“軟硬兼施”的護(hù)身術(shù)

體育運(yùn)動(dòng)的魅力之一便是勇猛拼搏和激烈對(duì)抗。競技場上到處都有速度的飛翔，力量的擊打，身體的沖撞。如何確保運(yùn)動(dòng)員“血肉之軀”的安全，從來是體育比賽頭等重要的課題。瞧瞧冰球選手們“頂盔貫甲”、全副武裝的那身打扮，簡直不亞于太空中的宇航員。當(dāng)170克重的硬橡膠冰球以每小時(shí)160多公里的速度在場上往復(fù)彈射，平均體重80多公斤的對(duì)手在高速滑行中互相“合理沖撞”時(shí)，即使有這些頭盔、護(hù)胸、護(hù)肘、護(hù)腿、護(hù)襠的全方位保護(hù)，賽場上的人身事故仍時(shí)有發(fā)生。今日的體育運(yùn)動(dòng)如果離開了護(hù)具，許多項(xiàng)目將根本無法開展（圖1）。

（1）圖組:全副武裝的冰球運(yùn)動(dòng)員

運(yùn)動(dòng)員的第一個(gè)關(guān)照部位自然是腦袋。人的顱骨和脊液雖然對(duì)大腦有著良好的保護(hù)作用，但運(yùn)動(dòng)中猛烈的沖擊力很容易造成顱骨骨折、腦震蕩、腦挫傷、硬膜下出血等后果。2005年美國職業(yè)棒球聯(lián)賽中，波士頓紅襪隊(duì)著名投手馬特·克萊門特頭部中球當(dāng)場倒地，被抬出場外急救；2007年接替布萊爾擔(dān)任英國首相的戈登·布朗曾在高中時(shí)代一次橄欖球比賽中頭部嚴(yán)重受傷，導(dǎo)致視網(wǎng)膜脫落而幾乎完全失明;捷克足球國家隊(duì)“門神”彼得·切赫被對(duì)方前鋒踢中太陽穴引起顱骨斷裂險(xiǎn)些喪命。粗略統(tǒng)計(jì)，美國每年約160萬人次的頭部創(chuàng)傷和體育運(yùn)動(dòng)有關(guān)（圖2）。

（2）在眾多運(yùn)動(dòng)中對(duì)于頭部的保護(hù)是至關(guān)重要的

拳擊比賽中密集而沉重的打擊主要是對(duì)準(zhǔn)腦袋，2008年伊始，韓國“拳壇不倒翁”崔堯三成功衛(wèi)冕之后魂斷拳臺(tái)的消息令人唏噓。拳擊運(yùn)動(dòng)員頭部長期承受打擊還會(huì)帶來慢性腦損傷和顱壓及腦血流改變。有人認(rèn)為，拳王阿里的諸多神經(jīng)癥狀不能不歸咎于頭部多年來被“零敲碎打”的“積累效應(yīng)”(圖3)。

（3）拳擊運(yùn)動(dòng)中一記重拳足以使運(yùn)動(dòng)員顱骨損傷

我們所熟悉的臺(tái)球和“鋼珠碰球”這類彈性碰撞中，無論“正碰”或者“斜碰”，小球的動(dòng)能和速度都會(huì)發(fā)生傳遞和交換，但總動(dòng)量保持不變。對(duì)于運(yùn)動(dòng)員的頭部來說，器械和肢體的碰撞大都屬于非彈性的“斜碰”，不僅會(huì)帶來顱骨與腦的線性運(yùn)動(dòng)和繞頸部的切向運(yùn)動(dòng)，還會(huì)帶來頭部的結(jié)構(gòu)性改變。由于動(dòng)量等于質(zhì)量和速度的乘積，因此撞擊物的質(zhì)量越大、速度越大、“制動(dòng)”時(shí)間越短，沖擊力就越大。在球場上和自行車、滑冰等高速運(yùn)動(dòng)中，保護(hù)頭部的“硬”措施是佩戴頭盔，讓玻璃鋼和碳纖維外殼通過形變吸收部分動(dòng)能，同時(shí)，和頭部曲率半徑相近的海綿襯墊層與懸掛結(jié)構(gòu)將碰撞中“尖銳”的“點(diǎn)接觸”變成“平緩”的“面接觸”，從而減小壓強(qiáng)并延長碰撞作用時(shí)間，起到“攤薄”沖擊力的“緩沖作用”。

早期職業(yè)拳擊賽不戴手套，1853年美國拳壇雙雄沙利文和莫利西的瘋狂對(duì)決被法庭判為野蠻斗毆而鋃鐺入獄。奧運(yùn)拳擊賽和職業(yè)拳擊賽最大的不同在于確保了競賽的安全性，奧運(yùn)拳擊頭盔須用“軟”材料制成，以便同時(shí)保護(hù)對(duì)手的拳頭。奧運(yùn)拳擊的另一“軟”措施是使用大而厚的拳擊手套來“軟化”運(yùn)動(dòng)員的“鐵拳”。和職業(yè)拳擊小而薄的226克手套相比，奧運(yùn)拳擊284克的手套打中對(duì)方時(shí)接觸面積更大，拳套柔軟層被壓縮的距離更長，從而延緩了拳頭制動(dòng)的時(shí)間，使得運(yùn)動(dòng)員瞬間承受的沖擊力更小（圖4）。

（4）奧運(yùn)拳擊賽（右圖）和職業(yè)拳擊賽（左圖）裝束上的不同

看到拳擊選手和橄欖球運(yùn)動(dòng)員在休息時(shí)吐出嘴里的牙套，人們常常不明白這個(gè)小玩意為何物。驚人的數(shù)字顯示，美國每年在運(yùn)動(dòng)場上被打掉的牙齒約500萬顆。牙套的英文名字可直譯為“護(hù)嘴”，在各種沖擊性運(yùn)動(dòng)中使用牙套，可以大大減少“滿地找牙”的受傷者。人的牙齒本來十分堅(jiān)固并具有驚人的力量，雜技演員靠牙齒的咬合能將身體懸在空中。但這是靠著咬肌的整體力量，單個(gè)牙齒往往是不堪一擊的。彈性塑膠制成的牙套能使彼此孤立的牙齒“聯(lián)合起來”，特別在咬緊牙關(guān)后，牙齒的“磚塊”筑成了牙齒的“長城”。當(dāng)“眾志成城”的上下牙列共同承擔(dān)沖擊時(shí)，就不會(huì)被“各個(gè)擊破”了。牙套還能改變外力作用時(shí)嘴唇和牙齒的“硬接觸”，起到良好的緩沖作用，并減輕對(duì)頸椎的震蕩。如今市場上批量生產(chǎn)的成品牙套不能做到適合每個(gè)人的口型，有一種經(jīng)熱水燙過后變得可塑，在口中咬合并冷卻后能固定形狀的牙套效果更好，而理想的牙套應(yīng)該如安裝義齒一樣，請(qǐng)專業(yè)的牙醫(yī)取模定做，才能確保適當(dāng)?shù)暮穸群途o密的接觸。

綠茵場上激烈的拼搶最容易引起運(yùn)動(dòng)員腿部和腳部骨折，許多世界一流球隊(duì)都曾在重大比賽前“傷兵滿營”而實(shí)力大減。人體骨組織承受的力可分為壓縮、拉伸、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)等。在適當(dāng)負(fù)荷作用下，骨頭能產(chǎn)生彈性形變，應(yīng)力消除后恢復(fù)原狀。如果骨組織承受的負(fù)荷超過了彈性范圍而達(dá)到“屈服點(diǎn)”，帶來的形變在外力消除后便不能復(fù)原，這種因結(jié)構(gòu)被破壞而導(dǎo)致的“塑性形變”就是骨折了。骨骼的抗壓強(qiáng)度最好，抗拉次之，卻容易在彎曲張力和剪切力作用下受到損害。足球運(yùn)動(dòng)中的踢、蹬、鏟等動(dòng)作往往將極大的切向力作用在球員的腿上。因此護(hù)腿板已經(jīng)成為足球比賽最重要的“分段保護(hù)”措施。護(hù)腿板用輕質(zhì)而具有剛性的復(fù)合材料制成，如同給運(yùn)動(dòng)員的小腿平添了一層“甲殼”。受到?jīng)_擊時(shí)，護(hù)腿板不僅能擴(kuò)大脛骨受力面積而降低壓強(qiáng)，還能總體改變腿的受力角度，減小在骨骼內(nèi)產(chǎn)生的彎曲力矩和剪切效應(yīng)，防止骨折發(fā)生。

?人類從四肢行走到直立行走后帶來的一大弊端，便是因身體的“軟肋”和“軟腹部”暴露無遺而更容易受到攻擊。在許多對(duì)抗性激烈的競賽中，女運(yùn)動(dòng)員使用特制的護(hù)胸，男選手穿上合身的護(hù)襠，其作用不僅在于將沖擊力量分散減弱，還能使受力點(diǎn)向四周轉(zhuǎn)移，讓鄰近更加“抗打耐壓”的部位代替“嬌嫩脆弱”的部位來承受攻擊（圖5）。

(5) 護(hù)齒、護(hù)腿、護(hù)胸、護(hù)襠

舉重腰帶的保護(hù)功能則另有名堂。一項(xiàng)試驗(yàn)表明，當(dāng)沉重的杠鈴高舉過頭時(shí)，運(yùn)動(dòng)員的骨組織和椎間盤軟組織受到壓縮，身體可被壓矮3.59毫米，如果系上寬闊的腰帶，不僅能保護(hù)肌肉和軟組織免受傷害，還能憑借腹腔內(nèi)容物的支撐作用幫助脊椎骨承擔(dān)部分負(fù)荷，使身體被壓矮的程度減少到2.87毫米。

當(dāng)美國選手萊恩把棒球投到每小時(shí)164.1公里的紀(jì)錄時(shí)，我們便不難理解棒球“捕手”所帶的手套為何如此肥碩了（圖6）。這種手套的海綿內(nèi)襯比其他手套厚得多，其功能在于緩沖來球巨大的沖擊力。我們由此自然而然想到了運(yùn)動(dòng)場上的海綿包和海綿坑。

（6）帶著特制手套的棒球運(yùn)動(dòng)員

隨著人類的跳高成績節(jié)節(jié)攀升，便應(yīng)了一句古話“跳得越高摔得越重”。今日的撐桿跳世界紀(jì)錄為6.14米， “自由落體”從這一高度落地時(shí)，速度可達(dá)每秒10米，如果沒有緩沖手段，運(yùn)動(dòng)員等于經(jīng)歷一次“跳樓”。最初的跳高從草地上起跳并在草地上“著陸”，剪式、滾式跳高出現(xiàn)后開始使用和跳遠(yuǎn)相同的沙坑，后來的跳高沙坑不再是“坑”了，沙面也不再和地面平齊，而成了沙層增厚并高出地面20厘米～30厘米的“沙臺(tái)”，有時(shí)還在沙中添加鋸末以增加疏松程度。早期的海綿坑曾讓運(yùn)動(dòng)員在一大堆雜碎海綿中“陷于滅頂”，直到現(xiàn)代海綿包的出現(xiàn)，才帶來了跳高運(yùn)動(dòng)的真正安全并讓背越式跳高成為可能。使物體動(dòng)量改變的原因是沖量，它是力和作用時(shí)間的乘積。“跳樓”狀態(tài)下的身體落在硬地上，全部動(dòng)量在大約百分之一秒間變化為零，因此承受極大的沖擊力。厚厚的沙層延長了身體動(dòng)量改變的時(shí)間，所以減少了沖擊力。從運(yùn)動(dòng)員落到海綿包表面受到彈性阻力到海綿包被壓縮到最大距離，約經(jīng)歷1秒鐘，是硬地制動(dòng)時(shí)間的近百倍，因此承受的沖擊力也減小到近百分之一。加上身體陷在海綿包中的大面積接觸帶來壓強(qiáng)減小，海綿包高于地面約80厘米使重力的作用時(shí)間和作用距離減少，都確保了跳高運(yùn)動(dòng)員安全舒適的“軟著陸”。這和汽車發(fā)生碰撞事故時(shí)釋放氣囊的作用又殊途同歸了(圖7)。

(7) 早期跳高選手落在海綿坑上

射箭運(yùn)動(dòng)員在持弓的手臂上佩戴一塊護(hù)臂，這是為了防止高速運(yùn)動(dòng)的弓弦回彈時(shí)擦傷皮膚；皮革制成的護(hù)掌為體操運(yùn)動(dòng)員手上“長”了最結(jié)實(shí)的“老繭”，能防止在單杠大回環(huán)等動(dòng)作中磨出水泡和揭去手皮，并能夠有效提高握力；護(hù)膝、護(hù)腕、護(hù)指、護(hù)踝、護(hù)肩、護(hù)肘，它們有的能防止直接傷害，有的能讓肢體更有效工作，眾多的護(hù)具可以列出一副長長的清單。

體育的終極意義在于強(qiáng)健體魄和增進(jìn)健康，運(yùn)動(dòng)中人的安全越來越成為現(xiàn)代文明重要的價(jià)值取向。科技對(duì)體育的作用不僅在于提高成績，同時(shí)也用“軟硬兼?zhèn)洹钡氖侄斡幼o(hù)著運(yùn)動(dòng)員“出入平安”。反過來，賽場上的安全感是提高成績的根本保證。