Анализ методом конечных элементов распределения напряжений в связках и менисках колена при круговом (раундхаус) ударе в таэквондо

Почему популярный удар может быть тяжелым для колена

Круговой удар — один из самых эффектных и часто используемых приемов в таэквондо. Для зрителя он выглядит плавно и без усилий, но для колена спортсмена это может быть требовательная и повторяющаяся нагрузка. В этом исследовании с помощью компьютерного моделирования заглянули внутрь сустава, чтобы точно выяснить, какие части колена испытывают наибольшую нагрузку во время кругового удара, и почему это важно для предотвращения болезненных повреждений связок и хряща.

Взгляд внутрь колена спортсмена

Вместо того чтобы опираться только на статистику травм, исследователи совместили данные о реальном движении элитных спортсменов-мужчин по таэквондо с подробной трехмерной компьютерной моделью колена. Двенадцать высококлассных бойцов выполнили стандартизированные круговые удары, пока камеры отслеживали их движения, силовые платформы измеряли силу опоры, а активность мышц регистрировалась датчиками на коже. Эти измерения были поданы в мышечно-скелетную модель, которая оценила суммарные силы, проходящие через коленный сустав в четыре ключевых момента удара: отрыв, подъем колена, момент удара и приземление. Эти нагрузки затем применили к детализированной цифровой модели колена, созданной по медицинским снимкам, что позволило нанести карту концентраций механических напряжений в связках и амортизирующих менисках.

Опорная нога берет на себя основную работу

Одним из самых четких выводов стало то, что нога, остающаяся на земле, а не бьющая нога, несет основную механическую нагрузку. В бьющей ноге напряжения в основных стабилизирующих связках были невелики и сильно локализованы, а давление в менисках оставалось низким. Напротив, в опорном колене наблюдались значительно более высокие напряжения как в передней, так и в задней крестообразных связках, которые контролируют продольное скольжение между бедренной и большеберцовой костями. Эти пики особо проявлялись во время подготовки и момента удара, когда масса тела, вращение корпуса и быстрое разгибание ноги сочетаются, чтобы скрутить и сжать опорное колено. Этот рисунок соответствует более широкой картине: внутренняя деформация и скручивающие нагрузки — ключевые факторы нетактильных повреждений связок во многих игровых видах спорта.

Скрытые «горячие точки» в амортизаторах колена

Карты напряжений также показали, насколько неравномерно распределяется нагрузка внутри амортизирующих прокладок колена — медиального и латерального менисков. В опорной ноге оба мениска испытывали существенно большие напряжения, чем в атакующей, при этом наружный (латеральный) мениск выделялся как наиболее нагруженный. «Горячие точки» концентрировались вокруг периферийного обода и заднего рога — тех же областей, где в клинических и анатомических исследованиях чаще всего находят разрывы. Эти зоны важны для преобразования сжимающей нагрузки в кольцеобразное распределение, которое защищает суставные поверхности. В сочетании со скручивающими усилиями, как при круговом ударе, повторяющиеся высокие напряжения в этих участках могут объяснять, почему менисковые повреждения часто сопровождают повреждения связок в боевых видах спорта.

Как была построена модель и что она может — и не может — сказать

Для создания виртуального колена исследователи использовали КТ и МРТ одного спортсмена, близкого по размеру к среднему в группе. Кости, хрящи, мениски и основные связки реконструировали в виде трехмерных форм и разбили на мелкие элементы, которым присвоили свойства материалов и подвергли нагрузке в анализе методом конечных элементов. Модель допускала упрощенное, однородное поведение тканей и рассматривала только четыре «замороженных» момента движения, а не непрерывный удар, сосредоточившись на относительных закономерностях, а не на точных значениях напряжений в реальных условиях. Хотя такие допущения делают расчеты практичными и устойчивыми, они также означают, что результаты не следует воспринимать как точные пороги травмы, а скорее как карту того, где и когда колено испытывает наибольшие механические нагрузки во время удара.

Что это значит для тренировки и профилактики травм

Для спортсменов, тренеров и клиницистов ключевое сообщение таково: тихая нога на земле может быть под большим риском, чем нога, которая заметно наносит удар. Опорное колено неоднократно воспринимает высокие скручивающие и сжимающие нагрузки, с концентрацией напряжений возле точек прикрепления ключевых связок и в задних и наружных областях менисков. Это говорит о том, что работа над силой и техникой должна уделять особое внимание посадке стопы, вращению и разгибанию через опорную ногу, а программы восстановления и управления нагрузкой — учитывать накопительную нагрузку на этот сустав. Показывая, где круговой удар наиболее нагружает колено, исследование предоставляет биомеханическую карту для разработки более безопасных тренировочных режимов и целевых профилактических стратегий.

Цитирование: Jia, M., Li, D., Ma, Y. et al. Finite element analysis of stress distributions in knee ligaments and menisci during the Taekwondo Roundhouse Kick. Sci Rep 16, 13334 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43031-8

Ключевые слова: Таэквондо, травма колена, связки, мениск, спортивная биомеханика