彭 麗 余 洲 張 智 蔣偉東

跑步損傷有關(guān)的下肢生物力學(xué)因素：綜述和應(yīng)用指南*

彭 麗 余 洲 張 智 蔣偉東

（陸軍工程大學(xué) 軍事基礎(chǔ)系，江蘇 南京 211101）

分析一些最常見的跑步損傷的生物力學(xué)因素：前膝關(guān)節(jié)疼痛、髂脛束綜合征、跟腱病、脛骨內(nèi)側(cè)應(yīng)力綜合征/脛骨應(yīng)力性骨折。沒有一致的證據(jù)將生物力學(xué)方面異常與即定損傷相關(guān)聯(lián)，只有患髕股關(guān)節(jié)疼痛的女性運(yùn)動人群，在直立階段髖關(guān)節(jié)內(nèi)收角峰值增加。評估和治療髖關(guān)節(jié)運(yùn)動學(xué)，可以防止女性運(yùn)動人群的膝部損傷。

跑步生物力學(xué)；髖關(guān)節(jié)內(nèi)收；后腳外翻

當(dāng)前，跑步已經(jīng)成為一種流行的鍛煉方式，易于開展，而且對健康有很多好處，包括減少心血管疾病和肥胖的風(fēng)險因素[1]。但業(yè)余和競技運(yùn)動員在這期間還是會發(fā)生過度使用下肢的風(fēng)險。外在因素和內(nèi)在因素的結(jié)合可能會導(dǎo)致下肢的過度使用。外部因素包括地面、跑鞋、每周跑步距離。內(nèi)部因素包括年齡、性別、肌肉力量、柔韌性和下肢對稱性。對2002例出現(xiàn)跑步相關(guān)損傷的患者進(jìn)行了調(diào)查[2]。列出了10種最常見損傷的發(fā)生頻率和性別分布。將髕股關(guān)節(jié)痛（patellofemoral pain，PFP）和髕腱?。╬atellar tendinopathy，PT）歸類為膝關(guān)節(jié)前側(cè)痛，因?yàn)榘Y狀發(fā)生在膝關(guān)節(jié)的前部和中部。本文主要討論排在前四最常見的損傷。膝關(guān)節(jié)損傷和小腿損傷分為四種不同類型：前膝關(guān)節(jié)疼痛（PFP/PT）、髂脛束綜合征（iliotibial band syndrome，ITBS）、跟腱?。╝chilles tendinopathy，AT）和脛骨應(yīng)力綜合征/脛骨應(yīng)力性骨折（tibial stress syndrome/tibial stress fracture，TSS/TSF）。

1 下肢常見的損傷與生物力學(xué)因素

1.1 膝關(guān)節(jié)損傷：膝關(guān)節(jié)前痛和髂脛束綜合征

運(yùn)動頻繁的人群，膝蓋是最常見的過度使用損傷部位[3]。研究表明，近端因素，如臀部肌肉無力或軀干控制能力不足，會導(dǎo)致膝蓋過度使用損傷。研究表明穩(wěn)定臀部的肌群無力導(dǎo)致下肢力學(xué)異常改變，增加負(fù)荷力和受傷風(fēng)險?；加蠭TBS的女短跑運(yùn)動員在跑步直立階段，膝蓋內(nèi)旋角峰值增加。研究表明PFP與髖關(guān)節(jié)內(nèi)收峰增加，以及髖關(guān)節(jié)內(nèi)旋角增加之間存在關(guān)聯(lián)[4]。

1.2 膝部以下?lián)p傷：脛骨應(yīng)力綜合征/應(yīng)力性骨折和跟腱病

對于膝關(guān)節(jié)以下的損傷，脛骨后肌腱功能障礙可能會導(dǎo)致足跟骨外翻過度、脛骨內(nèi)旋、病理性平足畸形，脛后肌腱可能導(dǎo)致跟骨過大外翻、脛骨內(nèi)旋，以及病理性扁平足，這些因素都可能增加小腿損傷的風(fēng)險。與健康人群相比，脛骨后肌功能障礙患者的步態(tài)，脛骨內(nèi)旋沒有差異，但是足縱弓的下降會導(dǎo)致后足外翻增加[5]。但有研究認(rèn)為異常性足部力學(xué)和跑步損傷之間的沒有明確關(guān)聯(lián)[6]。

2 下肢常見損傷研究結(jié)果

2.1 膝部受傷運(yùn)動員的運(yùn)動學(xué)變量

2.2.1膝蓋疼痛

目前，6項(xiàng)研究分析了患有前膝關(guān)節(jié)疼痛的運(yùn)動人群，其中5項(xiàng)研究調(diào)查了患有PFP的跑步者，其中1項(xiàng)研究調(diào)查了患有PT的跑步者[7]。5項(xiàng)研究評定峰髖內(nèi)收角。其中2項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，與健康對照組的跑步者相比，患有PFP的女性跑步者的髖內(nèi)收峰明顯更大。另外，在研究中，患有PT的女性跑步者表現(xiàn)出更大的髖內(nèi)收峰的趨勢。相反，與對照組相比，PFP患者髖內(nèi)收角峰值明顯減小。而PFP組與健康組的髖內(nèi)收角峰值無顯著差異。4項(xiàng)研究評定了髖部內(nèi)旋。僅有1篇認(rèn)為PFP女性運(yùn)動人群髖關(guān)節(jié)內(nèi)旋峰值明顯增大，其他無明顯差異。分析后腳外翻和膝關(guān)節(jié)內(nèi)旋的文獻(xiàn)沒有發(fā)現(xiàn)損傷組和健康組之間的存在顯著差異。

2.2.2 髂脛束綜合征

髂脛帶綜合癥是跑步者外側(cè)膝關(guān)節(jié)疼痛的最常見原因，但需要進(jìn)一步的流行病學(xué)研究，以更好地了解各種跑步者之間的差異。影響因素包括應(yīng)變和應(yīng)變率，額葉和橫切面的運(yùn)動學(xué)偏差以及髖臼外側(cè)和后側(cè)肌肉組織的無力。病理生理學(xué)有2種模型，即感覺病和壓迫，以及撞擊和摩擦。 神經(jīng)肌肉協(xié)調(diào)是一個令人關(guān)注的發(fā)展領(lǐng)域，涉及到影響因素和訓(xùn)練方法。有關(guān)改變跑步力學(xué)的效果的練習(xí)是有爭議的，包括訓(xùn)練量和跑步姿勢。[8]ITBS最常見于跑步2公里后的膝關(guān)節(jié)外側(cè)，或步行超過10公里。用膝蓋走路可以緩解癥狀[9]。

脛束帶一直受到進(jìn)化生物學(xué)家和功能解剖學(xué)家的關(guān)注。Kapla將脛束描述為“獨(dú)立結(jié)構(gòu)”，并提出了“支撐前外側(cè)韌帶”的描述[10]。韌帶被描述為牢固地附著在股骨線的外側(cè)邊緣和股外側(cè)上，并向格蒂結(jié)節(jié)遠(yuǎn)端延伸。脛束帶，筋膜，股外側(cè)肌，股二頭肌和脛骨外側(cè)之間存在筋膜關(guān)系。以張量筋膜和臀大肌為中心，Kaplan通過電刺激通過同心肌肉收縮來確定肌肉在髖部的作用，脛束帶的功能是韌帶的。但是，該分析缺乏當(dāng)前的技術(shù)和研究，無法通過髖部的肌肉功能證明其對股骨旋轉(zhuǎn)的等距和偏心控制。目前缺乏對扭矩產(chǎn)生和姿勢肌肉的理解，其中腰椎和臀部的等長穩(wěn)定可能與膝蓋產(chǎn)生扭矩的肌肉動作有關(guān)。[11，12]髂脛束在股骨外上髁、臀大肌和筋膜的組織學(xué)和解剖研究表明，髂脛束在前外側(cè)近端具有機(jī)械感覺作用膝蓋髂脛束帶的機(jī)械感覺作用可能影響髖關(guān)節(jié)髂脛束帶韌帶與肌腱功能的股骨外上髁[13]。

髂脛束是一種動態(tài)的多維結(jié)構(gòu)，其關(guān)系跨越腰椎到前外側(cè)膝關(guān)節(jié)，經(jīng)進(jìn)一步了解了髂脛束帶的解剖結(jié)構(gòu)。[13，14]特別，與其他靈長類動物相比，臀大肌占人類的巨大變化。特別是，人類臀大肌比其他靈長類動物重得多，顱骨更多附著在髂骨，骶骨和多裂筋膜上。該描述與其他研究中的功能解剖學(xué)一致，這些研究報告了臀大肌在額平面中與臀中肌協(xié)同作用。[15]相比之下，臀大肌在橫切面上有更多的控制，隨著股四頭肌的減速和腳趾加速。[15，16]提供了髂脛束上部區(qū)域具有筋膜的觀點(diǎn)，通過臀大肌連接到股骨，筋膜和髂脛束帶的下背部，骶骨和髂骨的連接。這些結(jié)構(gòu)相互關(guān)系可能與理解髂脛束上的應(yīng)變和治療策略有關(guān)。

當(dāng)前，6篇文獻(xiàn)分析了髖關(guān)節(jié)內(nèi)收角的峰值，5篇研究認(rèn)為損傷人群和健康人群之間存在顯著差異。2項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，女性跑步人群在直立階段的臀部內(nèi)收角度明顯更大，其中1項(xiàng)研究涉及到患有ITBS人群，另1項(xiàng)研究后期出現(xiàn)這種損傷[17]。另一方面，有3項(xiàng)研究觀察到髖關(guān)節(jié)內(nèi)收角較低,其中2項(xiàng)研究涉及到患有ITBS的女性跑步人群，另1項(xiàng)研究涉及到患有ITBS的男性和女性跑步人群。但只在跑步者感到疲勞時才出現(xiàn)這一結(jié)果，其中1項(xiàng)涉及到前期有ITBS病史的女性跑步人群，而不是當(dāng)前損傷的跑步人群。1篇文獻(xiàn)分析了髖關(guān)節(jié)內(nèi)旋角峰值的變化，但沒有顯著差異[18]。3項(xiàng)研究評定了膝關(guān)節(jié)內(nèi)旋角峰值，其中2項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)患有ITBS的女子專業(yè)運(yùn)動員的峰值角度明顯增大，而其他研究沒有明顯差異。關(guān)于ITBS患者踝關(guān)節(jié)和足部的影響，3篇文獻(xiàn)都未發(fā)現(xiàn)健康和損傷的人群在足后外翻角度上的顯著差異。

2.2 下肢損傷跑步者的運(yùn)動學(xué)變量

2.2.1跟腱炎

4篇文章中有3篇測量了后腳外翻角度，未發(fā)現(xiàn)損傷和健康人群之間存在顯著差異。只有1項(xiàng)研究測量了膝關(guān)節(jié)內(nèi)旋轉(zhuǎn)[19]，結(jié)果顯示損傷的人群膝關(guān)節(jié)內(nèi)旋轉(zhuǎn)角度峰值明顯低于健康對照組。尚沒有研究評定髖關(guān)節(jié)內(nèi)、外旋角度值變化。

2.2.2脛骨應(yīng)力綜合征/應(yīng)力性骨折

2項(xiàng)研究測量了后腳外翻角度。1項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)與健康人群相比，損傷人群后足外翻峰值明顯更大，另一項(xiàng)研究未發(fā)現(xiàn)顯著差異。2項(xiàng)研究分析了髖關(guān)節(jié)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)角度峰值，其中1項(xiàng)發(fā)現(xiàn)損傷人群峰值角度增加[20]。1項(xiàng)研究分析了髖內(nèi)收角的峰值，研究表明損傷人群的髖內(nèi)收角明顯更大。1篇文獻(xiàn)分析膝關(guān)節(jié)內(nèi)旋角度的變化，未發(fā)現(xiàn)顯著差異。

3 下肢常見損傷研究結(jié)果分析

3.1 膝前疼痛跑步人群的運(yùn)動學(xué)變量

研究結(jié)果表明有中等程度上證據(jù)顯示PFP與髖內(nèi)收峰增加有關(guān)。所分析的6項(xiàng)研究中的2項(xiàng)的存在不同結(jié)果，可能是性別差異的結(jié)果，因?yàn)檫@2項(xiàng)研究包括男性。與患有PFP的男性跑步人群相比，女性跑步人群髖關(guān)節(jié)內(nèi)收峰值明顯增加，女性PFP占髖關(guān)節(jié)內(nèi)收角運(yùn)動學(xué)差異的大部分。

沒有確鑿的證據(jù)表明PFP與髖部內(nèi)旋增加之間存在聯(lián)系，差異上的變化可能是由于方法學(xué)上的因素引起，如直立階段選擇的時間點(diǎn)，采用運(yùn)動學(xué)模型，甚至是參與者的納入標(biāo)準(zhǔn)[21]。因此，這些研究結(jié)果并不真正支持PFP與髖內(nèi)旋轉(zhuǎn)角度峰值增加之間存在相關(guān)性據(jù)。 沒有一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)PFP與后腳外翻之間存在聯(lián)系，以及PFP與膝關(guān)節(jié)內(nèi)旋的關(guān)系。

3.2 髂脛束綜合征跑步人群的運(yùn)動學(xué)變量

關(guān)于髖內(nèi)收角的峰值，患有ITBS的跑步人群存在較大差異，這可能與ITBS的損傷程度有關(guān)。與健康人群相比，即將出現(xiàn)ITBS的健康女性跑步者的髖內(nèi)收角峰值更大。目前損傷的女性跑步人群無顯著差異，而有損傷史的女性跑步者髖關(guān)節(jié)內(nèi)收峰較少。目前患有ITBS跑步人群可能展示了一種保持骨盆水平的策略，可以減少髖內(nèi)收角，緩解ITBS相關(guān)的疼痛。在癥狀消退后，有ITBS病史的跑步者可能采用一種代償性的跑步策略，以減少髖內(nèi)收，以及其他可能減少髂脛束張力的生物力學(xué)變化?；加蠭TBS的女性跑步人群會調(diào)整跑步步態(tài)，以減少臀部內(nèi)收，這可能是疼痛的結(jié)果。

然而，還需要進(jìn)一步的研究，2研究結(jié)果不同。有中等程度上的證據(jù)表明，ITBS與女性跑步人群膝關(guān)節(jié)內(nèi)旋角增加有關(guān)。關(guān)于ITBS患者足背外翻的結(jié)果，這種生物力學(xué)因素與此類損傷的發(fā)生無關(guān)。

3.3 跟腱病跑步人群的運(yùn)動學(xué)變量

關(guān)于后腳外翻的峰值，沒有一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)損傷人群和健康人群之間存在顯著差異，這與公認(rèn)的觀點(diǎn)相矛盾，即站立時后腳外翻可能會傷及跟腱纖維，增加損傷的風(fēng)險[22]。但是，患有AT跑步人群后腳的外翻運(yùn)動范圍增大，表明生物力學(xué)因素可能與損傷風(fēng)險相關(guān)。

3.4 脛骨應(yīng)力綜合征/應(yīng)力性骨折患者的運(yùn)動學(xué)變量

關(guān)于后足外翻峰值，一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)損傷后足外翻峰值角度更大，另一項(xiàng)研究認(rèn)為無顯著變化，損傷個體腳跟更偏外翻，外翻持續(xù)時間更長，與受傷風(fēng)險相關(guān)的重要生物力學(xué)因素可能不僅是后腳外翻高峰角度，還包括外翻運(yùn)動范圍，外翻持續(xù)時間，甚至是外翻后期的姿勢[23]。峰值髖關(guān)節(jié)內(nèi)旋轉(zhuǎn)角度的差異以及分析峰值髖關(guān)節(jié)內(nèi)收和膝關(guān)節(jié)內(nèi)旋角度的研究數(shù)量很少[24]，這表明需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

4 實(shí)際應(yīng)用

鑒于上述的生物力學(xué)因素，應(yīng)進(jìn)行髖部力學(xué)評估預(yù)防膝蓋跑步損傷（PFP/PT和ITBS），尤其是女性。

4.1 生物力學(xué)損傷的篩查試驗(yàn)

大部分運(yùn)動學(xué)上的異?？梢詸z測，通常基于二維視頻分析系統(tǒng)，采用Souza’s方法，且易于使用。

還有一些實(shí)用的測試，可方便評估運(yùn)動異常。應(yīng)評估髖關(guān)節(jié)力學(xué)，以防止膝部損傷，尤其是女性。單腿下蹲試驗(yàn)（the single-leg squat test，SLS）是一個有用的臨床測試，可簡單方便的評估腰椎骨盆區(qū)域的神經(jīng)肌肉控制。SLS的表現(xiàn)反映了在步態(tài)和跑步等更復(fù)雜的任務(wù)中可能發(fā)生的情況。相對于良好的SLSs，較差的SLSs的特征髖關(guān)節(jié)內(nèi)收峰過多。

對踝關(guān)節(jié)背屈活動度（dorsiflexion range of motion，DF-ROM）的臨床評估很重要，因?yàn)樗c跟腱和髕腱損傷有關(guān)。當(dāng)個體缺乏足夠的踝關(guān)節(jié)DF-ROM，足部過度的內(nèi)旋，以補(bǔ)償，并因此增加脛骨的內(nèi)旋，從而導(dǎo)致潛在損傷。薈萃分析顯示，與對照組相比，出現(xiàn)動態(tài)膝外翻的個體DF-ROM減少[25]。跳臺實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)踝關(guān)DF-ROM降低與髖內(nèi)收增高有關(guān)，而與髖內(nèi)旋無關(guān)。

可使用標(biāo)準(zhǔn)測角儀，數(shù)字測斜儀或使用卷尺來測量跨步時腳踝DF-ROM，這些方法具有良好的可靠性。為了改善腳踝的活動能力，使用彈力帶自拉伸技術(shù)可以改善距骨的后部滑行，同時拉伸足底屈肌，在跨步測試中顯著增加了踝部DF-ROM。

4.2 生物力學(xué)損傷的康復(fù)計劃

視覺（實(shí)時3D反饋或鏡子）和口頭反饋的再訓(xùn)練對減少髖內(nèi)收峰有顯著效果。需要考慮的一個重要方面是再訓(xùn)練期間的步速控制。在跑步過程中，將步速提高5-10％可以顯著降低髖關(guān)節(jié)內(nèi)收峰，以及髖部和膝關(guān)節(jié)的負(fù)重。以大于首選的步速跑步降低了髖部在前部和橫向運(yùn)動平面所產(chǎn)生的生物力學(xué)需求，因此可能在涉及髖部的跑步損傷的臨床處理中有用。

髖外展肌強(qiáng)化方案可以控制動態(tài)性膝外翻，在跑步的直立階段，這些肌肉在理論上可以離心地控制髖內(nèi)收。髖關(guān)節(jié)外展肌和外旋肌的強(qiáng)化計劃可有效減少后腳外翻ROM和髖關(guān)節(jié)內(nèi)旋轉(zhuǎn)ROM[26]。針對髖關(guān)節(jié)肌群穩(wěn)定性、強(qiáng)化髖關(guān)節(jié)運(yùn)動可改善下肢的運(yùn)動生物力學(xué)。

[1]Lopes AD, Hespanhol LC, Yeung SS, etal. What are the Main Running-Related Musculoskeletal Injuries?[J].Sports Med,2012,42(10):891-905.

[2]Taunton JE, Ryan MB, Clement DB, etal. A retrospective case-control analysis of 2002 running injuries[J].British J Sports Med,2002,36(2):95-101.

[3]馬繼政.運(yùn)動性骨骼肌適應(yīng)是分子機(jī)制[J].首都體育學(xué)院學(xué)報,2009（2）:208-212.

[4]Neal BS, Barton CJ, Gallie R, etal. Runners with patellofemoral pain have altered biomechanics which targeted interventions can modify: A systematic review and meta-analysis[C]. Gait Posture,2016（45）:69-82.

[5]Ness ME, Long J, Marks R, et al. Foot and ankle kinematics in patients with posterior tibial tendon dysfunction[J].Gait Posture,2008,27(2):331-339.

[6]馬繼政,論運(yùn)動適應(yīng)應(yīng)特異性原則[J].吉林體育學(xué)院學(xué)報,2009（5）:74-75.

[7] Grau S, Maiwald C, Krauss I, et al. What are causes and treatment strategies for patellar-tendinopathy in female runners?[J].J Biomech,2008,41(9):2042-2046.

[8]Fredericson M,Wolf C,et al.Iliotibial Band Syndrome in Runners[J].Sports Med,2005，35(5):451-459.

[9]Renne JW. The iliotibial band friction syndrome. J Bone Joint Surg Am，1975（8）:1110.

[10]Kaplan EB. The iliotibial tract; clinical and morphological significance. J Bone Joint Surg Am，1958（4）:817.

[11]Powers CM, Ward SR, Fredericson M, etal. Patellofemoral kinematics during weight-bearing and non-weight-bearing knee extension in persons with lateral subluxation of the patella: a preliminary study. J Orthop Sports Phys Ther，2003（11）:677.

[12]Souza RB, Powers CM. Predictors of hip internal rotation during running: an eval?uation of hip strength and femoral structure in women with and without patellofe?moral pain. Am J Sports Med，2009（3）:579.

[13]Stecco A, Gilliar W, Hill R, etal. The anatomical and functional relation between gluteus maximus and fascia lata. J Bodyw Mov Ther，2013（4）:512.

[14]Vieira EL, Vieira EA, da Silva RT, et al. An anatomic study of the iliotibial tract.Arthroscopy，2007（3）:269.

[15]Lyons K, Perry J, Gronley JK, etal. Timing and relative intensity of hip extensor and abductor muscle action during level and stair ambulation. An EMG study.Phys Ther，1983（10）:1597.

[16]Novacheck TF. The biomechanics of running. Gait Posture，1998（1）:77-95.

[17]Noehren B, Davis I, Hamill J, etal.ASB clinical biomechanics award winner 2006 prospective study of the biomechanical factors associated with iliotibial band syndrome[J].Clin Biomech,2007,22(9):951-956.

[18]Brown AM, Zifchock RA, Hillstrom HJ, etal. The effects of fatigue on lower extremity kinematics,kinetics and joint coupling in symptomatic female runners with iliotibial band syndrome[J].Clin Biomech,2016（39）:84-90.

[19]Williams DSB, Zambardino JA, Banning VA, et al. Transverse-plane mechanics at the knee and tibia in runners with and without a history of Achilles tendonopathy[J].J Orthop Sports Phys Ther,2008,38(12):761-767.

[20]Loudon JK, Reiman MP, etal. Lower extremity kinematics in running athletes with and without a history of medial shin pain[J].Int J Sports Phys Ther,2012,7(4):356-364.

[21] Noehren B, Pohl MB, Sanchez Z, etal. Proximal and distal kinematics in female runners with patellofemoral pain[J].Clin Biomech 2012,27(4):366-371.

[22]Ryan M, Grau S, Krauss I, etal. Kinematic analysis of runners with Achilles midportion tendinopathy[J].Foot Ankle Int, 2009,30(12):1190-1195.

[23]Becker J, James S, Wayner R, etal. Biomechanical factors associated with Achilles tendinopathy and medial tibial stress syndrome in runners[J].Am J Sports Med,2017（45）:2614-2621.

[24]王增剛,王金之,馮茹,等.負(fù)重對行軍士兵下肢步態(tài)特征的影響[J].醫(yī)用生物力學(xué),2018,33(4):360-364.

[25]Lima YL, Ferreira VMLM, de Paula Lima PO,etal.The association of ankle dorsiflexion and dynamic knee valgus: A systematic review and meta-analysis[J].Phys Ther Sport,2018（29）:61-69.

[26]Snyder KR, Earl JE, O’Connor KM, etal. Resistance training is accompanied by increases in hip strength and changes in lower extremity biomechanics during running[J].Clin Biomech (Bristol, Avon),2009,24(1):26-34.

Lower Limb Biomechanical Factors Related to Running Injuries: a Review and Application Guidance

PENG Li, etal.

(Army Engineering University of PLA, Nanjing 211101, Jiangsu, China)

陸軍工程大學(xué)軍事基礎(chǔ)系教育教學(xué)立項(xiàng)課題（2020-12）。

彭麗（1988—），本科，助教，研究方向：軍事體育教學(xué)與訓(xùn)練。