雷靜民，李翰君*，張力文，

腘繩肌拉傷是足球、橄欖球、田徑等項目中最為常見的損傷之一。在足球項目中，職業(yè)運動員腘繩肌拉傷占所有損傷的37%，且有12%～33%的復發(fā)率（周林 等，2018；H?gglund et al.，2013；Heiderscheit et al.，2010），不僅影響運動員的運動表現，還會給俱樂部帶來經濟損失。腘繩肌拉傷主要發(fā)生在疾跑動作中，其次是踢球動作（Brooks et al.，2006；Gabbe，2005）。踢球動作造成的腘繩肌拉傷更為嚴重，平均康復時間為14～28 天（Ekstrand et al.，2011）。正腳背踢球動作是足球項目常用的踢球技術，與其他踢球方式相比，正腳背踢球動作需同時屈膝屈髖（部義峰 等，2007b；Nunome et al.，2002），動作幅度較大、角速度大，能獲得更高的球速（Katis et al.，2010），但更易造成損傷。目前，踢球動作生物力學研究主要關注動作技術（部義峰 等，2007a，2010；蔣仲君 等，2010）和動作技術對球速和準確性的影響（傅旭波 等，2021；Palucci Vieira et al.，2021），較少關注踢球動作腘繩肌的生物力學特征和拉傷機制。

動物模型研究表明，肌肉應變（肌肉長度相對靜息長度的增量與肌肉靜息長度的比）過高是肌肉拉傷的首要形成機制，肌肉拉傷與肌肉拉伸速度和肌肉收縮力無關（Yu et al.，2017）。雖然對于人體而言，在體肌肉的靜息長度難以測量，但根據肌肉應變的計算方法，肌肉長度和肌肉應變成正比，且當肌肉長度達到峰值時肌肉應變也達到峰值。所以，在以往腘繩肌生物力學研究中常直接分析腘繩肌肌肉-肌腱復合體（muscle-tendon unit，MTU）的長度（Yu et al.，2008），或采用MTU 長度相對直立時MTU長度的形變量來間接反應肌肉應變（Heiderscheit et al.，2005；Thelen et al.，2005）。此外，有研究提出可以用最優(yōu)長度（肌力最大時的MTU 長度）代替靜息長度（Kaufman et al.，1991）計算MTU 應變。在此基礎上，許多生物力學研究探討了疾跑動作腘繩肌拉傷機制（萬祥林 等，2019；Thelen et al.，2005；Yu et al.，2008），發(fā)現疾跑擺動階段腘繩肌在激活狀態(tài)被拉長，進行離心收縮，MTU 長度和應變在擺動末期達到峰值，因此推測疾跑擺動末期更可能是腘繩肌拉傷的危險時相（Kenneally-Dabrowski et al.，2019）。但是踢球動作腘繩肌拉傷的危險時相尚未明確，不利于對腘繩肌拉傷機制的進一步理解。

另一方面，腘繩肌力量（譚愷 等，2019；Opar et al.，2015；Van Dyk et al.，2016）和股四頭肌力量（Freckleton et al.，2013）被認為是腘繩肌拉傷的危險因素，但目前仍存在爭論（韓經超 等，2015；Zvijac et al.，2013）。從損傷機制角度考慮，腘繩肌和股四頭肌力量不足可能會影響腘繩肌易傷動作中的下肢生物力學特征，進而影響腘繩肌MTU 長度，最終增加損傷風險。Opar 等（2012）分析認為，腘繩肌力量較弱（即較低的腘繩肌與股四頭肌的力量比）可能導致動作中產生更長的腘繩肌MTU 長度。Wan等（2017a）研究發(fā)現，腘繩肌力量和疾跑動作腘繩肌肌肉應變無顯著相關，這可能是因為其只考慮了腘繩肌向心力量，忽略了股四頭肌力量和腘繩肌離心力量的影響。同時，腘繩肌力量和股四頭肌力量對踢球動作腘繩肌MTU 長度的影響也仍然未知。與疾跑動作相比，踢球動作關節(jié)活動幅度更大，大腿前后群肌肉力量更可能對腘繩肌MTU 長度和應變產生影響。在踢球動作中，股四頭肌向心收縮、屈髖伸膝，而腘繩肌離心收縮，實現腿部的減速。因此，相比腘繩肌向心力量，更應考慮腘繩肌離心力量和股四頭肌向心力量對肌肉長度和肌肉應變的影響。有研究認為，以腘繩肌離心峰值力距（Hecc）與股四頭肌向心峰值力距（Qcon）的比值（Hecc∶Qcon）評估大腿前后群肌肉力量更具有功能性（曹峰銳 等，2017；Delextrat et al.，2010）。據此，本研究旨在通過測算正腳背踢球動作中腘繩肌3 塊雙關節(jié)肌MTU 長度特征，結合運動學、肌肉激活特征，探討踢球動作腘繩肌拉傷危險時相，同時探究腘繩肌和股四頭肌力量素質對踢球動作下肢和腘繩肌生物力學特征的影響，進一步明確腘繩肌拉傷機制。

1 研究對象與方法

1.1 受試者

15 名國家一級男性足球運動員自愿參加本研究，年齡（19.79±1.19）歲，身高（179.33±6.44） cm，體質量（70.19±6.96） kg，實驗前48 h 內無劇烈活動，半年內無下肢損傷。

1.2 數據采集

實驗流程為：1）15 min 國際足球聯(lián)合會（Fédération Internationale de Football Association，FIFA）足球專項 熱身（FIFA11＋）；2）腘繩肌和股四頭肌等速力量測試；3）正腳背踢球生物力學測試，采集下肢和腘繩肌生物力學特征參數；4）成功完成3 次正腳背踢球測試后，進行最大自主等長收縮（maximal voluntary isometric contraction，MVIC）測試，期間同步采集肌電信號。

等速力量測試時，要求受試者在Isomed 2000 等速測試儀（D&R Ferstl GmbH，德國）上保持坐姿，屈髖90°，踢球腿完成180 （°）/s、0°～90°的等速向心屈膝、離心屈膝、向心伸膝力量測試，每個動作做1 組，5 次/組。該方法常用于評估足球運動員大腿前后側肌肉力量和力量均衡性（Delextrat et al.，2010；Sangnier et al.，2007）。

踢球生物力學測試時，要求受試者穿著統(tǒng)一的緊身褲和碎釘足球鞋，依據體表解剖標志，在受試者身上粘貼21 個反光標志點（第4、5 腰椎棘突中點，左右側的髂前上棘，股骨大轉子，股骨外側髁，股骨內側髁，脛骨粗隆，腓骨外踝，脛骨內踝，足跟，第1、5 跖骨；圖1）。在足球正中粘貼1 個反光片，用于確定腳與足球的接觸時刻。股二頭肌、半腱肌中間肌腹位置處放置電極片，用Trigno Mobile無線肌電測試儀（Delsys，2 000 Hz，美國）進行肌電采集。測試場地正前方為足球標準球門（圖2），場地四周有8 個鏡頭紅外高速運動捕捉系統(tǒng)（Motion Analysis，200 Hz，美國），在動作平面右側有1 臺主光軸垂直于運動平面的高速攝像機（50 Hz）。測試時，要求受試者在足球斜后方準備，從45°助跑2～4 步，用最大力量進行正腳背踢球，將足球踢到球門中央方形標志框內。

圖1 反光標志點粘貼位置示意圖Figure 1.Pasting Location of Reflective Marks

圖2 踢球測試場地示意圖Figure 2.Diagram of Kicking Test Site

1.3 數據處理

反光標志點三維坐標通過Butterworth 低通濾波法進行平滑，截斷頻率為13.3 Hz（Yu et al.，1999），根據標志點坐標建立骨盆、大腿、小腿和足的環(huán)節(jié)坐標系。根據股二頭肌長頭、半腱肌、半膜肌起止點相對于髖關節(jié)和膝關節(jié)中心的相對位置，確定肌肉起止點在環(huán)節(jié)坐標系中的坐標，通過左、右髂前上棘的距離對肌肉在骨盆的起點坐標進行標準化，通過膝關節(jié)中心到踝關節(jié)中心的距離對肌肉在小腿上的止點坐標進行標準化（Wan et al.，2017b；Yu et al.，2008）。獲得腘繩肌3 塊雙關節(jié)肌起止點在環(huán)節(jié)坐標系中的坐標后，轉化為大地坐標系坐標。MTU 長度為大地坐標系中肌肉起止點連線的直線距離，MTU 拉伸速度為MTU 長度相對于時間的一階導數。踢球動作周期中的標準化MTU 長度（LN）被定義為：這一時刻MTU 長度（Lt）相對于站立標定時刻MTU 長度（L0）的增量與站立標定時刻MTU 長度（L0）的比，即LN=（Lt-L0）/L0（Thelen et al.，2005）。采用歐拉角方法計算髖、膝的三維角度。肌電信號采用10～800 Hz 帶通濾波平滑，然后進行全波整流，再經過20 Hz 低通濾波處理，獲得肌電線性包絡線，通過3 s MVIC 肌電信號的平均值對整個踢球動作過程肌電進行標準化。

將正腳背踢球動作劃分為4 個動作階段（圖3）：主動后擺階段（踢球腿腳尖離地到髖關節(jié)伸展角最大）、大腿前擺階段（髖關節(jié)伸角最大到膝關節(jié)屈角最大）、小腿前擺階段（膝關節(jié)屈角最大到足-球接觸）和觸球隨擺階段（足-球接觸到髖關節(jié)屈角最大），采用3 次樣條插值法對各指標按踢球動作周期階段進行歸一化處理。

圖3 正腳背踢球動作階段Figure 3.Instep Kicking Action Phases

1.4 數據分析

采用配對樣本t檢驗分析小腿前擺階段和觸球隨擺階段腘繩肌最大MTU 拉伸速度、最大標準化MTU 長度的差異。采用Pearson 相關分析檢驗腘繩肌3 塊雙關節(jié)肌最大標準化MTU 長度、踢球腿下肢運動學特征、腘繩股四力量素質指標（Qcon、Hcon、Hecc、Hcon∶Qcon、Hecc∶Qcon）之間的相關性，相關系數小于0.10 為幾乎不相關，0.10～0.39 為弱相關，0.40～0.69 為中度相關，0.70～0.89 為強相關，大于0.90 為非常強相關（Schober et al.，2018）。所有統(tǒng)計學分析采用SPSS 16.0 軟件完成，P＜0.05 表示差異顯著。

2 研究結果

2.1 等速力量測試結果

等速力量測試結果顯示，Qcon為（151.73±26.86）N·m，Hcon為（88.73±18.13）N·m，Hecc為（171.20±28.24）N·m。Hcon∶Qcon為0.59±0.12，Hecc∶Qcon為1.14±0.16。

2.2 生物力學測試結果

正腳背踢球動作最大球速為（19.87±2.09）m/s；正腳背踢球動作中，主動后擺階段占23.48%±5.77%，大腿前擺階段占18.11%±4.65%，小腿前擺階段占14.18%±3.12%，觸球隨擺階段占44.21%±6.47%，踢球腿運動學參數見表1。

表1 踢球腿運動學參數Table 1 Kinematic Parameters of Kicking Leg

正腳背踢球動作中，腘繩肌3 塊雙關節(jié)肌標準化MTU 長度從足尖離地開始逐漸減小，在踢球動作周期的41%左右開始增加，在踢球動作周期的80%左右達到峰值，之后緩慢減小直到動作結束（圖4，表2）；MTU 拉伸速度在主動后擺階段和大腿前擺階段為負值，在小腿前擺階段和觸球隨擺階段為正值，在動作周期的55%左右達到峰值，之后逐漸減小，接近于0（圖4）。結合肌電線性包絡線（圖5）發(fā)現，小腿前擺和觸球隨擺階段腘繩肌在激活狀態(tài)下被拉長，進行離心收縮。

表2 兩離心動作階段最大MTU拉伸速度、最大標準化MTU長度出現時刻（%踢球動作周期）Table 2 Occurrence Time of Maximum MTU Elongation Velocity and Maximum Normalized MTU Length in Two Eccentric Action Phases （% Kicking Action Cycle）

圖4 腘繩肌MTU拉伸速度和標準化MTU長度Figure 4.MTU Elongation Velocity and Normalized MTU Length of Hamstring Muscle

觸球隨擺階段，腘繩肌3 塊雙關節(jié)肌最大標準化MTU長度顯著大于小腿前擺階段（P＜0.001）；半腱肌、半膜肌最大MTU 拉伸速度與小腿前擺階段無顯著差異（P=0.306，P=0.214）；股二頭肌長頭MTU 拉伸速度顯著大于小腿前擺階段（P＜0.001；表3）。

表3 兩離心動作階段最大MTU拉伸速度和最大標準化MTU長度Table 3 Maximum Elongation Velocity and Maximum Normalized MTU Length in Two Eccentric Action Phases

根據腘繩肌肌電線性包絡線結果，半腱肌和股二頭肌長頭在大腿前擺階段和小腿前擺階段激活程度低，在主動后擺階段肌激活程度適中，在觸球隨擺階段激活程度最高（圖5）。

圖5 踢球動作周期肌電線性包絡線Figure 5.EMG Linear Envelop in Kicking Action Cycle

2.3 相關性分析結果

2.3.1 最大標準化MTU長度與下肢運動學參數

腘繩肌3 塊雙關節(jié)肌最大標準化MTU 長度與膝關節(jié)最大伸角、膝關節(jié)活動范圍無顯著相關（P＞0.05），與髖關節(jié)最大屈角（半腱?。簉=-0.713，P=0.003；半膜?。簉=-0.664，P=0.007；股二頭肌長頭：r=-0.688，P=0.005）、髖關節(jié)活動范圍（半腱?。簉=0.618，P=0.014；半膜?。簉=0.596，P=0.019；股二頭肌長頭：r=0.592，P=0.020）顯著相關（表4）。

表4 最大標準化MTU長度與下肢運動學參數的相關性Table 4 Relationship between Maximum Normalized MTU Length and Kinematic Parameters of Lower Limbs

2.3.2 肌肉力量素質與下肢運動學參數

Hcon、Hecc、Hcon∶Qcon和Hecc∶Qcon與 踢球腿下 肢運動 學參數無顯著相關（P＞0.05），Qcon與髖關節(jié)最大屈曲角（r=0.538，P=0.038）、髖關節(jié)活動范圍顯著相關（r=-0.599，P=0.018；表5）。

表5 肌肉力量素質與下肢運動參數的相關性Table 5 Relationship between Strength Ability and Kinematic Parameters of Lower Limbs

2.3.3 肌肉力量素質與最大標準化MTU長度

腘繩肌3 塊雙關節(jié)肌最大標準化MTU 長度與Qcon、Hcon、Hecc、Hcon∶Qcon無顯著相關（P＞0.05），與Hecc∶Qcon顯著相關（半腱?。簉=0.679，P=0.005；半膜?。簉=0.724，P=0.002；股二頭肌長頭：r=0.657，P=0.008；表6）。

表6 肌肉力量與最大標準化MTU長度的相關性Table 6 Relationship between Muscle Strength and Maximum Normalized MTU Length

3 討論

本研究發(fā)現，小腿前擺階段和觸球隨擺階段腘繩肌3 塊雙關節(jié)肌均在激活狀態(tài)下被拉長，進行離心收縮，但觸球隨擺階段MTU 長度、激活程度均大于小腿前擺階段。MTU 長度在觸球隨擺階段中期達到峰值，根據MTU長度和MTU 應變的關系，推斷此時MTU 應變也達到峰值，觸球隨擺階段可能是踢球動作中腘繩肌拉傷的危險時相，與前人研究結果一致（萬祥林 等，2019；Kenneally-Dabrowski et al.，2019；Yu et al.，2008）。

本研究結果表明，正腳背踢球動作中腘繩肌MTU 長度為站立長度的1.12～1.16 倍，腘繩肌最大MTU 拉伸速度為1.71～2.47 m/s。前人研究發(fā)現，疾跑動作中腘繩肌MTU最大長度為站立標定時MTU 長度的1.074～1.095 倍（Thelen et al.，2005），腘繩肌最大肌肉拉伸速度為1.31～1.34 m/s（萬祥林，2017），股二頭肌長頭MTU 長度達到站立時的1.12 倍時會造成拉傷（Heiderschei et al.，2005）。據此推測，正腳背踢球動作中腘繩肌MTU最大長度和最大拉伸速度大于疾跑動作，這可能是造成更嚴重腘繩肌拉傷的原因之一。

本研究表明，腘繩肌3 塊雙關節(jié)肌最大標準化MTU長度只與Hecc∶Qcon顯著相關。有研究認為，腘繩肌力量較弱可能會增大疾跑擺動階段膝伸的速度，從而增大小腿的慣性負荷，使腘繩肌被拉得更長（Opar et al.，2012），與本研究結果不一致。本研究顯示，Hecc∶Qcon與腘繩肌最大標準化MTU 長度呈正相關，表明運動員Hecc∶Qcon越大，腘繩肌最大MTU 長度越大。值得注意的是，這并不代表Hecc∶Qcon越大的運動員腘繩損傷風險越大。肌肉應變是腘繩肌拉傷風險的敏感指標（Yu et al.，2017），而運動員腘繩肌MTU 長度大并不等同于其腘繩肌肌肉應變更大。肌肉應變?yōu)榧∪忾L度相對靜息長度（肌肉未產生被動張力時的長度）的增量與靜息長度的比，在體肌肉的靜息長度很難測量，有研究建議用最優(yōu)長度（肌力最大時的肌肉長度）代替靜息長度（Kaufman et al.，1991），但因測算復雜（萬祥林 等，2020），本研究未涉及。雖然本研究通過站立時MTU 長度對腘繩肌MTU 長度進行了標準化，但前人研究指出站立時腘繩肌MTU 長度與腘繩肌最優(yōu)長度呈弱相關（Wan et al.，2017b）。因此，在未知最優(yōu)長度的情況下，本研究中較大的MTU 長度并不等同于較大的MTU 應變，所以并不能認為Hecc∶Qcon越大，損傷風險越大。

本研究發(fā)現，Hecc∶Qcon與髖關節(jié)最大屈角呈負相關，髖關節(jié)最大屈角與腘繩肌最大標準化MTU 長度呈負相關，提示較大的股四頭肌力量（較小的Hecc∶Qcon）可能會造成踢球動作中髖關節(jié)屈角變小，從而使腘繩肌最大標準化MTU 長度變小。Pinniger 等（2000）同樣發(fā)現，當疲勞使腘繩肌力量下降，即Hecc∶Qcon變小后，疾跑動作髖屈角減小，并將這種現象解釋為減小腘繩肌負荷的保護機制。綜上，推測Hecc∶Qcon與腘繩肌長度的正相關關系也可能是身體的一種保護機制，以此減小腘繩肌制動下肢的負荷。但這一觀點缺乏進一步證據，需后續(xù)探究Hecc∶Qcon與腘繩肌最優(yōu)長度、腘繩肌肌肉應變的關系，進一步明確腘繩肌拉傷的危險因素。

4 結論

1）正腳背踢球動作中，腘繩肌在觸球隨擺階段進行離心收縮，被拉長到最大，在該階段更易拉傷；2）腘繩肌最大標準化MTU 長度與Hecc∶Qcon呈正相關，可能反應了身體的一種保護機制；3）相比于Hcon、Hecc、Hcon∶Qcon等力量素質指標，腘繩肌拉傷更可能與Hecc∶Qcon有關。