女性羽毛球、乒乓球运动员和普通大学生的脊柱形态测量分析

刘淑文，宋雅伟，李 江

女性羽毛球、乒乓球运动员和普通大学生的脊柱形态测量分析

刘淑文1，宋雅伟1，李 江2

1.南京体育学院研究生部，江苏 南京，210000；2.南京体育学院校办，江苏 南京，210000。

研究目的：通过对女性羽毛球、乒乓球运动员和普通大学生脊柱形态的测量，分析羽毛球、乒乓球运动对脊柱形态的影响，为教练员和运动员，及时调整脊柱姿势提供理论依据。研究方法：利用DIERS三维脊柱及身体姿势测评系统分别从矢状面、冠状面、水平面，对江苏省运动队羽毛球、乒乓球女运动员和南京体育学院普通女大学生进行脊柱姿势测量，将测量结果进行比较分析。研究结果：羽毛球、乒乓球运动会使运动员的骨盆扭转角度和旋转角度增大腰曲角度变小，胸曲角度、倾斜角、躯干倾斜角度呈变大趋势；长期系统的、单一的乒乓球训练，女性运动员的胸曲角度增加值大于单一的羽毛球运动，而乒乓球运动员的骶骨倾角、椎体旋转角度减小，躯干倾斜角度、躯干倾斜距离和骨盆扭转角度增大。研究结论：长期的羽毛球、乒乓球运动对胸曲角度、腰曲角度、倾斜角、骨盆扭转角度增大；长期的乒乓球运动会使躯干倾斜角度、躯干倾斜距离增加。

脊柱姿势；运动训练；羽毛球；乒乓球；普通大学生；测量分析

脊柱是人体的中轴骨，前面观椎体的宽度自上而下逐渐增宽；后面观脊柱位于背部正中线上，维持人体姿势与正常运动能力的基础[1]，脊柱机能包括脊柱姿势、脊柱稳定性以及脊柱柔韧性[2,3]，本文就脊柱姿势即脊柱的形态特征进行研究。

长期的、单一的重复性运动势必对脊柱的形态产生影响，上下肢优势侧肌肉的频繁用力、牵拉，两侧肌力不平衡，进一步对脊柱姿势产生影响。由于青年女性正处于快速生长期，骨骼发育尚未成熟，不稳的腰骶部可致曲度异常并迅速进展，严重影响患者的健康发育[4,5,6]。由此，脊柱的健康与人们健康生活有着较大的联系。本文利用DIERS formetric III 4D设备，对羽毛球、乒乓球女运动员和普通女大学生进行脊柱测量，得出女性运动员与普通女大学生脊柱姿势的差异，为教练员更加科学的指导运动训练、调整脊柱的形态、预防运动损伤提供理论依据。

1 样本与方法

1.1 测试样本

选取江苏省运动队羽毛球女运动员9名、乒乓球女运动员8名和15名南京体育学院普通女大学生进行测试研究。运动员均经过系统规范的训练，普通大学生均未经过系统的运动训练，所有受试者的优势手（常用手）均为右手。

由于Yamada 等[7]研究发现，脊柱侧弯患者与正常人相比较，在位置觉以及前庭功能等都有研究意义，先天性的脊柱侧弯患者并未发现此异常，而且侧弯程度及侧弯左右侧与对照组相比也有研究意义，所以本文排除有先天性脊柱侧弯的受试者。

表1 受试者基本情况（x±s）

1.2 方 法

1.2.1 测试法 使用DIERS三维脊柱及身体姿势测评系统分别研究对象进行脊柱姿势的测量，得出胸曲角度等指标的数值。

实验仪器

关于脊柱测量工具[8,9]在其研究中提到：最早时是由标尺、立竿、毫米刻度尺等组成的测量仪器。随着科技的进步，当今脊柱测量涌现出一系列的精准方法及仪器，如：莫尔云纹、传感器、X片、立体CT等。本文采用的DIERS脊柱分析系统，是利用光学三角测量和摩尔纹地形的物理原理，通过光栅板将可见光投射到人体背部，形成平行等距的光谱。进一步进行三维扫描重建，结合内置生物力学模型生成脊柱的3D实时图像。其过程方便快捷，无放射性，能直观、全面的反映脊柱的姿势形态，其测试结果具有较好的信度与效度[10,11]。本文测试指标与X光检测的脊柱相邻椎体间的cobb角呈高度相关性[12]。

1.2.2 测量步骤 （1）一般身体测量：测量指标包括身高、体重。（2）询问既往史：以排除非运动训练对脊柱姿势造成的影响。（3）脊柱测量：使用DIERS三维脊柱及身体姿势测评系统分别从矢状面、冠状面、水平面对受试者进行测量。

在测量过程中，受试者双脚并拢，身体直立，双手自然放于身体两侧，将尾骨及以上的皮肤裸露，背对测试者，如图1。

图1 静态模式的脊柱测量

1.2.3 数理统计法 运用SPSS 23.0统计分析软件进行分析，所测参数均使用x±s表示，用单因素方差分析来检测羽毛球、乒乓球运动员与普通大学生脊柱姿势的差异，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果与分析

2.1 冠状面测试结果

胸椎、腰椎以及骨盆的运动构成了躯干的主要活动。本文在冠状面上，通过研究各角度包括胸曲角度、腰曲角度、骶骨倾角、倾斜角，反映脊柱的冠状面特征，国外有研究[13]得出：脊柱姿势人体腰背部的健康有着密切联系。

表2 冠状面脊柱姿势相关参数（单位：度）

注：*为P＜0.05，普通大学生与羽毛球、乒乓球运动员比较；#为P＜0.05，与羽毛球运动员与乒乓球运动员比较。

表2统计显示，胸曲角度方面，羽毛球运动员与乒乓球运动员有差异（P<0.01），羽毛球、乒乓球运动员与普通大学生有差异（P<0.05），差异有统计学意义。腰曲角度方面，羽毛球运动员与乒乓球运动员、普通大学生有统计学差异（P<0.05），此结果与宋雅伟等[14]研究长期应力对脊柱姿势的影响结果一致。骶骨倾角方面，3组对象之间的差异无统计学意义。倾斜角方面，羽毛球运动员与乒乓球运动员有差异（P<0.05），羽毛球、乒乓球运动员与普通大学生有差异（P<0.05），差异有统计学意义。这些结果表明长期的羽毛球、乒乓球训练对胸曲角度、腰曲角度、倾斜角有显著影响，对骶骨倾角的影响不大，其中对羽毛球运动员的胸曲角度的影响不显著，对腰曲角度影响显著。

2.2 矢状面测试结果

以往对脊柱矢状面的生物力学研究多侧重于邻近节段应力负荷、运动前后的变化，矢状位参数不正常，脊柱前柱承受的机械应力就会增加，易引发邻近节段退变[15]。

表3 矢状面脊柱姿势相关参数

注：“＋”表示躯干前倾，“-”表示躯干后倾；@为P＜0.05，乒乓球运动员与普通大学生比较。

表3结果表明，在脊柱偏移上，3组对象之间的差异无统计学意义。在躯干倾斜角度上，乒乓球与普通大学生差异有统计学意义（P<0.05）。在躯干倾斜距离方面，乒乓球运动员与普通大学生差异有统计学意义（P<0.05）。即长期的乒乓球运动训练对躯干倾斜角度、躯干倾斜距离有显著的影响，对脊柱偏移距离影响不大。

2.3 水平面测试结果

表4 水平面脊柱姿势相关参数（单位：度）

注：“＋”代表向右，“-”代表向左；*为P＜0.05，普通大学生与羽毛球、乒乓球运动员比较。

表4显示，骨盆旋转角度上上，3组对象之间的差异无统计学意义。骨盆扭转角度上，羽毛球、乒乓球运动员与普通大学生有差异（P<0.05），差异有统计学意义。椎体旋转角度上，羽毛球运动员、乒乓球运动员与普通大学生有差异（P<0.05），差异有统计学意义。表明长期的羽毛球、乒乓球运动对骨盆旋转角度没有显著影响，对骨盆扭转角度、椎体旋转角度有影响，尤其是乒乓球运动会使椎体向右旋转。

3 讨 论

脊柱生物力学主要是研究脊柱与载荷之间相互作用的力学反应关系。近年来，伴随着对脊柱疾病发生、发展机制的不断深入研究，充分的了解脊柱姿势特征，是脊柱疾病治疗不可或缺的一部分。

3.1 躯干倾斜角度、脊柱的偏移、躯干倾斜距离、所有椎体的旋转角度

倾斜角是从第一胸椎到第一骶骨的连线，与垂直线的夹角，可以直观的反映脊柱的姿势状态，骨盆前倾是为了保持自身的直立站姿[16]，健康的受试者站立时躯干前倾。女运动员的倾斜角属于正常范围，普通女大学生躯干后倾，脊柱倾斜角会出现异常。躯干倾斜角度是指第7颈椎-左右髂前上棘中点连线与竖直线在矢状面的夹角[17]；脊柱偏移是指脊柱出现偏移，本实验运动员长期使用右手进行运动训练，脊柱两侧肌力失衡，普通大学生长期不良的坐姿习惯，导致实验结果运动员的脊柱偏移距离和普通大学生差异不明显；躯干倾斜距离是指颈7、左右髂前上棘中点在额状面所形成的水平距离，本研究得出乒乓球和羽毛球运动员的躯干前倾，大学生躯干向后倾。结合运动员的训练状况及相关知识得出：在羽毛球训练过程中，通过对摆臂挥拍、发高球、正反手挑球、内外旋击球等动作的针对性练习，来提高挥拍能力。在乒乓球运动中，长期接发球、正反手攻球、滑板球等动作的训练，重复屈伸、牵拉，动作定型改变了原本的脊柱生物力学平衡。脊柱矢状面形态出现异常会造成脊柱平衡失代偿[18]，骨盆倾斜角增大明显[19]。当脊柱代偿机制不能满足脊柱矢状面平衡时，骨盆代偿机制就会出现，如臀部伸肌牵拉骨盆等，同时髋关节过伸，引起下肢代偿，如膝关节屈曲，呈现屈髋屈膝等异常姿势[20]；椎体旋转角度是指所有椎体旋转角度的算术平方根，正常值为2-5°，乒乓球运动员的椎体旋转幅度显著向左，这可能是由于在发力时，两侧腰背部肌肉力不均，对椎体进行牵拉引起椎体旋转角度改变。

3.2 胸曲角度

胸椎的生理弯曲以第2胸椎的上缘与第11胸椎的下缘线的夹角63°为宜，由于胸骨和肋骨的存在，胸椎曲度受限，正常女性的胸曲角度为45°—55°[21]。

羽毛球女运动员和普通女大学生的胸曲角度数均低于正常范围，乒乓球女运动员的胸曲角度属于正常范围。一方面，在羽毛球运动中，正、反手发球，均要求运动员上体伸直。魏勇等研究结果中表明，6场国际级女子单打比赛中，总共击球1040次[22]。击球过程中，反复做屈伸、侧屈、旋转的动作，椎间盘被反复挤压，弹性变差；同时当脊柱运动时，与胸椎相关联的肌肉，如斜方肌、背阔肌等开始收缩，长期的训练使肌肉收缩力逐渐下降，对应的拮抗肌力量也下降，胸曲角度变小，胸段力线弯曲；另一方面，乒乓球运动的准备姿势要求，上体稍前倾。脊椎活动以椎体的旋转为主，所以胸曲角度变化不大；普通大学生胸曲角度变小，可能与长期伏案读书，脊柱长期前屈有关。

3.3 腰曲角度

腰曲角度代表第12胸椎到第1骶椎的生理曲度，女子正常范围40°—45°[23]，腰曲改变使得腰椎失稳、腰部疼痛[24]近年来，脊柱-骨盆矢状面形态在腰椎方面发生发展中的作用已被广泛认知，但在青少年中的研究较少。

在羽毛球和乒乓球击球过程中，腰椎成承受大部分的载荷，经过反复的挤压，椎间盘变小，椎体变大，椎间隙变小。为了维持腰椎的稳定，背阔肌、竖脊肌、下后锯肌以及腹肌发挥了重要的作用，如腹肌形成的腹压可以降低竖脊肌收缩而产生的作用与腰椎的负荷。正常直立状态下，力线位于腰椎前，当运动时，腰背部肌肉收缩产生拮抗力，继而肌肉劳损、退变，腰曲角度变小；另一方面躯干损伤主要体现在腰椎部位[25]，青年女性在生长发育期，腰骶关节其独特的解剖形态特征[26]，即骨盆宽，入口横径宽大，下口的矢状径、横径宽大，使得腰部肌肉力量为男性的2/3，负重时骶骨活动度大，对腰椎影响更剧烈[27,28]，所以腰椎要一直保持紧张、稳定的姿势，如果腰椎不稳定，动作稍有不慎，会导致腰椎损伤，影响运动训练。

3.4 骶骨倾角

骶骨倾角是指骶骨的体表轮廓线与铅垂线的夹角，骶骨和骨盆活动几乎是同步的，骶骨倾斜角受到体位的影响，所以骶骨倾角可以代表骨盆的空间移动位置[29]，同时决定骶骨在矢状位方向的部位[30]。刘勇等研究指出，骶骨倾斜角与腰椎前凸角呈线性正相关，在机体保持站立姿势时，矢状位上躯干可均匀作用于骨盆，能够通过股骨头传导重力到双下肢[31]。降低腰椎前凸角。避免代偿脊柱向前滑动产生骨盆倾斜角，骨盆倾斜角降低，骶骨倾斜角相应增大，改善脊柱矢状面指标，维持其稳定性[32]。

普通大学生的骶骨倾角大于乒乓球运动员、小于羽毛球运动员。一方面可能是因为维持骨盆活动的肌肉有臀肌、髂腰肌、梨状肌等，在运动中各肌相互协调，将重力传达至下肢，维持身体的稳定；另一方面，乒乓球运动要求足跟稍提起，前掌着地，重心前移，骨盆前倾，骶骨倾角变小；在羽毛球对打过程中，脊椎伸展，骨盆后倾，骶骨倾角变大。

3.5 骨盆的旋转角度、骨盆的扭转角度

骨盆旋转是指骨盆绕人体基本轴的三维旋转。普通大学生和羽毛球、乒乓球运动员的骨盆旋转角度差异不大，躯干向右旋转，这与运动员和大学生使用优势手有关；骨盆扭转角度是指在髋骨绕着耻骨联合的水平线往相反方向旋转时出现的角度，运动员的扭转角度比普通大学生大，可能是因为在羽毛球、乒乓球运动中，由于动作技术特征，多表现为水平面上的扭转，且为重复性动作，同侧腰部用力最充分，使得腰部肌肉、韧带功能大于对侧，骨盆位置发生变化，右侧高于左侧。

总之，与羽毛球、乒乓球运动员相比，普通女大学生的脊柱姿势相对较差，此结论与李聪聪等人的研究结果相似[33]，大量研究[34,35]得出体育锻炼对脊柱的作用和影响显著，但是在运动中需注意运动强度和运动方式，避免运动带来脊柱方面的疾病。

4 结 论

长期的运动训练改变了脊柱的生物力学平衡，与普通女大学生相比都造成不同程度的脊柱侧弯、躯干前倾。

（1）在水平面上，无论是长期的乒乓球或羽毛球运动训练，都会使骨盆扭转角度增大；

（2）在冠状面上，长期的运动训练，使得乒乓球运动员、羽毛球运动员的胸曲角度变大；

（3）在矢状面上，与羽毛球运动相比，乒乓球运动对躯干倾斜角度、躯干倾斜距离影响更明显。

[1] 冯 强，江崇民，周 誉，张 铭.青少年脊柱形态与功能对非特异性腰背疼痛的影响[J].北京体育大学学报，2016，39（09）：57~62.

[2] 童 艳，郭险峰，张兰等.脊柱功能评估训练系统用于非特异性腰痛治疗的研究[J].中国康复医学杂志，2010，12：1161~1165.

[3] 李 鹏，体重循环训练对小学生脊柱功能的影响研究[D].宁波大学，2015.

[4] Tsirikos A I, Sud A, McGurk S M. Radiographic and functional outcome of posterolateral lumbosacral fusion for low grade isthmic spondylolisthesis in children and adolescents.[J]. The bone & joint journal, 2016, 98-B(01).

[5] Hubert Labelle, Jean-Marc Mac-Thiong, Pierre Roussouly. Spino-pelvic sagittal balance of spondylolisthesis: a review and classification[J]. European Spine Journal, 2011, 20(05).

[6] Jean-Marc Mac-Thiong, Hubert Labelle, Pierre Roussouly. Pediatric sagittal alignment[J]. European Spine Journal, 2011, 20(05).

[7] YamadaK, YamamotoH, NakagawaY, etal. Etiologyofidiopathic scoliosis. ClinOrthop.1998; 357（184）：50~57.

[8] 孙佳佳. 功能训练加整脊治疗青少年特发性脊柱侧弯的临床研究[D].北京体育大学，2015.

[9] 苗 欣. 艺术体操运动员脊柱侧弯特征及椎旁肌功能变化的研究[D].北京体育大学，2013.

[10] Knott P, Mardjetko S, Thompson S. A comparison of authomatic vs. manual detection of anatomical landmarks during surface topography evaluation using the formtric 4D system[J]. Scoliosis, 2012, 7(Suppl 1): 19.

[11] Marcel Betsch,Michael Wild, Pascal Jungbluth,Mohssen Hakimi, Joachim Windolf, Bart Haex,Thomas Horstmann, Walter Rapp. Reliability and validity of 4D rasterstereography under dynamic conditions[J]. Computers in Biology and Medicine, 2011, 41(06).

[12] Jan Kottner,Marianne Schario,Natalie Garcia Bartels, Ellina Pantchechnikova, Kathrin Hillmann,Ulrike Blume-Peytavi. Comparison of two in vivo measurements for skin surface topography[J]. Skin Research and Technology, 2013, 19(02).

[13] Mannion,Knecht等.A new skin-surface device for measuring the curvature and global and segmental ranges of motion of the spine: reliability of measurements and comparison with data reviewed from the literature[J].European Spine Journal, 2004(13): 122~136.

[14，29] 宋雅伟，李广凯，张曦元.长期应力对高水平蹦床运动员脊柱形态特征的影响[J].天津体育学院学报，2011，26（05）：390~392.

[15] NAKASHIMA H,Kawakami n,Tsuji t,et al.Adjacent segment disease after posterior lumbar interbody fusion:based on cases with a minimum of 10years of follow up[J].Spine(Phila Pa 1976), 2015, 40(14): E831~E841.

[16] 王 敏，陆阿明，张秋霞，等.青少年背包与脊柱形态异常及背痛研究综述[J].首都体育学院学报，2016，28（02）：188~192.

[17] 陈 涛，黎观保，梁科友，等.脊柱-骨盆矢状面平衡及其在脊柱疾病治疗中的作用[J].中国组织工程研究，2013，17（13）：2423~2430 .

[18] 雷礼辉. 应用脊柱-骨盆矢状面参数评价腰椎滑脱复位程度与术后疗效的相关性[D].南华大学，2015.

[19] 肖翊南，黄晓梅.腰椎滑脱RF钉棒复位术后2种不同植骨方法疗效分析[J].脊柱外科杂志，2015，13（03）：149~152.

[20] Gabriel Gutman, Hubert Labelle, Soraya Barchi, Pierre Roussouly, Éric Berthonnaud,Jean-Marc Mac-Thiong. Normal sagittal parameters of global spinal balance in children and adolescents: a prospective study of 646 asymptomatic subjects[J]. European Spine Journal, 2016, 25(11).

[21] Deed E. Harrison,Donald D. Harrison,Rene Cailliet,Tadeusz J. Janik,Burt Holland. Radiographic Analysis of Lumbar Lordosis: Centroid, Cobb, TRALL, and Harrison Posterior Tangent Methods[J]. Spine, 2001, 26(11).

[22] 王欣欣，史芙英，李 博，等.2008-2018年羽毛球运动生物学特征研究进展[J].中国体育科技，2019，55（01）：43~51.

[23] Kao-Wha Chang, Ching-Wei Cheng, Hung-Chang Chen, Ku-I Chang, Tsung-Chein Chen. Closing-Opening Wedge Osteotomy for the Treatment of Sagittal Imbalance[J]. Spine, 2008, 33(13).

[24] 蒲兴魏，刘进南，王 翀，等.腰椎间盘突出症患者腰骶部疼痛与腰椎曲度的相关性[J].广东医学，2013，34（01）：80~82.

[25] Whyne C M，Hu S S，Klishc S，et al. Effect of the pedicle and poste- riorarch on vertebral body strength predictions in finite elemen modeling[J].Spine, 1998, 23(08): 899~905.

[26] Barrett N M, Arzola C, Krings T, et al. Lumbar Spine Anatomy in Women Sustaining Unintentional Dural Puncture During Labor Epidural Placement: A Descriptive Study Using Magnetic Resonance Imaging and Ultrasound.[J]. Regional Anesthesia & Pain Medicine, 2018, 43(01): 92.

[27] Gammal I D, Spivak J M, Bendo J A. Systematic Review of Thigh Symptoms after Lateral Transpsoas Interbody Fusion for Adult Patients with Degenerative Lumbar Spine Disease[J]. International Journal of Spine Surgery, 2015, 9: 62.

[28] Saleem S, Aslam H M, Rehmani M A K, et al. Lumbar Disc Degenerative Disease: Disc Degeneration Symptoms and Magnetic Resonance Image Findings[J]. Asian Spine Journal, 2013, 7(04): 322~334.

[30] 徐 政，刘 艺.青少年L_5/S_1峡部裂性腰椎滑脱患者脊柱-骨盆矢状面形态分析[J].脊柱外科杂志，2018，16（03）：167~173.

[31] 刘 勇，樊 勇，吴子祥，等.空心侧孔椎弓根螺钉在腰椎滑脱伴骨质疏松椎体中的临床应用[J].中国矫形外科杂志，2016，24（05）：390~394.

[32] 王 力，邱南海，余 铭.椎弓根钉固定加椎间融合修复腰椎滑脱症：恢复椎间隙高度与否对脊柱序列及功能的影响[J].中国组织工程研究，2017，21（05）：5636~5643.

[33] 李聪聪. 久坐人群脊柱机能现状的分析研究[D].苏州大学，2017.

[34] 沈锡昂.跆拳道练习者脊柱机能及平衡能力的研究[J].浙江体育科学，2018，40（03）：102~106.

[35] 丁向童.核心力量练习对青少年脊柱形态和机能影响的综述研究[J].体育世界（学术版），2018（10）：175+171.

Spinal Morphometric Analysis of Female Badminton and Table Tennis Playes and College Students

LIU Shuwen1, SONG Yawei1, LI Jiang2

1. Craduate Department of Nanjing Sport Institute, Nanjing Jiangsu, 210000, China;2. Nanjing Sports Institute, Nanjing Jiangsu, 210000, China.

Research objective: through the measurement of female badminton, table tennis players and ordinary college students, the influence of badminton and table tennis on the spine shape was analyzed, so as to provide theoretical basis for coaches and athletes to adjust the spine posture in time. Methods: using the DIERS three-dimensional spine and body posture measurement system, female athletes of badminton and table tennis teams in jiangsu province and female college students of nanjing university of physical education were measured in sagittal plane, coronal plane and horizontal plane respectively, and the measured results were compared and analyzed. Results: badminton and table tennis games make the pelvic torsion Angle and rotation Angle increase and waist curve Angle decrease, while chest curve Angle, inclination Angle and trunk tilt Angle increase. After long-term systematic and single table tennis training, the increase value of thoracic curve Angle of female athletes is greater than that of badminton, while the sacral inclination Angle and vertebral rotation Angle of table tennis players decrease, and the trunk tilt Angle, trunk tilt distance and pelvic torsion Angle increase. Conclusion: long-term badminton and table tennis increase the Angle of chest curve, waist curve, inclination Angle and pelvic torsion Angle; Long-term table tennis games will increase the trunk tilt Angle, trunk tilt distance.

Spine morphology; Sports training; Badminton; Table tennis

G804.5

A

1007―6891（2020）04―0024―04

10.13932/j.cnki.sctykx.2020.04.06

2019-08-08

2019-09-14

1.国家体育总局科教司科技服务项目（2018HT014）；2.江苏省高校自然科学研究重大项目（16KJA310004）。