男子足球運(yùn)動(dòng)員腰腹屈伸肌群生物力學(xué)特征

李興惠，滿喜，鄭松玲，湯鑫鈺

前言

目前，采用等速肌力測(cè)試方法評(píng)定各類運(yùn)動(dòng)員的肌肉力量越來(lái)越受到重視，大多數(shù)研究集中于測(cè)試運(yùn)動(dòng)員四肢的肌肉力量，但對(duì)于運(yùn)動(dòng)員腰腹屈伸肌群生物力學(xué)特征的研究較少。腰腹位于人體的中間環(huán)節(jié)，其屬于身體核心力量區(qū)的一部分，具有穩(wěn)定身體重心和傳遞能量的作用。腰腹屈伸肌群對(duì)運(yùn)動(dòng)中展示運(yùn)動(dòng)技能以及保持身體平衡起著非常重要的作用。對(duì)于足球而言，足球運(yùn)動(dòng)員的各項(xiàng)技術(shù)動(dòng)作與其腰腹力量強(qiáng)弱有著直接的關(guān)系。較強(qiáng)的腰腹力量可在運(yùn)動(dòng)中保持身體處于平衡狀態(tài)、更有效地傳遞力量[1]、提高運(yùn)動(dòng)員在實(shí)戰(zhàn)中運(yùn)用技術(shù)的能力，以及降低運(yùn)動(dòng)損傷的發(fā)生率。因此，對(duì)于足球運(yùn)動(dòng)員，如何科學(xué)地提高腰腹力量是至關(guān)重要的，而研究腰腹力學(xué)特征是訓(xùn)練的基礎(chǔ)。因此，本文以內(nèi)蒙古師范大學(xué)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練專業(yè)的20名男子足球運(yùn)動(dòng)員為研究對(duì)象，運(yùn)用瑞士生產(chǎn)的Con-trex多關(guān)節(jié)等速肌力測(cè)試與訓(xùn)練系統(tǒng)，對(duì)專項(xiàng)男子足球運(yùn)動(dòng)員的腰腹屈伸肌群進(jìn)行肌力測(cè)試，分析專項(xiàng)男子足球運(yùn)動(dòng)員腰腹屈伸肌群的生物力學(xué)特征。為男子足球運(yùn)動(dòng)員的肌力評(píng)價(jià)、力量訓(xùn)練以及預(yù)防運(yùn)動(dòng)損傷提供理論性依據(jù)。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 測(cè)試對(duì)象

選取內(nèi)蒙古師范大學(xué)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練專業(yè)的20名男子足球二級(jí)運(yùn)動(dòng)員，平均年齡19.65±0.67，平均訓(xùn)練年限5.5±0.95，所有受試者均無(wú)腰痛、腰傷、骨折、嚴(yán)重骨質(zhì)疏松、關(guān)節(jié)活動(dòng)度受限等等速肌力測(cè)試的禁忌癥狀。

1.2 測(cè)試方法

用瑞士生產(chǎn)的Con-trex多關(guān)節(jié)等速肌力測(cè)試與訓(xùn)練系統(tǒng)，對(duì)20名受試者的腰腹等速向心屈伸運(yùn)動(dòng)的生物力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試角速度和重復(fù)實(shí)驗(yàn)次數(shù)的設(shè)置依次45°/s屈伸5次及90°/s屈伸10次，次實(shí)驗(yàn)間隔為60s。在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，由實(shí)驗(yàn)員組織受試者進(jìn)行大約10分鐘的熱身活動(dòng)。具體測(cè)試指標(biāo)包括峰值力矩（PT）、相對(duì)峰值力矩（PT/BW）、峰力矩屈/伸比（F/E）、平均功率（AP）、總功（TW）、到達(dá)峰力矩的平均時(shí)間（TPT）和到達(dá)峰值力矩的平均角度（APT）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)用Excel 2016和SPSS 25進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，顯著性水平P＜0.05，非常顯著性水平P＜0.01。

2 結(jié)果分析

2.1 腰腹屈伸肌群峰值力矩、相對(duì)峰力矩、峰值屈伸肌力比值

峰值力矩（PT）：是指力矩曲線上最高點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的力矩值，即在整個(gè)關(guān)節(jié)活動(dòng)中肌肉收縮所輸出的最大力矩，反應(yīng)機(jī)體肌群的肌力大小。目前，在等速肌力測(cè)試中，峰值力矩指標(biāo)被認(rèn)為是黃金指標(biāo)和參考值，其特點(diǎn)為：具有較高的準(zhǔn)確性和較好的可重復(fù)性[2]。相對(duì)峰值力矩（PT/BW）：即峰力矩體重比，指單位體重的峰力矩，可進(jìn)行不同體重個(gè)體與人群之間的肌力的比較。有研究表明，腰腹屈伸肌的峰值力矩和相對(duì)峰值力矩隨著測(cè)試速度的增加而逐漸減小[3]。有表1可知，腰腹屈伸肌的峰值力矩和相對(duì)峰值力矩隨著測(cè)試速度的增加而逐漸增加，但各角度之間并沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，這可能與本實(shí)驗(yàn)所采用的測(cè)試角度有關(guān)。成鵬[4]等認(rèn)為，在一定測(cè)試速度范圍內(nèi)，測(cè)試速度與力矩指標(biāo)成反比，但超過(guò)一定范圍，這種關(guān)系變得不明確。實(shí)驗(yàn)結(jié)果論證了成鵬等的觀點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在同一測(cè)試角速度，腰腹伸肌的峰值力矩和相對(duì)峰值力矩均比屈肌高，且差異有顯著意義（P＜0.05），這與已有的研究結(jié)果一致[5]。研究結(jié)果說(shuō)明，內(nèi)蒙古師范大學(xué)男子足球運(yùn)動(dòng)員腰腹伸肌群肌力高于屈肌群肌力。

峰力矩屈/伸比（F/E）：是軀干主動(dòng)肌與拮抗肌兩組肌群峰值力矩的比值，腰椎的穩(wěn)定取決于腰腹屈伸肌力的大小以及比值的穩(wěn)定，所以，F(xiàn)/E是判斷肌力平衡和腰椎生物力學(xué)性的重要指標(biāo)[6]。如果軀干肌力失衡，將導(dǎo)致腰椎生理曲線變直以及增加腰痛的風(fēng)險(xiǎn)[7]。在一定的速度測(cè)試范圍內(nèi)，F(xiàn)/E隨著角速度的增加而增加[8]。由表1可知，F(xiàn)/E隨著角速度的增加而呈減小趨勢(shì)，但各角度之間沒(méi)有顯著差異，與成鵬等[4]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。這可能與本實(shí)驗(yàn)所采用的測(cè)試角度有關(guān)[9]。等速向心運(yùn)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)/E值的正常范圍為0.79～0.85[7]超過(guò)在這個(gè)范圍，以誘發(fā)下腰痛。本研究的F/E值在45°/s與90°/s的運(yùn)動(dòng)速度其結(jié)果分別為92.30±85.29和86.27±40.55，超過(guò)F/E的正常范圍。說(shuō)明內(nèi)蒙古師范大學(xué)男子足球運(yùn)動(dòng)員腰腹肌肉群的肌力失衡，在運(yùn)動(dòng)中腰腹屈伸肌的協(xié)同能力較低，存在受傷和下腰痛的風(fēng)險(xiǎn)，在日后的訓(xùn)練中，應(yīng)加強(qiáng)腰腹肌力的訓(xùn)練。

表1 腰腹屈伸肌群峰值力矩、相對(duì)峰力矩、峰值屈伸肌力比值

2.2 腰腹屈伸肌群平均功率、相對(duì)平均功率、總功

平均功率（AP）：是指在單位時(shí)間內(nèi)肌肉做功的大小，是等速肌力測(cè)試中的效率指標(biāo)，該指標(biāo)在一定程度上反應(yīng)肌肉快速做功的能力，且在等速肌力測(cè)試中“平均功率與運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)”，隨著運(yùn)動(dòng)速度的增加，平均功率值呈增大的趨勢(shì)，表明運(yùn)動(dòng)速度越快，肌肉做功效率越高。由表2可知，研究結(jié)果顯示，受試者腰腹屈伸肌的平均功率和相對(duì)平均功率隨著角速度的增加而增加，說(shuō)明腰腹屈伸肌的做功效率隨著運(yùn)動(dòng)速度的增加而提高。在同一測(cè)試角速度，腰腹伸肌的平均功率和相對(duì)平均功率皆高于屈肌群，但均無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。

表2 腰腹屈伸肌群平均功率、相對(duì)平均功率、總功

總功（TW）：是力矩曲線下的面積，是軀干反復(fù)收縮做功量的總和，反映肌肉將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械力的能力。在等速肌力測(cè)試中，總功隨角速度變化的趨勢(shì)與峰值力矩是一致的[9]。在本實(shí)驗(yàn)中，總功與峰值力矩的變化趨勢(shì)是一致的。在以往的實(shí)驗(yàn)中，總功隨著測(cè)試速度的增加而相應(yīng)減少[10]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，腰腹屈伸肌群總功隨著角速度的增加呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，且腰腹伸肌群在45°/s與90°/s的總功，具有非常顯著性差異（P＜0.01），可能與本實(shí)驗(yàn)所采用的測(cè)試角度有關(guān)。說(shuō)明受試者腰腹伸屈肌群在運(yùn)動(dòng)速度在45～90°/s的范圍內(nèi)，隨著運(yùn)動(dòng)速度的增快，肌肉將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的能力提高。在一定測(cè)試速度范圍內(nèi)，肌肉做功與運(yùn)動(dòng)速度成反比，但當(dāng)肌肉運(yùn)動(dòng)速度超過(guò)一定范圍，這種關(guān)系變得不明確。在同一測(cè)試角速度，腰腹伸肌群的TW值皆高于屈肌群，但均無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。

2.3 腰腹屈伸肌群到達(dá)峰力矩的平均時(shí)間、到達(dá)峰值力矩的平均角度

到達(dá)峰力矩的平均時(shí)間（TPT）：是指從開(kāi)始收縮到產(chǎn)生最大力矩所需時(shí)間，是反映肌肉快速產(chǎn)生力矩的能力。時(shí)間越短，說(shuō)明爆發(fā)力越好[12]。由表3可知，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，腰腹屈伸肌群的到達(dá)峰力矩的平均時(shí)間隨著角速度的增加而逐漸減少，這與已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同[13]，且腰腹伸肌群45°/s與90°/s的到達(dá)峰力矩的平均時(shí)間，且具有非常顯著性差異（P＜0.01）。說(shuō)明受試者運(yùn)動(dòng)速度越快時(shí)，其腰腹肌肉的爆發(fā)力越好，且背伸肌更明顯。在同一測(cè)試角速度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在45°/s與90°/s的到達(dá)峰力矩的平均時(shí)間，受試者腰腹伸肌群均小于屈肌群，且具有非常顯著性差異（P＜0.01）。表明在運(yùn)動(dòng)中，受試者腰腹伸肌群的爆發(fā)力優(yōu)于屈肌群，且差異非常顯著。提示受試者腰腹伸肌群與屈肌群的爆發(fā)力能力存在不平衡現(xiàn)象，在今后訓(xùn)練中，應(yīng)注意受試者腰腹屈肌群爆發(fā)力能力的加強(qiáng)，避免在運(yùn)動(dòng)中軀干受傷。

到達(dá)峰值力矩的平均角度（APT）：在整個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)，肌肉產(chǎn)生最大力矩時(shí)的角度。峰值力矩角度的變化也反映肌肉在以不同速度收縮時(shí)，產(chǎn)生最大肌力時(shí)的肌肉最適長(zhǎng)度的變化[9]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果為，在同一角度速度測(cè)試時(shí)，在45°/s的測(cè)試速度，腰腹伸屈肌到達(dá)峰值力矩的平均角度分別為：-9.45°和-18.09°，且P小于0.01；在90°/s的測(cè)試速度，腰腹伸屈肌到達(dá)峰值力矩的平均角度分別為：-11.7°和-18.63°，且P小于0.01；結(jié)果說(shuō)明，在45°/s與90°/s的測(cè)試速度，腰腹屈伸肌的到達(dá)峰值力矩的平均角度值不具有規(guī)律性，分布離散。王翠霞等[9]表明，屈伸肌同時(shí)產(chǎn)生最大力矩的角度越離散，突然受到較大的外力時(shí)，屈伸肌能更好維持脊柱的穩(wěn)定性，以避免軀干受傷；相反，屈伸肌同時(shí)產(chǎn)生最大力矩的角度越接近，突然受到較大的外力時(shí)，容易引起肌纖維損傷，導(dǎo)致脊柱的穩(wěn)定性下降。研究表明，受試者軀干在做等速向心動(dòng)作時(shí)，角速度為45～90°/s時(shí)，屈、伸肌在軀干屈曲位9.45～18.63的范圍內(nèi)同時(shí)達(dá)到最大峰值力矩，且脊柱穩(wěn)定性較好，可避免運(yùn)動(dòng)損傷的發(fā)生。

表3 腰腹屈伸肌群到達(dá)峰力矩的平均時(shí)間、到達(dá)峰值力矩的平均角度

3 結(jié)論

1.腰腹屈伸肌群峰值力矩和相對(duì)峰力矩隨著角速度的增加均呈提高趨勢(shì)。在同一測(cè)試角速度，腰腹伸肌的峰值力矩和相對(duì)峰力矩均比屈肌高，說(shuō)明運(yùn)動(dòng)員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隨著角速度的增加而呈減小趨勢(shì)。腰腹屈伸肌峰力矩比值超過(guò)F/E的正常范圍，說(shuō)明運(yùn)動(dòng)員腰腹肌肉力量失衡。

3.腰腹屈伸肌的平均功率、相對(duì)平均功率和總功隨著角速度的增加而增加。在不同角速度下，腰腹屈伸肌的總功存在非常顯著性差異，說(shuō)明運(yùn)動(dòng)員腰腹伸屈肌群在運(yùn)動(dòng)速度在45～90°/s的范圍內(nèi)，隨著運(yùn)動(dòng)速度的增快，肌肉將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的能力提高。

4.腰腹屈伸肌群的到達(dá)峰力矩的平均時(shí)間隨著角速度的增加而逐漸減少，在不同角速度下，腰腹伸肌到達(dá)峰力矩的平均時(shí)間具有非常顯著性差異。說(shuō)明當(dāng)其運(yùn)動(dòng)速度越快時(shí)，運(yùn)動(dòng)員腰腹肌肉的爆發(fā)力越好，且背伸肌更明顯。

5.在45°/s與90°/s的測(cè)試速度，腰腹屈伸肌的到達(dá)峰值力矩的平均角度值不具有規(guī)律性，分布離散。