等速向心/離心訓練對膝關節(jié)峰力矩和屈/伸肌峰力矩比影響的比較①

柳華，楊翼，黃曉琳

等速向心/離心訓練對膝關節(jié)峰力矩和屈/伸肌峰力矩比影響的比較①

柳華1,2，楊翼1，黃曉琳2

目的分別進行4周膝關節(jié)的等速向心(c)/離心(e)訓練后，比較屈膝肌(H)和伸膝肌(Q)在訓練前后向心/離心收縮峰力矩(Hc、He、Qc、Qe)及其比值的變化及性別差異，為膝關節(jié)肌肉康復訓練運動處方的制定提供參考。方法2014年5～6月本校無任何訓練基礎的28名大學生分為向心組(n=14)和離心組(n=14)，分別在BIODEX等速肌力評估訓練系統(tǒng)4上進行每周3次、共4周的右膝等速向心/離心訓練。測量向心30°/s、60°/s、90°/s和離心60°/s、90°/s、120°/s訓練前后峰力矩。結果向心組訓練后60°/s、90°/s的Hc、He增加(P＜0.05)，30°/s、60°/s、90°/s的Qc增加(P＜0.01)。離心組訓練前后無顯著性差異(P＞0.05)。向心組He/Qc在90°/s、Hc/Qc在30°/s均下降(P＜0.05)；離心組He/Qc和Hc/Qc變化不明顯(P＞0.05)。向心組Qc/Qe在60°/s和90°/s，Hc/He 在90°/s均提高(P＜0.05)；離心組變化不明顯(P＞0.05)。女性Hc、He、Qc、Qe、He/Qc與男性比較有顯著性差異(P＜0.05)。結論等速向心和離心訓練4周對伸屈膝肌向心和離心收縮力效應不同；單純的等速向心訓練使膝關節(jié)的穩(wěn)定性下降；Hc/He和Qc/Qe可作為評定肌肉平衡的指標；訓練需考慮性別差異。

等速向心訓練；等速離心訓練；峰力矩；屈伸肌峰力矩比；膝關節(jié)

[本文著錄格式]柳華，楊翼，黃曉琳.等速向心/離心訓練對膝關節(jié)峰力矩和屈/伸肌峰力矩比影響的比較[J].中國康復理論與實踐,2015,21(12):1402-1410.

CITEDAS:Liu H,Yang Y,Huang XL.Effectof isokinetic training concentrically and eccentrically on knee peak torque and hamstring/quadricep ratio[J].Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2015,21(12):1402-1410.

1　資料與方法

1.1一般資料

2014年5～6月選取武漢體育學院普通健康大學生28名，其中男性16名，女性12名；平均年齡(21.1± 0.9)歲；身高(170.1±10.9)cm，體質量(59.7±10.6)kg。無力量訓練基礎(6個月之內無任何力量訓練史)。

排除標準：①下肢的運動損傷和功能障礙；②呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)疾??；③服用任何藥物，包括營養(yǎng)劑和抗炎藥物[8]。所有被試取得知情同意。

將被試分為兩組：①等速向心力量訓練組(n= 14)，其中男性7名，女性7名；②等速離心力量訓練組(n=14)，其中男性9名，女性5名。

1.2方法

1.2.1訓練方法

在BIODEX等速肌力評估訓練系統(tǒng)4(美國BIODEX公司)上分別進行伸屈肌肉等速向心/向心和離心/離心訓練。訓練方法參考Roig等的訓練方法[8]。第2～5周為訓練周，每周3次，隔天1次，分別進行右膝關節(jié)訓練。測試前5m in適應儀器，等速向心力量訓練組進行30°/s×5、60°/s×5、90°/s×5、90°/s×5、60°/s× 5、30°/s×5組訓練；等速離心力量訓練組進行60°/s× 5、120°/s×5、180°/s×5、180°/s×5、120°/s×5、60°/ s×5組訓練。在訓練過程中囑被試用最大力量屈伸，每組間隔休息2m in[9]。

1.2.2測試方案

使用BIODEX等速肌力評估訓練系統(tǒng)4，對右膝關節(jié)進行屈伸肌相關測試。測定時被試取坐位，上身充分固定，體位為膝關節(jié)屈曲90°。離心測量時關節(jié)活動范圍在30°～90°之間。測試前5m in適應儀器。在第1、6周進行測試。等速向心力量訓練前后測量30°/ s×5、60°/s×5、90°/s×5；等速離心力量訓練前后測量60°/s×5、120°/s×5、180°/s×5。囑被試一定用盡可能大的力量完成，每組間隔休息2m in。

1.3統(tǒng)計學分析

2　結果

2.1峰力矩

向心訓練組在60°/s和90°/s角速度下，訓練后Hc、He均提高(P＜0.05)；在30°/s、60°/s和90°/s角速度下，Qc均顯著提高(P＜0.001)，Qe均無顯著性差異(P＞0.05)。見表1～表4。

離心訓練組不同角速度Hc、He、Qc、Qe訓練前后均無顯著性差異(P＞0.05)。見表5～表8。

向心訓練組訓練前后不同角速度間He均無顯著性差異(P＞0.05)；Hc除30°/s和60°/s之間訓練后無顯著性差異(P＞0.05)外，其余兩兩比較均有非常顯著性差異(P＜0.01)；Qe訓練前后各角速度之間均無顯著性差異(P＞0.05)，而Qc均有非常顯著性差異(P＜0.01)。見表1～表4。

表1　向心訓練前后不同角速度He比較(N·m)

離心訓練組He在訓練前后部分角速度之間有顯著性差異；而Hc在訓練前后各角速度間均有顯著性差異(P＜0.05)；Qe在訓練后60°/s和120°/s之間有非常顯著性差異(P＜0.01)，Qc在訓練前后各角速度間均有非常高度顯著性差異(P＜0.001)。見表5～表8。

表2　向心訓練前后不同角速度Hc比較(N·m)

表3　向心訓練前后不同角速度Qe比較(N·m)

表4　向心訓練前后不同角速度Qc比較(N·m)

表5　離心訓練前后不同角速度He比較(N·m)

表6　離心訓練前后不同角速度Hc比較(N·m)

表7　離心訓練前后不同角速度Qe比較(N·m)

表8　離心訓練前后不同角速度Qc比較(N·m)

60°/s下，除離心訓練前后Qe男女無顯著性差異外(P＞0.05)，其余指標男性數(shù)據(jù)均大于女性(P＜0.05)。見表9、表10。

2.2He/Qc與Hc/Qc

向心訓練后，He/Qc在90°/s下降(P＜0.05)，Hc/ Qc在30°/s下降(P＜0.05)；離心訓練后，He/Qc與Hc/ Qc無顯著性差異(P＞0.05)。見表11、表12。

He/Qc在向心訓練前30°/s和90°/s之間有顯著性差異(P＜0.05)，向心訓練后各角速度之間均有顯著性差異(P＜0.05)，而Hc/Qc在向心訓練前后各角速度之間無顯著性差異(P＞0.05)。見表11。

He/Qc在離心訓練前后角速度間均有顯著性差異(P＜0.01)。Hc/Qc在離心訓練前后多數(shù)角速度之間均無顯著性差異(P＞0.05)。見表12。

表9　不同性別向心訓練前后60°/s屈膝肌和伸膝肌峰力矩的比較(N·m)

表10　不同性別離心訓練60°/s膝關節(jié)伸肌和屈肌峰力矩的比較(N·m)

表11　向心訓練前后He/Qc和Hc/Qc比較

男性He/Qc向心/離心訓練后，在60°/s以上速度之間存在顯著性差異(P＜0.01)。女性He/Qc和Hc/Qc向心/離心訓練前后不同角速度間基本無顯著性差異(P＞0.05)；見表13～表16。

向心運動各角速度下，男女間He/Qc和Hc/Qc均無顯著性差異(P＜0.05)。離心訓練前后各角速度下，女性He/Qc多大于男性(P＜0.05)；Hc/Qc無顯著性差異(P＞0.05)。見表15、表16。

2.3Hc/He和Qc/Qe

Qc/Qe在60°/s、90°/s向心訓練后提高(P＜0.05)，在離心訓練前后無顯著性差異(P＞0.05)；Hc/He在90°/ s向心訓練后提高(P＜0.05)，離心訓練前后無顯著性差異(P＞0.05)。見表17、表18。

向心訓練前后，女性Qc/Qe與Hc/He不同角速度間無顯著性差異(P＞0.05)；男性Qc/Qe和Hc/He多數(shù)角速度間訓練后有顯著性差異(P＜0.05)。見表19、表20。

離心訓練前后，女性Qc/Qe與Hc/He不同角速度之間無顯著性差異(P＞0.05)，而男性有顯著性差異(P＜ 0.05)。見表21、表22。

表12　離心訓練前后He/Qc和Hc/Qc比較

表13　向心訓練前后不同角速度不同性別間He/Qc的比較

表14　向心訓練前后不同角速度不同性別間Hc/Qc的比較

表16　離心訓練前后不同角速度不同性別間Hc/Qc的比較

表17　向心訓練前后Hc/He和Qc/Qe比較

表18　離心訓練前后Hc/He和Qc/Qe比較

表19　向心訓練前后不同角速度不同性別間Qc/Qe的比較

表20　向心訓練前后不同角速度不同性別間Hc/He的比較

表21　離心訓練前后不同角速度不同性別間Qc/Qe的比較

表22　離心訓練前后不同角速度不同性別間Hc/Qc的比較

3　討論

3.1向心訓練可提高肌肉的向心和離心收縮力

本研究顯示，被試在離心訓練后，離心肌力沒有明顯提高。有文獻報道在等速離心訓練和向心訓練后，均可增加肌肉離心收縮力和向心收縮力，并且離心訓練增加離心收縮力較多，而向心訓練后增加向心收縮力較多[7,10]。本實驗在離心訓練后峰力矩沒有提高，原因可能是一開始離心訓練強度過大，被試肢體疼痛[11]，導致訓練效果不佳。

實驗顯示等速向心訓練后除伸膝肌的離心收縮力無顯著變化，屈膝肌向心收縮力和離心收縮力、伸膝肌的向心收縮力在各角速度上均有明顯提高。離心和向心訓練后肌肉適應機制不同[5,9]。首先，向心運動不會興奮離心運動的神經，離心運動不會興奮向心運動神經[12]；其次，4周內肌力的增加主要是運動單元的激活增多，4～8周肌力的增加主要是肌肉肥厚，而8～12周以后則可能是細胞內部結構的適應力改變或是肌束與腱膜相接觸面積增加[9]。因此，等速向心訓練4周對離心收縮力的提高應該是肌肉肥厚的結果。

實驗結果提示離心收縮力訓練后峰力矩是隨著角速度的增加而平緩增加，而向心收縮力則符合張力-速度曲線[13]，隨角速度的增加，峰力矩減小。這種特征可能與運動神經產生抑制，防止離心運動造成肌肉損傷有關[14-15]。

3.2單純向心訓練可促使膝關節(jié)穩(wěn)定性下降

He/Qc、Hc/Qc是傳統(tǒng)描述膝關節(jié)的肌力平衡和穩(wěn)定性的一對指標，用來評價肌肉疲勞和損傷[16-17]。主動肌的向心收縮過程中，會同時激活拮抗肌的離心收縮[18]。通常認為He/Qc比值越大，穩(wěn)定性越好。當比值為1時，離心的拮抗肌有足夠的力量對抗主動肌向心的力量[19]。實驗數(shù)據(jù)顯示He/Qc和Hc/Qc比值隨著角速度的增加上升，說明速度越快膝關節(jié)穩(wěn)定性越大。向心訓練后，He/Qc在90°/s下有顯著下降，Hc/ Qc在30°/s下降。離心訓練后，Hc/Qc有上升趨勢。提示膝關節(jié)單純的向心訓練使穩(wěn)定性下降，而離心訓練可維持膝關節(jié)穩(wěn)定性。

3.3Hc/He和Qc/Qe可為作為評價膝關節(jié)穩(wěn)定性的補充指標

有研究報道，同一肌肉的向心收縮力比離心收縮力越小，肌肉損傷越不易發(fā)生[20]。實驗數(shù)據(jù)顯示，隨著角速度的增加，Hc/He和Qc/Qe所有比值都呈下降趨勢，提示速度越快肌肉力量越平衡，但經過等速向心訓練后，特別是屈膝肌，不僅比值比訓練前明顯增高，隨著角速度的增加，下降的趨勢也變緩。提示等速向心訓練后屈膝肌平衡性下降，這一結果與He/Qc 和Hc/Qc比值評價膝關節(jié)穩(wěn)定性一致。因此，Hc/He 和Qc/Qe可為評價肌力平衡和穩(wěn)定性的補充指標。實際訓練為增加肌肉的平衡性時，建議應進行等速離心訓練。

3.4訓練前后各指標的性別特點

實驗提示女性的峰力矩明顯比男性小，但男女在訓練后力矩的上升幅度相似。說明峰力矩的提高沒有性別差異。另外，實驗發(fā)現(xiàn)He/Qc與Hc/Qc存在性別差異。有文獻報道He/Qc和Hc/Qc在30°/s無明顯性別差異，而在360°/s則顯示出差異[21]，但沒有測量30°/ s～360°/s的差異。本實驗測量出60°/s是一個重要的性別差異分界點。女性等速向心訓練前Qc/Qe在角速度間表現(xiàn)出差異，訓練后無差異，而對于男性Qc/Qe在訓練前角速度之間無差異，訓練后則有差別，提示在控制同一肌肉力量機制上具有性別差異，這種差異性可能與神經控制有關[22]。而傳統(tǒng)的He/Qc和Hc/Qc指標并不能顯示出這一特征。因此，這也是推薦Hc/He 和Qc/Qe為衡量膝關節(jié)肌力平衡和穩(wěn)定性補充項指標的另一個原因。

4　康復應用展望

等速訓練是一種有效提高肌肉力量的訓練方法。常用于膝關節(jié)手術、骨折等骨關節(jié)疾病后力量的恢復，并能提高患病膝關節(jié)的平衡性和本體感覺[23-25]。本實驗發(fā)現(xiàn)等速訓練4周可明顯提高肌力，不同訓練方式有不同的肌肉效應，單純等速向心訓練會導致平衡性下降。因此，提示在臨床康復中，治療師不能盲目進行等速向心訓練，應根據(jù)康復目標制定運動處方，依據(jù)訓練目的相應增加等速離心訓練。另外，女性膝關節(jié)的穩(wěn)定性差于男性，在預防膝關節(jié)損傷上應予以重視。最后，Hc/He和Qc/Qe比He/Qc和Hc/Qc這對傳統(tǒng)評定膝關節(jié)平衡性的指標，除能評定膝關節(jié)平衡外，還能顯示出肌肉控制的性別差異?？傊?，本實驗測量了膝關節(jié)等速向心和離心訓練后相關指標，分析了這些指標變化及性別差異特點，為膝關節(jié)屈伸肌力量康復訓練提供參考。

[1]Semm ler JG.Motor unit activity after eccentric exercise and muscle damage in humans[J].Acta Physiol(Oxf),2014,210 (4):754-767.

[2]Dartnall TJ,Nordstrom MA,Semm ler JG.Adaptations in biceps brachiimotor unit activity after repeated bouts of eccentric exercise in elbow flexormuscles[J].JNeurophysiol,2011, 105(3):1225-1235.

[3]Nardone A,Romano C,SchieppatiM.Selective recruitment of high-threshold human motor units during voluntary isotonic lengthening of active muscles[J].J Physiol,1989,409: 451-471.

[4]Semm ler JG,Tucker KJ,Allen TJ,et al.Eccentric exercise increases EMG amplitude and force fluctuations during submaximal contractions of elbow flexor muscles[J].JAppl Physiol (1985),2007,103(3):979-989.

[5]Enoka RM.Eccentric contractions require unique activation strategies by the nervous system[J].JAppl Physiol(1985), 1996,81(6):2339-2346.

[6]Grabiner MD,Owings TM.EMG differences between concentric and eccentricmaximum voluntary contractions are evident prior to movement onset[J].Exp Brain Res,2002,145(4): 505-511.

[7]Farthing JP,Chilibeck PD.The effect of eccentric training at different velocities on cross-education[J].Eur JAppl Physiol, 2003,89(6):570-577.

[8]Roig M,O'Brien K,Kirk G,etal.The effects of eccentric versus concentric resistance training onmuscle strength and mass in healthy adults:a systematic review with meta-analysis[J]. Br JSportsMed,2009,43(8):556-568.

[9]BaroniBM,RodriguesR,Franke RA,etal.Time courseof neuromuscular adaptations to knee extensor eccentric training[J]. Int JSportsMed,2013,34(10):904-911.

[10]Seger JY,Thorstensson A.Effects of eccentric versus concentric training on thighmuscle strength and EMG[J].Int JSports Med,2005,26(1):45-52.

[11]Udani JK,Singh BB,Singh VJ,et al.BounceBack capsules for reduction of DOMS after eccentric exercise:a randomized, double-blind,placebo-controlled,crossover pilot study[J].J IntSoc SportsNutr,2009,6:14.

[12]Higbie EJ,Cureton KJ,Warren GL,et al.Effects of concentric and eccentric training on muscle strength,cross-sectional area,and neural activation[J].JAppl Physiol(1985),1996,81 (5):2173-2181.

[13]Westing SH,Seger JY,Thorstensson A.Effects of electrical stimulation on eccentric and concentric torque-velocity relationships during knee extension in man[J].Acta Physiol Scand,1990,140(1):17-22.

[14]Clark DJ,Patten C.Eccentric versus concentric resistance training to enhance neuromuscular activation and walking speed following stroke[J].Neurorehabil Neural Repair,2013, 27(4):335-344.

[15]Carvalho A,Caserotti P,Carvalho C,et al.Effect of a short time concentric versus eccentric training program on electromyography activity and peak torque of quadriceps[J].JHum Kinet,2014,41:5-13.

[16]DelextratA,Gregory J,Cohen D.The use of the functional H: Q ratio to assess fatigue in soccer[J].Int JSports Med,2010, 31(3):192-197.

[17]Cheung RT,Smith AW,Wong del P.H:Q ratios and bilateral leg strength in college field and court sports players[J].JHum Kinet,2012,33:63-71.

[18]Osternig LR,Ham ill J,Lander JE,et al.Co-activation of sprinter and distance runnermuscles in isokinetic exercise[J]. Med SciSports Exerc,1986,18(4):431-435.

[19]Coombs R,Garbutt G.Developments in the use of the hamstring/quadriceps ratio for the assessment of muscle balance[J].JSports SciMed,2002,1(3):56-62.

[20]楊子明,趙雷,陳哲夫.同一肌肉離心/向心力量比值與肌肉損傷康復的效果[J].山西師大體育學院學報,2003(3):68-70.

[21]Hewett TE,Myer GD,Zazulak BT.Hamstrings to quadriceps peak torque ratios diverge between sexes with increasing isokinetic angular velocity[J].J Sci Med Sport,2008,11(5): 452-459.

[22]De Ste Croix M,Deighan M,Armstrong N.Functional eccentric-concentric ratio of knee extensorsand flexors in pre-pubertal children,teenagers and adultmales and females[J].Int J SportsMed,2007,28(9):768-772.

[23]陶莉,馮華,郭險峰,等.前交叉韌帶重建術后患者的等速肌力訓練和療效評定[J].中國康復醫(yī)學雜志,2008,23(11): 990-993.

[24]沈良冊,楊秋紅,吳玉玲,等.等速訓練在股骨骨折制動后膝關節(jié)僵硬康復中的應用[J].中國康復理論與實踐,2012,18(2): 162-164.

[25]王劍雄,周謀望,宮萍,等.膝骨關節(jié)炎患者膝屈伸肌群等速肌力及其與功能的相關性[J].中國康復理論與實踐,2014,20 (12):1105-1108.

Effect of Isokinetic Training Concentrically and Eccentrically on Knee Peak Torque and Ham string/Quadricep Ratio

LIU Hua1,2,YANG Yi1,HUANG Xiao-lin2
1.College of Health Science,Wuhan SportsUniversity,Wuhan,Hubei430079,China;2.Departmentof Rehabilitation Medicine,TongjiHospital,TongjiMedical College,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan,Hubei430030,China

Objective To analyze the data of concentric(c)and eccentric(e)peak torque of hamstring(H)and quadricep(Q)in differentgender and angle after 4-week concentric and eccentric isokinetic exercise training on knee,in order to provide suggestions for the knee extensorand flexor in rehabilitation exercise prescription.Methods28 healthy college students from May to June2014 in our college participated inmaximum concentric(n=14)or eccentric(n=14)resistance training of the right knee extensors and flexors 3 times perweek for 4 weeks.The concentric strength wasmeasured with BIODEX isokinetic dynamometer assessment system 4 at30°/s,60°/s,90°/s,and eccentric strength wasmeasured at 60°/s,120°/s,180°/s.PT,H/Q(He/Qc,Hc/Qc)ratio and H/H(He/Hc)or Q/Q(Qe/Qc)ratio were analyzed.Results Concentric isokinetic training could improve the Hc and He at 60°/s and 90°/s(P＜0.05),and the Qe and Qc increased at 30°/s,60°/s,90°/s respectively(P＜0.01).Therewasno significantimprovementaftereccentric training(P＞0.05).After concentric isokinetic training,the He/Qc ratio decreased at90°/s(P＜0.05),the Hc/Qc ratio decreased at30°/s(P＜0.05).However,therewas no difference in He/Qc and Hc/Qc after eccentric contraction(P＞0.05).The Qc/Qe ratio increased at 60°/s and 90°/s(P＜0.05),and the Hc/He ratio decreased at90°/s(P＜0.05)after concentric training.Therewasno difference in Hc/He and Qc/Qe after eccentric contraction(P＞0.05).There were significantdifferences in Hc,He,Qc,Qe and He/Qc ratio between differentgenders(P＜0.05).Conclusion Concentric training and eccentric training have different influenceson themuscle strength after 4 weeks training.Eccentric training only can reduce the knee stability. Hc/He ratio and Qc/Qe ratio can beused to evaluate the kneemuscle function.Gender should be considered into training.

concentric isokinetic training;eccentric isokinetic training;peak torque;hamstring/quadricep ratio;knee

10.3969/j.issn.1006-9771.2015.12.008

R684

A

1006-9771(2015)12-1402-09

湖北高等學校優(yōu)秀中青年科技創(chuàng)新團隊(No.T201523)。

1.武漢體育學院健康科學學院運動康復教研室，湖北武漢市430079；2.華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬同濟醫(yī)院康復醫(yī)學科，湖北武漢市430030。作者簡介：柳華(1981-)，女，湖北仙桃市人，博士，講師，主要研究方向：運動康復。

抗阻訓練常用于提高肌肉力量、預防損傷的康復訓練中。離心和向心訓練是抗阻訓練常用的訓練方式。這兩種訓練方式對肌肉有不同的運動單元激活方式[1-3]、神經適應性[4-6]和交叉效應[7]等。由于實驗訓練方案的不同，實驗結果不同。但是，訓練方式和肌肉效應的關系沒有統(tǒng)一的觀點[8]。

本文觀察了普通大學生膝關節(jié)在等速離心和向心訓練后股四頭肌(伸肌)和腘繩肌(屈肌)的離心和向心收縮力以及屈肌離心/伸肌向心峰力矩比(He/Qc)、屈肌向心/伸肌向心峰力矩比(Hc/Qc)、屈肌向心/屈肌離心峰力矩比(Hc/He)、伸肌向心/伸肌離心峰力矩比(Qc/Qe)等指標的變化，比較等速離心和向心訓練對膝關節(jié)的不同效應以及性別上的差異，為臨床膝關節(jié)肌肉康復訓練運動處方的制定提供參考。

2015-06-23

2015-09-14)