高水平女子羽毛球運(yùn)動(dòng)員下肢力量特征研究

袁 鵬 ,周建偉

1 研究目的

盡管羽毛球運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)非身體接觸的項(xiàng)目，卻是一項(xiàng)對(duì)抗性極強(qiáng)、強(qiáng)度極高的激烈運(yùn)動(dòng)。因此，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員的體能處于極限狀態(tài)下，身體素質(zhì)及心理素質(zhì)稍有降低或技術(shù)動(dòng)作變形，均可導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)損傷發(fā)生。李擎（2009）等分析我國(guó)76名優(yōu)秀羽毛球運(yùn)動(dòng)員的損傷狀況發(fā)現(xiàn)，最易致傷的部位依次為下肢（40.24%）、腰部（31.64%）、上肢（13.68%）。Shariff（2009）分析馬來西亞469名羽毛球運(yùn)動(dòng)員損傷流行病學(xué)特征時(shí)發(fā)現(xiàn)下肢損傷占到63.1%。李鶴洲（2006）在調(diào)查長(zhǎng)期進(jìn)行羽毛球鍛煉的健身人群時(shí)發(fā)現(xiàn)，業(yè)余愛好者的運(yùn)動(dòng)損傷也基本呈現(xiàn)下肢發(fā)生率較高（40.5%）的特點(diǎn)。

李擎（2009）等分析我國(guó)優(yōu)秀羽毛球運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)損傷高發(fā)原因是由于專項(xiàng)步伐的多變性所致，下肢反復(fù)的爆發(fā)用力和持續(xù)的瞬間變向，這種劇烈負(fù)荷長(zhǎng)期刺激關(guān)節(jié)穩(wěn)定裝置而引起運(yùn)動(dòng)損傷。踝關(guān)節(jié)則因?yàn)榱α科秃腿犴g性較差等因素，在反復(fù)起動(dòng)和制動(dòng)的動(dòng)作過程中容易發(fā)生損傷。傅維杰（2007）從骨科生物力學(xué)角度分析了羽毛球運(yùn)動(dòng)員踝關(guān)節(jié)損傷的機(jī)理，認(rèn)為不正確的動(dòng)作技能和過度使用都能造成不同程度的損傷。Shariff（2009）分析馬來西亞羽毛球運(yùn)動(dòng)員損傷特征時(shí)發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)損傷發(fā)生在訓(xùn)練中，并認(rèn)為過度訓(xùn)練或勞損是羽毛球運(yùn)動(dòng)損傷的主要原因。Peers（2005）則認(rèn)為羽毛球運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)損傷發(fā)生率與髕韌帶承受過大的負(fù)荷有關(guān)，因在各種屈曲/旋轉(zhuǎn)角度下的離心—向心工作轉(zhuǎn)換過于頻繁和劇烈所致。Kimura（2010）調(diào)查研究羽毛球運(yùn)動(dòng)員前交叉韌帶（ACL）損傷機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)，非持拍側(cè)腿在反手區(qū)單腿落地容易發(fā)生ACL損傷，而持拍側(cè)腿容易在側(cè)向或后退移動(dòng)中發(fā)生ACL損傷。Kimura（2012）分析發(fā)現(xiàn)，羽毛球運(yùn)動(dòng)員退步揮拍后單腿落地的力學(xué)指標(biāo)在正手區(qū)和反手區(qū)是不同的，反手區(qū)內(nèi)的膝關(guān)節(jié)外翻角度和力矩最大，進(jìn)一步解釋了羽毛球ACL損傷專項(xiàng)負(fù)荷機(jī)制。

國(guó)內(nèi)外有關(guān)羽毛球損傷機(jī)制研究大多為調(diào)查統(tǒng)計(jì)和理論分析，至今未見到從肌肉功能角度分析專項(xiàng)運(yùn)動(dòng)的損傷機(jī)制。本研究采用動(dòng)力學(xué)分析方法，分析羽毛球運(yùn)動(dòng)員的下肢肌肉功能狀況，以期為羽毛球項(xiàng)目開展針對(duì)性的力量訓(xùn)練和損傷預(yù)防提供依據(jù)。

2 研究對(duì)象與方法

2.1 研究對(duì)象

江蘇省羽毛球隊(duì)女子運(yùn)動(dòng)員13人，平均身高173.3 cm，平均體重62.8 kg，平均訓(xùn)練年限6.9年。

2.2 研究方法

2.2.1 等速肌力測(cè)試

等速肌力測(cè)試法：運(yùn)用 ISOMED2000（German）測(cè)量髖、膝和踝關(guān)節(jié)拮抗肌群力量，測(cè)試運(yùn)動(dòng)員均熟練掌握測(cè)試程序和要求，測(cè)試前對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行常規(guī)校正。髖、膝關(guān)節(jié)測(cè)試速度選取60°/s和300°/s，踝關(guān)節(jié)測(cè)試速度選取60°/s和180°/s，固定方式和測(cè)試流程嚴(yán)格遵守操作手冊(cè)要求。分析指標(biāo)為相對(duì)峰力矩（Nm/kg，單位體重的肌肉力矩），拮抗肌群峰力矩的比值（%，拮抗肌群間的力量比例），雙側(cè)差異（%，對(duì)側(cè)環(huán)節(jié)的力量差異）。

2.2.2 足底壓力測(cè)試

運(yùn)用Foot-scan（比利時(shí)）平板式足底壓力測(cè)試系統(tǒng)，規(guī)格為2 m×0.5 m，采樣頻率250 Hz。測(cè)試靜態(tài)、行走、跑步、起跳、正反手跨弓步5種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的足底壓力，要求穿著比賽鞋、運(yùn)動(dòng)短褲，每種動(dòng)作重復(fù)3次，間歇1 s。靜態(tài)測(cè)試選取雙腳站立姿勢(shì)，單腳（雙手抱胸、5 s穩(wěn)定），矢狀軸運(yùn)動(dòng)選取正常步速2 m/s、慢跑、全力跑，垂直軸運(yùn)動(dòng)選取雙腳反向縱跳 CMJ（起跳、落地）、單腳 CMJ（起跳、落地）。

測(cè)試指標(biāo)選取大拇指（T1）、2～5 足趾（T-2～5）、第 1 跖骨頭（M1）、第 2 跖骨頭（M2）、第 3 跖骨頭（M3）、第 4 跖骨 頭 （M4）、 第 5 跖 骨 頭 （M5）、 中 足 （MF）、 足 跟 內(nèi) 側(cè)（HM）、足跟外側(cè)（HL）10個(gè)足底解剖區(qū)域進(jìn)行站立姿勢(shì)足底壓力分析（見圖1），矢狀軸和垂直軸運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)試指標(biāo)為壓力峰值/體重（N/Kg）。

圖1 足底壓力分析區(qū)域劃分Figure 1 Area Division for the Analysis of Plantar Pressure

2.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

描述性統(tǒng)計(jì)分析、獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，顯著性為 P＜0.05（*）。

3 結(jié)果與分析討論

3.1 等速肌力特征

3.1.1 髖部肌力特征

在羽毛球項(xiàng)目中基本步法指跨步、蹬步、并步、墊步、跳步等，需要下肢多個(gè)肌群共同參與完成。從技能分析來看，這些基本步法均需要下肢的蹬伸和緩沖動(dòng)作過程，而髖部肌群則是其中的主要?jiǎng)恿∪?，?、2為女子羽毛球運(yùn)動(dòng)員的髖關(guān)節(jié)周圍肌群肌力情況。表1中女子運(yùn)動(dòng)員在矢狀面的髖部屈伸肌群拮抗肌力量比例為0.50～0.57水平，且不存在隨運(yùn)動(dòng)速度變化而顯著波動(dòng)。羽毛球運(yùn)動(dòng)員的髖部屈伸肌群比例與女子田徑運(yùn)動(dòng)員比例接近，說明伸髖肌群在羽毛球運(yùn)動(dòng)中發(fā)揮著比較重要的作用，并且在不同運(yùn)動(dòng)速度狀態(tài)下的作用率是一致的。表1中女子運(yùn)動(dòng)員在額狀面內(nèi)的內(nèi)收外展肌群抗肌力量比例為0.37～0.83水平，且存在隨運(yùn)動(dòng)速度變化而顯著增大情況，差異具有顯著性（P＜0.05）。羽毛球運(yùn)動(dòng)員的髖部?jī)?nèi)收外展肌群主要幫助運(yùn)動(dòng)員完成側(cè)向的移動(dòng)步法，正手或反手位置的擊球動(dòng)作，這也是羽毛球項(xiàng)目特有的重要工作肌群。在常速或一般運(yùn)動(dòng)過程中，內(nèi)收肌群貢獻(xiàn)的作用相對(duì)較小，但隨運(yùn)動(dòng)速度的提高其作用逐漸增大，在側(cè)向運(yùn)動(dòng)或蹬伸運(yùn)動(dòng)中的回位作用也逐漸增加。表2中髖關(guān)節(jié)肌群力量雙側(cè)差異比較分析表明，羽毛球運(yùn)動(dòng)員雖然是典型的單側(cè)持拍運(yùn)動(dòng)，并且正反手運(yùn)動(dòng)多為持拍側(cè)下肢為主的下肢運(yùn)動(dòng)，但其雙側(cè)力量差異很小，并且較為均衡地控制在5%左右，僅伸肌在慢速運(yùn)動(dòng)時(shí)有顯著性的雙側(cè)差異，但速度增快時(shí)顯著性消失。這種結(jié)果說明，作為羽毛球步法主要運(yùn)用的髖部工作肌群而言，雙側(cè)力量均衡十分必要。

表1 女子羽毛球運(yùn)動(dòng)員髖關(guān)節(jié)肌群拮抗肌力比例Table ⅠAntagonist Strength Ratio of the Hip Muscles of the Female Badminton Players

表2 女子羽毛球運(yùn)動(dòng)員髖關(guān)節(jié)肌群雙側(cè)差異Table Ⅱ Bilateral Difference of the Hip Muscles of the Female Badminton Players

3.1.2 膝部肌力特征

表3、4為女子運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)周圍肌群的力量情況，反應(yīng)膝關(guān)節(jié)在屈伸方向和內(nèi)外旋方向的力量協(xié)調(diào)程度。表3中，屈伸肌群力量比例在慢速時(shí)為0.58～0.67，與女子田徑運(yùn)動(dòng)員水平一致，但在快速運(yùn)動(dòng)時(shí)顯著提高至1.03～1.12，差異具有顯著性（P＜0.05）。這種結(jié)果說明，隨運(yùn)動(dòng)速度的加快或比賽激烈程度的增加，羽毛球技術(shù)動(dòng)作要求屈膝的股后肌群貢獻(xiàn)程度不斷增加，以應(yīng)對(duì)快速支撐和回復(fù)動(dòng)作的要求。表3中，內(nèi)外旋肌群力量比例在慢速時(shí)0.58～0.62，在快速時(shí)為0.67～0.77，呈現(xiàn)隨運(yùn)動(dòng)速度加快而增大趨勢(shì)，但變化差異沒有顯著性。內(nèi)外旋肌力比例與臨床損傷預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)相比相對(duì)較低，表3中的這種變化趨勢(shì)表明，膝關(guān)節(jié)內(nèi)旋肌群在快速運(yùn)動(dòng)中的旋內(nèi)不穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高。表4中，膝關(guān)節(jié)周圍肌群的雙側(cè)差異情況不顯著，均在10%以內(nèi)的良好水平，并且部分肌群在5%以內(nèi)的優(yōu)秀水平。說明羽毛球運(yùn)動(dòng)員在側(cè)向方向運(yùn)動(dòng)中的力量差異影響因素較小，運(yùn)動(dòng)技術(shù)因素應(yīng)起到更加關(guān)鍵的作用。

表3 女子羽毛球運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)肌群拮抗肌力比例Table Ⅲ Antagonist Strength Ratio of the Knee Muscles of the Female Badminton Players

表4 女子羽毛球運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)肌群雙側(cè)差異Table Ⅳ Bilateral Difference of the Knee Muscles of the Female Badminton Players

3.1.3 踝部肌力特征

表5、6為女子運(yùn)動(dòng)員踝關(guān)節(jié)周圍肌群的力量情況，反應(yīng)踝關(guān)節(jié)在屈伸方向和內(nèi)外旋方向的力量協(xié)調(diào)程度。表5中，屈伸肌群力量比例在慢速時(shí)為0.76～0.86，顯著高于女子運(yùn)動(dòng)員水平，并且在快速運(yùn)動(dòng)時(shí)顯著提高至1.05，差異具有顯著性（P＜0.05）。這種結(jié)果說明，羽毛球技術(shù)動(dòng)作要求踝關(guān)節(jié)的發(fā)力調(diào)控更加重要，其中踝背屈肌群（如脛骨前肌等肌群）的作用更加重要，并且隨運(yùn)動(dòng)速度的加快或比賽激烈程度的增加而貢獻(xiàn)程度不斷增加，以應(yīng)對(duì)快速、精準(zhǔn)變換動(dòng)作的要求。表5中，內(nèi)外旋肌群力量比例在慢速時(shí) 0.50～0.52，在快速時(shí)為 0.71～0.91，呈現(xiàn)隨運(yùn)動(dòng)速度加快而增大趨勢(shì)，變化差異具有顯著性（P＜0.05）。內(nèi)外旋肌力比例與臨床損傷預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)相比相對(duì)較低，表5中的這種變化趨勢(shì)表明，踝關(guān)節(jié)內(nèi)旋肌群在快速運(yùn)動(dòng)中的旋內(nèi)不穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高。此外，內(nèi)外旋肌群拮抗比存在雙側(cè)差異，且差異具有顯著性（P＜0.05）。本研究中大多數(shù)選手為右側(cè)持拍運(yùn)動(dòng)員，即左側(cè)踝關(guān)節(jié)為起動(dòng)腳，這說明左側(cè)踝關(guān)節(jié)在動(dòng)作響應(yīng)速度和發(fā)力協(xié)調(diào)上具有用力優(yōu)勢(shì)。表6中，踝關(guān)節(jié)周圍肌群的雙側(cè)差異情況不顯著，均在5%以內(nèi)的優(yōu)秀水平。說明羽毛球運(yùn)動(dòng)員在側(cè)向方向運(yùn)動(dòng)中的力量差異影響因素較小，運(yùn)動(dòng)技術(shù)因素應(yīng)起到更加關(guān)鍵的作用。

表5 女子羽毛球運(yùn)動(dòng)員踝關(guān)節(jié)肌群拮抗肌力比例Table Ⅴ Antagonist Strength Ratio of the Ankle Muscles of the Female Badminton Players

表6 女子羽毛球運(yùn)動(dòng)員踝關(guān)節(jié)肌群雙側(cè)差異Table Ⅵ Bilateral Difference of the Ankle Muscles of the Female Badminton Players

3.2 足底壓力特征

3.2.1 自然行走足底壓力特征

在自然步速行走時(shí)，羽毛球運(yùn)動(dòng)員即反映出與普通人不同的地方。圖2中可以看出左腳壓力曲線較之右腳存在提前發(fā)力和較大用力蹬伸的情況，這說明自然行走過程左腳較右腳存在發(fā)力優(yōu)勢(shì)，即激活程度相對(duì)較高。這一結(jié)果結(jié)合前述下肢各主要關(guān)節(jié)的肌力分析情況，特別是踝關(guān)節(jié)拮抗肌群的雙側(cè)差異，表明左側(cè)下肢運(yùn)動(dòng)技能的自動(dòng)化反射過程較為敏感，且主要是左側(cè)踝關(guān)節(jié)的用力所致。

圖2 自然行走時(shí)足底壓力分布曲線Figure 2 Plantar Pressure Distribution Curve in Common Footwork

圖3為自然行走時(shí)足底壓力各區(qū)域足壓分布情況，通過對(duì)左右腳的足底壓力分布進(jìn)行分析，可以看出來左右腳壓力分布沒有顯著的差異。這一結(jié)果與踝關(guān)節(jié)周圍肌力分析結(jié)果是一致的，即雙側(cè)拮抗肌比例差異是用力方式差異所致，而非雙側(cè)肌力存在差異。

圖3 自然行走時(shí)足底壓力分布情況分析Figure 3 Analysis of the Plantar Pressure Distribution in Common Footwork

3.2.2 CMJ跳躍的足底壓力特征

根據(jù)前面的分析結(jié)果，羽毛球比賽中的全部運(yùn)動(dòng)方式中，有30%左右的技術(shù)動(dòng)作需要垂直方向的爆發(fā)用力。對(duì)于羽毛球運(yùn)動(dòng)員而言，對(duì)抗中起跳動(dòng)作基本上為CMJ式爆發(fā)力用力，因此本研究對(duì)羽毛球運(yùn)動(dòng)員的CMJ跳躍的足底壓力進(jìn)行分析，以期找出用力方式上的明顯特征。表7即為羽毛球運(yùn)動(dòng)員的CMJ跳躍時(shí)足底壓力分析結(jié)果，從中可以看出雙腳跳躍的騰空時(shí)間要顯著多于單腳起跳的騰空時(shí)間，差異具有顯著性（P＜0.05）。說明雙腳起跳在騰空效果上來看具有明顯的優(yōu)勢(shì)，這種雙側(cè)用力的效果是顯而易見的。表7中，峰力值比為落地緩沖時(shí)的峰力值與蹬伸起跳時(shí)的峰力值比率，用以反應(yīng)下肢離心工作與向心工作時(shí)的下肢肌負(fù)荷比例。表7中峰力值比結(jié)果均在1.5水平（1.35～1.65），說明運(yùn)動(dòng)中離心負(fù)荷是向心負(fù)荷的1.5倍水平。但在雙腳CMJ中，左腳的峰力值比則明顯比右腳的小，差異具有顯著性（P＜0.05），說明右側(cè)下肢的離心收縮能力顯著高于左側(cè)，即雙腳落地時(shí)右側(cè)持拍側(cè)腿承擔(dān)了主要的緩沖負(fù)荷。

表7 女子羽毛球運(yùn)動(dòng)員CMJ跳躍時(shí)足底壓力分析Table Ⅶ Analysis of the Plantar Pressure of the Female Badminton Players in CMJ

Kimura Yuka等在對(duì)羽毛球前交叉韌帶損傷的機(jī)制進(jìn)行了問卷調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，約一半的損傷都出現(xiàn)在頭頂扣殺球后的單腿落地，并且絕大部分的傷者都是握拍手的對(duì)側(cè)腿受傷。本研究中，雙腳CMJ跳躍落地時(shí)右側(cè)下肢負(fù)荷較大，提示要改善雙腳起跳后的落地技術(shù)。此外單腳CMJ測(cè)試中，左腳的峰力值比明顯高于右腳，差異具有顯著性（P＜0.05），說明單腿跳躍時(shí)左側(cè)下肢的離心負(fù)荷更大，對(duì)單腿落地時(shí)的技術(shù)動(dòng)作有更高要求，以降低損傷風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.3 專項(xiàng)移動(dòng)步法的足底壓力特征分析

本研究選取正手向前跨弓步、正手向后跨弓步、反手向前跨弓步和反手向后跨弓步4種動(dòng)作進(jìn)行分析，以區(qū)別在水平面內(nèi)4個(gè)方向上的移動(dòng)負(fù)荷方式，從而分析在這4個(gè)方向上的專項(xiàng)動(dòng)作足底壓力特征區(qū)別，見圖4～6。

圖4中，落地階段足底壓力強(qiáng)弱順序?yàn)椋悍词智肮剑痉词趾蠊剑菊趾蠊剑菊智肮?。結(jié)果表明，反手區(qū)域落地步法的受力較大，而正手區(qū)域落地步法的受力相對(duì)較小，這是由于反手區(qū)域軀干沿垂直軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)后發(fā)力，落地時(shí)由于旋轉(zhuǎn)帶來的慣性導(dǎo)致足底壓力相對(duì)較大。

圖4 4種專項(xiàng)步法的足底壓力曲線分析Figure 4 Plantar Pressure Curve Analysis of the 4 Specific Gaits

圖5中，4種步法的足底各區(qū)域沖量情況為：正前弓步足前部受力負(fù)荷較大，正后弓步受力較均勻，但第一趾骨受力較大，反前弓步足跟部負(fù)荷較大，反后弓步足跟部負(fù)荷較大。結(jié)果表明，正手區(qū)域步法足底受力更多是足前部部位，反手區(qū)域步法足底壓力受力更多是足跟部部位，這是由于正手區(qū)域做順時(shí)針旋轉(zhuǎn)而反手區(qū)域做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的原因，身體沿垂直軸旋轉(zhuǎn)所致的落地負(fù)荷直接影響足底的受力部位。

圖5 4種專項(xiàng)步法的足底各區(qū)域沖量分析Figure 5 Impulse Analysis of the Different Plantar Areas of the 4 Specific Gaits

圖6中，4種步法的足底各區(qū)域壓力最大值情況為：均集中在足內(nèi)側(cè)，提示影響下肢旋內(nèi)的肌群均能影響足內(nèi)側(cè)足底受力。影響下肢旋內(nèi)的肌群主要有髖關(guān)節(jié)的內(nèi)收肌群、膝關(guān)節(jié)的股內(nèi)收和半腱半膜肌、踝關(guān)節(jié)腓腸肌內(nèi)側(cè)和脛骨后肌等，這些肌群的肌力狀況，特別是快速運(yùn)動(dòng)時(shí)調(diào)整足內(nèi)側(cè)壓力的能力將直接影響下肢運(yùn)動(dòng)損傷的發(fā)生。

圖6 4種專項(xiàng)步法的足底各區(qū)域壓力最大值分析Figure 6 Maximum Pressure Analysis of the Different Plantar Areas of the 4 Specific Gaits

4 結(jié)論

4.1 女子羽毛球運(yùn)動(dòng)員下肢肌群力量雙側(cè)較為均衡，無明顯差異。

4.2 髖部?jī)?nèi)收肌群、屈膝肌群、膝部?jī)?nèi)旋肌群、踝內(nèi)旋肌群貢獻(xiàn)程度隨運(yùn)動(dòng)速度加快而提高，左側(cè)踝背屈肌群在動(dòng)作速度和發(fā)力協(xié)調(diào)上有優(yōu)勢(shì)。

4.3 女子羽毛球運(yùn)動(dòng)員在常速行走時(shí)左側(cè)下肢有用力優(yōu)勢(shì)，表明左側(cè)下肢運(yùn)動(dòng)技能的自動(dòng)化過程較為敏感。

4.4 雙腿CMJ落地時(shí)右側(cè)持拍側(cè)腿承擔(dān)了主要的緩沖離心負(fù)荷，單腳CMJ落地時(shí)左側(cè)峰力值比顯著高于右側(cè)，即單腿跳躍緩沖時(shí)左側(cè)下肢的離心負(fù)荷更大。

4.5 反手區(qū)域落地步法的足底受力高于正手區(qū)域，正手區(qū)域步法足底受力更多是足前部區(qū)域，反手區(qū)域步法足底受力更多是足跟部區(qū)域，限制下肢旋內(nèi)運(yùn)動(dòng)的肌群均能影響常見步法的足內(nèi)側(cè)足底受力。

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