原稿

你每走一步，脚底会承受大约 1.2 倍体重的垂直地面反作用力。你每跑一步，这个数字会跳到 2 到 3 倍[1,2]——如果你体重 70 公斤，那就意味着每一次落地，你的下肢都要在极短时间内承受相当于约 150 到 200 公斤重物重量的负荷。

一次 10 公里的跑步训练，每只脚要反复落地成千上万次，每一次都带着这样的冲击。日复一日。

但你的膝盖没有碎掉，你的脊柱没有被压垮，你的脚踝也没有在上班路上解体。绝大多数时候，你的身体把这些力悄无声息地接住了、分散了、传走了，你甚至完全没有意识到它们的存在。

这件事之所以能成立，不是因为人体有多么坚不可摧，而是因为你的身体有一套精密的力量传递系统。在这个系统里，每一种组织都有自己擅长承受的力的类型，每一个关节都在特定的方向上被允许活动，每一块肌肉都在特定的时刻被激活来吸收和转移冲击。

理解这套系统，是理解运动损伤的前提。因为所谓损伤，说到底就是一件事：力传到了不该由它承受的地方，或者超过了某个组织在那个时刻能承受的上限。

力从哪里来

最重要的有两类。

*第一类是地面反作用力（ground reaction force, GRF）。* 牛顿第三定律说，力的作用是相互的。你的脚蹬地面，地面会以同样大小的力推回你。走路时垂直方向的力大约是 1.2 倍体重，慢跑时 2 到 2.5 倍，快跑时可以接近 3 倍[1,2]。跳跃落地时更大，根据跳跃高度和落地方式的不同，可以达到数倍体重[3]。

这个力从脚底进入身体，沿着下肢一路往上走：脚踝→胫骨→膝关节→大腿骨→髋关节→骨盆→脊柱。它是下肢运动损伤最重要的外部力学来源之一。

*第二类是肌肉主动产生的力。* 肌肉收缩拉动肌腱，肌腱拉动骨骼，骨骼绕关节旋转——这就是你做出一切动作的基本原理。但很多人不知道的是，肌肉收缩产生的力不只作用在你想要运动的那个方向上。它同时也会在关节内部产生压缩、牵拉，甚至剪切力。比如深蹲站起来的时候，股四头肌猛烈收缩把你拉起来，但与此同时，髌骨被股四头肌腱紧紧压在股骨上，承受着相当大的压缩负荷。蹲得越深，这个压缩力越大[4]。

你以为只是在"发力站起来"，但你的髌骨感受到的是完全不同的事。

除了这两类，运动中还有外部碰撞、器械负荷、惯性力等其他力的来源。但地面反作用力和肌肉收缩力是绝大多数非接触性运动损伤背后的主角，所以本章重点围绕它们展开。

四种基本受力方式

力传到身体组织上，不是笼统的"受力"，而是有具体的方式。

*压缩（compression）*——两端向中间挤压。你站着的时候，体重通过脊柱向下传递，每一节椎体和椎间盘都在承受压缩力。跑步落地的瞬间，胫骨也在承受来自上方体重和下方地面反作用力的双向压缩。

*拉伸（tension）*——两端被拉开。跟腱在你跑步蹬地时承受的就是拉伸力：小腿肌肉收缩把跟腱向上拉，脚掌踩在地面上把另一端固定住，跟腱就被拉长了。

*剪切（shear）*——两个相邻表面朝相反方向滑动。想象你两只手各握住一根筷子的两端，一只手往前推，另一只手往后拉——筷子中间承受的就是剪切力。在膝关节里，急停或变向时大腿骨和胫骨之间就会产生前后方向的剪切力，而抵抗这个力的主要结构就是前交叉韧带（ACL）[5]。

*扭转（torsion）*——沿着长轴旋转。你站在原地转身，如果脚固定在地上而身体旋转，胫骨就在承受扭转力。滑雪摔倒时脚固定在雪板上而身体旋转，膝关节承受的扭转负荷可能非常大。

真实的运动损伤很少是单一一种受力方式造成的。以篮球等变向运动的视频分析研究为例，大多数非接触性 ACL 损伤发生在减速、变向或落地等场景中，通常涉及剪切、扭转和外翻力的组合[6]。椎间盘损伤也常见于压缩叠加弯曲和旋转的复合受力状态[7]。

所以，分析一个动作"为什么会伤"的时候，不要只想一种力。更有用的问题是：这个动作把哪几种力叠加在了同一个组织上？

谁在承受这些力

你的肌肉骨骼系统由几种性质完全不同的组织构成，各自擅长应对不同类型的力，也各有各的弱点。理解它们的分工，就能理解为什么不同的损伤有不同的脾气。

骨骼

骨骼是人体最硬的组织，首要任务是承受压缩力。脊柱的椎体、下肢的胫骨和股骨，每天都在重力和地面反作用力的双向压缩下工作，而且表现得很好——骨骼对压缩力的耐受能力远高于它对剪切和扭转力的耐受。经典的骨组织力学测试显示，骨骼在剪切方向上的极限强度明显低于压缩方向[8,9]。

骨骼不是一成不变的。它会根据所受的力来调整自己的密度和结构——经常受力的部位变得更致密、更强，长期不受力的部位变得疏松、变弱。这个规律被称为 Wolff 定律[10]。它解释了为什么规律运动有助于预防骨质疏松，也解释了为什么长期卧床或失重环境下骨量会快速下降。

但 Wolff 定律有一个很容易被忽略的前提：骨骼的适应需要时间。如果你突然大幅增加训练量——比如一个月内把跑量翻了一倍——骨骼来不及重建和加固，微观损伤就会不断累积，超过自我修复的速度。结果就是应力性骨折（stress fracture）。

很多跑者以为应力性骨折是因为骨头不够硬。真正的问题往往不在骨骼本身的强度，而在于训练量的增长速度超过了骨骼适应的速度。这个问题在第 2 章会详细展开。

关节软骨

关节软骨是覆盖在关节面上的一层光滑组织，厚度通常只有 2 到 4 毫米[11]，但它干的活远超它的体积：分散关节面上的压力，同时提供近乎无摩擦的运动表面。健康的关节软骨配合关节液，摩擦系数极低——远低于大多数人造材料的运动副[12]。

软骨靠什么来分散压力？主要是它的含水量——正常关节软骨含水高达 65% 到 80%[11,12]。当关节受压时，水分被从软骨基质中缓慢挤出，这个过程本身在吸收冲击能量；负荷去除后，水分再慢慢渗回来。

这里有一个很多人不了解的事实：软骨没有血管，也几乎没有神经。它的营养主要依赖关节液的交换与弥散——而这一过程恰恰需要关节的反复加压和卸压来促进[12]。换句话说，适度运动本身就是软骨获取营养的重要方式。

很多人以为"少用关节就是保护关节"，但长期完全不动并不等于保护；适度、规律的活动反而更有利于软骨维持代谢。当然，这里说的是适度——过度负荷同样会加速软骨退变。关键不在于"用不用"，而在于"怎么用、用多少"。

软骨还有一个更关键的弱点：一旦损伤，它几乎无法像骨骼或肌肉那样自行修复。这也是为什么关节软骨损伤一直是运动医学中最棘手的问题之一。

肌腱

肌腱连接肌肉和骨骼，核心功能就是传力——把肌肉收缩产生的力传递到骨骼上，从而驱动关节运动。

肌腱由高度有序排列的 I 型胶原纤维组成，这种结构使它极其擅长承受沿纤维方向的拉伸力[13]。跟腱在跑步过程中承受的拉伸负荷可以达到数倍体重[14]——远远超出大多数人的直觉。

肌腱还有一个容易被忽略的功能：弹性储能。跑步落地时跟腱被拉长，储存弹性势能；蹬地时这部分能量被释放出来，帮你弹起，减少肌肉需要做的功[15]。这种弹性储能机制可以显著节省代谢能量消耗，是影响跑步经济性的重要因素之一。

但肌腱有一个很现实的问题：它的血液供应相对有限，对负荷的结构性适应速度明显慢于肌肉[13,16]。肌肉在规律训练后可能较快增强，但肌腱的结构性改变需要更长时间。

真正的问题不在于你练得不够努力，而在于肌肉和肌腱的适应时间表不一样。你的肌肉可能已经觉得"这个重量没问题了"，但你的肌腱还在追赶。跟腱病、髌腱病、肩袖肌腱病，大部分都和这种错位有关。下次加量的时候，值得想一想：肌肉说可以了，但肌腱同意了吗？

韧带

韧带连接骨骼与骨骼，功能不是产生运动，而是限制过度运动。

韧带和肌腱在成分上有些相似，都以胶原纤维为主；但与肌腱相比，韧带的纤维排列通常没有那么高度平行，更适合在多个方向上分担拉伸负荷[17,18]。这和它需要限制关节在多个平面内过度活动的功能是匹配的。

以膝关节为例。ACL 负责防止胫骨相对于股骨向前滑动，同时限制膝关节的旋转[5]。内侧副韧带（MCL）负责限制膝关节的外翻。每一条韧带都有自己明确的"责任区"，对特定方向的力敏感。当某个方向上的力超出了对应韧带的承受范围，损伤就发生了——不是随机的，而是有非常明确的力学逻辑。

很多人觉得韧带损伤就是"运气不好"或者"动作太猛"。从力学上看，绝大多数韧带损伤都可以找到明确的受力方向和受力组合。理解了这一点，你在看到自己或别人受伤的场景时，就能开始问对的问题：当时是什么方向的力超过了什么结构的承受范围？

韧带还有一个常被忽视的角色：它包含大量的本体感觉感受器[19]。本体感觉是你不用看就能知道自己四肢在什么位置、关节弯了多少度的能力。韧带损伤后，受损的不仅是结构稳定性，本体感觉也可能受到影响。这可能是一些 ACL 术后运动员反映"膝盖结构上恢复了，但动起来总觉得不对劲"的原因之一。

肌肉和筋膜

前面四种组织有一个共同点：它们都是被动结构——力来了之后去承受和传递，但自己不会主动调整。

肌肉不一样。它是身体里唯一可以主动收缩、主动调节力量输出的组织。它不仅传力，还能吸收冲击。

跑步落地时，如果你的小腿、大腿、臀部肌肉在落地前就已经适度紧张（预激活，pre-activation），它们就能把地面冲击力的峰值降低、让力更平缓地传递到关节和骨骼[20]。如果肌肉疲劳了、反应慢了、激活时机偏了，同样的落地动作，骨骼和韧带承受的冲击可能会增加。

这也是为什么肌肉疲劳常被认为会增加某些运动场景下的损伤风险。疲劳可能改变动作控制和受力分配模式，使本应由肌肉吸收的一部分冲击更多地转移到韧带、软骨和骨骼等被动结构上[20,21]。不过，疲劳在多大程度上直接导致特定损伤，仍然没有统一结论。

但有一个判断可以先记住：不是落地有冲击就危险，而是冲击没有被正确分散才危险。肌肉就是那个负责分散冲击的主角。当它疲劳到无法正常工作时，你跑的每一步和之前一样，但你的关节承受的已经不是同一个负荷了。

筋膜（fascia）是包裹在肌肉、肌群和器官外面的结缔组织网络。过去很长时间被认为只是"包装材料"，但近年来的研究表明，筋膜在力的传递中扮演着比之前认为的重要得多的角色[22]。肌肉产生的力并不全部通过肌腱传递——一部分也可通过筋膜横向传递到相邻的肌肉和组织，形成所谓的"肌筋膜力传递"（myofascial force transmission）[22]。

这意味着身体的力量传递不是一条条独立的线路，而是一个彼此交织的网络。

运动链：力在全身怎么走

在真实的运动中，没有任何一个组织是孤立工作的。力从脚底进入身体后，沿着一连串的关节和组织向上传递，也可能从身体核心向肢体末端传递。这种全身参与的力量传递路径，在运动科学和康复领域常被称为运动链（kinetic chain）[23]。

跑步时右脚落地的那一瞬间，整条链路是这样工作的：

地面反作用力首先通过足弓进入脚掌。足弓在落地时会发生一定程度的旋前（pronation），这个过程本身在吸收冲击。力继续向上经过踝关节到胫骨，小腿肌肉的离心收缩帮助减缓冲击。到膝关节时，股四头肌的离心收缩控制弯曲速度，半月板分散股骨和胫骨之间的接触压力。再往上到髋关节，臀大肌和臀中肌稳定骨盆，防止单脚支撑阶段骨盆过度倾斜。力最终传到骨盆和脊柱，由核心肌群维持躯干稳定。

整个过程在极短时间内完成。

这条链路上如果有薄弱环节，后果往往不是出现在薄弱环节本身，而是出现在它的上游或下游。如果髋部肌群力量不足或控制不良，可能导致膝关节在运动中出现动态对线异常（如动态膝外翻），使膝关节承受额外的异常负荷——这是跑者膝痛的一个值得关注的力学因素[24]。投掷运动员的肩痛，也经常不只是肩关节局部的问题——当躯干旋转或髋关节灵活性受限时，肩关节可能需要更多代偿来完成投掷动作[25]。

膝盖在痛，但真正改变受力的可能是髋部。肩膀在痛，但真正受限的可能是躯干。只盯着疼的地方，往往不够。

下次训练时如果某个部位反复不舒服，不妨多想一步：问题真的出在它身上，还是这条链路上的其他环节把多余的力转嫁给了它？

一个完整的力学场景：深蹲时你的身体在发生什么

负重深蹲。你肩上扛着杠铃，站直。杠铃的重量通过脊柱向下传递，经过骨盆到双腿，再到双脚——整条力链上都在承受压缩力。

你开始下蹲，髋关节和膝关节同时弯曲。

椎间盘在承受杠铃带来的压缩力加上你上半身的体重。随着下蹲过程中脊柱姿态的变化，椎间盘不同区域的受力分布也会发生变化[7]。在力量训练的实践中，通常认为保持脊柱中立位有助于更稳定地分配脊柱负荷。

股四头肌做离心收缩来控制下蹲速度。这个过程中，髌骨被股四头肌腱和髌韧带夹在股骨的滑车上。蹲到最深处时，膝关节弯曲角度最大，髌股关节面的接触压力也达到峰值[4]。

膝关节内部，半月板在帮忙分散股骨和胫骨之间的压力。负重增加时，关节内部结构承受的力也在相应增加。

核心肌群（尤其是腹横肌和多裂肌）在持续收缩，维持腹内压，帮助为脊柱提供额外的稳定支撑[26]。当核心参与不足时，脊柱需要更多地依赖被动结构（椎间盘、韧带）来维持稳定。

你开始站起来，股四头肌和臀大肌转为向心收缩，蹬起的瞬间地面反作用力急剧增加，整条运动链上的负荷也跟着增加。

从脚底到肩膀，没有哪个结构是旁观者。你以为自己做的是腿部训练，但从力学上看，这其实是一次全身参与的力量传递事件。下次深蹲的时候，不妨留意一下：你的脊柱姿态在蹲到最低点时有没有明显变化，你的膝盖在起身瞬间有没有内扣的趋势——这些细节背后，都是力在重新分配。

本章要点

1. 运动中身体承受的力最重要的两类来源：地面反作用力和肌肉收缩产生的内部力。

2. 力作用在组织上有四种基本方式：压缩、拉伸、剪切、扭转。真实损伤往往是多种力的叠加——分析一个动作"为什么会伤"时，要想它把哪几种力叠加在了同一个组织上。

3. 五种承力组织各有分工也各有弱点：骨骼擅长压缩但对剪切和扭转更脆弱；软骨分散压力但几乎无法自我修复；肌腱传力并储能但适应速度比肌肉慢；韧带限制过度运动并提供本体感觉；肌肉是唯一能主动缓冲冲击的组织。

4. 运动链意味着力的传递是全身性的，远处的薄弱环节可以导致近处的症状。疼的地方和出问题的地方，经常不是同一个地方。

5. 不是肌肉强就够了，也不是落地有冲击就危险——整条传力链路顺不顺、冲击有没有被正确分散，可能比单块肌肉的绝对力量更重要。

参考文献

[1] Nilsson J, Thorstensson A. Ground reaction forces at different speeds of human walking and running. Acta Physiol Scand. 1989;136(2):217-227. doi:10.1111/j.1748-1716.1989.tb08655.x

[2] Keller TS, Weisberger AM, Ray JL, et al. Relationship between vertical ground reaction force and speed during walking, slow jogging, and running. Clin Biomech. 1996;11(5):253-259. doi:10.1016/0268-0033(95)00068-2

[3] Dufek JS, Bates BT. Biomechanical factors associated with injury during landing in jump sports. Sports Med. 1991;12(5):326-337. doi:10.2165/00007256-199112050-00005

[4] Escamilla RF. Knee biomechanics of the dynamic squat exercise. Med Sci Sports Exerc. 2001;33(1):127-141. doi:10.1097/00005768-200101000-00020

[5] Markolf KL, Burchfield DM, Shapiro MM, et al. Combined knee loading states that generate high anterior cruciate ligament forces. J Orthop Res. 1995;13(6):930-935. doi:10.1002/jor.1100130618

[6] Krosshaug T, Nakamae A, Boden BP, et al. Mechanisms of anterior cruciate ligament injury in basketball: video analysis of 39 cases. Am J Sports Med. 2007;35(3):359-367. doi:10.1177/0363546506293899

[7] Adams MA, Dolan P. Spine biomechanics. J Biomech. 2005;38(10):1972-1983. doi:10.1016/j.jbiomech.2005.03.028

[8] Reilly DT, Burstein AH. The elastic and ultimate properties of compact bone tissue. J Biomech. 1975;8(6):393-405. doi:10.1016/0021-9290(75)90075-5

[9] Nordin M, Frankel VH. Basic Biomechanics of the Musculoskeletal System. 5th ed. Philadelphia: Wolters Kluwer; 2022.

[10] Frost HM. Wolff's Law and bone's structural adaptations to mechanical usage: an overview for clinicians. Angle Orthod. 1994;64(3):175-188. doi:10.1043/0003-3219(1994)064<0175:WLABSA>2.0.CO;2

[11] Sophia Fox AJ, Bedi A, Rodeo SA. The basic science of articular cartilage: structure, composition, and function. Sports Health. 2009;1(6):461-468. doi:10.1177/1941738109350438

[12] Mow VC, Ratcliffe A, Poole AR. Cartilage and diarthrodial joints as paradigms for hierarchical materials and structures. Biomaterials. 1992;13(2):67-97. doi:10.1016/0142-9612(92)90001-5

[13] Kannus P. Structure of the tendon connective tissue. Scand J Med Sci Sports. 2000;10(6):312-320. doi:10.1034/j.1600-0838.2000.010006312.x

[14] Komi PV, Fukashiro S, Järvinen M. Biomechanical loading of Achilles tendon during normal locomotion. Clin Sports Med. 1992;11(3):521-531. doi:10.1016/S0278-5919(20)30506-8

[15] Alexander RM. Tendon elasticity and muscle function. Comp Biochem Physiol A Mol Integr Physiol. 2002;133(4):1001-1011. doi:10.1016/S1095-6433(02)00143-5

[16] Heinemeier KM, Kjaer M. In vivo investigation of tendon responses to mechanical loading. J Musculoskelet Neuronal Interact. 2011;11(2):115-123.

[17] Frank CB. Ligament structure, physiology and function. J Musculoskelet Neuronal Interact. 2004;4(2):199-201.

[18] Bray RC, Salo PT, Lo IK, et al. Normal ligament structure, physiology and function. Sports Med Arthrosc Rev. 2005;13(3):127-135. doi:10.1097/01.jsa.0000173231.38405.ad

[19] Johansson H, Sjölander P, Sojka P. A sensory role for the cruciate ligaments. Clin Orthop Relat Res. 1991;(268):161-178.

[20] Christina KA, White SC, Gilchrist LA. Effect of localized muscle fatigue on vertical ground reaction forces and ankle joint motion during running. Hum Mov Sci. 2001;20(3):257-276. doi:10.1016/S0167-9457(01)00048-3

[21] Nigg BM, Herzog W. Biomechanics of the Musculo-skeletal System. 3rd ed. Chichester: John Wiley & Sons; 2007.

[22] Huijing PA. Epimuscular myofascial force transmission: a historical review and implications for new research. J Biomech. 2009;42(1):9-21. doi:10.1016/j.jbiomech.2008.09.027

[23] Karandikar N, Vargas OO. Kinetic chains: a review of the concept and its clinical applications. PM R. 2011;3(8):739-745. doi:10.1016/j.pmrj.2011.02.021

[24] Powers CM. The influence of abnormal hip mechanics on knee injury: a biomechanical perspective. J Orthop Sports Phys Ther. 2010;40(2):42-51. doi:10.2519/jospt.2010.3337

[25] Ellenbecker TS, Aoki R. Step by step guide to understanding the kinetic chain concept in the overhead athlete. Curr Rev Musculoskelet Med. 2020;13(2):155-163. doi:10.1007/s12178-020-09615-1

[26] Cholewicki J, Juluru K, McGill SM. Intra-abdominal pressure mechanism for stabilizing the lumbar spine. J Biomech. 1999;32(1):13-17. doi:10.1016/S0021-9290(98)00129-8