短時(shí)疲勞狀態(tài)下橄欖球運(yùn)動(dòng)員側(cè)切動(dòng)作中下肢肌肉的表面肌電特征

劉興康，厲彥虎，傅 濤

短時(shí)疲勞狀態(tài)下橄欖球運(yùn)動(dòng)員側(cè)切動(dòng)作中下肢肌肉的表面肌電特征

劉興康1，厲彥虎2，傅 濤3

目的：探討短時(shí)疲勞對(duì)橄欖球運(yùn)動(dòng)員側(cè)切動(dòng)作時(shí)下肢肌肉表面肌電的影響；為短時(shí)疲勞狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)員下肢損傷增多提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。方法：選取中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的12名橄欖球運(yùn)動(dòng)員作為研究對(duì)象，利用Wave-plus肌電采集系統(tǒng)結(jié)合同步視頻，收集短時(shí)疲勞前、后優(yōu)勢(shì)側(cè)腿側(cè)切動(dòng)作中下肢肌肉積分肌電值（IEMG）和下肢肌肉間活化程度的直接比值等肌電數(shù)據(jù)，通過配對(duì) t 檢驗(yàn)分析疲勞后下肢肌電的特征。結(jié)果：1）短時(shí)疲勞后較短時(shí)疲勞前側(cè)切動(dòng)作中準(zhǔn)備（PR）階段的臀大?。℅MAX）、臀中肌（GMED）、股四頭肌內(nèi)側(cè)頭（VM）、股四頭肌外側(cè)頭（VL）（P≤0.05）的積分肌電值明顯降低；短時(shí)疲勞后較短時(shí)疲勞前側(cè)切動(dòng)作負(fù)重（LO）階段GMAX、GMED、VM和內(nèi)側(cè)腘繩?。∕H）（P≤0.05）的積分肌電值明顯降低；2）短時(shí)疲勞后較短時(shí)疲勞前側(cè)切動(dòng)作中PR階段下肢肌肉間活化程度比值沒有明顯的差異；LO階段VM與VL、VM與MH及腓腸肌外側(cè)頭（LG）與外側(cè)腘繩?。↙H）的肌肉間活化程度比值具有明顯的差異。研究結(jié)論：短時(shí)疲勞造成側(cè)切動(dòng)作PR階段GMAX、GMED、VM和VL的激活程度明顯降低，短時(shí)疲勞造成側(cè)切動(dòng)作LO階段GMAX、GMED、VM和MH的激活程度明顯降低；短時(shí)疲勞后側(cè)切動(dòng)作負(fù)重階段股四頭肌內(nèi)側(cè)頭與股四頭肌外側(cè)頭和股四頭肌內(nèi)側(cè)頭與內(nèi)側(cè)腘繩肌的肌肉間協(xié)同收縮能力發(fā)生改變。

短時(shí)疲勞；橄欖球；側(cè)切動(dòng)作；表面肌電

1 前言

橄欖球運(yùn)動(dòng)作為一項(xiàng)大強(qiáng)度、對(duì)抗激烈的同場競技項(xiàng)目，運(yùn)動(dòng)損傷不可避免，且損傷的發(fā)生率極高。尤其是橄欖球運(yùn)動(dòng)中的側(cè)切動(dòng)作導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)非接觸性前交叉韌帶損傷帶來了嚴(yán)重的后果，膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶的損傷大都是在側(cè)切動(dòng)作時(shí)下肢神經(jīng)肌肉控制出現(xiàn)異常，從而導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶斷裂及其他損傷。側(cè)切動(dòng)作是為了騙過防守運(yùn)動(dòng)員，進(jìn)攻球員先向一個(gè)方向跑動(dòng)，然后切向另一個(gè)方向移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)技巧，是很多運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員經(jīng)常使用的技術(shù)動(dòng)作［15］，橄欖球運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)員為了擺脫競爭對(duì)手的防守，經(jīng)常需要通過瞬間的改變跑動(dòng)方向來實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)目的，因此，側(cè)切是橄欖球運(yùn)動(dòng)員頻繁使用的一項(xiàng)重要基本技術(shù)，這樣的動(dòng)作極易導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)損傷。

側(cè)切動(dòng)作速度快，參與動(dòng)作的下肢肌肉較多，較多的肌肉參與維持膝關(guān)節(jié)在矢狀面、冠狀面及水平面的穩(wěn)定性。之前的研究表明，短時(shí)疲勞會(huì)影響側(cè)切動(dòng)作中下肢的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)［3］，并且下肢的肌肉在維持膝關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)平衡中具有重要作用［14］，因此，在短時(shí)疲勞狀態(tài)下側(cè)切動(dòng)作中下肢肌肉的表面肌電有可能也發(fā)生相應(yīng)的變化。雖然短時(shí)疲勞狀態(tài)下側(cè)切動(dòng)作中下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的研究比較多，但是，短時(shí)疲勞狀態(tài)下橄欖球運(yùn)動(dòng)員側(cè)切動(dòng)作中下肢肌肉表面肌電的研究較少，并且研究結(jié)果也存在著較大的差異。因此，本研究的目的在于探討短時(shí)疲勞對(duì)橄欖球運(yùn)動(dòng)員側(cè)切動(dòng)作時(shí)下肢肌肉表面肌電的影響；為短時(shí)疲勞狀態(tài)下，運(yùn)動(dòng)員下肢損傷增多提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

2 研究對(duì)象與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

實(shí)驗(yàn)選取中國農(nóng)業(yè)大學(xué)橄欖球隊(duì)的專業(yè)橄欖球運(yùn)動(dòng)員12名，要求年齡在18～28歲，專業(yè)訓(xùn)練年限在2年以上，最近3個(gè)月沒有較大的下肢損傷史以及沒有后背及下肢手術(shù)史。受試者的基本情況如下：運(yùn)動(dòng)員年齡20.92±1.79歲、身高178.00±6.23cm、體重76.08±5.49kg，且下肢優(yōu)勢(shì)側(cè)均為右側(cè)。向運(yùn)動(dòng)員演示側(cè)切動(dòng)作，運(yùn)動(dòng)員經(jīng)過一段時(shí)間的側(cè)切動(dòng)作練習(xí)，并簽訂知情同意書。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

在測(cè)試之前，所有受試者運(yùn)用跑步機(jī)（10 km/h的速度）進(jìn)行至少5 min的熱身，然后對(duì)要測(cè)試的肌肉適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行動(dòng)態(tài)牽拉。測(cè)試人員用剃須刀對(duì)受試者優(yōu)勢(shì)腿股四頭肌內(nèi)側(cè)頭（Vastus Medial，VM）、股四頭肌外側(cè)頭（Vastus Lateralis，VL）、內(nèi)側(cè)腘繩?。∕edial Hamstrings，MH）、外側(cè)腘繩?。↙ateral Hamstring，LH）、臀中?。℅luteus Medius，GMED）、臀大?。℅luteus Maximus，GMAX）、腓腸肌（Gastrocnemius）的肌腹處（沿著肌肉走向）進(jìn)行剃毛，除角質(zhì)，用75%的酒精棉球拭去皮膚表面的油脂，讓受試者保持中立位，沿著肌肉走行在肌腹處貼上Ag-Cl表面電極，電極直徑8 mm，兩電極之間的距離20 mm，為防止電極滑動(dòng)或脫落用醫(yī)用膠布固定，采集前測(cè)試電極間電阻（≤10kΩ）及均方根噪聲（≤10 μV）。告知受試者每個(gè)測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作，啟動(dòng)Wave-Plus程序，收集每塊肌肉的最大自主等長收縮（Maximal Voluntary Isometric contractions，MVICs）時(shí)的肌電信號(hào)。經(jīng)過3次次大強(qiáng)度的熱身后，收集每塊肌肉5 s最大等長收縮時(shí)的肌電信息，去除第1 s和最后1 s的數(shù)據(jù)，確保采集到平穩(wěn)階段的肌電數(shù)據(jù)。這3秒鐘的肌電積分值來衡量側(cè)切動(dòng)作中肌電變化情況，測(cè)試完成后保存數(shù)據(jù)。側(cè)切動(dòng)作中的肌電數(shù)據(jù)用最大等長收縮時(shí)的百分比（MVIC%）表示，每塊肌肉測(cè)試方法［7］見圖1。

圖1 肌肉MVIC測(cè)試方法Figure 1. Muscle MVIC Test Method

測(cè)得下肢肌肉的MVIC肌電信息后，適當(dāng)休息3 min，在距離測(cè)力臺(tái)3 m的位置盡可能快的、有力地優(yōu)勢(shì)側(cè)腿在測(cè)力臺(tái)上完成斜向前方60°的側(cè)切動(dòng)作，同時(shí)用Wave-plus肌電采集系統(tǒng)（1 000 Hz）結(jié)合視頻（25 Hz）同步采集疲勞前3次成功的側(cè)切動(dòng)作中下肢8塊肌肉的肌電信息。然后受試者進(jìn)行由一系列的體育鍛煉組成，每組包括4次連續(xù)的90%的最大彈跳高度連續(xù)縱跳，接著是按照每分鐘200下的節(jié)拍器進(jìn)行20 s的上下臺(tái)階（30 cm），隨后進(jìn)行10次膝關(guān)節(jié)90°的克服自身體重的蹲起，完成10次蹲起之后進(jìn)行5次10 m折返跑的功能靈敏性疲勞模型［2］的運(yùn)動(dòng)。直到受試者出現(xiàn)在連續(xù)2組的循環(huán)測(cè)試中，4次縱跳受試者跳的平均高度≤80%的最大縱跳高度；連續(xù)過3組的循環(huán)測(cè)試中，受試者心率（HR）達(dá)到一個(gè)平臺(tái)期，并且達(dá)到推測(cè)HRmax的90%；受試者經(jīng)過測(cè)試人員的語言鼓勵(lì)，無法再堅(jiān)持練習(xí)，RPE≥19的情況下停止，立即測(cè)試疲勞后3次成功的側(cè)切動(dòng)作中下肢8塊肌肉的肌電信息。

2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

根據(jù)受試者側(cè)切動(dòng)作時(shí)采集到的視頻與肌電信號(hào)同步進(jìn)行側(cè)切動(dòng)作階段的劃分，準(zhǔn)備（PR）階段是指腳尖接觸力臺(tái)的前3幀視頻的時(shí)刻直到腳尖接觸力臺(tái)的前1幀視頻時(shí)刻之間的時(shí)間段；負(fù)重（LO）階段是指前腳掌剛剛接觸力臺(tái)的時(shí)刻直到腳尖離開力臺(tái)的前1幀時(shí)刻之間的時(shí)間段。截取側(cè)切動(dòng)作PR及LO時(shí)下肢各個(gè)肌肉50 ms的肌電積分值。評(píng)估3次側(cè)切動(dòng)作中PR階段和LO階段股四頭肌內(nèi)、外側(cè)頭和腘繩肌內(nèi)、外側(cè)頭的活化程度的直接比值（Q：H）、股四頭肌內(nèi)側(cè)頭與股四頭肌外側(cè)頭的活化程度的直接比值，活化程度的直接比值為1意味著肌肉有等同的激活程度。肌肉活化程度的比值＝主動(dòng)肌積分肌電值/拮抗肌積分肌電值×100%。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用“均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±SD）”表示，疲勞前、后數(shù)據(jù)采用單因素方差分析，P≤0.05為顯著性差異。

3 研究結(jié)果

3.1 短時(shí)疲勞前、后側(cè)切動(dòng)作PR階段下肢肌肉IEMG值的變化特征

短時(shí)疲勞前、后PR階段臀大肌、臀中肌、和股四頭肌內(nèi)側(cè)頭、股四頭肌外側(cè)頭的積分肌電值明顯降低，然而，短時(shí)疲勞之后PR階段內(nèi)側(cè)腘繩肌、外側(cè)腘繩肌、腓腸肌內(nèi)側(cè)頭和腓腸肌外側(cè)頭的積分肌電值有所增加，但并沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表1）。

3.2 短時(shí)疲勞前、后側(cè)切動(dòng)作LO階段下肢肌肉IEMG值的變化特征

短時(shí)疲勞前、后側(cè)切動(dòng)作的LO階段較側(cè)切動(dòng)作PR階段下肢各肌肉的積分肌電值都明顯增大，肌肉在LO階段肌肉的活動(dòng)明顯增強(qiáng)。短時(shí)疲勞后較短時(shí)疲勞前側(cè)切動(dòng)作LO階段臀大肌、臀中肌、股四頭肌內(nèi)側(cè)頭和內(nèi)側(cè)腘繩肌的積分肌電值明顯降低；腓腸肌內(nèi)、外側(cè)頭雖然有所下降但并不明顯；股四頭肌外側(cè)頭和外側(cè)腘繩肌的積分肌電值反而有所增加（表2）。

表1 受試者短時(shí)疲勞前、后PR階段各肌肉標(biāo)準(zhǔn)化后的IEMG值%MVICTable 1 Normalized Muscle Activity Values（% Maximal Voluntary Isometric Contraction） for the PR Phase of Side-cutting During Short-time Pre-fatigue and Post-fatigue （±SD）

表1 受試者短時(shí)疲勞前、后PR階段各肌肉標(biāo)準(zhǔn)化后的IEMG值%MVICTable 1 Normalized Muscle Activity Values（% Maximal Voluntary Isometric Contraction） for the PR Phase of Side-cutting During Short-time Pre-fatigue and Post-fatigue （±SD）

注：*表示P≤0.05，**表示P≤0.01，下同。

短時(shí)疲勞之后（n=12）臀大肌 （GMAX）56.46±30.25*40.08±17.37*臀中肌 （GMED）55.44±23.70*44.24±19.07*股四頭肌內(nèi)側(cè)頭 （VM）37.91±12.99*31.30±12.97*股四頭肌外側(cè)頭 （VL）57.54±26.05*43.29±14.05*內(nèi)側(cè)腘繩肌 （MH）38.75±16.5739.04±18.08外側(cè)腘繩肌 （LH）32.15±12.2236.28±31.45腓腸肌內(nèi)側(cè)頭 （MG）27.90±8.8342.06±34.31腓腸肌外側(cè)頭 （LG）52.02±24.6157.70±27.79短時(shí)疲勞之前（n=12）

表2 受試者短時(shí)疲勞前、后LO階段各肌肉標(biāo)準(zhǔn)化后的IEMG值%MVICTable 2 Normalized Muscle Activity Values（% Maximal Voluntary Isometric Contraction） for the LO Phase of Side-cutting during Short-time Pre-fatigue and Post-fatigue （±SD）

表2 受試者短時(shí)疲勞前、后LO階段各肌肉標(biāo)準(zhǔn)化后的IEMG值%MVICTable 2 Normalized Muscle Activity Values（% Maximal Voluntary Isometric Contraction） for the LO Phase of Side-cutting during Short-time Pre-fatigue and Post-fatigue （±SD）

短時(shí)疲勞之后（n=12）臀大肌 （GMAX）109.65±44.07* 78.00±14.83*臀中肌 （GMED）129.34±37.26*103.55±31.93*股四頭肌內(nèi)側(cè)頭 （VM）101.51±58.21* 61.66±10.00*股四頭肌外側(cè)頭 （VL）131.99±58.04154.08±57.23內(nèi)側(cè)腘繩肌 （MH） 83.04±26.61* 74.19±20.75*外側(cè)腘繩肌 （LH） 54.91±21.70 57.66±16.36腓腸肌內(nèi)側(cè)頭 （MG） 98.11±92.93 72.42±22.21腓腸肌外側(cè)頭 （LG） 72.55±36.19 56.48±23.52短時(shí)疲勞之前（n=12）

3.3 短時(shí)疲勞前、后側(cè)切動(dòng)作PR階段和LO階段下肢肌肉間活化程度的直接比值的變化特征。

短時(shí)疲勞后較短時(shí)疲勞前側(cè)切動(dòng)作PR階段下肢肌肉間活化程度的直接比值并沒有明顯的差異。從表3可以看出，短時(shí)疲勞后較短時(shí)疲勞前側(cè)切動(dòng)作LO階段股四頭肌內(nèi)側(cè)頭（VM）與股四頭肌外側(cè)頭（VL）、股四頭肌內(nèi)側(cè)頭（VM）與內(nèi)側(cè)腘繩?。∕H）及腓腸肌外側(cè)頭（LG）與外側(cè)腘繩?。↙H）的活化程度的直接比值具有明顯的差異，表現(xiàn)為短時(shí)疲勞后股四頭肌內(nèi)側(cè)頭的收縮強(qiáng)度明顯減弱，但由于短時(shí)疲勞后外側(cè)腘繩肌的收縮強(qiáng)度并沒有明顯降低，導(dǎo)致短時(shí)疲勞前、后腓腸肌外側(cè)頭與外側(cè)腘繩肌的活化程度的直接比值有明顯的差異，意味著短時(shí)疲勞前、后側(cè)切動(dòng)作LO階段肌肉間協(xié)同收縮能力發(fā)生改變。

4 討論

側(cè)切動(dòng)作速度快、參與動(dòng)作的下肢肌肉較多，較多的肌肉參與維持膝關(guān)節(jié)在矢狀面、冠狀面及水平面的穩(wěn)定［16］。為了對(duì)抗動(dòng)態(tài)動(dòng)作中膝關(guān)節(jié)額外的負(fù)荷，存在兩種神經(jīng)肌肉激活模式，1）選擇性地激活能夠?qū)关?fù)荷的肌肉；2）不加選擇地共同激活能夠維持生物力學(xué)穩(wěn)定的肌肉。這兩種激活模式都能維持膝關(guān)節(jié)動(dòng)作過程中冠狀面的穩(wěn)定性［10］。因此，理解短時(shí)疲勞對(duì)側(cè)切動(dòng)作中下肢肌肉激活情況、肌肉間協(xié)同收縮情況的影響對(duì)預(yù)防由側(cè)切動(dòng)作引起的膝關(guān)節(jié)相關(guān)損傷至關(guān)重要。

表3 受試者短時(shí)疲勞前、后LO階段下肢肌肉活化程度的直接比值Table 3 Muscle Co-contraction Ratios for the LO Phase of Side-cutting after Short-time Pre-fatigue and Post-fatigue （±SD）

表3 受試者短時(shí)疲勞前、后LO階段下肢肌肉活化程度的直接比值Table 3 Muscle Co-contraction Ratios for the LO Phase of Side-cutting after Short-time Pre-fatigue and Post-fatigue （±SD）

短時(shí)疲勞之前 （n=12）短時(shí)疲勞之后 （n=12）VM：VL0.89±0.42*0.59±0.20*VM：MH1.24±0.68*0.85±0.19*VL：LH3.03±2.462.10±1.19 MG：MH1.23±1.241.05±0.55 LG：LH1.51±0.91*1.08±0.56*

側(cè)切動(dòng)作中下肢肌肉的積分肌電值反映了運(yùn)動(dòng)單位數(shù)量的多少和運(yùn)動(dòng)單位群放電的總量，通過IEMG值可以判定肌肉活動(dòng)總體的強(qiáng)弱。現(xiàn)有的研究表明［1］：平均功率頻率（MPF）和中值頻率（MF）都能較好地描述疲勞后的肌電的變化特征，本研究在判定疲勞的過程中使用RPE、運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)以及受試者心律特征來判定疲勞情況，在預(yù)實(shí)驗(yàn)過程中通過RPE、運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)判定的疲勞與MPE和MF的變化特征具有一致性。本研究主要是研究疲勞之后側(cè)切動(dòng)作中下肢各肌肉的總體做功情況以及肌肉間協(xié)同收縮情況，因此，選擇肌電信號(hào)的時(shí)域分析中的積分肌電值作為主要研究指標(biāo)。Kristev等人［9］的研究發(fā)現(xiàn)，持續(xù)的最大肌肉收縮至疲勞的過程中，可以觀察到相關(guān)肌肉積分肌電值的降低。但是，在次最大或中等強(qiáng)度至疲勞的情況下，保持恒定的外力輸出，積分肌電值的增加意味著運(yùn)動(dòng)單位增加或已激活的運(yùn)動(dòng)單位放電頻率加快均為神經(jīng)肌肉策略應(yīng)對(duì)疲勞的補(bǔ)償性改變［11］。短時(shí)疲勞導(dǎo)致側(cè)切動(dòng)作PR階段臀大肌、臀中肌、股四頭肌內(nèi)側(cè)頭積分肌電值的降低，兩者產(chǎn)生差異的原因可能在于導(dǎo)致疲勞的方式不同，在進(jìn)行最大強(qiáng)度收縮時(shí)，所募集的運(yùn)動(dòng)單位接近飽和，隨著運(yùn)動(dòng)持續(xù)運(yùn)動(dòng)單位逐漸疲勞，募集程度降低，而次大強(qiáng)度收縮時(shí)，隨著運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行都有可以募集的新的運(yùn)動(dòng)單位參與工作。但本研究與次最大強(qiáng)度疲勞導(dǎo)致肌肉積分肌電值增加的原因可能是因?yàn)殚蠙烨蜻\(yùn)動(dòng)員的側(cè)切動(dòng)作是強(qiáng)度較大的測(cè)試動(dòng)作（特別是在LO階段標(biāo)準(zhǔn)化后的下肢肌肉積分肌電值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于最大等長收縮時(shí)的值），并且采用無線肌電采集系統(tǒng)，進(jìn)行疲勞造模之后立即進(jìn)行疲勞之后的側(cè)切動(dòng)作，尤其是受試者是水平較好的橄欖球運(yùn)動(dòng)員，在疲勞之前做側(cè)切動(dòng)作過程中下肢肌肉的募集程度就比較高，短時(shí)疲勞后沒有更多的神經(jīng)單位動(dòng)員，導(dǎo)致疲勞后側(cè)切動(dòng)作中下肢肌肉的積分肌電值降低。內(nèi)側(cè)腘繩肌、外側(cè)腘繩肌、腓腸肌內(nèi)側(cè)頭和腓腸肌外側(cè)頭的積分肌電值增加可能是因?yàn)椴煌倪\(yùn)動(dòng)形式對(duì)不同肌肉的參與需求不同以及所完成動(dòng)作對(duì)協(xié)同肌和拮抗肌的要求不同導(dǎo)致的［6］。臀肌，可以控制落地動(dòng)作中下肢的位置，吸收緩沖力，并作為著地過程中髖關(guān)節(jié)強(qiáng)大的伸肌、外旋和外展肌，疲勞之后側(cè)切動(dòng)作PR階段臀大肌和臀中肌激活程度明顯減低，會(huì)導(dǎo)致髖關(guān)節(jié)內(nèi)旋角度增加，髖關(guān)節(jié)內(nèi)旋角度增加會(huì)導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)外翻、外旋角度增加。相比于短時(shí)疲勞之前，短時(shí)疲勞之后側(cè)切動(dòng)作LO階段臀大肌、臀中肌、股四頭肌內(nèi)側(cè)頭和外側(cè)腘繩肌的激活程度減弱。閉鏈理論認(rèn)為，髖關(guān)節(jié)內(nèi)收、內(nèi)旋會(huì)導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)的外翻，根據(jù)此理論，在承受體重的任務(wù)中，膝關(guān)節(jié)ACL拉力增加的外翻和內(nèi)旋動(dòng)作會(huì)受臀大肌和臀中肌的影響［8］。因此，臀大肌、臀中肌肌肉的激活情況會(huì)影響膝關(guān)節(jié)的外翻和下肢的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。因?yàn)楣伤念^肌和腘繩肌能產(chǎn)生內(nèi)翻或者外翻的力矩，所以，股四頭肌和腘繩肌在動(dòng)態(tài)活動(dòng)中能夠控制膝關(guān)節(jié)冠狀面的穩(wěn)定性［10］。股四頭肌內(nèi)側(cè)頭相對(duì)于股四頭肌外側(cè)頭激活程度較低，會(huì)增加膝關(guān)節(jié)外翻的力矩。短時(shí)疲勞之后LO階段內(nèi)側(cè)腘繩肌的激活程度明顯降低，與前人對(duì)疲勞之后落地動(dòng)作中腘繩肌激活會(huì)明顯降低的結(jié)果相一致［12］。有學(xué)者認(rèn)為，內(nèi)側(cè)腘繩肌激活程度明顯減低以及股四頭肌外側(cè)頭激活程度增加（下面肌肉間激活程度的比值中也會(huì)體現(xiàn)），代表著因疲勞導(dǎo)致的側(cè)切動(dòng)作中膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)效率的最優(yōu)化，會(huì)提高膝關(guān)節(jié)側(cè)切動(dòng)作的效率［5，12］。本研究的結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，短時(shí)疲勞后側(cè)切動(dòng)作LO階段股四頭肌外側(cè)頭和外側(cè)腘繩肌的IEMG有所增加，雖然沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但是，股四頭肌外側(cè)頭和外側(cè)腘繩肌的激活程度增加而股四頭肌內(nèi)側(cè)頭和內(nèi)側(cè)腘繩肌的激活程度降低會(huì)導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)在冠狀面的失衡，這也可能是導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)外翻力矩增加的原因之一。

在動(dòng)態(tài)落地動(dòng)作中，膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性主要受股四頭肌和腘繩肌共同收縮的影響，因此，理解疲勞對(duì)其激活模式的影響對(duì)進(jìn)一步了解損傷至關(guān)重要。Q/H這組拮抗肌通過限制脛骨的前移來減少ACL損傷的風(fēng)險(xiǎn)。股四頭肌和腘繩肌的同時(shí)收縮可以提供膝關(guān)節(jié)冠狀面動(dòng)態(tài)平衡，潛在性地保護(hù)造成膝關(guān)節(jié)ACL損傷增加的過度內(nèi)翻或者外翻負(fù)荷。Q/H在控制髖關(guān)節(jié)矢狀面和水平面內(nèi)的活動(dòng)起到重要的作用。De［4］提出了在腘繩肌和股四頭肌“共同激活”的概念，作者認(rèn)為，主動(dòng)肌和拮抗肌激活程度受中樞神經(jīng)的控制，當(dāng)主動(dòng)肌和拮抗肌共同參加一項(xiàng)特殊任務(wù)時(shí)，共同激活中樞控制每塊肌肉的運(yùn)動(dòng)單元，將兩塊肌肉作為整體對(duì)待，同時(shí)收縮來加強(qiáng)關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性。冠狀面內(nèi)，平衡的股四頭肌和腘繩肌之間的收縮可以提高膝關(guān)節(jié)間的壓力，增加膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性。已有研究表明，肌肉的共同收縮可以有效降低關(guān)節(jié)冠狀面的活動(dòng)［13］。選擇性地激活膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)的肌肉可以產(chǎn)生內(nèi)翻力矩，選擇性地激活膝關(guān)節(jié)的外側(cè)肌肉可以產(chǎn)生外翻力矩，這樣可以分別對(duì)抗膝關(guān)節(jié)的外翻或者內(nèi)翻力矩。本研究短時(shí)疲勞前、后側(cè)切動(dòng)作PR階段下肢肌肉間活化程度的直接比值并沒有明顯的差異，也就是說短時(shí)疲勞對(duì)側(cè)切動(dòng)作PR階段膝關(guān)節(jié)周圍的穩(wěn)定肌肉協(xié)調(diào)收縮沒有明顯的影響，肌肉間有良好的協(xié)同工作能力。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能和側(cè)切動(dòng)作PR階段肌肉受到的阻力較小，對(duì)肌肉的要求較低，短時(shí)疲勞對(duì)此階段肌肉間激活情況的影響不夠明顯導(dǎo)致的。短時(shí)疲勞后側(cè)切動(dòng)作LO階段股四頭內(nèi)側(cè)頭和股四頭肌外側(cè)頭的活化程度的直接比值降低，意味著短時(shí)疲勞增加膝關(guān)節(jié)冠狀面內(nèi)的不平衡狀態(tài)，有使膝關(guān)節(jié)外翻力矩增加的趨勢(shì)。同樣地，內(nèi)側(cè)腘繩肌和外側(cè)腘繩肌的活化程度的直接比值降低，會(huì)減少膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)的壓力，降低了膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)的穩(wěn)定性，增加了膝關(guān)節(jié)外翻的風(fēng)險(xiǎn)?？傊?，短時(shí)疲勞前后側(cè)切動(dòng)作LO階段肌肉間協(xié)同收縮能力發(fā)生改變，這也可能是導(dǎo)致疲勞之后ACL損傷風(fēng)險(xiǎn)增加的危險(xiǎn)因素之一。

5 結(jié)論：

1. 短時(shí)疲勞造成側(cè)切動(dòng)作PR階段臀大肌、臀中肌、股四頭肌內(nèi)側(cè)頭和股四頭肌外側(cè)頭的激活程度明顯降低，短時(shí)疲勞造成側(cè)切動(dòng)作LO階段臀大肌、臀中肌、股四頭肌內(nèi)側(cè)頭和內(nèi)側(cè)腘繩肌的激活程度明顯降低。

2. 短時(shí)疲勞后側(cè)切動(dòng)作負(fù)重階段股四頭肌內(nèi)側(cè)頭與股四頭肌外側(cè)頭和股四頭肌內(nèi)側(cè)頭與內(nèi)側(cè)腘繩肌的肌肉間協(xié)同收縮能力發(fā)生改變。

［1］ 王樂軍，陸愛云，鄭樊慧等.低負(fù)荷靜態(tài)收縮誘發(fā)屈肘肌疲勞的肌電與腦電相干性分析［J］.體育科技，2014，34（2）：40-47.

［2］ CHAPPELL J D，HERMAN D C，KNIGHT B S，et al. E ff ect of fatigue on knee kinetics and kinematics in stop-jump tasks［J］.Am J Sports Med，2005，33：1022-1029.

［4］ DE LUCA C，MAMBRITO B. Voluntary control of motor units in human antagonist muscles：co-activation and reciprocal activation［J］. J Neurophysiol，1987，58（3）：525-542.

［5］ HAUTIER C A，ARSAC L M，DEGHDEGH K，et al. In fl uence of fatigue on EMG/force ratio and co-contraction in cycling［J］.Med Sci Sports Exerc，2000；32：839–843.

［3］ COLLINS J D，ALMONROEDER T G，EBERSOLEK T，et al.The effects of fatigue and anticipation on the mechanics of the knee during cutting in female athletes［J］. Clin Biomech，2016，35：62–67.

［6］ KOMI P V，TESCH P.EMG frequency spectrum，muscle structure，and fatigue during dynamic contractions in man［J］.Eur J Appl Physiol Occup Physiol，1979，42：41-50.

［7］ KONRAD P. A practical introduction to kinesiological electromyography ［J］. ABC EMG，2005，4：4.

［8］ KREBS D E，ROBBINS C E，LAVINE L，et al. Hip biomechanics during gait ［J］. J Orthop Sports Phys Ther. 1998，28（1）：51-59.

［9］ KRISTEV L，KOSSEV A. Muscle fatigue assessment during sustained high isometric contractions［J］.Acta Physiol Pharmacol Bulg，2001，26：29-32.

［10］ LLODY D G，BUCHANAN T S. Strategies of muscular support of varus and valgus loads at the human knee ［J］. J Biomech，2001，34（10）：1257–1267.

［11］ MORTANI T，MURO M，NAGATA A. Intra-muscluar and surface electromyogram changes during muscle fatigue［J］.Appl Physiol，1986，60：1179-1185.

［12］ PADUA D A，ARNOLD BL，PERRIN D H，et al. Fatigue，vertical leg sti ff ness，and sti ff ness control strategies in males and females ［J］. J Athl Train，2006，41：294-304.

［13］ PALMIERI-SMITH R M，MCLEAN S G，et al. Association of quadriceps and hamstrings co-contraction patterns with knee joint loading［J］.J Athl Train，2009，44（3）：256-263.

［14］ THOMAS A C，PALMIERI-SMITH R M，MCLEAN S G. Isolated hip and ankle fatigue are unlikely risk factors for anterior cruciate ligament injury［J］. Scand J Med Sci Sports，2011，2（3）：359-368.DOI：10.1111/j.1600-0838.2009.01076.

［15］ ZEBIS M K，BENCKE J，ANDERSEN L L，et al. Acute fatigue impairs neuromuscular activity of anterior cruciate ligament agonist muscles in female team handball players［J］. Scand J Med Sci Sports，2011，21：833–840.

［16］ ZEBIS M K，BENCKE J，ANDERSEN L L ，et al. The e ff ects of neuromuscular training on knee joint motor control during side cutting in female elite soccer and handball players［J］. Clin J Sport Med，2008，18：329-337.

The Characteristics of Surface Electromyography of Lower Limb Muscles of Elite Rugby Players in Side-cutting Task during Short-time Fatigue

LIU Xing-kang1，LI Yan-hu2，F(xiàn)U Tao3

Objective：The purpose of this study was to investigate the e ff ect of short-time muscle fatigue on lower limb surface electromyograph for rugby players during a functional side-cutting movement and provide an experimental basis and reference for the increase of lower limb injury after short-time fatigue and further study. Methods：Twelve China Agriculture University rugby players were selected as research subjects，using Wave-plus EMG acquisition system synchronized with video，lower limb muscles IEMG and muscle co-contraction index （CI） of dominant leg during side-cutting before and after conditions was calculated，the characteristics of electromyography of lower limb after fatigue were analyzed by paired t test. Results：1） The IEMG of Gluteus maximus （GMAX），Gluteus medius （GMED），Vastus medial （VM） and Vastus lateral （VL） （P≤0.05） were signi ficant decreasing after short-time fatigue compared before during side cutting PR stage；The IEMG of GMAX ，GMED，VMand medial hamstring （MH） （P≤0.05） were signi fi cant decreasing after short-time fatigue compared before during side cutting LO stage. 2） The ratio of muscle co-contraction of VM：VL，VM：MH，VL：LH，MG：MH and LG：LH had no di ff erence after short-time fatigue compared before during side cutting PR stage；the ratio of muscle Co-contraction of VM：VL，VM：MH and LG：LH had signi fi cant di ff erence after short-time fatigue compared before during side cutting LO stage. Conclusion：1）The activation degree of GMAX，GMED，VM and VL was signi fi cantly decreased in the PR stage of the short-term fatigue，and the activation degree of GMAX，GMED，VM and MH was signi fi cantly decreased in the short-time fatigue. 2） There are changing of muscle co-contraction index of vastus medial and Vastus lateral （VM：VL），vastus medial and medial hamstring （VM：MH） during LO phase after short-time fatigue，caused to fatigue during LO stage of side cutting movement.

short-time fatigue；rugby；side-cutting；surface electromyography

G804.6

A

1002-9826（2017）06-0085-05

10. 16470/j. csst. 201706010

2017-04-18；

2017-08-09

天津體育局全運(yùn)會(huì)科技攻關(guān)課題（GY201606）；天津市自然科學(xué)基金資助課題（16JCYBJC29100）。

劉興康，男，在讀博士研究生，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)康復(fù)理論與技術(shù)，運(yùn)動(dòng)損傷相關(guān)生物力學(xué)， E-mail：liuxingkang1202@126.com。

厲彥虎，男，主任醫(yī)師，博士，主要研究方向?yàn)榧怪祻?fù)，運(yùn)動(dòng)損傷防治，E-mail：liyanhupp@126.com。

1.北京體育大學(xué) 運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)與康復(fù)學(xué)院，北京 100084；2.國家體育總局運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究所 運(yùn)動(dòng)員醫(yī)療中心，北京 100061；3. 天津體育學(xué)院 健康與運(yùn)動(dòng)科學(xué)系，天津 300381 1.Beijing Sport University，Beijing，100084 China；2.National Institute of Sport Medicine，Beijing 100061，China；3.Tianjin University of Sport，Tianjin 300381，China.