少年男篮运动员下肢等速肌力与纵跳高度、速度的相关性分析

少年男篮运动员下肢等速肌力与纵跳高度、速度的相关性分析

林长地1，程亮2

(1.福建工程学院 体育教研部，福建 福州350118； 2.四川省运动技术学院，四川 成都610041)

摘要：目的：探讨少年男篮运动员下肢关节不同角速度等速肌力特征，分析与半蹲跳(SJ)、下蹲跳(CMJ)高度、腾起速度的相关性。方法：IsoMed 2000测试了13名少年男篮运动员双侧髋、膝、踝关节等速肌力(角速度60°/S、240°/S)，两台Basel高速摄像机记录每名受试者成功的SJ、CMJ过程。结果：1)相比SJ，CMJ的腾起高度(H)、腾空时间(T)、重心腾起初速度(V)均值都非常显著增大(P<0.05)；2)随着角速度的增加，受试者髋关节屈和膝关节伸峰力矩均值显著减小(P<0.05)。不同角速度测试中髋、膝和踝关节屈伸比值分别为和0.72、0.68、0.21(60°/S)和0.7、0.64、0.21(240°/S)；3)影响CMJ的等速测试为髋关节屈伸绝对力量和爆发力、膝和踝关节伸的爆发力；影响SJ的等速测试为髋关节、踝关节伸的爆发力。结论：少年男篮应优先发展髋关节的爆发力和绝对力量练习，维持膝关节前后肌群的平衡，加强踝关节的稳定性，进而降低下肢伤病的风险。

关键词：少年男篮；等速肌力；半蹲跳；下蹲跳；相关性

中图分类号：G841

收稿日期：2014-03-18

基金项目：国家社科

作者简介：林长地(1973-)，男，福建尤溪人，副教授，研究方向体育教育与训练学。

Correlation analysis of isokinetic muscle strength of lower limbs and vertical jump height and speed of youth basketball players

LIN Zhang-Di1，CHENG Liang2

(1.PhysicalEducationTeachingandResearchSection,FujianUniversityofTechnology,Fuzhou350118,Fujian,China; 2.SichuanSportsSkillsInstitute,Chengdu610041,Sichuan,China)

Abstract:Objective:To investigate the isokinetic muscle strength characteristics of young men's basketball athletes at different lower limb joint angular velocity and analyze its correlation with squat jump (SJ), counter movement jump (CMJ) height and takeoff speed. Methods: IsoMed 2000 was used to test 13 young men basketball athletes bilateral hip, knee, ankle isokinetic muscle strength at the angular velocity of 60° and 240°/s respectively, as well as applied 2 Basel high-speed cameras to record the SJ and CMJ process of each participant's success.Results:1) Compared with SJ, the mean value of spring up height, hang time and center of gravity speed at first of CMJ increased significantly(P<0.05); 2) With the increase of angular velocity, the peak torque mean of the hip flexion and knee extension were significantly reduced (P<0.05). The peak torque ratio of flexion/extension in hip, knee and ankle is 0.72, 0.68, 0.21(60°/S) and 0.7, 0.64, 0.21(240°/S), respectively; 3) The influencing factors of CMJ tests were the absolute power and explosive of hip flexion and extension, the explosive of knee and ankle joint; the SJ isokinetic testing result was influenced by the extension muscle explosive force of hip and ankle joint.Conclusion:Young men's basketball athletes should give priority to develop the explosive force and absolute strength of hip joint, maintain the balance of knee before and after muscle group, enhance the stability of the ankle, and in turn to reduce the risk of lower limb injuries.

Key words:male youth basketball; isokinetic muscle strength; squat jump; counter movement jump; correlation

纵跳是人体在大脑中枢神经系统控制下，依靠身体各相关环节的协调配合，发挥下肢肌群的最大爆发力，以达到最佳纵向起跳效果的技术动作[1]。现有针对纵跳的研究，多数以成年运动员[2、3]或成年人[4、5]为研究对象，方法上多采用测力台[3]、压力平板[4]、三维录像摄影[2]以及表面肌电(sEMG)[3]来分析。篮球运动员在比赛中会进行很多跳跃动作，弹跳素质是一项基本的运动能力。有研究报道，一场篮球比赛中，运动员原地双脚起跳次数占总起跳的67%，助跑双脚起跳占24%，助跑单脚起跳比例最小[6]。

通过调研发现，某省男篮二线队员(全运会U—18比赛)弹跳素质普遍不高。显而易见，在纵跳过程人体下肢关节肌群会发生快速的向心、离心收缩。而等速肌力测试可评价人体单关节在向心、离心收缩状态下的特性[7]。然而，少年男篮运动员下肢关节屈伸等速肌力与纵跳有何关系，目前缺乏文献报道。为此，本研究假设纵跳(半蹲跳：SJ、下蹲跳：CMJ)与下肢关节等速肌力有一定的相关性。通过对少年男篮运动员双侧髋、膝、踝关节不同角速度的等速肌力测试，并使用三维录像拍摄受试者的SJ、CMJ的过程，分析下肢关节屈伸等速肌力与纵跳的关系，找出下肢链薄弱环节。为少年男篮运动员下肢力量针对性训练进而提高弹跳素质提供定量依据。

1对象与方法

1.1对象

2014年5月，以某省男子篮球二线队(全运会U—18比赛)13名运动员为研究对象(表1)，本次研究的所有受试者，无明显阻碍本次测试的下肢关节、肌肉的损伤，并明白本次测试的目的和意图。

表1　研究对象情况表

1.2方法

1.2.1等速肌力测试

本研究采用了德国IsoMed 2000等速肌力测试仪，测试了13名受试者双侧髋、膝和踝关节不同角速度(60°/S、5次和240°/S、5次)向心和离心肌力(图1)。在正式测试前，要求受试者进行15分钟的下肢关节牵拉和热身。髋关节测试取仰卧位，固定其腰部，关节活动度(ROM)为120°，膝关节测试取坐位，固定躯干和髋部，ROM为80°，踝关节测试取仰卧位，固定髋和膝部，ROM为70°。本研究中踝关节屈测试结果指背屈，伸指趾屈(图1)。进入测试前要求每名受试者进行亚极限强度练习3～5次，测试时实验人员需对每名受试者进行言语鼓励，保证受试者尽力完成每次测试，以便数据的可靠性。

图1　受试者髋、膝和踝关节测试示意图

1.2.2三维录像解析

使用两台德国产Basel高速摄像机从不同角度(主光轴夹角约90°，一台位于受试者正侧面，另一台位于正面)拍摄了13名受试者成功的SJ、CMJ动作(2名有经验的实验人员来判断动作成功与否)。德国Simi Motion9.01三维录像系统解析了运动学数据，使用了24点星状辐射框架、郑秀媛男子人体模型(16环节、21个标志点)和低通滤波平滑(截断频率为8Hz)处理数据，获得每名受试者SJ、CMJ的高度和重心腾起初速度。

1.2.3数理统计

采用spss17.0对所有受试者髋、膝和踝关节(60 °/S和240 °/S角速度)向心、离心等速测试(峰力矩)和三维解析数据(腾起高度、重心腾起初速度)，分别进行平均值±标准差处理。为了排除受试者左右侧关节等速肌力的差异，本研究对所有受试者等速测试数据进行左右侧平均化处理；SJ与CMJ间数据、60 °/S和240 °/S间测试峰力矩进行配对样本t检验；关节峰力矩与运动学数据进行Pearson相关分析，|r|在0.3～0.5为低度相关；|r|在0.5～0.8为中度相关；|r|在0.8以上为高度相关。显著水平α=0.05，非常显著水平α=0.01。

2研究结果

对13名少年男篮运动员下肢等速肌力测试和SJ、CMJ测试结果见表2～5。1)对同组受试者SJ、CMJ测试发现，CMJ腾起高度、腾空时间、重心腾起初速度均值都非常显著(P=0.004、P=0.003、P<0.001)大于SJ的结果；2)60 °/S和240 °/S测试发现，随着角速度的增加，下肢关节屈伸峰力矩均有不同程度的减小，其中髋关节屈和膝关节伸峰力矩均值显著减小(P=0.035、P=0.027)；3)不同角速度测试中髋、膝和踝关节屈伸比值分别为和0.72、0.68、0.21(60 °/S)和0.7、0.64、0.21(240 °/S)；(4)相关性统计结果发现，在60 °/S的测试中，髋关节屈峰力矩与CMJ腾空时间、重心腾起初速度呈显著中度正相关(r=0.612*、r=0.563*)，而髋关节伸峰力矩与CMJ腾起高度、腾空时间呈显著中度正相关(r=0.589*、r=0.584*)；在240°/S测试中髋、踝关节伸峰力矩与SJ腾起高度呈显著中度正相关(r=0.760*、r=0.728*)，其中髋关节伸峰力矩与SJ腾空时间、重心腾起初速度呈高度显著正相关(r=0.849**、r=0.886**)。髋关节屈、伸峰力矩与CMJ腾起高度、腾空时间和重心腾起初速度呈高度显著正相关(屈r=0.822**、r=0.803**、r=0.834*，伸r=0.865**、r=0.864**、r=0.867**)，膝关节伸峰力矩与CMJ腾起高度、腾空时间和重心腾起初速度呈中度显著正相关(r=0.741**、r=0.653*、r=0.694*)，踝关节伸峰力矩只与CMJ腾起高度呈中度显著正相关(r=0.681*)。

表2受试者SJ、CMJ腾起高度、腾空时间和重心腾起初速度

纵跳方式H(m)T(s)V(m/s)SJ0.42±0.040.29±0.022.86±0.11CMJ0.49±0.050.31±0.033.09±0.09p0.0040.0030.000t-3.220-3.589-6.343

(注：SJ:半蹲跳，CMJ：下蹲跳，H：腾起高度，T：腾空时间，V：重心腾起初速度，表5相同)

表3　受试者双侧髋、膝和踝关节屈伸峰力矩

表4　受试者拮抗肌与主动肌峰力矩比(PTR)

注：拮抗肌与主动肌峰力矩比又指屈肌群与伸肌群峰力矩比

3讨论

3.1纵跳和等速肌力测试讨论

原地纵跳作为一种常用测定下肢肌力的方法，能一定程度反应下肢肌群爆发力以及肌肉弹性储备和利用能力。半蹲跳(SJ)指受试者双手插腰，保持躯干正直、尽量不动，由半蹲(膝关节角度约90°)静止几秒开始，完成快速向上垂直起跳的过程；下蹲跳(CMJ)指受试者双手插腰，保持躯干正直，尽量不动，从身体直立开始，由下肢完成快速、连贯的下蹲后迅速向上垂直起跳的过程[8]。在CMJ测试中，运动员下肢伸肌完成被动牵张产生离心收缩，再迅速转化为向心收缩，将肌肉的这种收缩形式称为拉长——缩短周期(Stretehing-Shorting Cyele，SSC)[9]。Komi[10]认为一个有效的SSC必须满足3个基本条件，即在离心作用开始前肌肉要及时地激活；一个短而快的离心阶段；在拉长和缩短阶段之间要快速转换。

表5　下肢峰力矩与SJ、CMJ相关性

注：*表示p<0.05，**表示p<0.01，等速测试仪默认踝关节背屈动作为屈，趾屈为伸。

在本研究中，CMJ下蹲拉长了受试者臀大肌、股四头肌和小腿三头肌的初始长度。在一定生理条件范围内，肌肉的初始长度增长，加大了肌肉收缩做功距离，进而产生更大的动能；同时肌肉预先拉长刺激了肌梭，引起牵张反射，增加了肌肉的收缩力量；另外肌肉是弹性体，预先拉长肌肉，增加了肌肉反抗变形的内聚力和弹性势能，间接增加了肌肉收缩能力。而SJ动作截然不同，要求受试者从半蹲开始起跳，以至于产生不同的腾起速度及高度。

目前，等速肌力测试已经广泛应用到运动领域。普遍的观点认为60 °/S(慢速)测试代表运动员的绝对力量测试，240 °/S(快速)测试可代表爆发力测试[7，11，12]。Hill[13]用数学形式描述了肌肉力——速度的关系，这就是著名的Hill力—速度方程：F=(F0b—av)/(b+v)，F指肌肉在最佳长度时的最大力，F0指最佳长度是的最大等长力，v是缩短速度，a和b分别是用力单位(N)和速度单位(m/s)的常数。因此，一块肌肉在最佳长度时可能产生的最大力是随着运动速度增加而下降的(图3)。同时，Hill还认同力——速度关系的形状强烈地取决于肌肉中肌纤维的类型，虽然慢肌纤维和快肌纤维的每单位横切面积大致是相同的。但是，最大缩短速度因纤维类型不同而不同(图4)。本研究发现，随着角速度的增加，受试者下肢关节屈伸峰力矩均有不同程度的减小，进一步论证了Hill观点。

图3　肌肉缩短和拉长时的力—速度关系示意图

图4　快、慢肌纤维向心作用时力—速度关系图

拮抗肌与主动肌峰力矩比(PTR)，反映人体关节活动中拮抗肌和主动肌力的平衡情况，对判断关节的稳定性有一定的意义[7]。而合理的PTR值能预防主动肌或拮抗肌的拉伤，对运动技术的完成也有积极影响[14]。现有多数研究是针对膝关节(可用H/Q表示膝关节PTR，指股后肌群与股前肌群肌力比值)，普遍的观点认为H/Q范围在0.5～0.7[7，12，14]。而对不同运动项目的运动员而言，这个比值是变化的，如项目需运动员进行弹跳，股后群肌与前群肌力比应超过0.6，股后肌群才不易拉伤。本研究结果发现，少年男篮运动员膝关节PTR值>0.6，说明现阶段，本研究的受试者在膝关节屈伸运动时，H/Q保持在合理、不易拉伤范围内。V.GERODIMOS[15]研究了12～17岁篮球运动员膝关节屈伸力矩，作者认为随着年龄增加屈肌群峰力矩增长缓慢，而伸肌峰力矩增长相对较快。与此同时，据我们的调研，目前该组受试者下肢并未增加大强度的力量训练，几乎所有受试者的股前肌群力量偏弱，这一定程度上增加了H/Q的比值。显然，随着训练强度的增加，在股前肌群力量增长的同时，应增加股后肌群的力量练习，以保持膝关节合理的拮抗肌与主动肌的比值；对于少年男篮运动员髋和踝关节PTR比值合理范围，尚无文献明确指出。刘世敏[16]认为短跑、跨栏、跳远运动员髋关节PTR比在0.70～0.79之间，彭春政[17]认为男子跳远运动员髋关节PTR在0.65以上，踝关节在0.20以上。与本研究结果较一致(本研究髋关节PTR均值在0.70左右，踝关节PTR均值在0.20左右)。

另外，在运动员整个下肢链中，如有薄弱关节的存在，将直接影响着运动成绩，而对于教练员来说，如果能够判定运动员的薄弱关节，从而有针对性的训练，可能训练效果更佳。前人通过测力台计算出人体弹跳，髋、膝和踝关节力矩的最小比例，研究指出踝关节屈、伸峰力矩不应小于膝关节的1/3[22]。本研究结果显示所有受试者踝关节背屈肌群力偏小(本研究受试者踝关节背屈只有膝关节的1/8)，篮球运动员在起跳落地需要及时屈踝制动，而较小的小腿前群肌(胫骨前肌等)力量不利于落地的稳定性。

3.2相关性结果讨论

本研究相关性研究认为，受试者的髋关节屈伸绝对力和爆发力在CMJ指标中(高度、腾空时间和重心腾起初速度)具有显著正相关。这与前人的研究相类似。杜洁[4]研究了普通大学生髋关节的快慢速(60 °/S和240 °/S)力量，发现均与下蹲跳的高度呈高度相关。王树金[23]认为篮球运动员髋关节伸肌峰力矩与原地纵跳(CMJ)高度有显著相关，其中髋关节伸肌收缩力的差异是影响运动员双腿纵跳高度的主要原因。在另一项研究中[17]发现跳高运动员髋关节伸屈肌力量影响着CMJ高度；而本研究髋关节只有伸肌爆发力与SJ时间和重心腾起速度高度显著相关。这可能与两种纵跳的方式不同导致，SJ是从髋关节静止姿势开始，而CMJ表现出快速屈髋后伸髋。张佑磊[19]对大学生(成年人)进行等速肌力测试，发现髋关节慢、快速(60°/S和240°/S)力与SJ高度均呈高度显著正相关，本研究的慢速测试与张佑磊的测试有差异，可能与受试者年龄不同有关。

在膝关节等速肌力中，只有伸肌爆发力与CMJ指标(高度、腾空时间和重心腾起初速度)呈中度显著相关，而在SJ测试中并未发现类似的结果。在一项针对篮球运动员下肢负重超等长训练的研究中，作者进行了8周训练后发现纵跳(CMJ和SJ)高度和最大地面反作用力显著增加，髋和踝关节峰力矩和关节刚度显著提高，但是，膝关节峰力矩等指标无显著变化[20]，说明髋、膝和踝关节在不同形式的纵跳中贡献有差异。本研究结合与踝关节的统计，认为踝伸(趾屈)即小腿后群肌爆发力影响着纵跳。郭新明[24]认为在跳跃项目中，起跳蹬伸阶段踝关节起主要作用，力量的强弱决定完成动作支撑稳定性、缩短动作完成的时间，提高起跳动作的速度。张庆来[21]研究了业余体校和普通大学生的下蹲跳，结果显示影响业余体校运动员下蹲跳高度是髋关节和踝关节快速肌群，而普通大学生表现为髋和膝关节，说明对于具有专业训练的运动员而言，训练踝关节力量显得至关重要。篮球运动员膝关节损失(前交叉、半月板等)和踝关节扭伤是易发生的伤病，而较强的肌群起到保护的作用，因此科学有效的力量锻炼不仅能发展弹跳素质而且能预防运动损伤。

本研究虽论证了少年男篮纵跳高度与下肢关节等速肌力的关系，但是并不是提高其弹跳素质的唯一途径。运动员动作协调能力同样会影响着纵跳高度，未来需要进一步论证，进而更好地提高少年男篮的弹跳素质。

4结论与建议

4.1随着角速度的增加，少年男篮运动员髋关节屈和膝关节伸峰力矩均值显著减小。不同角速度测试中髋、膝和踝关节屈伸比值分别为和0.72、0.68、0.21(60 °/S)和0.7、0.64、0.21(240 °/S)；

4.2在60 °/S的测试中，髋关节屈峰力矩与CMJ腾空时间、重心腾起初速度呈显著中度正相关，髋关节伸峰力矩与CMJ腾起高度、腾空时间呈显著中度正相关；在240 °/S测试中髋、踝关节伸峰力矩与SJ腾起高度呈显著中度正相关。髋关节屈、伸峰力矩与CMJ腾起高度、腾空时间和重心腾起初速度呈高度显著正相关，膝关节伸峰力矩与CMJ腾起高度、腾空时间和重心腾起初速度呈中度显著正相关，踝关节伸峰力矩只与CMJ腾起高度呈中度显著正相关。

4.3发展少年男篮运动员髋关节快速屈、伸绝对力量和爆发力，膝、踝关节伸爆发力对弹跳能力有重要意义。同时应注意膝关节屈、伸肌群力的合理比例，增加踝关节的稳定性，预防运动损伤。

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