《Journal of Science and Medicine in Sport》：The influence of delivery method and impact location on soccer Heading kinetics in adolescent and adult females
编辑推荐：
本研究旨在探究不同传球方式（如长传）和头部撞击位置（如前额）如何影响女性青少年（U15）及大学生足球运动员头球时的生物力学特征（以头部加速度、功率指数PI、能量传递KET等度量）。研究人员通过一个赛季的追踪，使用定制护齿传感器采集了529次头球的运动学数据。结果表明，长传产生的冲击在所有指标上均显著高于其他传球方式，而前额撞击倾向于降低旋转功率比例PR（该比例量化了旋转运动相对于平动运动的占比）。研究还发现，与传统的峰值运动学指标相比，功率和能量指标（如PI、KET）显示出更大的分布偏度和峰度，可能对识别高强度冲击事件更为敏感。这些综合性的新指标为全面分析头部负荷、监测累积冲击暴露以及制定降低脑震荡风险的安全性协议提供了补充工具。
在全球范围内，足球无疑是最受欢迎的运动之一，拥有超过2.65亿参与者和惊人的增长速度。然而，这项运动也伴随着较高的脑震荡风险，尤其是在女性运动员中，高达24%的报告脑震荡与“头球”相关。尽管大多数头球不会直接导致脑震荡，但人们日益关注重复性头部冲击可能带来的短期和长期后果，例如与脑结构改变、视觉记忆损伤等相关联。为了应对这一风险，世界各地的足球组织，包括美国足协，已经对特定年龄段运动员的头球进行了限制。当前研究的核心在于更深入地理解头球时头部的运动学响应，为制定更精确的安全指南提供依据。传统的评估方法主要依赖于峰值线性加速度(PLA)和峰值旋转加速度(PRA)等峰值运动学指标，但它们存在局限：仅捕捉瞬时最大值，未考虑力的作用时间特性，且线性和旋转分量的单位不同，难以直观比较其相对贡献。本研究引入了一类基于力学原理的新指标——功率（如功率指数PI）和能量（如动能传递KET）指标，它们将头部质量、惯性属性以及时间动态纳入考量，并使用一致的物理单位来表达，有望更全面地描述头部冲击暴露的特征。这项题为“The influence of delivery method and impact location on soccer Heading kinetics in adolescent and adult females”的研究，正是为了探索这些新指标在不同头球场景下的表现及其分布特性，其成果发表在《Journal of Science and Medicine in Sport》上。
研究人员采用的关键技术方法主要包括：1. 前瞻性队列研究设计：在一个完整的比赛赛季中，对一支U15（15岁）女子足球队和一支美国大学体育协会(NCAA)第一级别女子足球队的共19名运动员（6名U15，13名大学生）进行了追踪研究。2. 头部冲击数据采集：所有运动员佩戴定制适配的口腔传感器（内含三轴加速度计和角速度传感器），该传感器与运动员上颌牙列紧密耦合，以高采样率（4681 Hz）记录头部运动学数据。3. 视频同步与事件验证：运动学数据与时间同步的视频一同记录。通过一个定制的MATLAB视频分析程序，将传感器触发的事件与对应的视频片段进行半自动配对，由研究团队成员进行视觉验证，以确定每次头球的传球方式（如长传、短传、下手抛球等）和撞击位置（如前额、头顶、侧面、面部）。
研究结果
- •
研究对象与数据概况：研究共分析了529次经视频验证的头球（U15队279次，大学生队250次），赛季中未发生临床诊断的脑震荡。所有头球的峰值线性加速度(PLA)、峰值旋转加速度(PRA)和峰值旋转速度(PRV)的中位数分别为12.1 g、0.95 krad/s2和5.8 rad/s。
- •
传球方式对冲击指标的影响：所有结局指标（包括峰值运动学、功率和能量指标）均与传球方式显著相关。与抛球和头对头传球相比，脚踢球（特别是长传）在所有指标上都显示出更大的量值。例如，长传（n=206）头球的平均PLA、PRA、PRV和功率比(PR)均显著高于其他所有传球类型。研究还发现，脚踢球和长传产生的功率比(PR)也更高，表明这些传球方式下，运动员经历的旋转功率相对于线性功率的比例更大。
- •
撞击位置对冲击指标的影响：虽然混合效应模型未发现前额、头顶和侧面撞击在各项指标上存在统计学显著差异（部分原因可能是样本量问题，如侧面撞击仅23次），但描述性数据显示出趋势。前额撞击（n=224）倾向于呈现更低的功率比(PR)，并且在累积分布函数(Cumulative Distribution Function)中，较低量值的运动学和PR占比较高，表明使用前额可能更有效地衰减旋转功率。值得注意的是，运动员在本研究中使用头顶（n=268）进行头球的次数多于使用前额（n=224）。
- •
指标分布特性的比较：通过计算偏度、峰度和变异系数(Coefficient of Variance, CV)来比较15种指标的分布特性。结果表明，功率和能量指标（如PI、KET）比峰值运动学指标（如PLA、PRA）表现出更大的右偏度、更高的峰度和变异系数。这意味着功率和能量指标对同一批头球数据中的高强度（高量值）事件具有更大的分布展宽和潜在的更高敏感性。例如，功率指数(PI)的核密度图显示出比峰值线性加速度(PLA)更尖锐的峰值和更厚重的尾部，其第50百分位和第95百分位之间的差距也更大。
研究结论与讨论
本研究首次在实地比赛场景中，系统地表征了女性青少年和成年足球运动员头球时，不同传球方式和撞击位置对一系列功率和能量传递指标的影响。核心结论证实了研究假设：长传产生的头部冲击在所有度量指标上均具有更高的量值，并且相较于线性加载，旋转加载的比例也更大。这提示，限制空中飞行距离较长的传球，可能是减少高强度冲击频率和脑震荡风险的可行策略。
虽然未发现撞击位置对各指标的显著统计学差异，但数据趋势表明，使用前额进行头球可能与更有效地衰减旋转功率（相对于线性功率）相关。考虑到本研究和既往文献均指出女性运动员可能更少使用前额，且更可能缺乏正规的头球技术训练，这一发现强调了针对女性运动员进行正确头球技术（强调前额接触）训练的重要性。
在方法论层面，本研究的一个重要贡献在于系统比较了不同类别指标的分布特性。功率指标与峰值运动学指标在统计检验中表现出强一致性，同时具有中等的分布展宽（更高的偏度、峰度），在测量的稳定性和对极端事件的敏感性之间取得了平衡。而能量指标（尤其是动能传递KET）则显示出最大的分布展宽。这意味着，峰值运动学指标因其分布稳定、方差较小，可能更适合用于一致的暴露监测；而功率和能量指标，特别是后者，可能更擅长识别和描述那些量值异常高的头球事件，这对于研究脑震荡风险阈值或累积暴露的“峰值”事件具有重要意义。
总之，这项研究不仅深化了我们对足球头球生物力学的理解，还提供了一套易于解释的、综合性的指标框架（功率和能量指标），作为传统峰值运动学分析的有力补充。这些指标将线性与旋转分量统一在一致的物理单位（瓦特、焦耳）下，便于直接比较，并且使用了“功率”、“能量”等体育运动中常见的术语，便于教练、运动员等非专业背景的利益相关者理解。未来研究需要将这一框架扩展到更大人群（包括男性运动员），并建立这些指标与急性/长期临床结局之间的关联，以最终确定它们在识别脑震荡风险因素和表征足球运动累积头部冲击暴露方面的实用价值。
