優秀女子體操運動員肩關節屈伸肌群的肌力特征研究

徐文泉，榮 麗

(1.北京航空航天大學 體育部，北京 100191;2.國際關系學院 體育教研室，北京 100091)

優秀女子體操運動員肩關節屈伸肌群的肌力特征研究

徐文泉1，榮 麗2

(1.北京航空航天大學 體育部，北京 100191;2.國際關系學院 體育教研室，北京 100091)

為研究體操運動員肩關節肌肉力量，采用美國研制的CyBex-6000型測力儀，對我國17名女子體操運動員右肩關節進行屈伸肌群的等動向心收縮測試(60°/s、240°/s)。受試者包括國際健將級4名、國家健將級6名和國家一級7名。比較受試者的肌力水平表明，運動水平高的運動員肩關節肌肉力量較高。本研究獲得了不同等級的運動員肩關節屈伸肌群的基礎數據，為體操運動員的力量訓練及康復醫療提供理論依據。

肩關節;屈伸肌群;峰力矩;總功;平均功率

肩關節作為人體主要大關節之一，在體操項目中起到十分重要的作用，尤其女子高低杠項目對肩關節屈伸肌群提出更高要求，從七十年代的馬燕紅、八十年代的陸莉到九十年代的莫慧蘭以及當今奧運冠軍何可欣，她們分別以創新動作相繼奪得世界高低杠冠軍，為我國競技體操事業立下赫赫戰績，可見創新促進了體操技術的不斷發展，為了競技體操運動出現更加高難的動作，針對我國三個不同運動等級十七名女子體操運動員在60°/s和240°/s速度下的右肩關節屈伸肌群進行測試，研究她們等動向心收縮下肩關節屈伸肌群的工作特征，以獲得相對較完整的肩關節屈伸肌力的基礎數據，并進行對比，使教練員、運動員充分了解肩關節屈伸肌群肌力特征，為今后改進訓練方法與手段提供科學的訓練依據，為運動損傷的預防和康復提供生物力學的依據。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

選取17名女子體操運動員，其中國際健將級4名、國家健將級6名和國家一級7名。

1.2 測試儀器

采用美國研制的CyBex-6000型測力系統，它是由等速測力儀、測試條凳、數據處理計算機、打印機等組成，該系統事先設定0～500°/s等動向心測試速度，等速動力儀將測得原始數據輸入計算機并且進行處理分析，然后打印出結果，測力系統誤差小于±1%。

1.3 測試步驟

測試前對儀器進行常規標定，測試中對受試者的體位、固定方式、關節對位等嚴格按照等動測力系統的測試標準執行，速度控制為60°/s和240°/s，測試后及時收集數據。

1.4 數理統計法

運用SPSS forWindows處理，主要統計指標包括平均值、標準差、T檢驗。

2 研究結果與討論

2.1 峰力矩、相對峰力矩在肩關節屈伸肌群等動向心收縮時的特征分析

在女子體操高低杠項目中，肩關節屈伸肌群起至關重要的作用，它的特點是利用髖關節屈伸和腿部不同方向的制動，致使上肢按照動作的需要進行急振動作，并配合兩臂的拉、壓、推引、帶等動作，使重心靠近或遠離器械軸，身體在高低兩杠之間上下翻飛完成技術動作，而完成這些推、撐、拉壓、屈伸及支撐轉體動作皆與肩關節的前屈和后伸有著密切關系，相關人體各關節(肩、膝、髖和肘)屈伸肌力的研究報道均指出肌肉等動向心收縮力矩值隨角速度的增加而減少，由此看出女子體操運動員肩關節屈伸肌群也遵循此規律，它是符合經典的Hill方程，從Hill方程(F+a)(V+b)=b(f0+a)〔F為肌肉收縮時的張力，V為分類的收縮速度，f0為攣縮的最大張力，a、b為參數〕可知，肌肉收縮速度與所產生的肌張力值成反比。從圖1、圖2清晰看到，女子體操運動員肩關節屈伸肌群等動向心收縮峰力矩，在速度圖1肩關節屈肌等動向心收縮不同速度下的峰力矩圖2肩關節伸肌等動向心收縮不同速度下的峰力矩為60°/s和240°/s時隨運動員運動等級的提高等動向心收縮峰力矩逐漸加大，而從60°/s速度變到240°/s時相同運動等級的運動員等動向心收縮峰力矩反而降低，測試的女子體操運動員無論慢速60°/s還是快速240°/s，她們隨運動等級的升高屈肌群、伸肌群逐漸增大，增大的比率也近似，國家健將級與一級運動員相比屈肌增大了9%、14.9%，伸肌增大了10.2%、14.7%，國際健將級與國家健將級運動員相比屈肌增大了25.6%、29.2%，伸肌增大了10.4%、9.6%，其檢驗結果一級與國際健將級在快速時達到非常顯著性差異(P＜0.001)，在慢速時達到顯著性差異(P＜0.01)，究其原因在于:國際健將級運動員都是參加奧運會和世界杯賽的選手，屬于世界頂級優秀選手，她們從事訓練時間長，因此綜合運動技能水平很高;從專項力量特點看，體操項目除了一些靜止用力動作外，大部分表現為快速爆發式用力特點，如高低杠各種擺動、屈伸、騰越動作，最后當肩與杠相互作用時，肌肉收縮要快速有力，這是肌肉做功的主要階段;從運動解剖學角度來說，肌肉力量的大小與參加工作的肌纖維數量有關，隨著訓練水平的提高而變化，訓練水平低的只有60%肌纖維參加，而訓練良好的肌肉參與活動的肌纖維多達90%，從對比結果來看，一級運動員肩關節屈伸肌群最大力量相對較差，這樣會直接影響快速力量的效果，故此她們應有意識地加強該部分最大力量的練習，以達到更高競技比賽的要求和自身發展。

圖1 肩關節屈肌等動向心收縮不同速度下的峰力矩

圖2 肩關節伸肌等動向心收縮不同速度下的峰力矩

任何體操動作的完成和各種姿勢的保持都有賴于運動員克服自己局部或全身的體重，女子高低杠主要是在肩帶、腰背和髖部等肌群的協調配合下，充分利用擺動、回環的慣性力以及器械的反彈作用完成各種形式的動作，因此，它對運動員肩關節的相對力量提出了較高的要求。從女子體操運動員的肩關節屈伸肌等動向心收縮相對峰力矩數據看到，無論速度為60°/s，還是240°/s(圖3)，國家健將級運動員屈肌相對峰力矩最小，一級與國際健將級運動員慢速時屈肌相對峰力矩相差不大，而快速時國際健將級遠遠大于一級和國家健將級，達到顯著性差異(P＜0.05)，可能由兩個原因所致:第一、從運動生理學角度看，女子體操運動員隨著年齡的增大，達到青春發育期，身高體重都有很大變化，如這個時期不注意控制體重，運動能力將會下降，在力量增加不大的情況下，相對力量必然會減小;第二、從訓練學方面講，教練們很注重運動員的力量訓練，她們已獲得較好的訓練效果，屈肌相對力量已達到世界級水平，這樣訓練重點就可側重于技術方面，出現快速時等動向心收縮屈肌相對峰力矩國際健將級遠遠大于一級和國家健將級運動員就不足為奇。而在速度60°/s和240°/s(圖4)時伸肌相對峰力矩隨運動員運動等級的提高而逐漸減小，原因可能與專項技術特點有關，在體操技術動作中，屈的動作所占比例圖3肩關節屈肌等動向心收縮不同角速度下相對峰力矩圖4肩關節伸肌等動向心收縮不同角速度下相對峰力矩大于伸的動作，根據力量訓練的共同作用原則，力量練習的方向必須與技術動作一致，因此，出現隨運動員運動等級升高伸肌等動向心收縮相對峰力矩逐漸縮小的現象。

圖3 肩關節屈肌等動向心收縮不同角速度下相對峰力矩

圖4 肩關節伸肌等動向心收縮不同角速度下相對峰力矩

2.2 總功、相對總功在肩關節屈伸肌等動向心收縮時的特征分析

在體操運動項目中對功的研究不可缺少，因為功是衡量力作用效果的標志，要想完成復雜多變的體操運動動作就離不開肌肉的做功，如大回環動作的能量變化:機械能的增量=A外力+A肌－A摩擦，由公式可表明肌肉不收縮做功就無法完成大回環的動作，可見肌肉做功對體操運動動作的影響。從測試數據表3、表4來看，不同運動等級的女子體操運動員肩屈伸肌等動向心收縮總功、相對總功隨測試速度從60°/s增大到240°/s而減少。這與過去研究成果一致，因為肩屈伸肌力矩雖然隨測試速度的增大而減小，但是肩活動的范圍是不變的，根據轉動物體做功的公式:(其中為從0到φ轉角的積分值，A為功，M為力矩，φ為轉角)，由于轉角是一定的，所以，功隨著肌力M的減少而減少;縱向而看，在慢速時女子體操運動員隨運動等級的升高，屈肌總功和相對總功都逐漸增大，顯著性差異越來越明顯，而伸肌則出現先增大后減小的現象;在快速時女子體操運動員隨運動等級的升高，屈肌總功和相對總功也逐漸增大，但差異性有所不同，一級運動員較之國際健將級運動員屈肌快速發力效果明顯較差，國家健將級次之，而女子體操運動員伸肌總功隨著運動級別的升高而增大，相對總功則出現逐漸減小的趨勢。從比較結果得出，一級和國家健將級運動員應加強肩關節快速屈伸肌力量的練習，以提高發力效果，由于競技體操持續時間范圍在5秒(跳馬)至90秒(平衡木)之間，其主要能量系統是高能磷化物(ATP-CP)和糖酵解供能系統，均為無氧供能，從而確定了體操運動員的力量訓練一般都是強度大、持續時間短的練習，因此，體操運動員在以后的訓練中要加強快速時間的肩關節肌肉發力的練習，這樣既可以避免在激烈的競技過程中運動員受傷現象的產生，又可以保證在高速中運動員保持平衡狀態及為高質量完成高難技術動作奠定力量基礎。

表1 肩關節屈伸肌等動向心收縮總功(單位:J)

表2 肩關節屈伸肌等動向心收縮相對總功(單位:J/Kg)

2.3 平均功率、相對平均功率在肩關節屈伸肌群等動向心收縮時的特征分析

現代科學認為人體肌肉可由收縮單元、串聯彈性單元和并聯彈性單元對其力學效應進行描述。肌肉收縮時肌微絲之間的橫橋產生拉力，并聯彈性單元在肌肉受牽拉時長度超過平衡長度后產生彈力，這種彈性利用能力是我們常說的爆發力，也就是生物力學上的功率。美國福克斯的研究材料表明，競技體操各項目的供能，90%由無氧系統供能，有氧供能只占10%，由此可以看出體操運動神經肌肉的工作特點大多數是快速的、爆發性的，無論是跳馬、自由體操、平衡木還是高低杠都需要爆發力，它對一個優秀的體操運動員來說是必不可少的，而高低杠項目中肩關節的爆發力就顯得十分重要。從表5、表6看出，不同運動等級女子體操運動員肩關節屈伸肌等動向心收縮平均功率、相對平均功率隨速度的變化而改變，速度加快對應值增大。因為測試角速度的增大，肩屈伸肌力矩值減少。相應地做功減少，同時，完成動作全過程所用的時間縮短(在速度240°/s完成一次動作所需的時間僅為相應60°/s的四分之一)，時間的縮短幅度大于做功減少的幅度，從而肩屈伸肌的平均功率、相對平均功率出現隨速度增快而增大。縱向比較，在慢速時體操運動員隨運動等級的提高，屈伸肌爆發力增大，國際健將級和國家健將級運動員有顯著性差異(P＜0.01)，國家健將級與一級運動員屈肌無顯著性差異，國際健將級與一級運動員有非常顯著性差異(P＜0.001)。這與訓練水平相吻合，在同等的負荷下，運動員的運動等級越高，開始工作時身體機能啟動的越快，肌肉的興奮性和靈活性較高，從而動員更多的肌纖維共同參與收縮。因此肌肉力量水平也越高，而伸肌則出現國際健將級和國家健將級運動員無顯著性差異，國家健將級與一級運動員有顯著性差異的結果。由此看出，國家健將級與一級運動員屈伸肌發展不平衡，在快速時隨運動等級的提高屈伸肌爆發力增大，國際健將級與一級運動員屈伸肌爆發力有差異(P＜0.05)。因此，一級運動員應加強慢速和快速下的爆發力練習;在慢速時出現國家健將級運動員比一級運動員屈肌相對平均功率還低的現象，說明國家健將級運動員應注意控制體重，否則難以保持良好的競技狀態，而在快速時屈肌相對平均功率值隨運動員水平的提高而增大，伸肌相對平均功率值則隨運動員水平的提高而減小，這與女子體操專項技術特點及運動訓練水平相符合。

表3 肩關節屈伸肌等動向心收縮平均功率(單位:W)

表4 肩關節屈伸肌等動向心收縮相對平均功率(單位:W/kg)

3 結論

1)女子國際健將、國家健將和一級體操運動員肩關節屈伸肌群等動向心收縮峰力矩，隨測試速度由60°/s變到240°/s，測試速度加快峰力矩減少，運動員隨運動等級的升高而屈伸肌逐漸增大。

2)測試的不同等級女子體操運動員肩關節屈伸肌等動向心收縮相對最大力矩，隨測試速度增大而減小，從國家一級、國家健將到國際健將，隨運動等級的升高，運動員伸肌相對力量卻逐漸縮小。

3)不同等級女子體操運動員肩關節屈伸肌等動向心收縮的平均功率、相對平均功率隨速度的改變而變化，速度加快對應的值增大，240°/s時相對平均功率值隨運動員等級的提高而屈肌增大、伸肌減小。

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Muscular Strength Characteristics in Shoulder Flexor and Extensor of Elite Female Gymnasts

XU Wenquan1，RONG Li2
(1.P.E.Sect.，Beijing University of Aeronautics and Astronautics，Beijing 100191，China;2.P.E.Department，University of International Relations，Beijing 100091，China)

In order to investigate shoulder muscular strength of gymnasts，17 elite female gymnasts，including 4 international master，6 national master，and 7 the national level gymnasts，were recruited in this study.Using dynamometer-CYBEX-6000(Cybex International Inc，USA)，muscular strengths of the right shoulder flexors and extensors during isokinetic concentric contractions were measured and compared among gymnasts with different levels.The shoulder joint was flexed at velocities of 60°/s and 240°/s.The results indicate that the gymnasts in the class of higher level have stronger shoulder muscular strength.This study provides basic data of shoulder flexors and extensors of gymnasts in different levels，and also provides theoretical references for training and rehabilitations in gymnastics.

shoulder joint;flexor and extensor;peak torque;total work;average power

G804.21

A

1004－0560(2012)02－0082－04

2012-01-15;

2012-02-13

徐文泉(1969－)，男，副教授，碩士，主要研究方向為運動訓練學。

責任編輯:喬艷春

?體育人文社會學