沈勇偉，張 林，齊紅梅

跟腱作為體內(nèi)最大最強(qiáng)壯的能量?jī)?chǔ)存肌腱，其主要功能是使足跖屈、提踵，在人體完成日常生活動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中具有非常重要的作用。跟腱斷裂是一種比較嚴(yán)重的運(yùn)動(dòng)損傷，在體操、技巧、籃球、足球和田徑等項(xiàng)目中較為常見(jiàn)。在骨-肌腱-肌肉運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，骨與肌肉的相關(guān)研究不斷深入，但肌腱的研究尚處于起步階段，尤其是國(guó)內(nèi)較少有人涉及。因此，明確肌腱在不同的應(yīng)力作用模式下發(fā)生的改建的規(guī)律，對(duì)于合理地制定訓(xùn)練計(jì)劃，防止肌腱損傷的發(fā)生非常重要。本研究以人作為試驗(yàn)對(duì)象，探討短跑訓(xùn)練對(duì)人體肌腱剛度和彈性模量的影響，從而為今后肌腱的在體試驗(yàn)提供參考，同時(shí)也為運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中預(yù)防肌腱損傷的發(fā)生提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

以蘇州市體育運(yùn)動(dòng)學(xué)校短跑專業(yè)運(yùn)動(dòng)員24名（均為國(guó)家一級(jí)或二級(jí)運(yùn)動(dòng)員）為實(shí)驗(yàn)組；蘇州市建設(shè)交通學(xué)校24名學(xué)生（年齡和實(shí)驗(yàn)組在同一年齡段，從未參加過(guò)任何體育專業(yè)訓(xùn)練）為對(duì)照組，具體情況見(jiàn)表1。所有實(shí)驗(yàn)對(duì)象均無(wú)肌腱受傷或受損情況。

表1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象情況TableⅠ Information of the Subjects

1.2 測(cè)試方法

1.2.1 身高、體重測(cè)量

用身高體重計(jì)測(cè)量每一受試者的身高（cm）、體重（kg）。

1.2.2 跟腱初長(zhǎng)度和橫截面積的測(cè)量

用PHILIPS ENVISOR 超聲診斷儀（探頭頻率范圍：3-12MHz。由蘇州市九龍醫(yī)院提供）測(cè)量每一受試者的跟腱初長(zhǎng)度L（mm）、跟腱截面積S（mm2）。跟腱長(zhǎng)度測(cè)量：俯臥位，上端由三頭肌纖維筋膜形成處開(kāi)始，下端于附著于跟骨結(jié)節(jié)處為止；跟腱橫截面積測(cè)量：在跟骨結(jié)節(jié)上方1 cm處測(cè)量跟腱橫截面（重復(fù)操作3次，取平均值）。

1.2.3 跟腱彈性模量的測(cè)量

1.2.3.1 踝關(guān)節(jié)跟腱上所受力的力矩和跟腱長(zhǎng)度變化的測(cè)量

用瑞士產(chǎn)（加上型號(hào)）CON-TREX等速肌力測(cè)試與訓(xùn)練系統(tǒng)PM-MJ/LP/WS/TP分別測(cè)試每一受試者右側(cè)小腿三頭肌等長(zhǎng)收縮時(shí)任意最大用力的力矩（M）。采用等長(zhǎng)收縮的測(cè)試方法，受試者俯臥于測(cè)試臺(tái)上，上身固定，根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，脛骨和腳面成直角，定位后，受試者先進(jìn)行2～3次有力跖屈（逐漸增大力度），即完成一個(gè)緩慢的逐步增加力度的等長(zhǎng)收縮，作為肌肉-肌腱預(yù)處理，然后進(jìn)行獨(dú)立的踝部屈肌肌力20 s最大隨意收縮，記錄力矩。同時(shí)用超聲波診斷儀測(cè)量相對(duì)應(yīng)的跟腱的長(zhǎng)度（方法同上），進(jìn)而可得出該力矩下對(duì)應(yīng)的跟腱長(zhǎng)度的變化值（△L）。每人分別測(cè)試3次，測(cè)試前對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行校正，并嚴(yán)格按照操作程序進(jìn)行，讓受測(cè)者熟悉測(cè)試過(guò)程，鼓勵(lì)受測(cè)者盡力完成測(cè)試。

1.2.3.2 測(cè)量踝關(guān)節(jié)處各力的力臂

跖屈時(shí)小腿三頭肌收縮，跟腱所受力的力臂的測(cè)試方法是假定踝關(guān)節(jié)的表面是圓形，并利用幾何規(guī)則獲得了扭轉(zhuǎn)中心（距骨中央）。跟腱的力臂就是從扭轉(zhuǎn)中心（距骨中央）到跟腱的垂直距離。在測(cè)試者靜止于測(cè)試臺(tái)時(shí)候，用超聲波進(jìn)行測(cè)量，每一個(gè)受試對(duì)象測(cè)試3次，取平均值作為此時(shí)的力臂。

1.2.3.3 跟腱彈性模量和剛度的計(jì)算

根據(jù)彈性模量的計(jì)算公式E=（F·L）/（S·△L），其中F為小腿三頭肌加載在跟腱上的力，L為跟腱的初長(zhǎng)度，S為跟腱的橫截面積，△L為跖屈時(shí)跟腱長(zhǎng)度的變化值。剛度K=F/△L。每位受試者的彈性模量和剛度取3次的平均值。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

所有數(shù)據(jù)均用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，用SPSS14.0 for Windows 統(tǒng)計(jì)軟件處理，跟腱彈性模量和剛度均用單因素方差分析。

2 研究結(jié)果

2.1 不同性別跟腱彈性模量、剛度指標(biāo)比較

不同性別間無(wú)論是彈性模量、還是剛度指標(biāo)都具有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性差異（P＜0.05），結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同性別跟腱彈性模量、剛度指標(biāo)比較（X±S）TableⅡ Comparison between the Indexes of the Elastic Modulus and Stiffness of the Different Gender Subjects (X±S)

2.2 短跑運(yùn)動(dòng)員和非運(yùn)動(dòng)員跟腱彈性模量、剛度指標(biāo)比較

短跑運(yùn)動(dòng)員與非運(yùn)動(dòng)員跟腱彈性模量、剛度指標(biāo)相比較，各對(duì)應(yīng)組間運(yùn)動(dòng)員的彈性模量和剛度明顯增大（P＜0.05）。

3 討論

3.1 彈性模量和剛度的關(guān)系

剛度描述的是結(jié)構(gòu)抵抗整體變形的能力，與結(jié)構(gòu)的幾何性質(zhì)和物理性質(zhì)都有關(guān)系，是和材料特性及截面特性直接相關(guān)。而彈性模量描述的是材料抵抗變形的能力(物理性質(zhì))，與結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的幾何性質(zhì)無(wú)關(guān)，可視為衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易程度的指標(biāo)。

肌腱有一定的外部特征，彈性模量更能描述材料抵抗變形的能力。在大多動(dòng)物研究中，可能由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，測(cè)得都是剛度而沒(méi)有彈性模量，我們認(rèn)為彈性模量較剛度更能反映肌腱的力學(xué)特性。

3.2 跟腱彈性模量和剛度的性別差異

國(guó)內(nèi)外不同性別人體肌腱彈性模量和剛度等生物力學(xué)特性的研究報(bào)道不多，對(duì)彈性模量和剛度的不同性別的比較研究尚無(wú)見(jiàn)報(bào)道，本研究造成跟腱的彈性模量和剛度性別差異的主要原因，可能是由于男女間身體形態(tài)、機(jī)能、代謝特點(diǎn)的差異所致，也可能是運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的原因，這有待于進(jìn)一步探討。

3.3 短跑訓(xùn)練對(duì)跟腱彈性模量和剛度的影響

運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)肌腱彈性模量和剛度影響的研究也有一定的分歧。在動(dòng)物研究中，一般認(rèn)為肌腱對(duì)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練具有功能適應(yīng)性，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可以提高肌腱的剛度和最大載荷[1-3]。而在人體研究中有不同的結(jié)果，S. Rosager和 P.Aagaard[4]在對(duì)人體小腿三頭肌腱膜和肌腱性能的研究中發(fā)現(xiàn)，在過(guò)去5年中每周至少跑步80 km的跑步者和非跑步者相比，兩者之間的剛度和彈性模量沒(méi)有明顯的變化，而橫截面積卻有所增加，作者認(rèn)為剛度和彈性模量組間缺乏差異性可能是由于肌腱本身性能存在相當(dāng)大的差異所導(dǎo)致，也不能排除訓(xùn)練導(dǎo)致改變其固有的屬性，例如增加膠原交聯(lián)等。也有學(xué)者在進(jìn)行了人體內(nèi)力量訓(xùn)練對(duì)肌腱力學(xué)性能的研究后有相反的觀點(diǎn)，研究認(rèn)為數(shù)周的力量訓(xùn)練即可改變肌腱的力學(xué)性能。使用超聲方法Kubo[5]等的研究中，健康男性12周等長(zhǎng)蹲舉訓(xùn)練后股外側(cè)肌腱肌腱-腱膜復(fù)合體的剛度增加，彈性模量增加，跟腱區(qū)域性肥大。這表明，訓(xùn)練有素的運(yùn)動(dòng)員比未經(jīng)訓(xùn)練者有更大的肌腱剛度。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與之相一致，短跑訓(xùn)練使得各對(duì)應(yīng)組之間的剛度和彈性模量發(fā)生了顯著差異。這些結(jié)果和本研究結(jié)果綜合提示負(fù)荷較大的力量運(yùn)動(dòng)和耐力運(yùn)動(dòng)相結(jié)合可能更易改變肌腱的力學(xué)性能。

動(dòng)物通過(guò)訓(xùn)練來(lái)增加肌腱的負(fù)荷，從而增加肌腱的剛度早有報(bào)道[6-10]。訓(xùn)練導(dǎo)致肌腱剛度增加的確切機(jī)制目前還沒(méi)有報(bào)道。然而，根據(jù)動(dòng)物研究結(jié)果表明，可能是兩種膠原（I型和III型）更替和膠原纖維的密度增加而造成剛度的增加[11]。此外，改建膠原纖維卷曲角度從而影響肌腱剛度，已在訓(xùn)練大鼠的肌腱中報(bào)告[10]，通過(guò)增加負(fù)荷來(lái)增加肌腱膠原含量減少造成卷曲的角度將增加肌腱剛度。如果為了適應(yīng)訓(xùn)練，肌腱水分含量增加，這可能會(huì)進(jìn)一步增加肌腱的拉伸剛度[10-11]。一些研究者認(rèn)為，肌腱膠原含量和其力學(xué)性能有關(guān)。Haut RC[12]等報(bào)道，犬的髕腱膠原含量與彈性模量正相關(guān)。而任洪峰[13]通過(guò)對(duì)大鼠強(qiáng)化訓(xùn)練后跟腱力學(xué)性能的研究發(fā)現(xiàn)，訓(xùn)練使其剛度增大但膠原總量沒(méi)發(fā)生變化。Viidik A[14]等對(duì)兔子進(jìn)行40周訓(xùn)練后發(fā)現(xiàn)其脛骨后肌、腓骨長(zhǎng)肌的肌腱與對(duì)照組相比剛度增加了10%，而膠原含量等未發(fā)生變化。任洪峰[7]和艾進(jìn)偉[9]的研究中跑臺(tái)訓(xùn)練豚鼠、大鼠跟腱的膠原I含量增加，膠原I是肌腱強(qiáng)度的承擔(dān)者，其含量的增加會(huì)提高肌腱的強(qiáng)度。因而本研究中短跑訓(xùn)練跟腱的剛度和彈性模量的變化可能與膠原的總量關(guān)系不大，而是和膠原類型的比例的變化等有關(guān)。

3.4 訓(xùn)練后跟腱彈性模量和剛度指標(biāo)變化的意義

肌腱不僅具有把應(yīng)力傳送到骨關(guān)節(jié)的功能，而且還能儲(chǔ)存彈性和釋放能量，有利于運(yùn)動(dòng)能力的發(fā)揮。跟腱剛度和彈性模量的增加使其能夠承受更大的載荷，相同載荷條件下，剛度和彈性模量大的跟腱發(fā)生較少的應(yīng)變，因而可以推出剛度和彈性模量增加，在一定程度上可減少跟腱疲勞及損傷的發(fā)生。

4 結(jié)論

4.1 跟腱彈性模量和剛度具有明顯的性別差異，男性大于女性。

4.2 短跑訓(xùn)練后跟腱的彈性模量和剛度明顯增加。

4.3 短跑訓(xùn)練后跟腱的彈性模量和剛度明顯增加，提示訓(xùn)練能夠增強(qiáng)跟腱的力學(xué)性質(zhì)，表明訓(xùn)練后肌腱能夠承受更大的載荷，其可能機(jī)制是通過(guò)內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

4.4 短跑訓(xùn)練后彈性模量和剛度的增加，既能增加跟腱的體能儲(chǔ)備，又能使其承受更大的牽張應(yīng)力，在一定程度上可減少跟腱疲勞及損傷的發(fā)生。

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