陶 萍，于 璐

太極拳基礎(chǔ)動(dòng)作“野馬分鬃”膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)、關(guān)節(jié)負(fù)荷及肌肉活動(dòng)的特征比較

陶 萍，于 璐

目的：運(yùn)用生物力學(xué)原理，通過(guò)對(duì)太極拳“野馬分鬃”下肢的正確動(dòng)作與錯(cuò)誤動(dòng)作的分析，了解其膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、關(guān)節(jié)負(fù)荷及肌肉活動(dòng)的特征，并對(duì)可能造成太極拳膝關(guān)節(jié)損傷的原因進(jìn)行探討，為太極拳健身及如何有效預(yù)防練習(xí)過(guò)程中的膝關(guān)節(jié)損傷提供理論參考。方法：受試者為武英級(jí)女性一名，習(xí)武41年。動(dòng)作選擇為“野馬分鬃”的正確動(dòng)作與錯(cuò)誤動(dòng)作。采用Vicon運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)、Kistler三維測(cè)力臺(tái)和Delsys表面肌電采集系統(tǒng)分別對(duì)正確和錯(cuò)誤動(dòng)作的膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)、地面反作用力和股四頭肌(股內(nèi)肌、股外肌)及股后肌群(半腱肌和股二頭肌)的肌電圖(均方根振幅)進(jìn)行同步測(cè)量，并采用SPSS 15統(tǒng)計(jì)軟件，對(duì)不同動(dòng)作的關(guān)節(jié)角度、關(guān)節(jié)力矩和肌肉活動(dòng)等生物力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。結(jié)果與結(jié)論：“野馬分鬃”的錯(cuò)誤動(dòng)作各階段用時(shí)、動(dòng)作周期總用時(shí)顯著高于正確動(dòng)作，且錯(cuò)誤動(dòng)作右膝具有更大幅度的外展與外旋；“野馬分鬃”動(dòng)作的整個(gè)過(guò)程中，右膝關(guān)節(jié)處的伸肌力矩起主要作用，同時(shí)錯(cuò)誤動(dòng)作的膝外展和外旋力矩更大；錯(cuò)誤動(dòng)作在轉(zhuǎn)腳時(shí)右腿股內(nèi)肌、股外肌的活動(dòng)顯著更大，在一定程度上提示，錯(cuò)誤的太極動(dòng)作會(huì)對(duì)右膝產(chǎn)生更大的負(fù)荷，而長(zhǎng)期這樣訓(xùn)練很可能會(huì)造成運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)的損傷。

太極拳“野馬分鬃”；膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)；關(guān)節(jié)力矩；肌電圖

1 前言

太極拳作為某些慢性疾病(如帕金森氏癥、骨關(guān)節(jié)炎、纖維性肌肉痛等)的干預(yù)方案已越來(lái)越引起國(guó)際社會(huì)的關(guān)注。美國(guó)老年醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)(American Geriatric Society,2011) 和英國(guó)老年醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)(British Geriatrics Society,2011) 先后將太極拳作為預(yù)防與治療慢性疾病的一種有效方法進(jìn)行推廣并出版了相關(guān)指南。近兩年全球著名的《NewEnglandJournalofMedicine》雜志先后刊登的兩項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)：練習(xí)太極拳不僅能夠有效的緩解纖維性肌肉痛(Fibromyalgia)[13]，而且對(duì)帕金森氏癥具有顯著地預(yù)防與康復(fù)作用[9,8]。太極拳作為中國(guó)傳統(tǒng)武術(shù)的一部分、中國(guó)國(guó)粹，其價(jià)值與作用更需我們中國(guó)學(xué)者利用現(xiàn)代科學(xué)的理論與方法深入挖掘。

太極拳作為一種有氧健身方法，其剛?cè)嵯酀?jì)、動(dòng)靜結(jié)合的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，以及呼吸方式增加全身血氧含量，能夠有效地改善老年人的心腦血管慢性病，且已用于預(yù)防與治療中[12]。美國(guó)華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究專家發(fā)現(xiàn)，太極拳練習(xí)可以加強(qiáng)老年人下肢的穩(wěn)定能力，降低因?yàn)樗さ苟軅目赡苄?。長(zhǎng)期堅(jiān)持太極拳鍛煉，可有效地延緩老年人身體機(jī)能衰退，并且對(duì)改善老年人整體身體素質(zhì)有著積極的作用[16,17]。太極拳重在養(yǎng)心，在“致虛極，守篤靜”的意念下，調(diào)心、調(diào)息、調(diào)身，對(duì)不同年齡段的練習(xí)者的心理素質(zhì)能產(chǎn)生良好的影響[18]。

但是，隨著練習(xí)太極拳的普及，練習(xí)后，練習(xí)者腿部特別是膝關(guān)節(jié)出現(xiàn)疼痛癥狀的人越來(lái)越多[1]。有研究認(rèn)為，出現(xiàn)這種疼痛癥狀，可能是因?yàn)榫毩?xí)者在練習(xí)過(guò)程中方法不科學(xué)，動(dòng)作不夠規(guī)范所致[2]。例如太極拳中的“野馬分鬃”，它是太極拳中的基礎(chǔ)動(dòng)作，每個(gè)門派的太極拳都有這個(gè)招式，大部分初學(xué)者只是通過(guò)觀察傳授者的演練形態(tài)而粗略地模仿，而無(wú)法掌握其中的要領(lǐng)，導(dǎo)致太極拳的健身作用不能完全體現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起膝關(guān)節(jié)疼痛癥狀。

以往的研究大多以現(xiàn)狀調(diào)查為主，對(duì)造成膝關(guān)節(jié)疼痛的可能原因進(jìn)行討論，對(duì)太極拳練習(xí)過(guò)程中，下肢關(guān)節(jié)負(fù)荷特征的量化分析比較少見。本研究利用運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的方法，對(duì)太極拳“野馬分鬃”下肢的正確動(dòng)作與錯(cuò)誤動(dòng)作進(jìn)行比較分析，了解其膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、關(guān)節(jié)負(fù)荷及肌肉活動(dòng)的特征，并對(duì)可能造成太極拳膝關(guān)節(jié)損傷的原因進(jìn)行探討，為太極拳健身及如何有效預(yù)防練習(xí)過(guò)程中的膝關(guān)節(jié)損傷提供理論參考。

2 研究方法

2.1 研究對(duì)象

受試者為女性1名，習(xí)武41年，47周歲，身高158 cm，體重62 kg，武英級(jí)，現(xiàn)任某大學(xué)體育學(xué)院副教授，近6個(gè)月內(nèi)無(wú)下肢損傷史。

2.2 研究方法

2.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

1.三維運(yùn)動(dòng)學(xué)捕捉系統(tǒng)。英國(guó)Vicon Motion System公司生產(chǎn)的紅外高速運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)。包括16個(gè)T40型號(hào)的攝像頭，130萬(wàn)像素；直徑14mm的Marker球若干。本實(shí)驗(yàn)采樣頻率設(shè)置為100 Hz。

2.三維測(cè)力臺(tái)。瑞士奇石樂(lè)公司生產(chǎn)的 Kistler 三維測(cè)力臺(tái) 2 塊(長(zhǎng)×寬×高：90×60×10 cm)，型號(hào)為9287B，內(nèi)置信號(hào)放大器，可以完成人體動(dòng)、靜態(tài)下的三維力量測(cè)試。本研究使用采樣頻率為1 000 Hz。

3.表面肌電(EMG)信號(hào)采集與分析系統(tǒng)。美國(guó)Delsys 表面肌電采集系統(tǒng)，包括16個(gè)傳感器，每個(gè)傳感器里邊有封裝電極、放大器，包括一個(gè)肌電通道，3個(gè)加速度計(jì)通道，傳感器尺寸為37 mm×26 mm×15 mm。EMG信號(hào)的寬度為20～450 Hz，基線噪聲<750 nV(RMS)，通帶波動(dòng)<2%；信號(hào)傳輸延遲時(shí)間<500 μs，傳輸范圍為>20 m；共模抑制比(CMRR)>80 dB；EMG信號(hào)分辨率為16 bit，采樣頻率為4 000 Hz。Delsys 表面肌電采集系統(tǒng)與分析系統(tǒng)的配套軟件為EMGworks 4，它包括數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)分析模塊兩大部分，可分別完成肌電信號(hào)的采集與處理工作。

4.運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)信號(hào)采集軟件。運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)，地面反作用力的采集主要通過(guò)英國(guó)Vicon公司開發(fā)的Nexus v1.7信號(hào)采集和處理軟件。該系統(tǒng)可同步采集人體三維運(yùn)動(dòng)學(xué)和地面反作用力的原始信號(hào)，并在采集結(jié)束后完成體表marker點(diǎn)的命名、去除噪訊(ghost marker)、刪補(bǔ)軌跡等前期處理工作。

5.其他實(shí)驗(yàn)用品。包括為受試者準(zhǔn)備的服裝，實(shí)驗(yàn)用的剪刀，剃須刀，膠帶，醫(yī)用繃帶，酒精，脫脂棉等。

2.2.2 測(cè)試方法與步驟

1.前期準(zhǔn)備。在正式實(shí)驗(yàn)開始前，打開vicon、測(cè)力臺(tái)、Delsys 表面肌電采集系統(tǒng)等實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備，進(jìn)行預(yù)熱、標(biāo)定等工作。測(cè)量受試者身高，體重，年齡，傷病等基本信息；更換實(shí)驗(yàn)服裝后，進(jìn)行慢跑10 min與一些靜態(tài)的拉伸動(dòng)作。待熱身完成后，實(shí)驗(yàn)人員告知實(shí)驗(yàn)流程與注意事項(xiàng)。受試者練習(xí)、熟悉實(shí)驗(yàn)動(dòng)作。

2.安置Marker球。Marker點(diǎn)的安置，依據(jù)Vicon 動(dòng)作捕捉系統(tǒng)操作手冊(cè)提供的全身標(biāo)志點(diǎn)固定方案，全身共有39個(gè)點(diǎn)(圖1)。

圖 1 本研究實(shí)驗(yàn)選取Marker點(diǎn)示意圖

3.粘貼EMG傳感器。本研究的測(cè)試肌群為：雙側(cè)下肢大腿前側(cè)的股內(nèi)斜肌，股外肌，后側(cè)的半腱肌和股二頭肌。在將EMG傳感器貼于皮膚之前，首先要用剃須刀去除傳感器安置處皮膚的毛發(fā)，隨后用醫(yī)用酒精清潔、移除干燥的皮膚油分。然后再將EMG傳感器定位于測(cè)試肌肉的皮膚上。傳感器頂部帶有一個(gè)箭頭，這個(gè)箭頭應(yīng)放置在與肌肉纖維平行的傳感器下方。傳感器也應(yīng)放在肌腹中心遠(yuǎn)離肌腱和肌肉邊緣。

4.測(cè)試動(dòng)作。左野馬分鬃正確動(dòng)作：右腳尖里扣踏實(shí)，上體微右轉(zhuǎn)，重心移至右腿上，同時(shí)右掌收于胸前手心向下；左手經(jīng)體前向右劃弧于腹前，手心向上，兩手心相對(duì)成抱球狀；左腳收回成丁步，目視右手。上體微左轉(zhuǎn)，左腳腳跟著地，逐漸左轉(zhuǎn)成左弓步(錯(cuò)誤動(dòng)作時(shí)，腳尖外展，膝關(guān)節(jié)超過(guò)腳尖)；同時(shí)兩掌左上右下分開，左掌中指尖對(duì)鼻，右掌按于右胯旁，目視左掌。左腳蹬地，右腿松膝，身體后坐，左腳上翹，兩掌微內(nèi)合，目視左掌。身體左轉(zhuǎn)，右腳蹬地，兩掌合抱成抱球狀，同時(shí)右腳收成丁步，目視左手。右野馬分鬃同左側(cè)動(dòng)作相同，方向相反。

2.2.3 數(shù)據(jù)采集與處理

2.2.3.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)作階段的劃分

第一階段：前移階段(右腳觸地至前移結(jié)束)右腳腳跟觸地為開始時(shí)刻，著地后身體重心開始向右前方移動(dòng)至最大幅度，下肢運(yùn)動(dòng)為左腿伸展同時(shí)右腿屈曲。

第二階段：后坐階段(前移結(jié)束至后坐結(jié)束)前移結(jié)束后身體重心開始向左后方移動(dòng)至最大幅度，下肢運(yùn)動(dòng)為右腿伸展同時(shí)左腿屈曲。

第三階段：轉(zhuǎn)腳階段(后坐結(jié)束至轉(zhuǎn)腳結(jié)束)后坐結(jié)束后身體前移同時(shí)右腳外旋至最大幅度。

圖 2 本研究動(dòng)作階段劃分特征時(shí)刻示意圖[5]

2.2.3.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)和相應(yīng)動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)處理和所選指標(biāo)

通過(guò)Visual3D 軟件(美國(guó)C-MOTION公司)完成下肢雙側(cè)髖、膝、踝三關(guān)節(jié)的角度和角速度以及關(guān)節(jié)力矩的計(jì)算，其中關(guān)節(jié)力矩計(jì)算的主要理論依據(jù)是逆向動(dòng)力學(xué)，即根據(jù)所采集的運(yùn)動(dòng)學(xué)及地面反作用力數(shù)據(jù)，反推出下肢各關(guān)節(jié)的肌力矩。

2.2.4 EMG數(shù)據(jù)

用Delays肌電數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行肌電數(shù)據(jù)處理，分析指標(biāo)為各階段均方根振幅(RMS，root mean square)。t0為階段開始時(shí)間，t1為階段結(jié)束時(shí)間。計(jì)算公式如下：

其中t為EMG信號(hào)開始時(shí)間，t+T為信號(hào)結(jié)束時(shí)間[14]。

2.2.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)果

對(duì)正確、錯(cuò)誤動(dòng)作各階段平均用時(shí)進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明錯(cuò)誤動(dòng)作各階段用時(shí)、動(dòng)作周期總用時(shí)顯著高于正確動(dòng)作。正確動(dòng)作階段1、階段2占總用時(shí)百分比均大于錯(cuò)誤動(dòng)作。正確動(dòng)作前兩個(gè)階段用時(shí)之和占總用時(shí)百分比為72%，錯(cuò)誤動(dòng)作為66%，兩組相差6%。表明錯(cuò)誤動(dòng)作在前移、后坐階段用時(shí)較少，轉(zhuǎn)腳用時(shí)較多。

表 1 本研究受試者動(dòng)作平均用時(shí)對(duì)比一覽表

左腿為后支撐腿，兩種動(dòng)作左膝運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)沒(méi)有顯著性差異(圖3)，所以，本研究重點(diǎn)對(duì)右膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)的差別進(jìn)行討論。

對(duì)比右膝屈伸角發(fā)現(xiàn)，除在階段3小部分時(shí)間內(nèi)，錯(cuò)誤動(dòng)作與正確動(dòng)作角度相當(dāng)，在動(dòng)作周期的其它時(shí)間錯(cuò)誤動(dòng)作均小于正確動(dòng)作(圖4a)。在前移階段，膝關(guān)節(jié)在矢狀面屈曲。在開始時(shí)刻，即右腳落地瞬間，正確動(dòng)作膝關(guān)節(jié)有略微屈曲(-4.7°±6.6°)，錯(cuò)誤動(dòng)作則完全伸膝。隨身體前移幅度增大，兩組動(dòng)作膝關(guān)節(jié)屈角差值有變大的趨勢(shì)。結(jié)束時(shí)刻，正確動(dòng)作膝關(guān)節(jié)屈曲角度較大(-44.7°±4.4°)，錯(cuò)誤動(dòng)作屈曲角度較小(-29.3°±2.5°)。

圖 3 本研究受試者左膝關(guān)節(jié)角度對(duì)比

圖 4 本研究受試者右膝關(guān)節(jié)角度對(duì)比

表 2 本研究受試者右膝特征時(shí)刻角度對(duì)比一覽表

自然站立時(shí)膝關(guān)節(jié)不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)收，但在屈曲位時(shí)可產(chǎn)生一定角度的內(nèi)收外展。在前移過(guò)程中，膝關(guān)節(jié)矢狀面內(nèi)完成屈曲，所以在冠狀面內(nèi)可以產(chǎn)生一定角度的內(nèi)收與外展。在整個(gè)動(dòng)作周期內(nèi)，正確動(dòng)作的內(nèi)收角度均大于錯(cuò)誤動(dòng)作。前移開始后膝關(guān)節(jié)內(nèi)收角度增大，正確動(dòng)作內(nèi)收幅度大于錯(cuò)誤動(dòng)作(圖4b)。膝關(guān)節(jié)繞垂直軸外旋。前移時(shí)，錯(cuò)誤動(dòng)作膝關(guān)節(jié)外旋角度更大(圖4c)。前移同時(shí)過(guò)度外旋易增大膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)韌帶的受力，增大損傷機(jī)率。

階段2為后坐，運(yùn)動(dòng)員開始伸膝，此階段兩組動(dòng)作屈伸角差值為三個(gè)階段最大(圖4a)。當(dāng)后坐結(jié)束時(shí)，正確動(dòng)作屈伸角為0°左右，在膝關(guān)節(jié)正?；顒?dòng)范圍內(nèi)，關(guān)節(jié)周圍肌肉韌帶受力較小。錯(cuò)誤動(dòng)作有14°左右的伸角，有一定程度過(guò)伸。這對(duì)膝關(guān)節(jié)兩側(cè)韌帶和大腿后側(cè)肌肉都會(huì)產(chǎn)生較大壓力，易造成損傷。在冠狀面膝開始外展。在后坐結(jié)束時(shí)刻，正確動(dòng)作內(nèi)收外展角為0°左右，而錯(cuò)誤動(dòng)作會(huì)有7°左右外展角度，這會(huì)對(duì)膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)韌帶產(chǎn)生較大的拉力。內(nèi)外旋角，兩組動(dòng)作沒(méi)有顯著差異。

階段3為轉(zhuǎn)腳。兩組動(dòng)作的內(nèi)外旋角差異明顯。錯(cuò)誤動(dòng)作外旋角度更大，這與肌電分析結(jié)果相一致(表4)。肌電分析結(jié)果表明在轉(zhuǎn)腳階段，錯(cuò)誤動(dòng)作的右腿前側(cè)肌肉活動(dòng)度顯著大于正確動(dòng)作。當(dāng)轉(zhuǎn)腳結(jié)束時(shí)，身體為遠(yuǎn)固定，過(guò)大的外旋角度會(huì)對(duì)膝關(guān)節(jié)產(chǎn)生較大壓力。此時(shí)，如果身體失去平衡，膝關(guān)節(jié)極易發(fā)生扭傷。由于太極拳要求下肢松胯、屈膝下蹲、動(dòng)作輕穩(wěn)，因此膝關(guān)節(jié)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終是處于屈曲位，多繞額狀軸運(yùn)動(dòng)，只有在動(dòng)作開始、結(jié)束時(shí)，膝關(guān)節(jié)從直立位下蹲到屈曲位或從屈曲位伸直到直立位[12]。

3.2 動(dòng)力學(xué)結(jié)果

圖 5 本研究受試者右膝關(guān)節(jié)力矩對(duì)比

圖5顯示，在野馬分鬃動(dòng)作的整個(gè)過(guò)程中，右膝關(guān)節(jié)處伸肌力矩起了主要作用。在第一、二階段，正確動(dòng)作的伸膝力矩略大于錯(cuò)誤動(dòng)作，而在第三階段則相反。伸膝力矩峰值出現(xiàn)在第一和第二階段的過(guò)渡位置。錯(cuò)誤動(dòng)作的外展力矩明顯大于正確動(dòng)作。錯(cuò)誤動(dòng)作的三個(gè)階段當(dāng)中，

右膝關(guān)節(jié)處內(nèi)收外展方向上，一直表現(xiàn)出較大的外展力矩。而正確動(dòng)作的第一、二階段，右膝關(guān)節(jié)處的內(nèi)收外展力矩較小，只在第三階段表現(xiàn)出了一定的外展力矩，且小于錯(cuò)誤動(dòng)作。右膝關(guān)節(jié)處旋內(nèi)旋外方向上，一直是外旋力矩在起主要作用，錯(cuò)誤動(dòng)作的力矩明顯大于正確動(dòng)作。值得注意的是在第一和第二階段的過(guò)渡位置出現(xiàn)了外旋力矩的局部峰值[3]。

圖6顯示，野馬分鬃動(dòng)作的整個(gè)過(guò)程中，左膝關(guān)節(jié)處屈伸方向上主要是伸力矩在起作用，內(nèi)收外展方向上主要是外展力矩起作用，旋內(nèi)旋外方向上主要是旋內(nèi)力矩起作用。各方向上力矩值，錯(cuò)誤動(dòng)作屈力矩略大于正確動(dòng)作，但兩者差異不明顯。

表 3 本研究受試者正確與錯(cuò)誤動(dòng)作右膝關(guān)節(jié)各階段峰值力矩對(duì)比一覽表

由表3可知，野馬分鬃動(dòng)作的各階段中，右膝關(guān)節(jié)的最大伸肌力矩均大于錯(cuò)誤動(dòng)作，但兩者無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)上的差異。第一、二階段的最大屈力矩，錯(cuò)誤動(dòng)作分別為1.99±1.91、13.74±2.53大于正確動(dòng)作0.54±1.22、8.51±2.61，兩者具有顯著性差異(P<0.01)。三個(gè)階段當(dāng)中，錯(cuò)誤動(dòng)作的最大外展力矩分別為15.10±2.59、14.22±2.87、27.87±3.63，均大于正確動(dòng)作4.00±1.36、1.21±1.80、16.87±4.53，兩者具有顯著性差異(P<0.01)。而第二、三階段正確動(dòng)作的最大內(nèi)收力矩則大于錯(cuò)誤動(dòng)作(P<0.01)。三個(gè)階段中，錯(cuò)誤動(dòng)作的最大外旋力矩分別為14.12±2.97、14.51±2.60、22.48±3.74，均明顯大于正確動(dòng)作6.58±2.55、7.69±4.22、14.93±3.78，兩者具有高度的顯著性差異(P<0.01)；而最大內(nèi)旋力矩錯(cuò)誤動(dòng)作分別為0.15±0.21、0.47±0.36、0.14±0.33，均明顯小于正確動(dòng)作0.99±0.63、1.87±1.13、1.15±0.75，兩者具有高度的顯著性差異(P<0.01)。老年人肌肉功能的衰退很快，所以，應(yīng)該重視老年人的下肢肌肉力量的增強(qiáng)和保持[6]。側(cè)副韌帶的主要作用是使膝關(guān)節(jié)不能左右晃動(dòng)，伸膝時(shí)側(cè)副韌帶較緊張，膝關(guān)節(jié)無(wú)側(cè)向運(yùn)動(dòng)。但是，屈膝時(shí)側(cè)副韌帶較松弛，膝關(guān)節(jié)有輕微的內(nèi)收、外展活動(dòng)，導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定[4]。

3.3 表面肌電結(jié)果

股二頭肌位于大腿后側(cè)，股內(nèi)側(cè)肌、股外側(cè)肌位于大腿前側(cè)。對(duì)兩組動(dòng)作高位時(shí)下肢肌肉各階段均方根振幅進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，分析結(jié)果表明，以上指標(biāo)均有顯著性差異。在階段1，正確動(dòng)作左腿股二頭肌均方根振幅大于錯(cuò)誤動(dòng)作，兩種動(dòng)作平均值相差40.8×10-6V。正確動(dòng)作右腿股二頭肌均方根振幅小于錯(cuò)誤動(dòng)作，兩種動(dòng)作平均值相差16.5×10-6V。表明運(yùn)動(dòng)員完成錯(cuò)誤動(dòng)作時(shí)，左腿股二頭肌活動(dòng)度較小，而右腿股二頭肌活動(dòng)度較大。比較兩種動(dòng)作兩腿股二頭肌均方根振幅差值發(fā)現(xiàn)，受試者完成正確動(dòng)作時(shí)，左右腿股二頭肌發(fā)力相差較大，左腿發(fā)力遠(yuǎn)大于右腿，兩腿均方根振幅平均值相差77.1×10-6V，說(shuō)明正確動(dòng)作左腿主要發(fā)力完成前移動(dòng)作。而錯(cuò)誤動(dòng)作左右腿差值較小，左腿股二頭肌發(fā)力略大于右腿，兩腿均方根振幅相差19.8×10-6V。肌電數(shù)據(jù)結(jié)果表明，運(yùn)動(dòng)員完成正確動(dòng)作時(shí)主要靠左腿股二頭肌發(fā)力完成身體前移，而完成錯(cuò)誤動(dòng)作時(shí)則為兩條腿配合發(fā)力完成。在階段3，兩種動(dòng)作右腿前側(cè)股內(nèi)側(cè)肌、股外側(cè)肌正確動(dòng)作均方根振幅均小于錯(cuò)誤動(dòng)作，右腿股內(nèi)側(cè)肌兩種動(dòng)作均方根振幅均值相差22.7×10-6V，股外側(cè)肌相差29.6×10-6V。表明錯(cuò)誤動(dòng)作在完成轉(zhuǎn)腳時(shí)右腿前側(cè)肌肉發(fā)力較大。這與錯(cuò)誤動(dòng)作更大角度轉(zhuǎn)腳有關(guān)(圖4C)。

在階段1后期、階段3中期，正確動(dòng)作的右腳力矩均值小于錯(cuò)誤動(dòng)作。表明在前移末期、轉(zhuǎn)腳中期，錯(cuò)誤動(dòng)作右腳力矩更大，這與前移結(jié)束時(shí)刻、轉(zhuǎn)腳期間，錯(cuò)誤動(dòng)作在膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)有更大的外旋角度有關(guān)(圖4C)。在整個(gè)動(dòng)作周期，正確動(dòng)作左腳力矩顯著大于錯(cuò)誤動(dòng)作。力矩結(jié)果與肌電測(cè)試結(jié)果一致(表4)。肌電數(shù)據(jù)表明，運(yùn)動(dòng)員在完成前移動(dòng)作時(shí)，正確動(dòng)作的左腿主要發(fā)力。錯(cuò)誤動(dòng)作兩腿發(fā)力相差不大。從力矩曲線可以看出，正確動(dòng)作的左腳力矩明顯大于右腳，錯(cuò)誤動(dòng)作左右腳力矩相當(dāng)(圖7)。這表明，正確動(dòng)作為后支撐腿主要發(fā)力，起到很好的支撐作用，同時(shí)，提供身體重心前后移動(dòng)所需的動(dòng)力，為前腿完成轉(zhuǎn)腳等動(dòng)作提供保障。前腿則更專注地完成技術(shù)動(dòng)作。錯(cuò)誤動(dòng)作后支撐腿發(fā)力較小，不能為前腿完成技術(shù)動(dòng)作提供保障。

表 4 本研究受試者肌電結(jié)果一覽表

圖 7 本研究受試者雙腳繞COP垂直軸力矩對(duì)比

3.4 綜合討論

已有研究表明，長(zhǎng)期規(guī)律太極鍛煉可以改善肌肉力量與耐力，同時(shí)，改善其神經(jīng)肌肉控制能力和膝關(guān)節(jié)的本體感覺(jué)[17、18、10、11]。相對(duì)于步行、慢跑等運(yùn)動(dòng)，太極運(yùn)動(dòng)有著其自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)， 太極是一種低沖擊力，柔和緩慢的有氧運(yùn)動(dòng)，可以訓(xùn)練練習(xí)者的神經(jīng)肌肉控制能力[16、15]。然而，由于運(yùn)動(dòng)方式錯(cuò)誤也可使膝關(guān)節(jié)產(chǎn)生不適甚至損傷。本研究的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析結(jié)果表明，運(yùn)動(dòng)員在完成錯(cuò)誤動(dòng)作時(shí)，在動(dòng)作周期的不同階段，右側(cè)膝關(guān)節(jié)會(huì)產(chǎn)生更大幅度的外展和外旋力矩。這說(shuō)明，錯(cuò)誤動(dòng)作會(huì)在膝關(guān)節(jié)產(chǎn)生更大的拉伸與扭轉(zhuǎn)負(fù)荷。因此，長(zhǎng)期以錯(cuò)誤的太極動(dòng)作進(jìn)行鍛煉，會(huì)增大膝關(guān)節(jié)肌肉及韌帶損傷機(jī)率。動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果表明錯(cuò)誤動(dòng)作的右側(cè)膝關(guān)節(jié)有更大的外展與外旋力矩。完成正確動(dòng)作時(shí)，左腳在水平面繞壓力中心的扭矩要遠(yuǎn)大于右腳。而完成錯(cuò)誤動(dòng)作時(shí)，兩腳這一指標(biāo)的差異不大。相比錯(cuò)誤動(dòng)作，正確動(dòng)作中左腳的扭矩要更大一些，而右腳的扭矩則更小一些。說(shuō)明運(yùn)動(dòng)員在完成正確動(dòng)作時(shí)，左側(cè)腿主要提供了身體扭轉(zhuǎn)所需力矩，而右腿在完成轉(zhuǎn)腳等動(dòng)作時(shí)足底扭矩較小，有利于動(dòng)作更加順暢地完成。在做錯(cuò)誤動(dòng)作時(shí)，左腳力矩較小，需右腳增大力矩提供轉(zhuǎn)體動(dòng)作所需扭矩。在足底力矩較大的情況下完成轉(zhuǎn)腳等動(dòng)作會(huì)對(duì)右側(cè)膝關(guān)節(jié)產(chǎn)生更大的扭轉(zhuǎn)力。長(zhǎng)期如此，可能會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)造成損傷。

肌電分析發(fā)現(xiàn)在前移階段，正確動(dòng)作雙腿的股二頭肌均方根振幅差異較大，而錯(cuò)誤動(dòng)作的差值較小。左腿的錯(cuò)誤動(dòng)作的股二頭肌均方根振幅要小于正確動(dòng)作，右腿的情況剛好相反。這與動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果一致，說(shuō)明完成正確動(dòng)作時(shí)，運(yùn)動(dòng)員左腿發(fā)力較大，腳在地面力上的扭矩較大，而右腿發(fā)力較小，扭矩也相對(duì)較??；錯(cuò)誤動(dòng)作左右腿發(fā)力情況與正確動(dòng)作相反。在轉(zhuǎn)腳階段，錯(cuò)誤動(dòng)作下的右腿股內(nèi)側(cè)肌與股外側(cè)肌均方根振幅均要大于正確動(dòng)作。說(shuō)明錯(cuò)誤動(dòng)作在完成轉(zhuǎn)腳動(dòng)作時(shí)右腿發(fā)力更大，這與右腳地面力矩較大相吻合。

綜上所述，雖然太極運(yùn)動(dòng)在某些慢性疾病的預(yù)防上有著其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但是，如果動(dòng)作錯(cuò)誤或不規(guī)范，在運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)以及肌肉活動(dòng)特征上與規(guī)范動(dòng)作有著顯著性差異，是造成運(yùn)動(dòng)損傷的潛在危險(xiǎn)因素。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

1.“野馬分鬃”的錯(cuò)誤動(dòng)作各階段用時(shí)、動(dòng)作周期總用時(shí)顯著長(zhǎng)于正確動(dòng)作，且錯(cuò)誤動(dòng)作右膝具有更大幅度的外展與外旋。

2.“野馬分鬃”動(dòng)作的整個(gè)過(guò)程中，右膝關(guān)節(jié)處的伸肌力矩起主要作用，同時(shí)錯(cuò)誤動(dòng)作的膝外展和外旋力矩更大。

3.錯(cuò)誤動(dòng)作在轉(zhuǎn)腳時(shí)右腿股內(nèi)側(cè)肌、股外側(cè)肌的活動(dòng)顯著更大，在一定程度上提示為了抵抗由于錯(cuò)誤的太極動(dòng)作，而對(duì)右膝產(chǎn)生更大的負(fù)荷，而長(zhǎng)期這樣訓(xùn)練很可能會(huì)造成運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)的損傷。

4.2 建議

太極拳運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程基本屬于靜力支撐性活動(dòng)，其對(duì)下肢關(guān)節(jié)的沖擊負(fù)荷小于步行與慢跑等運(yùn)動(dòng)[16,15]，但扭轉(zhuǎn)負(fù)荷則較大，所以，在太極拳練習(xí)過(guò)程中要正確掌握動(dòng)作要領(lǐng)，特別是旋轉(zhuǎn)與扭轉(zhuǎn)動(dòng)作，在練習(xí)中應(yīng)避免過(guò)度外旋與外翻，膝關(guān)節(jié)在形成弓步時(shí)不能超過(guò)腳尖，動(dòng)作應(yīng)舒緩柔和，以減少對(duì)膝關(guān)節(jié)的不必要負(fù)荷。此外，適當(dāng)?shù)卦鰪?qiáng)下肢力量的訓(xùn)練，不僅能夠減少關(guān)節(jié)的損傷，更增強(qiáng)太極拳健身效果。

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TheComparisonofKneeJointKinematics,JointLoadandMuscleActivityCharacteristicsforTaiChiBasicAction“theWildHorse’sManeonBothSide”

TAO Ping,YU Lu

Objective:The aim of this study was to compare the biomechanical characteristics of lower extremity in conducting the “part the wild horse’s mane on both side” of Tai Chi maneuver in a correct and a wrong form.In order to find the possible cause of the knee injure of Tai Chi and prevent such kind of injure effectively,the kinematics,joint loading,and muscle activity of the knee joint was therefore explored.Methods:the subject was a top-level female athlete (41 years of practicing Tai Chi).The test movement was a Tai Chi maneuver called “part the wild horse’s mane on both side” (in a correct and a wrong form).A Vicon system,two Kistler forceplates,and a Delsys surface EMG system were synchronously used to collect the kinematics,ground reaction forces,and EMG activity from the quadriceps and the hamstring muscles of the knee joint.Paired T-test was applied to compare the differences (joint angle,joint torque,and muscle activity) between the two forms.Results & Conclusion:The time of each stage and the movement circle was significantly higher in wrong form of Tai Chi compared with the correct form.Meanwhile,a significant larger angle in knee joint abduction and internal rotation was showed in the wrong from.During the whole procedure of the movement,a dominated torque was showed in the extensor of the right knee joint.However,a significant larger torque in the abduction and external rotation of the knee joint was also observed.During the foot switch,the vastus medialis and vastus lateralis muscle activity were significantly greater in the wrong form,which showed a resistance to the great loading on the knee caused by the wrong movement.The above results implied that the knee injury would be induced due to the wrong form during a long-term Tai Chi exercise.

“partthewildhorse’smaneonbothside”ofTaiChi;kneejointkinematics;jointtorque;electromyography

1000-677X(2014)09-0049-07

2014-04-16；

：2014-08-12

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2009BAK62B00)。

陶萍(1966-)，女，滿族，遼寧人，副教授，碩士，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向?yàn)槲湫g(shù)教學(xué)訓(xùn)練理論與實(shí)踐、民族傳統(tǒng)體育養(yǎng)生理論與實(shí)踐、民族傳統(tǒng)體育的發(fā)掘整理與創(chuàng)新，E-mail：taop207@nenu.edu.cn；于璐(1987-)，女，吉林長(zhǎng)春人，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)轲B(yǎng)生與太極拳的開發(fā)與應(yīng)用，E-mail：yul142@nenu.edu.cn。

東北師范大學(xué) 體育學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130024 Northeast Normal University，Changchun 130024，China.

G804.6

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