膝关节肌群等速向心收缩的力学特征研究

唐小英

膝关节肌群等速向心收缩的力学特征研究

唐小英

通过对34名大学生双侧膝关节进行的等速测试，本文对膝关节肌群等速向心收缩的力学特征进行分析，以峰力矩为度量指标，研究峰力矩与哪些因素有关，以及其关系的强弱。本文使用数学软件MTLAB进行统计分析计算，结果显示，峰力矩值与性别、体重、屈伸运动有关，峰力矩值在不同运动速度下具有显著差异且与运动速度负相关，峰力矩角度在不同运动速度下的值无显著差异。 关键词：膝关节；等速肌力测试；峰力矩；峰力矩角度 Abstract: Through the isokinetic muscle testing of 34 college students' bilateral knee, isokinetic contract mechanical features in knee muscles are studied. The peak torque is chosen as a measurement index to study the related factors of it and the relationship between them. Using MATLB for statistical analysis, the results shows that the peak torque is related to gender, weight, and flexion and extension movement. The peak torque has significant negative correlation with different velocities. However, angle of peak torque has no significant difference with different velocities. Key words: knee; isokinetic muscle testing; peak torque; angle of peak torque

1 引言

人体的运动离不开肌肉的收缩，膝关节肌群是人体运动的重要组成部分，对完成步行、起跳、下蹲、登高等运动姿态起着关键作用，不良、过度的膝关节负荷会导致膝关节的伸展构造，包括股骨踝、胫骨平台、腓骨、髌骨、韧带、半月板、关节软骨、肌肉等产生损伤[1]。因此，膝关节肌群肌力特征以及它们所遵循的变化规律和相互关系是一项重要的研究课题。

关于等速向心收缩及离心收缩肌肉做功及肌电变化的研究对象主要是专业运动员或运动能力较强的人员[2-8]。本文通过对大学生膝关节肌群以不同速度做等速向心收缩及离心收缩时的做功进行定量研究, 以期对膝关节的合理使用、力量训练等提供科学依据和参考。

2 研究对象与方法

2.1 研究对象

大学生34人, 年龄(20.47±1.05)岁。其中男生18人，身高(172.83±4.71)cm，体重(59.55±5.89)kg；女生16人，身高(161.68±3.75)cm，体重(55.68±5.82)kg。受试者身体健康状况良好，实验前24小时未进行剧烈运动，对实验研究目的与方法知情, 同意参加本实验。

2.2 研究方法

2.2.1 测试方法

采用CON-TREX 等速测力系统采集实验数据。测试者分左右腿选择膝屈/伸两个实验项目，进行四种方案测试：静止130°用力、运动60°/s、180°/s、300°/s，分别进行5次。测试者上身进行固定，要求双手握住两侧扶手，测试时必须用尽全力。

2.2.2 分析方法

膝关节力学特性参数主要有力矩、峰力矩、峰力矩角度等。峰力矩是指关节运动过程中相应肌肉或肌群收缩时产生的最大力矩输出值，代表肌肉或肌群的最大肌力，是等速肌力测试的一个基本指标[2,9]。峰力矩角度是指肌群产生的最大力矩时的关节角度，是关节正常功能的特异性指标。

本文将膝关节以不同速度做等速向心收缩及离心收缩时峰力矩的值作为测试指标，研究膝关节肌群等速向心收缩力量的特征，即：峰力矩的值与哪些因素有关，以及关系的强弱。采用描述统计分析、相关分析、回归分析、方差分析等统计分析方法，使用数学软件MATLAB进行统计分析计算。

3 结果与分析

3.1 峰力矩相关因素分析

计算膝关节等速运动峰力矩与各种因素之间的相关系数如表1。

表1 峰力矩与各种因素之间的相关系数表

可以看出，性别、体重、屈/伸对膝关节等速运动峰力矩具有相关性，而年龄、左/右腿对峰力矩不具有相关性，身高对峰力矩相关性较弱。

膝关节等速运动峰力矩角度与各种因素之间的相关系数的绝对值基本均在0.2以内，显示峰力矩角度与各种因素之间关系不明显。

3.2 性别对峰力矩的影响

使用线性回归模型建立性别对膝关节等速运动峰力矩的线性函数关系，通过计算得到性别对峰力矩的回归方程为：

拟合优度检验指标：可决系数R2=0.227，F统计量F=798.87，相伴概率p=0。回归方程显著。

3.3 体重对峰力矩的影响

使用线性回归模型建立体重对膝关节等速运动峰力矩的线性函数关系，通过计算得到性别对峰力矩的回归方程为：

拟合优度检验指标：可决系数R2=0.185，F统计量F=619.62，相伴概率p=0。回归方程显著。

模型显示出受试者体重在膝关节等速运动力量上具有优势体重，对峰力矩大小有影响。

3.4 采用屈/伸动作对峰力矩的影响

使用线性回归模型建立采用屈/伸动作对峰力矩的线性函数关系，通过计算得到性别对峰力矩的回归方程为：

拟合优度检验指标：可决系数R2=0.17，F统计量F=557.78，相伴概率p=0。回归方程显著。

3.5 运动速度对峰力矩的影响

计算4种不同运动速度下峰力矩间的相关系数如表2。

表2 四种不同运动速度下峰力矩间的相关系数表

可以看出，膝关节等速运动在4种不同运动速度下峰力矩间具有高度相关性，即同一受试者在不同运动速度下峰力矩大小具有一致性。

使用线性回归模型建立膝关节等速运动4种不同运动速度(0-1变量)对峰力矩的线性函数关系，通过计算得到回归方程为：

其中：y为峰力矩观测值，x1，x2，x3，x4分别表示是否为静止130°、60°/s、180°/s、300°/s时进行测试的0-1变量值。

拟合优度检验指标：可决系数R2=0.2668，F统计量F=329.48，相伴概率p=0。回归方程显著。

从模型系数β值可以看出，受试者在膝关节等速运动4种不同运动速度下峰力矩有明显差异，具体差异见表3。

表3 四种不同运动速度下峰力矩描述统计表

峰力矩最大到最小分别为静止130°峰力矩、60°/s峰力矩、180°/s峰力矩、300°/s峰力矩时的测量值，即峰力矩大小与运动速度负相关，最大值与最小值差异接近一倍。

3.6 峰力矩角度的特征分析

使用方差分析方法比较受试者在膝关节等速运动3种不同运动速度下峰力矩角度的差异，通过计算得到方差分析表如表4：

表4 三种不同运动速度下峰力矩角度方差分析表

可以看出，膝关节等速运动峰力矩角度在不同运动速度下的值无显著差异，峰力矩角度值为40.2235±6.2271。

4 结论

膝关节等速运动峰力矩值与性别、体重、屈/伸运动有关，年龄、左/右腿对峰力矩不具有相关性，身高对峰力矩相关性较弱。男性在力量上明显具有优势，男性的峰力矩比女性平均高出31.58%。体重在力量上具有优势，对峰力矩大小有影响。采用伸膝动作比采用屈膝动作在力量上明显具有优势，采用伸膝动作峰力矩比采用屈膝动作平均高出27.6%。膝关节运动在不同运动速度下峰力矩具有显著差异，峰力矩最大到最小分别为静止130°峰力矩、60°/s峰力矩、180°/s峰力矩、300°/s峰力矩时的测量值，峰力矩大小与运动速度负相关，最大值与最小值差异接近一倍。膝关节等速运动峰力矩角度在不同运动速度下的值无显著差异，峰力矩角度值为40.2235±6.2271。

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Research on Isokinetic Contract Mechanical Features in Knee Muscles

Tang Xiaoying

2016年度四川省软科学研究计划项目资助(项目编号：2016ZR0088)

唐小英(1967-)，女，山东潍坊人，博士，副教授，研究方向：民族传统体育学 。

成都医学院，四川 成都 610500 Chengdu Medical College, Chengdu 610500, Sichuan, China.

G804

A

1005-0256(2017)02-0029-2

10.3969/ j.issn.1005-0256.2017.02.012