等速离心训练对膝关节肌肉力量的影响

李　硕，陈　建



等速离心训练对膝关节肌肉力量的影响

李硕1，陈建2

摘要：目的：分析等速离心训练对膝关节肌肉力量的影响。方法：11名健康大学生为受试对象。利用Biodex system-Ⅳ等速测试训练仪对受试者优势侧膝关节进行4周等速离心训练。训练方案为角速度60°/s、120°/s、180°/s三组，每个角速度下训练者做最大收缩5次，每组间隔休息30秒，2次/周。结果：受试者进行4周的离心训练，峰力矩（PK）在以60°/s、120°/s的角速度测试中有非常显著性变化（P<0.01），在以180°/s的角速度测试中有显著性变化（P<0.05）。总功（TW）在以60°/s、120°/s、180°/s角速度进行CON时，膝关节屈、伸肌的总功有非常显著性变化（P<0.01）；以60°/s的角速度进行ECC测试时，屈、伸肌的总功呈现非常显著性变化（P<0.01），以120°/s、180°/s的角速度进行ECC测试时实验前后伸肌有非常显著性变化（P<0.01），而屈肌出现显著性变化（P<0.05)。屈伸肌力矩比值（H/Q）在以60°/s、120°/s、180° /s角速度进行CON时，出现显著性变化（P<0.05），以60°/s、120°/s的角速度进行ECC测试时，H/Q值有非常显著性变化（P<0.01），以180°/s的角速度进行ECC测试出现显著性变化（P<0.05）。结论：4周的等速离心训练对提高膝关节屈伸肌群肌肉力量以及屈伸肌力矩比值有显著性的作用，表明离心训练是一种行之有效的力量训练，并可有效地降低下肢运动损伤的发生。此研究结果为运动训练和体能康复训练提供重要的理论依据。

关键词：等速离心训练；膝关节；肌肉力量；屈伸肌力矩比

等速运动（Isokinetic）是采用相应的仪器提前设置肢体在关节活动范围之内的运动速度，在关节运动的过程当中，无论受试者在肌肉收缩时产生的肌张力多大，肢体都始终以预先设定的角速度运动，肌肉在运动中收缩所产生的张力并不能使肢体产生速度的变化的一种运动模式［1］。肌肉收缩是其最大的功能，通过肌肉收缩产生力量来对人体的运动进行维持和完成。根据肌肉收缩时产生的肌纤维长度变化的不同，等速运动可分为等速离心收缩及等速向心收缩，其中等速离心收缩是一种较新的运动模式，在日常生活和体育运动中扮演着非常重要的角色，是身体素质锻炼和运动康复锻炼中不可或缺的内容，因此越来越受到国内外康复医学和运动医学领域的关注与重视。本文旨在分析研究等速离心训练对膝关节屈、伸肌肌肉力量的影响，为膝关节损伤后的康复训练提供重要的理论依据。

1　材料与方法

1.1研究对象

测试志愿者为XX学院无伤病，无力量训练基础的普通健康本科生11名（8男3女），平均身高168.7±5.3cm，平均年龄20.5±2.3岁，平均体重62.5±15.3kg。在实验期间要求受试者均不能接受其它高强度训练，尤其是大力量训练，以免对实验结果产生负面影响。

1.2测试方案

实验共进行6周。第1、6周分别记录训练者膝关节屈伸肌肉的相关数据（最大力矩、总功、平均峰力矩以及形态学指标大腿围）。对受试者进行向心、离心训练测试，其中离心训练测试取用最大阻力的150%进行，向心训练测试取用最大向心力量的80%进行［2］。在正式测试前要求每位训练者进行充分的热身活动，对受试者者进行BIODEX预测试，以便让训练者适应和掌握训练方法。测试时受试者取坐位，髋关节屈曲85°，座椅和动力仪均旋转0°，控制敏感度C，准备体位为膝关节完全屈曲位［3］。等速向心、离心训练测试，均采用角速度为60°/s、120°/s和180°/s共3组，受试者在每一个角速度下用最大力完成5次，组间休息30s，受试者完成等速向心训练测试工作后进行局部肌肉自我放松，休息10min。再按顺序依次按照向心测试方法进行等速离心训练测试。实验前后受试者均保持条件一致，以保证各项指标数据的准确性，尽量减小误差。

1.3训练方案

第1周为预实验周、采集数据周，主要是让训练员适应、掌握训练方法。第2-5周进行等速离心训练（ECC/ECC），每周训练2次；训练及测试均采用BIODEX标准程序。

在训练前要对受试者做好思想工作，要求受试者都能够按既定的训练计划严格进行训练，认真、积极地配合实验。在正式训练前要求每位训练者进行10分钟的热身活动，然后再进行惯用下肢膝关节屈伸肌群的等速离心训练，选择60°/s、120°/s、180°/s三组角速度。每个角速度下训练者都要用最大力完成5次，每组间隔休息30s。

1.4统计方法

本实验全部测试数据将被计算机程序自动记录并分析打印报告，原始数据的统计处理采用统计软件SPSS14.0进行t检验。P<0.05时，有显著性差异；P<0.01时，有非常显著性差异。

2　结果与分析

受试者经过4周的离心训练后，对第1周和第6周的向心和离心测试实验中所记录的膝关节以60°/s、120°/s、180°/s的角速度进行屈伸肌群的总功（TW）、峰力矩（PT）和膝屈伸肌力矩值比（H/Q，%）等测试指标的数据进行t检验。实验前后尽量让受试者的测试条件一致，减少人为操作和机器的误差。

2.1研究结果

大腿围（髌骨上缘10cm）训练前均值为47.000±3.194cm，训练后为48.000±2.966△△cm，两者有非常显著性差异（P< 0.01）。此项实验以低、中速进行离心训练，在低速下所进行的最大收缩会募集更多的肌纤维，包括I型、Ⅱa型和Ⅱb型肌纤维都有可能被募集。据报道健康人经过数周膝屈肌及伸肌等速离心收缩训练，训练前后CT检查发现，大腿肌肉横断面积增加3.2%［4］，本项数据与以往相关研究相符合。以大腿围度为数值，比较训练前后大腿围度的变化，如图1所示。

图1　训练前后受试者大腿围度变化

表1是经过受试者进行4周的离心训练，实验前后以60° /s、120°/s的角速度进行CON和ECC测试时，膝关节屈肌和伸肌的峰力矩有非常显著性变化（P<0.01），在以180°/s的角速度进行CON和ECC测试时，实验前后有显著性变化（P< 0.05），并且随着测试角速度的由慢速变中速，峰力矩呈现出减小的趋势。结果表明，等速离心训练对人体膝关节肌肉力量影响效果明显，特别是低速测试中效果更明显。这为某些膝关节屈伸肌肉力量较差或膝关节损伤导致的肌肉力量下降进行运动康复训练提供科学的训练依据。

表1　等速离心训练前后CON和ECC测试中膝关节屈伸肌峰力矩的检验结果

表2　等速离心训练前后CON和ECC测试中膝关节屈伸肌总功的检验结果

表3　等速离心训练前后CON和ECC测试中膝关节屈伸肌比（%）的检验结果

表2显示，实验前后以60°/s、120°/s、180°/s角速度进行CON时，膝关节屈、伸肌的总功有非常显著性变化（P<0.01）。以60°/s的角速度进行ECC测试时，屈、伸肌呈现非常显著性变化（P<0.01），以120°/s、180°/s的角速度进行ECC测试时实验前后伸肌有非常显著性变化（P<0.01），而屈肌出现显著性变化（P<0.05），并且屈伸肌总功数值随着测试角速度的增加而减小。

表3显示，实验前后以60°/s、120°/s、180°/s角速度进行CON时，实验前后膝关节H/Q值增加，出现显著性变化（P< 0.05），以60°/s、120°/s的角速度进行ECC测试时，H/Q值有非常显著性变化（P<0.01），以180°/s的角速度进行ECC测试出现显著性变化（P<0.05）。

2.2结果分析

受试者进行4周的等速离心训练，对训练前后CON和ECC测试所得TW、PT和H/Q进行t检验结果反映，经过离心训练后PT、TW和H/Q方面效果都很明显。同时屈伸肌的PT 和TW测试的数据值呈现出60°/s>120°/s>180°/s的趋势，这种趋势可运用生物力学中的经典理论-希尔（Hill，1938）理论方程来解释［5］。在整个离心训练过程中，肌肉力量和做功能力增加的原因有多种可能，如离心训练导致肌纤维收缩的数目增加，肌肉体积增大，骨骼肌细胞中促进氧化代谢的酶含量增多等。在表1和表2中发现，在进行CON和ECC测试时，当速度增加，峰力矩值显著减小，这可能是由于当速度增加时，虽然此时仍要求进行最大自主收缩，但主要募集Ⅱb型肌纤维，在低速下所进行的最大收缩，会募集更多的肌纤维，包括Ⅰ型、Ⅱa型和Ⅱb型的肌纤维均有可能被募集［6］，分析认为速度越慢产生的肌力也就越大。还有研究表明肌肉在进行快速收缩时更多募集快肌纤维，而在慢速收缩时，则主要募集慢肌纤维［7］。在CON测试时，伸肌群的PT和TW值明显大于屈肌群，在进行ECC测试时，屈肌群的PT和TW值明显大于伸肌群。通过4周的离心训练，屈伸肌群的PT和TW差异减小，使关节肌力更均衡，预防弱侧肌肉的拉伤［8］。在生活实践中，许多动作的完成需要向心和离心运动相互结合完成的，单纯进行离心训练虽然使膝关节屈伸肌力量明显增加，但也导致肌肉力量不平衡，因此会给关节稳定性造成隐患。但在运动员训练当中，发现力量不足的肌肉可有针对性地进行离心训练，会取得更显著性的效果。

3　讨论

峰力矩（peak torque）：就是测试中仪器所记录力矩曲线上的最高力矩值，可以代表肌肉的最大肌肉力量。因为该值有较高的准确性、重复性，所以作为等速测试中的黄金指标和参考值。总功（total work）:在运动测试中屈伸肌所做功的总和，也就是力矩曲线下面的总面积。实验结果发现，受试者进行离心训练后，膝关节屈伸肌群峰力矩和总功均呈现出非常显著性增长，表明离心训练对力量的增加具有显著的效果。膝屈伸肌肌力（峰力矩）比值（H/Q）代表腘绳肌（hamstring）与股四头肌（quadriceps）的比值，正常的H/Q值为30%到90%之间，H/Q对保持膝关节稳定性有很重要的意义［9］。关节产生正常的运动是各个肌群相互协调以及相互拮抗。因此评定肌肉的功能状态，记进行肌力测试，加强弱势肌肉的力量练习，保持拮抗肌与主动肌正常力矩比值，从而提高运动能力，使关节活动保持平衡，降低下肢损伤的风险。

有研究表明［10］，肌肉离心收缩产生的肌肉力量大于向心收缩。分析表明离心收缩时会出现牵张反射，在受到较强的牵拉时肌肉会发生更强的收缩，抑制拮抗肌的收缩，肌肉中如结缔组织等弹性成分被拉长时会产生一定的阻力，所以肌肉在离心收缩过程中力量增加，产生的力矩明显增大。离心训练对快速力量增加有很重要的作用。其原因是肌肉在离心拉长阶段能够促使弹性能量的生成，从而增强神经系统冲动的放射频率和反射募集作用。2011年，Sedanof釆用超等长训练来发展足球运动员的下肢快速力量［11］。在进行ECC训练时，应控制训练的强度和量，训练结束后应进行肌肉的放松和牵拉，防止延迟性酸痛（DOMS）和运动损伤的发生。Donnelly与Kenny［12］均曾提出，离心练习可使肌肉在酸痛、SCK水平等方面产生迅速的适应性改善。剧烈地进行离心肌肉活动练习，有可能会导致疲劳损伤，例如肌腱炎，但适当地进行离心力量练习，可以从一定程度上治疗这种损伤。Tara G．Potier·Caroline M．Alexander等研究了离心力量训练对股二头肌群和膝关节活动范围的影响。首次报道离心抗阻训练可使股二头肌群肌小节增长。结果还显示肌束延长有可能引起膝关节的活动范围增长［13］。

4　结论

四周的等速离心训练对提高膝关节屈伸肌群肌肉力量有显著性的作用，训练后屈伸肌群在峰力矩和总功比值数据中均有显著性增加，并呈现出60°/s>120°/s>180°/s的趋势，这说明离心训练是种有效的力量训练方法。

四周等速离心训练使屈伸肌力矩比值增加，膝关节稳定性增加，从而降低运动损伤的几率。

等速离心训练作为提高和改善肌肉力量的训练方法，运动员在力量训练中可以对相对力量较差的肌肉进行针对性的离心训练从而增强肌肉力量，在日常生活身体锻炼和运动康复训练中可以利用离心训练来增加关节屈伸肌群的力量及各项功能。此研究为运动训练和体能康复训练提供重要的理论依据。

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Research of Isokinetic Eccentric Exercise to the Muscle Strength

LI Shuo1，CHEN Jian2

Key words：isokinetic eccentric training；knee；muscle strength；flexion and extension muscle torque ratio

Abstract：Object: Analysis ofthe effects of exercise means on knee muscle strength.Method: Eleven healthy college students were tested as subjects with the Biodex system-Ⅳisokinetic testing instrument training subject dominant side of the knee for four weeks isokinetic eccentric training.Training programs for the angular velocity of 60°/s，120°/s，180°/s，each angular velocity at maximal contraction needs trainers to do five times，each interval of rest for 30 seconds，2 times/week.Results: Centrifugal four weeks of training subjects，when peak torque (PK) are 60°/s、120°/s angular velocity tests，there is a very significant change (P<0.01).In 180°/s angular velocity test，there was significant variation (P<0.05).When Total Work (TW) are 60°/s，120°/s，180°/s angular velocity in CON，knee flexor and extensor total work has a very significant change (P<0.01); with 60°/s ECC in the angular velocity test，flexor and extensor total work presents a very significant change (P<0.01)，the 120°/s，180°/s angular velocity ECC test before and after the experiment extensor have a very significant change (P< 0.01)，but flexor appearssignificant change (P<0.05).Flexors and extensors muscular torque ratio (H/Q) in 60°/s，120°/s，180°/s angular velocity CON，present significant changes (P<0.05).In 60°/s，120°/s angular velocity in ECC test，H/Q values are very significant change (P<0.01)，and in 180°/s angular velocity ECC test，significantchanges (P<0.05) is presented.Conclusion:4 weeks isokinetic eccentric training to increase knee flexion and extension muscle strength and torque ratio have significant influence，suggesting that eccentric training is an effective strength training，and can effectively reduce the incidence of lower extremity sports injuries.The results of this study provide important theoretical basis for sports training and physical rehabilitation.

中图分类号：G804.22

文献标识码：A

文章编号：1003-983X（2016）04-0342-04

收稿日期：2015-12-23

第一作者简介：李硕（1991-），女，河北保定人，硕士，研究方向：运动人体科学.

作者单位：1.武汉体育学院研究生院，湖北武汉430079；2.武汉体育学院体能中心，武汉体育学院健康科学学院，湖北武汉430079 1.Graduate School，Wuhan Institute of Physical Education，Wuhan Hubei，430079；Fitness Center of Wuhan Institute of Physical Education，Health Science College of Wuhan Institute of Physical Education，Wuhan Hubei，430079