不同速度下优秀男子举重运动员膝关节屈伸肌群等速肌力特征研究

苏转平，于 芳，曹电康，张晓炳，李鸿涛，张 锐

（1.中北大学体育学院，山西 太原030051；2山西省体育科学研究所，山西 太原030012）

举重项目是速度力量性的技术项目，其特点是短时间和极限负荷，属于非周期性的快速力量性项目［1］。从技术动作结构来看，起始动作从膝关节半屈位开始，提铃、发力、支撑及负重起立，膝关节快速屈伸发力是完成动作的关键。特别是由屈膝下蹲到站立阶段，杠铃将对膝关节造成巨大的压力，膝关节需要承受杠铃压力和地面反作用力的双重压力。研究表明，长期超负荷训练过程中，技术动作的不恰当和屈伸肌力失衡均会造成膝关节损伤［2－3］。因此，采用科学的检测手段对举重运动员膝关节屈伸群肌力进行监控，可有效预防与减少运动损伤。

近年来，等速肌力测试在肌肉功能检测、损伤辅助诊断及康复训练等方面的应用与日俱增，其峰力矩、相对峰力矩、屈伸肌比率等指标成为评定肌肉功能和研究肌肉力学特征的有效指标［4］。举重项目注重技术动作各环节的流畅性、爆发性和协调性。膝关节屈伸肌群是下肢重要肌群，起着稳固重心、传递力量的作用，其屈伸肌力对举重运动成绩有一定影响［5－7］。目前有部分学者仅从膝关节对举重成绩的影响性方面进行研究，主要侧重于膝关节屈伸肌力与举重成绩的相关分析，缺乏对举重运动员膝关节肌力特征的评价和存在问题的分析。本研究从膝关节肌力特征入手，能更加完善其研究体系。在全年训练周期中，对膝关节等速肌力特征进行系统评价，是优化训练过程、预防运动损伤的重要环节，为举重项目膝关节力量训练提供有益的参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

以山西省男子举重队7名现役运动员为研究对象，其基本情况见表1。根据个人最好运动成绩，研究对象分为国家级健将和一级运动员，级别56 kg～85kg，既往史无患病情况，体检无明显膝关节疾病、创伤及手术史，也无其他妨碍运动能力的疾病，其关节屈伸活动在正常范围之内。

表1 受试运动员信息

1.2 研究方法

1.2.1 实验室测试法 于2014年1月—12月在山西省体育科学研究所实验室采用Cybex Norm770型等速肌力测试系统，测取运动员膝关节屈伸肌不同速度下收缩力矩，测试过程见图1。测试角速度参照 Kanehisa等［8］的研究设定为60°／s（慢速）、180°／s（中速）、300°／s（快速），分别测定膝关节屈伸肌群的最大力量、最大做功能力及功率。测试前，受试者通过15 min热身运动，然后在每个速度下练习3次亚极限力量，以熟悉程序。正式测试时，受试者取坐位，背部紧靠椅背，调整座椅高度与前后距离，使得膝关节股骨外侧髁正对仪器转动轴的轴心。用宽皮带束紧，以固定躯干、骨盆和大腿（1／3的远侧），并使其保持稳固，双手握住测试座椅两旁的把手。正式测试时，每个速度反复进行5次，取最优值。慢速、中速及快速3种角速度测试间歇时间为1min，不同肢侧间测试间隔为3min（优势腿（Dominant leg，DL）→非优势腿（Non dominant leg，NDL）。在测试过程中，要求严格依据规定动作完成测试。

1.2.2 测试指标 选择峰力矩（Peak Torque，PT）、相对峰力矩值（Peak Torque／Body Weight，PT／BW）、膝关节屈伸峰力矩比值（Hamstring／Quadriceps，H／Q）、平均功率（Average Power，AP）、峰力矩角度（An gel of Peak Torque，APT）5项指标。异侧同名肌比值（%）＝（DL－NDL）／DL100%。

1.2.3 数理统计法 运用 Excel 2007及 SPSS 19.0统计软件包对各项数据进行统计与分析。

2 研究结果与分析

2.1 膝关节屈伸肌群相对峰力矩分析

表2数据显示，受试者双侧膝关节屈伸肌PT、PT／BW随测试速度增加（60°／s→300°／s）呈下降趋势，其中伸肌PT降幅为27.26%～46.48%，屈肌PT降幅为22.98% ～44.40%，伸肌 PT降幅略大于屈肌。在3种测试速度下，受试者DL膝关节伸肌PT、PT／BW均高于NDL，其中PT／BW差异具有显著性（P＜0.05）；DL膝关节屈肌 PT、PT／BW在慢速和中速时高于NDL，在高速时DL膝关节屈肌PT、PT／BW略低于NDL，但差异均不显著（P＞0.05），提示双侧膝关节伸肌力量出现不均衡性，但这种不均衡性程度尚需进一步验证。

表2 膝关节屈伸肌峰力矩（Nm）、相对峰力矩（Nm／kg）

异侧同名肌比值是反映左右两侧同名肌群肌力均衡性的指标，已有文献显示膝关节异侧同名肌比值通常小于10%，超过10%不仅会影响技术动作的完成，还易造成弱侧损伤［9］。本研究显示受试者膝关节异侧同名伸肌比值在60°／s～300°／s测试速度下分别为 11.77%、10.57%和 9.06%，其中在慢速和中速时比值超出10%的范围；异侧同名屈肌比值在 60°／s～300°／s测试速度下分别为 5.78%、4.68%和2.76%，均在正常范围之内。膝关节作为下肢重要的负重关节，双侧伸肌力量的差异会改变左右两侧膝关节的受力，容易引起动作变形和非优势侧损伤。

2.2 膝关节屈伸肌峰力矩比值（H／Q）分析

H／Q是膝关节的屈伸肌峰力矩比值，主要反映关节活动中拮抗肌群间的肌力均衡情况，对判断关节稳定性有一定价值。目前，有关适宜H／Q值尚有争议，但多数研究认为H／Q值正常波动范围在50%～80%间，低于或超过这个范围易于造成膝关节动力学改变，降低肌肉工作能力［10］。表3结果显示，受试者两侧膝关节 H／Q值随测试速度增加（60°／s→300°／s）而增加，NDL膝关节 H／Q值增幅较为显著，中高速与慢速差异显著（P＜0.05）。

表3 运动员膝关节屈伸肌群峰力矩比值 H／Q（%）

在不同测试速度下，受试者DL膝关节H／Q值均低于 NDL，且在 180°／s、300°／s测试速度下存在显著性差异（P＜0.05）。总体来看，受试者两侧膝关节 H／Q值在 53.09% ～66.26%间变动，H／Q值总体偏低，应引起重视，避免损伤的发生。

2.3 膝关节屈伸肌平均功率分析

在一定速度范围内测试速度越快AP越大，肌肉的做功效率越高［11］。表4的研究结果显示，受试者两侧膝关节屈伸肌AP均随测试速度增加（60°／s→300°／s）而增加，且同一测试速度下屈肌AP均显著小于伸肌（P＜0.01）。

不同测试速度下受试者DL膝关节伸肌AP均大于NDL，但不存在显著性差异（P＞0.05）；DL膝关节屈肌AP在慢速、中速状态下大于NDL，而在300°／s测试速度下小于NDL，均不具有显著性差异（P＞0.05）。

表4 膝关节屈伸肌群等速向心收缩平均功率AP

2.4 膝关节周围屈伸肌峰力矩角度分析

APT是关节最佳用力角度，即最大力矩输出时对应的关节角度。由表5可知，受试者两侧膝关节伸肌所对应APT随测试速度增加而显著减小（DL：68.33°→52.67°，NDL：60.33°→49.17°），且 180°／s、300°／s测试速度下伸肌 APT显著小于60°／s测试速度下 APT（P＜0.05）。两侧膝关节屈肌所对应APT则与伸肌趋势相反，随测试速度增加而增加（DL：30.50°→34.50°，NDL：31.50°→35.67°），但不同速度间APT不存在显著性差异（P＞0.05）。

在3种测试速度下，受试者DL膝关节伸肌APT均大于NDL，而 DL膝关节屈肌APT均小于NDL，但双侧屈伸肌APT均不存在显著性差异（P＞0.05）。

表5 膝关节屈伸肌群等速向心收缩峰力矩角度APT

3 讨论

3.1 膝关节屈伸肌群相对峰力矩特征

等速肌力测试中，PT和PT／BW是最为常用的指标，代表了关节运动过程中肌肉收缩产生的最大肌力和相对肌力。膝关节屈伸肌群工作能力和效率制约着举重运动员技术水平的发挥，但研究尚存在一定争议［6，12］。Juliete Palandi等对巴西男子举重运动员膝关节屈伸肌等速测试时，发现PT／BW均随着速度的增加而显著降低［12］；熊维志研究发现男子举重运动员膝关节伸肌PT／BW随测试速度增加而显著降低，屈肌PT／BW下降不明显［6］。本文研究结果与Juliete Palandi的研究结果相一致［12］。等速肌力测试过程中，预先设定运动速度使肌肉张力增减与等速仪器的力矩输出相对应，不能产生运动加速度，这与举重项目肌肉收缩特点并不相同。在实际举重过程中，要求肌纤维被最大限度募集，产生单次收缩力量最大化，而等速肌力测试中肌纤维的募集与测试速度有关，测试速度与肌力成反比，致使高速运动状态下肌纤维募集减少、PT下降，这与举重这种速度力量性项目明显不同，但用于评价举重运动员肌肉功能及预防损伤具有优势。Kanehisa等［8］的研究显示相对于非训练人群，举重运动员随速度增加屈肌PT下降更为显著。其原因在于肌肉横断面积的差异，在高速状态下举重运动员比非训练人群单位面积承受的力更大。

举重项目是典型的对称性项目，膝关节周围肌肉力量的对称与协调对关节稳定性有一定意义。异侧同名肌比值是评价肌力平衡的重要指标，是研究者关注的焦点。熊维志对四川省运动技术学院举重运动员膝关节异侧同名肌比值分析显示在180°／s～240°／s测试速度下膝关节异侧同名屈、伸肌比值超过20%的人数分别为33.3%和16.67%，弱侧肌群损伤风险加大［6］。而Juliete Palandi等研究发现举重运动员在60°／s～240°／s测试速度下，DL伸肌相对峰力矩与NDL差异在3%以内，而屈肌在5%以内［12］。异侧同名肌比值失衡会与运动损伤的发生究竟有何关系？Knapik等研究发现女大学生举重运动员赛前180°／s测试速度下双侧膝关节屈肌肌力的不平衡（比值超过15%）与比赛过程中运动损伤率密切相关［13］。Grace等对足球运动员的研究发现双侧膝关节肌力的不均衡与赛季运动损伤的发生率没有相关性［14］。推测研究结果不一致可能与项目有关，对于举重运动而言，双侧膝关节屈伸肌力的对称性是很重要的。Wilk研究提出膝关节左右两侧肌力差异在10%以内属于正常范围，20%以上在临床意义必须加强注意（长时间的负荷累加，因膝关节两侧力量不相等会提高受伤的风险）［15］。本研究中受试者膝关节异侧同名伸肌比值在60°／s～180°／s测试速度下比值超出10%的范围，显示出DL和NDL膝关节伸肌在最大力量和肌肉做功能力上的差异。举重运动员膝关节屈伸肌群过度不对称使用，会影响膝关节的稳定性和用力的同步性［6］。因此，在今后举重运动员力量训练中应加强异侧同名肌的协同训练，以保证两侧肌群发力的一致性。

3.2 膝关节屈伸肌峰力矩比值（H／Q）特征

膝关节H／Q反映了膝关节屈伸肌力的平衡和对称关系［4］。该比值失衡不仅会影响运动水平，更易导致运动损伤的发生。目前，膝关节H／Q值尚存在争议，国内学者的观点是运动员 H／Q值大于60%属于相对较安全的范围，且有助于膝关节的稳定性，也不易造成膝关节损伤［16］，而 Andrade等的观点是H／Q值偏低（H／Q＜75%），下肢关节损伤概率会增加［17］。美国《力量与体能训练》对不同测试速度下H／Q最佳比值范围进行分析，认为随着角速度的增加H／Q值在67%～111%范围内变化，速度越快H／Q值越大［18］。1988年李国平对男子举重运动员进行膝关节等速测试，显示膝关节H／Q值为52%～62%［19］；熊维志的研究显示优秀男子举重运动员膝关节H／Q比值为41%～73%［6］。Sultan的研究显示举重运动员膝关节 H／Q值为50% ～55%，低于足球运动员的比值（75%～80%）和篮球运动员 （62%～63%）［20］。本研究显示受试者膝关节 H／Q值为53.09% ～66.26%，与李国平的研究结果相近。说明对于不同体育运动项目的运动员来说，H／Q值不是恒定不变的。举重运动员在完成挺举的提杠发力和上挺发力过程中，伸膝需要较强的爆发力，因此教练员在力量训练中更重视对伸肌力量的提高。但膝关节H／Q值偏低会影响关节稳定性，对运动员未来成绩的提高产生不良影响。

3.3 膝关节周围屈伸肌平均功率分析

AP是单位时间内肌肉的做功量，是衡量肌肉快速力量的有效指标。根据 Hill的力—速度关系方程，在一定速度范围内测试速度越快AP越大，肌肉的做功效率越高；但一旦超过某一速度阈值，AP反而下降。鞠秀奎等研究表明青少年男子体操运动员膝关节屈伸肌 AP与测试速度（60°／s→300°／s）呈正比［21］，与本研究结果相一致。目前对于AP下降的速度阈值，尚存在一定差异。有研究发现训练水平高的人下降的速度阈值会相对后移［22］。周海云等人的研究同样显示随测试速度（60°／s→360°／s）增加，史东鹏AP仍保持上升趋势，特别是左膝关节屈肌 AP在 240°／s、360°／s测试速度下明显优于一般运动员，显示出良好的爆发力［23］。也就是说，随着测试速度的增加AP下降越快，表明神经系统控制快肌的能力越弱，从而会对肌肉的收缩速度造成影响，提示运动员速度力量产生停滞的原因是AP的下降区域，因而在训练中要加强该速度区的力量练习，提高运动员快速力量水平。此外，本研究也显示不同测试速度（60°／s～300°／s）下膝关节屈肌 AP均显著小于伸肌（P＜0.01）。今后应在保证肌力均衡发展的同时，将力量和速度训练适当结合，充分发挥肌肉最大收缩功率。

3.4 膝关节周围屈伸肌峰力矩的角度分析

APT是峰力矩所对应的关节角度。当关节运动到峰力矩角度时，产生的力矩最大。一般而言肌力大小主要取决于两个方面：一是肌肉初适宜的肌肉初长度能增加肌肉力量，而长于或短于最佳肌肉初长度时肌肉力量就会受到影响；二是主动肌与拮抗肌的协同配合。只有关节周围主动肌和拮抗肌群有效配合才会产生最大合力。例如膝关节屈曲角度为90°时，股四头肌会产生最大合力，而股外侧、股内侧肌产力并没有发生很大的改变［24］。另外，膝关节初始角度、肌力臂的改变会使肌力的效果发生变化。Smidt［25］通过X线测评，发现绳肌、股四头肌的力臂长度分别在60°和30°时最长。

举重运动是一项对肌肉快速力量要求比较高的项目，在快速屈、伸膝过程中，合理的峰力矩角度是发挥肌肉力量的关键因素。杨静宜对膝关节股四头肌／绳肌峰力矩角度进行研究，认为股四头肌峰力矩所对应的角度（50°～70°）大于绳肌（32°～45°），与膝关节屈伸肌力特点有关［11］。Knapik等认为设置速度越快，加速度时小腿移动的角度就越大，APT后移变化越明显［13］。本研究显示，双侧膝关节伸肌所对应APT随测试速度增加而显著减小（P＜0.05），所对应角度与杨静宜的研究结果相一致。一般认为，当膝关节在做屈、伸动作时，肌肉不但会发生超等长收缩，而且还会使肌力臂发生变化，从而影响肌力的效果。若APT低于或超过合理范围，就会造成肌肉不能过分拉长或充分退让，影响肌群最大功效的发挥。

4 结论与建议

1）男子举重运动员膝关节屈伸肌 PT、PT／BW随测试速度增加（60°／s→300°／s）呈下降趋势，且伸肌降幅略高于屈肌。异侧同名伸肌比值在慢速、中速时超过10%，膝关节伸肌力量存在双侧不对称。

2）男子举重运动员膝关节H／Q值均随测试速度增加而增加，幅度在53.09% ～66.26%之间，应重视膝关节屈伸力量的评定进行针对性训练。

3）举重运动员膝关节屈伸肌AP均随测试速度的增加而增加，同一测试速度下屈肌AP均显著小于伸肌（P＜0.01），伸肌的快速力量大于屈肌。

4）两侧膝关节伸肌所对应APT随测试速度增加而显著减小（P＜0.05），屈肌所对应APT则相反。在力量训练中采用屈伸峰力矩角度进行训练，可使肌群发挥更大的功效。