基于解剖学与生物力学原理分析羽毛球运动中的膝关节损伤原因及预防措施

郑 娜，杨 坤，蒋 毅

前言

现代羽毛球运动起源于十九世纪的英国，由伯明顿(Badminton)庄园主鲍费特公爵发明。羽毛球是世界上最受欢迎的运动之一，超过两亿不同年龄、性别、技能水平的爱好者参与。羽毛球被列入1992年奥运会比赛项目的决定增加了这项运动的参与度，增加体育运动参与，虽然对健康有益，但对职业和业余运动员的受伤风险也有所增加，许多业余爱好者在没有经过专业指导与训练的情况下运动，相关研究显示，在150名业余羽毛球球员中，受伤率高达40.3%，其中膝盖受伤率为22.44%，18.3%是腿。根据2018国家体育总局有关体育运动伤害性事故调查统计报告显示，羽毛球受伤约占所有运动伤害的1-5%，在足球，篮球，排球，长跑和骑自行车之后，受伤率排名第六。在羽毛球运动中下肢受伤的比例最高，其中22%-27%为膝盖，其次才为肩、腿等部位。因此，在羽毛球运动中，膝关节部位的受伤率是最高的，也是最典型的。

本研究从膝关节局部解剖特点入手结合膝关节解剖学与生物力学特征、羽毛球运动技术特点，探析在羽毛球竞赛或训练过程中膝关节损伤的原因，运用Mechelen的四步伤害预防模型提出合理建议，用科学的手段指导羽毛球健身、训练与比赛，对羽毛球运动中有关膝关节部位损伤的规避、预防与恢复具有重要意义。

1 羽毛球运动的技术特点及对膝关节损伤的影响

1.1 羽毛球运动的技术特点

羽毛球是一项个人的、非接触性的运动，需要跳跃、冲刺、快速改变方向以及从各种身体姿势快速挥动手臂。羽毛球运动对身体的要求表明，四肢及膝关节的急性损伤可能经常发生。羽毛球的步伐可以说是羽毛球运动中最关键的技术也是灵魂所在。羽毛球是现有隔网对抗性运动中球速最快的运动之一。球的落点变化多样，为了保证顺利的接发击球，要求运动员每次都要快速到达击球位进行迎击，通过一个快速的步态动作来实现。如果运动员移动缓慢，不能及时到位，就会影响进攻。即便拥有良好的运动技术，但是回击的准确性和回球的质量也很难展现出来。如果运动员的反应迅速，判断精准，运动速度快，可以充分发挥技术与战术的灵活性，起到出其不意的制胜效果。

在羽毛球运动中弓步是一个关键动作，它使运动员能够迅速移动到下一次击球的最佳位置，然后返回开始位置或移动到另一个方向进行下一次动作。据专门统计，在一场比赛中，弓步动作占所有动作的15%以上。弓步成绩的一个重要决定因素是快速移动的能力(达到最大力量的时间)，不包括身体质量、柔韧性和腿长等因素。这都离不开膝关节的频繁发力、屈曲、支撑与缓冲作用。根据规则的不同一场羽毛球塞的持续时间可长达20分钟至1.5个小时，频繁重复运动极易对膝关节造成巨大压力引起劳损，因此我们可以看到从事羽毛球运动的运动员几乎都有严重的膝结节损伤。

1.2 羽毛球运动对膝关节损伤的影响

羽毛球运动属于隔网对抗性技术项群，属于非周期性运动，经常需要运动员跑动全场，在羽毛球的步伐移动过程中，膝关节需要不断的重复经历屈伸的过程，而从膝关节的生物力学特征和解剖学特点来看，相同动作的重复次数越高越容易引起膝关节的疲劳，进而引起损伤。在长时间的对抗过程中，膝关节不断被运动负荷所刺激，使运动神经元的兴奋性降低，随着时间增加，乳酸积聚，关节内部结构神经递质、肌纤维、内质网、线粒体、等细微结构代谢发生紊乱，膝关节能量得不到充分补充，就会产生疲劳，长时间下去就会引起膝关节的劳损。

膝关节周围肌肉组织也是影响膝关节稳定性的重要因素，附着在胫骨股骨等关节的肌肉通过收缩控制膝关节的屈伸运动，肌肉的牵拉、收缩、紧张等还具有稳定关节的作用，膝关节屈曲135度大小时，膝关节的各功能韧带相对最松弛。此时膝关节的稳定性较差，小腿可轻度内外旋，如果此时做屈伸等动作，如果肌肉力量较小，或用力失衡就容易导致技术动作的变形或导致膝关节韧带、肌腱、肌肉、关节囊等细微损伤。此屈曲位严重时，两半月板活动不协调甚至会导致半月板研磨损伤。如在羽毛球的持续激烈的对抗中，随着运动时间增加，ATP消耗，乳酸集聚，水分和钙离子、等无机盐流失，此时肌肉就会变得疲劳，力量下降，难以维持肌肉的紧张度，难以维持标准的动作，一旦用力失衡，动作失衡就容易引起膝关节的损伤。

根据Lin Fu和Julien S. Baker研究表明，一部分膝关节的疼痛还与羽毛球运动员正手弓步时的膝关节运动有关。弓步运动需要很大的膝关节运动来转移整个身体的重心(COM)以保持平衡。在快速启动与制动过程中，身体重量几乎全部转移到膝关节，产生较大的膝关节外展力矩，使膝关节受损风险增高。这些损伤通常有更大的不稳定性，因为矢状面和额面处的关节力矩较大，它们可能是膝关节内十字韧带(前十字韧带和后十字韧带)、侧韧带和半月板的损伤危险因素。

羽毛球运动除了对打这项运动有特殊的技术要求外，还需要很高的力量能力。这些要求不仅仅是当地的实力和在竞争环境中表现的能力。调查发现，业余球员通常更强调技术训练，但也包括一些与技术相关的当地力量训练。如果个人能力低，训练质量差，运动时间就会变得过长或重复。这反过来会增加练习时间，练习特定的技能要求。因此，额外的训练时间和训练期间产生的力量使下肢难以承受负荷，这可能会导致受伤。

此外，一些场地凹凸不平，不符合运动要求，准备活动不充分，身体处在疲劳或伤病状态下同样会增加受伤可能性。

2 膝关节解剖学特征与生物力学特征分析：

2.1 膝关节解剖学特征：

膝关节由股骨、胫骨和髌骨构成，是人体最大最复杂的关节，属于滑车关节。其中股骨下关节面和腔骨上关节面，在形状和大小上都不一样，而且两关节面之间空隙较大，存在两块纤维软骨板，叫做半月板，半月板是一种软骨的结构，可以起到缓冲膝关节的作用，可以增大膝关节的稳定性、关节窝深度与灵活度。关节表面附有一层润滑软骨组织，与连接关节韧带周围肌肉共同保证膝关节能够自由活动(见图1)。在股骨滑车关节之前，髌骨与股骨的髌面相接，股骨四头肌的张力线被改变了。起到防止膝关节屈曲位置时股骨和胫骨关节移动的作用，前后交叉韧带牢固的连接股骨和胫骨，限制了股骨胫骨的前后移动，前交叉韧带在伸膝是最紧张，可以防止胫骨前移；后交叉韧带屈膝时最紧张，能防止胫骨后移，两侧的侧副韧带位于关节的两侧，以固定两侧的膝关节，防止关节过度伸直。

图1

股骨、胫骨内外侧特别宽，关节囊薄而松弛。在膝关节前方，由股四头肌肌结形成的骨骼韧带得到加强。双侧胫侧副韧带和滕侧副韧带均有强化。当膝关节在运动过程中突然从侧面猛烈撞击时。易造成对侧副韧带损伤。如在羽毛球截击过程中的高速急停动作中制动腿外翻内旋角度过度极易造成侧副韧带损伤。

半月板是位于股骨胫骨空隙之间的半月纤维形软骨，具有减少股骨和胫骨间的碰撞与摩擦，防止关节囊和滑膜，缓冲冲击力的作用。每个膝关节都有内、外两个半月板。半月板内2/3部分无血供，仅外1/3部分通过滑膜与胫缘相连，其血液和营养供应主要来自该部分滑膜。因此，半月板血供断裂后半月板愈合能力很差。膝关节半屈曲位小腿外展外旋或内传内旋时，两个半月板滑动不协调时，就会导致半月板夹在股骨和胫骨的平台之间，受到剧烈摩擦而产生撕裂(见图2)。

图2

胫侧副韧带：宽阔的扁平束，位于膝关节的内侧后部。胫侧副韧带和腓侧副韧带在伸膝时紧张，在屈膝时松弛，在半屈时最松弛。因此，允许膝关节在半屈姿势下做一点内旋和外旋。

膝关节十字韧带：位于膝关节中心稍后，由前后两条交叉韧带组成。前交叉韧带自胫骨髁间隆起的前方，止于股骨外踝的内侧。后十字韧带比前十字韧带更短、更结实、更垂直。它从胫骨踝间隆起的后方开始，倾斜于上内侧，并附着于股骨内踝的外侧。前交叉韧带在伸膝时最紧张，可以阻止胫骨向前移动。后交叉韧带是屈膝时最紧张的部位，可以防止胫骨向后移动(见图3)。

膝关节囊滑膜是全身关节中最宽、最复杂的一层，附着在关节各骨关节面的周边，覆盖关节内除关节软骨和半月板外的所有结构。

图3

2.2 膝关节生物力学特征分析

膝关节的运动特点膝关节的骨骼特征及韧带的拉伸作用决定，其最主要的作用是沿矢状面做屈伸运动。在屈曲位时，可做旋转运动，在小范围内能够做被动的外翻运动。

股骨关节的突面与胫骨关节的凹面不完全吻合形成胫股平台膝关节在矢状面上做伸展与屈曲，属于矢状面运动。完全伸直时,主要由于股骨内髁长于外髁,使股骨髁与胫骨髁发生交锁,而在这个平面内几乎没有运动的可能。所以，股骨髁最后伸直发生内旋阶段，一度的伸直往往伴随着二分之一的股骨内旋，伸膝运动的终末旋转可以使膝关节趋于稳定，可称之为膝关节的锁扣机制。相反伸直位开始屈曲时，在最初20度伴有股骨的内旋的滚动运动方式较滑动更为稳定。

旋转运动，在膝关节屈曲位时，股骨髁隆突的内壁为旋转轴，在屈膝位时侧副韧带放松，外侧更明显，股骨外髁在胫骨平台上较内侧有更大的旋转幅度，且旋转轴不固定，随屈曲角度增加而后移。在伸曲运动的同时还伴随有旋转运动，旋转幅度因屈曲角度不同而变化，30度时屈曲位最大。

在髌骨关节，股四头肌的肌力随着膝关节的屈曲而增加。站立放松时，由于膝关节上方身体的重力几乎在髌关节轴上方，因此需要股四头肌的肌力来平衡髌骨关节的小弯矩。当膝关节处于屈曲位置时，重心会移动，从而增加屈曲力矩，这需要股四头肌牵引才能保持平衡，从而稳定关节的运动角度。

当膝关节处于半屈曲状态，能够以130度至150度的角度移动可以最大限度地伸展膝关节，此时关节活动度最有利、最灵活，但此时关节稳定性较低，膝关节内外侧副韧带松弛，关节活动时，髌骨软骨表面很容易因长期的“变形”和“压缩”“股骨胫骨平台而受损，导致髌骨劳损，导致膝关节正常功能受损。

从组成膝关节的两大关节的上述运动特征可以看出，膝关节在参与运动的过程中通过屈伸完成多种承重功能。膝关节结构复杂，在超负荷作用下极易引起疲劳和损伤。

3 Mechelen的四步伤害预防模型

损伤机制的知识是损伤预测、预防和治疗的核心。体育运动中的损伤预防是一个循环过程，首先是建立损伤相关问题，然后是病因学框架的协调、预防策略的引入，最后是这些策略的评估。Mechelen提出的四步伤害预防模型(如图4)，首先，必须确定和描述运动损伤问题的程度。其次，在运动损伤的发生中起作用的因素和机制必须被识别。第三步是引入可能降低未来运动损伤风险和严重性的措施，该措施应基于第二步中确定的病因因素和机制。最后，必须通过重复第一步来评估措施的效果。基于此来研究羽毛球运动对膝关节损伤影响。

图4

3.1 羽毛球运动中常见膝关节损伤范围及其病因

(1)髌骨劳损

在剧烈运动训练和比赛后经常感到膝盖疼痛和膝关节无力，但大多数症状在休息后就会消失。随着病情的严重，疼痛加剧，髌骨深部前方用手指按压时会有痛感，半蹲试验和髌骨研磨试验均为阳性。可采用理疗、中药外敷、针灸、中药透药、外敷或直流电导入、穴位注射等方法来缓解治疗髌骨劳损。

(2)膝关节损伤性滑膜炎

由于膝关节长期强烈的屈、伸、旋转等运动，滑膜与关节面之间不断发生摩擦和挤压，导致膝关节滑膜充血、水肿、关节肿胀和单纯性滑膜损伤。肿胀是滑膜损伤的主要症状，训练后肿胀较明显，休息后减轻。导致动作僵硬、下蹲时膝关节充满不适或屈曲受限和关节薄弱等症状，推力试验和浮针试验均为阳性。可采用超短波理疗与蜡疗交替使用，或中药外敷。

(3)半月板损伤

膝关节在半屈曲位、外展位时，当小腿相对固定而大腿突然旋转时，由于人体的重力线穿过膝关节，又受到旋转压力，产生摩擦力和撕裂力，很容易伤到关节内不能快速滑动的半月板。比如，羽毛球在跳跃击球落地时，突然转身上网极易导致半月板损伤。损伤初期关节有明显的疼痛和肿胀，后期经过休息可逐渐缓解疼痛和肿胀；可采用理疗、氨糖修复、PRP注射修复技术、注射玻尿酸钠、膝关节稳定性练习等运动疗法。

(4)膝关节韧带损伤

膝关节韧带受伤时，膝关节内侧疼痛逐渐加重，膝关节不能完全伸直，常维持在165度左右屈位，关节内侧有压痛和肿胀。当膝关节伸直，小腿外展时，疼痛加重。如果是内侧韧带拉伤或扭伤，可以进行保守治疗，损伤部位可以打石膏。如果患者的外侧副韧带受伤，那么患者应该立即去医院进行手术治疗。

3.2 采取预防措施

(1)做好充分的准备活动

热身准备活动可以使人体从安静的静止状态到达活跃的运动状态，克服体内脏器的惰性和，提高肌肉弹性降低粘滞性提高中枢神经系统的兴奋性。使膝关节充分活动伸展开，韧带得到一定舒展，关节得到充分润滑，从而避免损伤。

(2)掌握正确技术动作

掌握羽毛球运动的正确技术动作，如扣球、起跳、行走、快速姿势等；移动、快速回防、把握球拍重心和球拍侧切角度等，通过这些技术动作的练习和掌握能有效地帮助练习者更好地发挥自己的力量，协调自己的技能等，以免对膝关节造成不必要的冲击。

(3)进行功能性训练

功能性体能训练(FFT)是一种新的运动形式，通过肌肉强化训练和有氧训练间隔来实现多关节的功能性运动。羽毛球项目的体能与技能是相辅相成的, 体能好有助于技能的充分发挥, 技能好有利于节省更多的体能。通过功能性训练动作可以促进运动员的生成特定力量、增强体能以及提高神经肌肉协调性的能力，从而预防运动损伤。

(4)创造良好的运动环境

尽量选择标准平整的场地，避免不必要的运动伤害，可适当佩戴护腕等防护用具。选择合适的球鞋羽毛球拍等等。

(5)提高对伤害性事故的认识

能过学习相应的知识，能够对膝关节部位产生的损伤有一定的认识，并能产生准确的判断。在感到不适或出现伤病后应停止训练，避免重复受到伤害采用医疗手段等积极配合治疗。

3.3 评估预防措施的有效性

Kamalden在研究中指出，羽毛球运动员应该注重锻炼，以增强身体的机能，否则，会导致肌肉失衡和受伤。需要设计预防性训练计划，并将其纳入运动员的训练体系，以避免再次受伤。运动员应该参加训练和治疗计划，帮助他们学习避免潜在伤害的技巧。此外，功能性训练可以让球员恢复神经肌肉功能，以最大限度地减少肌肉不平衡的影响，最大限度地减少运动员的损伤。这些措施在日常教学活动的实践已经得到检验，可以有效地预防运动损伤。

4 结论与建议

综上所述，膝关节是人体最大的关节且结构复杂，在运动中稍有不慎就会导致膝关节受损。根据Mechelen提出的四步伤害预防模型，首先我们要熟悉膝关节的损伤弱点以及运动特点；其次通过功能性训练增强腿部力量与提高体能，提高羽毛球运动技术水平，此外还应该增强自我保护意识，训练比赛前充分做好准备活动，运动结束后，采用慢跑等放松手段来缓解疲劳，降低膝关节运动损伤的风险；运用科学的技术指导来避免伤害性事故的发生，达到预防膝关节运动损伤的目的。