心理疲劳对男性大学生急停起跳中非接触性前交叉韧带损伤风险的影响：一项运动生物力学研究

　　本研究针对心理疲劳（MF）如何影响高风险运动中的非接触性前交叉韧带损伤（NC-ACLI）风险这一关键问题，通过严谨的体内实验设计，利用Stroop任务诱导MF，并结合三维运动捕捉、测力台和表面肌电（sEMG）技术，系统分析了36名健康男性大学生在急停起跳动作中的下肢生物力学变化。研究发现MF导致踝背屈和膝屈曲角度显著减小，而垂直地面反作用力（GRF）、膝伸展力矩和外展力矩显著增加，同时股直肌激活增强，胫骨前肌疲劳累积。这些改变共同加剧了NC-ACLI的风险，为制定针对性预防策略提供了重要理论依据。

　　

在足球、篮球和排球等高速变换方向的运动中，非接触性前交叉韧带（ACL）损伤是最常见且严重的膝关节损伤之一，过去20年间在青少年中的年发病率正以7.3%至10.4%的速度快速增长。这类损伤不仅严重影响运动员的竞技表现，还可能导致长期的膝关节退行性病变，约59-70%的患者会出现放射学上的膝骨关节炎迹象，部分患者甚至需要进行全膝关节置换。尽管ACL重建是一种治疗选择，但术后康复过程漫长且经济负担沉重，许多患者难以恢复到伤前的运动水平，并经常面临再损伤的高风险。

值得注意的是，约71.1%的ACL损伤属于非接触性损伤（NC-ACLI），主要发生在侧切、落地和急停起跳等动作中。以往的研究已经揭示，在急停起跳动作中，膝关节在初始制动到垂直地面反作用力（GRF）第一个峰值期间（50毫秒内）承受的轴向负荷过载是损伤的关键机制。具体来说，膝屈曲角度较小、较高的GRF、膝伸展力矩增大以及股四头肌和腘绳肌的力量失衡（股四头肌过度激活）都是导致轴向压力过大的直接风险因素。此外，膝内收和外展角度过大及相应力矩会降低ACL的损伤阈值，从而间接增加轴向负荷。而踝关节和髋关节屈曲角度受限则会削弱下肢吸收GRF的能力，进一步加剧轴向负荷。然而，这些生物力学特征的改变不仅受个体解剖因素和运动模式的影响，还受到心理和认知状态的调节。

近年来，心理疲劳（MF）作为一种由持续高强度认知活动诱发的心理生物学状态，受到越来越多关注。研究表明，MF在ACL损伤高风险活动中十分常见，可能通过分散注意力、降低决策效率和延迟反应时间来损害神经肌肉控制，从而导致下肢生物力学异常。尽管一些研究为MF通过改变下肢生物力学而增加NC-ACLI风险提供了间接理论支持，但多数研究聚焦于老年人、有脑震荡史或功能性踝关节不稳等特定人群，其生理特点和医疗史可能混淆生物力学测量结果，限制了研究结果在年轻健康运动员中的适用性。此外，不同研究在MF诱导方法、测量指标和数据分析技术上存在较大差异，缺乏系统性的前瞻性研究来阐明MF在高风险动作中对NC-ACLI相关生物力学的具体影响。

为了弥补这些不足，本研究招募了男性大学生作为研究对象，该群体具有中度至高度的运动参与水平和相对稳定的生理心理特征，通过标准化的纳入和排除标准最小化了混杂变量，增强了健康人群数据的代表性。研究旨在系统探讨MF对急停起跳动作中下肢运动的影响，并通过精确量化与NC-ACLI相关的生物力学参数来评估其潜在作用。研究人员假设，MF会导致急停起跳动作中下肢生物力学的显著改变，从而增加NC-ACLI风险。

本研究采用体内实验设计，通过45分钟的Stroop任务诱导MF，利用视觉模拟量表（VAS-MF）、红外运动捕捉系统、三维测力台和表面肌电（sEMG）技术，在36名参与者诱导MF前后收集了VAS-MF评分以及与NC-ACLI风险相关的下肢运动学、动力学和肌电活动数据。主要技术方法包括：使用Plug-in Lower Body Ai模型进行下肢测量和逆向动力学计算，sEMG信号采用频域（中位频率MDF和平均功率频率MPF）和时域（平均绝对值MAV和均方根RMS）参数分析，统计处理采用配对t检验和非参数检验。

MF诱导

MF诱导成功，诱导后参与者的VAS-MF评分较诱导前显著增加（z=-5.234, P<0.001, d=-3.568）。

运动学

在峰值垂直GRF时刻，MF诱导后踝背屈角度（t=2.715, P=0.010, d=0.453）和膝屈曲角度（t=2.904, P=0.006, d=0.484）显著减小，而膝外展角度（z=-0.628, P=0.530, d=-0.210）和髋屈曲角度（t=0.328, P=0.745, d=0.055）无显著变化。

动力学

MF诱导后，着陆时峰值垂直GRF（z=-2.011, P=0.044, d=-0.711）、膝伸展力矩（t=3.170, P=0.003, d=0.528）和膝外展力矩（z=-3.409, P<0.001, d=-1.381）均显著增加。

肌电活动

在急停起跳动作周期中，MF诱导后股直肌sEMG的频域参数（MDF: t=-3.797, P<0.001, d=-0.633; MPF: t=-2.057, P=0.047, d=0.343）和时域参数（MAV: t=-3.977, P<0.001, d=-0.663; RMS: t=-4.219, P<0.001, d=-0.703）均显著增加。胫骨前肌sEMG的频域参数显著降低（MDF: t=2.934, P=0.006, d=0.489; MPF: t=3.283, P=0.002, d=0.547），时域参数无显著变化。股二头肌和腓肠肌外侧头的sEMG参数均无显著改变。

研究结论表明，MF显著调节了男性大学生在急停起跳动作中的某些下肢生物力学特征，可能加剧NC-ACLI的风险。具体而言，膝屈曲角度减小和膝伸展力矩增大会增加胫骨相对于股骨的前向剪切力，而踝背屈角度减小和髋屈曲角度不变导致下肢更直的姿势，削弱了吸收冲击力的能力。峰值垂直GRF的增加进一步加重了ACL和关节软骨的负荷。股直肌激活增强而股二头肌激活未变，表明存在股四头肌主导现象，可能增加前向胫骨翻译和ACL应力。胫骨前肌的疲劳累积（MDF和MPF降低）可能损害踝关节控制和膝关节动态稳定性。膝外展力矩增加虽未直接导致损伤，但可能通过降低ACL损伤阈值和增强轴向压缩力而间接增加风险。

这些发现强调了MF作为NC-ACLI内在风险因素的重要性，为在心理疲劳条件下制定针对性干预策略以预防ACL损伤提供了关键依据。研究成果发表在《BMC Sports Science, Medicine and Rehabilitation》，对未来运动损伤预防和神经肌肉控制研究具有重要理论和实践意义。