負重蹲起的動力學分析

中圖分類號：G804 文獻標識：A 文章編號：1009-9328（2012）12-000-01

摘 要 本文選取2名年齡25歲的北京體育大學重競技專業男生作為受試者。使用motion動作捕捉系統采集負重蹲起過程中的運動學數據，以及使用測力臺分析了了動作過程中的動力學數據。嘗試對受試者負重蹲起過程中的髖膝踝關節力矩進行分析。

關鍵詞 負重蹲起 人體運動動力學 動力學分析

一、研究對象

受試者為2名年齡25歲的北京體育大學重競技專業男生。選擇實驗對象的標準包括：（1）進行健身訓練多年，精通健美訓練規范，所做出的健美動作尤其是負重蹲起動作標準；（2）參加本研究測試之前半年內下肢無損傷史；（3）在實驗前一月內始終保持鍛煉，在進行實驗時擁有良好的運動狀態。

二、測試儀器

Smith架。Smith架是一種非常有用的健身器械，它的杠鈴滑動軌跡受到限制，訓練者可以放心大膽地使用大重量，而不必擔心平衡問題。并且可以阻止人體向后傾倒，所以訓練者可以將下肢前移，減小膝關節的壓力。

應用美國的Motion-analysis紅外光點高速運動捕捉測試系統，采集運動過程中下肢環節的運動學參數，根據本研究速度的要求，儀器采集頻率設置為200Hz。

應用瑞士公司開發的Kistler測力臺采集運動過程中的動力學參數。采集參數包括三個維度上的力值，采集頻率設置為1000Hz。

運動學數據、動力學數據同步采集。

三、研究結果

通過圖1可以看出，髖關節力矩在運動過程中，始終是負值，說明是伸展力矩，而膝關節力矩在開始階段是屈曲力矩，而后變為伸展力矩，這與前人所得到的結論相同。不過在下蹲開始至0.215s，髖關節伸展力矩不是處于增大趨勢，反而是變小。而膝關節力矩在開始至0.235s，是屈曲力矩，不是伸展力矩。

四、討論與分析

（一）蹲起過程中髖關節力矩

人體在直立姿勢時，承受著杠鈴的壓力，此時，人體下肢三大關節周圍肌肉只需要維持關節正直，避免其彎曲就可。在人體由豎直逐漸下蹲的過程中，杠鈴對髖關節的作用力矩會使其屈曲。因此，為了避免快速屈曲，髖關節首先要產生伸展力矩。同時，杠鈴由靜止至運動是一個加速過程，因而伸展力矩會有一個降低的過程，以保持杠鈴加速至較高速度。

當杠鈴下降到一定高度，髖關節角度也會同時增大，這樣，杠鈴對髖關節的作用力矩會由于力臂增大而增大，此時杠鈴的速度變化不大，可以視為勻速運動，為了抵抗杠鈴的作用力矩，髖關節的主動力矩也會同時增大，直至2s，此時伸展力矩為207.78N*m。

髖關節是在1.935s處開始伸展，因此髖關節的最大力矩出現在伸展階段啟動時，此時，杠鈴作用力矩最大，且杠鈴要由靜止轉變為運動，為加速階段，因而髖關節主動力矩最大。同理，髖關節在伸展階段，杠鈴對軀干的阻力矩會由于力臂變小而逐漸變小，而與此對應的關節力矩也會慢慢變小。

（二）蹲起過程中膝關節力矩

從膝關節肌力矩變化曲線上可看出，膝關節在著地階段首先產生的是屈膝力矩而不是伸力矩，這是由于為了使杠鈴下移，必須要屈膝，此時身體直立，杠鈴對膝關節作用力矩為0，因此屈膝力矩必定為主動力矩，也就是膝關節產生的屈膝力矩。

隨著關節屈曲，杠鈴及軀干對膝關節產生的作用力矩是屈力矩，為了抵抗此作用力矩，這樣膝關節肌力矩也就迅速表現為伸力矩，且會慢慢增大，增大原因也是因為杠鈴等的作用力矩因力臂增大而增大，關節力矩要與之相匹配。在整個蹲起過程中膝關節肌群表現出明顯的離心-向心兩階段收縮，即肌肉產生SSC工作方式。

值得注意的是，膝關節力矩變化曲線會出現一個平臺，并且還有一個凹陷，此凹陷恰恰發生在膝關節由屈曲轉為伸展的轉換階段，這個凹陷的最低端所對應的時刻是1.685s，此時，膝關節仍然處在屈曲階段，軀體重心依然在下降，而杠鈴重力對于膝關節的力臂卻在此時達到一個較穩定，且波動較小的水平。這是由于膝關節力臂在下肢三關節的共同作用下，使膝關節中心在X軸方向上維持在幾乎“靜止”的狀態。在這種力臂幾乎沒有變化的情況下，膝關節力矩自然也不會有太大變化。當膝關節伸展時，力臂減小，但是杠鈴要做加速運動，因此膝關節力矩再次增大，這就是出現凹陷的原因。運動員在做負重蹲起時，感到會有兩處較費力，一是在重心最低點準備伸展時，二是大腿與地面平行附近處，此凹陷的出現，與運動員的主動感受相符合。在這兩個時間段內的力矩也是較大的。

（三）蹲起過程中踝關節力矩

在軀干開始下蹲的時候，踝關節是出于趾屈的位置，然后逐漸背伸，在此過程中，因為踝關節幾乎沒有移動，杠鈴只有豎直方向的運動，杠鈴壓力對踝關節的力臂沒有變化， 所以杠鈴對踝關節的力矩基本不變，而軀干在X軸的位移變化很小，所以踝關節的屈曲力矩整體變化不大。