体操运动员踝关节损伤的流行病学研究进展

吴成亮 郝卫亚肖晓飞 李旭鸿

1 上海体育学院（上海200438）

2 重庆三峡学院（重庆404100）

3 国家体育总局体育科学研究所（北京100061）

4 山东滨州医学院 5 杭州师范大学

体操有疾跑、跳跃、推和拉等技巧，还包括平衡和艺术性。体操参与者可获得诸多短期和长期的益处，如增加骨密度和预防骨质疏松[1]，提高姿态控制能力[2]，增强核心力量[3]。然而，随着竞技水平的提高，参与者损伤风险（injury risk）也会增加[4，5]。中国体操运动员损伤患病率（injury prevalence）高达79.34%[6]，国外体操运动员的损伤发生率（injury incidence）较高：每名运动员平均每1000 小时参与训练或比赛（Athlete-Expo⁃sures，AEs）所发生的损伤次数为3.1～3.7 次[5，7-9]。大量研究表明踝关节是体操运动员发病率最高的部位[5，10-14]，运动损伤成为体操面临的严重问题[15]。损伤（尤其是踝）给体操运动员带来诸多不良后果，如长期潜在风险或永久失能，早期退行性骨骼肌肉疾病（early degen⁃erative musculoskeletal disorders）、无法正常训练以及运动表现降低等[16]。因此，有必要对目前体操运动员踝关节损伤流行病学研究进行梳理，寻找造成踝关节损伤的主要因素和预防策略，为今后体操训练和比赛中减少踝关节损伤提供参考。

本研究采用英文关键词“gymnastics”、“ankle inju⁃ry”和“epidemiologic （or epidemiological）”， 在PubMed、MEDLINE 和Web of Science 数据库中进行搜索；采用中文关键词“体操”、“踝关节损伤”和“流行病学”在中国知网、万方数据平台和百度学术中搜索。检索时间为1980年到2018年，排除重复和无法获取全文的文献，共获得相关文献76篇。

1 国内外体操运动员踝关节损伤调查分析

林毅等[17]研究报道，9 名现役、21 名退役体操运动员损伤患病率100%，人均损伤14.27次；他们还对省队及国家队30名女子体操运动员进行了5年损伤跟踪调查，结果发现踝关节的损伤频率最高（90 人次）。Wes⁃termann 等[18]对美国某大学体操队进行了10 年跟综研究，结果显示55 名女子体操运动员发生过201 次损伤。相比于其它运动项目，体操损伤发生率较高[10，19]（仅次于足球和摔跤），并且专业运动员比业余运动员损伤频率更高[20]，有研究发现18个月损伤调查中，平均每个专业运动员发生过6.29 次损伤，而业余运动员的为4.95次[9]。

目前，体操运动损伤逐渐呈现以下肢关节为主的趋势。上世纪末，李思民[21]对我国14个省（ 市）13～17 岁男子体操运动员（55 名）进行了运动损伤调查，结果发现上肢的腕、肘和肩的损伤排在前三，损伤患病率分别为100%、93%和89%。上肢关节损伤患病率之所以如此之高，主要是由于当时国内缺少有效、有针对性的保护设施，运动员带伤或疲劳训练也加速了上肢较弱关节的损伤[21]。2010年，杨继美等[22]对112名青少年体操运动员进行了损伤调查，发现损伤患病率明显下降，排在前三的分别降为42%（足）、42%（腕）和26%（踝）；有研究表明下肢关节损伤高于其它部位，约为上肢损伤的2.5倍（117名体操运动员一年内下肢、上肢损伤例数分别63和25）[20]。总体来说，由于技术和保护设施都得到提升，体操伤病较之以前减少，但体操运动员下肢关节损伤患病率和发生率依然较高[6，12，17]。

踝关节已经成为体操运动员最主要的损伤部位[14，23-25]。潘登等[26]对第九届全国运动会132名女子体操运动员的损伤分析显示，踝关节损伤最多（占65%）。沈阳市体校36 名体操运动员踝关节损伤患病率为88.9%，其中外踝损伤56.3%[27]。研究发现，踝关节损伤以内、外侧副韧带和骨关节病为主[22，28]。2003～2007年间，我国有211名体操运动员出现踝关节损伤，主要为距骨前缘增生、外踝撕脱性骨折、距骨后缘骨折、距后三角骨损伤、内踝疲劳性骨折等[29]。据统计，里约奥运周期内我国体操运动员损伤患病率为87.4%[30]。同样，国外也有类似的调查结果。美国体操协会对1380名女子体操运动损伤的流行病学研究发现，16 年间（1988～2004年），运动员比赛中损伤发生率是训练的2倍多（比赛中：15.19/1000 AEs，训练中：6.07/1000 AEs），且踝关节损伤频率最高（共发生了435 次损伤）[31]。5 年内（2005～2010 年），新西兰体操13111 项伤害赔偿请求的数据显示，70%的损伤发生于5～14 岁的参与者。损伤最多的部位依次为踝（28%）、膝（22%）、足（8%）、手（6%）和腕（6%）[16]。最近，斯坦福大学对美国大学体育协会（National Collegiate Athletics Associa⁃tion ，NCAA）37项运动、1076名运动员损伤进行为期2年的跟踪调查，共发现肌骨系统的损伤3861例，其中足踝损伤占到27%，女子体操运动员足踝损伤发生率最高，为3.8/1000 AEs[32]。Kopec 等[33]调查英国大学体育协会（NCAA）25项运动中踝三角韧带损伤情况，结果显示，2009～2015年，有380例踝三角韧带扭伤，其中女子体操运动员发生率最高（2.30/10000 AEs）。Edouard等[34]对2008、2012 和2016 年3 届奥运会963 名体操运动员损伤调查研究发现，比赛期间发生的84 例损伤中，最多的部位为踝关节（22%），最多的损伤类型为扭伤（35%）。有研究进一步发现，踝扭伤（ankle sprain injuries，ASI）会减弱肌肉-肌腱的本体感觉，从而影响人的平衡和对姿势的控制[35]。Chilvers等[36]对14名优秀女子体操运动员足踝损伤手术后进行为期3年的跟综研究，发现跖跗关节（Lisfranc）损伤患者仅有1 人能够恢复到受伤前的竞技水平。由此可见，踝关节损伤给体操运动员训练和比赛带来巨大影响。

体操运动员踝关节损伤多发生在自由操和跳马项目，空翻加转体的落地或下法是诱发损伤的主要动作类型。谢清等[37]对体操各单项中踝关节损伤患病率进行研究，结果表明踝关节损伤患病率前三位项目分别为自由操（43.6%）、跳马（31.6%）和双杠（17.1%）。孙永生[38]对10 名国家男子体操运动员损伤研究表明，踝关节损伤在自由操落地和其它体操项目下法中最为常见（共5例踝关节损伤中，有3例发生于自由操落地，其它2例分别发生于吊环和单杠落地）。Goulart等[39]对巴西24名精英男子体操运动员的损伤调查发现，自由操（23.4%）、鞍马（11.7%）和跳马（11.7%）为损伤患病率最高的项目。另有数据显示，79%的运动员发生过踝关节损伤，最多发生在自由操（58%）和跳马（29%）中[40]。研究还发现，青少年踝关节韧带损伤多发生于向后的空翻，跟腱的损伤多发生于向前的旋转练习[41]。

2 体操运动员踝关节损伤的危险因素

通常我们将引起踝关节损伤的原因归为内部危险因素（运动员年龄、性别、解剖结构、竞技水平、生理和心理特征等）和外部危险因素（地面和器械的力学特征、体操规则、教练执教水平、训练和比赛安排等）[42]。对危险因素的分析有助于我们理解体操运动员损伤的机制。

2.1 内部危险因素

相比于没有损伤的运动员，有损伤的运动员具有更大的身体尺寸（身高和体重）、年龄和体脂率[43]。研究表现，体操运动员身体的尺寸大小与踝关节损伤患病率呈正相关[40]。年龄较大的体操运动员往往身高和体重更大，也接受过更多的训练和比赛，他们通常有更复杂和难度更高的技能，所以也更容易损伤。有数据表明体型（身体各部分尺寸及比例）可能与损伤风险相关，但只比较一种体型可能会对整体评价产生误导，且体操运动员某种相对占优势的成分可能是变化的。我们通常期望体操运动员体型特征完全符合运动需求，但那些具有良好体型的体操运动员也会受到伤病的困扰[7]。

体操运动员生长发育的高峰期，损伤的风险会增加[44]。Caine 等[7]报道，无论竞技水平如何，女子体操运动员在快速生长期的损伤发生率大约为稳定期的2倍（快速生长期：4.70/1000 AEs，稳定期：2.41/1000 AEs）。同样，John 等[45]报道，10～14 岁之间的男子和女子体操运动员，相比那些低于或高于这个年龄段的人更容易发生腕关节疼痛，但这些发现有待于从个体生长情况和损伤发生率的研究中进一步证实。此外，体操运动员的身体素质和竞技水平会影响踝关节损伤发生率。研究显示，优秀运动员的损伤发生率明显低于普通运动员（优秀运动员：2.63/1000 AEs，普通运动员：4.11/1000 AEs[9]；另有报道两者分别为1.57/1000 AEs、2.32/1000 AEs[46]），所以当以损伤发生率（如平均每1000 小时参与训练或比赛所发生的损伤次数）作为标准变量时，竞技水平或将成为损伤发生率的较好评判指标[7]，即高水平运动员损伤发生率更低。研究报道，速度、平衡、耐力和灵活性也可以作为体操运动员重要的损伤预测指标[47]，Rutkowska-Kucharska 等[48]发现，少年体操运动员在平衡练习中表现出腓肠肌激活过大，这可能会诱发踝关节损伤，但不是所有年龄段和竞技水平都具有显著性。在目前的研究中，每一个年龄段和竞技水平的运动员数量都较小，这限制了分析的精度，有待于更多的研究证实。

心理因素与损伤有较大的相关性，但是目前此类研究较少。研究报道，应激性生活事件的数量与损伤的数量、严重程度呈中等强度的正相关关系[49]。还有研究认为，生活压力是预测损伤的一个重要指标[50]。以往的损伤会增加运动员心理上的压力，从而增加损伤风险[51]。然而，这些研究都是在损伤之后才进行心理测量，因此运动员损伤时心理压力可能是不同的。

2.2 外部危险因素

体操落地表面和器械的力学特性是体操运动员踝关节损伤的关键因素[16]。由于技术的需要，体操运动员要承受较大的冲击力。研究显示，体操运动员向前空翻落地垂直地面反作用力（ground reaction forces，GRF）峰值范围在7.6～15.8 BW（body weight，BW），向后空翻的垂直GRF 峰值范围在7.1～13.2 BW[52]。下肢在反复加速度落地过程中，各种体操器械施加的反作用力会诱发踝关节损伤[53]。体操落地垫是缓冲GRF的主要因素[54]，改变体操落地垫的材料参数可以减小GRF 峰值，减少慢性损伤（如应力性骨折）发生风险[55]。但研究也发现，减小体操运动员落地的GRF，可能会增加下肢关节内部负荷[55]。同时，软着陆的落地方式会引起髋关节屈曲明显增加[56，57]，身体总重心会发生较大的偏移，从而稳定性会下降。所以，关于体操落地表现的力学性能（软/硬），仍需要做进一步的研究。

基于体操观赏性及美学的要求，体操规则成为引起运动损伤的因素。国际体操联合会（International Federation of Gymnastics，FIG）指出[58]，体操运动员落地或下法，不允许有脚步的调整、不完整的转体、失稳和摔倒，这就要求他们拥有近乎垂直的躯干姿态和较小的膝关节屈曲。因此，体操运动员落地损伤风险增加[59,60]。

体操训练和比赛的安排可能造成运动员踝关节过度使用（overuse）损伤。Sobhani 等[19]对23 个运动项目的足踝过度使用损伤进行了综合分析，体操是动作频率最高的项目之一，跟腱病、足底筋膜炎和应力性骨折的发病率较高。Bukva 等[61]对卡塔尔国家体操队24 名运动员的损伤调查发现，长期超常的关节活动度（gen⁃eralized joint hypermobility，GJH）训练可能是造成关节损伤的原因。另外，教练执教水平、保护措施、外部环境（光线和声音等）都会对运动损伤造成影响。

3 基于生物力学分析踝关节损伤的预防策略

Van Mechelen 等[62]将损伤的预防分为4 个阶段：1. 损伤的诊断（意外、自然发生、急性还是过度使用的慢性伤害，以及严重程度）；2. 寻找损伤的原因和机制；3. 制定和实施预防措施；4. 效果评估。生物力学在此发挥了重要作用，它能描述并量化危险因素产生的原因[63]。下面将从生物力学的视角提出预防踝关节损伤的策略。

3.1 落地冲击负荷的监控

量化冲击载荷有助于预防体操运动员损伤。Beat⁃ty等[64]在体操训练过程中，提供了冲击载荷及减速的数据，但并没有说明如何使用这些数据来预防损伤。Burt等[65]使用训练阶段的视频，并结合加速度计、测力台的GRF 峰值来量化训练者所受的冲击载荷，从而评估7～13岁体操运动员的训练负荷。监控落地冲击负荷的预防伤害策略，可能对于普通运动员意义更大，且相对于简单的量化训练时间或使用加速度计减少冲击而言，监控训练过程中技术动作的质量能更好地预防损伤[65]。

3.2 基于仪器的系统反馈

通过反馈装置系统对训练负荷、疲劳进行监控，有利于提高技术动作。然而实际上，除了定性的视频反馈外，训练监控并没有成为训练的常规部分。有些研究者在体操器械（如吊环[66]，单杠[67]）中安装了一些设备，然而，并不明确这些科学工具是否能运用到常规训练中，以及它们是如何安装在器械中的。Bradshaw等[68]的跳马反馈系统运用在优秀体操运动员的常规训练中，可以提供与助跳板接触的相对速度、第一腾空和触马时间等数据。这个系统可以成为教练的反馈工具，通过手持数码设备输出简单结果/数据，操作方便，且不依赖生物力学专家的分析或解释。当运动员产生疲劳时，这个系统可以自动提醒教练。例如，女子体操运动员跳马的触马时间约为200 ms，依据其动作表现的变异性，某个运动员的触马时间增加10%（20 ms），提示其运动表现下降或产生了运动疲劳。

3.3 计算机建模仿真

计算机建模仿真可以较好地指导体操训练。如何推动技术的发展（如在自由操或跳马中成功完成更多的翻腾和/或转体）是体操教练员和运动员一直关注的问题。Yeadon[69]对三周转体动作的起跳速度和技术表现进行评估，通过正向建模仿真发展了四周转体，使得教练在训练运动员时，可以先通过计算机模拟，最终较为安全地实现这一技术。Davidson 等[70]对体操运动表面进行建模，量化运动表面动态加载响应，识别其最重要特征和性能[71]，所提供的信息可以提高设备的安全性。Xiao等[72]建立了14环节的体操运动员人体模型及落地垫，对自由操后空翻直体转体540°落地进行了仿真实验，结果表明，运动员踝关节负荷随着落地垫刚度和阻尼的增加而增加，而提高垫子的摩擦系数更是大幅增加了踝关节负荷，这将为体操落地垫的力学设计提供理论参考，从而减小踝关节损伤风险。

3.4 保护装置的运用

Marshall 等[31]基于流行病学研究，针对保护装置提出了踝关节损伤的预防策略：（1）有踝关节损伤史的体操运动员应该佩戴护踝或保护带以减少损伤的再次发生；（2）国际体操联合会和设备制造商还应重新评估落地垫的设计，以便更好地吸收能量，同时保持落地稳定性。研究显示足球和排球运动员训练及比赛中佩戴弹性护踝可以明显降低踝关节损伤发生率[63]。当体操运动员在完成复杂空中动作后的下法时，其通常会有跳步，然后脚沉入体操垫，并产生快速振动，这个过程踝关节很容易出现冲击损伤，但如果垫子太软，身体又很难控制平衡，踝扭伤风险增加[31]。Mills等[55]通过改变体操落地垫的材料性能，使垂直和水平地面反作力峰值减小（12%），大腿和小腿弯矩减小（6%）。在体操长期训练实践中，人们也总结了很多有效的保护方法，如先通过海绵坑学习复杂空中动作后的落地，再采用叠加体操垫的方法进行过渡练习，最后进入实际完整动作训练。单杠和高低杠的训练可以先在运动员身上绑安全绳，教练员根据其动作完成情况施加保护，这些都能大大减少运动员损伤风险。

3.5 肌肉系统的筛查

肌肉系统在下肢损伤预防中非常重要，需要就此对体操运动员进行筛查。肌肉系统的筛查传统上是医生的工作范畴，多局限于静态筛查。生物力学引入功能性动作测试（function movement screen，FMS）来改进肌肉系统的筛查[73]，如髌股疼痛综合征（patellofemo⁃ral pain syndrome，PFPS）的筛查结果包括深层股四头肌较弱、外层股四头肌较紧张和髋关节肌肉较弱[74]。因此，下肢肌肉骨骼系统筛查可以帮助减少髌股疼痛综合征发病风险[75]。使用超声波（ultrasonic）对跟腱进行应变测量也是一种很好的筛查手段，可采集三个不同负荷等长收缩时跟腱的应变[76]。传统生物力学测量也可以评估运动员骨骼肌的健康情况。另外，在训练过程中，可以在非赛季或赛前加入更多的肌肉训练以提高正确的落地技术动作，从而更好地预防损伤[31]。

4 总结

踝关节是体操运动员最主要的损伤部位，主要原因可以归结为内部危险因素（个人解剖结构、生理和心理特征等）和外部危险因素（落地表面和器械的力学特征、体操规则等）的共同作用。生物力学在损伤预防上发挥了重要作用，落地冲击负荷监控、仪器的反馈、计算机仿真、保护装置，以及肌肉筛查等措施都不同程度地减少了损伤发生。

尽管前人对体操运动员踝关节损伤进行了大量研究工作，但其仍然严重影响着运动员的训练和比赛，仍有很多重要问题尚待深入研究，主要包括：1. 准确诊断踝关节损伤及程度，将损伤进行正确分类。2. 阐明体操运动员踝关节损伤的生物力学机理和影响因素。例如，阐明运动员快速生长期存在更大损伤风险的原因及其预防措施；找出危险的技术动作类型；探讨本体感觉训练降低损伤风险的有效性。3. 阐明体操运动员在各种比赛过程中人-器械的相互生物力学关系。通过这些研究，将形成科学的预防措施，最终有效降低体操运动员踝关节损伤发生率。