综合性项目运动员动态平衡能力与双侧膝关节肌力、下肢爆发力的相关性研究

2019-06-20张海忠

中国体育科技 2019年5期

唐桥，张海忠

前言

竞技运动中，运动员具备良好的动态平衡，不仅有利于提高运动成绩，还能有效减少运动损伤（Plisky et al.，2006）的发生，尤其是综合性项目运动员，长期参加多个运动项目的训练，对动态平衡的要求更高。通过对运动员动态平衡的评估，掌握运动员动态平衡的发展水平，进而开展针对性的训练，对提高运动员整体竞技能力、预防运动损伤（Plisky et al.，2006）有着非常重要的价值。Y平衡测试（Y-balance test，YBT）作为评估人体动态平衡的一种有效方法（Coughlan et al.，2012），主要评估单侧支撑时对侧肢体在不同方向做远伸动作时身体姿势的稳定性，综合了身体在矢状面、额状面和水平面3个不同平面的运动能力（Gribble et al.，2003），对肌肉力量（Dong et al.，2015）、关节灵活性（Westrick et al.，2012）、柔韧（Gonell et al.，2015）、神经肌肉控制（Earl et al.，2001；Fullam et al.，2014）、核心稳定性（Westrick et al.，2012）、本体感觉（Earl et al.，2001）等都有较高要求。在Y平衡测试中，综合得分＜94%或两侧肢体触碰距离差＞4 cm时，运动员潜在的损伤风险将明显增加（Elena et al.，2015；Gonell et al.，2015；Plisky et al.，2006；Smith et al.，2015）。

力量作为影响平衡的重要因素，在康复医学、运动生理等领域均高度重视两者之间关系的研究，膝关节是控制人体平衡的重要关节，尤其是在维持和调节人体动态平衡时发挥着重要作用。当前，有关力量与平衡之间关系的研究主要集中于损伤患者和普通人，主要关注点为平衡与下肢支撑腿各关节等速肌力之间的关系，对肢体在不同侧支撑时动态平衡的表现与双侧膝关节等速肌力、下肢爆发力之间关系的研究鲜见相关报道。本研究通过对62名综合性项目运动员进行下肢Y平衡测试、膝关节等速肌力和下肢爆发力测试（蹲跳和下蹲跳），分析下肢Y平衡测试结果及与双侧膝关节等速肌力、下肢爆发力之间的关系，了解综合性项目运动员的动态平衡能力、不同侧支撑时的动态平衡与双侧膝关节屈伸肌肌力、下肢爆发力之间的内在联系，为损伤预防、制定科学的训练方案提供理论参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

本研究选取62名综合性项目运动员为受测对象（包括铁人三项、现代五项、军事五项），其中，男运动员35名、女运动员27名；国际健将13人、健将11人、一级运动员38人。测试前与教练和运动员沟通，使其明确测试目的和要求。所有受测对象均自愿参加本研究，所有运动员优势侧均为右侧。测试纳入标准：运动员在测试前1个月内无躯干和肢体关节等损伤情况，能正常参加训练（表1）。

1.2 研究方法

1.2.1 下肢Y平衡测试

受试者着运动装适度热身后，在经验丰富的测试人员指导下，双手叉腰，单足赤脚全脚掌站立于Y平衡测试（Y-balance test，YBT）仪上并保持身体平衡，对侧腿在前侧、后内侧和后外侧3个方向（前X、后内Y、后外Z）分别完成4次远伸推指示标的练习后进行正式测试，测试指标为左、右腿单足支撑时的对侧腿在前侧、后内侧和后外侧3个方向的触碰距离。

正式测试时，每个方向重复测试3次，使其尽量接触到最远距离，记录每次触碰的距离，计最远一次的触碰距离，精确到0.5 cm。测试前完成受试者下肢长度的测量，取仰卧位，测量髂前上棘到内踝的长度，由具备丰富经验的测试人员完成。数据的标准化：以肢体长度为基准，计算其接触到的最远距离占肢体长度的百分比。综合值为3个方向的平均值。

表1 本研究综合性项目运动员基本情况Table 1 Basic Characteristics of Athletes （n=62）

1.2.2 膝关节等速肌力测试

受试者着运动装，充分热身后，由经验丰富的测试人员指导，在Biodex多关节等速肌力测试系统上进行适应性练习，直至受试者感觉动作自然流畅，再进行正式测试。受试者坐在测试椅上，躯干和大腿固定，膝关节的运动轴心与测试系统动力臂的旋转轴心一致，动力臂末端的阻力垫固定在受试侧小腿前下1/3处。设置膝关节活动范围为0°～100°并测量受试者下肢肢体重量，用于对测试获得的力量数据的校正，以剔除肢体运动时的重力作用。测试左、右膝关节屈、伸角速度为60°/s时的等速肌力指标（膝关节60 °/s等速肌力测试能更好地反映其屈伸肌的力量水平）。每组重复测试5次，取平均值，屈与伸运动方式之间的测试时间间隔60 s以上，左、右侧测试时间间隔10 min以上。先测屈肌后测伸肌，先测优势侧后测弱势侧。

1.2.3 下肢爆发力测试

下肢爆发力测试采用Kistler Quattro Jump测力台进行测试，采用蹲跳（squat jump，SJ）和下蹲跳（countermovement jump，CMJ）两种测试方法。蹲跳，要求受试者身体正直、双手叉腰，由半蹲姿势起跳（膝关节90°），不能做反向预备动作。下蹲跳，要求受试者直体站立、双手叉腰，完成下蹲后垂直跳起（下蹲时，膝关节屈曲幅度必须达到90°），在跳起过程中，尽量保持躯干处于垂直姿势，以减小躯干动作对测试结果的影响。蹲跳和下蹲跳高度反映了伸膝肌群的最大做功能力。测试前进行相应的准备活动，确保腿部肌肉得到充分激活；试跳3次，休息2 min后进行正式测试。正式测试时，先蹲跳后下蹲跳，分别完成3次，取最好成绩进行数据分析。

1.2.4 数理统计

对受试者的年龄、身高、体重、BMI和训练年限及测试指标结果以均值和标准差（M±SD）进行描述性统计，采用SPSS 19.0软件（Pearson）积差相关性分析法分析Y平衡测试与下肢力量之间的关系。变量为Y平衡测试各方向距离与下肢爆发力（蹲跳和下蹲跳的高度）和膝关节等速屈、伸肌肌力。相关系数R在0～0.30为低相关，0.31～0.49为中度相关，0.5～0.69为高度相关，0.7～0.89为非常高度相关，0.9～1为近似线性相关（Lockie et al.，2015）。以P＜0.05为具有显著性差异，P＜0.01为具有非常显著性差异。

2 研究结果

2.1 下肢Y平衡测试结果

使用YBT评估下肢动态平衡能力时，通常将测试结果的原始值与标准值综合起来进行考虑，对肢体两侧实际触碰距离的对称性（差异＞4 cm）和综合得分（＜94%）情况均十分关注。由表2可知，下肢Y平衡测试的前侧、后内侧、后外侧以及综合距离的原始值和标准化值在两侧肢体之间均无显著性差异。从3个不同测试方向的实际触碰距离来看，后内侧所触碰的距离最远（约111 cm），后外侧触碰的距离次之（约108 cm），前侧触碰距离最短（约67 cm）；后内侧和后外侧之间的触碰距离差异较小，而前侧与这两个方向均有较大的距离差。从3个不同方向的标准值来看，后内侧和后外侧触碰的距离均超过下肢肢体长度的20%，而前侧触碰距离约占下肢肢体长度的74%，而综合得分的均数在105%以上，略超过下肢肢体长。

表2 综合性项目运动员下肢Y平衡测试结果Table 2 Lower Extremity Y-balance Test Results n=62

下肢Y平衡测试3个方向不对称（触碰距离差大于4 cm）的共计46人次，其中，前侧有16人次，占34.78%；后内侧和后外侧各有15人次，占32.61%。提示，在运动员肢体两侧不对称现象中，各方向不对称的分布较为均衡。进一步对存在不对称的运动员进行分析发现，共40人存在两侧肢体不对称现象，约占总人数的64.52%，其中，34人为某一方向不对称，约占85%，同时两个方向不对称的有6人，约占15%，未出现3个方向都不对称的情况。在综合得分方面，低于94%的左侧为3名运动员、右侧为2名运动员，仅占4.84%和3.23%，其中，右侧综合得分低于94%的两名运动员同时左侧综合得分也低于94%，且均有肢体某一方向触碰距离的左右差异超过4 cm。

2.2 下肢Y平衡测试与膝关节等速肌力、下肢爆发力的相关性

由表3可知，左腿支撑时，前侧与支撑腿伸肌和屈肌、触碰腿的伸肌和屈肌肌力及蹲跳和下蹲跳高度呈中度正相关（r=0.43，r=0.31，r=0.41，r=0.38，r=0.41，r=0.43；P＜0.05或P＜0.01）；后内侧与支撑腿伸肌和屈肌、触碰腿伸肌和屈肌肌力以及蹲跳高度均呈高度正相关（r=0.55，r=0.53，r=0.60，r=0.62，r=0.50；P＜0.01），与下蹲跳高度呈中度正相关（r=0.48；P＜0.01）；后外侧与支撑腿伸肌和屈肌、触碰腿伸肌肌力以及蹲跳和下蹲跳高度均呈高度正相关（r=0.50，r=0.51，r=0.54，r=0.55，r=0.51；P＜0.01），与触碰腿屈肌肌力呈中度正相关（r=0.49；P＜0.01）；综合得分与支撑腿伸肌和屈肌、触碰腿伸肌和屈肌肌力及蹲跳和下蹲跳高度均呈高度正相关（r=0.58，r=0.52，r=0.60，r=0.58，r=0.56，r=0.55；P＜0.01）。

表3 综合性项目运动员Y平衡测试与膝关节等速肌力、下肢爆发力的相关关系Table 3 The Relationship between Y-balance Test and Knee Joint Isokinetic Force and Lower Extremity Explosive Force n=62

右腿支撑时，前侧与支撑腿伸肌和屈肌肌力呈低度正相关（r=0.27，r=0.28；P＜0.05），与触碰腿伸肌、蹲跳和下蹲跳高度呈中度正相关（r=0.33，r=0.33，r=0.32；P＜0.01）；后内侧与支撑腿伸肌和屈肌、触碰腿伸肌和屈肌肌力及蹲跳和下蹲跳高度均呈高度正相关（r=0.62，r=0.61，r=0.62，r=0.60，r=0.56，r=0.54；P＜0.01）；后外侧与蹲跳和下蹲跳高度均呈中度正相关（r=0.48，r=0.48；P＜0.01），与支撑腿伸肌和屈肌肌力、触碰腿伸肌和屈肌肌力均呈高度正相关（r=0.54，r=0.59，r=0.50，r=0.58；P＜0.01）；综合得分与支撑腿伸肌和屈肌、触碰腿伸肌和屈肌肌力及蹲跳和下蹲跳的高度均呈高度正相关（r=0.56，r=0.58，r=0.57，r=0.55，r=0.53，r=0.52；P＜0.01）。

3 分析与讨论

3.1 下肢Y平衡测试结果分析

YBT是在Gary发明的星形偏移平衡测试（star excursion balance test，SEBT）基础上发展、修订而来（Coughlan et al.，2012）。最初，SEBT作为一种康复训练工具（Gray，1995），包含8个不同的测试方向。随着人们对长期踝关节不稳（Hertel et al.，2006，2008）、踝关节扭伤（Gribble et al.，2012）、前交叉韧带损伤（Garrison et al.，2015）等人群下肢动态平衡功能诊断研究的深入，以及竞技体育发展对动态平衡简易测试方法的现实需要，逐渐将SEBT由8个方向简化为前侧、后内侧和后外侧3个方向，加上上肢测试，便构成完整的Y平衡测试系统（YBT）。而在SEBT与其他平衡测试方法的相关性分析中发现其相关性较高（段子才等，2014），表明SEBT可对人体的动态平衡能力进行定量评估。YBT和SEBT在评估人体动态平衡时均具有高的可信度，但YBT呈现的可信度更高（Plisky et al.，2009；Shaffer et al.，2013），且两者之间姿势控制模式的策略存在一定差异（Coughlan et al.，2012），YBT评估人体动态平衡的敏感度相对更高，在损伤预防方面有着重要意义（Plisky et al.，2009）。因此，本研究以下肢YBT作为动态平衡测试的方法，对62名综合性项目运动员的动态平衡能力进行评估。

综合性项目运动员动态平衡能力的评估结果显示，前侧与后内和后外侧触碰的距离差异很大，而后方后内侧与后外侧之间的触碰距离差异较小，基本保持在同一水平，与Gupta等（2016）研究中各方向触碰距离的趋势基本一致。由于下肢YBT测试各方向的触碰距离与身高、下肢长均具有显著正相关（Plisky et al.，2009）。因此，在临床应用和具体的科学研究中，通常以各方向实际触碰距离与肢体长度的百分比为标准进行分析，以便对不同人群的动态平衡能力进行比较。为此，将本研究中综合性项目运动员各方向的标准值与已有文献中的测试数据进行分析发现，本研究中综合性项目运动员在后内（123%）、后外（120%）和综合得分（105%）方面均高于前述文献中的普通人（Alnahdi et al.，2015；Engquist et al.，2015；Motte et al.，2015；Pandey，2016）和运动员（Bhat et al.，2013；Engquist et al.，2015；Gorman et al.，2012；Pandey，2016）；而前侧方向（74%）仅低于曲棍球（85%）和足球运动员（87%）（ Bhat et al.，2013），与其他人群无明显差异。提示，综合性项目运动员下肢动态平衡能力较好，主要表现在后内和后外方向。由于本研究的运动员来自现代五项、军事五项、铁人三项3个不同的综合性运动项目（包含3～5个运动单项），各综合项目都包含有长距离跑和游泳；在长距离跑中，运动员为了获得更好的运动成绩，提高每个跑步动作的效益，较为注重提高步幅，而步幅的提高需要下肢单侧支撑时对侧肢体积极的远伸，在动作形式上与下肢YBT测试较为接近，可能是本研究中运动员在后内和后外方向的表现异常突出的原因之一；游泳通常采用自由泳，对人体核心肌群的稳定性要求较高；而其他各组成项目中，如铁人三项的自行车、现代五项的马术和击剑、军事五项的障碍跑，都对人体的动态平衡有着较高要求。Gorman等（2012）研究指出，长期参加多项目的训练相对于只参加某单项的训练更有助于增强下肢的动态平衡功能，可能是本研究中综合性项目运动员动态平衡能力较好的主要原因。本研究运动员前侧的触碰距离相较于曲棍球和足球运动员有较大差距，可能与足球和曲棍球运动员在专项训练、比赛中，需要直腿前伸进行停球、主动控球以及频繁变向、紧急制动等动作有关。

有关下肢Y平衡测试与非接触性损伤风险之间的关系，Plisky等（2006）对高中篮球运动员进行研究后发现，综合得分低于94%时，损伤风险增加6.5倍，两侧触碰的距离差＞4 cm时，损伤风险将增加2.5倍。而Smith等（2015）对全美13支高校运动队运动员进行研究后发现，两侧触碰的距离差＞4 cm时，非接触性损伤与之密切相关，尤其在前侧方向。Butler等（2013）对高校足球运动员进行研究后指出，综合得分低于89.6%，损伤风险将增加3.5倍。上述研究表明，应用YBT进行损伤风险评估，需要从动态平衡的综合得分和两侧对称性进行综合考虑。本研究中，运动员下肢两侧动态平衡能力普遍存在非对称现象，但没有出现3个方向都不对称的运动员。从两侧触碰距离差＞4 cm的分布情况来看，前侧占34.78%，后内侧和后外侧各自约占32.61%，略低于前侧。结合项目来看，军事五项运动员的不对称集中于前侧，而现代五项和铁人三项集中于后内和后外侧。表明，综合性项目运动员动态平衡的非对称性较为普遍，是运动损伤诱发的高危因素，在训练中应对这类情况高度重视，结合各项目特点，加强运动员弱侧肢训练，以避免在训练中发生非接触性损伤。从综合得分来看，本研究运动员综合分在94%以下仅3人，其中，有2人两侧的综合分均低于94%，1人为单侧低于94%，提示，采用Y平衡测试的综合得分对综合性项目运动员进行损伤风险预测仍值得进一步研究。

3.2 下肢Y平衡测试与膝关节等速肌力、爆发力的相关分析

有关Y平衡测试与下肢力量之间的关系，Tapanya等（2016）、Inoue等（2015）均证实，膝关节屈、伸肌肌力与Y平衡前侧、后内、后外侧的距离均呈正相关；而Lee等（2014）研究发现，膝关节屈肌肌力与Y平衡测试3个方向的距离均呈正相关，但膝关节伸肌肌力与之无相关性。在本研究中，受测运动员姿势控制能力较好，但普遍存在两侧动态平衡的非对称现象，对肢体两侧分别支撑时的触碰距离与支撑腿和触碰腿膝关节屈、伸肌肌力的关系进行研究的结果显示，Y平衡前侧的距离与膝关节屈、伸肌肌力的相关性相对较低，均为中度正相关和低度正相关（右侧支撑时与触碰腿屈肌不具有相关性），与伸肌的相关系数高于屈肌，仅右侧支撑时支撑腿膝关节屈肌高于伸肌。Alim（2016）研究指出，Y平衡测试的前侧方向，膝关节稳定肌群中股四头肌的肌电活动幅度明显大于股二头肌。提示，伸膝肌群在前侧方向的重要程度要高于屈膝肌群。本研究结果也显示，伸膝肌群与Y平衡前侧方向的距离相关性普遍高于屈膝肌群，两者的测试结果基本一致。对左、右侧支撑时的情况进行对比发现，左侧支撑时Y平衡前侧距离与支撑腿和触碰腿膝关节屈、伸肌的相关系数高于右侧支撑时相对应指标（支撑腿屈肌除外），伸肌表现得更为明显。提示，左侧支撑时触碰腿向前运动中，无论是支撑腿还是触碰腿膝关节屈、伸肌的重要性要高于右侧支撑时，尤其是伸膝肌；而右侧支撑时触碰腿向前伸，支撑腿更加依赖于屈膝肌来维持平衡。这可能与平时习惯于左侧支撑，提高了左膝肌群的利用率，而右腿经常进行开链运动，提高了右膝肌群在开链运动中的动用程度，故在左侧支撑右腿向前伸时两侧伸膝肌得到更多动用，右侧支撑左腿向前伸时可能更多地需要动用右膝屈肌和踝关节的力量来维持身体平衡。

本研究中，Y平衡测试后内和后外方向的距离及综合得分与膝关节屈、伸肌肌力的相关性相对较高，普遍为高度正相关，仅左侧支撑时后外侧的距离与触碰腿屈膝肌力呈中度正相关。表明，膝关节屈、伸肌肌力在单腿支撑时对侧肢体向后内、后外方向运动中起着非常重要的作用。左侧支撑时后内、后外侧距离及综合得分与触碰腿膝关节屈、伸肌肌力的相关性略高于支撑腿（后外侧方向的屈肌除外），同侧肢膝关节屈、伸肌的相关系数相近；右侧支撑时后内、后外侧距离及综合得分与支撑腿膝关节屈、伸肌肌力的相关性略高于触碰腿（综合得分与两侧伸肌的相关系数除外），同侧肢膝关节屈、伸肌的相关系数相近（后外侧方向触碰腿除外）。由此可知，右膝关节（右侧无论是支撑腿还是触碰腿）屈、伸肌肌力与后内、后外的距离及综合得分的相关系数高于左侧相对应的指标（左侧支撑时后外方向与屈肌的系数和右侧支撑时综合得分与伸肌的系数除外）。其原因可能是：1）平时习惯采用左腿支撑，右腿经常进行各种开链运动，提高了右膝关节肌群在开链运动中的动用程度，而左膝关节肌群在闭链运动中维持稳定的能力也得到加强；2）在右腿支撑时左腿完成各种后伸动作，右腿需要更多地利用右膝关节维持其姿态稳定，而向后外方向运动时右膝关节维持其姿态稳定对屈膝肌要求更高，以便让左腿实现后外方的远伸。提示，Y平衡测试中不同侧支撑时姿势控制模式存在差异（Coughlan et al.，2012），这可能与肌肉力量水平、神经肌肉的募集形式等因素有关（Fung et al.，1995）。

Ohkoshi等（1991）研究发现，站立时随着躯干角度的增加，起屈膝作用的腘绳肌肌电活动加强。在Y平衡测试中，为了保持平衡，身体会前倾或后仰，膝关节屈肌群做离心收缩以对抗身体的运动，增加各方向的距离。本研究中，Y平衡测试前侧距离与伸肌的相关系数高于屈肌（左膝屈、伸肌的相关系数差超过了0.1），仅右侧支撑时与支撑腿屈肌系数略高于伸肌相关系数；后内、后外侧距离及综合得分与屈、伸肌的相关系数较为接近。提示，综合性项目运动员的伸膝肌在维持动态平衡时发挥重要作用，尤其在前侧方向的作用要强于屈膝肌。伸膝肌力与Y平衡测试各方向距离关系的研究中（Inoue et al.，2015；Laudner et al.，2015；Lee et al.，2015；Tapanya et al.，2016），以中老年和患病人群为受测对象的，研究结果普遍不具有相关性；而以普通成年人或运动员为受测对象的，研究结果普遍具有相关性。中老年和患病人群与普通成年人和运动员相比，肌力相对较弱（Izquierdo et al.，1999），尤其是主动用力的伸肌肌群表现更为明显，使得屈肌作为姿势控制的重要肌群在中老年和患病人群中得以更充分的体现，从侧面证实屈肌肌力相对较弱时需要募集更多伸膝肌参与身体姿势的控制。本研究受测运动员左、右膝关节屈肌相对较弱（左、右膝关节屈伸肌肌力比分别仅为0.46、0.48），可能与需要募集更多的伸膝肌参与到身体平衡的控制有关。

有关下肢爆发力与平衡能力的研究中，Izquierdo等（1999）对不同年龄段男性下肢力量与平衡之间的关系进行了研究，发现随着年龄的增加，爆发力下降速度明显快于最大力量，下肢爆发力的下降与神经肌肉在姿势调整中的能力较低有关。提示，良好的姿势控制能力是影响爆发力水平的一个重要因素。Anis等（2013）将42名青少年分成3组，第1组仅安排爆发力训练，第2组安排爆发力与平衡相结合的训练，第3组不安排训练，结果发现，爆发力与平衡相结合训练组的爆发力提高幅度更为明显。提示，平衡训练有助于爆发力的提高。而Granacher等（2011）研究发现，采用爆发力训练较传统的平衡或抗阻训练更能提高人体平衡稳定遭遇破坏时神经肌肉的快速调节能力。提示，爆发力训练能很好地发展动态平衡能力（Miszko et al.，2003；Pereira et al.，2012）。上述研究表明，进行平衡训练有助于爆发力的发展，而在爆发力训练中，动态平衡能力也得到明显提高，两者有着极为重要的关系。在本研究中，将反映下肢爆发力的蹲跳、下蹲跳高度与反映动态平衡能力的Y平衡测试结果进行相关分析发现，Y平衡测试前侧、后内、后外的距离以及综合值与蹲跳、下蹲跳高度均呈中度和高度正相关，与上述研究结果一致，即爆发力与动态平衡之间呈正相关关系。从不同侧支撑时的情况来看，Y平衡测试各方向得分高的一侧与蹲跳、下蹲跳高度相关系数均略高于得分低的一侧，表明，动态平衡好更有助于爆发力的发展。从其相关系数来看，Y平衡测试结果与蹲跳、下蹲跳高度的相关系数均非常接近，而作为反映下肢爆发力的测试方法，蹲跳更能反映其力量水平，下蹲跳对姿势控制要求更高。训练实践中，力量水平是发展爆发力的基础，而良好的姿势控制能力有助于使力量素质转化为爆发力。

4 结论与建议

4.1 结论

综合性项目运动员的动态平衡能力较好，但普遍存在两侧功能的非对称现象；屈、伸膝肌力对保持良好的动态平衡有着重要作用，但在不同侧支撑时的姿势控制策略存在一定差异，左侧支撑时Y平衡测试前侧方向更多地需要伸膝肌参与，而Y平衡测试后内、后外侧方向，无论右侧支撑还是左侧支撑，更需要右膝肌群的参与；良好的动态平衡能力有助于发展爆发力。