不同速度下優(yōu)秀男子舉重運動員膝關(guān)節(jié)屈伸肌群等速肌力特征研究

蘇轉(zhuǎn)平，于 芳，曹電康，張曉炳，李鴻濤，張 銳

（1.中北大學(xué)體育學(xué)院，山西 太原030051；2山西省體育科學(xué)研究所，山西 太原030012）

舉重項目是速度力量性的技術(shù)項目，其特點是短時間和極限負(fù)荷，屬于非周期性的快速力量性項目［1］。從技術(shù)動作結(jié)構(gòu)來看，起始動作從膝關(guān)節(jié)半屈位開始，提鈴、發(fā)力、支撐及負(fù)重起立，膝關(guān)節(jié)快速屈伸發(fā)力是完成動作的關(guān)鍵。特別是由屈膝下蹲到站立階段，杠鈴將對膝關(guān)節(jié)造成巨大的壓力，膝關(guān)節(jié)需要承受杠鈴壓力和地面反作用力的雙重壓力。研究表明，長期超負(fù)荷訓(xùn)練過程中，技術(shù)動作的不恰當(dāng)和屈伸肌力失衡均會造成膝關(guān)節(jié)損傷［2－3］。因此，采用科學(xué)的檢測手段對舉重運動員膝關(guān)節(jié)屈伸群肌力進行監(jiān)控，可有效預(yù)防與減少運動損傷。

近年來，等速肌力測試在肌肉功能檢測、損傷輔助診斷及康復(fù)訓(xùn)練等方面的應(yīng)用與日俱增，其峰力矩、相對峰力矩、屈伸肌比率等指標(biāo)成為評定肌肉功能和研究肌肉力學(xué)特征的有效指標(biāo)［4］。舉重項目注重技術(shù)動作各環(huán)節(jié)的流暢性、爆發(fā)性和協(xié)調(diào)性。膝關(guān)節(jié)屈伸肌群是下肢重要肌群，起著穩(wěn)固重心、傳遞力量的作用，其屈伸肌力對舉重運動成績有一定影響［5－7］。目前有部分學(xué)者僅從膝關(guān)節(jié)對舉重成績的影響性方面進行研究，主要側(cè)重于膝關(guān)節(jié)屈伸肌力與舉重成績的相關(guān)分析，缺乏對舉重運動員膝關(guān)節(jié)肌力特征的評價和存在問題的分析。本研究從膝關(guān)節(jié)肌力特征入手，能更加完善其研究體系。在全年訓(xùn)練周期中，對膝關(guān)節(jié)等速肌力特征進行系統(tǒng)評價，是優(yōu)化訓(xùn)練過程、預(yù)防運動損傷的重要環(huán)節(jié)，為舉重項目膝關(guān)節(jié)力量訓(xùn)練提供有益的參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

以山西省男子舉重隊7名現(xiàn)役運動員為研究對象，其基本情況見表1。根據(jù)個人最好運動成績，研究對象分為國家級健將和一級運動員，級別56 kg～85kg，既往史無患病情況，體檢無明顯膝關(guān)節(jié)疾病、創(chuàng)傷及手術(shù)史，也無其他妨礙運動能力的疾病，其關(guān)節(jié)屈伸活動在正常范圍之內(nèi)。

表1 受試運動員信息

1.2 研究方法

1.2.1 實驗室測試法 于2014年1月—12月在山西省體育科學(xué)研究所實驗室采用Cybex Norm770型等速肌力測試系統(tǒng)，測取運動員膝關(guān)節(jié)屈伸肌不同速度下收縮力矩，測試過程見圖1。測試角速度參照 Kanehisa等［8］的研究設(shè)定為60°／s（慢速）、180°／s（中速）、300°／s（快速），分別測定膝關(guān)節(jié)屈伸肌群的最大力量、最大做功能力及功率。測試前，受試者通過15 min熱身運動，然后在每個速度下練習(xí)3次亞極限力量，以熟悉程序。正式測試時，受試者取坐位，背部緊靠椅背，調(diào)整座椅高度與前后距離，使得膝關(guān)節(jié)股骨外側(cè)髁正對儀器轉(zhuǎn)動軸的軸心。用寬皮帶束緊，以固定軀干、骨盆和大腿（1／3的遠側(cè)），并使其保持穩(wěn)固，雙手握住測試座椅兩旁的把手。正式測試時，每個速度反復(fù)進行5次，取最優(yōu)值。慢速、中速及快速3種角速度測試間歇時間為1min，不同肢側(cè)間測試間隔為3min（優(yōu)勢腿（Dominant leg，DL）→非優(yōu)勢腿（Non dominant leg，NDL）。在測試過程中，要求嚴(yán)格依據(jù)規(guī)定動作完成測試。

1.2.2 測試指標(biāo) 選擇峰力矩（Peak Torque，PT）、相對峰力矩值（Peak Torque／Body Weight，PT／BW）、膝關(guān)節(jié)屈伸峰力矩比值（Hamstring／Quadriceps，H／Q）、平均功率（Average Power，AP）、峰力矩角度（An gel of Peak Torque，APT）5項指標(biāo)。異側(cè)同名肌比值（%）＝（DL－NDL）／DL100%。

1.2.3 數(shù)理統(tǒng)計法 運用 Excel 2007及 SPSS 19.0統(tǒng)計軟件包對各項數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與分析。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 膝關(guān)節(jié)屈伸肌群相對峰力矩分析

表2數(shù)據(jù)顯示，受試者雙側(cè)膝關(guān)節(jié)屈伸肌PT、PT／BW隨測試速度增加（60°／s→300°／s）呈下降趨勢，其中伸肌PT降幅為27.26%～46.48%，屈肌PT降幅為22.98% ～44.40%，伸肌 PT降幅略大于屈肌。在3種測試速度下，受試者DL膝關(guān)節(jié)伸肌PT、PT／BW均高于NDL，其中PT／BW差異具有顯著性（P＜0.05）；DL膝關(guān)節(jié)屈肌 PT、PT／BW在慢速和中速時高于NDL，在高速時DL膝關(guān)節(jié)屈肌PT、PT／BW略低于NDL，但差異均不顯著（P＞0.05），提示雙側(cè)膝關(guān)節(jié)伸肌力量出現(xiàn)不均衡性，但這種不均衡性程度尚需進一步驗證。

表2 膝關(guān)節(jié)屈伸肌峰力矩（Nm）、相對峰力矩（Nm／kg）

異側(cè)同名肌比值是反映左右兩側(cè)同名肌群肌力均衡性的指標(biāo)，已有文獻顯示膝關(guān)節(jié)異側(cè)同名肌比值通常小于10%，超過10%不僅會影響技術(shù)動作的完成，還易造成弱側(cè)損傷［9］。本研究顯示受試者膝關(guān)節(jié)異側(cè)同名伸肌比值在60°／s～300°／s測試速度下分別為 11.77%、10.57%和 9.06%，其中在慢速和中速時比值超出10%的范圍；異側(cè)同名屈肌比值在 60°／s～300°／s測試速度下分別為 5.78%、4.68%和2.76%，均在正常范圍之內(nèi)。膝關(guān)節(jié)作為下肢重要的負(fù)重關(guān)節(jié)，雙側(cè)伸肌力量的差異會改變左右兩側(cè)膝關(guān)節(jié)的受力，容易引起動作變形和非優(yōu)勢側(cè)損傷。

2.2 膝關(guān)節(jié)屈伸肌峰力矩比值（H／Q）分析

H／Q是膝關(guān)節(jié)的屈伸肌峰力矩比值，主要反映關(guān)節(jié)活動中拮抗肌群間的肌力均衡情況，對判斷關(guān)節(jié)穩(wěn)定性有一定價值。目前，有關(guān)適宜H／Q值尚有爭議，但多數(shù)研究認(rèn)為H／Q值正常波動范圍在50%～80%間，低于或超過這個范圍易于造成膝關(guān)節(jié)動力學(xué)改變，降低肌肉工作能力［10］。表3結(jié)果顯示，受試者兩側(cè)膝關(guān)節(jié) H／Q值隨測試速度增加（60°／s→300°／s）而增加，NDL膝關(guān)節(jié) H／Q值增幅較為顯著，中高速與慢速差異顯著（P＜0.05）。

表3 運動員膝關(guān)節(jié)屈伸肌群峰力矩比值 H／Q（%）

在不同測試速度下，受試者DL膝關(guān)節(jié)H／Q值均低于 NDL，且在 180°／s、300°／s測試速度下存在顯著性差異（P＜0.05）?？傮w來看，受試者兩側(cè)膝關(guān)節(jié) H／Q值在 53.09% ～66.26%間變動，H／Q值總體偏低，應(yīng)引起重視，避免損傷的發(fā)生。

2.3 膝關(guān)節(jié)屈伸肌平均功率分析

在一定速度范圍內(nèi)測試速度越快AP越大，肌肉的做功效率越高［11］。表4的研究結(jié)果顯示，受試者兩側(cè)膝關(guān)節(jié)屈伸肌AP均隨測試速度增加（60°／s→300°／s）而增加，且同一測試速度下屈肌AP均顯著小于伸肌（P＜0.01）。

不同測試速度下受試者DL膝關(guān)節(jié)伸肌AP均大于NDL，但不存在顯著性差異（P＞0.05）；DL膝關(guān)節(jié)屈肌AP在慢速、中速狀態(tài)下大于NDL，而在300°／s測試速度下小于NDL，均不具有顯著性差異（P＞0.05）。

表4 膝關(guān)節(jié)屈伸肌群等速向心收縮平均功率AP

2.4 膝關(guān)節(jié)周圍屈伸肌峰力矩角度分析

APT是關(guān)節(jié)最佳用力角度，即最大力矩輸出時對應(yīng)的關(guān)節(jié)角度。由表5可知，受試者兩側(cè)膝關(guān)節(jié)伸肌所對應(yīng)APT隨測試速度增加而顯著減小（DL：68.33°→52.67°，NDL：60.33°→49.17°），且 180°／s、300°／s測試速度下伸肌 APT顯著小于60°／s測試速度下 APT（P＜0.05）。兩側(cè)膝關(guān)節(jié)屈肌所對應(yīng)APT則與伸肌趨勢相反，隨測試速度增加而增加（DL：30.50°→34.50°，NDL：31.50°→35.67°），但不同速度間APT不存在顯著性差異（P＞0.05）。

在3種測試速度下，受試者DL膝關(guān)節(jié)伸肌APT均大于NDL，而 DL膝關(guān)節(jié)屈肌APT均小于NDL，但雙側(cè)屈伸肌APT均不存在顯著性差異（P＞0.05）。

表5 膝關(guān)節(jié)屈伸肌群等速向心收縮峰力矩角度APT

3 討論

3.1 膝關(guān)節(jié)屈伸肌群相對峰力矩特征

等速肌力測試中，PT和PT／BW是最為常用的指標(biāo)，代表了關(guān)節(jié)運動過程中肌肉收縮產(chǎn)生的最大肌力和相對肌力。膝關(guān)節(jié)屈伸肌群工作能力和效率制約著舉重運動員技術(shù)水平的發(fā)揮，但研究尚存在一定爭議［6，12］。Juliete Palandi等對巴西男子舉重運動員膝關(guān)節(jié)屈伸肌等速測試時，發(fā)現(xiàn)PT／BW均隨著速度的增加而顯著降低［12］；熊維志研究發(fā)現(xiàn)男子舉重運動員膝關(guān)節(jié)伸肌PT／BW隨測試速度增加而顯著降低，屈肌PT／BW下降不明顯［6］。本文研究結(jié)果與Juliete Palandi的研究結(jié)果相一致［12］。等速肌力測試過程中，預(yù)先設(shè)定運動速度使肌肉張力增減與等速儀器的力矩輸出相對應(yīng)，不能產(chǎn)生運動加速度，這與舉重項目肌肉收縮特點并不相同。在實際舉重過程中，要求肌纖維被最大限度募集，產(chǎn)生單次收縮力量最大化，而等速肌力測試中肌纖維的募集與測試速度有關(guān)，測試速度與肌力成反比，致使高速運動狀態(tài)下肌纖維募集減少、PT下降，這與舉重這種速度力量性項目明顯不同，但用于評價舉重運動員肌肉功能及預(yù)防損傷具有優(yōu)勢。Kanehisa等［8］的研究顯示相對于非訓(xùn)練人群，舉重運動員隨速度增加屈肌PT下降更為顯著。其原因在于肌肉橫斷面積的差異，在高速狀態(tài)下舉重運動員比非訓(xùn)練人群單位面積承受的力更大。

舉重項目是典型的對稱性項目，膝關(guān)節(jié)周圍肌肉力量的對稱與協(xié)調(diào)對關(guān)節(jié)穩(wěn)定性有一定意義。異側(cè)同名肌比值是評價肌力平衡的重要指標(biāo)，是研究者關(guān)注的焦點。熊維志對四川省運動技術(shù)學(xué)院舉重運動員膝關(guān)節(jié)異側(cè)同名肌比值分析顯示在180°／s～240°／s測試速度下膝關(guān)節(jié)異側(cè)同名屈、伸肌比值超過20%的人數(shù)分別為33.3%和16.67%，弱側(cè)肌群損傷風(fēng)險加大［6］。而Juliete Palandi等研究發(fā)現(xiàn)舉重運動員在60°／s～240°／s測試速度下，DL伸肌相對峰力矩與NDL差異在3%以內(nèi)，而屈肌在5%以內(nèi)［12］。異側(cè)同名肌比值失衡會與運動損傷的發(fā)生究竟有何關(guān)系？Knapik等研究發(fā)現(xiàn)女大學(xué)生舉重運動員賽前180°／s測試速度下雙側(cè)膝關(guān)節(jié)屈肌肌力的不平衡（比值超過15%）與比賽過程中運動損傷率密切相關(guān)［13］。Grace等對足球運動員的研究發(fā)現(xiàn)雙側(cè)膝關(guān)節(jié)肌力的不均衡與賽季運動損傷的發(fā)生率沒有相關(guān)性［14］。推測研究結(jié)果不一致可能與項目有關(guān)，對于舉重運動而言，雙側(cè)膝關(guān)節(jié)屈伸肌力的對稱性是很重要的。Wilk研究提出膝關(guān)節(jié)左右兩側(cè)肌力差異在10%以內(nèi)屬于正常范圍，20%以上在臨床意義必須加強注意（長時間的負(fù)荷累加，因膝關(guān)節(jié)兩側(cè)力量不相等會提高受傷的風(fēng)險）［15］。本研究中受試者膝關(guān)節(jié)異側(cè)同名伸肌比值在60°／s～180°／s測試速度下比值超出10%的范圍，顯示出DL和NDL膝關(guān)節(jié)伸肌在最大力量和肌肉做功能力上的差異。舉重運動員膝關(guān)節(jié)屈伸肌群過度不對稱使用，會影響膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性和用力的同步性［6］。因此，在今后舉重運動員力量訓(xùn)練中應(yīng)加強異側(cè)同名肌的協(xié)同訓(xùn)練，以保證兩側(cè)肌群發(fā)力的一致性。

3.2 膝關(guān)節(jié)屈伸肌峰力矩比值（H／Q）特征

膝關(guān)節(jié)H／Q反映了膝關(guān)節(jié)屈伸肌力的平衡和對稱關(guān)系［4］。該比值失衡不僅會影響運動水平，更易導(dǎo)致運動損傷的發(fā)生。目前，膝關(guān)節(jié)H／Q值尚存在爭議，國內(nèi)學(xué)者的觀點是運動員 H／Q值大于60%屬于相對較安全的范圍，且有助于膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，也不易造成膝關(guān)節(jié)損傷［16］，而 Andrade等的觀點是H／Q值偏低（H／Q＜75%），下肢關(guān)節(jié)損傷概率會增加［17］。美國《力量與體能訓(xùn)練》對不同測試速度下H／Q最佳比值范圍進行分析，認(rèn)為隨著角速度的增加H／Q值在67%～111%范圍內(nèi)變化，速度越快H／Q值越大［18］。1988年李國平對男子舉重運動員進行膝關(guān)節(jié)等速測試，顯示膝關(guān)節(jié)H／Q值為52%～62%［19］；熊維志的研究顯示優(yōu)秀男子舉重運動員膝關(guān)節(jié)H／Q比值為41%～73%［6］。Sultan的研究顯示舉重運動員膝關(guān)節(jié) H／Q值為50% ～55%，低于足球運動員的比值（75%～80%）和籃球運動員 （62%～63%）［20］。本研究顯示受試者膝關(guān)節(jié) H／Q值為53.09% ～66.26%，與李國平的研究結(jié)果相近。說明對于不同體育運動項目的運動員來說，H／Q值不是恒定不變的。舉重運動員在完成挺舉的提杠發(fā)力和上挺發(fā)力過程中，伸膝需要較強的爆發(fā)力，因此教練員在力量訓(xùn)練中更重視對伸肌力量的提高。但膝關(guān)節(jié)H／Q值偏低會影響關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，對運動員未來成績的提高產(chǎn)生不良影響。

3.3 膝關(guān)節(jié)周圍屈伸肌平均功率分析

AP是單位時間內(nèi)肌肉的做功量，是衡量肌肉快速力量的有效指標(biāo)。根據(jù) Hill的力—速度關(guān)系方程，在一定速度范圍內(nèi)測試速度越快AP越大，肌肉的做功效率越高；但一旦超過某一速度閾值，AP反而下降。鞠秀奎等研究表明青少年男子體操運動員膝關(guān)節(jié)屈伸肌 AP與測試速度（60°／s→300°／s）呈正比［21］，與本研究結(jié)果相一致。目前對于AP下降的速度閾值，尚存在一定差異。有研究發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練水平高的人下降的速度閾值會相對后移［22］。周海云等人的研究同樣顯示隨測試速度（60°／s→360°／s）增加，史東鵬AP仍保持上升趨勢，特別是左膝關(guān)節(jié)屈肌 AP在 240°／s、360°／s測試速度下明顯優(yōu)于一般運動員，顯示出良好的爆發(fā)力［23］。也就是說，隨著測試速度的增加AP下降越快，表明神經(jīng)系統(tǒng)控制快肌的能力越弱，從而會對肌肉的收縮速度造成影響，提示運動員速度力量產(chǎn)生停滯的原因是AP的下降區(qū)域，因而在訓(xùn)練中要加強該速度區(qū)的力量練習(xí)，提高運動員快速力量水平。此外，本研究也顯示不同測試速度（60°／s～300°／s）下膝關(guān)節(jié)屈肌 AP均顯著小于伸?。≒＜0.01）。今后應(yīng)在保證肌力均衡發(fā)展的同時，將力量和速度訓(xùn)練適當(dāng)結(jié)合，充分發(fā)揮肌肉最大收縮功率。

3.4 膝關(guān)節(jié)周圍屈伸肌峰力矩的角度分析

APT是峰力矩所對應(yīng)的關(guān)節(jié)角度。當(dāng)關(guān)節(jié)運動到峰力矩角度時，產(chǎn)生的力矩最大。一般而言肌力大小主要取決于兩個方面：一是肌肉初適宜的肌肉初長度能增加肌肉力量，而長于或短于最佳肌肉初長度時肌肉力量就會受到影響；二是主動肌與拮抗肌的協(xié)同配合。只有關(guān)節(jié)周圍主動肌和拮抗肌群有效配合才會產(chǎn)生最大合力。例如膝關(guān)節(jié)屈曲角度為90°時，股四頭肌會產(chǎn)生最大合力，而股外側(cè)、股內(nèi)側(cè)肌產(chǎn)力并沒有發(fā)生很大的改變［24］。另外，膝關(guān)節(jié)初始角度、肌力臂的改變會使肌力的效果發(fā)生變化。Smidt［25］通過X線測評，發(fā)現(xiàn)繩肌、股四頭肌的力臂長度分別在60°和30°時最長。

舉重運動是一項對肌肉快速力量要求比較高的項目，在快速屈、伸膝過程中，合理的峰力矩角度是發(fā)揮肌肉力量的關(guān)鍵因素。楊靜宜對膝關(guān)節(jié)股四頭?。K肌峰力矩角度進行研究，認(rèn)為股四頭肌峰力矩所對應(yīng)的角度（50°～70°）大于繩肌（32°～45°），與膝關(guān)節(jié)屈伸肌力特點有關(guān)［11］。Knapik等認(rèn)為設(shè)置速度越快，加速度時小腿移動的角度就越大，APT后移變化越明顯［13］。本研究顯示，雙側(cè)膝關(guān)節(jié)伸肌所對應(yīng)APT隨測試速度增加而顯著減?。≒＜0.05），所對應(yīng)角度與楊靜宜的研究結(jié)果相一致。一般認(rèn)為，當(dāng)膝關(guān)節(jié)在做屈、伸動作時，肌肉不但會發(fā)生超等長收縮，而且還會使肌力臂發(fā)生變化，從而影響肌力的效果。若APT低于或超過合理范圍，就會造成肌肉不能過分拉長或充分退讓，影響肌群最大功效的發(fā)揮。

4 結(jié)論與建議

1）男子舉重運動員膝關(guān)節(jié)屈伸肌 PT、PT／BW隨測試速度增加（60°／s→300°／s）呈下降趨勢，且伸肌降幅略高于屈肌。異側(cè)同名伸肌比值在慢速、中速時超過10%，膝關(guān)節(jié)伸肌力量存在雙側(cè)不對稱。

2）男子舉重運動員膝關(guān)節(jié)H／Q值均隨測試速度增加而增加，幅度在53.09% ～66.26%之間，應(yīng)重視膝關(guān)節(jié)屈伸力量的評定進行針對性訓(xùn)練。

3）舉重運動員膝關(guān)節(jié)屈伸肌AP均隨測試速度的增加而增加，同一測試速度下屈肌AP均顯著小于伸肌（P＜0.01），伸肌的快速力量大于屈肌。

4）兩側(cè)膝關(guān)節(jié)伸肌所對應(yīng)APT隨測試速度增加而顯著減?。≒＜0.05），屈肌所對應(yīng)APT則相反。在力量訓(xùn)練中采用屈伸峰力矩角度進行訓(xùn)練，可使肌群發(fā)揮更大的功效。