短跑运动员膝关节屈伸肌在不同速度下肌力变化研究

岳海涛,郭海英,俞小亚

(浙江师范大学体育与健康科学学院,浙江金华321004)

·运动生物力学·

短跑运动员膝关节屈伸肌在不同速度下肌力变化研究

岳海涛,郭海英,俞小亚

(浙江师范大学体育与健康科学学院,浙江金华321004)

利用德国ismoed-2000等速肌力测试与康复系统,对短跑运动员下肢膝关节进行60°/s、120°/s、240°/s不同角速度下等速向心收缩测试研究。结果表明:①膝关节左右两侧屈伸峰力矩随着角速度增加而减小,右侧峰力矩略大于左侧;膝关节左右两侧屈伸相对峰力矩随着角速度的增加而减小,右侧相对峰力矩较左侧小,但差异不显著;②膝关节左右两侧屈伸肌力平均功率随着角速度的增加而增加;除120°/s外,随着角速度增加而左右两侧屈伸肌平均功率差异显著;③膝关节左右两侧屈伸肌之比随着速度的增加而增大,但随着角速度的增加屈伸比没差异(除240°/s右侧屈伸比以外)。

短跑运动员;膝关节;屈伸肌力

Abstract:German ismoed-2000 isokinetic muscle testing and rehabilitation system was used to the study of cardiac contractility for the sprinters to lower limb knee 60°/s,120°/s,240°/s angular welocity under different isokinetic test.The results showed that:1 The right and left knee flexion and extension strength was slightly greater than the right side of the left,relative peak torque increases with decreasing angular velocity of the right than the left side of a small,but the difference was not significant;2 Left knee both sides of the flexion and extension strength of the average power increases with the angular velocity,(except 120°/s)and the left extensor of the average power is greater than the right side with the increase in the relative peak torque angular velocity decreases;3 The right and left knee flexion and extension muscle ratio increases as the speed increases,(except flexion and extension muscle ratio of 240°/s)which was in line with domestic isokinetic muscle strength testing research.

Key words:printer;knee-joint;flexor and extensor muscle strength

0 前 言

等速肌力测试指通过等速肌力测试与康复系统对人体整个关节活动范围内以恒定速度进行向心运动和离心运动时某一肌肉或肌群肌力的测试[1]。膝关节在短跑竞技运动中占据非常重要的作用,因此,对膝关节屈伸肌力等速测试研究就显得尤为重要,多数学者已研究证实大多数人的膝关节力量相对不足,屈伸肌力量差异较大,运动过程中容易造成肌肉损伤。目前,我国国内学者对膝关节研究的较多,不同学者采用不同的测试仪器和不同手段对此关节做了较为详细的阐述和报道。本文通过对短跑运动员膝关节等速肌力进行测试研究,探讨其在不同角速度下的肌力和其它一些指标的变化;不仅为关节肌力测量提供新的定量评定手段,而且为运动训练运动选材提供了重要的参考价值。

1 研究的对象和方法

1.1 受试对象

以浙江师范大学田径队20名二级短跑运动员为研究对象,测试其左右膝关节的等速肌力。测试前膝关节均无明显伤病和不适反应。

表1 受试者的基本情况

1.2 测试仪器

德国生产的ismoed-2000等速肌力测试与康复系统。

1.3 测试方法与要求

采用ismoed-2000等速肌力测试与康复系统,按照膝关节的测试方案,严格遵循试验规定的方法对仪器和受试者进行固定和调试。受试前,为了预防测试数据不准确,误差偏大或测试时肌肉的拉伤,受试者应做好充分的准备活动。测试时,让受试者按照最舒适的体位坐好,用专用带进行固定 ,分别以 60°/s 、120°/s 、240°/s的不同角速度进行肌力测试。首先,让其在不同角速度下进行三次预测试,便于受试者能够熟悉其运动模式。正式进行测试时,受试者尽自己最大力量测试,每组运动做六次(即3组屈伸运动),每组间歇时间1min。测试指标包括:屈伸峰力矩(PT)、相对峰力矩(PT/BM)、平均功率(AP)、屈伸肌之比(F/E)等。测试结果由操作系统自动保存且通过无线信号发送到电脑C盘。

1.4 统计方法

试验结果采用spss12.0统计软件对实验数据进行统计分析处理,对短跑运动员屈伸肌力进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 膝关节屈伸肌峰力矩(PT)、相对峰力矩(PT/BM)测试结果与分析

峰力矩是指在一组多次重复测试中的最大力矩值,反映在一定条件下肌肉收缩产生的最大肌力。峰力矩值具有较高的准确性和可重复性,被视为等速肌力测试的黄金指标和参照值。60°/s角速度下的峰力矩代表肌肉的慢速最大收缩能力,120°/s角速度下的峰力矩代表肌肉的中速收缩能力,240°/s角速度下的峰力矩代表肌肉的快速收缩能力。

表2 田径短跑运动员膝关节左侧等速向心屈伸一览表

表3 田径短跑运动员膝关节右侧等速向心屈伸一览表

图1 短跑运动员双侧膝关节峰力矩

膝关节左侧屈、伸肌群的峰力矩随角速度的增大而减小,这一观点早已得到了许多学者研究证实;符合 Hill方程所揭示的肌肉的张力与肌肉收缩速度成反比理论。随着角速度的增加而峰力矩减小的主要原因可能是:肌纤维的兴奋及张力都需一定时间,运动速度越快,肌肉收缩时间越短,所募集的肌纤维数量越少,输出力也就越小[14]。从表2、表3可知:左侧屈峰力矩随着角速度的增加而减小,但减小的差异程度没有显著差异。左侧伸峰力矩与左侧屈峰力矩变化一致,但在角速度 60°/s与 240°/s下伸峰力矩差异显著(120°/s除外)。右侧屈峰力矩随着角速度的增加而减小,右侧屈峰力矩在角速度240°/s差异非常显著(P＜0.01)。而右侧峰力矩与与左侧峰力矩的变化规律相同,但在角速度60°/s和240°/s伸峰力矩差异非常显著(P ＜ 0.01),120°/s时除外。膝关节左、右屈伸相对峰力矩与左、右屈伸峰力矩变化规律趋于一致。由图1可以看出:膝关节屈伸峰力矩都随着角速度的增加而减小;左、右两侧伸峰力矩大于屈峰力矩,在角速度60°/s～120°/s时,右侧屈伸肌力均大于左侧;在角速度 120°/s～240°/s时 ,左侧屈伸肌力大于右侧 ;这可能是在日常训练中造成的。

2.2 膝关节屈、伸肌平均功率(AP)测试结果与分析

表4 短跑运动员膝关节左侧等速向心屈伸平均功率统计表

表5 短跑运动员膝关节右侧等速向心屈伸平均功率统计表

图2 短跑运动员双侧屈伸肌平均功率

平均功率是指单位时间内所做的功,反应肌肉做功的效率,是评价肌肉在活动中评价的一个重要指标。由表4可知:膝关节左侧屈伸平均功率随着角速度的增加有显著的差异(120°/s屈平均功率除外);由表5可知:膝关节右侧屈伸平均功率随着角速度的增加有显著差异(120°/s除外)。由表4、表5可知:膝关节左右两侧屈伸平均功率随着角速度的递增而变大,而膝关节左右两侧伸平均功率明显大于屈平均功率。造成这种因素的主要原因有学者认为是在角速度增加时,只有那些活动周期快的横桥参与活动,那些活动周期慢的横桥来不及活动,收缩就已结束,收缩速度越快,横桥形成的数量越少,力量也就越小[4]。从这种观点可以看出,峰力矩与平均功率有着高度的相关性,已有学者对此作出了阐述。还有学者认为肌肉快速收缩时,尽管肌力减少,但速度增加的幅度大于肌力减少的幅度,则快速收缩的平均功率大于慢速收缩。由图2可看出,左右两侧屈伸平均功率随着角速度的增加而增大;在角速度60°/s～120°/s时,膝关节左侧屈、伸平均功率均大于右侧,但右侧屈平均功率随角速度增大斜率大于左侧屈平均功率。在角速度120°/s～240°/s时,左侧屈、伸平均功率大于右侧,但左、右屈伸平均功率没有太大的变化。说明左右两侧没有形成优势腿,这个可能与其从事的运动专项有关;但左右两侧伸平均功率均大于屈平均功率。

2.3 膝关节左右两侧屈伸比(F/E)研究

等速肌力测试中,屈伸比也称做“协调性”,是平衡性的一个指标。屈伸肌群协调性在短跑运动中起着非常关键的作用,它不仅可以防止运动员在高速运动中的损伤,还是提高运动成绩的保障。

表6 短跑运动员膝关节左右侧等速肌力的屈伸比(F/E)统计表

表6可知:膝关节左侧肌力屈伸比随着角速度的增加没有显著差异,膝关节右侧随着角速度的增加有差异(120°/s除外),但差异不显著。图3表明:膝关节同侧屈伸比(F/E)随着角速度的增加而增大,左、右两侧屈伸比差异并不显著;在角速度 60°/s时,右侧略大于左侧,在角速度 120°/s与240°/s时,左侧略大于右侧。说明运动训练产生了重要影响,运动员膝关节屈肌比伸肌更能适应高速向心工作。特别是运动训练对膝屈肌影响明显,而运动训练对膝伸肌影响较小,也反映训练有不足之处,加强膝伸肌训练方法手段研究具有重要意义[13]。国外学者曾报道优秀高水平运动员在高速运动时屈伸比能达到90%以上。而短跑运动员在高速角速度测试时左右两侧屈伸比仅仅在79%左右。因此,短跑运动员应该在以后锻炼中加强对屈肌和速度力量的训练。

图3 短跑运动员两侧膝关节屈伸比

3 讨 论

从分析结果可知:随着角速度的增加,膝关节左右屈伸峰力矩、相对峰力矩均减小,这种观点已经得到了证实。但对峰力矩、相对峰力矩下降的原因,还存在着争议。Sucdder[14]等认为,肌纤维的兴奋及产生张力都需一定时间,若运动速度越快,肌肉收缩时间越短,所募集的肌纤维数量越少,产力也就越小。Chena[15]发现,快速运动的峰力矩与快肌纤维的含量呈正比,认为在快速运动时仅由快缩肌产力。还有学者认为,肌肉在主动收缩时,其拮抗肌受牵拉诱发牵张反射而产生阻力,因此主缩肌收缩速度越快,受拮抗肌产生阻力的影响越大。Fillya[16]研究发现,随速度增快,膝关节伸肌PT下降的幅度明显大于屈肌,认为是由于肢重所致。笔者更倾向于Sucdder的说法。膝关节左右两侧屈、伸平均功率随着角速度增加而增大,且伸肌平均功率大于屈肌平均功率;膝关节左右两侧屈伸比在随着角速度增大而增大,说明运动员更适应高速运动。膝关节同侧肌群屈伸比随着角速度的增大而增加,除角速度60°/s外,左侧膝关节屈伸比均大于右侧,但没有太大波动。从膝关节同侧屈伸比比值来看,浙江师范大学与高水平运动员之间还有一定差距,要在今后训练给予重视。

4 结 论

4.1 浙江师范大学短跑运动员左右两侧膝关节向心等速屈伸峰力矩随着测试角速度的增加而减小,且膝关节屈肌峰力矩小于伸肌峰力矩,这点一得到了证实。但对于随角速度增加而峰力矩减小的原因,不同人有着不同的看法,报道不尽一致,有待于进一步研究。

4.2 浙江师范大学短跑运动员左右两侧膝关节向心运动屈伸肌平均功率随角速度的增加而增大;同一测试角速度下屈伸肌群左、右两侧无明显差异,说明短跑运动员在平时膝关节屈伸向心运动肌群没有显著差异,没有出现优势侧。

4.3 浙江师范大学短跑运动员膝关节同侧向心运动屈伸肌群屈伸比,随着角速度的增加而增大。发现在角速度增加时伸肌变化较小,屈肌在角速度大时而变大;因此,随着角速度的变大而屈伸比变大。但浙江师范大学短跑运动员屈伸比小于高水平运动员,要在以后训练中给予重视。

[1] 卢德明,王向东.青年人六大关节肌力研究[M].北京:北京体育大学出版社,2004:56-67.

[2] 俞小亚,马楚虹,钱永东,戴艳.优秀攀岩运动员肘关节屈伸肌等速肌力测试研究[J].四川体育科学,2009,30(9):44-48.

[3] 赵焕彬,王海涛,刘建国,崔景辉.男子短跑运动员上下肢关节力矩的研究[J].中国体育科技,2006,42(1):23-26.

[4] 曲建华.优秀水球运动员膝关节肌群等速向心收缩力量特征研究[J].北京体育大学学报,2007,30(5):43-44.

[5] 夏娇阳,张颖,王新.优秀速度滑冰运动员下肢肌肉力量特征的力学分析[J].成都体育学院学报,2009,35(9):77-80.

[6] 王晓云.足球、速滑运动员膝关节屈伸等速向心收缩的生物学分析[J].首都体育学院学报,2005,17(1):10-11.

[7] 张庆来.我国优秀青年少年女子跳高运动员膝关节等速肌力特征研究[J].山东体育学院学报,2007,23(2):67-70.

[8] 檀志宗,王晨,邱俊,崔晓珠,钱风雷.不同项目女运动员膝关节屈伸肌群肌力特征的比较[J].体育科研,2007,2(5):46-49.

[9] 程鹏,毕霞,杨红.正常男性下肢等速向心收缩的研究[J].中国康复理论与实践,1999,5(3):114-116.

[10] 程鹏.青年男性膝关节等速向心收缩正常值研究[J].中国运动医学杂志,1996,15(1):50-52.

[11] Test-retest Reliability of Biomechanical Output and Subjective Ratings of Exertion in Isometric and Isometric Sgoulder Forward Flexion in Healthy Subjects[J].Advances in Physiotherapy 2003(5):169-178.

[12] 虞重干,国权.篮、排球运动员下肢3关节肌等速测试的对比研究[J].体育科技,2000,20(1):73-75.

[13] 姚俊,秦鸿飞.游泳运动员不同速度下膝关节的力量研究[J].广州体育学院学报,2003,23(4):38-39.

[14] Sucdder GN.Torque curves produced at the knee during isometric and isokinetic exercise[J].Arch Phys Med Rehabil,1980,61:68.

[15] Chena DR,Kurth AL,Thomas Metal.Torque characteristics of the quadriceps and hamstring muscles during concentric and eccentric loading[J].JOSPT,14:149.

[16] Fillyaw M,Bevins TTernande L.Importance of correction isokinetic peak torque for the effect of gravity when calculating knee flexor to extensor muscle ration[J].Physical Therapy,1986,66:23.

Research on sprinters knee flexion and extension muscle strength at different speeds

YUE Hai-tao,GUO Hai-ying,YU Xiao-ya

(College of Physical Education,Zhejiang Normal University,Jinhua 321004,China)

G804.63

A

1004-3624(2011)02-0124-04

2010-12-15

岳海涛(1983-),男,河南驻马店人,在读硕士研究生,研究方向运动人体测量与评价.