節的功能性運動。羽毛球項目的體能與技能是相輔相成的, 體能好有助于技能的充分發揮, 技能好有利于節省更多的體能。通過功能性訓練動作可以促進運動員的生成特定力量、增強體能以及提高神經肌肉協調性的能力，從而預防運動損傷。

(4)創造良好的運動環境

盡量選擇標準平整的場地，避免不必要的運動傷害，可適當佩戴護腕等防護用具。選擇合適的球鞋羽毛球拍等等。

(5)提高對傷害性事故的認識

能過學習相應的知識，能夠對膝關節部位產生的損傷有一定的認識，并能產生準確的判斷。在感到不適或出現傷病后應停止訓練，避免重復受到傷害采用醫療手段等積極配合治療。

3.3 評估預防措施的有效性

Kamalden在研究中指出，羽毛球運動員應該注重鍛煉，以增強身體的機能，否則，會導致肌肉失衡和受傷。需要設計預防性訓練計劃，并將其納入運動員的訓練體系，以避免再次受傷。運動員應該參加訓練和治療計劃，幫助他們學習避免潛在傷害的技巧。此外，功能性訓練可以讓球員恢復神經肌肉功能，以最大限度地減少肌肉不平衡的影響，最大限度地減少運動員的損傷。這些措施在日常教學活動的實踐已經得到檢驗，可以有效地預防運動損傷。

4 結論與建議

綜上所述，膝關節是人體最大的關節且結構復雜，在運動中稍有不慎就會導致膝關節受損。根據Mechelen提出的四步傷害預防模型，首先我們要熟悉膝關節的損傷弱點以及運動特點；其次通過功能性訓練增強腿部力量與提高體能，提高羽毛球運動技術水平，此外還應該增強自我保護意識，訓練比賽前充分做好準備活動，運動結束后，采用慢跑等放松手段來緩解疲勞，降低膝關節運動損傷的風險；運用科學的技術指導來避免傷害性事故的發生，達到預防膝關節運動損傷的目的。