中国优秀U17男子足球运动员下肢肌肉力量比率与变向能力的关系

姚天奇 王启荣2 谢思源 王烁 王安治3 矫玮

1 北京体育大学运动医学与康复学院（北京100084）

2 国家体育总局运动医学研究所（北京100029）

3 中国人民大学附中三高足球俱乐部（北京100080）

在青少年足球训练和比赛中，变向是最常见的运动形式之一，是突破对手或在对手转身时快速施压的重要技术[1]。有研究表明，在男子足球比赛中，每场比赛每名运动员变向的次数可以达到700次以上[2-4]。同时，变向动作也是造成膝关节前交叉韧带（anterior cruciate ligaments，ACL）非接触性损伤的危险动作之一[3，4]。因此，如何在有效预防损伤的前提下，帮助青少年足球运动员提高变向能力就成为了研究者关注的重点。

足球运动员的变向能力与多种形式的力量素质有关[2-10]。有研究表明，青年足球运动员的变向能力与向心力量[5]、离心力量[2，5-7，10]、等长力量[5]、反应性力量[9]、下肢爆发力[8，10]均存在相关关系。有研究者发现股四头肌肌力、腘绳肌肌力或双下肢肌力差等指标存在差异时，运动员的变向表现也有所不同。但是现阶段研究主要探讨了单块肌肉和变向能力之间的关系[7]，以及双下肢同名肌的肌力差与变向能力之间的关系[11]。在实际运动中，并非只有单块肌肉在行使功能，其拮抗肌也发挥了重要的作用。主动肌和拮抗肌必须成对的交替收缩，才能保证下肢完成动作。在变向过程中，腘绳肌和股四头肌是最关键的一对主动肌和拮抗肌，但是腘绳肌和股四头肌力量的功能性组合与变向能力的关系尚不明确。

随着年龄的增长，青少年足球比赛的对抗性也逐渐提高，尤其是到了U17阶段，运动员在训练和比赛中需要完成更多的变向动作。目前，国内外仍缺乏对U17男子足球运动员下肢力量的功能性组合与变向能力相关性的研究，因此，探讨U17男子足球运动员腘绳肌和股四头肌力量的功能性组合与变向运动表现之间的关系，从功能性角度来分析青少年足球运动员变向能力就显得尤为重要，可以为未来中国足球的青训实践提供指导性建议。

变向是一种双下肢交替工作的动作，双侧下肢对变向能力的影响可能有所不同，现有的研究仅仅建立了一侧下肢力量与运动表现之间的关系。有研究表明，变向运动的速度取决于单侧下肢[8]，单腿的侧向跳跃与T 型测试有关，并且可以预测180°转身的速度[11]。但是青少年运动员双侧下肢在变向过程中的不同功能尚不明确，因此仍需对该人群在变向过程中双下肢的不同功能进行进一步探讨。

本研究从功能性角度（均衡发展主动肌与拮抗肌）出发，探究U17 青少年足球运动员双侧下肢腘绳肌/股四头肌肌力比率（功能比率和传统比率）和变向能力（T型测试）的关系，分析双侧下肢在变向运动中的不同作用，为提升U17 青少年足球运动员的变向能力及预防下肢损伤提供依据。

1 研究方法

1.1 研究设计

本研究采用横截面研究设计。研究采用脚踢球的方式确定优势侧下肢[12]。在赛季准备期采用Biodex3.0系统分别测试运动员低速（60°/s）和高速（180°/s）双侧下肢的股四头肌向心收缩峰值力矩、股四头肌离心收缩峰值力矩、腘绳肌的向心收缩峰值力矩、腘绳肌的离心收缩峰值力矩；采用T 型测试来评价运动员的变向能力。根据前人的研究设计[13]，，将等速力量和功能测试分开进行，测试进行两天，第一天测试等速力量，第二天进行变向能力测试。

1.2 研究对象

本研究选取47名北京某青少年足球俱乐部U17男子足球运动员进行测试，该队伍连续两年获得全国高中联赛总决赛和中国中学生足球锦标赛冠军，并代表中国中学生队（高中组）参加亚洲中学生足球锦标赛，获得亚军。运动员基本信息见表1。

表1 运动员基本信息表（± s）

表1 运动员基本信息表（± s）

受试者U17男足运动员（n=47）年龄（y）15.96 ± 0.65身高（cm）178.13 ± 5.42体重（kg）65.59 ± 7.57运动年限＞7年运动等级二级以上

1.3 等速肌力测试

采用Biodex 3.0 系统（Biodex Medical SystemtmInc，New York，USA）进行测试。测试前先为运动员演示测试流程，并示范热身动作。开始测试后，先进行优势侧60°/s角速度下的5次重复测试，休息90s后再进行优势侧180°/s角速度下的20次重复测试。测试优势侧后，再用同样的方式测试非优势侧。选取双侧下肢股四头肌（quadriceps）和腘绳肌（hamstring）向心收缩和离心收缩的峰值力矩分别计算传统H/Q 比率（hamstring/quadriceps ratio）和功能H/Q 比率，计算公式为：传统H/Q 比率=腘绳肌的向心收缩峰值力矩/股四头肌向心收缩峰值力矩[14]；功能H/Q 比率=腘绳肌的离心收缩峰值力矩/股四头肌向心收缩峰值力矩[15]。最终得出优势侧低速传统H/Q比率、优势侧低速功能H/Q比率、优势侧高速传统H/Q比率、优势侧高速功能H/Q比率、非优势侧低速传统H/Q 比率、非优势侧低速功能H/Q比率、非优势侧高速传统H/Q比率、非优势侧高速功能H/Q比率，并将各计算结果纳入统计分析。

1.4 变向能力测试

采用Smart Speed 电子计时系统（Fusion Sport，Brisbane，Queensland，Australia）进行测试。采用Michele 等人的T 型测试方法[16]（intraclass correlation coefficient=0.857）进行测试（图1）。每个受试者进行三次测试，取成绩最好的一次作为该项测试成绩。两次测试之间，恢复时间不少于5分钟。T 型测试成绩=测试用时-出发用时。

1.5 数据分析

采用SPSS20.0（Statistical package for social science，Chicago，IL，USA）软件进行统计分析和计算。采用Kolmogorov-Smirnov 测试来检验数据的正态性。各H/Q比率和T型测试的相关性采用Pearson简单线性模型进行分析。本研究以存在相关的变量为自变量，以T 型测试成绩为因变量，进行标准多元回归（Enter法），从而检验与T型测试相关的各个变量对变向能力的预测作用。各项指标均以（±s）表示，以P＜0.05为显著性差异。本研究采用科恩对相关性r的效果量评价，具体指标为：0.1 是一个小的效果量；0.3 是一个中等效果量；0.5是一个大效果量[17]。

2 研究结果

2.1 T型测试和各比率描述性统计及正态性分析

T 型测试和各比率的描述性统计结果见表2。研究结果显示，T 型测试和各比率的K-S 检验结果均不显著。因此，所有数据符合正态分布，适用于pearson相关性检验和标准多元回归检验。

表2 T型测试和各比率的描述性统计及K-S 检验结果（n=47）

2.2 力量比率与T型测试成绩的相关性分析

各力量比率与T型测试成绩相关性分析结果见表3。研究结果显示，非优势侧高速传统H/Q 比率和T 型测试成绩呈现中等正相关关系（r=0.44，P＜0.01）；优势侧低速功能H/Q 比率和T 型测试成绩呈现中等负相关关系（r=-0.358，P＜0.05）。

图1 T型测试示意图

表3 各力量比率与T型测试成绩的相关性分析（n=47）

2.3 力量比率与变向能力的多元回归分析

由表4可见，非优势侧高速传统H/Q比率对T型测试成绩有正向预测作用，运动员非优势侧高速传统H/Q 比率越低，变向能力越强；优势侧低速功能H/Q 比率对T 型测试成绩有负向预测作用，运动员优势侧低速功能H/Q比率越高，变向能力越强；非优势侧高速传统H/Q比率对变向能力的贡献更大一些。

表4 力量比率与变向能力的多元回归分析（Enter法）

3 分析与讨论

本研究发现，优势侧低速功能H/Q比率与完成T型测试所需时间呈中等程度的负相关，即优势侧低速功能H/Q比率越大，变向速度越快；优势侧腘绳肌的低速离心力量相对较强、股四头肌低速向心力量相对较弱的运动员变向速度更快。腘绳肌低速离心力量在变向过程中起到了重要的作用。有研究表明，腘绳肌离心力量与变向速度有相关性[2]，变向前的减速能力是影响变向能力的因素之一[18]。在减速过程中腘绳肌低速离心力量发挥了制动的作用，是影响减速效果的重要因素[19]。本研究认为，在变向过程中成绩较好的运动员可能是通过提高优势侧低速功能H/Q 比率，更好地发挥优势侧下肢在变向中的减速作用，使人体更好地满足变向对速度的要求，才获得了较好的变向成绩，但需要进一步验证。在实际训练过程中，教练员往往不愿意降低股四头肌的绝对力量，因此强化优势侧腘绳肌低速离心力量就成了提高优势侧低速功能H/Q比率较为可行的措施。

此外，提高腘绳肌离心力量还在一定程度上能预防膝关节损伤。Havens 等[20]研究发现，在变向减速过程中，下肢各环节并不是均匀分担负荷，而是依赖于膝关节承受负荷。由于膝关节整体负荷的提高，运动员ACL 受伤的风险也随之增加[21]。在变向过程中膝关节股四头肌的激活水平也会明显上升[2，5，22]，增加腘绳肌离心力量可以帮助运动员表现出更大的刹车力和冲量[23]。运动员通过腘绳肌离心做功限制胫骨向前平移，从而起到保护ACL的作用[24]。也有研究表明，功能H/Q比率越大，损伤的概率也越低[25]。矫玮等[26]发现离心力量不足是制约运动员竞技能力的薄弱环节，同时也是导致损伤发生的危险因素。因此，通过提高优势侧下肢腘绳肌低速离心力量，优化优势侧低速功能H/Q 比率，既能在一定程度上预防优势侧下肢损伤，又有助于提高变向能力，是一种较好的训练策略。

非优势侧高速传统H/Q 比率与完成T 型测试所需时间呈中等程度正相关。非优势侧高速传统H/Q比率越小，变向速度越快。非优势侧股四头肌高速向心力量相对较强、腘绳肌高速向心力量相对较弱的运动员变向速度更快。股四头肌高速向心力量在变向过程中起到了重要作用。有研究表明，中枢神经系统通过调节肌肉的激活水平来保护下肢关节并提高运动水平。其中后激活阶段是以股四头肌为主导进行的[27]。运动员的非优势侧下肢股四头肌高速收缩做功时，会使下肢更快地过渡到下一个步态周期，同时也会获得目标方向上更大的冲量，从而使身体在目标方向上更好地加速。本研究认为，在变向过程中成绩较好的运动员可能是通过降低非优势侧高速传统H/Q 比率，更好地发挥非优势侧下肢在变向中的启动作用，才获得了较好的变向成绩，但也仍需要进一步验证。本研究在对比标准化系数后发现，非优势侧高速传统H/Q 比率对变向能力的贡献更大一些。因此，提高非优势侧股四头肌高速向心力量，从而降低非优势侧高速传统H/Q比率，可能对提高变向能力更加重要。

但是单纯提高股四头肌高速向心力量也会造成一定的问题。刘卉等[28]发现男性运动员在变向过程中表现出伸膝力矩较大是ACL损伤的危险因素。在变向过程中，巨大的股四头肌峰值力矩会产生使胫骨向前的剪切力[29]，而这种剪切力是导致ACL 损伤的重要原因之一[30]。在运动过程中，为了避免受伤，身体会动用更多的腘绳肌离心力量来平衡这种负荷[19]。并且有研究表明，当运动员一侧下肢腘绳肌肌力显著弱于另一侧时，会使弱侧股四头肌的工作能力受限，从而导致运动表现下降[31]。因此，通过强化非优势侧股四头肌高速向心力量，从而降低非优势侧高速传统H/Q比率，可能是提升青少年足球运动员变向能力的关键策略。在训练中不仅要提高非优势侧股四头肌的向心力量，同时也应注意提高非优势侧腘绳肌的离心力量。这样既可以使股四头肌充分发挥应有的加速作用提高运动表现，还能预防膝关节损伤的发生。

通过上述分析不难发现，优势侧和非优势侧在变向过程中的作用不同。回归分析结果显示，非优势侧高速传统H/Q 比率和优势侧低速功能H/Q 比率对T 型测试的成绩均有预测作用。这更进一步说明，两侧下肢在变向中均发挥了重要作用。运动员通过优势侧进行制动，非优势侧进行加速启动，从而获得更好的变向成绩。在变向过程中既需要双侧下肢相互配合，也需要单侧下肢的主动肌和拮抗肌的相辅相成。既要考虑非优势侧股四头肌的高速向心力量的提高，也需要考虑匹配与之相适应的腘绳肌高速离心收缩能力，这充分说明了下肢力量与变向能力之间关系的复杂性。因此，不同下肢在不同角速度下的H/Q 比率作为反映股四头肌和腘绳肌肌肉力量最有效的功能性组合，能更好地反映下肢力量与变向能力之间的关系，需要引起教练员的重视。

身体素质对于运动员来说是一个重要的调节剂。Lockie等[32]研究表明，肌肉力量较好的运动员可以在不同变向时，通过肌肉发力控制身体从而产生较好的机械性调整。强壮的运动员能采用更为合理的变向机制[33]，并且承受更大的膝关节负荷[6，24，34]，从而产生更好的运动表现[19]。徐金成等[35]采用8 周FIFA 11+练习显著改善了青少年校园足球运动员非优势侧膝关节腘绳肌的肌力。综合上述研究结果可见，有针对性地加强非优势侧股四头肌高速向心力量、腘绳肌高速离心力量和优势侧腘绳肌的低速离心力量是可行的，且可能是提高运动成绩和预防膝关节损伤的重要途经。

4 结论

优势侧低速功能H/Q 比率越大，非优势侧高速传统H/Q 比率越小的U17 男子足球运动员，变向速度越快；优势侧低速功能H/Q比率和非优势侧高速传统H/Q比率均对U17 男子足球运动员的变向能力有预测作用，且非优势侧高速传统H/Q 比率对变向能力影响更大。