综述：运动相关脑震荡撞击中的头部加速度幅值：系统综述与Meta分析

《Sports Medicine》：Head Acceleration Magnitude in Sport-Related Concussive Impacts: A Systematic Review and Meta-analysis

　　

摘要

背景：运动相关脑震荡（SRC）是运动员群体中常见且复杂的损伤。线性头部加速度（LHA）与旋转头部加速度（RHA）是被认为促成SRC的关键生物力学因素，二者分别通过不同机制发挥作用。评估不同运动项目、不同运动员人群及不同测量方法下的头部撞击幅值，对于推进SRC损伤预防与风险评估至关重要。

目的：研究人员旨在考察参与团队运动、涵盖所有年龄层及两性运动员中，与SRC撞击相关的线性与旋转头部加速度幅值。

方法：研究人员开展了遵循系统评价与Meta分析优先报告条目（PRISMA）指南的系统综述与Meta分析。研究人员检索了3个数据库（MEDLINE、Scopus、SPORTDiscus），检索截至2024年9月4日，并于2025年11月10日更新文献检索。纳入报告团队运动员SRC撞击期间峰值LHA和/或RHA的观察性研究与实验性研究。提取的数据包括研究特征、测量仪器及头部撞击幅值。采用美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）质量评估工具评估偏倚风险，并使用GRADE评定证据确定性。采用随机效应Meta分析比较SRC与非脑震荡撞击，并按运动类型、年龄组、性别、课次类型及仪器类型进行亚组分析，报告标准化均数差与均数差。组间差异采用Qb统计量评估，异质性采用I²统计量评价。同时进行了敏感性分析与发表偏倚分析。

结果：共纳入30篇文章，代表3262名运动员，其中女性占12%。运动相关脑震荡撞击产生的头部加速度幅值显著高于非脑震荡撞击，且LHA与RHA均表现出较大差异：LHA为69.6 g 对 25.3 g；标准化均数差 = 2.42；95%置信区间为1.73–3.12；RHA为4931 rad/s² 对 1966 rad/s²；标准化均数差 = 1.99；95%置信区间为1.17–2.81。对于SRC撞击，亚组分析显示，不同运动项目（p < 0.001）、年龄组（仅LHA，p = 0.01）、性别（仅LHA，p < 0.001）及仪器类型（LHA p < 0.001；RHA p = 0.02）之间存在显著差异。最高LHA值见于美式橄榄球（83.2 g），最高RHA值见于橄榄球（7627 rad/s²）。男性运动员记录到的LHA值（78.2 g）高于女性运动员（44.2 g），高中运动员（88.3 g）高于青少年（61.4 g）和成年运动员（72.2 g）。头盔安装式传感器记录到最高LHA（79.0 g），皮肤贴附式传感器记录到最高RHA（6938 rad/s²）。比赛与训练之间未发现显著差异。

结论：在团队运动中，SRC撞击与显著更高的LHA和RHA相关。头部加速度幅值所呈现的重叠现象及情境变异性，凸显了在SRC风险评估中采用个体特异性与情境特异性解释的重要性，并为改进头部撞击监测、损伤预防策略及运动员安全提供了基础。

临床试验注册：PROSPERO CRD42024584070。

1 Introduction

本文围绕运动相关脑震荡（SRC）的生物力学基础展开，指出SRC是由头、颈或身体受到直接打击后，冲击力传递至脑组织所致的创伤性脑损伤。撞击发生时，颅骨快速加速，而脑组织因惯性产生短暂滞后，由此形成脑内应变与压力梯度；当机械负荷超过阈值时，可能诱发损伤。文章进一步概述了SRC的临床复杂性，涉及头痛、头晕、意识混乱、处理速度减慢、易激惹及情绪改变等躯体、认知与心理症状，并强调部分运动员症状可持续4周以上。基于团队运动中SRC发生率较高，作者将线性头部加速度（LHA）与旋转头部加速度（RHA）视为无法直接体内测量脑内机械反应时的重要替代指标。其中，LHA更多反映瞬时颅内压力变化，RHA更多关联脑组织内部差异运动所致剪切力，二者常共同作用并影响SRC严重程度及临床结局。文章还指出，尽管现场传感技术的进步推动了真实运动情境下头部运动学参数的获取，但目前尚无公认的统一生物力学阈值能够稳定区分SRC与非脑震荡撞击，不同研究在传感器类型、颅骨耦合方式、数据处理算法、记录阈值以及脑震荡确认方法上的差异，也显著限制了证据整合。因此，本研究旨在系统考察不同团队运动、不同年龄及性别人群中SRC相关LHA与RHA幅值的分布特征，为情境化风险模型构建提供基础。

2 Methods

2.1 Guideline and Review Process

本研究预先注册于PROSPERO，注册号为CRD42024584070，并严格遵循系统评价与Meta分析优先报告条目（PRISMA）执行。文献纳入评估、数据提取、偏倚风险评估与证据确定性评价均由两位作者独立完成；如出现分歧，则通过讨论达成一致，必要时由其他作者参与裁决。该流程有助于降低选择偏倚和评估偏倚，提高综述过程的透明度与方法学严谨性。

2.2 Information Sources and Search Strategy

检索策略在有经验馆员指导下制定。研究人员于2024年9月4日在MEDLINE、Scopus和SPORTDiscus数据库中实施检索，并于2025年11月10日进行更新。检索式综合主题词与自由词，包括“Brain Concussion”“Biomechanical Phenomena”“Head Movements”以及concussion*、“head impact*”、acceleration*、linear、rotational等，并采用布尔逻辑运算符AND/OR进行组合。研究未设置语言和年份限制，同时追溯纳入文献及相关系统综述、范围综述和叙述性综述的参考文献，以尽可能全面识别研究。

2.3 Selection Process and Eligibility Criteria

所有检索结果均导入Covidence系统综述软件进行去重与筛选。纳入标准包括：全文、原创、同行评议的观察性研究或实验性研究；研究对象为任意年龄、任意竞技水平的男性和/或女性团队运动员；记录发生于比赛和/或训练场景中的、经正式诊断为SRC的撞击；并报告LHA和/或RHA结局指标。排除标准包括：非英文发表、仅摘要文献或综述文章，以及研究个体项目运动员、仅报告非脑震荡撞击或发生于非运动情境的撞击。本文将SRC撞击界定为由认证运动训练师、队医或其他合格医疗专业人员正式诊断为SRC的头部加速度事件；非脑震荡撞击则指所有未导致该诊断的记录事件。为避免重复数据，若同一数据集存在更新文章，则优先纳入较新研究，除非旧文献包含新文献未纳入的独立数据子集。

2.4 Data Collection Process

数据提取内容包括研究基本信息、受试者数量与特征、测量仪器详情、非脑震荡头部撞击的频率与幅值，以及SRC撞击的频率、特征与幅值。年龄分组依据研究报告的竞技或教育层级而非单纯年龄，以更好反映不同竞赛结构与头部撞击暴露差异。对缺失数据，研究人员通过电子邮件联系原作者补充。对于仅报告单次SRC撞击原始值的研究，研究人员依据原始撞击值计算均值与标准差；对中位数和范围或四分位数报告，则采用既有统计方法估算均值与标准差。若仅有单个SRC撞击，则基于多撞击研究的平均标准差进行插补。对于主Meta分析中仅给出亚组数据而无总体值的研究，研究人员将亚组合并后构建总体均值与合并标准差；而在亚组分析中则保留原始亚组值单独分析。

2.5 Risk of Bias Assessment

方法学质量采用美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）针对观察性队列、横断面与病例系列研究的质量评估工具进行评价。该工具包含14个条目，涉及研究问题清晰性、研究人群适切性、暴露与结局测量方法、统计分析质量以及混杂因素控制等方面。各条目被评为“是”“否”“无法判断”或“不适用”，并在综合考虑条目数量及其对内在效度、测量可靠性和偏倚控制重要性的基础上，对研究整体质量进行分级。作者采用经验阈值将研究划分为good、fair和poor三个等级，以保持评价一致性。

2.6 Effect Measures and Synthesis Methods

Meta分析与亚组分析采用Stata Version 18完成。主要Meta分析用于比较SRC与非脑震荡撞击之间头部加速度幅值差异；另行实施的分析则用于评估SRC撞击在不同运动类型、年龄组、性别、课次类型与仪器类型之间的差异。所有亚组均在研究开始前预先设定。LHA与RHA均采用随机效应限制性极大似然法进行分析，结果以标准化均数差（SMD）及95%置信区间表示，同时报告均数差（MD）以增强可解释性。异质性通过I²统计量评估，组间差异通过Qb统计量检验。此外，研究还进行了敏感性分析，依次排除总体质量较差研究、未经过视频确认的撞击、记录阈值低于10 g的研究，以及仅记录单一SRC撞击的研究，以检验结果稳健性。

2.7 Reporting Bias and Certainty Assessments

发表偏倚通过漏斗图目测与Egger检验进行评估。证据确定性采用GRADEprofiler Guideline Development Tool（GRADEpro）并依照GRADE手册进行评级。由于纳入研究大多为观察性设计，初始证据质量设定为“低”，之后依据偏倚风险、不精确性、不一致性、间接性和发表偏倚五个维度进行降级判断。

3 Results

3.1 Study Selection

数据库初检获得6696条记录，更新检索新增650条。经全文筛查347篇文献后，排除317篇，其中22篇因与更新发表的数据集重叠而被剔除。通过参考文献追溯额外识别16篇文章，但均未满足纳入标准。最终共纳入30篇研究。另有两篇文章存在缺失数据，研究人员已成功从通讯作者处获取补充信息并纳入分析。

3.2 Study Characteristics

纳入研究覆盖美式橄榄球、冰球、橄榄球、足球、澳式足球及多项目组合研究，其中美式橄榄球研究数量最多。年龄层面包括青少年、高中、大学及成人运动员，也有部分研究为高中与大学混合样本。样本量从4人至695人不等，中位数为53人，平均年龄范围约11.9至25.5岁。总体上男性占88%，女性仅占12%，显示女性样本明显不足。30项研究共记录2,363,613次头部撞击，报告465例SRC，其中344例可明确对应单次可识别撞击事件。多数研究同时记录训练与比赛撞击，仪器类型则包括头盔安装式传感器、仪器化护齿、皮肤贴附式传感器和头带式传感器。记录阈值分布于5–16 g之间，其中10 g最为常见。约53%的研究对SRC撞击进行了视频确认。绝大多数研究报告了SRC撞击的LHA，较少研究同时提供RHA及非脑震荡撞击数据。

3.3 Risk of Bias

偏倚风险评估显示，没有研究达到good质量等级；23篇为fair，7篇为poor。多数研究能够清晰陈述研究问题并界定研究对象，且在暴露与结局测量方面具有一定有效性与可靠性。然而，共同存在的不足包括：未进行样本量论证、极少采用盲法结局评估、随访率报告不足，以及几乎未对潜在混杂因素进行调整。这说明现有证据虽具有参考价值，但方法学质量整体仍有提升空间。

3.4 Synthesis of Results

3.4.1 SRC Versus Non-Concussive Head Acceleration

由于部分研究未报告非脑震荡撞击的LHA或RHA，最终比较SRC与非脑震荡撞击的Meta分析纳入15篇LHA研究和9篇RHA研究。结果显示，SRC撞击的合并峰值LHA为69.6 g，显著高于非脑震荡撞击的25.3 g，对应SMD = 2.42，95%置信区间为1.73–3.12，I² = 87%，证据质量为中等；平均而言，SRC撞击的LHA高出37.5 g。RHA方面，SRC撞击的合并峰值为4931 rad/s²，而非脑震荡撞击为1966 rad/s²，对应SMD = 1.99，95%置信区间为1.17–2.81，I² = 89%，平均差值为2544 rad/s²。这些结果说明，SRC在群体层面具有更高头部加速度暴露，但同时存在明显异质性。

3.4.2 Between-Group Differences in SRC Head Acceleration

在运动项目亚组中，LHA与RHA均存在显著组间差异。LHA最高见于美式橄榄球，为83.2 g；其后依次为长曲棍球、澳式足球、橄榄球、足球和冰球。RHA最高见于橄榄球，为7627 rad/s²；其后为长曲棍球、足球、美式橄榄球和冰球。年龄亚组分析显示，LHA存在显著年龄差异，其中高中运动员最高，为88.3 g，且显著高于青少年与成年组；而RHA未见显著年龄差异。性别亚组分析表明，男性运动员LHA显著高于女性，分别为78.2 g与44.2 g，而RHA在男女之间几乎相同，未见显著差异。课次类型方面，比赛中的LHA与RHA均高于训练，但差异未达到统计学显著性。仪器类型方面，LHA在头盔安装式传感器中最高，为79.0 g，头带式最低；RHA则在皮肤贴附式传感器中最高，为6938 rad/s²。这些结果提示，不同运动情境及测量方式均会影响SRC相关头部加速度的观测值。

3.5 Sensitivity Analyses

敏感性分析表明，无论排除低质量研究、未视频确认研究、低阈值研究，还是仅报告单次SRC撞击的研究，SRC与非脑震荡撞击之间的差异均保持稳定。LHA的合并SMD范围为1.94–2.73，RHA的合并SMD范围为2.00–2.10，均持续表现为较大效应量，支持主要结果的稳健性。

3.6 Reporting Biases

对LHA和RHA进行的漏斗图评估及Egger检验均未发现明显发表偏倚，提示结果未显示出显著的小样本效应或选择性发表倾向。

4 Discussion

4.1 SRC Versus Non-concussive Head Acceleration

讨论部分首先指出，SRC撞击在LHA与RHA方面均显著高于非脑震荡撞击，表明头部加速度在SRC生物力学研究中具有核心意义。平均而言，SRC撞击较非脑震荡撞击增加约140%的LHA和135%的RHA，显示两类事件在群体层面存在明显机械学差异。然而，作者也强调，加速度幅值本身并不能可靠地区分是否发生SRC，因为高幅值非脑震荡撞击和低幅值SRC撞击之间存在重叠。这一现象说明，头部加速度虽可用于刻画SRC的力学特征，但不能作为单独诊断指标，未来需纳入既往脑震荡史、比赛经验、场上位置等个体与情境因素，提升风险解释能力。

4.2 Sport- and Sensor-Related Variability in Head Acceleration

作者认为，不同运动项目与传感器类型之间存在的显著差异，反映了SRC头部加速度测量的高度情境依赖性。美式橄榄球较高的LHA以及橄榄球较高的RHA，可能与这些项目高频碰撞、高强度对抗和常见头部撞击机制有关。与此同时，项目间差异并非完全源于真实生物力学差别，还可能受到仪器学因素影响。例如，美式橄榄球广泛使用头盔安装式传感器，较松的头盔-颅骨耦合可能放大线性加速度估计；而无盔项目更多采用护齿式传感器，其与颅骨耦合更紧密，理论上可提供更接近真实头部质心运动的估计。再加上传感器放置位置、滤波算法及记录阈值差异，均可进一步扩大研究间不一致性。因此，作者主张未来研究应遵循CHAMP 2022报告指南，标准化设备特征、耦合方式、阈值设置及数据处理流程，以提升跨研究可比性。

4.3 Age-Related Variability in Head Acceleration

年龄差异分析提示，高中运动员在SRC事件中表现出最高的LHA，这可能与青春期发育阶段的独特性有关。青春期体重、身高与运动速度快速增长，而神经肌肉控制成熟相对滞后，可能形成短暂的动作不稳定与更高损伤易感性。与体型较小、比赛速度较慢的青少年相比，高中运动员可能承受更大绝对外力；而与颈部及神经肌肉系统更成熟的成人相比，其颈椎稳定能力又可能仍不足以应对比赛机械负荷，进而导致撞击中头部加速度增加。相较之下，RHA未呈现显著年龄差异。作者据此认为，高中阶段可能存在特异性脆弱窗口，应优先考虑颈部力量训练、神经肌肉热身、规范技术教学和安全教育等预防策略。

4.4 Sex-Related Variability in Head Acceleration

性别分析显示，男性运动员在SRC事件中的LHA显著高于女性，可能与男性主导项目中更大的体质量、更快的运动速度及更高的接触强度有关。然而，RHA在男女之间未见显著差异，可能意味着旋转加速度在两性中的表现更为接近，也可能反映当前数据对性别差异检测能力不足。作者特别指出，女性运动员在现有头部撞击研究中严重代表不足，而既有证据又提示女性可能具有更高SRC风险、更长恢复时间及更重症状，因此未来研究亟须增加女性样本，以支持更具针对性的风险模型和预防方案。

4.5 Session-Related Variability in Head Acceleration

在比赛与训练比较中，虽然比赛中的LHA和RHA均高于训练，但统计学上未达到显著水平。作者认为，这一趋势可能与比赛中更高强度、更高速度、更大身体对抗以及更强风险承担行为有关；而未达显著性的原因，可能在于训练相关SRC事件报告不足，以及部分研究为增大样本量而合并比赛与训练数据，降低了亚组分析精度。尽管如此，训练和比赛中均可发生SRC级别撞击，因此SRC监测、教育及预防措施不应局限于正式比赛场景。

4.6 Head Impact Mitigation and SRC Prevention

作者进一步讨论了头部加速度差异对减缓撞击和SRC预防策略评估的意义。鉴于头部加速度是SRC生物力学中的核心变量，任何能够降低高风险加速度事件频率或幅值的干预措施，均可能对SRC风险与严重度产生重要影响。文章提及，防护装备、规则调整以及运动训练策略均显示出降低SRC发生率的潜力。作者建议，在开展基于损伤结局的评估之前，可先以头部加速度变化作为早期中间指标检验干预效果。但要正确解释这些策略的成效，前提是充分理解不同运动环境、不同运动员群体及不同测量系统下的暴露差异，同时推进报告与测量标准化。

4.7 Strengths and Limitations

作者指出，本研究是首个系统综合多种运动项目、年龄组、性别、课次类型及传感器类型下SRC头部加速度幅值的系统综述与Meta分析，具有较强的新颖性和综合价值。通过纳入30项研究并进行多维亚组分析，本文揭示了SRC生物力学的显著变异性及其情境依赖特征。不过，研究亦存在若干限制：多数Meta分析存在中等至较高异质性；部分亚组数据有限且女性样本明显不足，影响估计精度与外推性；纳入研究无一达到good质量等级；长曲棍球项目在运动层面分析中合并了男女样本，可能引入装备差异相关偏倚；此外，既往脑震荡史、场上位置与运动经验等潜在重要变量未被纳入综合分析。

5 Conclusions

结论部分概括指出，本系统综述与Meta分析证实，在团队运动中，SRC撞击与显著更高的LHA和RHA相关，进一步支持头部加速度在SRC生物力学中的核心地位。但由于SRC与非脑震荡撞击之间存在明显重叠，仅依赖加速度不足以作为独立诊断依据。研究同时揭示，头部加速度在不同运动项目、年龄、性别及传感器类型之间存在清晰差异，因此SRC风险评估应从统一阈值思路转向更加个体化、情境化的模型构建。作者据此强调，未来研究需要推进传感技术和报告规范标准化，并优先扩大女性等代表不足群体的纳入，以提升SRC识别、监测、预防和长期运动员安全管理的科学基础。