膝關節肌群等速向心收縮的力學特征研究

2017-02-18 03:38:39唐小英

體育科技文獻通報 2017年2期

唐小英

膝關節肌群等速向心收縮的力學特征研究

唐小英

通過對34名大學生雙側膝關節進行的等速測試，本文對膝關節肌群等速向心收縮的力學特征進行分析，以峰力矩為度量指標，研究峰力矩與哪些因素有關，以及其關系的強弱。本文使用數學軟件MTLAB進行統計分析計算，結果顯示，峰力矩值與性別、體重、屈伸運動有關，峰力矩值在不同運動速度下具有顯著差異且與運動速度負相關，峰力矩角度在不同運動速度下的值無顯著差異。關鍵詞：膝關節；等速肌力測試；峰力矩；峰力矩角度 Abstract: Through the isokinetic muscle testing of 34 college students' bilateral knee, isokinetic contract mechanical features in knee muscles are studied. The peak torque is chosen as a measurement index to study the related factors of it and the relationship between them. Using MATLB for statistical analysis, the results shows that the peak torque is related to gender, weight, and flexion and extension movement. The peak torque has significant negative correlation with different velocities. However, angle of peak torque has no significant difference with different velocities. Key words: knee; isokinetic muscle testing; peak torque; angle of peak torque

1 引言

人體的運動離不開肌肉的收縮，膝關節肌群是人體運動的重要組成部分，對完成步行、起跳、下蹲、登高等運動姿態起著關鍵作用，不良、過度的膝關節負荷會導致膝關節的伸展構造，包括股骨踝、脛骨平臺、腓骨、髕骨、韌帶、半月板、關節軟骨、肌肉等產生損傷[1]。因此，膝關節肌群肌力特征以及它們所遵循的變化規律和相互關系是一項重要的研究課題。

關于等速向心收縮及離心收縮肌肉做功及肌電變化的研究對象主要是專業運動員或運動能力較強的人員[2-8]。本文通過對大學生膝關節肌群以不同速度做等速向心收縮及離心收縮時的做功進行定量研究, 以期對膝關節的合理使用、力量訓練等提供科學依據和參考。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

大學生34人, 年齡(20.47±1.05)歲。其中男生18人，身高(172.83±4.71)cm，體重(59.55±5.89)kg；女生16人，身高(161.68±3.75)cm，體重(55.68±5.82)kg。受試者身體健康狀況良好，實驗前24小時未進行劇烈運動，對實驗研究目的與方法知情, 同意參加本實驗。

2.2 研究方法

2.2.1 測試方法

采用CON-TREX 等速測力系統采集實驗數據。測試者分左右腿選擇膝屈/伸兩個實驗項目，進行四種方案測試：靜止130°用力、運動60°/s、180°/s、300°/s，分別進行5次。測試者上身進行固定，要求雙手握住兩側扶手，測試時必須用盡全力。

2.2.2 分析方法

膝關節力學特性參數主要有力矩、峰力矩、峰力矩角度等。峰力矩是指關節運動過程中相應肌肉或肌群收縮時產生的最大力矩輸出值，代表肌肉或肌群的最大肌力，是等速肌力測試的一個基本指標[2,9]。峰力矩角度是指肌群產生的最大力矩時的關節角度，是關節正常功能的特異性指標。

本文將膝關節以不同速度做等速向心收縮及離心收縮時峰力矩的值作為測試指標，研究膝關節肌群等速向心收縮力量的特征，即：峰力矩的值與哪些因素有關，以及關系的強弱。采用描述統計分析、相關分析、回歸分析、方差分析等統計分析方法，使用數學軟件MATLAB進行統計分析計算。

3 結果與分析

3.1 峰力矩相關因素分析

計算膝關節等速運動峰力矩與各種因素之間的相關系數如表1。

表1 峰力矩與各種因素之間的相關系數表

可以看出，性別、體重、屈/伸對膝關節等速運動峰力矩具有相關性，而年齡、左/右腿對峰力矩不具有相關性，身高對峰力矩相關性較弱。

膝關節等速運動峰力矩角度與各種因素之間的相關系數的絕對值基本均在0.2以內，顯示峰力矩角度與各種因素之間關系不明顯。

3.2 性別對峰力矩的影響

使用線性回歸模型建立性別對膝關節等速運動峰力矩的線性函數關系，通過計算得到性別對峰力矩的回歸方程為：

擬合優度檢驗指標：可決系數R2=0.227，F統計量F=798.87，相伴概率p=0?；貧w方程顯著。

3.3 體重對峰力矩的影響

使用線性回歸模型建立體重對膝關節等速運動峰力矩的線性函數關系，通過計算得到性別對峰力矩的回歸方程為：

擬合優度檢驗指標：可決系數R2=0.185，F統計量F=619.62，相伴概率p=0?；貧w方程顯著。

模型顯示出受試者體重在膝關節等速運動力量上具有優勢體重，對峰力矩大小有影響。

3.4 采用屈/伸動作對峰力矩的影響

使用線性回歸模型建立采用屈/伸動作對峰力矩的線性函數關系，通過計算得到性別對峰力矩的回歸方程為：

擬合優度檢驗指標：可決系數R2=0.17，F統計量F=557.78，相伴概率p=0。回歸方程顯著。

3.5 運動速度對峰力矩的影響

計算4種不同運動速度下峰力矩間的相關系數如表2。

表2 四種不同運動速度下峰力矩間的相關系數表

可以看出，膝關節等速運動在4種不同運動速度下峰力矩間具有高度相關性，即同一受試者在不同運動速度下峰力矩大小具有一致性。

使用線性回歸模型建立膝關節等速運動4種不同運動速度(0-1變量)對峰力矩的線性函數關系，通過計算得到回歸方程為：

其中：y為峰力矩觀測值，x1，x2，x3，x4分別表示是否為靜止130°、60°/s、180°/s、300°/s時進行測試的0-1變量值。

擬合優度檢驗指標：可決系數R2=0.2668，F統計量F=329.48，相伴概率p=0。回歸方程顯著。

從模型系數β值可以看出，受試者在膝關節等速運動4種不同運動速度下峰力矩有明顯差異，具體差異見表3。

表3 四種不同運動速度下峰力矩描述統計表

峰力矩最大到最小分別為靜止130°峰力矩、60°/s峰力矩、180°/s峰力矩、300°/s峰力矩時的測量值，即峰力矩大小與運動速度負相關，最大值與最小值差異接近一倍。

3.6 峰力矩角度的特征分析

使用方差分析方法比較受試者在膝關節等速運動3種不同運動速度下峰力矩角度的差異，通過計算得到方差分析表如表4：

表4 三種不同運動速度下峰力矩角度方差分析表

可以看出，膝關節等速運動峰力矩角度在不同運動速度下的值無顯著差異，峰力矩角度值為40.2235±6.2271。

4 結論

膝關節等速運動峰力矩值與性別、體重、屈/伸運動有關，年齡、左/右腿對峰力矩不具有相關性，身高對峰力矩相關性較弱。男性在力量上明顯具有優勢，男性的峰力矩比女性平均高出31.58%。體重在力量上具有優勢，對峰力矩大小有影響。采用伸膝動作比采用屈膝動作在力量上明顯具有優勢，采用伸膝動作峰力矩比采用屈膝動作平均高出27.6%。膝關節運動在不同運動速度下峰力矩具有顯著差異，峰力矩最大到最小分別為靜止130°峰力矩、60°/s峰力矩、180°/s峰力矩、300°/s峰力矩時的測量值，峰力矩大小與運動速度負相關，最大值與最小值差異接近一倍。膝關節等速運動峰力矩角度在不同運動速度下的值無顯著差異，峰力矩角度值為40.2235±6.2271。

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Research on Isokinetic Contract Mechanical Features in Knee Muscles

Tang Xiaoying

2016年度四川省軟科學研究計劃項目資助(項目編號：2016ZR0088)