下肢肌肉形態(tài)與自由式滑雪空中技巧運(yùn)動員平衡穩(wěn)定的相關(guān)性研究

程宇琦，王 新

自由式滑雪空中技巧項(xiàng)目是我國冬奧會雪上優(yōu)勢技巧類項(xiàng)目，需要較高的平衡能力來控制落地穩(wěn)定性。以2018年平昌冬奧會自由式滑雪空中技巧項(xiàng)目為例，運(yùn)動員落地動作失誤率達(dá)到28.17%，直接影響了比賽成績。所以，運(yùn)動員的平衡能力研究一直是自由式滑雪空中技巧項(xiàng)目的研究重點(diǎn)。

站立姿勢一直是平衡研究的主要方式，早期研究認(rèn)為，在支撐面固定且平衡干擾較小的情況下主要由踝的調(diào)節(jié)來完成控制（Menz et al.，2015；Winter，1995），由較小的髖關(guān)節(jié)協(xié)同運(yùn)動所產(chǎn)生的微小擺動就足夠來維持在內(nèi)/外側(cè)方向上的平衡。當(dāng)站立寬度變窄時(shí)，側(cè)方穩(wěn)定性的控制主要發(fā)生在髖和軀干環(huán)節(jié)（Gruneberg et al.，2005）。研究進(jìn)一步指出，前/后方向穩(wěn)定性是由肢體的遠(yuǎn)端向近端傳遞的肌肉反應(yīng)模式（Fitzpatrick et al.，1994），肌肉活動順序由遠(yuǎn)端的腓腸肌開始，側(cè)方穩(wěn)定性則為由近至遠(yuǎn)的肌肉反應(yīng)模式，髖部肌肉先于踝部肌肉被激活。根據(jù)壓力重心隨時(shí)間間隔變化，計(jì)算出人體平衡控制由開環(huán)動態(tài)穩(wěn)定性（open-loop control）無感覺系統(tǒng)參與的穩(wěn)定進(jìn)入閉環(huán)控制機(jī)制（closed-loop control）從無感覺系統(tǒng)參與到感覺系統(tǒng)參與轉(zhuǎn)換時(shí)機(jī)的判定方法（Collins et al.，1993）。根據(jù)這種方法計(jì)算人體站立平衡中平衡控制的轉(zhuǎn)換效率，并將肌肉形態(tài)轉(zhuǎn)換效率做了相關(guān)分析（Zhang et al.，2017）。

單腿平衡測試可以更好地檢測運(yùn)動員平衡的缺陷和骨骼肌損傷（Duclos et al.，2014；Moghadam et al.，2011），尤其是非穩(wěn)定支撐面單腳站立測試，更適合于技巧類項(xiàng)目運(yùn)動員的平衡能力測試，雙腿的測試經(jīng)常不會發(fā)現(xiàn)運(yùn)動員的平衡問題。在考慮各種不平衡的問題時(shí)，可通過使用非穩(wěn)定的支撐面來完成更高的測試。Schmit等（2005）研究對不同平面的平衡能力訓(xùn)練和測試，發(fā)現(xiàn)非穩(wěn)定平面的平衡訓(xùn)練比穩(wěn)定平面的平衡練習(xí)可獲得更好的穩(wěn)定程度，展示出不同平面下訓(xùn)練的重要性，并確定每個(gè)人的平衡表現(xiàn)，找出不同的差異。通過對不同運(yùn)動員的平衡進(jìn)行分析（Walsh et al.，2018），發(fā)現(xiàn)不同項(xiàng)目具有不同的平衡特點(diǎn)。對雪上運(yùn)動項(xiàng)目而言，使用穩(wěn)定的平面和非穩(wěn)定平面來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。但單腿平衡測試的缺點(diǎn)是平衡能力不足會代償對支撐平面產(chǎn)生一定的影響，受試者經(jīng)常會用上肢或者非著地的下肢來糾正已經(jīng)失去穩(wěn)定的姿勢。

超聲波測量技術(shù)是非介入性測量手段，該測試方式對身體安全，操作方式簡便，并能得到實(shí)時(shí)反饋。隨著測量精度的提高，近年對骨骼肌肉系統(tǒng)進(jìn)行超聲波檢測成為研究熱點(diǎn)（Harmon et al.，2010）。李玉章等（2010）綜述了超聲波技術(shù)應(yīng)用中的常用參數(shù)及運(yùn)動條件下的肌肉、腱組織的形態(tài)特征，指出肌肉厚度會直接反映肌肉含量。運(yùn)用超聲對岡上肌厚度進(jìn)行測量，結(jié)果認(rèn)為超聲測量是一種可靠的方式（Yi et al.，2012），可用于對人體肌肉狀態(tài)的評估和判斷。超聲診斷成像技術(shù)可以直接、準(zhǔn)確地測量肌肉，連續(xù)測量具有潛在的實(shí)用價(jià)值（Young et al.，1980）。Martinson等（1991）也發(fā)現(xiàn)，超聲是測量肌肉大小的可靠方式，可用于評估成年人肌肉形態(tài)特征。檢查內(nèi)在和外在肌肉形態(tài)可以進(jìn)一步了解這些肌肉在平衡過程中所起到的作用（Crofts et al.，2014；Guo et al.，2017；Mickle et al.，2013）。本研究的目的，是通過觀察單腿站立情況下，下肢不同肌肉的形態(tài)對于平衡能力的影響程度。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

以22名自由式滑雪空中技巧國家隊(duì)運(yùn)動員為研究對象（表1）。受試者完成了病史調(diào)查問卷，以確定是否存在肌肉骨骼、神經(jīng)或者其他影響單腿平衡能力的情況，確認(rèn)所有受試者6個(gè)月內(nèi)下肢都未有損傷。

表1 受試者基本信息Table 1 Basic Information of Participants

1.2 研究方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)過程

為保證測試過程中運(yùn)動員身體處于無疲勞的放松狀態(tài)，測試安排在當(dāng)天無訓(xùn)練的調(diào)整休息日進(jìn)行。數(shù)據(jù)的采集分3個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，運(yùn)動員赤腳踩在一個(gè)60 cm×90 cm的平衡板上（CSMI，American，Humac Balance）。在第3個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，采用Mindary M9便攜式超聲診斷設(shè)備，頻率為5～13 MHz，選用高頻線陣探頭，測量肌肉厚度時(shí)將線陣探頭與肌肉起止方向平行放置，超聲波測量方法以及測量位置的選擇參考前人研究所采取的測量方法（Angin et al.，2014；Cameron et al.，2008；McKeon et al.，2015）。

實(shí)驗(yàn)1：在穩(wěn)定平面對運(yùn)動員進(jìn)行左、右兩側(cè)單腿的平衡測試（Matsuda et al.，2008），每次測試時(shí)間為15 s，若有非著地腿落地則重新進(jìn)行測試，要求運(yùn)動員盡可能保持平衡。記錄壓力中心（COP）在前后側(cè)（anteroposterior，AP）和內(nèi)外側(cè)（mediolateral，ML）的變化。

實(shí)驗(yàn)2：將泡沫墊放在平衡板上使運(yùn)動員處在一個(gè)非穩(wěn)定的平面對其左、右兩側(cè)單腿分別進(jìn)行測試，測試時(shí)間為15 s（Riemann et al.，2017）。測試過程中，要求運(yùn)動員盡可能保持水平和不動，如果有非著地腿落地則重新進(jìn)行測試，直到完成實(shí)驗(yàn)。在測試過程中，全程保持安靜，給予運(yùn)動員相對無聲的環(huán)境進(jìn)行測試，減小噪聲對運(yùn)動員平衡能力的干擾。要求運(yùn)動員把手放在臀部，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的測試方案，運(yùn)動員腳第二跖骨的底部與地板的標(biāo)記對齊，不允許用非支撐腿觸碰支撐腿。運(yùn)動員視線目光集中在1個(gè)直徑5 cm的白色圓圈上，并避免出現(xiàn)任何其他動作，此圓圈與其視線平行，放置在約3 m外的墻上。2次測試間休息30 s（靜坐休息），整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，運(yùn)動員雙眼目視前方，保持輕微的髖部和膝關(guān)節(jié)彎曲，同時(shí)將身體保持在一側(cè)。

實(shí)驗(yàn)3：在運(yùn)動員舒適的體位下，用邁瑞便攜式B超測量儀測量運(yùn)動員雙側(cè)下肢對平衡能力具有一定影響的肌肉（股直肌、半腱肌、脛骨前?。?，分別采集3塊肌肉的肌肉厚度（Connolly et al.，2015；Gruther et al.，2008）。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)分析處理使用SPSS 21.0（SPSS，Chicago，Illinois），結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（M±SD）表示，數(shù)據(jù)通過對組間與組內(nèi)COP差異進(jìn)行檢驗(yàn)，所有測試的概率水平設(shè)置0.05為顯著性差異。在進(jìn)行相關(guān)性分析時(shí)，通過穩(wěn)定指數(shù)（公式1）與肌肉厚度進(jìn)行相關(guān)性分析（Arnold et al.，1998）。

其中，OSI為穩(wěn)定指數(shù)。穩(wěn)定指數(shù)代表人體在保持平衡狀態(tài)下的穩(wěn)定情況，穩(wěn)定指數(shù)越趨近于0代表平衡穩(wěn)定情況越好。

2 結(jié)果

2.1 穩(wěn)定平面與非穩(wěn)定平面下COP變化

平衡測試結(jié)果顯示，穩(wěn)定平面下所有運(yùn)動員都可以在穩(wěn)定平面進(jìn)行站立并達(dá)到15 s，運(yùn)動員都能很好地控制自身平衡，沒有進(jìn)行二次測試（表2）。男、女運(yùn)動員穩(wěn)定平面下ML方向上的COP偏移幅度均顯著大于AP方向（P＜0.05）。

表2 男、女運(yùn)動員兩次實(shí)驗(yàn)COP變化結(jié)果Table 2 Results of COPChanges of Male and FemaleAthletes in Two Experiments

91%的運(yùn)動員都可以在非穩(wěn)定平面完成站立15 s的測試，有2名運(yùn)動員在測試時(shí)出現(xiàn)非著地腿落地，進(jìn)行了重新測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，男、女運(yùn)動員非穩(wěn)定平面ML方向COP偏移幅度均顯著大于穩(wěn)定平面（P＜0.05）；非穩(wěn)定平面ML方向COP偏移幅度均顯著大于AP方向（P＜0.05）；非穩(wěn)定平面與穩(wěn)定平面下AP方向COP偏移幅度均有顯著性差異（P＜0.05）；在不同平面站立的情況下，女運(yùn)動員的平衡能力高于男運(yùn)動員。

運(yùn)動員下肢肌肉測量結(jié)果如表3所示，每個(gè)運(yùn)動員都在自己理想的姿勢下進(jìn)行肌肉形態(tài)測量，實(shí)驗(yàn)測量了股直肌、脛骨前肌與半腱肌的肌肉厚度。男運(yùn)動員股直肌、半腱肌、脛骨前肌3塊肌肉厚度明顯大于女運(yùn)動員（P＜0.05）。

表3 男、女運(yùn)動員肌肉形態(tài)測量結(jié)果Table 3 Measurement Results of Muscle Morphology of Male and FemaleAthletes

如表4所示，男運(yùn)動員在穩(wěn)定平面與非穩(wěn)定平面下的穩(wěn)定指數(shù)均大于女運(yùn)動員，說明男運(yùn)動員在兩種平面下的平衡能力均弱于女運(yùn)動員。

表4 男、女運(yùn)動員穩(wěn)定指數(shù)Table 4 Stability Index of Male and FemaleAthletes

2.2 肌肉形態(tài)與穩(wěn)定指數(shù)

穩(wěn)定平面與非穩(wěn)定平面下男、女運(yùn)動員的平衡穩(wěn)定指數(shù)與肌肉形態(tài)數(shù)據(jù)分布情況如圖1A、圖1B所示，非穩(wěn)定平面下男、女運(yùn)動員的平衡穩(wěn)定指數(shù)與肌肉形態(tài)數(shù)據(jù)分布情況如圖1C、圖1D所示，男、女運(yùn)動員脛骨前肌與平衡能力相關(guān)程度較高，股直肌和半腱肌相關(guān)程度接近，均低于脛骨前肌。

圖1 穩(wěn)定平面與非穩(wěn)定平面男、女運(yùn)動員肌肉厚度與穩(wěn)定指數(shù)散點(diǎn)圖Figure 1. Muscle Thickness and Stability Index of Unstable Surface in Male and FemaleAthletes

分別對運(yùn)動員在穩(wěn)定平面與非穩(wěn)定平面下的穩(wěn)定指數(shù)（表4）與運(yùn)動員下肢肌肉形態(tài)（表3）進(jìn)行Pearson相關(guān)檢驗(yàn)顯示，穩(wěn)定平面下男運(yùn)動員的股直肌相關(guān)系數(shù)r=0.415，呈中度相關(guān)；半腱肌相關(guān)系數(shù)r=0.714，呈強(qiáng)相關(guān)；脛骨前肌相關(guān)系數(shù)r=0.580，呈中度相關(guān)。穩(wěn)定平面女運(yùn)動員的股直肌相關(guān)系數(shù)r=0.105，呈極弱相關(guān)；半腱肌相關(guān)系數(shù)r=0.425，呈中度相關(guān)；脛骨前肌相關(guān)系數(shù)r=0.630，呈強(qiáng)相關(guān)。

非穩(wěn)定平面男運(yùn)動員僅股直肌的相關(guān)系數(shù)高于穩(wěn)定平面，股直肌相關(guān)系數(shù)R=0.456，呈中度相關(guān)；半腱肌相關(guān)系數(shù)R=0.114，呈極弱相關(guān)；脛骨前肌相關(guān)系數(shù)R=0.153，呈極弱相關(guān)。非穩(wěn)定平面下女運(yùn)動員3塊肌肉的相關(guān)系數(shù)均低于穩(wěn)定平面，股直肌相關(guān)指數(shù)R=0.038，呈極弱相關(guān)；半腱肌相關(guān)系數(shù)R=0.241，呈弱相關(guān)；脛骨前肌的相關(guān)系數(shù)R=0.239，呈弱相關(guān)。

3 討論

運(yùn)動員在實(shí)驗(yàn)1都可以完全穩(wěn)定的站立，并且時(shí)間都達(dá)到了15 s。穩(wěn)定平面下男、女運(yùn)動員都能很好地控制自身平衡，沒有進(jìn)行二次測試。因?yàn)檫\(yùn)動員具有良好的平衡能力，平衡測試過程中受到的挑戰(zhàn)較小。在穩(wěn)定平面下所有運(yùn)動員ML偏移幅度大于AP。AP、ML方向上女運(yùn)動員的偏移幅度大多低于男運(yùn)動員。這與婁彥濤等（2016）對國家運(yùn)動員的測試結(jié)果一致，女運(yùn)動員穩(wěn)定性優(yōu)于男運(yùn)動員，國家青年男運(yùn)動員呈現(xiàn)出側(cè)方穩(wěn)定性差于前后方向的現(xiàn)象。同時(shí)，運(yùn)動員表現(xiàn)出在AP偏移幅度的減少，可能由于自由式滑雪空中技巧運(yùn)動員長期需要在帶有坡度的雪上訓(xùn)練，需要單腳支撐滑板來保持身體平衡。因此，自由式滑雪空中技巧運(yùn)動員對ML方向COP偏差具有一定的敏感性，并會不斷修正這些偏差，保持自身在雪上的穩(wěn)定位置，這是項(xiàng)目的特殊性所表現(xiàn)出來的特征。根據(jù)于作軍等（2017）對2016—2017賽季自由式滑雪空中技巧世界杯和世錦賽裁判員評分尺度的解讀可知，流暢的、高質(zhì)量的著陸動作和滑出動作是影響裁判員評分的重要因素之一。馬毅等（2014）、王新等（2011）研究了影響自由式滑雪空中技巧動作難度相關(guān)因素，認(rèn)為運(yùn)動員在完成難度動作時(shí)其成功率多在50%～70%的水平，優(yōu)秀運(yùn)動員為80%左右的水平，成功的落地動作已成為我國自由式滑雪空中技巧運(yùn)動員獲得冠軍的關(guān)鍵因素。自由式滑雪空中技巧運(yùn)動員落地前的時(shí)刻站立階段主要以維持肢體固定姿勢的靜態(tài)平衡為主，落地后的高速滑行階段則需要很強(qiáng)的靜態(tài)和動態(tài)平衡能力，隨著空中技巧項(xiàng)目動作難度的不斷加大，需要提高運(yùn)動員的平衡能力，加強(qiáng)落地穩(wěn)定性，從而提高比賽成績。

在運(yùn)動員單腿站立的過程中，由于每個(gè)橫向偏差的持續(xù)校正補(bǔ)償，導(dǎo)致COP長度增加。運(yùn)動員在雪上保持平衡需要更多AP方向上的調(diào)節(jié)作用，更多地訓(xùn)練運(yùn)動員AP方向的平衡能力。所以對于自由式滑雪空中技巧運(yùn)動員來說，長期的比賽與訓(xùn)練使其AP方向上的平衡調(diào)節(jié)能力較好，這與Walsh等（2018）研究結(jié)果一致，特定項(xiàng)目運(yùn)動員會展示出獨(dú)特的平衡特征。

在非穩(wěn)定平面上，男、女運(yùn)動員在ML方向上的偏移擺動都顯著高于穩(wěn)定平面，對比ML方向上變化幅度在平面不同的情況下，出現(xiàn)偏移幅度顯著增大。但AP方向上的偏移幅度則有所不同。這可能是因?yàn)檫\(yùn)動員常年在雪上進(jìn)行比賽項(xiàng)目，雪質(zhì)本身就屬于非穩(wěn)定平面，且自由式滑雪空中技巧運(yùn)動員在空中落地在雪上，長時(shí)間的比賽與訓(xùn)練會對運(yùn)動員在AP方向上的平衡調(diào)節(jié)起到很大的促進(jìn)作用，但在ML方向上的調(diào)節(jié)作用并不好。這與本研究實(shí)驗(yàn)1運(yùn)動員在AP與ML方向的偏移擺動情況表現(xiàn)出了一致的特征。

本研究實(shí)驗(yàn)3測量了男、女運(yùn)動員股直肌、半腱肌與脛骨前肌的肌肉厚度，由于肌肉厚度直接反映了肌肉含量（李玉章等，2010）。自由式滑雪空中技巧的運(yùn)動對運(yùn)動員下肢肌肉要求較高，運(yùn)動員在比賽中落地維持身體的平衡需要控制股四頭肌和控制膝關(guān)節(jié)的小腿肌肉具有足夠的力量（Guo et al.，2014，2019）。因性別差異，并受長時(shí)間訓(xùn)練影響，男、女運(yùn)動員肌肉含量差異明顯。對比男、女運(yùn)動員測試的3塊肌肉形態(tài)，男、女運(yùn)動員的脛骨前肌的肌肉厚度均最大，相較于其他2塊肌肉差距明顯，這與王新等（2012）、馬毅等（2012）研究結(jié)果一致，肌力不足對運(yùn)動員成績有很大影響，運(yùn)動員長期比賽或訓(xùn)練，應(yīng)該在落地保持穩(wěn)定性時(shí)需要強(qiáng)大的下肢肌力來有效彌補(bǔ)落地時(shí)的臀部、背部或雙手觸雪的現(xiàn)象，來達(dá)到自身的穩(wěn)定。

對不同站立平面男、女運(yùn)動員的穩(wěn)定指數(shù)與肌肉厚度進(jìn)行相關(guān)性分析。分析表明，穩(wěn)定平面與非穩(wěn)定平面男、女運(yùn)動員不同肌肉的肌肉厚度相關(guān)程度表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。穩(wěn)定平面下，女運(yùn)動員股直肌的相關(guān)系數(shù)較小，無相關(guān)性。女運(yùn)動員脛骨前肌和半腱肌都展示出了一定的相關(guān)性，相關(guān)程度最高的為脛骨前肌。而男運(yùn)動員的3塊肌肉都展示出了一定程度的相關(guān)性，相關(guān)性最高的肌肉是半腱肌。不同肌肉對男、女運(yùn)動員的平衡能力有不同程度的作用，可能是男、女運(yùn)動員肌肉對平衡控制的不同差異，男運(yùn)動員更多地依靠肌肉來控制自身的平衡能力，減少了視覺及本體感覺的參與，導(dǎo)致了平衡能力的差異，也是訓(xùn)練和比賽中要注意解決的問題。并且由于長時(shí)間進(jìn)行雪上訓(xùn)練運(yùn)動的特殊性，運(yùn)動員在保持自身平衡的過程中肌肉控制展示出了不同的情況。這與Niu等（2011）對成年人雙側(cè)下肢脛骨前肌、腓腸肌外側(cè)的表面肌電圖進(jìn)行分析的結(jié)果一致，不同人的肌肉在維持身體平衡會展示出不同的特征。在非穩(wěn)定平面下，女運(yùn)動員的所有肌肉相關(guān)系數(shù)明顯低于穩(wěn)定平面時(shí)，男運(yùn)動員也僅股直肌的相關(guān)程度高于穩(wěn)定平面。穩(wěn)定平面下男、女運(yùn)動員的肌肉厚度相關(guān)程度較高，表明運(yùn)動員在穩(wěn)定平面下，肌肉對于平衡能力的影響程度更大，肌肉更多對平衡能力起到有效作用。相反，運(yùn)動員在非穩(wěn)定平面下站立時(shí)，運(yùn)動員下肢肌肉與平衡能力的線性相關(guān)程度下降明顯，由于非穩(wěn)定平面下自身的本體感覺會被削弱，維持身體的平衡更多地需要視覺、前庭覺參與，這與劉波等（2007）的研究結(jié)果一致。

本研究的不足主要是實(shí)驗(yàn)選擇了3塊影響人體平衡能力的肌肉進(jìn)行測量，測量的肌肉較少。同時(shí)，對運(yùn)動員的下肢肌肉沒有進(jìn)行肌電學(xué)分析，可能導(dǎo)致研究結(jié)果不全面。

4 結(jié)論

1）男、女運(yùn)動員在穩(wěn)定與非穩(wěn)定平面展示出了相同的平衡能力特征，ML方向上的偏移幅度顯著大于AP方向，ML方向上平衡調(diào)節(jié)能力稍差，對運(yùn)動員整體平衡能力影響較大。

2）非穩(wěn)定平面下男、女運(yùn)動員ML、AP方向上的偏移幅度均大于穩(wěn)定平面，平衡能力弱于穩(wěn)定平面。

3）穩(wěn)定平面下運(yùn)動員平衡能力與下肢肌肉相關(guān)性較高，不同肌肉的相關(guān)程度不同。

4）不同平面下平衡能力與肌肉厚度展示出的相關(guān)性不一致，非穩(wěn)定平面下平衡能力與肌肉厚度的相關(guān)性程度較低，肌肉在非穩(wěn)定平面下對平衡控制主導(dǎo)因素下降。