唐小英

膝關(guān)節(jié)肌群等速向心收縮的力學(xué)特征研究

唐小英

通過(guò)對(duì)34名大學(xué)生雙側(cè)膝關(guān)節(jié)進(jìn)行的等速測(cè)試，本文對(duì)膝關(guān)節(jié)肌群等速向心收縮的力學(xué)特征進(jìn)行分析，以峰力矩為度量指標(biāo)，研究峰力矩與哪些因素有關(guān)，以及其關(guān)系的強(qiáng)弱。本文使用數(shù)學(xué)軟件MTLAB進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算，結(jié)果顯示，峰力矩值與性別、體重、屈伸運(yùn)動(dòng)有關(guān)，峰力矩值在不同運(yùn)動(dòng)速度下具有顯著差異且與運(yùn)動(dòng)速度負(fù)相關(guān)，峰力矩角度在不同運(yùn)動(dòng)速度下的值無(wú)顯著差異。 關(guān)鍵詞：膝關(guān)節(jié)；等速肌力測(cè)試；峰力矩；峰力矩角度 Abstract: Through the isokinetic muscle testing of 34 college students' bilateral knee, isokinetic contract mechanical features in knee muscles are studied. The peak torque is chosen as a measurement index to study the related factors of it and the relationship between them. Using MATLB for statistical analysis, the results shows that the peak torque is related to gender, weight, and flexion and extension movement. The peak torque has significant negative correlation with different velocities. However, angle of peak torque has no significant difference with different velocities. Key words: knee; isokinetic muscle testing; peak torque; angle of peak torque

1 引言

人體的運(yùn)動(dòng)離不開肌肉的收縮，膝關(guān)節(jié)肌群是人體運(yùn)動(dòng)的重要組成部分，對(duì)完成步行、起跳、下蹲、登高等運(yùn)動(dòng)姿態(tài)起著關(guān)鍵作用，不良、過(guò)度的膝關(guān)節(jié)負(fù)荷會(huì)導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)的伸展構(gòu)造，包括股骨踝、脛骨平臺(tái)、腓骨、髕骨、韌帶、半月板、關(guān)節(jié)軟骨、肌肉等產(chǎn)生損傷[1]。因此，膝關(guān)節(jié)肌群肌力特征以及它們所遵循的變化規(guī)律和相互關(guān)系是一項(xiàng)重要的研究課題。

關(guān)于等速向心收縮及離心收縮肌肉做功及肌電變化的研究對(duì)象主要是專業(yè)運(yùn)動(dòng)員或運(yùn)動(dòng)能力較強(qiáng)的人員[2-8]。本文通過(guò)對(duì)大學(xué)生膝關(guān)節(jié)肌群以不同速度做等速向心收縮及離心收縮時(shí)的做功進(jìn)行定量研究, 以期對(duì)膝關(guān)節(jié)的合理使用、力量訓(xùn)練等提供科學(xué)依據(jù)和參考。

2 研究對(duì)象與方法

2.1 研究對(duì)象

大學(xué)生34人, 年齡(20.47±1.05)歲。其中男生18人，身高(172.83±4.71)cm，體重(59.55±5.89)kg；女生16人，身高(161.68±3.75)cm，體重(55.68±5.82)kg。受試者身體健康狀況良好，實(shí)驗(yàn)前24小時(shí)未進(jìn)行劇烈運(yùn)動(dòng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)研究目的與方法知情, 同意參加本實(shí)驗(yàn)。

2.2 研究方法

2.2.1 測(cè)試方法

采用CON-TREX 等速測(cè)力系統(tǒng)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。測(cè)試者分左右腿選擇膝屈/伸兩個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，進(jìn)行四種方案測(cè)試：靜止130°用力、運(yùn)動(dòng)60°/s、180°/s、300°/s，分別進(jìn)行5次。測(cè)試者上身進(jìn)行固定，要求雙手握住兩側(cè)扶手，測(cè)試時(shí)必須用盡全力。

2.2.2 分析方法

膝關(guān)節(jié)力學(xué)特性參數(shù)主要有力矩、峰力矩、峰力矩角度等。峰力矩是指關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中相應(yīng)肌肉或肌群收縮時(shí)產(chǎn)生的最大力矩輸出值，代表肌肉或肌群的最大肌力，是等速肌力測(cè)試的一個(gè)基本指標(biāo)[2,9]。峰力矩角度是指肌群產(chǎn)生的最大力矩時(shí)的關(guān)節(jié)角度，是關(guān)節(jié)正常功能的特異性指標(biāo)。

本文將膝關(guān)節(jié)以不同速度做等速向心收縮及離心收縮時(shí)峰力矩的值作為測(cè)試指標(biāo)，研究膝關(guān)節(jié)肌群等速向心收縮力量的特征，即：峰力矩的值與哪些因素有關(guān)，以及關(guān)系的強(qiáng)弱。采用描述統(tǒng)計(jì)分析、相關(guān)分析、回歸分析、方差分析等統(tǒng)計(jì)分析方法，使用數(shù)學(xué)軟件MATLAB進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算。

3 結(jié)果與分析

3.1 峰力矩相關(guān)因素分析

計(jì)算膝關(guān)節(jié)等速運(yùn)動(dòng)峰力矩與各種因素之間的相關(guān)系數(shù)如表1。

表1 峰力矩與各種因素之間的相關(guān)系數(shù)表

可以看出，性別、體重、屈/伸對(duì)膝關(guān)節(jié)等速運(yùn)動(dòng)峰力矩具有相關(guān)性，而年齡、左/右腿對(duì)峰力矩不具有相關(guān)性，身高對(duì)峰力矩相關(guān)性較弱。

膝關(guān)節(jié)等速運(yùn)動(dòng)峰力矩角度與各種因素之間的相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值基本均在0.2以內(nèi)，顯示峰力矩角度與各種因素之間關(guān)系不明顯。

3.2 性別對(duì)峰力矩的影響

使用線性回歸模型建立性別對(duì)膝關(guān)節(jié)等速運(yùn)動(dòng)峰力矩的線性函數(shù)關(guān)系，通過(guò)計(jì)算得到性別對(duì)峰力矩的回歸方程為：

擬合優(yōu)度檢驗(yàn)指標(biāo)：可決系數(shù)R2=0.227，F(xiàn)統(tǒng)計(jì)量F=798.87，相伴概率p=0?；貧w方程顯著。

3.3 體重對(duì)峰力矩的影響

使用線性回歸模型建立體重對(duì)膝關(guān)節(jié)等速運(yùn)動(dòng)峰力矩的線性函數(shù)關(guān)系，通過(guò)計(jì)算得到性別對(duì)峰力矩的回歸方程為：

擬合優(yōu)度檢驗(yàn)指標(biāo)：可決系數(shù)R2=0.185，F(xiàn)統(tǒng)計(jì)量F=619.62，相伴概率p=0?；貧w方程顯著。

模型顯示出受試者體重在膝關(guān)節(jié)等速運(yùn)動(dòng)力量上具有優(yōu)勢(shì)體重，對(duì)峰力矩大小有影響。

3.4 采用屈/伸動(dòng)作對(duì)峰力矩的影響

使用線性回歸模型建立采用屈/伸動(dòng)作對(duì)峰力矩的線性函數(shù)關(guān)系，通過(guò)計(jì)算得到性別對(duì)峰力矩的回歸方程為：

擬合優(yōu)度檢驗(yàn)指標(biāo)：可決系數(shù)R2=0.17，F(xiàn)統(tǒng)計(jì)量F=557.78，相伴概率p=0?；貧w方程顯著。

3.5 運(yùn)動(dòng)速度對(duì)峰力矩的影響

計(jì)算4種不同運(yùn)動(dòng)速度下峰力矩間的相關(guān)系數(shù)如表2。

表2 四種不同運(yùn)動(dòng)速度下峰力矩間的相關(guān)系數(shù)表

可以看出，膝關(guān)節(jié)等速運(yùn)動(dòng)在4種不同運(yùn)動(dòng)速度下峰力矩間具有高度相關(guān)性，即同一受試者在不同運(yùn)動(dòng)速度下峰力矩大小具有一致性。

使用線性回歸模型建立膝關(guān)節(jié)等速運(yùn)動(dòng)4種不同運(yùn)動(dòng)速度(0-1變量)對(duì)峰力矩的線性函數(shù)關(guān)系，通過(guò)計(jì)算得到回歸方程為：

其中：y為峰力矩觀測(cè)值，x1，x2，x3，x4分別表示是否為靜止130°、60°/s、180°/s、300°/s時(shí)進(jìn)行測(cè)試的0-1變量值。

擬合優(yōu)度檢驗(yàn)指標(biāo)：可決系數(shù)R2=0.2668，F(xiàn)統(tǒng)計(jì)量F=329.48，相伴概率p=0?；貧w方程顯著。

從模型系數(shù)β值可以看出，受試者在膝關(guān)節(jié)等速運(yùn)動(dòng)4種不同運(yùn)動(dòng)速度下峰力矩有明顯差異，具體差異見表3。

表3 四種不同運(yùn)動(dòng)速度下峰力矩描述統(tǒng)計(jì)表

峰力矩最大到最小分別為靜止130°峰力矩、60°/s峰力矩、180°/s峰力矩、300°/s峰力矩時(shí)的測(cè)量值，即峰力矩大小與運(yùn)動(dòng)速度負(fù)相關(guān)，最大值與最小值差異接近一倍。

3.6 峰力矩角度的特征分析

使用方差分析方法比較受試者在膝關(guān)節(jié)等速運(yùn)動(dòng)3種不同運(yùn)動(dòng)速度下峰力矩角度的差異，通過(guò)計(jì)算得到方差分析表如表4：

表4 三種不同運(yùn)動(dòng)速度下峰力矩角度方差分析表

可以看出，膝關(guān)節(jié)等速運(yùn)動(dòng)峰力矩角度在不同運(yùn)動(dòng)速度下的值無(wú)顯著差異，峰力矩角度值為40.2235±6.2271。

4 結(jié)論

膝關(guān)節(jié)等速運(yùn)動(dòng)峰力矩值與性別、體重、屈/伸運(yùn)動(dòng)有關(guān)，年齡、左/右腿對(duì)峰力矩不具有相關(guān)性，身高對(duì)峰力矩相關(guān)性較弱。男性在力量上明顯具有優(yōu)勢(shì)，男性的峰力矩比女性平均高出31.58%。體重在力量上具有優(yōu)勢(shì)，對(duì)峰力矩大小有影響。采用伸膝動(dòng)作比采用屈膝動(dòng)作在力量上明顯具有優(yōu)勢(shì)，采用伸膝動(dòng)作峰力矩比采用屈膝動(dòng)作平均高出27.6%。膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)在不同運(yùn)動(dòng)速度下峰力矩具有顯著差異，峰力矩最大到最小分別為靜止130°峰力矩、60°/s峰力矩、180°/s峰力矩、300°/s峰力矩時(shí)的測(cè)量值，峰力矩大小與運(yùn)動(dòng)速度負(fù)相關(guān)，最大值與最小值差異接近一倍。膝關(guān)節(jié)等速運(yùn)動(dòng)峰力矩角度在不同運(yùn)動(dòng)速度下的值無(wú)顯著差異，峰力矩角度值為40.2235±6.2271。

[1] 任凱,龔曉明.運(yùn)動(dòng)員腱止點(diǎn)末端病的回顧與展望[J].中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志, 2006 , 21(8):754-756．

[2] 趙伏生.運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)等速肌力測(cè)試研究的進(jìn)展綜述[J].濰坊學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，7(6):134-137．

[3] 俞小亞.大學(xué)生短跑運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)肌等速向心收縮的肌力研究[J]. 麗水學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，36(3):82-85．

[4] 羅興來(lái)，劉雪峰，程亮.四川省少年男籃運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)等速肌力特征分析[J]. 麗水學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，35(3):36-39．

[5] 葛衛(wèi)忠.青少年男子籃球運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)等速肌力特征研究[J]. 山東體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，26(3):46-50．

[6] 屈建華.優(yōu)秀水球運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)肌群等速向心收縮力量特征研究[J].北京體育大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，30(5):642-643．

[7] 方海波,李誠(chéng)銘,劉培茂.優(yōu)秀男足運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)等速肌力特征研究[J]. 浙江體育科學(xué)，2010，32(5):100-102．

[8] 羅安民,李珺暉,洪平.中國(guó)女子籃球運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)等速肌力測(cè)試分析[J].中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志，2012，32(6):517-522．

[9] 王翠霞，吳明方.軀干等速屈伸運(yùn)動(dòng)時(shí)屈伸肌的力學(xué)特征的研究[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2008．

Research on Isokinetic Contract Mechanical Features in Knee Muscles

Tang Xiaoying

2016年度四川省軟科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目資助(項(xiàng)目編號(hào)：2016ZR0088)

唐小英(1967-)，女，山東濰坊人，博士，副教授，研究方向：民族傳統(tǒng)體育學(xué) 。

成都醫(yī)學(xué)院，四川 成都 610500 Chengdu Medical College, Chengdu 610500, Sichuan, China.

G804

A

1005-0256(2017)02-0029-2

10.3969/ j.issn.1005-0256.2017.02.012