等速離心訓練對膝關節肌肉力量的影響

李　碩，陳　建

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等速離心訓練對膝關節肌肉力量的影響

李碩1，陳建2

摘要：目的：分析等速離心訓練對膝關節肌肉力量的影響。方法：11名健康大學生為受試對象。利用Biodex system-Ⅳ等速測試訓練儀對受試者優勢側膝關節進行4周等速離心訓練。訓練方案為角速度60°/s、120°/s、180°/s三組，每個角速度下訓練者做最大收縮5次，每組間隔休息30秒，2次/周。結果：受試者進行4周的離心訓練，峰力矩（PK）在以60°/s、120°/s的角速度測試中有非常顯著性變化（P<0.01），在以180°/s的角速度測試中有顯著性變化（P<0.05）?？偣Γ═W）在以60°/s、120°/s、180°/s角速度進行CON時，膝關節屈、伸肌的總功有非常顯著性變化（P<0.01）；以60°/s的角速度進行ECC測試時，屈、伸肌的總功呈現非常顯著性變化（P<0.01），以120°/s、180°/s的角速度進行ECC測試時實驗前后伸肌有非常顯著性變化（P<0.01），而屈肌出現顯著性變化（P<0.05)。屈伸肌力矩比值（H/Q）在以60°/s、120°/s、180° /s角速度進行CON時，出現顯著性變化（P<0.05），以60°/s、120°/s的角速度進行ECC測試時，H/Q值有非常顯著性變化（P<0.01），以180°/s的角速度進行ECC測試出現顯著性變化（P<0.05）。結論：4周的等速離心訓練對提高膝關節屈伸肌群肌肉力量以及屈伸肌力矩比值有顯著性的作用，表明離心訓練是一種行之有效的力量訓練，并可有效地降低下肢運動損傷的發生。此研究結果為運動訓練和體能康復訓練提供重要的理論依據。

關鍵詞：等速離心訓練；膝關節；肌肉力量；屈伸肌力矩比

等速運動（Isokinetic）是采用相應的儀器提前設置肢體在關節活動范圍之內的運動速度，在關節運動的過程當中，無論受試者在肌肉收縮時產生的肌張力多大，肢體都始終以預先設定的角速度運動，肌肉在運動中收縮所產生的張力并不能使肢體產生速度的變化的一種運動模式［1］。肌肉收縮是其最大的功能，通過肌肉收縮產生力量來對人體的運動進行維持和完成。根據肌肉收縮時產生的肌纖維長度變化的不同，等速運動可分為等速離心收縮及等速向心收縮，其中等速離心收縮是一種較新的運動模式，在日常生活和體育運動中扮演著非常重要的角色，是身體素質鍛煉和運動康復鍛煉中不可或缺的內容，因此越來越受到國內外康復醫學和運動醫學領域的關注與重視。本文旨在分析研究等速離心訓練對膝關節屈、伸肌肌肉力量的影響，為膝關節損傷后的康復訓練提供重要的理論依據。

1　材料與方法

1.1研究對象

測試志愿者為XX學院無傷病，無力量訓練基礎的普通健康本科生11名（8男3女），平均身高168.7±5.3cm，平均年齡20.5±2.3歲，平均體重62.5±15.3kg。在實驗期間要求受試者均不能接受其它高強度訓練，尤其是大力量訓練，以免對實驗結果產生負面影響。

1.2測試方案

實驗共進行6周。第1、6周分別記錄訓練者膝關節屈伸肌肉的相關數據（最大力矩、總功、平均峰力矩以及形態學指標大腿圍）。對受試者進行向心、離心訓練測試，其中離心訓練測試取用最大阻力的150%進行，向心訓練測試取用最大向心力量的80%進行［2］。在正式測試前要求每位訓練者進行充分的熱身活動，對受試者者進行BIODEX預測試，以便讓訓練者適應和掌握訓練方法。測試時受試者取坐位，髖關節屈曲85°，座椅和動力儀均旋轉0°，控制敏感度C，準備體位為膝關節完全屈曲位［3］。等速向心、離心訓練測試，均采用角速度為60°/s、120°/s和180°/s共3組，受試者在每一個角速度下用最大力完成5次，組間休息30s，受試者完成等速向心訓練測試工作后進行局部肌肉自我放松，休息10min。再按順序依次按照向心測試方法進行等速離心訓練測試。實驗前后受試者均保持條件一致，以保證各項指標數據的準確性，盡量減小誤差。

1.3訓練方案

第1周為預實驗周、采集數據周，主要是讓訓練員適應、掌握訓練方法。第2-5周進行等速離心訓練（ECC/ECC），每周訓練2次；訓練及測試均采用BIODEX標準程序。

在訓練前要對受試者做好思想工作，要求受試者都能夠按既定的訓練計劃嚴格進行訓練，認真、積極地配合實驗。在正式訓練前要求每位訓練者進行10分鐘的熱身活動，然后再進行慣用下肢膝關節屈伸肌群的等速離心訓練，選擇60°/s、120°/s、180°/s三組角速度。每個角速度下訓練者都要用最大力完成5次，每組間隔休息30s。

1.4統計方法

本實驗全部測試數據將被計算機程序自動記錄并分析打印報告，原始數據的統計處理采用統計軟件SPSS14.0進行t檢驗。P<0.05時，有顯著性差異；P<0.01時，有非常顯著性差異。

2　結果與分析

受試者經過4周的離心訓練后，對第1周和第6周的向心和離心測試實驗中所記錄的膝關節以60°/s、120°/s、180°/s的角速度進行屈伸肌群的總功（TW）、峰力矩（PT）和膝屈伸肌力矩值比（H/Q，%）等測試指標的數據進行t檢驗。實驗前后盡量讓受試者的測試條件一致，減少人為操作和機器的誤差。

2.1研究結果

大腿圍（髕骨上緣10cm）訓練前均值為47.000±3.194cm，訓練后為48.000±2.966△△cm，兩者有非常顯著性差異（P< 0.01）。此項實驗以低、中速進行離心訓練，在低速下所進行的最大收縮會募集更多的肌纖維，包括I型、Ⅱa型和Ⅱb型肌纖維都有可能被募集。據報道健康人經過數周膝屈肌及伸肌等速離心收縮訓練，訓練前后CT檢查發現，大腿肌肉橫斷面積增加3.2%［4］，本項數據與以往相關研究相符合。以大腿圍度為數值，比較訓練前后大腿圍度的變化，如圖1所示。

圖1　訓練前后受試者大腿圍度變化

表1是經過受試者進行4周的離心訓練，實驗前后以60° /s、120°/s的角速度進行CON和ECC測試時，膝關節屈肌和伸肌的峰力矩有非常顯著性變化（P<0.01），在以180°/s的角速度進行CON和ECC測試時，實驗前后有顯著性變化（P< 0.05），并且隨著測試角速度的由慢速變中速，峰力矩呈現出減小的趨勢。結果表明，等速離心訓練對人體膝關節肌肉力量影響效果明顯，特別是低速測試中效果更明顯。這為某些膝關節屈伸肌肉力量較差或膝關節損傷導致的肌肉力量下降進行運動康復訓練提供科學的訓練依據。

表1　等速離心訓練前后CON和ECC測試中膝關節屈伸肌峰力矩的檢驗結果

表2　等速離心訓練前后CON和ECC測試中膝關節屈伸肌總功的檢驗結果

表3　等速離心訓練前后CON和ECC測試中膝關節屈伸肌比（%）的檢驗結果

表2顯示，實驗前后以60°/s、120°/s、180°/s角速度進行CON時，膝關節屈、伸肌的總功有非常顯著性變化（P<0.01）。以60°/s的角速度進行ECC測試時，屈、伸肌呈現非常顯著性變化（P<0.01），以120°/s、180°/s的角速度進行ECC測試時實驗前后伸肌有非常顯著性變化（P<0.01），而屈肌出現顯著性變化（P<0.05），并且屈伸肌總功數值隨著測試角速度的增加而減小。

表3顯示，實驗前后以60°/s、120°/s、180°/s角速度進行CON時，實驗前后膝關節H/Q值增加，出現顯著性變化（P< 0.05），以60°/s、120°/s的角速度進行ECC測試時，H/Q值有非常顯著性變化（P<0.01），以180°/s的角速度進行ECC測試出現顯著性變化（P<0.05）。

2.2結果分析

受試者進行4周的等速離心訓練，對訓練前后CON和ECC測試所得TW、PT和H/Q進行t檢驗結果反映，經過離心訓練后PT、TW和H/Q方面效果都很明顯。同時屈伸肌的PT 和TW測試的數據值呈現出60°/s>120°/s>180°/s的趨勢，這種趨勢可運用生物力學中的經典理論-希爾（Hill，1938）理論方程來解釋［5］。在整個離心訓練過程中，肌肉力量和做功能力增加的原因有多種可能，如離心訓練導致肌纖維收縮的數目增加，肌肉體積增大，骨骼肌細胞中促進氧化代謝的酶含量增多等。在表1和表2中發現，在進行CON和ECC測試時，當速度增加，峰力矩值顯著減小，這可能是由于當速度增加時，雖然此時仍要求進行最大自主收縮，但主要募集Ⅱb型肌纖維，在低速下所進行的最大收縮，會募集更多的肌纖維，包括Ⅰ型、Ⅱa型和Ⅱb型的肌纖維均有可能被募集［6］，分析認為速度越慢產生的肌力也就越大。還有研究表明肌肉在進行快速收縮時更多募集快肌纖維，而在慢速收縮時，則主要募集慢肌纖維［7］。在CON測試時，伸肌群的PT和TW值明顯大于屈肌群，在進行ECC測試時，屈肌群的PT和TW值明顯大于伸肌群。通過4周的離心訓練，屈伸肌群的PT和TW差異減小，使關節肌力更均衡，預防弱側肌肉的拉傷［8］。在生活實踐中，許多動作的完成需要向心和離心運動相互結合完成的，單純進行離心訓練雖然使膝關節屈伸肌力量明顯增加，但也導致肌肉力量不平衡，因此會給關節穩定性造成隱患。但在運動員訓練當中，發現力量不足的肌肉可有針對性地進行離心訓練，會取得更顯著性的效果。

3　討論

峰力矩（peak torque）：就是測試中儀器所記錄力矩曲線上的最高力矩值，可以代表肌肉的最大肌肉力量。因為該值有較高的準確性、重復性，所以作為等速測試中的黃金指標和參考值?？偣Γ╰otal work）:在運動測試中屈伸肌所做功的總和，也就是力矩曲線下面的總面積。實驗結果發現，受試者進行離心訓練后，膝關節屈伸肌群峰力矩和總功均呈現出非常顯著性增長，表明離心訓練對力量的增加具有顯著的效果。膝屈伸肌肌力（峰力矩）比值（H/Q）代表腘繩肌（hamstring）與股四頭?。╭uadriceps）的比值，正常的H/Q值為30%到90%之間，H/Q對保持膝關節穩定性有很重要的意義［9］。關節產生正常的運動是各個肌群相互協調以及相互拮抗。因此評定肌肉的功能狀態，記進行肌力測試，加強弱勢肌肉的力量練習，保持拮抗肌與主動肌正常力矩比值，從而提高運動能力，使關節活動保持平衡，降低下肢損傷的風險。

有研究表明［10］，肌肉離心收縮產生的肌肉力量大于向心收縮。分析表明離心收縮時會出現牽張反射，在受到較強的牽拉時肌肉會發生更強的收縮，抑制拮抗肌的收縮，肌肉中如結締組織等彈性成分被拉長時會產生一定的阻力，所以肌肉在離心收縮過程中力量增加，產生的力矩明顯增大。離心訓練對快速力量增加有很重要的作用。其原因是肌肉在離心拉長階段能夠促使彈性能量的生成，從而增強神經系統沖動的放射頻率和反射募集作用。2011年，Sedanof釆用超等長訓練來發展足球運動員的下肢快速力量［11］。在進行ECC訓練時，應控制訓練的強度和量，訓練結束后應進行肌肉的放松和牽拉，防止延遲性酸痛（DOMS）和運動損傷的發生。Donnelly與Kenny［12］均曾提出，離心練習可使肌肉在酸痛、SCK水平等方面產生迅速的適應性改善。劇烈地進行離心肌肉活動練習，有可能會導致疲勞損傷，例如肌腱炎，但適當地進行離心力量練習，可以從一定程度上治療這種損傷。Tara G．Potier·Caroline M．Alexander等研究了離心力量訓練對股二頭肌群和膝關節活動范圍的影響。首次報道離心抗阻訓練可使股二頭肌群肌小節增長。結果還顯示肌束延長有可能引起膝關節的活動范圍增長［13］。

4　結論

四周的等速離心訓練對提高膝關節屈伸肌群肌肉力量有顯著性的作用，訓練后屈伸肌群在峰力矩和總功比值數據中均有顯著性增加，并呈現出60°/s>120°/s>180°/s的趨勢，這說明離心訓練是種有效的力量訓練方法。

四周等速離心訓練使屈伸肌力矩比值增加，膝關節穩定性增加，從而降低運動損傷的幾率。

等速離心訓練作為提高和改善肌肉力量的訓練方法，運動員在力量訓練中可以對相對力量較差的肌肉進行針對性的離心訓練從而增強肌肉力量，在日常生活身體鍛煉和運動康復訓練中可以利用離心訓練來增加關節屈伸肌群的力量及各項功能。此研究為運動訓練和體能康復訓練提供重要的理論依據。

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Research of Isokinetic Eccentric Exercise to the Muscle Strength

LI Shuo1，CHEN Jian2

Key words：isokinetic eccentric training；knee；muscle strength；flexion and extension muscle torque ratio

Abstract：Object: Analysis ofthe effects of exercise means on knee muscle strength.Method: Eleven healthy college students were tested as subjects with the Biodex system-Ⅳisokinetic testing instrument training subject dominant side of the knee for four weeks isokinetic eccentric training.Training programs for the angular velocity of 60°/s，120°/s，180°/s，each angular velocity at maximal contraction needs trainers to do five times，each interval of rest for 30 seconds，2 times/week.Results: Centrifugal four weeks of training subjects，when peak torque (PK) are 60°/s、120°/s angular velocity tests，there is a very significant change (P<0.01).In 180°/s angular velocity test，there was significant variation (P<0.05).When Total Work (TW) are 60°/s，120°/s，180°/s angular velocity in CON，knee flexor and extensor total work has a very significant change (P<0.01); with 60°/s ECC in the angular velocity test，flexor and extensor total work presents a very significant change (P<0.01)，the 120°/s，180°/s angular velocity ECC test before and after the experiment extensor have a very significant change (P< 0.01)，but flexor appearssignificant change (P<0.05).Flexors and extensors muscular torque ratio (H/Q) in 60°/s，120°/s，180°/s angular velocity CON，present significant changes (P<0.05).In 60°/s，120°/s angular velocity in ECC test，H/Q values are very significant change (P<0.01)，and in 180°/s angular velocity ECC test，significantchanges (P<0.05) is presented.Conclusion:4 weeks isokinetic eccentric training to increase knee flexion and extension muscle strength and torque ratio have significant influence，suggesting that eccentric training is an effective strength training，and can effectively reduce the incidence of lower extremity sports injuries.The results of this study provide important theoretical basis for sports training and physical rehabilitation.

中圖分類號：G804.22

文獻標識碼：A

文章編號：1003-983X（2016）04-0342-04

收稿日期：2015-12-23

第一作者簡介：李碩（1991-），女，河北保定人，碩士，研究方向：運動人體科學.

作者單位：1.武漢體育學院研究生院，湖北武漢430079；2.武漢體育學院體能中心，武漢體育學院健康科學學院，湖北武漢430079 1.Graduate School，Wuhan Institute of Physical Education，Wuhan Hubei，430079；Fitness Center of Wuhan Institute of Physical Education，Health Science College of Wuhan Institute of Physical Education，Wuhan Hubei，430079