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方法文章

肌肉失衡:运动人群功能性离心腘绳肌力量的测试与训练

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DOI:

10.3791/57508

2018年5月1日

本文内容

摘要

腘绳肌是一组肌肉,有时会对运动员造成困扰,导致下肢软组织损伤。为预防此类损伤,需要对腘绳肌进行高强度的离心收缩功能训练。此外,还应在不同收缩速度下评估腘绳肌功能与股四头肌功能的关系。

摘要

许多在体育活动中发生的腘绳肌损伤都出现在肌肉拉长的过程中,即离心性腘绳肌收缩时。与这种离心性腘绳肌动作相对的是向心性股四头肌收缩,此时更大且可能更强的股四头肌使膝关节伸直。因此,在运动过程中为了稳定下肢,腘绳肌必须通过离心收缩来对抗股四头肌强大的伸膝力矩。因此,以向心性股四头肌力量为参照的离心性腘绳肌力量通常被称为"功能比值",因为大多数运动动作都需要同时进行向心性膝伸展和离心性膝屈曲。为了增强腘绳肌的力量、抗疲劳能力及功能性表现,有必要在不同的离心收缩速度下对腘绳肌进行测试和训练。本研究的主要目的是提供测量和解读离心性腘绳肌力量的操作指南。文中提供了使用等速测力仪测量功能比值的技术方法,并对示例数据进行了比较分析。此外,我们还简要介绍了如何通过专门针对增强离心性腘绳肌力量的训练动作,来纠正腘绳肌力量不足或单侧力量差异的问题。

引言

膝关节屈肌与伸肌力量之间的关系已被确定为评估个体下肢损伤风险的重要参数1。具体而言,当腘绳肌力量相对于股四头肌力量存在同侧或双侧不平衡时,发生腘绳肌损伤的概率会增加2。因此,许多运动科学家和实践人员通过测试膝关节屈肌和伸肌力量,以判断运动员是否存在腘绳肌损伤的风险。然而,目前采用的测试方法各不相同,导致不同方法之间无法进行直接比较(例如,不同的收缩速度、不同的肌肉动作形式,以及现场测试与实验室测试之间的差异)3,4,5,6,7,8,9。尽管不同的测试方法能够提供有关力量水平的不同有价值信息,但为了实现个体之间、人群之间以及不同时间点之间的可比性,大腿肌肉等速力量测试的方法学应予以统一。

尽管同侧膝屈肌与膝伸肌之间的不平衡通常通过传统的向心腘绳肌与向心股四头肌比值(H/QCONV)进行评估10,11,但已知在所有运动过程中,膝屈肌与膝伸肌均存在共激活现象,并通过相反的收缩模式实现。具体而言,膝伸肌主要参与跳跃和跑步时的推进动作,而膝屈肌则主要在落地和跑步过程中通过减速下肢运动并抵消伸肌快速有力的向心收缩来稳定膝关节。由于大多数体育运动都需要同时进行向心性膝伸展和离心性膝屈曲,因此对这两者进行相对力量比较是合理的。因此,通常检测离心性膝屈肌力量相对于向心性膝伸肌力量的比值,该比值被称为"功能比值"(H/QFUNC12

与H/QCONV比值(其数值范围为0.43至0.90)12相比,H/QFUNC比值的范围为0.4至1.413,这表明不同测试方案所得数据之间不应直接比较。尽管向心收缩时的最大力矩随向心收缩速度的增加而下降14,15,16,但随着速度增加,离心收缩力矩大于向心收缩力矩16,17。因此,随着测试收缩速度的提高,H/QFUNC比值可接近1.013,18。由于大多数运动动作均以较高速度发生,膝伸肌与屈肌力量测试在较高速度下进行可能具有更高的生态效度。因此,此类力量测试方案应包含逐步递增的测试速度,以实现阶梯式 progression。

如果等速测试显示腘绳肌离心力量与股四头肌向心力量之间存在显著差异,则应通过训练缩小这一差距。为此,绝不能通过降低膝伸肌力量来补偿膝屈肌的薄弱,以免影响更理想的H/QFUNC比值,尤其是在运动环境中。另一种方法是逐步且强化地增强膝屈肌力量,使腘绳肌在高速运动时相对于股四头肌变得更加强壮。因此,如果等速测试发现一定程度的腘绳肌力量不足,则很可能需要进行针对性训练以增强腘绳肌力量,特别是在离心收缩状态下。与所有训练干预措施一样,应进行后续测试以评估以离心收缩为重点的腘绳肌力量训练计划的有效性,并可能需要进一步调整方案。本文的目的是介绍如何测试等速功能性腘绳肌离心力量,识别潜在的腘绳肌力量不足,并提出解决功能性腘绳肌薄弱的方法。

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方案

本方案遵循查理大学体育与运动学院人体研究伦理委员会的指导原则,并已作为研究的一部分获得先前批准。

1. 等速测试前通过以下步骤使所有受试者熟悉流程

  1. 确保受试者在过去6个月内未发生过任何下肢肌肉骨骼损伤或疼痛。若受试者报告近期存在膝关节疼痛,或在测试过程中出现膝关节疼痛,应排除该受试者。
  2. 由于离心式等速测试对许多人而言可能是一种新颖的刺激,应在经过验证的等速测力仪上让受试者熟悉相关实验方案19,20 (以下步骤1.3至1.7.6)至少重复两次,然后方可参与正式测试。指导受试者在测试前72小时内避免进行任何下肢抗阻训练或其他剧烈运动。
  3. 首先,指导受试者进行常规热身。
    1. 指导受试者进行5-10分钟的慢跑,或在功率自行车上以1.5-2 W/kg体重的阻力、60-90 rpm的踏频骑行5-10分钟。
    2. 运动结束后,指导受试者用每条腿各完成2组8-10次自重弓步和8-10次瑞士球腿弯举,组间休息1分钟。
    3. 接下来,指导受试者进行下肢的动态拉伸,包括股四头肌和腘绳肌21.
  4. 向受试者展示等速力矩-角度曲线的示例,并说明测试过程中将提供实时视觉反馈。
  5. 说明受试者应当 "尽可能用力且快速地踢出" 用于向心性膝关节伸展和 "尽可能快速用力地回拉" 用于膝关节屈曲的向心运动。同时说明,在离心运动过程中器械会自行移动,但受试者应尽量尝试 "尽可能用力按压" 在离心性膝关节屈曲过程中(股四头肌的离心性收缩)以及 "尽可能用力拉" 在膝关节伸展的离心运动过程中(腘绳肌的离心收缩)。
  6. 允许受试者提出任何问题,并确保其充分理解测试过程中将发生的情况。明确告知受试者,若在测试过程中出现任何疼痛或不适,且希望随时终止测试,应立即告知研究人员,测试可安全中止。
  7. 启动表1中列出的预设方案,并持续指导受试者完成整个流程。
    1. 采用布朗的建议22将受试者以坐姿置于测力计上,髋关节伸展角度为100°。调整测力计设置,确保受试者髋部完全靠后并与座椅接触,且测力计的旋转轴与受试者被测膝关节的旋转轴对齐。
    2. 指导受试者在固定肩部、骨盆以及被测下肢的 thigh 时屏住深呼吸,使用测力计上的垫片和绑带进行固定。将测力计的杠杆臂固定在小腿远端,垫片置于内踝最高点上方 2.5 cm 处,但不对非测试侧下肢提供支撑。
    3. 在需要时,调整绑带、测力计设置或两者,同时让受试者被动和主动地完成充分的伸展和屈曲活动范围。
    4. 确保受试者能够看到显示力矩-角度曲线的屏幕,并给予口头倒计时以开始测试。指导受试者在所有测试过程中始终握住位于座椅两侧的手柄。
    5. 开始测试,并通过使用诸如 "开始", "用力按压", "拉,拉,拉", 等等休息期间,向受试者提供有关即将进行的任务的简短指导。
    6. 完成方案后,让受试者从测力计座椅上起身,并调整测力计以测试另一侧肢体。
    7. 重新调整受试者位置并相应校准仪器后,再次进行重力校正测量,并开始对未测试的下肢进行测试。
  8. 打开显示力矩-角度曲线的测试结果,检查受试者在整个运动过程中是否达到了所选的收缩速度。
    1. 为确定是否达到所需速度,请确保力矩-角度曲线没有出现中断现象图1).
    2. 如果曲线看起来不连续(图2),很可能受试者推动或拉动杠杆臂的速度不够快,导致测力计无法记录到扭矩。如果受试者无法达到所需的角速度并记录到扭矩,则应继续进行额外的适应性训练,或排除该受试者,并检查是否存在膝关节关节病变的可能性23.

经过两次适应性训练访问后的等速肌力测量

  1. 根据表1设置测力计软件以执行测试,并按照步骤1.3至1.7.6所述完成方案。
  2. 方案结束后,让受试者离开座椅,开始分析数据。

3. 腘绳肌与股四头肌功能比值计算

  1. 从每次给定速度和肌肉收缩类型的所有三次测试中选取最佳峰值扭矩值。将峰值扭矩数据及计算所得比值输入数据整理软件(如 Microsoft Excel),以便以图形方式展示数据。
  2. 通过将 60°·s-1 时的腘绳肌离心峰值扭矩除以 60°·s-1 时的股四头肌向心峰值扭矩,计算 H/QFUNC60 比值。
  3. 通过将 180°·s-1 时的腘绳肌离心峰值扭矩除以 180°·s-1 时的股四头肌向心峰值扭矩,计算 H/QFUNC180 比值。
  4. 通过将 240°·s-1 时的腘绳肌离心峰值扭矩除以 240°·s-1 时的股四头肌向心峰值扭矩,计算 H/QFUNC240 比值。
  5. 建立一个类似于表 2 的表格后,比较不同速度下以及左右肢体之间的 H/QFUNC 比值。
    1. 将测得的峰值数值与同年龄、同性别相似运动员群体的正常参考值进行比较。
    2. 通过比较每个测试速度下左右肢体的数值,判断是否存在双侧不平衡。
    3. 判断同侧 H/Qconv 比值在相同速度下是否高于或低于 0.624。若比值低于 0.6,则表明相对于股四头肌,同侧腘绳肌存在肌力减弱;应设计针对性的腘绳肌强化干预方案(见第 4 节)。
    4. 判断同侧 H/Qfunc 比值是否随速度增加而升高,并达到理想值 1.012,18,最好在 180°·s-1 的速度下实现。若 H/Qfunc 比值未随速度增加而升高,则应实施针对腘绳肌的训练以改善其拮抗功能(见第 4 节)。

4. 腘绳肌离心力量训练示例

  1. 咨询经过培训的运动专业人员25例如,认证力量与体能训练专家,选择多种针对腘绳肌的训练动作,涵盖不同的肌肉长度、速度和运动模式。
    1. 咨询运动专业人员,以获取有关改善落地和跳跃时神经肌肉控制的训练建议,以及降低腘绳肌损伤风险的相关训练方法。
    2. 在专业人士指导下,采用北欧屈腿(Russian curl)锻炼,可增强腘绳肌力量并降低受伤风险26,27,因为本训练重点在于离心性腘绳肌强化。
    3. 在专业人士指导下,使用瑞士球进行单侧膝关节屈曲运动,以增强腘绳肌力量,并可能减轻双侧力量差异28,29.
    4. 在专业人士指导下,采用单侧或双侧罗马尼亚硬拉、早安式体前屈训练,或两者结合,以增强腘绳肌的髋关节伸展功能28,30,31.
    5. 在专业人士指导下,采用复合性训练动作,同时强化腘绳肌和股四头肌 "三重伸展" 髋关节、膝关节和踝关节同时屈伸的练习,例如深蹲、硬拉和弓步。
    6. 在专业人士指导下,采用跳落跳或其他重复跳跃练习来训练下肢本体感觉。
  2. 在专业人士指导下,逐步增加自重训练动作的组数和重复次数,例如北欧腿弯举和瑞士球单侧腿弯举32,同时逐步增加外部阻力并减少复合动作的重复次数(示例见 表3).

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结果

以下示例展示了进行离心腘绳肌训练(EHT,n = 18)与未进行EHT(n = 15)的年轻精英足球运动员(年龄15.4 ± 0.5岁,体重62.7 ± 8.2 kg,身高175 ± 9.1 cm,训练经验超过8年)在为期12周干预后的差异(图3)。EHT组每周进行两次该训练,而未进行EHT的对照组则以核心训练和常规下肢训练计划替代。两个组均持续参与各自训练方案达四个月。

在训练计划开始之前,无论哪一组,随着测试速度的增加,其H/Qfunc均未升高(图3)。经过12周的训练后,增强式下肢训练(EHT)组在每个测试速度下的H/Qfunc均显著提高。此外,EHT组在60°·s-1、180°·s-1和240°·s-1速度之间均表现出...

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讨论

上述方案中的第一个关键步骤是受试运动员的适应性训练,特别是针对离心测试。受试者可能需要进行两到三次适应性训练,以确保在等速测试中获得可靠的数据。此外,如果两次测试之间的间隔超过两个月,最好重新对受试者进行适应性训练。第二个关键步骤是正确地将运动员安置在测力计上,确保膝关节轴与测力计的旋转轴对齐;还需注意的是,力量较强的个体在对抗杠杆臂时可能会施加过大的推力或拉力,导致座椅垫下沉或膝关节轻微前移或后移。在运动员定位及测试过程中应考虑这些可能性。另一个关键点是运动员在所有测试速度条件下均能产生最大力矩,并在数据分析时对随速度增加的负荷范围数据进行合理处理。最大可达到的力矩高度依赖于收缩速度,因此必须检查运动员在高速测试方案(240°·s-1)中是否能够在整个关节活动范围(ROM)内持续对抗杠杆臂产生力矩。此外,应通过剔除测量得到的关节活动范围起始和结束各10°的数据22,以避免在关节活动范围的起始和终止位置出现扭矩输出信号的人为峰值。

测试成功完成后,正确解读数据也至关重要。如果腘绳肌/股四头肌(H/Q)向...

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披露

无任何利益冲突需要报告。

致谢

作者谨此衷心感谢所有参与本研究的受试者。资助来源:捷克科学基金会 GACR NO. 16-13750S、PRIMUS/17/MED/5 以及 UNCE 032 项目的研究资助。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
HumacNormCSMI, Stoughton, MA, USA021-54412236 (model 502140)标准测力计
SoftwareHumac 2015Computer Sports Medicine Inc. Stoughton, MA, USAVersion155测力计配套软件

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功能比值等速动力学测定向心性股四头肌膝关节屈曲膝关节伸展力矩-角度曲线肌肉不对称性抗阻训练