跑步損傷有關的下肢生物力學因素：綜述和應用指南*

彭 麗 余 洲 張 智 蔣偉東

跑步損傷有關的下肢生物力學因素：綜述和應用指南*

彭 麗 余 洲 張 智 蔣偉東

（陸軍工程大學 軍事基礎系，江蘇 南京 211101）

分析一些最常見的跑步損傷的生物力學因素：前膝關節疼痛、髂脛束綜合征、跟腱病、脛骨內側應力綜合征/脛骨應力性骨折。沒有一致的證據將生物力學方面異常與即定損傷相關聯，只有患髕股關節疼痛的女性運動人群，在直立階段髖關節內收角峰值增加。評估和治療髖關節運動學，可以防止女性運動人群的膝部損傷。

跑步生物力學；髖關節內收；后腳外翻

當前，跑步已經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險因素[1]。但業余和競技運動員在這期間還是會發生過度使用下肢的風險。外在因素和內在因素的結合可能會導致下肢的過度使用。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例出現跑步相關損傷的患者進行了調查[2]。列出了10種最常見損傷的發生頻率和性別分布。將髕股關節痛（patellofemoral pain，PFP）和髕腱病（patellar tendinopathy，PT）歸類為膝關節前側痛，因為癥狀發生在膝關節的前部和中部。本文主要討論排在前四最常見的損傷。膝關節損傷和小腿損傷分為四種不同類型：前膝關節疼痛（PFP/PT）、髂脛束綜合征（iliotibial band syndrome，ITBS）、跟腱病（achilles tendinopathy，AT）和脛骨應力綜合征/脛骨應力性骨折（tibial stress syndrome/tibial stress fracture，TSS/TSF）。

1 下肢常見的損傷與生物力學因素

1.1 膝關節損傷：膝關節前痛和髂脛束綜合征

運動頻繁的人群，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，會導致膝蓋過度使用損傷。研究表明穩定臀部的肌群無力導致下肢力學異常改變，增加負荷力和受傷風險。患有ITBS的女短跑運動員在跑步直立階段，膝蓋內旋角峰值增加。研究表明PFP與髖關節內收峰增加，以及髖關節內旋角增加之間存在關聯[4]。

1.2 膝部以下損傷：脛骨應力綜合征/應力性骨折和跟腱病

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

2 下肢常見損傷研究結果

2.1 膝部受傷運動員的運動學變量

2.2.1膝蓋疼痛

目前，6項研究分析了患有前膝關節疼痛的運動人群，其中5項研究調查了患有PFP的跑步者，其中1項研究調查了患有PT的跑步者[7]。5項研究評定峰髖內收角。其中2項研究發現，與健康對照組的跑步者相比，患有PFP的女性跑步者的髖內收峰明顯更大。另外，在研究中，患有PT的女性跑步者表現出更大的髖內收峰的趨勢。相反，與對照組相比，PFP患者髖內收角峰值明顯減小。而PFP組與健康組的髖內收角峰值無顯著差異。4項研究評定了髖部內旋。僅有1篇認為PFP女性運動人群髖關節內旋峰值明顯增大，其他無明顯差異。分析后腳外翻和膝關節內旋的文獻沒有發現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膝關節疼痛的最常見原因，但需要進一步的流行病學研究，以更好地了解各種跑步者之間的差異。影響因素包括應變和應變率，額葉和橫切面的運動學偏差以及髖臼外側和后側肌肉組織的無力。病理生理學有2種模型，即感覺病和壓迫，以及撞擊和摩擦。 神經肌肉協調是一個令人關注的發展領域，涉及到影響因素和訓練方法。有關改變跑步力學的效果的練習是有爭議的，包括訓練量和跑步姿勢。[8]ITBS最常見于跑步2公里后的膝關節外側，或步行超過10公里。用膝蓋走路可以緩解癥狀[9]。

脛束帶一直受到進化生物學家和功能解剖學家的關注。Kapla將脛束描述為“獨立結構”，并提出了“支撐前外側韌帶”的描述[10]。韌帶被描述為牢固地附著在股骨線的外側邊緣和股外側上，并向格蒂結節遠端延伸。脛束帶，筋膜，股外側肌，股二頭肌和脛骨外側之間存在筋膜關系。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，該分析缺乏當前的技術和研究，無法通過髖部的肌肉功能證明其對股骨旋轉的等距和偏心控制。目前缺乏對扭矩產生和姿勢肌肉的理解，其中腰椎和臀部的等長穩定可能與膝蓋產生扭矩的肌肉動作有關。[11，12]髂脛束在股骨外上髁、臀大肌和筋膜的組織學和解剖研究表明，髂脛束在前外側近端具有機械感覺作用膝蓋髂脛束帶的機械感覺作用可能影響髖關節髂脛束帶韌帶與肌腱功能的股骨外上髁[13]。

髂脛束是一種動態的多維結構，其關系跨越腰椎到前外側膝關節，經進一步了解了髂脛束帶的解剖結構。[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一致，這些研究報告了臀大肌在額平面中與臀中肌協同作用。[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域具有筋膜的觀點，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。這些結構相互關系可能與理解髂脛束上的應變和治療策略有關。

當前，6篇文獻分析了髖關節內收角的峰值，5篇研究認為損傷人群和健康人群之間存在顯著差異。2項研究發現，女性跑步人群在直立階段的臀部內收角度明顯更大，其中1項研究涉及到患有ITBS人群，另1項研究后期出現這種損傷[17]。另一方面，有3項研究觀察到髖關節內收角較低,其中2項研究涉及到患有ITBS的女性跑步人群，另1項研究涉及到患有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這一結果，其中1項涉及到前期有ITBS病史的女性跑步人群，而不是當前損傷的跑步人群。1篇文獻分析了髖關節內旋角峰值的變化，但沒有顯著差異[18]。3項研究評定了膝關節內旋角峰值，其中2項研究發現患有ITBS的女子專業運動員的峰值角度明顯增大，而其他研究沒有明顯差異。關于ITBS患者踝關節和足部的影響，3篇文獻都未發現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動學變量

2.2.1跟腱炎

4篇文章中有3篇測量了后腳外翻角度，未發現損傷和健康人群之間存在顯著差異。只有1項研究測量了膝關節內旋轉[19]，結果顯示損傷的人群膝關節內旋轉角度峰值明顯低于健康對照組。尚沒有研究評定髖關節內、外旋角度值變化。

2.2.2脛骨應力綜合征/應力性骨折

2項研究測量了后腳外翻角度。1項研究發現與健康人群相比，損傷人群后足外翻峰值明顯更大，另一項研究未發現顯著差異。2項研究分析了髖關節內部旋轉角度峰值，其中1項發現損傷人群峰值角度增加[20]。1項研究分析了髖內收角的峰值，研究表明損傷人群的髖內收角明顯更大。1篇文獻分析膝關節內旋角度的變化，未發現顯著差異。

3 下肢常見損傷研究結果分析

3.1 膝前疼痛跑步人群的運動學變量

研究結果表明有中等程度上證據顯示PFP與髖內收峰增加有關。所分析的6項研究中的2項的存在不同結果，可能是性別差異的結果，因為這2項研究包括男性。與患有PFP的男性跑步人群相比，女性跑步人群髖關節內收峰值明顯增加，女性PFP占髖關節內收角運動學差異的大部分。

沒有確鑿的證據表明PFP與髖部內旋增加之間存在聯系，差異上的變化可能是由于方法學上的因素引起，如直立階段選擇的時間點，采用運動學模型，甚至是參與者的納入標準[21]。因此，這些研究結果并不真正支持PFP與髖內旋轉角度峰值增加之間存在相關性據。 沒有一項研究發現PFP與后腳外翻之間存在聯系，以及PFP與膝關節內旋的關系。

3.2 髂脛束綜合征跑步人群的運動學變量

關于髖內收角的峰值，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。與健康人群相比，即將出現ITBS的健康女性跑步者的髖內收角峰值更大。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節內收峰較少。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，可以減少髖內收角，緩解ITBS相關的疼痛。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，以減少髖內收，以及其他可能減少髂脛束張力的生物力學變化。患有ITBS的女性跑步人群會調整跑步步態，以減少臀部內收，這可能是疼痛的結果。

然而，還需要進一步的研究，2研究結果不同。有中等程度上的證據表明，ITBS與女性跑步人群膝關節內旋角增加有關。關于ITBS患者足背外翻的結果，這種生物力學因素與此類損傷的發生無關。

3.3 跟腱病跑步人群的運動學變量

關于后腳外翻的峰值，沒有一項研究發現損傷人群和健康人群之間存在顯著差異，這與公認的觀點相矛盾，即站立時后腳外翻可能會傷及跟腱纖維，增加損傷的風險[22]。但是，患有AT跑步人群后腳的外翻運動范圍增大，表明生物力學因素可能與損傷風險相關。

3.4 脛骨應力綜合征/應力性骨折患者的運動學變量

關于后足外翻峰值，一項研究發現損傷后足外翻峰值角度更大，另一項研究認為無顯著變化，損傷個體腳跟更偏外翻，外翻持續時間更長，與受傷風險相關的重要生物力學因素可能不僅是后腳外翻高峰角度，還包括外翻運動范圍，外翻持續時間，甚至是外翻后期的姿勢[23]。峰值髖關節內旋轉角度的差異以及分析峰值髖關節內收和膝關節內旋角度的研究數量很少[24]，這表明需要進行進一步的研究。

4 實際應用

鑒于上述的生物力學因素，應進行髖部力學評估預防膝蓋跑步損傷（PFP/PT和ITBS），尤其是女性。

4.1 生物力學損傷的篩查試驗

大部分運動學上的異常可以檢測，通常基于二維視頻分析系統，采用Souza’s方法，且易于使用。

還有一些實用的測試，可方便評估運動異常。應評估髖關節力學，以防止膝部損傷，尤其是女性。單腿下蹲試驗（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域的神經肌肉控制。SLS的表現反映了在步態和跑步等更復雜的任務中可能發生的情況。相對于良好的SLSs，較差的SLSs的特征髖關節內收峰過多。

對踝關節背屈活動度（dorsiflexion range of motion，DF-ROM）的臨床評估很重要，因為它與跟腱和髕腱損傷有關。當個體缺乏足夠的踝關節DF-ROM，足部過度的內旋，以補償，并因此增加脛骨的內旋，從而導致潛在損傷。薈萃分析顯示，與對照組相比，出現動態膝外翻的個體DF-ROM減少[25]。跳臺實驗發現踝關DF-ROM降低與髖內收增高有關，而與髖內旋無關。

可使用標準測角儀，數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 生物力學損傷的康復計劃

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

髖外展肌強化方案可以控制動態性膝外翻，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收。髖關節外展肌和外旋肌的強化計劃可有效減少后腳外翻ROM和髖關節內旋轉ROM[26]。針對髖關節肌群穩定性、強化髖關節運動可改善下肢的運動生物力學。

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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)

陸軍工程大學軍事基礎系教育教學立項課題（2020-12）。

彭麗（1988—），本科，助教，研究方向：軍事體育教學與訓練。