上肢鞭打運動鏈肌力診斷與評價新方法的初步研究——以網球正手抽擊動作測試分析為例

任滿迎，閆 琪，劉 穎

(北京市體育科學研究所，北京 100075)

隨著運動訓練研究的不斷深入，人們越來越清楚地認識到:人體運動是以運動鏈的協調配合來實現的，運動能力的強弱決定于運動鏈中各環節協同發力的能力，競技體育更是如此，因此，教練員開始關注和重視運動員運動鏈的訓練，而不僅僅是單一環節或單一肌群的力量訓練。而訓練水平的好壞只能依靠先進的科學儀器及完備的測量方法來診斷，但目前應用于競技運動能力測量的儀器以及測量方法、手段遠遠不能滿足競技體育測量的實際需求，無論是等張模式、等速模式或等長模式仍以單關節運動能力診斷為主，很難找到能夠科學、精確診斷運動鏈力量的方法手段。

本研究選取競技體育中一個典型運動鏈，即“上肢鞭打運動鏈”作為研究內容，在充分利用BTE Primus 肌力診斷系統獨特的鏈鎖配件和4 500 度/秒的動力頭系統優勢的基礎上，通過運動生物力學、運動解剖分析和實驗研究，對該系統在運動鏈的肌力診斷方面進行了功能開發與應用。試圖通過系統研究，初步建立應用該系統進行上肢鞭打運動鏈的診斷與評價的新方法，并希望能夠拋磚引玉，為國內外相關專家進行更加深入和廣泛的運動鏈肌力測試與分析方法的研究提供參考和借鑒。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

本研究選擇經常參加體育鍛煉，具有一定網球運動基礎的成年男子2 名。基本信息見表1:

表1 研究對象基本信息一覽表

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料

研究采用文獻資料法，對上肢鞭打運動鏈的概念進行了界定，并提出了從“弱鏈接”的角度開發和設計上肢鞭打運動鏈的肌力測試與評價新方法的思路。

1.2.2 邏輯推理

研究采用邏輯推理法，通過運動生物力學分析，對上肢鞭打運動鏈測試動作、測試指標進行了初步確定，并提出了測試分析思路。

1.2.3 實驗

采用實驗法，對選擇經常參加體育鍛煉，具有一定網球運動基礎的2 名成年男子進行上肢鞭打運動鏈肌力測試與評價新方法進行應用研究，驗證該方法手段的可行性。

1)實驗相關儀器

測試儀器為美國Primus BTE 力量訓練及診斷系統。

2)指標的測試

在對2 名受試者進行測試動作的講解、示范以及測試動作的練習，使受試者在清楚理解和掌握測試動作的動作結構和用力方式的基礎上，對兩名受試者進行了上肢鞭打運動鏈的肌力測試。

2 研究結果與分析討論

2.1 BTE Primus 肌力診斷進行上肢鞭打運動鏈測試的可行性分析

BTE Primus 是一套新型的肌力診斷系統，它獨特的鏈鎖配件和4 500 度/秒的動力頭可以實現多環節的專項肌力診斷，而且該系統可以實現等長、等速和等張等不同模式的測試，這就為進行開放式、多關節參與的上肢鞭打運動鏈肌力測試提供了可行性。但由于是開放式測試，對測試條件的控制就顯得尤為重要，對此，本研究專門制訂了測試規范化手冊，對測試條件進行嚴格控制，以保證測試結果的準確性。

2.2 測試動作的確定及相關生物力學分析

2.2.1 測試動作設計的基本原則

測試動作的確定必須依據“上肢鞭打”動作的生物力學機制進行設計，必須能夠準備、全面反映“上肢鞭打”動作的肌力特征:首先，能夠對上肢鞭打動作完整運動鏈的肌力特征進行測試和評估;其次，能夠分別對運動鏈中幾個關鍵運動鏈進行肌力診斷，試圖尋找和發現完整運動鏈中的“弱鏈接”，即運動過程中由于運動鏈上各環節或環節內部出現的肌力不足、疲勞、損傷引起的部分環節相對薄弱的現象［1］，從而找到影響動作表現的薄弱環節。

2.2.2 測試動作的確定

依據上述分析，則可以將上肢鞭打動作分解成3個關鍵運動鏈動作，即沒有下肢和核心參與主動發力的上肢鞭打動作、沒有下肢參與主動發力的核心和上肢鞭打動作和完整運動鏈發力下的上肢鞭打動作。根據此思路，初步確定測試動作為:1)單膝跪立，軀干相對固定條件下的正手抽擊動作——上肢運動鏈;2)單膝跪立，軀干參與發力條件下的正手抽擊動作——上肢、核心構成的運動鏈;3)站立姿勢下的完整上肢鞭打動作——上肢、核心、下肢構成的完整運動鏈。

2.3 測試負荷的確定和測試指標體系的初步確定建立

2.3.1 測試負荷的確定及選擇依據

對測試模式的選擇遵循測試方式與運動實際的一致性為原則，為了使測試時肌肉的運動模式最大化地接近運動實際，本研究選取等張模塊下的“力－速”模式作為上肢鞭打運動鏈肌力測試的測試模式。根據“力－速”模式的測試要求，需要確定3 個遞增的測試負荷。經過專家論證與預實驗，最終確定3 個測試負荷分別為:一個盡量接近運動器械重量的負荷(由于系統本身的功能，測試的最小負荷為2KG)、5%BW 和10%BW(選擇體重百分比最為測試負荷來保證橫向的可比性，且經過預實驗發現:負荷若超過10%BW 較多時，受試者很難完成測試動作)。

2.3.2 測試指標體系的確定及指標意義

測試指標由一級指標、二級指標。一級指標為:“力－速”模式下的最大功率、最大速度;二級指標為:功率變化率、速度變化率、上肢貢獻率、核心貢獻率、下肢貢獻率和動作幅度下降率構成。所有測試指標及指標意義如下:1)最大功率:反映運動鏈的爆發力水平;2)最大速度:反映運動鏈的速度水平;3)功率變化率:隨負荷增加或運動環節參與的增多，功率的變化趨勢;4)速度變化率:隨負荷增加或運動環節參與的增多，速度的變化趨勢;5)關鍵運動鏈貢獻率:上肢或核心或下肢運動鏈的肌力水平占完整運動鏈的肌力水平的權重值;6)動作幅度下降率:隨負荷增加，動作幅度的下降程度;

2.4 測試結果基本分析思路的提出

結合測試目的和指標意義基本提出測試結果的4點分析思路:第一，通過對3 個動作的最大功率、最大平均速度進行測試，確定受試者的爆發力和動作速度的基本情況;第二，通過對隨著負荷的增加或運動環節參與的多少，功率和速度的變化趨勢，來判斷運動員是“力量薄弱”還是“速度不足”;第三，通過測試不同動作隨著負荷的增加，動作幅度的變化情況，來判斷運動員在負荷增加時的動作穩定性;第四，通過對測試一級指標的再計算，確定上肢運動鏈、核心運動鏈和下肢運動鏈占完整運動鏈發力中的權重值，來分析判斷哪一個關鍵運動鏈是影響上肢鞭打運動鏈的“弱鏈接”。

2.5 測試結果與分析

2.5.1 兩名受試者上肢鞭打運動鏈測試最大功率和最大平均速度的結果與分析

表2 任××上肢鞭打動作運動鏈最大功率和最大平均速度一覽表

表3 劉×上肢鞭打動作運動鏈最大功率和最大平均速度一覽表

圖1 兩名受試者不同姿勢下最大功率、最大平均速度水平示意圖

由表2 ～3 和圖1 可以看出，兩名運動員隨著運動環節的增加，鞭打動作的最大功率水平和最大平均速度水平均呈逐漸上升趨勢，兩名受試者相比，任××的爆發力水平明顯優于劉 ×，但速度未表現出明顯趨勢。由功率=力量×速度可知，任××的力量明顯優于劉 ×。

2.5.2 隨負荷的增加上肢鞭打運動鏈功率變化率和平均速度變化率結果與分析

表4 任××上肢鞭打動作運動鏈隨負荷的增加功率變化率和平均速度變化率一覽表

表5 劉 ×鞭上肢打動作運動鏈隨負荷的增加功率變化率和平均速度變化率一覽表

由表4 ～5 和圖2 可以看出，兩名運動員隨著負荷的增加功率均呈上升趨勢，速度均呈下降趨勢，這正符合“力－速”關系。任××在負荷不斷增加的情況下，3 種姿勢的爆發力水平均有較大的變化率(分別是117.3%、135%和132%)，這說明這名受試者力量保持能力較強，而相比之下，劉 ×除第一個姿勢外，其他兩個姿勢隨負荷的增加，爆發力的增長率均較小，說明這名受試者力量保持能力相對于任××較差。從速度的下降率來看，兩名受試者未表現出明顯差異。

2.5.3 隨運動環節增加上肢鞭打運動鏈功率變化率和最大平均速度變化率結果與分析

表6 任××上肢鞭打動作運動鏈隨環節參與增多功率變化率和最大平均速度變化率一覽表

表7 劉×上肢鞭打動作運動鏈隨環節參與增多功率變化率和最大平均速度變化率一覽表

由表6 ～7 和圖3 可以看出，兩名運動員隨著運動鏈環節參與的增多，不同負荷下的爆發力水平和速度水平均呈上升趨勢。兩者相比，劉 ×隨運動鏈環節參與的增多，不同負荷下的爆發力水平的增幅均優于任××，而速度的增幅除5%BW 負荷下小于任××，其他兩個負荷下的速度增長率均優于任××，這說明，劉×鞭打動作關節運動鏈協調能力要優于任××，能更高效地發揮多關節的協調發力。

2.5.4 上肢鞭打動作中上肢、核心和下肢運動鏈貢獻率結果與分析

表8 任××上肢鞭打動作中上肢、核心、下肢運動鏈貢獻率一覽表

表9 劉 ×上肢鞭打動作中上肢、核心、下肢運動鏈貢獻率一覽表

由表8 ～9 可以看出，兩名受試者隨負荷的增加，上肢運動鏈、核心運動鏈和下肢運動鏈在完整動作發力中，所占的權重值是不同的。任××，在三個負荷下上肢運動鏈的貢獻率均最大，且占了完整動作的60%以上，下肢運動鏈和核心運動鏈的貢獻率均明顯小與上肢運動鏈，且這一比例關系隨著負荷的變化，未產生明顯改變，說明任××在鞭打動作中，主要依靠上肢發力，一方面可能是由于協調發力能力不足，另一方面也可能是下肢和核心的肌力較弱造成的。劉 ×在最小負荷下，主要依靠上肢和核心運動鏈發力;但隨著負荷的增加，上肢運動鏈的貢獻率不斷增大，而核心運動鏈的貢獻率逐漸減少，這說明劉 ×在鞭打動作中，隨著負荷的增加，上肢運動鏈參與發力的比重逐漸上升，核心運動鏈的比重逐漸下降，這可能是由于核心肌力不足造成在負荷不斷增大的情況下，核心運動鏈不能充分參與發力。

2.5.5 隨負荷的增加3 個鞭打動作幅度變化情況結果與分析

由表10 ～11 和圖10 ～11 可以看出，兩名運動員在不同姿勢下，隨著負荷的增加，動作幅度均呈下降趨勢。由最小負荷遞增至5%BW 時，兩名受試者動作幅度的下降程度均較小，但當負荷遞增至10%BW 時，兩名受試者動作幅度均產生了較大程度的下降，相比之下，劉 ×的下降幅度要大于任××，尤其是只有上肢運動鏈參與發力的情況下，劉 ×的動作幅度下降非常明顯，這說明劉 ×的力量保持能力相對于任××存在不足，尤其上肢運動鏈的力量水平明顯不足。

表10 任××三個鞭打動作隨負荷增加動作幅度變化情況一覽表

表11 劉×三個鞭打動作隨負荷增加動作幅度變化情況一覽表

2.6 數據庫框架的搭建

本研究在對上肢鞭打運動鏈的概念進行初步界定的基礎上，從運動生物力學角度分析和初步肌力診斷的新方法，并提出了分析思路，這對更科學有效地診斷運動員上肢鞭打運動鏈的肌力情況、發現影響動作表現的“弱鏈接”提供了可行性。但不同運動項目都有其鞭打運動鏈的專項性肌力特征，為更準確的對運動員進行核心運動鏈的肌力情況進行分析評價，建立不同項目運動員鞭打運動鏈的項目標準就顯得尤為重要。為此，本研究利用EXCLE 2007 搭建了“上肢鞭打運動鏈測試結果數據庫”的基本框架，對不同項目運動員的測試數據進行統計，并利用不同公式對初始測試數據進行再計算，在數據庫中自動生成二級派生指標的數值。數據庫的建立不僅可以節省了數據統計的時間，更可以通過數據的不斷積累逐漸建立不同項目的指標項目標準，為更準確地評價運動員的鞭打運動鏈的肌力提供參考。

3 研究結論與建議

3.1 結論

4.1.1 本研究對上肢鞭打運動鏈進行了相關生物力學分析，并提出了從“弱鏈接”的角度開發和設計上肢鞭打運動鏈的肌力測試與評價新方法的思路。

4.1.2 本研究對BTE Primus 肌力診斷系統初步建立了上肢鞭打運動鏈肌力診斷與評價的新方法，初步確定了測試動作、測試指標體系和測試結果分析的基本思路，并通過測試應用研究對測試新方法的可行性進行了檢驗。

4.1.3 本研究利用EXCLE2007 初步搭建了“上肢鞭打運動鏈測試結果數據庫”的框架，為通過數據的不斷積累并逐漸建立不同項目運動員鞭打運動鏈不同指標的項目標準奠定了一定基礎。

4.2 建議

4.2.1 BTE Primus 擁有近30 種配件，有高度和傾斜度均可調、轉速可達4500 度/秒的動力頭，并且該系統可以實現等長、等速和等張等不同模式的測試。體育科研人員及相關領域專家如何和專項教練員合作，對其功能進行進一步開發并設計出專項肌力測試方法和動作，需要體育科研人員及相關領域專家進一步研究和探討。

4.2.2 對不同項目上肢鞭打運動鏈肌力水平進行診斷具有重要意義，這將是未來相關研究的一個焦點。

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