滑雪运动员踝关节损伤研究进展

张春雷,母心灵,杨昊飞,厉阳,蔡东良,严磊,马海龙,王凯,黄万新

(1.河南省胸科医院 郑州大学附属胸科医院 骨科,河南 郑州 450008;2.郑州市中心医院 骨科,河南 郑州 450007;3.郑州市骨科医院 a.骨病骨肿瘤Ⅱ科;b.小儿骨科Ⅱ病区;c.颈肩腰腿痛科,河南 郑州 450044;4.郑州大学体育学院,河南 郑州 450044;5.郑州市第一人民医院 骨科,河南 郑州 450004)

2022年北京冬奥会雪上项目包括7个大项:跳台滑雪、越野滑雪、单板滑雪、 高山滑雪、北欧两项、冬季两项、自由式滑雪。雪上项目速度较快,对回转、滑降、跳跃、摇摆、落地等技术要求精细复杂,运动员落地姿势、摇摆动作要领掌握不当及重心控制不稳时,容易超出踝关节生理解剖和运动生物力学所能承受的限度,出现踝关节扭伤或者骨折。因此,踝关节运动损伤已经成为了雪上项目医务保障工作中面临的严重问题之一[1]。滑雪运动员出现踝关节损伤后,早期可以因为踝关节周围骨与软组织的创伤导致滑雪者不能正常参加滑雪训练并且在比赛中动作执行能力下降、成绩下滑。如果损伤不能及时治疗,运动员晚期可能会出现踝关节习惯性损伤和运动能力的永久减弱等[2]。本文旨在通过对滑雪导致的踝关节损伤相关研究进行梳理,寻找滑雪运动中出现踝关节损伤的主要原因,积极制订踝部伤病防治策略,为减少滑雪训练和比赛中踝关节的损伤发生率提供有益参考。

本研究利用计算机检索百度学术、中国知网、万方医学网、PubMed、Web of Science数据库,英文检索词“snowboard”“winter ski sports”“epidemiologic”“ankle injures”“injury mechanism”;中文检索词为“滑雪”“流行病学”“踝关节损伤”“损伤机理”。检索时限为1950—2022 年,共检索到86篇文章,去除无法获取全文和重复研究的文献,筛选后最终纳入45篇文章。

1 滑雪爱好者踝关节损伤现状分析

高奉等[3]对中国单板滑雪跨界跨项国家集训队首个雪季的损伤调查分析发现244名运动员中躯干损伤最多(28.43%),踝关节也是损伤频率较高的部位,达到了4.79%。踝关节损伤最多的类型为肌肉拉伤。提出教练员要重视对运动员训练后出现的肌肉损伤及时进行物理治疗并调整训练方案,防止运动员出现过度运动损伤。Coury等[4]对在美国蒙大拿州北部落基山脉一处滑雪胜地1995—2000和2009—2010雪季参加滑雪的1 593位有明显外伤的滑雪运动员进行了分析,发现在单板滑雪运动员中,手腕损伤占所有损伤的18%,脚踝占13%。1995—2000雪季双板滑雪运动员损伤前3位为下肢的膝关节(42.8%)、大腿(14.8%)和上肢的肩关节(11.8%),而踝关节患病率为3.6%。然而10 a后的2009—2010雪季,踝关节损伤发病率升高,达到了8.0%,发病率上升到了第3位。进一步的研究发现踝关节损伤发病率增高主要是由于部分滑雪初学者的肌肉力量、平衡能力、爆发力差,以及神经肌肉不协调。Kirkpatrick等[5]在对1988—1995雪季,从美国科罗拉多州12个滑雪场收集到的3 213例单板滑雪损伤病例的分析发现491例(15.3%)为踝关节损伤,包括216例(44%)骨折和255例(52%)软组织扭伤。进一步研究发现,踝扭伤会减弱肌肉-肌腱的本体感觉,产生疼痛、无力、踝关节不稳和失控等多种症状,进而影响滑雪者运动时的平衡以及对滑雪姿势的控制。在高山滑雪中踝关节急性损伤的发病率也很高,仅次于膝关节损伤,占所有高山滑雪运动员损伤的32%[6]。Jung等[7]采用Pontryagin’s最小原理计算了7种不同地形状况时不同真实风场下的滑雪板迎风角度和身体滑行角度,以了解风是如何影响跳台滑雪运动员的飞行姿势和落地稳定性的,通过计算得出了滑雪板最佳迎角,以及身体与滑雪板的最佳夹角。并提出减少运动员踝关节损伤发生率有效办法之一为通过对下肢运动链的适应性训练,提高运动员足踝部位的感觉器官以及运动能力的极限,强化落地技术动作,从而更好地预防踝关节损伤。

滑雪相关运动损伤的研究在欧美国家开展较早。1959年Erskine[8]发表了题目为“滑雪损伤机制”的文章,分析了滑雪损伤的发生率、损伤部位和潜在原因。近年来,随着滑雪场所的升级、滑雪器材的更新换代,滑雪比赛规则的改变,有关滑雪导致的踝关节损伤的研究也得到了深入开展。

产生滑雪相关踝关节损伤的原因包括了内因(滑雪者的性别、雪龄、体重指数、性别、下肢肌肉力量、踝关节活动度、心理状况、技术熟练程度、肢体对称指数等)和外因(风速、雪的蓬松度、含水量以及颗粒大小、场地光线、滑雪装备、教练能力、康复师和队医的医务保障能力、雪联规则等)。对各种危险因素的归类总结有助于深入了解滑雪爱好者踝关节损伤的生物力学机理,从而更有效地制订伤病预防策略。

1.1 内部危险因素

内部危险因素通常包括运动员自身解剖特点、运动水平和饮食结构等,这些因素在滑雪运动损伤中起直接或间接影响。Raschner等[9]根据不同雪上项目的特点把各种类型的滑雪运动分为:(1)力量相关运动(高山滑雪)。(2)耐力相关运动(冬季两项、越野滑雪和北欧两项)。(3)技巧相关运动(自由式滑雪、单板滑雪和跳台滑雪)。在技巧类雪上项目上,身高和体重大的运动员更容易发生踝关节损伤。但是对于参加竞速类雪上项目的人来说,更大的体重和较低的身高却可以减少踝关节伤病的发生率。研究表现,体型“扁宽”的低体重跳台滑雪运动员踝关节损伤患病率较低[10]。初学者在单板滑雪时最容易伤到踝关节,但是踝关节受重伤的人往往是那些经验丰富的单板滑雪老玩家。分析发现体重指数大、年龄大、雪龄长、会做空翻抓板等高难度动作是这些单板滑雪资深玩家的主要特点,他们年轻时接受过专业的训练,年龄大了以后内心依然渴望做刺激性的滑雪动作,所以踝关节受到的伤害往往也更严重[11]。例如喜欢极限运动的世界著名车王舒马赫2013年在他42岁时在法国一个高难度的滑雪道滑雪时受重伤,成为植物人,这表明随着年龄增长,运动员做高难度运动时的身体控制能力会明显下降。通常教练会通过选拔体型特征完全符合其参与的滑雪项目动作需求的滑雪运动员来降低伤病率,但体型的种类和评价指标很难标准化,并且体型只是滑雪运动员运动过程中致伤因素之一,滑雪时肌肉的状态也会影响到运动员滑雪技术动作的协调性,Steidl-Müller等[12]对高山滑雪的研究显示:持续高强度比赛会导致高山滑雪运动员出现肌肉疲劳,增加运动员在训练比赛中踝关节受伤的风险。此外双下肢力量差距过大也会增加滑雪运动员训练和比赛中踝关节受伤的风险。Leister等[13]在对76例滑雪运动员损伤的分析发现:足踝损伤占伤员总数的24.6%,是最常见的损伤之一。通过对训练中肢体对称指数的监测发现,如果能及时调整训练方案改善双下肢力量的不平衡就可以有效减少滑雪时踝关节受伤的风险。但是肢体对称指数的安全阈值不是固定的数值,与运动员的年龄,以及所参加的滑雪项目的强度和技巧难度系数也有很大关系。在教练、体能师的科学训练以及康复师、队医的个体化医务保障下滑雪运动员通过循序渐进的提高滑雪比赛强度,及时调整心理状态、逐渐增强做滑雪技巧动作时的自信心可以降低踝关节受伤的风险。对1 660名滑雪、登山、赛车等极限运动爱好者的研究显示:滑雪参与者的自信心值最高,优秀的滑雪运动员往往能够更好的控制情绪并承担更复杂和难度更高的动作所带来的巨大运动损伤风险[14]。滑雪者的肌肉力量和饮食营养也存在密切联系。从季前赛到赛季结束滑雪运动员的神经肌肉效率在增加、体重在下降,需要在赛季的不同时期适当调整队员的营养策略,提高滑雪时肌肉的爆发力和耐力,增强肌肉在高强度运动时对姿势的控制力,进而减少踝关节等损伤的发生[15]。

1.2 外部危险因素

外部危险因素则包括动作难度、赛场结构、环境、比赛规则和装备性能等,以高速、壮观的跳跃和空翻等复杂的技巧动作组合为特征的雪上项目,其运动模式很容易造成滑雪运动员踝关节损伤。运动员滑雪时在发力滑行和转弯、着陆等时候足踝部承受的冲击力都会成倍增加。Palmer等[16]的研究显示,大多数(58%)滑雪运动员的损伤机制还是以碰撞、跌倒等直接接触为主。35%的滑雪者与静止的物体(雪地、护栏、广告牌等)直接撞击后受伤,11%与其他运动员碰撞后受伤,非接触外伤不足11%。滑雪板是滑雪运动员的主要装备,改变滑雪板的形状和材质的参数可以减小骨折、软组织扭伤等的发生风险。例如在高山滑雪中使用形状较小且轮廓宽度减小的滑雪板,可减少自转向效应,有助于减少滑雪板-雪地之间的相互作用。此外,形状较小的滑雪板可以减少转弯时地面的反作用力,对预防滑雪者受伤具有积极作用[17-18]。滑雪鞋的结构和材质与滑雪运动员的踝关节损伤发生率有着密切的关系,在单板滑雪运动员中踝关节骨折占到了所有下肢骨折的53%,其中最常见的踝关节骨折是Lauge-Hansen分型中的旋后外旋型,根据受伤机制分析:单板滑雪运动员的雪靴固定在滑雪板上,多数是以后仰姿势跌倒,踝关节容易出现过度内翻、外翻或跖屈,导致踝关节韧带、跟腱和腓肠肌损受伤[12,19]。但是在跳台滑雪等双板滑雪项目上,运动员使用的是鞋帮更高的硬质雪靴,踝关节受到的保护更好,因此踝关节损伤的比例明显低于膝关节[12,20-22]。一段时间内很多国家出现了优先选拔体重低的跳台滑雪运动员,造成了运动员伤病逐年增加的现象。为了避免牺牲运动员健康以追求更长的空中飞行时间现象,国际雪联在跳台滑雪运动中规定,滑雪运动员的体重必须达到一定标准才能参赛[10]。另外训练和比赛的日程安排,环境因素(雪的蓬松度、含水量、颗粒大小和风速等),教练执教水平,比赛规则或滑雪服的风阻和雪板的重量、韧性、形状等都会对踝关节的运动损伤造成影响[23]。滑雪场地的结构和设计特点也是引起滑雪运动员踝关节损伤的因素,例如高山滑雪是下坡路线最长(2 000～4 500 m)、垂直落差最高(男子800～1 100 m,女子450～800 m)的项目,比赛中滑雪者的最高速度可超过140 km·h-1(平均速度也可以达到95至105 km·h-1)。这些特点导致高山滑雪运动员有很高的踝关节损伤发生率[24]。在自由式滑雪时,大多数踝关节外伤都与跳跃、旋转等动作相关的跌倒和碰撞引起。在3个自由式滑雪世界杯赛季(2006—2009)中,起飞和着陆过程中的技术错误是造成伤害的主要原因[25]。此外,比赛时间的不合理也可以导致踝关节损伤风险增高,例如,在2012年因斯布鲁克YWOG期间的高山滑雪比赛中,6场比赛在8 d内举行,运动员经常参加多个项目的比赛。身体和精神疲劳可能会增加受伤风险[26]。在跳台设计和建造中除了要注意简化坡道构造、减少焊接点、提高金属防腐等级,还要考虑到降雪的不均匀分布对跳台力学强度的影响[27]。温哥华冬奥会跳台滑雪场在建设选址前期首先调研了跳台局部的风速、间隙风、斜坡流和背风旋涡等[28]。索契冬奥会滑雪场建设时分析了引起滑雪场跳跃复合区边坡失稳的关键因素,提出了对场馆建设的建议,以减少滑雪者膝、踝关节等身体损伤的风险[29]。

2 滑雪运动员踝关节损伤的预防策略

预防踝关节的损伤需要从危险因素产生的原因分析,然后从生物力学的视角制订预防踝关节伤病的策略。首先,要明确诊断(急性慢性、严重程度、具体部位);其次,分析造成损伤的原因,从生物力学的角度分析损伤机制;最后,制定和落实预防踝部损伤的措施并及时进行效果评估[30]。

2.1 落地时足踝承受冲击负荷的监控

监控运动员在滑雪不同阶段、不同运动模式时对足踝冲击负荷影响最大的变量,有效减少足踝部的冲击载荷,有助于预防滑雪运动员的损伤。Bessone等[31]在滑雪训练过程中,使用放置在滑雪板上的惯性运动单元和滑雪靴内的无线压力鞋垫,分析跳台滑雪着陆期间滑雪板位置与滑雪靴内足踝部承受的冲击载荷之间的相关性,从而评估着陆期间滑雪板俯仰角度大小和滑雪运动员足踝部负荷的变化。在双板滑雪超级大回转中,把惯性运动单元放置在胸椎和骶尾部,滑雪靴内放置无线压力鞋垫。分析运动员站立高度与踝部承受的冲击载荷的变化,评估超级大转弯期间身体高度和滑雪运动员足踝部负荷的变化[32]。而Bessone等[33]使用可穿戴传感器监测跳台滑雪运动员以不同姿势落地时踝关节所承受负荷的情况时,发现迅速和轻柔的动作更安全,不需要严格限制飞跃姿势。监控落地及快速转弯时踝关节承受冲击负荷的预防伤害策略,对于滑雪运动员意义重大。教练员可以通过对滑雪者踝关节所承受负荷的监控、调整训练过程中的技术动作质量,从而制订合理的训练措施,更好地预防踝关节损伤。

2.2 通过仪器动态监测运动姿势及时反馈调整训练

对滑雪者训练的负荷、疲劳情况用设备进行监测,有利于滑雪者学习掌握难度大的技术动作。过去,使用仪器对训练进行监控并没有成为大多数滑雪训练和比赛的常规内容。教练多是通过观看滑雪视频对训练进行反馈,存在着拍摄角度和观察者主观判断的误差,很难量化滑雪技术动作的矫正程度[34]。有些研究者在滑雪板和滑雪服安装了一些无线感应设备并运用到常规训练中,动态监测运动员的动作和姿势。Brock等[35]通过可穿戴设备获得跳台滑雪运动员起跳时的相对速度、身体和滑雪板的角度、滞空时间、着陆后滑行时间等数据,并把数据反馈给教练组,通过该反馈系统可以帮助队医、康复师、教练个体化的纠正队员的训练计划。当运动员动作和姿势出现明显异常时,往往提示其运动表现能力下降或出现了运动疲劳。Choi等[36]使用可穿戴惯性测量单元传感器观察耐力运动越野滑雪时,运动员在倾斜雪道上的下肢关节活动,可以更逼真的详细分析滑雪者的运动姿势,研究者发现在指导运动员训练时,增加下肢关节活动度和角速度可以减少肌肉疲劳,降低髋关节踝关节损伤发生率,有助于改进教练和运动员训练计划,提高滑雪成绩。

2.3 运动保护装置的合理使用

随着雪上项目对速度和翻转技巧的要求逐步提高,如何合理使用各种伤病保护装置也越来越重要。目前,训练及比赛中使用肌内效贴降低踝关节损伤的发生率已经在滑雪项目中得到公认[37]。对于有踝关节损伤病史的滑雪运动员,为了降低再次发生踝部扭伤的概率,在激烈运动前最好及时使用肌内效贴;另外,改进滑雪跳台或者滑雪场的设计,帮助降低滑雪者踝关节与场地直接接触时承受的能量,提高滑雪者的落地稳定性,可以明显降低踝关节损伤发生率。在不严重影响滑雪时脚踝灵活性的前提下提高雪鞋的硬度和鞋帮高度也能有效减少踝关节的损伤发生率[38]。当滑雪运动员在完成复杂空中动作后,踝关节很容易出现冲击损伤,研究者总结了很多有效的保护方法,如先采用威亚悬吊和滑轮的方法进行落地过渡练习,教练员通过事先捆绑在队员躯干上的绳索在队员训练动作出现严重失误时及时施加保护,再通过风动训练学习不同风速和风向下滑雪运动员空中动作的控制,最后在较低的跳台完成完整的滑雪[39]。在滑雪场地使用现代化的滑雪设备和优化雪道的斜坡形态可以在一定程度上降低滑雪者踝关节受伤的风险[40]。

2.4 骨骼肌肉系统和心理的评估调整

骨骼肌肉系统保持良好的柔韧性、耐力、肌力、平衡力等功能状态,在踝关节损伤预防中非常重要。使用节段相位角来对跳台滑雪运动员身体对称性进行监测,评估和调整滑雪者的双下肢运动能力以及体脂变化,对力量和柔韧性等功能状态偏弱的肢体在训练时提高肌肉训练强度,可以提高完成技术时的身体稳定性,降低踝关节损伤发生率[41]。通过对滑雪运动员体型、生理功能、运动表现能力和心理状态的及时评估和干预可以帮助减少踝关节损伤的风险[42]。通过对247名世界青年奥运会运动员的赛前健康评估研究发现:结合运动员的年龄、性别、身体特征、生理成熟度和心理状态做好赛前健康评估,然后根据运动员能够适应的最大体育活动能力,量身定制的个体化训练和比赛方案可以更好的循序渐进的提高运动员的竞技能力,降低损伤发生率。实现让运动员、家庭和教练放心参与体育活动的目标。研究还指出赛前健康评估可能需要持续跟踪和监测才能及时做出调整[43]。能够更好地控制情绪的滑雪运动员自信心值也高,可以承担更大的运动风险,训练和比赛中往往也能做出难度更大的动作,技术提高的也更快[14]。

3 小结

踝关节是滑雪运动员下肢损伤的主要部位之一,损伤的产生既有内因也有外因。内在危险因素主要有滑雪者的年龄、性别、运动表现能力、生理功能和心理状态等。外部危险因素包括了国际雪联规则、雪场结构的合理性、雪况和雪板雪靴等。滑雪运动员踝关节损伤的预防可以从骨骼肌肉系统评估、心理、合理使用运动保护装置、通过仪器动态监测来量化运动姿势和足踝部所承受冲击负荷、风洞等仿真训练等多方面着手,这些措施可以不同程度地减少踝关节损伤的发生率。

目前滑雪者踝部损伤防治方面仍有很多客题尚待深入研究,主要包括:(1)滑雪场主要在户外,需要继续研究如何更准确、更简洁的实时监控运动员的技术动作以及滑雪板和滑雪靴的负荷情况;(2)阐明滑雪运动员踝关节损伤的生物力学机制以及相关因素。例如,阐明不同年龄、性别和竞技水平的运动员损伤风险高低不同的原因及其预防措施;从高强度、高技巧性的危险技术动作中找出踝关节生理结构能够耐受的类型;(3)在场地和装备性能不断提升的大前提下,如何及时挖掘滑雪者踝关节的最大承压力,推动滑雪规则围绕“队员友好型”发展,帮助滑雪运动向着更快、更高、更有激情发展。通过构建能够不断自我完善的踝关节损伤预防体系,减少滑雪运动员出现踝关节的损伤。