張美珍，郭浩，劉卉，武曉剛，陳維毅

不同運動性疲勞方案對足球專項大學生軀干和下肢運動學特征的影響

張美珍1*，郭浩1，劉卉2，武曉剛1，陳維毅1

1.太原理工大學，山西太原 030024；2.北京體育大學，北京 100084

目的：對比分析足球專項體能測試（SAFT90）和Yo-Yo間歇耐力水平2測試（Yo-Yo IE2）對運動員著地時刻神經肌肉控制的影響。方法：選取7名大學生足球專項運動員為受試，運用紅外光點運動捕捉系統（Nokov Mars2H）獲得運動學數據。受試佩戴心率實時監(jiān)測遙測儀（Polar Team 2），用于保障實驗的安全性和疲勞評價的有效性與客觀性。運用2×2重復測量設計的雙因素方差分析驗證2種動作下疲勞誘導和疲勞方案對運動特征的影響。結果：受試完成的2種疲勞方案均達到疲勞評定標準，心率和自感疲勞等級均無顯著性差異。單腳落地起跳動作著地時刻，髖關節(jié)內外旋角［（1，6）=7.811，=0.031，=0.752］和膝關節(jié)內外翻角［（1，6）=6.976，=0.038，=0.733］對疲勞方案及疲勞誘導具有顯著性交互作用。與SAFT90疲勞誘導前相比，誘導后髖關節(jié)矢狀面活動度增加（13.6° vs 18.5°，=0.022，=0.783）、髖關節(jié)內旋（-5.9° vs 2.6°，=0.019，=0.793）、膝關節(jié)外翻（2.1° vs -1.5°，=0.001，=0.928）、外旋（-12.8° vs -20.3°，＜0.001，=0.968）增加。側切著地時刻膝關節(jié)屈曲角［（1，6）=14.164，=0.009，=0.838］和膝關節(jié)內外翻角［（1，6）=17.679，=0.006，=0.864］在疲勞方案及疲勞誘導間存在顯著性交互作用。SAFT90疲勞誘導后側切時更趨于足跟著地（-3.8 cm vs -6.9 cm，=0.031，=0.753）。結論：足球運動員疲勞誘導后完成動作的著地策略與疲勞前不同，特別是SAFT90運動性疲勞誘導后，其單腳落地跳著地時刻髖關節(jié)內旋、膝關節(jié)外翻、外旋顯著增加；急停側切著地時刻，膝關節(jié)更加直立、外翻，同時趨于足跟著地，可能增加疲勞后前交叉韌帶損傷風險。完成Yo-Yo IE2運動性疲勞誘導后，足球運動員急停側切時膝關節(jié)外翻角度增加，且SAFT90較Yo-Yo IE2運動性疲勞誘導方案對足球運動員的影響更大。提示，采用SAFT90作為足球運動性疲勞誘導方案，對于理解下肢疲勞后的神經肌肉控制可能更有參考價值。

運動性疲勞；跳箱單腳落地起跳；急停側切；運動學

前交叉韌帶（anterior cruciate ligament，ACL）斷裂是足球運動員的高發(fā)損傷。每1 000 h的比賽運動時長即可發(fā)生0.06～3.70例足球運動員ACL損傷病例（Faun? et al.， 2006）。特別是當運動員完成快速著地、轉體、起跳或者變向動作時（Agel et al.，2016；Johnston et al.，2018），更易發(fā)生該損傷。ACL損傷危險因素繁雜已形成共識，是由多種可改變和不可改變的危險因素共同作用的結果。不可改變因素中，如關節(jié)松弛、優(yōu)勢側、人造運動表面等均會增加ACL損傷風險（Hewett et al.， 2010）。生物力學神經肌肉控制作為可改變因素已成為研究重點，有研究認為，著地時刻膝關節(jié)趨于直立、地面反作用力大、足跟著地等是ACL損傷的危險因素（De Ste Croix et al.，2015； Yang et al.，2018；Yu et al.， 2006）。神經肌肉疲勞作為一個潛在的、可改變的ACL損傷危險因素近年來備受關注（張希妮等，2017；Benjaminse et al.，2019； Lessi et al.，2017）。

目前，有研究分析了疲勞對ACL損傷高危人群下肢運動學、動力學和肌肉用力等的急性影響（Barber-Westin et al.，2017）。神經肌肉疲勞可以導致膝關節(jié)肌肉力量急劇下降、下肢肌肉活動模式改變（Greig，2008）、下肢各關節(jié)活動度增加、伸膝力矩增加、伸髖肌群能量吸收增加等（張希妮等，2017）。疲勞誘導后髖關節(jié)和膝關節(jié)屈曲增加，踝關節(jié)跖屈減?。˙enjaminse et al.， 2008； Cortes et al.，2014b），在著地或側切過程中地面反作用力增加（Kernozek et al.，2008）等。過度的動態(tài)膝關節(jié)外翻、軀干控制不理想（即側屈）（Kristianslund et al.，2014）、過度背屈（Donnelly et al.，2012）等可能增加ACL損傷危險性。疲勞引起腘繩肌電機械延遲（electromechanical delay，EMD）明顯增加，損害了神經肌肉反饋機制，從而降低膝關節(jié)穩(wěn)定性（De Ste Croix et al.，2015）。但也有研究認為，運動員疲勞后可能跑動速度更慢，因此地面反作用力、膝關節(jié)力矩更小，這似乎在一定程度上能夠避免產生ACL損傷（Brazen et al.，2010）。研究結果間存在差異的可能原因是不同研究中疲勞方案的誘導和測量存在較大的異質性（Bourne et al.，2019），不同疲勞誘導方案對實驗結果具有影響（劉海瑞等，2014）。

目前，疲勞誘導方案分為短時疲勞誘導方案和長時疲勞誘導方案。短時疲勞誘導方案主要針對特定某肌肉或區(qū)域，包括動態(tài)的下肢運動（如垂直跳躍加短跑沖刺、連續(xù)單腿蹲起或雙腿蹲起加快速起跳）（Liederbach et al.，2014； Madigan et al.，2003）、膝關節(jié)伸肌和屈肌的獨立運動（Thomas et al.，2010）等。此類疲勞模式持續(xù)時間通常低于10 min。長時疲勞方案包括多維度運動（如下蹲和靈敏性動作）（Brazen et al.，2010）、功率自行車運動（Ortiz et al.，2010）、間歇性（Ros et al.，2013）或長時間跑步（Cortes et al.，2014b）等。該類疲勞通常長約30 min或更長時間。短時或單一動作重復是疲勞誘導的主要手段，而長時疲勞方案可能忽略了疲勞誘導的運動項目專項性，因此實驗結果存在一定的局限性（劉海瑞等，2014）。如何選擇合適且有效的專項性疲勞誘導方案是運動性疲勞研究的重點和難點。

針對足球運動員的短時疲勞方案主要包括Yo-Yo間歇耐力水平2測試（Yo-Yo intermittent endurance level 2 test，Yo-Yo IE2）（Krustrup et al.，2010；Ros et al.，2013）和靈敏素質短時疲勞方案（functional agility short-term fatigue protocol，FAST-FP）（Cortes et al.，2014a）。長時疲勞方案有模擬45～60 min足球比賽（Savage et al.，2018；Yamada et al.，2012）的專項疲勞方案，模擬90 min足球競賽強度的足球專項體能測試（soccer-specific aerobic fitness test，SAFT90）（Lovell et al.，2008），以及拉夫堡間歇性折返跑測試（loughborough intermittent shuttle test，LIST）（Nicholas et al.，2000）等?；诖耍狙芯糠治鲎闱蜻\動員單腳落地起跳和急停側切時疲勞方案與疲勞誘導對軀干和下肢運動學的影響。

本研究選擇了2種疲勞方案：一種是被廣泛用于評價足球運動員耐力素質且作為短時誘導方案的Yo-Yo IE2，另一種是能夠準確模擬足球比賽且可操作性強的SAFT90疲勞方案。這2種方案均具有足球項目的專項性，但疲勞完成時間和動作設計又有差異。根據現有研究文獻和本研究目的，擬驗證2個假設：1）疲勞會改變足球運動員完成動作的運動學特征；2）SAFT90誘導方案對足球運動員軀干和下肢運動學特征的影響比Yo-Yo IE2更大。

1 研究對象與方法

1.1　研究對象

本研究受試者為7名體育學院足球專項男性大學生（表1）。所有受試者訓練年限均在2年以上，且無ACL損傷或其他急性下肢損傷史，無心血管或呼吸系統疾患，測試前24 h內未從事劇烈運動，在數據采集前簽署了知情同意書。由于本實驗采用的是重復測量設計，疲勞方案和疲勞誘導2個自變量均為重復變量，通過G*Power 3.1.9.6軟件，選擇檢驗方法ANOVA（repeated measure，between factors），并將效應值（effect size，ES）設置為=0.6，一類誤差概率（）為0.05，統計功效（statistical power，1-）為0.8，計算得出樣本含量為7，因此本研究樣本含量滿足統計分析需求。

表1　研究對象基本信息

1.2　數據采集

要求受試者穿著自備運動鞋和實驗室統一配備的緊身上衣與短褲。受試者準備活動完成后，根據改良的Helen Hayes模型為其粘貼23個反光標志球，粘貼方案參照Yu等（2006）的方法。選取足球運動員ACL損傷高危動作——跳箱單腳落地起跳（single-leg drop jump，SLDJ）（Teng et al.，2017）和急停45°側切（side-cutting）進行測試。單腳落地跳要求受試者在35 cm高跳箱上雙手叉腰，以踢球側腿為支撐腿，腳尖朝前，聽到“開始”口令后，腳尖緩慢由跳箱邊緣無垂直初速下落，落地后自然屈膝，迅速盡力垂直起跳并雙腳落地（圖1a）。45°側切動作方案參照劉卉等（2011）、張美珍等（2016）的方法（圖1b）。運用紅外光點運動捕捉系統（Nokov Mars2H）以200 Hz的采集頻率獲得受試者運動學數據，每名受試者每個動作均采集3次有效數據。測試過程中，受試者佩戴心率實時監(jiān)測遙測儀（Polar Team2）對心率進行監(jiān)控，用于保障實驗的安全性和疲勞評價的有效性與客觀性。

1.3　疲勞方案

1.3.1足球專項體能測試疲勞方案——SAFT90

SAFT90方案為間歇性的20 m折返跑，包括功能性動作交替和向前運動階段，運動形式包括不同速度的向前跑、側向滑步、側向變向、后退等，由15 min音頻口令重復6次，總時長為90 min（圖2）。受試者需完成10.78 km運動，運動過程中共出現1 269次速度變化和1 350次方向變化，較真實地模擬了足球比賽中的間歇性和多向性。該方案已被證明可以反映競爭性足球比賽的外部和內部負荷（Lovell et al.，2008）。

圖1　受試者測試動作示意圖

Figure 1. Testing Maneuvers of Participants

注：a.單腳落地起跳；b.側切。

圖2　 SAFT90測試示意圖（Lovell et al.，2008）

Figure 2. Schematic Representation of the SAFT90Test （Lovell et al.，2008）

1.3.2足球間歇耐力疲勞測試方案——Yo-Yo IE2

Yo-Yo IE2方案為運動速度逐漸遞增的間歇性20 m折返跑，受試者每完成一次折返跑均有5 s休息時間（圖3）。受試者根據音頻指令完成折返，每次往返時雙腳均需踏線。如第1次未完成該強度下的踏線任務，對其進行口頭警告。第2次未能完成踏線則測試結束，此時完成的總距離為測試成績。該測試最初用于評價足球、籃球、排球等運動員的耐力水平，是一種便捷、可靠且敏感的測試方案（Bradley et al.，2011；Papanikolaou et al.，2019），還可作為足球運動員的一般性疲勞誘導方案（Krustrup et al.，2010；Ros et al.，2013）。

圖3　 Yo-Yo間歇耐力測試水平2測試示意圖

Figure 3. Schematic Representation of the Yo-Yo IE2 Test

1.4　疲勞判定條件

測試過程中，隨機確定2種疲勞方案（SAFT90/ Yo-Yo IE2）誘導足球運動員的順序，保證2次疲勞測試間隔1周及以上，確保疲勞效應已消除且互不影響。在受試者接受疲勞誘導過程中，通過自感疲勞等級（rating of perceived exertion，RPE）量表和心率指標進行疲勞程度的判定。判定疲勞條件為符合以下2條中任意1條即可：1）心率達到預期最大心率（220-年齡）的85%以上（Cortes et al.，2012）；2）RPE達到17級（很費力）以上（Borotikar et al.，2008）。

1.5　數據處理

運用Cortex-64 5.5.0解析軟件對受試者三維運動學數據進行Butterworth低通濾波（截斷頻率為13 Hz）平滑處理（Yu et al.，1999），根據粘貼在體表的反光標志點建立人體環(huán)節(jié)多剛體模型。由于受試者運動方向一致，可將軀干角度定義為軀干坐標系與大地坐標系之間的歐拉角（Lessi et al.，2017），通過骨盆坐標系和大腿坐標系之間的歐拉角確定下肢髖關節(jié)三維角度，膝關節(jié)的三維角度定義為大腿坐標系和小腿坐標系之間的歐拉角，第1次轉動圍繞X軸獲得屈伸角（正角為屈曲和軀干前傾），第2次轉動圍繞Y軸獲得內收外展角（正角為內收和軀干對側傾斜，其中對側為非優(yōu)勢側方向），第3次轉動圍繞Z軸獲得內旋外旋角（正角為內旋和軀干向對側前旋）。軀干、髖關節(jié)、膝關節(jié)矢狀面活動度定義為著地階段各關節(jié)最大與最小屈伸角度的差值。著地方式定義為足跟與足尖（第1和第5跖趾關節(jié)連線中點確定）垂直軸（Z軸）坐標值的差值，負值表明趨于足跟著地，正值表示足尖著地。有研究表明，ACL損傷多發(fā)生在著地時刻（Lessi et al.，2017；McLean et al.，2009），本研究將著地腿足尖或足跟垂直速度為0 m/s時作為著地時刻（Lessi et al.，2017）。

1.6　統計分析

應用SPSS 22.0軟件，對不同動作進行2×2重復設計的雙因素方差分析，檢驗疲勞誘導（前vs 后）和疲勞方案（SAFT90vs Yo-Yo IE2）對運動學指標的影響。若兩因素間存在顯著性交互作用，通過配對樣本檢驗分別比較疲勞誘導或疲勞方案間運動學參數是否具有顯著性差異，主效應差異采用bonferroni校正，統計分析的顯著性標準定為一類誤差概率不大于0.05。通過計算給出雙因素方差分析和配對樣本檢驗的效應量，其中0.1≤＜0.3為低效應量，0.3≤＜0.5為中等效應量，≥0.5為高效應量。

2 研究結果

2.1　不同疲勞誘導方案結果比較

足球運動員完成SAFT90方案用時90 min，跑動距離為10.78 km；Yo-Yo IE2測試用時（11.5±1.3）min，完成等級為16級第2次口令，運動距離為（1.80±0.23）km。足球運動員完成SAFT90方案時，上半場（0～45 min）平均心率為（181±6）次/min，下半場（60～105 min）平均心率達到（177±4）次/min，最高心率達到（185.0±8.2）次/min。受試者進行Yo-Yo IE2疲勞測試時，運動過程中平均心率為（178.0±9.7）次/min，最高達到（187.0±10.5）次/min。SAFT90和Yo-Yo IE2疲勞性運動誘導前，心率分別為（125±11）次/min和（115±7）次/min，RPE量表等級達到11.5±1.0和11.3±1.4，配對樣本檢驗顯示均無顯著性差異。SAFT90和Yo-Yo IE2疲勞性運動誘導后，測試疲勞后的心率分別為（177.3±6.2）次/min和（179.5±7.1）次/min，疲勞方案間心率無顯著性差異（圖4）。RPE量表等級為17.8±1.2和18.5±1.0，疲勞方案間RPE差異亦未達到顯著性水平。2種疲勞方案中，受試者心率均達到疲勞判定原則最大心率的85%（170次/min）以上，RPE均達到疲勞判定標準17級以上，說明本研究中2種運動疲勞誘導方案強度相似。

圖4　不同運動性疲勞誘導方案實時心率

Figure 4. Real-Time Heart Rate for Different Exercise-Induced Fatigue Protocols

注：a. SAFT90誘導方案；b. Yo-Yo IE2 誘導方案

2.2　不同運動性疲勞方案對軀干和下肢運動學特征的影響

2.2.1單腳落地起跳動作下疲勞方案及疲勞誘導運動學特征變化

雙因素方差結果表明，與疲勞誘導前相比，誘導后軀干前傾角（=0.049，=0.708）顯著減小，若單獨分析2個疲勞誘導方案，這種差異性則不存在（圖5）。雙因素方差結果顯示，疲勞方案和疲勞誘導對跳箱單腳落地起跳動作髖關節(jié)內外旋角［（1，6）=7.811，=0.031，=0.752］有顯著性交互影響。檢驗發(fā)現，SAFT90疲勞前髖關節(jié)表現為外旋，疲勞后為內旋姿勢（=0.019，=0.793）；SAFT90疲勞誘導后髖關節(jié)內旋，而Yo-Yo IE2疲勞誘導后髖關節(jié)外旋（=0.019，=0.794）。此外，誘導后膝關節(jié)屈曲角（=0.048，=0.711）顯著減小。與SAFT90疲勞誘導前膝關節(jié)內翻角度相比，疲勞誘導后調整為外翻（=0.001，=0.928），膝關節(jié)外旋角（＜0.001，=0.968）顯著增大，髖關節(jié)矢狀面活動度顯著增大（=0.022，=0.783；表2）。上述參數在疲勞誘導或疲勞方案間顯著性差異的效應量均達到0.7以上，對總差異的解釋程度約為50%。

圖5　單腳落地起跳動作下疲勞方案及疲勞誘導對運動學特征的影響

Figure 5. Effect of Fatigue Protocols and Pre-post Tests on Kinematics during Single-Leg Drop Jump

表2　單腳落地起跳時疲勞方案及疲勞誘導對關節(jié)活動度及著地方式的影響

注：a表示疲勞測試前后具有顯著性差異（＜0.05）。

2.2.2急停側切動作下不同疲勞方案及疲勞誘導運動學特征的變化

雙因素方差分析顯示，相比SAFT90方案，Yo-Yo IE2疲勞誘導后，被試軀干向同側（優(yōu)勢側）側斜程度更大（=0.048，=0.729）；側切動作著地時刻膝關節(jié)屈曲角［（1，6）=14.164，=0.009，=0.838］、膝關節(jié)內外翻角［（1，6）=17.679，=0.006，=0.864］在2種運動性疲勞方案及疲勞誘導前后存在顯著性交互作用。檢驗發(fā)現，膝關節(jié)屈曲角在SAFT90疲勞誘導后顯著減?。?0.046，=0.717），膝關節(jié)內外翻角由疲勞誘導前的內翻調整為外翻姿勢，且疲勞前后具有顯著性差異；Yo-Yo IE2（=0.013，=0.819）疲勞誘導前后均為膝關節(jié)內翻，但疲勞后內翻程度顯著減小（圖6）。與誘導前相比，SAFT90疲勞誘導后，被試更趨于足跟著地（=0.031，=0.753；表3）。運動學特征在疲勞誘導或疲勞方案間顯著性差異效應量均達到0.7以上，對總差異的解釋程度達到49%。

3 討論

本研究支持假設1：足球運動員在疲勞誘導后完成動作的運動學特征與疲勞前不同，單腳落地跳和急停側切動作的差異有所不同。同時亦支持假設2：SAFT90誘導方案對足球運動軀干和下肢運動學特征的影響比Yo-Yo IE2的影響更大。

3.1　跳箱落地起跳動作疲勞方案和疲勞誘導對運動學特征的影響

本研究顯示，當足球運動員完成跳箱落地起跳時，在跳箱落地著地時刻，若不區(qū)分誘導方案，表現出疲勞后軀干前傾角減小、膝關節(jié)屈曲角度減小的特征。有研究證實，完成蹲起（squat）的下降階段時軀干較為直立，會增加對股四頭肌的需求，以保持對重心的控制，從而可能導致ACL損傷風險增加（Griffin et al.，2000）。有研究表明，膝關節(jié)屈曲角越小（0°～30°），ACL損傷危險越大（劉卉等，2011；張美珍等，2017；Yu et al.，2005）。如果受試者軀干前傾，垂直地面反作用力矢量會遠離髖關節(jié)中心，從而增加對髖伸肌的需求，減少對膝伸肌的需求，落地時髖關節(jié)和膝關節(jié)屈曲角度會增加（Powers，2010），反之亦然（Blackburn et al.，2008）。本研究表明，疲勞后軀干前傾減?。?3.4° vs 19.3°）、膝關節(jié)屈曲角度減?。?9.7° vs 26.2°），在一定程度上與Power（2010）、Griffin（2000）的研究結論一致。足球運動員采用較直立姿勢的一個原因可能是其在落地時刻缺乏控制重心向前位移的髖伸肌力量不得不依賴股四頭肌，使得膝關節(jié)屈曲角度減小，增大ACL損傷風險（Powers，2010）。

圖6　急停側切動作下疲勞方案及疲勞誘導對運動學特征的影響

Figure 6. Effect of Fatigue Protocols and Pre-post Tests on Kinematics during Side-Cutting

表3　急停側切時疲勞方案及疲勞誘導對關節(jié)活動度及著地方式的影響

注：a表示疲勞誘導前后具有顯著性差異（＜0.05）。

本研究發(fā)現，疲勞方案對髖關節(jié)的屈曲角和內外翻角無顯著性影響，然而對髖關節(jié)內旋外旋角具有顯著性交互作用，進一步得出該指標由SAFT90運動性疲勞誘導前的外旋變化為疲勞誘導后的內旋，且具有顯著性差異，統計結果的效應量達到64%，在一定程度上支持Thomas等（2010）的研究。著地時刻髖關節(jié)內旋姿勢會導致膝外翻負荷增加，進而增加ACL損傷風險（McLean et al.，2009）。本研究顯示，SAFT90運動性疲勞后髖關節(jié)內旋角度顯著增加，而Yo-Yo IE2疲勞誘導后髖關節(jié)依然表現為外旋趨勢，2個疲勞方案間具有顯著性差異，且占總差異的81%，一定程度上說明SAFT90比Yo-Yo IE2疲勞誘導方案更容易引起髖關節(jié)內旋，增加損傷風險。此外，SAFT90疲勞誘導前后髖關節(jié)矢狀面活動度具有顯著性差異，該結果與張希妮等（2017）研究類似，但關節(jié)活動度數值低于該研究（48.5°～58.6°），與Madigan等（2003）研究的10°較為接近。這主要與測試動作有關：前者要求受試者進行雙腳落地跳動作，而后者與本研究類似，均以單腳落地跳為測試動作。關節(jié)矢狀面活動度的增加是否會造成ACL損傷尚存爭議。有研究認為，活動度增加是下肢關節(jié)的自我保護動作，有利于著地時刻能量緩沖或降低地面反作用力（Kernozek et al.，2008）。還有研究認為，活動度增加不利于軀干肌肉離心收縮后快速轉變?yōu)橄蛐氖湛s，繼而會增大股四頭肌的收縮水平，引起ACL損傷風險增加（鄒曉峰等，2009）。本研究中，足球運動員在SAFT90疲勞誘導后單腳落地時對平衡的需求更大，可能通過增加髖關節(jié)活動度（13.6° vs 18.5°）降低膝關節(jié)外翻、外旋引起的ACL損傷風險，利用髖關節(jié)屈曲肌群的補償性反應吸收撞擊的能量。不同關節(jié)著地策略的調整和重新分配對ACL應力的影響機制還有待進一步研究。

本研究發(fā)現，足球運動員SAFT90疲勞誘導后膝關節(jié)表現外翻和外旋姿勢，且與疲勞前具有顯著性差異，均有50%以上的可靠性說明總體差異。該結果支持Wright等（2017）對女性足球運動員SAFT90疲勞誘導的研究。還有研究認為，在單腿垂直起跳和單腿落地時，疲勞對膝外翻角沒有影響（Benjaminse et al.，2008； Kernozek et al.，2008；Lessi et al.，2017；Liederbach et al.，2014），這與本研究結果不一致。主要原因是這些研究中采用的疲勞誘導方案均為重復性動作，如連續(xù)蹲起、跨步加快速起跳等，而SAFT90測試是模擬比賽強度的長時間疲勞誘導方案，其運動形式除了向前運動外，還包括側向滑步和變向跑等，可能對額狀面神經肌肉控制疲勞誘導影響較深，所以對膝關節(jié)額狀面運動特征產生較顯著的變化。流行病學和實驗研究顯示，膝關節(jié)外翻角是ACL損傷的危險因素，特別是當膝關節(jié)屈曲角度較小時（Boden et al.， 2000；Teng et al.，2017）。Boden 等（2010）研究表明，膝關節(jié)外翻以及下肢較大的地面反作用力會導致脛骨的內外旋，極易出現ACL損傷。

因此，足球運動員完成SAFT90疲勞誘導后進行跳箱單腳落地跳動作，軀干趨于直立，髖關節(jié)內旋角度和活動度增加，膝關節(jié)屈曲角度表現為減小的趨勢，同時伴有外翻和外旋增加，這些特征的變化可能增加ACL損傷風險。Yo-Yo IE2疲勞誘導對足球運動員軀干和下肢運動學特征的影響未達到顯著性差異。2個疲勞方案間運動學的差異僅在疲勞誘導后，SAFT90疲勞誘導髖關節(jié)內旋角與Yo-Yo IE2疲勞誘導髖關節(jié)外旋角具有顯著性差異，髖關節(jié)內旋增加會引起ACL負荷增加。

3.2　急停側切疲勞方案和疲勞誘導對運動學特征的影響

2種疲勞誘導方案對足球運動員急停側切運動學特征的影響，主要集中于膝關節(jié)和足的著地方式。本研究顯示，SAFT90疲勞誘導后進行急停側切時，在著地時刻膝關節(jié)屈曲角度顯著減小，膝關節(jié)由內翻調整為外翻，其差異效應均占總體變異的64%以上。在一定程度上與Benjaminse等（2019）的研究結果一致。已有研究證實，ACL和內側副韌帶（medial collateral ligament，MCL）能夠對抗膝關節(jié)外翻，且MCL是對抗外翻的主要結構。因此，雖然膝關節(jié)外翻會增加ACL負荷，但單獨的膝關節(jié)外翻不能造成MCL和ACL同時損傷（Boden et al.，2010）。通過有限元模擬不同膝關節(jié)屈曲角度下外翻加內旋力矩聯合載荷，ACL應力較單獨外翻時增大，且隨膝關節(jié)屈曲角度的減小而增加，提示，ACL具有同時限制膝外翻和脛骨向前的作用（何川等，2015）。另外，足球運動員SAFT90疲勞誘導后著地時刻更趨于足跟著地方式，該效應約有50%的可靠性解釋總方差。足跟著地時會增加膝關節(jié)外部彎曲力矩，這時需要膝關節(jié)內部伸展力矩和股四頭肌肌力增加，引起ACL受力增大（Burkhart et al.，2008）。Yo-Yo IE2疲勞誘導后，足球運動員急停側切著地時刻膝關節(jié)內翻角顯著性下降，可能增加ACL損傷風險（Lin et al.，2009）。

本研究還發(fā)現，2種疲勞誘導方案對足球運動員急停側切著地時刻軀干側向運動有顯著性差異。由于著地時刻產生45°變向運動，受試者在Yo-Yo IE2疲勞誘導后向同側（優(yōu)勢側）傾斜程度顯著減小。有研究認為，著地時刻軀干同側傾斜角越大，地面反作用力分量相對于膝關節(jié)中心橫向通過，使膝關節(jié)外翻力矩增大，ACL負荷增加（Kristianslund et al.，2014； Powers，2010）。

本研究發(fā)現，疲勞誘導對足球運動員側切動作的影響主要體現在膝關節(jié)運動學特征方面。與Yo-Yo IE2疲勞誘導相比，SAFT90疲勞運動方案的影響更大，后者還會引起受試者傾向于足跟著地，增加ACL損傷可能性。

本研究局限：1）僅采集了足球運動員運動學特征參數，并未采集動力學和肌電數據，對于全面理解疲勞后足球運動員的神經肌肉控制情況略顯不足；2）對足球運動員動作的采集均是在可預期的條件下進行的，而在足球訓練或比賽場上非預期狀況較多，對于可預見性的運動，機體有充足的時間給予神經肌肉系統對預先得知的動作采取對應的策略，因此后續(xù)研究中可以考慮設計處于不同預期狀態(tài)的動作以對比分析不同疲勞方案的影響；3）僅采集了心率以及RPE等級，未加入身體柔韌性、力量素質、反應時間、動作控制等與神經肌肉控制有關的指標，未來研究中將綜合考慮這些因素，建立損傷-動作-能力的關系，確定可實施干預并預防損傷的因素。

4 結論

足球運動員疲勞誘導后完成動作的運動學特征與疲勞前不同，特別是SAFT90運動性疲勞誘導后，其單腳落地跳著地時刻髖關節(jié)內旋、膝關節(jié)外翻、外旋顯著增加；在急停側切著地時刻，膝關節(jié)更加直立、外翻，同時趨于足跟著地。這些因素可能增加疲勞后ACL損傷風險。完成Yo-Yo IE2運動性疲勞誘導后，足球運動員急停側切時刻膝關節(jié)外翻角度增加。此外，2種疲勞誘導方案存在差異，SAFT90較Yo-Yo IE2運動性疲勞誘導方案對足球運動員ACL損傷風險影響更大。提示，不同疲勞誘導方案的運動干預模式有所區(qū)別，本研究中SAFT90疲勞方案是在矢狀面、冠狀面以及水平面進行綜合性運動，而Yo-Yo IE2 主要集中于矢狀面進行疲勞誘導。因此，采用SAFT90作為足球運動性疲勞誘導方案，對于理解下肢疲勞后的神經肌肉控制可能更有參考價值。

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Effect of Different Fatigue Protocols on Trunk and Lower Extremity Kinematics for Collegiate Soccer Players

ZHANG Meizhen1*，GUO Hao1，LIU Hui2，WU Xiaogang1，CHEN Weiyi1

1.Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China;2.Beijing Sport University, Beijing 100084, China.

Objective: The study was to compare the effects of different fatigue protocols (soccer-specific aerobic fitness test, SAFT90) and (Yo-Yo intermittent endurance level 2 test, Yo-Yo IE2) for collegiate soccer players on neuromuscular control at the time of contacting with ground. Methods: The study recruited 7 collegiate soccer players. The kinematics data were collected by infrared motion capture system (Nokov Mars2h, China). Subjects wore real-time heart rate monitoring telemeter (Polar Team 2, Finland) to ensure the safety of the experiment and the effectiveness and objectivity of fatigue evaluation. 2×2 repeated designed two-way ANOVA was used to identify the influence of pre-post fatigue and protocols on kinematics of soccer players. Results: The two exercise-induced fatigue protocols satisfied fatigue criterion, and there were no significant differences on heart rate and session rating of perceived exertion. Hip internal-external rotation angle [(1,6)=7.811,=0.031,=0.752] and knee varus and valgus angle [(1,6)=6.976,=0.038,=0.733] had significant interaction effect on fatigue protocols and fatigue induction. Compared with SAFT90protocol pre-test, there were significant increase for hip sagittal range of motion (13.6° vs 18.5°,=0.022,=0.783), hip internal rotation (-5.9° vs 2.6°,=0.019,=0.793), knee valgus angle (2.1° vs -1.5°,=0.001,=0.928), knee external rotation (-12.8° vs -20.3°,＜0.001,=0.968). The knee flexion angle [(1,6)=14.164,=0.009,=0.838] and the valgus angle [(1,6)=17.679,=0.006,=0.864] had significant interaction on fatigue protocols and pre-post tests during side-cutting. The soccer players were more likely to landing by heel at SAFT90protocol post-test during side-cutting (-3.8 cm vs -6.9 cm,0.031,=0.753). Conclusions: The different landing strategies of trunk and lower extremity kinematics in post-fatigue were observed for soccer players compared with pre-test, especially for SAFT90protocles, including larger hip internal rotation, knee valgus angle and knee external rotation during single-leg drop jump; while during side-cutting, knee joint more upright, larger knee valgus angle and prone to landing by heel demostraed, these factors may increase the risk of anterior cruciate ligament injury after fatigue. The larger knee valgus angle were found pre-post Yo-Yo IE2 exercise-induced fatigue. SAFT90fatigue protocols impacted greater than Yo-Yo IE2 for soccer players, which suggests that SAFT90as soccer-specific fatigue protocol may be more valuable for understanding neuromuscular control of exercise fatigue.

1002-9826（2022）08-0032-09

10.16470/j.csst.2021012

國家自然科學基金項目（30870600）；教育部人文社會科學研究規(guī)劃基金項目（18YJA890034）；山西省回國留學人員科研資助項目（2020-032）；山西省高等學校哲學社會科學研究項目（2019W025）；國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃（202010112017）；太原理工大學學科建設經費

通信作者簡介：張美珍（1983-），女，教授，博士，碩士研究生導師，主要研究方向為運動生物力學，E-mail： meizhen1116@163.com。

G843

A

（2020-03-19；修訂日期：2022-03-17； 編輯：尹航）