屈伸比值在运动医学中研究现状①

朱威

(太原理工大学体育学院 山西太原 030024)

肌肉力量是人体神经肌肉系统工作时克服或对抗阻力的能力,是人们随意完成各种动作的动力来源。在竞技体育运动中,它是决定运动成绩的体能要素之一,是正确掌握运动技术和提高运动成绩的重要基础[1-3]。自1970年美国Cybex公司运用等速运动的原理制造出第一台等速肌力测试仪器以来,等速测试在国内外广泛应用于膝关节屈伸肌群肌力评定[4],诊断膝关节屈伸肌群肌力均衡性[5-6],膝关节损伤后的康复性力量训练[7]以及对膝关节屈伸肌群进行肌肉力量训练[8]。其中,以评定膝关节屈伸肌群肌力均衡性的应用研究最多。目前为止,国内对运动员膝关节屈伸肌群肌力均衡性的诊断研究集中在向心测试研究[9-10]。而国外不但对膝关节屈伸肌群进行等速向心肌力均衡性诊断,也对屈伸肌群进行离心肌力均衡性诊断研究[11]。该文对膝关节等速屈伸测试时屈伸肌群峰力矩比值的表述、测试方法、重复测试信度、影响因数及在运动医学中的应用进行综述,为相关研究提供参考。

1 影响因素

1.1 性别

Tsiros等[17]分别对男性和女性受试者进行膝关节屈伸等速测试,研究发现,无论是膝关节屈伸肌群离心峰力矩比值还是向心峰力矩比值在各个测试角速度下均表现出性别差异。具体表现为:男受试者膝关节屈伸肌群离心峰力矩比值以及向心峰力矩比值均显著高于女受试者。究其原因,主要是女性屈肌群向心与离心肌力均要明显小于男性。

1.2 等速角速度

有研究显示,膝关节屈伸肌群峰力矩随着测试角速度的增加而减小[18],因而,膝关节屈伸肌群峰力矩向心收缩峰力矩的比值随测试角速度的增加而减小。目前已有的研究认为其原因可能如下:(1)肌肉力矩不仅与收缩速度有关而且与肌肉的激活程度有关,角速度为60°/s时,收缩速度较低、收缩时间较长,所以参与活动的肌群能够达到较高的激活状态,表现出的峰力矩就大;当角速度增大时收缩时间减少,参加活动的肌群所能达到的激活状态也会随之降低,因此,表现出来就是向心力矩随着角速度的增大而减少。肌群的激活状态可能与不同速度运动时,等速肌力与肌纤维百分组成有关。一般说来,肌肉收缩的强度和肌纤维募集特征有密切关系,较低强度肌肉收缩时,只选择性地募集慢肌纤维并产生较小的肌力,肌群激活状态处于较低水平;中等强度肌肉收缩时,A型快肌纤维与慢肌纤维同时被募集并产生中等的肌力,而大强度肌肉尽力收缩时,A型和B型快肌纤维以及慢肌纤维均被募集,产生较大的肌力,肌群的激活状态处于较高水平。快速运动时(240°/s)主要募集慢肌纤维,产生较小的等速肌力。(2)肌肉在主动收缩时,其拮抗肌受牵拉诱发牵张反射而产生阻力,因此，主动肌收缩速度越快,受拮抗肌产生的阻力就越大。(3)随着肌肉收缩速度的增加,收缩元中的横桥断开时损失肌力,随后在收缩过程中再形成横桥时也损失肌力。(4)收缩元和结缔组织中的流体粘滞性也需要内力克服这些粘滞阻力从而导致张力下降,主动肌的收缩和拮抗肌的拉长由于肌肉的粘滞性都会损失肌力,且粘滞阻力是随收缩速度的增加而增加。(5)肌肉收缩时主要依赖于肌肉的收缩成分,且在进行高速收缩时,在一定程度上受到了来自具有心理因素的上位中枢神经的抑制作用[19-26]。

2 膝关节屈伸肌群峰力矩比值的可靠性

目前市场上以及科研中常用的等速肌力测试仪器主要有美国产的Cybex系列、Biodex系列,瑞士产的Con-Trex,德国产的Isomed2000以及澳大利亚生产的Kinitech等速肌力测试仪等。其测试原理均是应用先进的力传感器技术,实现对关节进行准确快速的动力学指标测量,通过计算机对采集信息进行处理和分析,进而形成现代动力学测量与分析的技术核心。等速测量是测量人体各环节在特定条件的运动过程中,关节肌群力(力矩)与时间和环节位置的关系,并以此为基础计算其它动力学指标。特定条件指通过系统软件控制动力头工作,实现环节运动在运动幅度内速度恒定,显著特点是在整个关节运动过程中不会产生爆发式运动现象,而且在整个运动过程中肌力与所产生的阻力成正比,即肌肉在运动全过程中的任何一点都能产生最大的力量,故称为等速测量。运用先进的等速肌力测试仪能够对人体关节进行多种功能和多参数测试,通过测力所得的力矩与作用时间曲线可以定量地反映和评定人体各关节肌群的力量素质。

3 应用

在康复医学研究中,国内外研究人员广泛运用等速测试仪器对膝关节进行屈伸等速测试,通过屈伸肌群峰力矩比值来诊断膝关节屈伸肌群肌力平衡状况,进而预测膝关节在运动过程中的稳定性以及屈肌群(主要为腘绳肌)发生运动损伤的几率。在膝关节康复过程中,除了肌力绝对值恢复外,康复及预防再受伤的重要指标一般认为是膝关节屈伸肌峰力矩比值的重建,因而受到了很多学者的重视。通常在对损伤关节进行康复训练的过程中,通过膝关节屈伸肌群峰力矩比值来评价损伤关节的康复程度[27-29],并且依据该比值来确定下一步的恢复力量训练计划。除了在康复训练方面的应用外,在竞技体育中,国内外研究人员通过对不同项目运动员膝关节进行屈伸等速测试,通过屈伸肌群峰力矩比值来诊断膝关节屈伸肌群肌力的均衡性,进而预测膝关节或屈伸肌群在比赛或训练中发生运动损伤的可能性[30],起到对膝关节屈伸肌群肌力均衡性的监督作用。

虽然在诊断膝关节屈伸肌群肌力均衡性方面应用膝关节屈伸肌群峰力矩比值的研究已近40年,且对该比值的研究呈现出方兴未艾的趋势,但迄今为止,关于膝关节屈伸肌群峰力矩比值的合理区间还存在争议。虽然国内研究人员早已对正常人群膝关节进行屈伸等速测试以建立膝关节屈伸肌群峰力矩比值的理想区间,但是有的研究中受试者的样本量太少,有的研究没有对膝关节进行重力校正,使得研究结果并不具有代表性。

4 研究展望

在运动过程中,导致关节肌群损伤的因素比较复杂,而屈伸肌群肌力的均衡情况仅仅是影响因素之一[39-40]。在竞技类一些项目运动员,如,足球、篮球、曲棍球等,在比赛或训练中往往需凭借膝关节做频繁快速地屈伸运动,并且在跑动过程中做即起即停的动作,不但对膝关节屈伸肌群的肌肉力量要求较高,而且还要求膝关节屈伸肌群肌力比值保持在合理的范围内。对此,笔者提出,应对此类项目运动员进行监督性监测研究,通过长期的观察以及配合长期的膝关节等速屈伸实验诊断测试来确保运动员膝关节运动损伤的发生。另外,由于运动专项的特异性,还应该对不同项目运动员进行膝关节屈伸等速测试,建立不同项目运动员膝关节屈伸肌群峰力矩比值的标准值,以供预测膝关节损伤发生的预测参照。

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