男子足球运动员腰腹屈伸肌群生物力学特征

李兴惠，满喜，郑松玲，汤鑫钰

前言

目前，采用等速肌力测试方法评定各类运动员的肌肉力量越来越受到重视，大多数研究集中于测试运动员四肢的肌肉力量，但对于运动员腰腹屈伸肌群生物力学特征的研究较少。腰腹位于人体的中间环节，其属于身体核心力量区的一部分，具有稳定身体重心和传递能量的作用。腰腹屈伸肌群对运动中展示运动技能以及保持身体平衡起着非常重要的作用。对于足球而言，足球运动员的各项技术动作与其腰腹力量强弱有着直接的关系。较强的腰腹力量可在运动中保持身体处于平衡状态、更有效地传递力量[1]、提高运动员在实战中运用技术的能力，以及降低运动损伤的发生率。因此，对于足球运动员，如何科学地提高腰腹力量是至关重要的，而研究腰腹力学特征是训练的基础。因此，本文以内蒙古师范大学运动训练专业的20名男子足球运动员为研究对象，运用瑞士生产的Con-trex多关节等速肌力测试与训练系统，对专项男子足球运动员的腰腹屈伸肌群进行肌力测试，分析专项男子足球运动员腰腹屈伸肌群的生物力学特征。为男子足球运动员的肌力评价、力量训练以及预防运动损伤提供理论性依据。

1 研究对象与方法

1.1 测试对象

选取内蒙古师范大学运动训练专业的20名男子足球二级运动员，平均年龄19.65±0.67，平均训练年限5.5±0.95，所有受试者均无腰痛、腰伤、骨折、严重骨质疏松、关节活动度受限等等速肌力测试的禁忌症状。

1.2 测试方法

用瑞士生产的Con-trex多关节等速肌力测试与训练系统，对20名受试者的腰腹等速向心屈伸运动的生物力学指标进行测试，测试角速度和重复实验次数的设置依次45°/s屈伸5次及90°/s屈伸10次，次实验间隔为60s。在实验开始前，由实验员组织受试者进行大约10分钟的热身活动。具体测试指标包括峰值力矩（PT）、相对峰值力矩（PT/BW）、峰力矩屈/伸比（F/E）、平均功率（AP）、总功（TW）、到达峰力矩的平均时间（TPT）和到达峰值力矩的平均角度（APT）。

1.3 数据处理

所有数据用Excel 2016和SPSS 25进行统计分析，显著性水平P＜0.05，非常显著性水平P＜0.01。

2 结果分析

2.1 腰腹屈伸肌群峰值力矩、相对峰力矩、峰值屈伸肌力比值

峰值力矩（PT）：是指力矩曲线上最高点相对应的力矩值，即在整个关节活动中肌肉收缩所输出的最大力矩，反应机体肌群的肌力大小。目前，在等速肌力测试中，峰值力矩指标被认为是黄金指标和参考值，其特点为：具有较高的准确性和较好的可重复性[2]。相对峰值力矩（PT/BW）：即峰力矩体重比，指单位体重的峰力矩，可进行不同体重个体与人群之间的肌力的比较。有研究表明，腰腹屈伸肌的峰值力矩和相对峰值力矩随着测试速度的增加而逐渐减小[3]。有表1可知，腰腹屈伸肌的峰值力矩和相对峰值力矩随着测试速度的增加而逐渐增加，但各角度之间并没有统计学差异，这可能与本实验所采用的测试角度有关。成鹏[4]等认为，在一定测试速度范围内，测试速度与力矩指标成反比，但超过一定范围，这种关系变得不明确。实验结果论证了成鹏等的观点。本实验结果显示，在同一测试角速度，腰腹伸肌的峰值力矩和相对峰值力矩均比屈肌高，且差异有显著意义（P＜0.05），这与已有的研究结果一致[5]。研究结果说明，内蒙古师范大学男子足球运动员腰腹伸肌群肌力高于屈肌群肌力。

峰力矩屈/伸比（F/E）：是躯干主动肌与拮抗肌两组肌群峰值力矩的比值，腰椎的稳定取决于腰腹屈伸肌力的大小以及比值的稳定，所以，F/E是判断肌力平衡和腰椎生物力学性的重要指标[6]。如果躯干肌力失衡，将导致腰椎生理曲线变直以及增加腰痛的风险[7]。在一定的速度测试范围内，F/E随着角速度的增加而增加[8]。由表1可知，F/E随着角速度的增加而呈减小趋势，但各角度之间没有显著差异，与成鹏等[4]的实验结果一致。这可能与本实验所采用的测试角度有关[9]。等速向心运动时，F/E值的正常范围为0.79～0.85[7]超过在这个范围，以诱发下腰痛。本研究的F/E值在45°/s与90°/s的运动速度其结果分别为92.30±85.29和86.27±40.55，超过F/E的正常范围。说明内蒙古师范大学男子足球运动员腰腹肌肉群的肌力失衡，在运动中腰腹屈伸肌的协同能力较低，存在受伤和下腰痛的风险，在日后的训练中，应加强腰腹肌力的训练。

表1 腰腹屈伸肌群峰值力矩、相对峰力矩、峰值屈伸肌力比值

2.2 腰腹屈伸肌群平均功率、相对平均功率、总功

平均功率（AP）：是指在单位时间内肌肉做功的大小，是等速肌力测试中的效率指标，该指标在一定程度上反应肌肉快速做功的能力，且在等速肌力测试中“平均功率与运动速度有关”，随着运动速度的增加，平均功率值呈增大的趋势，表明运动速度越快，肌肉做功效率越高。由表2可知，研究结果显示，受试者腰腹屈伸肌的平均功率和相对平均功率随着角速度的增加而增加，说明腰腹屈伸肌的做功效率随着运动速度的增加而提高。在同一测试角速度，腰腹伸肌的平均功率和相对平均功率皆高于屈肌群，但均无显著性差异（P＞0.05）。

表2 腰腹屈伸肌群平均功率、相对平均功率、总功

总功（TW）：是力矩曲线下的面积，是躯干反复收缩做功量的总和，反映肌肉将化学能转化为机械力的能力。在等速肌力测试中，总功随角速度变化的趋势与峰值力矩是一致的[9]。在本实验中，总功与峰值力矩的变化趋势是一致的。在以往的实验中，总功随着测试速度的增加而相应减少[10]。本实验结果显示，腰腹屈伸肌群总功随着角速度的增加呈现出增加的趋势，且腰腹伸肌群在45°/s与90°/s的总功，具有非常显著性差异（P＜0.01），可能与本实验所采用的测试角度有关。说明受试者腰腹伸屈肌群在运动速度在45～90°/s的范围内，随着运动速度的增快，肌肉将化学能转化为机械能的能力提高。在一定测试速度范围内，肌肉做功与运动速度成反比，但当肌肉运动速度超过一定范围，这种关系变得不明确。在同一测试角速度，腰腹伸肌群的TW值皆高于屈肌群，但均无显著性差异（P＞0.05）。

2.3 腰腹屈伸肌群到达峰力矩的平均时间、到达峰值力矩的平均角度

到达峰力矩的平均时间（TPT）：是指从开始收缩到产生最大力矩所需时间，是反映肌肉快速产生力矩的能力。时间越短，说明爆发力越好[12]。由表3可知，本实验结果显示，腰腹屈伸肌群的到达峰力矩的平均时间随着角速度的增加而逐渐减少，这与已有的实验结果相同[13]，且腰腹伸肌群45°/s与90°/s的到达峰力矩的平均时间，且具有非常显著性差异（P＜0.01）。说明受试者运动速度越快时，其腰腹肌肉的爆发力越好，且背伸肌更明显。在同一测试角速度，实验结果显示，在45°/s与90°/s的到达峰力矩的平均时间，受试者腰腹伸肌群均小于屈肌群，且具有非常显著性差异（P＜0.01）。表明在运动中，受试者腰腹伸肌群的爆发力优于屈肌群，且差异非常显著。提示受试者腰腹伸肌群与屈肌群的爆发力能力存在不平衡现象，在今后训练中，应注意受试者腰腹屈肌群爆发力能力的加强，避免在运动中躯干受伤。

到达峰值力矩的平均角度（APT）：在整个运动范围内，肌肉产生最大力矩时的角度。峰值力矩角度的变化也反映肌肉在以不同速度收缩时，产生最大肌力时的肌肉最适长度的变化[9]。本实验结果为，在同一角度速度测试时，在45°/s的测试速度，腰腹伸屈肌到达峰值力矩的平均角度分别为：-9.45°和-18.09°，且P小于0.01；在90°/s的测试速度，腰腹伸屈肌到达峰值力矩的平均角度分别为：-11.7°和-18.63°，且P小于0.01；结果说明，在45°/s与90°/s的测试速度，腰腹屈伸肌的到达峰值力矩的平均角度值不具有规律性，分布离散。王翠霞等[9]表明，屈伸肌同时产生最大力矩的角度越离散，突然受到较大的外力时，屈伸肌能更好维持脊柱的稳定性，以避免躯干受伤；相反，屈伸肌同时产生最大力矩的角度越接近，突然受到较大的外力时，容易引起肌纤维损伤，导致脊柱的稳定性下降。研究表明，受试者躯干在做等速向心动作时，角速度为45～90°/s时，屈、伸肌在躯干屈曲位9.45～18.63的范围内同时达到最大峰值力矩，且脊柱稳定性较好，可避免运动损伤的发生。

表3 腰腹屈伸肌群到达峰力矩的平均时间、到达峰值力矩的平均角度

3 结论

1.腰腹屈伸肌群峰值力矩和相对峰力矩随着角速度的增加均呈提高趋势。在同一测试角速度，腰腹伸肌的峰值力矩和相对峰力矩均比屈肌高，说明运动员腰腹伸肌群肌力高于屈肌群肌力。

2.腰腹屈伸肌峰力矩比值随着角速度的增加而呈减小趋势。腰腹屈伸肌峰力矩比值超过F/E的正常范围，说明运动员腰腹肌肉力量失衡。

3.腰腹屈伸肌的平均功率、相对平均功率和总功随着角速度的增加而增加。在不同角速度下，腰腹屈伸肌的总功存在非常显著性差异，说明运动员腰腹伸屈肌群在运动速度在45～90°/s的范围内，随着运动速度的增快，肌肉将化学能转化为机械能的能力提高。

4.腰腹屈伸肌群的到达峰力矩的平均时间随着角速度的增加而逐渐减少，在不同角速度下，腰腹伸肌到达峰力矩的平均时间具有非常显著性差异。说明当其运动速度越快时，运动员腰腹肌肉的爆发力越好，且背伸肌更明显。

5.在45°/s与90°/s的测试速度，腰腹屈伸肌的到达峰值力矩的平均角度值不具有规律性，分布离散。