不同速度不同收缩形式下踝关节双侧肌力的对称性研究

张 帅，张秋霞

(苏州大学 体育学院，江苏 苏州 215021)

·运动生物力学·

不同速度不同收缩形式下踝关节双侧肌力的对称性研究

张 帅，张秋霞

(苏州大学 体育学院，江苏 苏州 215021)

目的:通过对正常男性在不同速度、不同收缩形式下双侧踝关节肌肉力量的比较，为探讨双侧下肢力量均衡发展和运动损伤的防治提供理论和实验依据。方法: 采用 CON-TREX 等速力量测试系统对20名健康男大学生进行双侧踝关节60°/s、120°/s和180°/s等速向心/向心，60°/s、120°/s和180°/s等速离心/离心模式肌肉力量测试。结果: 配对t检验发现，双侧踝关节屈肌在等速向心/向心180°/s时差异存在统计学意义(P<0.05)，其余速度下踝关节伸屈肌的力量的两侧差异均没有统计学意义(P>0.05)。同时，两侧踝关节在任一速度下的伸屈肌力矩比值、同名肌群的离心/向心峰值力矩比、屈伸肌的动态控制率均没有显著性差异(P>0.05)。结论:踝关节在等速向心/向心180°/s时双侧的屈肌力量存在显著性差异，提示在快速向心收缩时应该考虑踝关节两侧肌肉力量的对称性,避免造成损伤。

等速;踝关节;肌肉力量，对称性

双侧肢体力量的对称性在日常活动和体育运动中对于人体来说都很重要。有学者[1, 2]发现如果两侧同名肌肉的指标值差别太大，导致肢体一侧容易疲劳，也会加大受伤的概率。左右侧同名肌的肌肉力量的比率差异在10%以内，否则弱侧肌容易受伤。当一侧肢体受伤时，通常用双侧肢体肌肉力量对称发展的理论来进行康复活动,并且多用健侧肢体的生理指标来评定损伤肢体康复的程度。

踝关节作为下肢末端关节，在各种动作中最先接触地面，也最先承受冲击力，而如果踝关节两侧同名肌肉力量不平衡，或者屈伸肌力比值不合理，就容易发生踝关节扭伤。踝关节扭伤是体育运动最常见的一种损伤，约占总运动损伤的40%，尤其是在篮球、足球、舞蹈和田径等运动中[3]。按解剖学观点, 踝关节是人体“六大关节”之一,虽然在下肢三大关节中最小,但是其工作能力并不弱,特别在跳跃项目起跳过程的蹬伸阶段,它的强弱直接决定完成动作时支撑的稳定性,决定上位环节作用的效率,影响踝蹬伸的时间。如果踝关节各方面的素质好, 它可“提前”参与“工作”,从而缩短完成工作的时间,提高动作速度[4]。

踝关节周围的肌力相对髋膝关节比较薄弱[5]，运动范围比较小，在下肢关节中结构最为复杂，大多数的学者对下肢踝关节研究较少，其中在研究踝关节肌力的过程中很多学者[6-9]对不同项目运动员进行了研究，也有学者[10]对单侧踝关节不稳的患者进行了两侧对比分析，而对正常男青年的踝关节研究较少。因此本研究以等速力量测试正常男性青年在等速向心/向心,离心/离心，两种模式不同速度下双侧踝关节肌肉力量差异性表现为研究内容，了解在不同的速度及不同运动模式下踝关节力量差异性表现的规律，为进一步研究双侧踝关节力量的不对称性提供参考研究方法以及为临床上踝关节的功能评定和训练计划的制定提供参考依据。

1 研究对象和方法

1.1 实验对象

受试者为苏州大学体育学院男生20名(年龄24.8±0.8岁，平均身高174.8±6.5cm，体重65.6±6.1kg,训练年限约4年)。在实验前3个月内无下肢损伤及病症，身体机能和运动能力良好，均同意参加本次试验，但对实验目的并不知情，并于实验前接受问卷调查，确认 24h内未从事剧烈运动。

1.2 实验仪器

瑞士CON-TREX多关节等速力量测试与训练系统，包括: 中央控制器、踝关节运动模块和机头(力矩采样频率 4000Hz)，用于测试踝关节肌肉收缩时的肌力矩、身高计、ergoselect型功率自行车。

1.3 实验步骤

1.3.1 实验流程。实验前根据踢球法(力量评定类)确定踢球受试者的优势侧和非优势侧( 实验对象共20人，其中优势侧为右侧10人，优势侧为左侧10人)。利用身高计和体重秤分别测得受试者的身高和体重。实验前利用功率自行车进行10min的热身活动，最后活动一下踝关节。对下肢踝关节肌肉力量的测试采用瑞士CON-TREX 公司生产的多关节等速力量测试与训练系统，测试前对该装置进行常规校正。测试时要求受试者仰卧，膝关节角度为180°,踝关节角度为90°,同时，为熟悉等速运动尤其是等速离心运动,受试者先在105°/s的速度下进行3次踝关节次最大随意向心和离心收缩。

实验内容主要为左右侧踝的屈伸肌力测试。先进行右侧踝屈伸肌力测试，再进行左侧踝屈伸肌力测试，期间休息5 min；每组动作主要由收缩模式和角速度组成；收缩模式分向心和离心两种，先向心，后离心；角速度为60°/s、120°/s和180°/s 3种，测试顺序按角速度大小随机确定(为最大限度地缩小学习效应对其影响)；每组动作做5次，取最大的一次作为实验中踝屈伸的最大肌力值，每组动作的时间间隔为1min。实验时要求受试者脱鞋，但着运动袜进行实验。

1.3.2 指标的选取。

①峰力矩是目前评价人体肌群力量的常用指标，它能很好地反映人体肌群力量的最大值，但是人体的形态学指标(如身高、体重等)对人体峰力矩的产生影响较大，为此本研究选用相对峰值力矩( Relative Peak Torque，RPT)，即指单位体重的峰值力矩。

②背屈与跖屈峰值力矩比

③离心与向心峰值力矩比

④动态控制率(Dynamic Control Ratio，DCR)

踝关节跖屈的动态控制率=跖屈向心峰值力矩/背屈离心峰值力矩

踝关节背屈的动态控制率=跖屈离心峰值力矩/背屈向心峰值力矩

1.4 数据处理

所有实验测试指标均以平均值±标准差(M±SD)表示，并用 SPSS19.0 软件进行统计。采用配对样本t检验方法对两侧踝关节肌肉力量差异进行统计学检验，检验水准α选0.05。

2 研究结果

2.1 不同测试条件下双侧踝关节肌力对称性

2.1.1 不同肌肉收缩形式与收缩速度下双侧踝关节伸屈肌肌肉力矩。对所测试的肌肉以其对踝关节运动方式的不同分为使踝关节屈曲的肌群和使踝关节伸展的肌群，对其所对应的肌肉力量的大小进行双侧对比分析，结果发现，只有180°/s下双侧屈肌的力量差异性表现出统计学意义(P<0.05)，而伸肌力量在任何收缩形式或速度下均未发现显著性差异(P>0.05)。

2.1.2 不同肌肉收缩形式下双侧踝关节肌力差异性的表现。(表1，表2)，在双侧踝关节伸屈肌相对峰值力矩比较过程中，向心/向心、离心/离心模式下，只有向心/向心收缩模式下两侧差异具有统计学意义(P<0.05)。

表1 向心/向心收缩形式下双侧踝屈伸肌 RPT

2.1.3 不同肌肉收缩速度下双侧踝关节肌力差异性的表现。不考虑肌肉收缩形式( 向心/向心、离心/离心) 的不同，对不同收缩速度下双侧踝关节肌力差异性表现分析发现(表1，表2)，只有在180°/s的情况下双侧下肢肌力有显著性差异。

表2 离心/离心收缩形式下双侧踝屈伸肌RPT

2.1.4 不同肌肉收缩形式与收缩速度下相对屈伸肌峰值力矩比的差异性。双侧踝关节向心/向心、离心/离心模式下屈伸肌峰值力矩比研究结果表明(表3) ，在不同肌肉收缩形式，不同的收缩速度下，双侧踝关节屈伸肌峰值力矩比均未表现出显著性差异(P>0.05)。

2.1.5 踝关节跖屈、背屈离心/向心峰值力矩比、踝关节跖屈背屈动态控制率。双侧踝关节跖屈、背屈离心/向心峰值力矩比均未表现出显著性差异(P>0.05)。踝关节跖屈背屈动态控制率在两侧没有显著性差异(P>0.05)。

表3 双侧踝关节不同收缩形式下屈伸肌峰值力矩比

表4 踝关节跖屈、背屈离心/向心峰值力矩比

表5 踝关节跖屈背屈动态控制率

3 讨 论

3.1 屈伸肌在两侧肌肉力量差异性中的表现

踝关节左右腿两侧同名肌肉群最大肌力值的对比是衡量运动员左右腿同一肌群力量是否对称的重要指标[11]。

本研究发现，在等速肌力测试过程中，只有双侧屈肌力量的差异性表现出统计学意义(P<0.05)，而双侧的伸肌力量并未发现有显著性差异(P>0.05)。这与之前的很多研究结果一致。吴新华[6]在测试优秀男子跳远运动员下肢关节等速肌力时发现，健将组和一级组的双侧踝关节的屈肌在60°/s和240°/s时都具有显著性差异，踝关节肌力表现出左侧大于右侧，这与受试者左腿为起跳腿有关，踝关节的蹬地要求具有较强的踝跖屈能力，符合专项特点。曹峰锐[7]通过测试手球运动员时发现踝关节左右侧屈肌在 60°/s和120°/s测试速度下差异显著(P<0.05)，而伸肌力量在两侧没有显著性差异。大部分受试队员两侧踝关节同名肌峰力矩差值百分比均大于10%，大部分队员两侧踝关节同名肌力量不平衡，这同手球的专项特点以及力量训练有关。

踝关节两侧同名肌群的力学特性差异过大，会影响踝关节的正常力量的发挥，而且容易发生关节损伤。张晓明[12]等研究认为两侧肌群肌力差值应控制在10%以内，肌力差值与运动技术的协调性有关，而且如果差值过大，在长时间做功的情况下，还会导致肌肉过早的疲劳。而本研究发现向心/向心收缩形式下，两侧屈伸肌在180°/s测试速度下肌力差值都大于10%，得出在平时的训练中要注意快速肌肉收缩时两侧的肌肉训练。张丽艳[8]的研究也发现摔跤运动员在两侧同名肌群的比值上也存在较大的不均衡现象，特别是在屈肌群的表现上，两组运动员在 8 个测试速度下的所有比值上都小于 90%，即异侧同名肌群的差距已超过10%，踝关节的屈肌是该项目运动员的一个薄弱点。纵观之前的很多研究结果，虽然踝关节肌力在两侧的差异性有项目特点，但不难看出，踝关节屈肌力量随着速度的增加，两侧差异性显著，而两侧伸肌力量无显著性差异。这也许就是踝关节跖屈容易扭伤的一个重要原因，不仅容易造成损伤，而且也不利于技术动作的流畅发挥，因此在以后的力量训练中应特别重视对两侧踝关节同名肌的力量均衡训练，针对性地加强非优势侧跖屈肌肉力量练习更为重要，以防止运动损伤的发生。

在进行负荷量较大的主动发力运动过程中，人体的踝关节活动一般都以屈踝的形式出现，例如各种形式的向前起跳、向上起跳、提踵站立等，而且从解剖学上分析，跖屈的角度明显大于背屈，导致屈踝肌群的力量明显大于伸踝肌群。在日常生活和运动过程中一般用到屈踝的力量较多，两侧本来肌肉力量就有差异，屈踝的运用更多，使得双侧下肢屈踝力量的不均衡发展产生重要的影响。并且两侧肌肉力量的差异也会对人体的动作有影响，张英媛[13]等研究发现在连续纵跳的下落阶段，优势侧踝关节的背屈方向和外旋方向上的角速度、垂直方向上的地面反作用力均大于非优势侧。于红妍[14]研究发现竞走运动员下肢肌力的不平衡直接导致了运动中下肢同名关节角位移的差异，下肢同名关节肌力越不平衡，在支撑阶段其同名关节角位移的差异越大，运动中关节的稳定性越差。当一侧肌群肌力过于强大时，会使对侧的弱势肌群容易受损，因此从运动训练的角度有必要对下肢环节的肌肉力量进行研究，并进行针对性的训练。

3.2 收缩形式对双侧肌肉力量差异性的影响

从不同肌肉收缩形式下双侧踝关节肌肉力量差异性的表现中可以看出，肌肉的收缩方式对于肌肉力量的差异性表现出不同的效果，只有在向心/向心模式下检测到了双侧下肢肌肉力量不对称现象的存在。Hossein Negahban[15]也发现普通人离心模式下跖屈、背屈肌力在两侧之间没有明显的差异。肌肉离心收缩是踝关节运动重要的一部分，离心肌力不足是踝关节扭伤的一个危险因素，Jason Fox[16]等采用在速度为90°/s 的等速离心测试，发现功能性不稳的踝关节与对照组之间在相对跖屈离心峰值力矩存在差异，而在背屈、内外翻的相对峰值力矩均无显著性差异，相比于对照组，单侧FAI跖屈离心力矩不足，推断出跖屈离心力矩是导致FAI的一个重要因素。K.FOUSEKIS[17]通过测试足球运动员踝关节屈伸肌肌力时发现60°/s下踝跖屈向心和离心在两侧都有显著性差异，且足球运动员两侧跖屈肌差异在离心情况下比向心更明显。可能的原因是本文的研究对象是普通的体育教育学生，他们没有进行专门的踝关节训练，离心训练很少，同时踝关节也没有受伤，而专业的足球运动员长期承受大的运动负荷，踝关节不稳的患者跖屈离心肌力存在差异，因此两侧的差异会明显。

3.3 收缩速度对两侧肌肉力量差异性的影响

从不同肌肉收缩速度下双侧踝关节肌肉力量差异性的表现看出，在等速运动下只有在快速收缩时双侧踝关节肌力才表现出显著性差异。这与多数人的研究结果一致，吴新华[6]在测试优秀男子跳远运动员下肢关节等速肌力时发现双侧屈肌在240°/s时有非常显著性差异。曹峰锐[7]发现双侧屈肌在快速运动时差异显著，由于手球项目强调单次攻防与突破，更加强调快速起动和爆发能力，对膝和踝关节屈伸肌群快速力量素质的要求较高，在快速起动时往往是惯用侧关节肌群突然发力，使得一侧肌群力量比另一侧同名肌群力量要大，另外也同女手球队员在力量训练中没有重视对双侧同名肌力量的均衡训练有关。

在快速运动时，双侧踝关节肌肉力量的不对称性能够凸显，在运动过程中，双侧交换频率较快时，由于肌肉不能很好地协调转换来满足运动的需要，两侧的不对称性会显现出来，而踝关节扭伤往往发生在关节需要立刻达到平衡的时刻，为对抗导致踝关节扭伤的应力，防止扭伤，肌肉需在短时间内快速募集运动单位以维持关节稳定性，导致踝关节受损伤的风险大大增加。可以得出在像走、爬楼梯等双侧交替频率较小的慢速运动过程中，双侧肌肉力量的差异性表现较小，则对运动本身产生的影响较小，而当运动频率加快时，其双侧不对称性表现明显。

3.4 屈肌和伸肌峰值力矩比在双侧肌肉力量的对称性

关节屈伸肌群力量的比率，一直是体育训练和运动医学中重点研究的课题之一。由于踝关节具有相对自由度，绕垂直轴亦可有少许转动和侧向移动，呈一不稳定结构，为了保持其稳定，小腿前群肌肉及后群肌肉必须形成一个稳定力系[18]。踝关节跖屈，背屈肌群力量比例失衡，不仅会影响运动能力，而且常会发生踝关节扭伤。跖屈背屈肌群峰力矩比能反映肌力均衡性和关节的稳定性。踝关节背屈肌群峰力矩相对跖屈肌群峰力矩比较薄弱，这一特点在运动员[8,9,18]和普通人[19]身上都存在。据相关文献资料研究认为一般运动员足背屈与跖屈峰力矩的比例约为(32.16±10.03)%[20-23]。本研究发现伸屈比的范围在67%～77%，原因在于体育教育大学生平时没有像专业运动员一样进行有针对性的训练，所以屈肌力量不会像运动员那样大，伸屈之比相应也会高于职业运动员。很多学者对不同项目运动员的踝关节伸屈比进行了研究，但并未对比两侧的差异。踝关节损伤后对关节周围肌肉的力量有影响，华英汇[10]的研究指出，120°/s时，机械性踝关节不稳患者患侧踝关节跖屈肌群快速运动时肌力下降，导致两侧屈伸力矩比有显著性差异。而本研究发现两侧屈伸肌力之比并没有显著性差异，推测出正常人伸屈比在两侧对称性良好。研究提示在日常的训练中和康复训练中，在力量训练的内容上，跖屈肌群和背屈肌群都要重视。

3.5 离心/向心峰值力矩之比在双侧踝关节肌肉力量中的对称性

在日常功能活动中,向心收缩肌力与离心收缩肌力皆起很重要的作用,向心收缩肌力主要使肢体产生动作,离心收缩肌力主要是控制肢体动作及吸收接触物体时的外力震动。在肌力平衡的问题中,肌肉自身离心力量与向心力量的比值可能与肌肉拉伤密切相关,该比值的增高有利于防止肌肉被拉伤,该比值降低则肌肉易于被拉伤[25]。传统上一直用离心/向心峰值力矩比作为同一块肌肉或肌群的内在功能参数，并将其用来反映肌肉或肌群向心或离心收缩的能力[26]，肌肉离心收缩力量/向心收缩力量比值可以作为评价骨骼肌损伤恢复情况的一个新的指标[25]。本研究结果并未发现两侧踝关节同名肌群的离心/向心峰值力矩比有显著性差异，但发现踝关节跖、背屈肌的离心/向心之比随着速度的增加而增加的结果与国内学者关于肩关节、肘关节的研究结果有相似之处[27]，并且发现背屈肌的离心/向心力矩之比大于跖屈肌，可能的原因是日常生活和体育活动中踝关节经常参与蹬伸动作有关，当踝关节蹬伸时跖屈肌群做向心运动，背屈肌群做离心运动，所以，相对来说跖屈肌群向心力矩较大，背屈肌群离心力矩较大[28]。

有研究发现骨性关节炎患者两侧肌肉的离心向心之比有差异，俞晓杰[29]对膝关节骨性关节炎患者的研究发现股四头肌60°/s速度下的ECC/CON比值在健、患侧之间存在显著性差异，而正常人两侧的踝关节跖背屈肌的离心向心之比在各速度下都没有显著性差异，据此可以推测出正常人的踝关节屈伸肌群的离心向心之比在两侧对称性良好。

3.6 动态控制率在两侧差异中的表现

由于在实际运动中，主动肌完成向心收缩的同时，拮抗肌完成离心收缩，对于受力较大的关节或本身有不稳特性的关节，更加需要主动肌和拮抗肌同时收缩以对抗外界应力对关节的潜在损伤，因此使用DCR 具有特殊意义[27]。这一指标在膝关节或肩关节的功能评定中，已被证明具有特殊的重要性，研究得出优秀运动员的跖屈肌动态控制率大于一般运动员[30]，动态控制率能够反映肩关节的内在稳定性[27]。对于踝关节来说，跖背屈肌和内外翻肌的动态控制率有重要的的意义。正常人跖屈时，因距骨滑车后部狭窄与胫腓骨下关节面及内、外踝关节间相接触，比较松弛，运动范围大，而在下落时，如果背屈肌群的离心收缩不足，难以对抗跖屈肌的向心收缩，将很容易发生踝关节扭伤[26]。急性踝关节扭伤多发生在前足部以极快速度垂直落地时，地面反作用力导致距下关节突然过度、内收内翻而引发的[31]。在发生踝扭伤的数十毫秒内的瞬间，如果腓骨长短肌(踝外翻肌群)的反应性良好，能有效对抗突然的踝内翻内收，对于避免发生急性踝扭伤意义非常重要[32]。

在预防运动损伤的评估中，选择性地改变等速肌力的比例是重要的[33]。本研究发现两侧跖背屈肌的动态控制率没有显著性差异，这与受试对象为没有踝关节损伤的男青年不无关系，有研究指出有训练背景的特殊人群，踝外翻肌群在高速时候也暴露出不能良好离心收缩以对抗突然的踝内翻应力，存在动态的失稳[34]。但是由于目前对跖屈背屈动态控制率的研究较少，因此或许还有待在以后的研究中增加样本含量，对踝关节动态控制率作进一步研究。

4 结 论

正常踝关节两侧伸肌力量、屈伸肌力比、动态控制率的对称性较好，但踝关节屈肌力量在快速向心收缩中屈肌表现出较差的对称性，提示在日常生活及运动训练过程中，当涉及大强度的屈肌群运动时，应考虑两侧运动的均衡性。

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Bilateral Strength Differences of the Ankle Muscle under the Different Speeds and Contractions

ZHANG Shuai,ZHANG Qiu-xia

(PE Department， Soochow University, Suzhou 215021， China)

Object:To compare the isokinetic muscle strength between the dominant and non-dominant legs to healthy males,to discuss bilateral lower limb strength and the balanced development of sports injury prevention to provide theoretical and experimental basis.Design:A sample of 20 randomly selected men was included in the study.Plantarflexion and dorsiflexion strength were assessed by concentric contractions at three angular velocities(60°/s、120°/s、180°/s) and eccentric contractions at three angular velocities(60°/s、120°/s、180°/s).Results:After paired test,in this cohort of men muscle strength of the dominant was stronger than the non-dominant in the plantar flexion PT at concentric contractions at 180°/s,the difference is statistically significant.Meanwhile,There was no difference in other speeds indicators between the dominant and non-dominant limbs,including peak torque of dorsiflexion/plantarflexion,Eccentric Peak Torque/Concentric Peak Torque,Dynamic Control Ratio.Conclusion：plantarflexion PT of the dominant leg at concentric contracions at 180°/s was significantly larger than that of the nondominant leg. we should consider side of the ankle joint muscle strength when rapid concentric contraction, avoid to cause damage.

isokinetic; ankle; muscle strength; symmety

2016-11-22

张 帅(1992-)，男，山西晋中人，在读硕士研究生，研究方向：运动生物力学.

1004-3624(2017)01-0106-07

G804.62

A