關節(jié)等速肌力對摔跤滾橋技術峰值扭矩的多元回歸分析

曹智超，吳 瑛，章凌凌

摔跤項目的技術動作豐富，需要根據(jù)賽場千變?nèi)f化的實際情況，隨機應變采取對應動作（田麥久等，1988）。摔跤運動員合理的專項力量整體特征應能滿足摔跤項目各個技術動作的使用需要。從競技能力結構雙子模型的角度來看，高水平運動員的專項力量訓練更應針對具體運動技術開展揚長補短的強化練習。但目前鮮見揭示包括滾橋技術在內(nèi)的具體摔跤技術所對應的專項力量特征的研究，使得滾橋技術的專項力量訓練缺乏明確的靶向目標。前期研究（曹智超等，2021）揭示了滾橋技術峰值扭矩體位前后的神經(jīng)肌肉控制特征，并初步遴選出積分肌電占比最高且顯著高于對側的3塊肌肉——右臀大肌、右股直肌、右腹外斜肌，作為滾橋技術峰值扭矩體位下的主要用力肌肉，但積分肌電參數(shù)大小不等同于實際參與用力大小，需要進一步測試分析加以甄別。此外，在確認滾橋技術峰值扭矩體位下參與滾動用力的主要關節(jié)肌群的基礎上，還應進一步探究相關關節(jié)肌力對滾橋技術峰值扭矩的貢獻程度，以便教練員在制定針對該技術的專項力量訓練方案時能夠科學地分配不同關節(jié)肌群的練習比例。

鑒于此，本研究對優(yōu)秀摔跤運動員的右髖關節(jié)伸展、右膝關節(jié)伸展、軀干左旋開展30（°）/s的等速肌力進行測試，結合自主研發(fā)的摔跤滾橋等速測力系統(tǒng)（專利號：ZL201620365042.X）的測試結果建立多元回歸方程，進一步甄別滾橋技術峰值扭矩體位下髖關節(jié)伸展、膝關節(jié)伸展、軀干旋轉用力是否直接影響滾橋技術扭矩，并量化反映不同關節(jié)肌力對摔跤滾橋力量的貢獻水平。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

招募來自上海、浙江、江蘇、安徽4省份19名高水平摔跤運動員。其中，運動健將10人、一級運動員9人；受試運動員平均年齡（22.3±5.5）歲，體質量（74.0±18.8）kg，身高（175.3±6.8）cm，訓練年限（9.1±4.7）年。受試運動員在測試前一天避免參加劇烈的身體運動，無急性傷病且未處于減重期，熟練滾橋技術且強側均為右側。

1.2 研究方法

1.2.1 實驗設備

1）摔跤滾橋等速測力系統(tǒng)。內(nèi)置靜態(tài)扭矩傳感器，量程3 000 Nm，單次測量誤差±3 Nm，重復測量誤差為±9 Nm。動力系統(tǒng)采用三相380 V-1.5 kW-50 Hz的渦輪蝸桿減速電機，利用齒輪速度轉換器將轉速調(diào)節(jié)為30（°）/s。電機啟動扭矩值設為15 Nm，停止扭矩值設為5 Nm。2）等速肌力測試系統(tǒng)（IsoMed 2000，German）。對所有受試運動員右髖、膝關節(jié)屈伸運動和軀干左右旋轉運動進行等速測試。測試設定角速度為30（°）/s，重復3次。3）高清攝像機（JVCGY-HM170EC，Japan）。拍攝頻率為25幀/s。攝像機架設于受試運動員身后3 m處，主光軸高度1.5 m，視頻分析中以電機啟動聲為動力測量同步信號。

1.2.2 實驗流程

測試當天，受試運動員先進行15 min準備活動至身體微微出汗，隨后休息10 min。19名受試運動員依次在摔跤滾橋等速測力系統(tǒng)上全力完成2次強側滾橋技術以獲取假人旋轉扭矩，測試間歇≥10 min。扭矩測量角度范圍為0°～180°，選取峰值扭矩較高的1次測試結果進行后續(xù)分析。每次滾橋技術測試流程：1）受試運動員右膝跪立于假人正后方，與假人無接觸；2）實驗人員發(fā)出開始指令，受試摟抱假人軀干最大力量使用滾橋技術；3）實驗人員判斷假人旋轉超過180°后，發(fā)出停止指令；4）實驗人員檢查數(shù)據(jù)完整性，判斷是否有效。期間攝像機位于受試運動員身后3 m處定點拍攝技術全程。測試地點為上海市人類運動能力開發(fā)與保障重點實驗室。最后，實驗人員對19名受試運動員右髖、膝屈伸模式和軀干左右旋轉模式進行關節(jié)等速肌力測試。系統(tǒng)設定角速度為30（°）/s。測試前進行5次亞極限力量的適應性練習，之后要求受試運動員最大努力重復3次，取峰值扭矩最高的1次測試結果。關節(jié)等速肌力測試與滾橋等速測力間隔≥10 min，髖關節(jié)測試取仰臥位，膝關節(jié)測試取坐位。

2 實驗結果

2.1 動力學與運動學測試結果

通過19名受試運動員在0°～180°測得的滾橋技術相對力量均值（圖1）可以得出，在30（°）/s等速測試條件下，相對力量峰值出現(xiàn)在63°體位下，平均水平達（3.08±0.84）Nm/kg。19名受試運動員滾橋技術峰值扭矩的出現(xiàn)角度和結束角度分別為 58.42°±5.27°和 66.79°±4.22°。

1名受試運動員分別在電機啟動、左腳離地、左腳落地時刻的時相畫面（圖2）顯示，30（°）/s等速測試條件下，以摔跤滾橋等速測力系統(tǒng)的電機啟動時刻為時間原點，運動員左腳離地時間為（0.58±0.43）s（旋轉角度17.31°），左腳落地時間為（1.93±0.74）s（旋轉角度57.78°）。

圖2 受試運動員在30（°）/s等速測試條件下的滾橋技術時相圖Figure 2.Phase Diagram of Side-Rolling Technique of the Athlete under 30（°）/s Constant Speed Test Condition

2.2 回歸前數(shù)據(jù)分析

測試19名優(yōu)秀摔跤員30（°）/s等速旋轉條件下的膝關節(jié)伸展、髖關節(jié)伸展、軀干左旋、滾橋技術的峰值扭矩參數(shù)（表1），將其錄入SPSS 20軟件進行多元線性逐步回歸統(tǒng)計處理。滾橋峰值扭矩為因變量，右髖、膝關節(jié)伸展峰值扭矩和軀干左旋峰值扭矩作為自變量。

表1 關節(jié)等速肌力和滾橋峰值扭矩絕對值Table 1 Absolute Value of Joint Isokinetic Muscle Force and Peak Torque of Side-Rolling Nm

膝關節(jié)伸展扭矩與滾橋扭矩存在明顯的線性關系（圖3），應用散點圖檢驗了髖關節(jié)伸展扭矩、軀干左旋扭矩，發(fā)現(xiàn)均與滾橋扭矩存在線性關系；P-P圖上的點圍繞在直線周圍，說明殘差呈正態(tài)分布（圖4）；散點圖擬合的直線平行于橫坐標軸，說明殘差方差齊性（圖5）；Durbin-Watson檢驗值為2.396，殘差具有獨立性（表4）?；谝陨蠑?shù)據(jù)分析構建滾橋技術力量的逐步回歸模型。

圖3 膝關節(jié)伸展與滾橋扭矩的散點圖Figure 3.Scatter Plot of Extension of Knee and Side-Rolling Torque

圖4 回歸標準化殘差的標準P-P圖Figure 4.Standard P-P Chart of Regression Analysis Standardized Residuals

圖5 回歸標準化殘差散點圖Figure 5.Regression Standardized Residual Scatter

2.3 回歸模型構建與回代檢驗

采用逐步回歸分析共形成兩個模型（表3），模型2的R2=0.821，擬合程度優(yōu)于模型1。模型2引入了軀干左旋扭矩和膝關節(jié)伸展扭矩兩個指標（表2），容差和VIF相同，容差=0.552＞0.1，VIF=1.81＜5（表5），不存在共線性。F=36.734，顯著性=0＜0.05，說明模型2的回歸方程有效（表4）。

表2 輸入/移去的變量Table 2 Input/Remove Variable

表3 模型匯總Table 3 Summary of Model

表4 模型2方差分析Table 4 Analysis of Variance of Model 2

軀干左旋扭矩和膝關節(jié)伸展扭矩的標準化回歸系數(shù)分別為0.644和0.399（表5），顯著性水平＜0.05?；貧w模型為Y（滾橋峰值扭矩）=48.178+0.644×X1（軀干左旋扭矩）+0.399×X2（膝關節(jié)伸展扭矩）。

表5 回歸系數(shù)分析Table 5 Analysis of Regression Coefficient

對測得的扭矩參數(shù)進行相對值處理，重新代入回歸方程（表6）后，結果表明，滾橋峰值扭矩的實測值在預測值的2SD范圍內(nèi)，絕對值相關系數(shù)0.904，相對值相關系數(shù)0.880。

表6 關節(jié)等速肌力和滾橋峰值扭矩相對值回代結果Table 6 Relative Value Back Substitution Results of Isokinetic Muscle Strength and Peak Torque of Side-Rolling Nm·kg-1

3 分析與討論

3.1 滾橋技術峰值扭矩下的體位特征

準確找到滾橋技術峰值扭矩下的體位特征，有利于判斷該體位下的運動員相關關節(jié)參與用力的方式。19名受試運動員在假人旋轉63°時測得的滾橋技術相對力量均值最高，達（3.08±0.84）Nm/kg（圖1），說明63°體位能夠較好地代表滾橋技術峰值扭矩的體位特征。通過視頻分析發(fā)現(xiàn)，滾橋技術開始后，運動員左足會迅速做出“背步”的動作，即通過左髖做伸展運動將左足帶動至身體后方?！氨巢健眲幼鲿惯\動員的脊柱呈現(xiàn)向右旋轉的體形，該體形可以為滾橋技術之后所需的軀干左旋提供適宜的肌肉初長度和脊柱可旋轉的范圍。左足離地標志著“背步”動作的開始，左足落地意味著“背步”動作的結束和軀干左旋動作的開始。與此同時，運動員持續(xù)借助右腿側向蹬伸獲得來自地面的反作用力。運動員左腳落地時間為（1.926±0.744）s（旋轉角度57.78°）（圖2）。滾橋技術峰值扭矩的出現(xiàn)角度和結束角度分別為58.42°±5.27°和66.79°±4.22°。滾橋技術峰值扭矩體位恰好處于“背步”動作結束和軀干左旋動作開始的時期。該體位能夠在借助右下肢蹬伸墊面的同時，利用運動員脊柱向右旋轉的體形，使軀干左旋的力量最大化地轉化為滾橋技術的滾動力量。

3.2 軀干旋轉肌力對滾橋技術峰值扭矩貢獻度超過60%

根據(jù)標準化回歸方程，軀干左旋力量是滾橋力量（右側）的主要動力來源。軀干力量屬于核心力量的范疇，具有穩(wěn)定和協(xié)調(diào)四肢用力的核心穩(wěn)定性功能。研究普遍認為，核心力量在幾乎所有的運動項目上都不是直接的發(fā)力源（陳小平 等，2007；黎涌明 等，2008；王衛(wèi)星 等，2008）。國內(nèi)外鮮見針對摔跤運動員軀干旋轉肌力的測試報告，與投擲運動員（桂海榮等，2012）比較發(fā)現(xiàn)，摔跤與投擲運動員軀干左旋肌力相對值［（2.35±0.43）Nm/kg］水平相當，顯著高于投擲運動員軀干右旋肌力相對值［（2.04±0.33）Nm/kg］。Bae等（2012）發(fā)現(xiàn)，韓國高爾夫運動員常用擊球旋轉方向上的峰力矩和總功均顯著高于對側。可見，軀干旋轉力量的發(fā)力功能已經(jīng)得到一些運動項目研究的支持。滾橋技術“背步”動作的目的在于形成脊柱被動向右旋轉的體形，該動作不僅存在于摔跤項目中的多個技術中，在柔道、散打、武術、投擲等項目中也都經(jīng)常出現(xiàn)，提示，軀干旋轉力量在較多專項技術中都可能是主要動力來源，過去的研究可能低估了軀干旋轉力量在參與這些動作時的發(fā)力作用。

3.3 膝關節(jié)伸展力量為提供滾橋技術地面反作用力

根據(jù)標準化回歸方程，膝關節(jié)伸展對滾橋扭矩的貢獻接近40%，增強摔跤運動員的膝關節(jié)伸展肌力對提升滾橋技術力量效果應具有積極意義。滾橋技術具有靜力性用力特點，攻防雙方在力量抗衡時膝關節(jié)處于靜止或慢速運動狀態(tài)。本研究測得19名受試運動員在30（°）/s條件下的膝關節(jié)等速伸展肌力為（3.24±0.6）Nm/kg，與國外17歲以上高中運動員的（3.23±0.09）Nm/kg（Housh et al.，1989）水平相當，低于董德朋等（2015）測得的12名健將級自由式摔跤運動員［0（°）/s條件下（3.93±0.34）Nm/kg］和10名健將級自由式摔跤運動員［0（°）/s條件下（3.77±0.31）Nm/kg］的水平?？梢姡覈舆\動員膝關節(jié)慢速伸展肌力不低于國外水平。

峰值扭矩體位下動力來源可以分為兩部分，一是運動員軀干旋轉的力量，二是運動員蹬伸地面所獲得的反作用力。蹬伸地面所獲得的反作用力不僅依賴運動員的自有力量，還會受到運動員右足支點選位、髖關節(jié)角度控制等可能改變蹬伸用力方向的技術性因素影響。因此，提高滾橋技術的地面反作用力，應從兩個方面入手，一是增強摔跤運動員下肢蹬伸的肌肉力量，二是提高運動員技術水平，以最大化地提升從地面反作用力向滾橋技術峰值扭矩的轉化效率。

3.4 不排除髖關節(jié)運動對滾橋技術峰值扭矩的力量貢獻

肌肉收縮時最大發(fā)力的關節(jié)角度應是相對固定的（呂新穎，2004），本研究測得優(yōu)秀摔跤運動員髖關節(jié)屈曲峰值扭矩出現(xiàn)角度為23.63°±5.14°，伸髖峰值扭矩角度為78.32°±14.03°。滾橋技術的運動學分析（楊進昌，2011）表明，挺髖成橋階段初期髖關節(jié)角度為75.932°，恰好處于摔跤運動員髖關節(jié)伸展肌群的最佳發(fā)力角度。髖關節(jié)處于脊柱與下肢的結合部位，在運動中具有承上啟下的樞紐作用（黎涌明等，2008）。因此，在滾橋技術峰值扭矩體位下，髖關節(jié)伸展作為連接軀干左旋與膝關節(jié)伸展的樞紐，應在參與用力與力量傳導兩方面具有正面的積極意義。

髖關節(jié)伸展肌力在回歸方程中被排除，說明髖關節(jié)的伸展肌力不直接向滾橋技術提供旋轉力量，但不能排除髖關節(jié)運動對滾橋技術峰值扭矩的力量貢獻。此前，國內(nèi)外研究普遍使用等動肌力測試系統(tǒng)測量運動員頸、肩、肘、膝、髖、軀干等大關節(jié)肌力，且聚焦于屈伸肌力，鮮有測量肩關節(jié)內(nèi)、外旋肌力的研究。本研究延續(xù)前人研究觀點和測試內(nèi)容進行試驗設計，只測量了摔跤運動員的髖關節(jié)屈伸肌力，未測量髖關節(jié)的其他自由度運動肌力。髖關節(jié)具有3個自由度：屈-伸、外展-內(nèi)收、內(nèi)旋-外旋。對于滾橋技術而言，髖關節(jié)可能是3種運動方式的組合。在滾橋技術峰值扭矩體位下，運動員的發(fā)力方向是持續(xù)向右滾動，與髖關節(jié)外展運動的方向接近。因此，髖關節(jié)應是以外展的形式參與滾動用力。此時，右髖關節(jié)外旋使右足右外緣與墊子保持大面積接觸，從而獲得足夠的摩擦力。右髖關節(jié)伸展肌群持續(xù)等長收縮，起固定關節(jié)的作用，即通過固定髖關節(jié)的屈伸角度，來提高膝關節(jié)蹬伸和髖關節(jié)外展的力量傳導率。

4 結論

1）滾橋技術峰值扭矩體位處于“背步”動作結束和軀干左旋動作開始的時期，該體位能夠在借助右下肢蹬伸墊面的同時，利用運動員脊柱向右旋轉的體形，使軀干左旋的力量最大化地轉化為滾橋技術的滾動力量。

2）軀干左旋、右膝關節(jié)伸展用力直接影響滾橋（右側）峰值扭矩，軀干左旋肌力的貢獻度超過60%，是主要的動力來源。

3）滾橋（右側）峰值扭矩體位下，右髖關節(jié)以外展形式參與滾動用力，右髖關節(jié)外旋使右足右外緣與墊子保持大面積接觸以增加摩擦力，右髖關節(jié)伸展肌群持續(xù)等長收縮以固定髖關節(jié)的屈伸角度，來提高膝關節(jié)蹬伸和髖關節(jié)外展的力量傳導率。

5 研究局限

本研究在試驗設計時延續(xù)前人研究觀點和測試內(nèi)容，只測試了髖關節(jié)屈伸肌力，未對外展-內(nèi)收、內(nèi)旋-外旋的肌力予以測試。雖然通過運動學分析得出其他兩個自由度在滾橋峰值扭矩體位下的功能與作用，但仍待后期研究加以印證。