男子短跑運動員髖、膝關(guān)節(jié)等速肌力的特征及其與競技表現(xiàn)的相關(guān)性

王新娜，王澤峰，楊賢罡，何文捷，李建新

(1.河北體育學(xué)院，石家莊 050041； 2.國家體育總局體育科學(xué)研究所，北京 100061；3.河北省體育科學(xué)研究所，石家莊 050031； 4.國家體育總局體育信息中心，北京 100061)

短跑是典型的速度型項目，其運動成績主要受騰空期下肢快速擺動的能力、支撐期承受地面反作用力沖擊的能力以及股后肌群力量的影響[1-2]。近些年我國短跑項目飛速發(fā)展，最主要的原因來自于對短跑技術(shù)認(rèn)識的轉(zhuǎn)變。早期認(rèn)為下肢后蹬所產(chǎn)生的支撐反作用力是短跑的動力來源，強(qiáng)調(diào)將下肢尤其是膝關(guān)節(jié)的充分蹬伸和蹬直作為要點[3]。20世紀(jì)80年代后以Carl Lewis、Maurice Greene為代表的美國短跑運動員，以髖為軸進(jìn)行下肢的快速擺動，后蹬只作為擺動運動的繼續(xù)[3-4]。不同技術(shù)強(qiáng)調(diào)的要點不同導(dǎo)致力量訓(xùn)練的側(cè)重點也存在差異。早期技術(shù)將伸膝肌群的力量訓(xùn)練作為重點[3，5]，現(xiàn)代技術(shù)則注重髖關(guān)節(jié)屈、伸肌群的力量訓(xùn)練和協(xié)調(diào)發(fā)展，以及屈膝肌群在完成快速屈膝的同時還要積極參與伸髖過程[3，5]。

髖、膝關(guān)節(jié)是起跑階段下肢蹬伸過程產(chǎn)生能量的主要關(guān)節(jié)[6-8]。膝關(guān)節(jié)屈、伸肌群的力量對短跑運動員成績的提高具有重要影響[9]。同時屈髖肌群的力量與百米成績存在較高相關(guān)性，屈髖肌力的顯著下降可能是途中跑技術(shù)穩(wěn)定的限制因素[10-11]。以往有研究采用等速肌力測試對各種水平的短跑運動員髖、膝關(guān)節(jié)的力量特征進(jìn)行研究[12-16]，但缺乏不同水平短跑運動員間的比較研究，且以不同項目運動員之間的比較為主。本研究旨在通過比較不同水平短跑運動員之間髖、膝關(guān)節(jié)的等速肌力測試指標(biāo)，揭示不同水平短跑運動員髖、膝關(guān)節(jié)力矩的特點及其與短跑成績的關(guān)系，為短跑運動員的科學(xué)化訓(xùn)練提供理論依據(jù)。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

選取13名男子短跑運動員為研究對象，其中一級運動員6名，二級運動員7名。收集其100米項目個人最好成績(personal best，PB)。

表1 研究對象基本情況

1.2 研究方法

采用德國D&R公司的ISOMED2000等速肌力系統(tǒng)測試短跑運動員髖、膝關(guān)節(jié)的肌力。測試流程嚴(yán)格按照ISOMED2000等速肌力系統(tǒng)的要求進(jìn)行。測試時間為賽前專項訓(xùn)練階段，運動員無明顯疲勞和傷病情況。

運動員在測試前進(jìn)行充分熱身，正式測試時先進(jìn)行2次練習(xí)來熟悉測試過程，隨后分別以60°/s和180°/s兩種速度，兩側(cè)髖、膝關(guān)節(jié)各進(jìn)行全力屈伸5次，組間間隔為60 s。測試指標(biāo)包括相對峰力矩(relative peak torque，PT/BM)、峰力矩對應(yīng)角度(angle of peak torque，APT)和屈伸肌峰力矩的比值(flexors to extensors ratio，F(xiàn)/E)。

統(tǒng)計結(jié)果均采用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示。相同速度下左右側(cè)之間和同側(cè)不同速度之間的比較采用配對樣本T檢驗，不同等級運動員之間采用Mann-Whitney U檢驗進(jìn)行比較。相對峰力矩與PB之間的相關(guān)分析采用Person系數(shù)進(jìn)行描述。顯著性水平定為P<0.05。

2 研究結(jié)果

2.1 不同速度和不同水平下膝、髖關(guān)節(jié)屈伸肌的PT/BM

表2和表3顯示，全體運動員左、右側(cè)膝關(guān)節(jié)屈、伸肌的PT/BM在180°/s時均顯著低于60°/s時(P<0.05)。髖關(guān)節(jié)屈、伸肌的PT/BM在兩種收縮速度時的差異同膝關(guān)節(jié)。速度為60°/s時，僅髖關(guān)節(jié)屈肌的PT/BM右側(cè)顯著高于左側(cè)(P<0.05)。一級運動員在60°/s和180°/s時雙側(cè)髖關(guān)節(jié)屈肌PT/BM均顯著高于二級運動員(P<0.05)。

表2 運動員膝關(guān)節(jié)屈、伸肌的PT/BM Nm/kg

表3 運動員髖關(guān)節(jié)屈、伸肌的PT/BM Nm/kg

2.2 不同速度和不同水平下膝、髖關(guān)節(jié)屈、伸肌的APT

表4和表5顯示，全體運動員左側(cè)膝關(guān)節(jié)伸肌的APT在180°/s時顯著小于60°/s時(P<0.05)，而右側(cè)膝關(guān)節(jié)屈、伸肌的APT在180°/s時均顯著小于60°/s時(P<0.05)。一級運動員左側(cè)髖關(guān)節(jié)屈肌的APT在60°/s和180°/s時均顯著小于二級運動員(P<0.05)。

表4 運動員膝關(guān)節(jié)屈、伸肌的APT (°)

表5 運動員髖關(guān)節(jié)屈、伸肌的APT (°)

2.3 不同速度和不同水平下膝、髖關(guān)節(jié)F/E值

表6和表7顯示，全體運動員左、右側(cè)膝關(guān)節(jié)的F/E值在180°/s時均顯著高于60°/s時(P<0.05)。

表6 運動員膝關(guān)節(jié)的F/E值

表7 運動員髖關(guān)節(jié)的F/E值

2.4 膝、髖關(guān)節(jié)屈伸肌的PT/BM與PB的相關(guān)性

表8顯示，所有運動員右側(cè)髖關(guān)節(jié)屈肌在60°/s時的PT/BM與PB之間呈中等程度負(fù)相關(guān)(r=-0.615，P<0.05)，其余條件下的髖關(guān)節(jié)屈肌PT/BM與PB間均表現(xiàn)出顯著相關(guān)趨勢(P<0.1)。

表8 膝、髖關(guān)節(jié)屈伸肌PT/BM與PB間的相關(guān)系數(shù)

3 分析與討論

3.1 短跑運動員膝、髖關(guān)節(jié)屈伸肌相對峰力矩的特征及其與運動成績的相關(guān)性

峰力矩(peak torque，PT)是指關(guān)節(jié)運動過程中相應(yīng)肌群收縮產(chǎn)生的最大力矩，代表肌群的最大肌力，是等速測試中的黃金指標(biāo)之一。由于體重對肌肉力矩存在影響[17]，本研究選取相對峰力矩(PT/BM)進(jìn)行分析。本研究中隨著角速度的增加，雙側(cè)髖、膝關(guān)節(jié)的屈、伸肌PT/BM相應(yīng)減少，反映出肌肉張力與肌肉收縮速度成反比[18-19]。

相同速度下膝關(guān)節(jié)屈、伸肌的PT/BM在左、右側(cè)之間和不同等級運動員之間均不存在差異。選取既往研究中男子短跑運動員相同速度下的PT/BM進(jìn)行對比，男子短跑運動員在60°/s時膝關(guān)節(jié)屈、伸肌的PT/BM分別為1.93 Nm/kg和3.19 Nm/kg，在180°/s時分別為1.58 Nm/kg和2.30 Nm/kg[20]。男子短跑運動員(包括1名國際健將和6名一級運動員)在60°/s時左側(cè)膝關(guān)節(jié)屈、伸肌的PT/BM分別為2.43 Nm/kg和3.43 Nm/kg，右側(cè)分別為2.74 Nm/kg和2.94 Nm/kg[16]。二級以上水平青少年男子短跑運動員在60°/s時左側(cè)膝關(guān)節(jié)屈、伸肌的PT/BM分別為2.30 Nm/kg和3.31 Nm/kg，右側(cè)分別為2.59 Nm/kg和2.93 Nm/kg[15]。本研究中膝關(guān)節(jié)的PT/BM低于既往研究數(shù)據(jù)，突出表現(xiàn)在屈肌，可能主要與成績水平的差異有關(guān)，提示提高膝關(guān)節(jié)的力量水平可能有利于短跑運動成績的提高，應(yīng)著重加強(qiáng)腘繩肌的力量訓(xùn)練。

髖關(guān)節(jié)方面，男子短跑運動員(包括1名國際健將和6名一級運動員)在60°/s時左側(cè)髖關(guān)節(jié)屈、伸肌的PT/BM分別為2.14 Nm/kg和2.16 Nm/kg，右側(cè)分別為2.21 Nm/kg和2.79 Nm/kg[16]，優(yōu)秀短跑、跨欄、三級跳運動員(包括男16人、女14人)在60°/s時髖關(guān)節(jié)屈、伸肌的PT/BM分別為2.94 Nm/kg和3.90 Nm/kg，在180°/s時分別為2.75 Nm/kg和3.71 Nm/kg[14]。本研究中的運動員主要表現(xiàn)為屈髖肌的快速力量較弱，同時一級運動員髖關(guān)節(jié)屈肌的PT/BM顯著高于二級運動員。所有運動員，右髖屈肌慢速收縮時的PT/BM與PB之間呈中等程度負(fù)相關(guān)，表明右髖慢速收縮的肌力越大，成績越差，與不同水平運動員之間髖關(guān)節(jié)屈肌峰力矩的差異現(xiàn)象相一致。雙側(cè)髖關(guān)節(jié)屈肌在快、慢速收縮時的力矩與運動成績之間的相關(guān)性均具有顯著趨勢，這與和運動員成績水平相對應(yīng)的技術(shù)特點和用力方式有關(guān)。此外短跑成績涉及諸多身體部位進(jìn)行的多維運動[21]，單純的快速屈髖力量可能對短跑成績的貢獻(xiàn)率較小。現(xiàn)代短跑技術(shù)突出髖關(guān)節(jié)屈肌群的力量，即屈髖擺腿的重要性。采用核磁共振技術(shù)對比牙買加短跑運動員Asafa Powell(前世界紀(jì)錄保持者，PB為9.77 s)和日本短跑運動員Nobuharu Asahara(前日本紀(jì)錄保持者，PB為10.02 s)，發(fā)現(xiàn)前者髂腰肌的橫截面積近乎后者的2倍。髂腰肌是重要的屈髖肌群，發(fā)達(dá)的髂腰肌能夠在起跑時快速有力地提拉大腿，形成爆發(fā)式的起跑技術(shù)。這種起跑技術(shù)既確保了落地時長，又能從地面獲得較強(qiáng)的反作用力。本研究中的運動員同時存在屈髖肌群力量較差和兩側(cè)不平衡的問題，需要在訓(xùn)練實踐中有意識地側(cè)重發(fā)展，尤其是左側(cè)的屈髖肌群。

3.2 短跑運動員膝、髖關(guān)節(jié)屈伸肌峰力矩對應(yīng)角度的特征

APT對于日后訓(xùn)練中動作的糾正具有指導(dǎo)意義。本研究中運動員的起跑預(yù)備姿勢均為左腳在前、右腳在后。短跑運動員在起跑時，前(左)腿膝關(guān)節(jié)的主要任務(wù)是伸膝進(jìn)行后蹬，后(右)腿需要在起跑一剎那伸膝然后迅速轉(zhuǎn)為屈膝進(jìn)行前擺。因此起跑預(yù)備姿勢時膝關(guān)節(jié)的角度應(yīng)當(dāng)包括膝關(guān)節(jié)屈、伸肌的APT，以便快速高效地發(fā)揮前腿伸膝和后腿由伸膝迅速轉(zhuǎn)為屈膝的作用。Harland等研究認(rèn)為在100米起跑預(yù)備姿勢時，運動員前腿膝關(guān)節(jié)角度的合理范圍為90—110°，后腿膝關(guān)節(jié)角度為115—135°[22]。我國優(yōu)秀100米短跑運動員蘇炳添在預(yù)備姿勢時，前、后腿的膝關(guān)節(jié)角度分別為97.55±2.87°和119.60±5.39°[23]。由于膝關(guān)節(jié)的APT定義為小腿與大腿沿線之間的夾角，因此在60°/s時，屈、伸肌峰力矩對應(yīng)的膝關(guān)節(jié)夾角(即大腿與小腿之間的夾角)分別為132—144°和108—121°，高于既往研究的水平。過大的膝關(guān)節(jié)角度會限制后蹬起跑器過程中膝關(guān)節(jié)的伸展幅度，縮短作用時間，減少運動沖量的產(chǎn)生。

在起跑中，前腿髖關(guān)節(jié)主要完成伸髖，后腿髖關(guān)節(jié)主要在起跑一剎那完成伸髖，然后迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榍y進(jìn)行前擺。為了快速高效地發(fā)揮前(左)腿伸髖和后(右)腿由伸髖迅速轉(zhuǎn)為屈髖，起跑預(yù)備姿勢時髖關(guān)節(jié)的角度應(yīng)當(dāng)包括屈、伸肌的APT，過大的髖關(guān)節(jié)角度會限制起跑瞬間髖關(guān)節(jié)的伸展幅度，縮短作用時間，減少沖量的產(chǎn)生[24]。PB分別為10.74±0.21 s和10.03±0.14 s的男子短跑運動員在預(yù)備姿勢中，前腿的髖關(guān)節(jié)角度分別為44.9±3.3°和37.6±0.6°，后腿的髖關(guān)節(jié)角度分別為62.6±3.7°和71.2±5.6°[25]。蘇炳添在預(yù)備姿勢時，前、后腿的髖關(guān)節(jié)角度分別為46.1±2.1°和74.2±1.8°[23]。本研究中，一級運動員左側(cè)屈髖肌群的APT均小于二級運動員，提示一級運動員在屈髖過程中左側(cè)更快達(dá)到峰力矩，右側(cè)也表現(xiàn)出相同趨勢。結(jié)合相同收縮速度時不同水平運動員間相對峰力矩的顯著差異，提示在伸髖后轉(zhuǎn)變?yōu)榍y前擺的過程中，高水平運動員能夠以更大的力矩和更早的時間達(dá)到峰值，這一特點符合現(xiàn)代短跑以髖為軸進(jìn)行快速擺動的技術(shù)要求。

3.3 不同速度和不同水平下膝、髖關(guān)節(jié)屈伸肌峰力矩的比值

F/E值是指等速運動測試中，屈、伸兩組肌群峰力矩的比值。不同速度下的F/E值可以反映出肌肉力量分配的協(xié)調(diào)程度，以及運用專項技術(shù)動作過程中肌力分配的合理性[26]。合理的F/E值對于保持關(guān)節(jié)穩(wěn)定性和預(yù)防損傷具有重要意義[27]。

由于膝關(guān)節(jié)的F/E值代表腘繩肌(hamstring)與股四頭肌(quadriceps)峰力矩的比值，故常采用H/Q值進(jìn)行表示。本研究中雙側(cè)膝關(guān)節(jié)的F/E(H/Q)值隨收縮速度加快而增大。由于收縮速度與屈、伸肌的峰力矩同樣均呈反比，反映出屈肌快速力量的下降幅度小于伸肌，提示了腘繩肌較股四頭肌更適應(yīng)快速向心收縮方式。國家和北京短跑運動員強(qiáng)、弱側(cè)膝關(guān)節(jié)的H/Q值在60°/s時分別為0.59和0.61，在180°/s時分別為0.69和0.69[20]。男子短跨運動員的H/Q值在60°/s時為0.60[12]。二級以上水平青少年男子短跑運動員左、右側(cè)膝關(guān)節(jié)的H/Q值在60°/s時分別為0.71和0.86[15]。世界優(yōu)秀短跑運動員的H/Q值可以達(dá)到0.8—1.0[28]。本研究中短跑運動員膝關(guān)節(jié)的F/E(H/Q)值在60°/s時為0.60—0.61，在180°/s時為0.67—0.70，低速收縮時處于參考范圍內(nèi)而高速收縮時低于范圍最低值，更遠(yuǎn)低于世界優(yōu)秀水平[26]，該現(xiàn)象可能是制約短跑成績提高的重要因素之一，同時易造成腘繩肌拉傷和膝關(guān)節(jié)損傷，原因可能與訓(xùn)練水平、訓(xùn)練方式與技術(shù)認(rèn)知的差異有關(guān)。通過側(cè)重發(fā)展腘繩肌的快速收縮力量，以提高快速收縮時的F/E(H/Q)值，可能是本研究中運動員提高成績和預(yù)防傷病的關(guān)鍵點之一。

本研究中運動員髖關(guān)節(jié)的F/E值在60°/s時為0.50—0.52，在180°/s時為0.48—0.51，遠(yuǎn)低于膝關(guān)節(jié)的F/E值。優(yōu)秀短跑、跨欄、三級跳遠(yuǎn)運動員髖關(guān)節(jié)的F/E值在60°/s和180°/s時分別為0.76和0.67[14]，高于本研究水平。雖然髖關(guān)節(jié)的F/E值在左、右側(cè)之間無差異，但與膝關(guān)節(jié)的F/E值隨速度加快而增大有所不同，不同速度之間沒有顯著性差異。由于髖關(guān)節(jié)屈、伸肌的PT同樣隨速度加快而減少，相比較膝關(guān)節(jié)，在進(jìn)行快速收縮時屈髖肌群力量的下降幅度大于伸肌，提示本研究中的運動員屈髖肌群的快速力量尤其偏弱。在訓(xùn)練實踐中，重點發(fā)展髖關(guān)節(jié)的意義可能要大于膝關(guān)節(jié)。

4 結(jié)論與建議

(1)本研究中的一級和二級短跑運動員，膝關(guān)節(jié)的力量左、右側(cè)相對平衡，其中屈肌的力量水平一般。屈、伸肌的力量分配正常，在快速收縮時與更優(yōu)秀的運動員存在較大差距。建議加強(qiáng)屈膝肌群，尤其是快速力量的訓(xùn)練，也有助于減少膝關(guān)節(jié)損傷的風(fēng)險。

(2)本研究中的一級和二級短跑運動員，髖關(guān)節(jié)的力量左、右側(cè)相對不平衡，整體水平較差，其中以屈肌的快速力量最為突出。屈、伸肌的力量分配處于低水平，快速收縮時最為明顯。建議重點加強(qiáng)屈髖肌群快速力量的訓(xùn)練，側(cè)重加強(qiáng)弱(左)側(cè)髖關(guān)節(jié)。

(3)高水平運動員主要體現(xiàn)出髖關(guān)節(jié)更高水平的屈肌相對峰力矩和更小的屈肌峰力矩對應(yīng)角度，這一特征有利于髖關(guān)節(jié)屈肌進(jìn)行更加快速高效的屈髖前擺動作，有利于起跑過程中的充分加速。著重加強(qiáng)屈髖肌群的力量訓(xùn)練，可能是提高短跑運動成績的有效途徑。