越野滑雪運動員下肢雙側力虧損研究

束 洋，李海鵬，梁志強，尚 磊，陳 輝，付 樂，陳小平*

雙側力虧損（bilateral deficit，BLD）作為一種機體神經系統抑制現象，用于描述雙側肢體共同收縮發力與單側單獨收縮發力之間的肌肉力量差異 （馮兆儒，2020），單側力量之和大于雙側同時發力之和的現象則可稱為雙側力虧損。其生成的機制尚未明確，一般認為受心理、運動形式、生理和神經因素4 個方面影響（汪洋，2016；Aune et al.，2013）。基于同源肢體之間在中樞神經中的關系，雙側力虧損主要由神經肌肉系統的限制造成（Howard et al.，1991）。

雙側力虧損是一項普遍存在于各種項目中的現象，在很大程度上，其對于運動表現的影響還無法準確判斷 （Hoffman et al.，2007； ?karabot et al.，2016）。當前雙側力虧損的研究主要集中在夏季項目，但鮮見對冬季項目的研究。越野滑雪（cross-country skiing）作為一項重要的冬季項目，運動員經常依據比賽地形和復雜環境進行多種技術轉換（蔡旭旦 等，2021； 焦怡然 等，2021； 袁獻雙 等，2021； Andersson et al.，2010）。越野滑雪自由式比賽中通常采用拋鎬技術（Gear2）、一步一撐（Gear3）和兩步一撐（Gear4）（包蕾 等，2021； 李秋捷 等，2021；Kvamme et al.，2005），較多依賴不對稱力量，通過交替下肢的蹬動力使運動員快速前進，動作完成需要運動員先后完成兩側蹬動，運動模式類似于反向跳（countermovement jump，CMJ）。因此CMJ 可以作為越野滑雪項目評價雙側力虧損的重要指標。然而，因滑雪路程延長，運動員運動中需要使用更大的力量來前進，也使等長大腿中段拉（isometric mid-thigh pull，IMTP）成為測量越野滑雪運動員滑行能力的又一重要方法。

本研究以越野滑雪項目為研究對象，采用IMTP 測試對下肢等長運動的爆發力以及最大力量雙側力虧損表現進行靜態評價 （路恒 等，2022）。同時，CMJ 以及跳深（drop jump，DJ）均可以觀察到雙側力虧損現象（?eleznik et al.，2022），因此采用這2 種縱跳方式對雙側下肢力虧損進行動態研究。通過對下肢雙側和單側最大力量及爆發力測試，探討不同水平越野滑雪運動員的雙側力虧損現象及其影響因素，并為運動員的訓練提出相關性建議。

1 實驗方法

1.1 測試對象

測試對象為10 名越野滑雪國家集訓隊高水平男子運動員，運動員技術等級均為一級運動員及以上。運動員平均身高為（177.7±5.6）cm，體質量為（67.8±5.2）kg，平均體脂百分比為11.3%±1.5%。受試者測試前2 天內沒有進行大強度訓練，測試期間身體健康，測試前告知其測試內容，并簽署知情同意書。FIS 積分系統是國際滑雪聯合會針對滑雪項目系列賽采用的評分標準，通過對比賽積分（對比第一名比賽用時）與比賽罰分（場地標準）相加，以世界越野滑雪運動員第一名為“0 分”標準進行評分，FIS積分可以用來評價運動員專項運動表現能力。根據國際滑雪聯合會規則，運動員比賽用時越短，FIS 積分越低。根據測試時間，分別選取運動員2021 年6—8 月6 次FIS短距離和9 次長距離積分中位數進行個人成績排名（表1）。

表1 2021年6—8月越野滑雪運動員FIS積分排名Table 1 FIS Points Ranking of Cross-Country Skiers from June to August，2021

1.2 測試方法

由于左右腿對比無明顯差異，但優勢側力值顯著高于非優勢側 （Dos’Santos et al.，2017），因此本研究將以優勢側與非優勢側進行對比。首先通過詢問受試者下肢運動習慣，將比賽中的發力腿認定為優勢腿。受試者熱身15 min 后隨機進行3 種測試：1）IMTP；2）CMJ；3）DJ。每種測試包含雙側、優勢側和非優勢側3 組，每組完成3 次，組間休息30 s。測試儀器采用雙側測力臺（Kistler，FD4000，1 000 Hz）進行下肢左右側垂直方向力值采集。受試者首先安靜站于測力臺上，記錄測力臺壓力為身體重力，并據此對之后測量的力值數據進行標準化記錄。

1.2.1 IMTP測試

雙側組中，受試者平穩站立于測力臺上5 s，測力臺測量靜態壓力。隨后受試者雙手正握杠鈴桿并穩定站立后，快速用力蹬測力臺，用最短時間達到最大拉力，全力保持5 s（圖1）。測試需符合IMTP 測試“力-時間曲線”結果標準（路恒 等，2022）。右側組需要受試者右腿單腿站立，對側腿左腿抬起保持屈膝90°完成以上測試。左側組則需要受試者左腿單腿站立，而右腿抬起保持屈膝90°完成測試。

圖1 不同組別IMTP測試地面反作用力示意圖Figure 1.Ground Reaction Force in Different Groups of IMTP Test

1.2.2 CMJ測試

雙側組中，受試者雙手掐腰，兩腳分開站立在測力臺上，先向下屈蹲90°后用力向上跳起，落地時雙腳需完全落在測力臺上。CMJ 測試過程分為起跳、騰空和落地階段，并通過測力臺記錄受試者垂直地面反作用力、功率及速度數據。右側組需要受試者右腿單腿站立在測力臺上，左腿全程屈膝不接觸地面，右腿跳起后并單腳落在測力臺上。左側組則需要受試者左腿單腿站立，右腿全程不接觸地面。

1.2.3 DJ測試

雙側組中，受試者雙手掐腰，從45 cm 高跳箱上直腿自由下落，雙腳落地在測力臺上，隨即快速反彈，盡最大能力垂直跳起到最大高度，最終落在測力臺上。通過測力臺記錄受試者垂直地面反作用力、功率及速度數據。DJ 測試分為3 個階段：1）落地；2）騰空；3）再次落地（圖2）。左側組需要受試者左腳落在測力臺上，左腳單腳再次起跳至再次落在測力臺上。右側組則需要受試者右腳全程接觸地面。

圖2 DJ測試的壓力、功率和速度隨時間曲線的階段特征Figure 2.Force-，Power- and Velocity-Time Curve Phase Characteristics of DJ Test

1.3 統計方法

所有數據指標由測試系統進行自動化標準化處理后導出，雙側力虧損計算統一使用公式（1）計算BI 系數：

BI系數范圍受到測試方法、受試人群、有無訓練經驗等因素的影響，一般處于-5～-25%即為雙側力虧損 （H?kkinen et al.，1997； Howard et al.，1991； Kuruganti et al.，2006）。

采用SPSS 26.0 進行分析，統計數據采用平均值±標準差（M±SD）表示。結果均進行參數檢驗。在IMTP 測試中，采用單因素及多因素重復測量方差分析比較不同時間點指標，對于主效應和交互作用的顯著性采用Bonferroni 進行檢驗，當交互作用顯著時進行Post-hoc 檢驗；對于雙側組、優勢側組與非優勢側組之間的差異性采用單因素方差分析檢驗，顯著性為P＜0.05；不同指標結果的相關性采用Pearson 相關分析（數據正態或近似正態分布）或Spearman 相關分析（數據嚴重偏態分布）。如果符合線性相關（P＜0.05）進一步進行線性回歸分析，顯著性為P＜0.05，并報告r2。

2 測試結果

2.1 IMTP測試

通過雙因素重復測量方差分析0～200 ms 力值變化情況（圖3），經過球形檢驗并校正后，發現不同側的測試與時間無交互作用（F=2.412，P=0.075）。同時，單雙側姿態對于力值的主效應無統計學意義（F=1.809，P=0.182），說明單雙側力值的總體均數無顯著性差異。而力值則隨著時間變化而顯著上升（F=51.332，P＜0.001），受試者持續發力直至達到峰值壓力。通過單因素方差分析對比3 組標準化峰值壓力可以看出，3 組間無顯著性差異（F=0.383，P=0.684），不同側站姿對測試結果無顯著性影響。

圖3 不同組別IMTP測試不同時間結果對比Figure 3.Comparison of IMTP Tests Results in Different Groups at Different Times

發力率經過雙因素重復測量方差分析，經球形檢驗校正后（P＜0.05），發現時間與單雙側之間的交互效應無統計學意義（F=1.821，P=0.420），不同時間之間也沒有統計學意義（F=3.617，P=0.065），但不同組間存在統計學意義（F=7.038，P=0.003），進一步分析可以得出，在150 ms與200 ms時雙側組與優勢側組、非優勢側組存在顯著性差異（P＜0.05）。

IMTP 峰值壓力BI 系數為-43.30%±21.61%。通過單因素重復方差分析（表2），發現50～200 ms 的力值與發力率BI 系數均沒有統計學意義（P＞0.05），BI 系數并不會隨著時間的變化而變化。另一方面，對每項指標BI 系數與FIS 積分排名相關性進一步分析發現，標準化峰值壓力BI系數與FIS 積分呈負相關（P=0.038），線性回歸分析峰值壓力BI 系數與FIS 積分關系得出（圖4），兩者具有良好的線性相關性（F=6.143，P＜0.05，r2=0.434），FIS 積分排名越靠前，BI 系數越接近0%，雙側力虧損現象越弱。

圖4 標準化峰值壓力BI系數與FIS積分線性回歸分析Figure 4.Linear Regression Analysis of Normalized Peak Pressure BI and FIS Points

表2 IMTP測試力值與發力率雙側力虧損Table 2 Bilateral Deficit of Force and Rate of Force Development in the IMTP Test

2.2 CMJ測試

雙側組所有指標顯著高于優勢側組和非優勢側組（P＜0.05），但優勢側組與非優勢側組之間無顯著差異（P＞0.05；表3）。

表3 不同組別CMJ測試結果Table 3 Results of CMJ Tests between Different Groups

不同組別指標結果與FIS 積分相關性分析結果顯示，所有結果均沒有顯示相關性，CMJ 不受FIS 積分影響。通過相關性檢驗發現（表4），FIS 積分排名與縱跳高度、起跳最大力值BI 系數具有負相關性。線性回歸分析進一步發現（圖5），FIS積分排名與縱跳高度BI系數間存在良好的線性關系（F=9.679，P=0.005），與起跳最大力值BI系數也存在線性關系（F=6.611，P=0.018）。盡管兩者的r2較小（0.326，0.248），但仍表明隨著排名靠前，縱跳高度與起跳最大力值BI系數不斷接近0%，甚至出現雙側力增益（BI系數＞0%）。

圖5 CMJ測試縱跳高度、起跳最大力值BI系數與FIS積分線性回歸分析Figure 5.Linear Regression Analysis of FIS Points and the BI of Vertical Height，Peak Take-off Force of CMJ Test

表4 CMJ測試結果BI系數與FIS積分排名相關性分析Table 4 Correlation Analysis between BI of CMJ Test Results and the FIS Points

2.3 DJ測試

雙側組所有指標顯著高于優勢側和非優勢側（P＜0.05），但優勢側與非優勢側之間無顯著差異（P＞0.05；表5）。

表5 不同組別DJ測試結果Table 5 Results of DJ Tests between Different Groups

通過分析不同指標與FIS 積分排名相關性發現（表6），雙側組起跳最大速度與FIS 積分有顯著負相關，隨著排名靠前，速度顯著增大（P＜0.05）。優勢側與非優勢側組峰值功率與FIS 積分呈現正相關，隨著排名靠前，峰值功率下降（P＜0.05）；同時，非優勢側落地與起跳最大力值與FIS 積分呈顯著正相關性，隨著排名靠前，最大力值降低（P＜0.05）。

表6 DJ測試結果與FIS積分排名相關性分析Table 6 Correlation Analysis between the DJ Results and the FIS Points

根據DJ 測試各指標BI 系數與FIS 積分相關性分析發現（表7），縱跳高度、落地最大速度與起跳最大速度BI 系數與FIS 積分呈現負相關：DJ 縱跳高度BI 系數和FIS 積分排名呈線性關系（F=6.518，P=0.026），落地最大速度BI 系數與FIS 積分排名呈線性關系（F=4.596，P=0.046），起跳最大速度BI 系數與FIS 積分排名呈線性關系（F=13.752，P=0.002），且隨著FIS 積分排名靠前，3 個指標BI 系數越接近0%（圖6）。

圖6 DJ縱跳高度、落地速度、起跳速度BI系數與FIS積分線性回歸分析Figure 6.Linear Regression Analysis of FIS Points and the BI of Vertical Height，Landing Velocity，and Take-off Velocity of DJ Test

表7 DJ測試結果BI系數與FIS積分排名相關性分析Table 7 Correlation Analysis between BI of DJ Test Results and the FIS Points

3 研究討論

3.1 不同測試對雙側力虧損影響

本研究中，IMTP 測試產生了較高的雙側力虧損，雙側發力相比于單側發力較小。這是由于相比于單邊運動，執行雙邊運動時對單側肢體肌肉的神經驅動減少（Howard et al.，1991； Vandervoort et al.，1984； Van Die?n et al.，2003）。等長收縮因為運動機制的部分受限，適用于研究可能的潛在機制 （Jakobi et al.，2001），并且不會受到由于運動產生的相關影響。當前對于等長收縮的雙側力虧損研究的結論差異較大，髖、膝關節聯合等長伸展顯示出不同水平的雙側力虧損（Donath et al.，2014； Mac-Donald et al.，2014）。IMTP 測試作為多關節運動，相比于單關節運動會顯示出更大程度的雙側力虧損。同時受到穩定性影響，下肢膝關節和踝關節需要產生更大力量維持平衡，所以會產生更大程度的雙側力虧損。

IMTP 測試中，在開始發力階段，即100 ms 之前，單雙側之間并沒有顯著性差異，而100 ms 之后，雙側發力率顯著高于優勢側與非優勢側，這也與過往研究結果相同，即100 ms 是單側發力結果產生差異性的時間點（Dos’Santos et al.，2017）。同時，FIS 積分與峰值壓力BI 系數具有線性關系，隨著FIS 積分靠前，受試者專項能力提升，峰值壓力雙側力虧損下降。IMTP 測試相比于縱跳測試，峰值壓力更能體現下肢力量與專項能力的相關性，這也可以說明專項能力越強，可能造成的最大力量越高，雙側力虧損現象越低。Secher 等（1975）對賽艇運動員進行測試，發現經過下肢伸展訓練的受試者不一定會出現雙側力虧損現象，同時雙側力虧損程度排序依次為：俱樂部級＞國家級＞國際級，國際精英運動員甚至沒有發現雙側力虧損現象（Nijem et al.，2014）。因此，隨著運動能力提升，雙側力虧損出現下降的趨勢。

動態運動的雙側力虧損產生機制與等長或等速運動不大相同。Van Soest 等（1985）的研究表明，縱跳過程中，雙側縱跳的髖、膝、踝關節的峰值力矩小于單側縱跳。即使單、雙側縱跳中關節伸展的運動范圍相同，也仍然會有部分伸肌在雙側縱跳中達到更高的縮短速度，并且由于力-速度關系，與單側縱跳相比，這些肌肉在進行雙側縱跳時往往會產生更少的力量和運動能力（Bobbert et al.，2006）。本研究中，CMJ 表現出雙側力虧損，是由于在雙側運動過程中，單腿的肌肉激活程度達不到單獨運動所產生的肌肉激活（Secher et al.，1978； Vandervoort et al.，1984）。在對縱跳的研究中發現，單腿縱跳的表現與雙腿縱跳的表現在某些方面有所不同：單腿縱跳階段更長，但縱跳高度顯著小于雙腿縱跳（約為58.1%～58.5%）（Bosco et al.，1980；Vansoest et al.，1985），垂直地面反作用力更小（Challis，1998），并且單腿縱跳時膝關節的最小角度更大（Vansoest et al.，1985）。

DJ 以較高肌肉力量-速度為特征進行短周期活動，被認為是衡量下肢快速拉長-縮短模式能力，以及下肢肌肉負荷耐受性的指標（Viitasalo et al.，1998）。同時DJ 也是反應下肢彈性剛度的指標（Flanagan et al.，2007）。下肢彈性剛度的增加可以減少DJ 等運動的地面接觸時間，并且更大的剛度能夠產生更好的踝關節性能（Stefanyshyn et al.，1998）。肌肉必須具有較高的剛度才能有效地利用彈性勢能。本研究與其他DJ 雙側力虧損研究得出相似結果，Pain 等（2014）觀察到DJ 測試中落地峰值壓力與峰值功率呈現雙側力虧損。

3.2 不同測試與專項運動水平的相關性分析

FIS 積分作為本研究中評價越野滑雪運動員專項運動水平的依據，可以表現為越野滑雪運動員的專項能力。本研究發現了IMTP、CMJ 和DJ 測試與專項運動水平的相關性。IMTP 測試中，峰值壓力與專項運動水平具有相關性，隨著運動能力提升，即FIS 積分排名靠前時，縱跳高度與起跳最大力值雙側力虧損顯著下降。CMJ 測試中，縱跳高度與起跳最大力值與專項運動水平具有相關性，隨著專項運動能力提升雙側力虧損顯著下降，部分運動員縱跳高度甚至出現雙側力增益。同樣，在DJ 測試中，縱跳高度、落地及起跳最大速度雙側力虧損也隨著專項運動水平的提升而顯著下降。雙側力虧損現象說明了雙側運動無法最大程度激活肌肉力量，而專項運動水平越高，雙側力虧損現象越不明顯。Howard 等（1991）研究發現，沒有訓練經驗的人群呈現雙側力虧損，自行車運動員則未呈現這種現象，舉重運動員甚至出現雙側力增益，這表明長期進行雙側訓練將減少雙側力虧損現象，這與受試者感知能力有關（Jakobi et al.，2001）。Secher（1975）和Nijem 等（2014）研究表明運動等級越高，運動員雙側力虧損現象越少，甚至沒有出現。這也說明運動員運動能力越強，耐力素質越高，雙側力虧損越小 （Pain，2014）。

DJ 運動是一種拉長-縮短模式的運動。受試者從高處落下會導致伸膝肌群快速伸展，重力勢能變化會導致彈性勢能累積，隨后通過收縮肌肉提供用于起跳的能量。然而如果運動速度較慢，則會導致離心階段累積的彈性勢能部分耗散，造成縱跳高度下降（Anderson et al.，1993；Bobbert et al.，1996）。本研究中，雖然FIS 積分更低的運動員單側與地面接觸時爆發力更大，峰值功率更高，但是雙側起跳速度卻更低，因此不同專項運動水平運動員縱跳高度間并沒有相關性。雖然從DJ 運動發現了部分指標具有關聯，但是這也可能是因為耐力性項目運動員不熟悉跳深測試方法而導致的差異（Pain，2014）。研究表明，DJ 測試對于專項運動水平的相關性較為敏感，其次為IMTP 測試與CMJ 測試。

3.3 優勢側與非優勢側影響分析

越野滑雪雙杖推撐技術中，運動員會使用不對稱的能力進行蹬動，特別是優勢側的蹬動與撐桿，而非優勢側則較少使用力量，長期單側使用G4 技術可能會造成肌肉力量失衡。越野滑雪傳統式比賽中，40%以上通常采用同推技術（double poling，DP）（Marsland et al.，2018；Takeda et al.，2019），傳統式比賽需要對稱使用身體進行移動，包括其他交替滑行技術。為了獲得最佳表現，需要對稱使用左右兩側肢體（Bjorklund et al.，2017）。因此，擅長傳統式技術的越野滑雪運動員損傷率低于自由式技術運動員（Bahr et al.，2004）。雖然大多數精英越野滑雪運動員在中低運動強度下都能毫無困難地使用兩側，但隨著運動強度增加，運動員往往表現出更大的偏側性。

各項測試結果中，優勢側與非優勢側之間并無顯著性差異，可能說明越野滑雪運動員優勢側與非優勢側之間并無統計學差異。但通過對運動員的前期調查可以發現，10 名受試者中8 名優勢腿為右腿，而2 名為左腿。有研究表明，上肢的優勢側與非優勢側的差異性較為明顯（Jakobiet al.，2001），而下肢優勢側與非優勢側的協調性沒有顯著差異（Promsri et al.，2018）。同時，當前研究對于不同慣用側與雙側力虧損之間的關系也存在分歧（Armstrong et al.，1999； Cornwell et al.，2012；Crosby et al.，1994），因此下肢優勢側與非優勢側的關聯還需進一步研究。

3.4 越野滑雪訓練建議

目前對于力量測試中的雙側力虧損系數與運動表現的關系尚無明確結論，但不少項目表明運動員需要較低水平的雙側力虧損。根據訓練特異性原則，雙側力虧損會隨著訓練后骨骼肌力量的變化而發生改變，具有一定的可塑性（Hawley，2002）。雙側抗阻訓練會增加雙側力量，但對單側力量提升不明顯，從而降低雙側力虧損BI 系數。Nijem 等（2014）的研究表明，勻速高強度的雙側訓練會減少，消除雙側力虧損，甚至造成雙側力增益。同時雙側力虧損現象較為嚴重的人群，其虧損程度會隨著訓練增加顯著下降（Janzen et al.，2006； Ramírez-Campillo et al.，2015）。這是由于雙側抗阻訓練可以增加雙側運動時大腦皮質激活程度，并在左右大腦招募更多大腦區域并產生更高的神經激活程度（Grady，2012； Noble et al.，2014），并降低皮質抑制（Post et al.，2007），從而形成通過直接皮質脊髓束觸發的肌肉輸出增加（Aune et al.，2013）。

單側訓練相較雙側訓練更具有特異性。單側力量訓練不僅可以提升單側的力量水平（Nijem et al.，2014），還可以提高雙側運動的力量素質（Appleby et al.，2019）。同時單側訓練可以增強雙側訓練無法發展的協調穩定性和無法刺激到的穩定肌群。大多數運動項目中需要快速肌肉力量，減少雙側力虧損的同時可以減少運動損傷。雖然單、雙側訓練均會提升運動員運動能力，但單側訓練對穩定性要求更高，且可能增加雙側力虧損現象（Jakobi et al.，2001）。進一步研究發現，非優勢側的單邊抗阻訓練會降低雙側力虧損，而優勢側的單邊抗阻訓練則會增大雙側力虧損（Taniguchi，1998）。

雖然單側與雙側力量訓練均能夠提升肌肉力量，顯著改善耐力表現，但是雙側抗阻訓練對雙側力虧損的影響遠大于單側抗阻訓練（Janzen et al.，2006），單側與雙側訓練的結合似乎更有利于提升機體運動能力（Brown et al.，2014）。越野滑雪更應該進行單雙側訓練，從而提升運動能力，減少雙側力虧損現象。當前針對下肢的雙側訓練包括：深蹲、舉重、臥推等，而單側訓練則限制為單腿發力，可以采用后腳抬高分腿蹲（單腿保加利亞深蹲）、單臂啞鈴臥推等（李丹陽 等，2021；Nijem et al.，2014）。在訓練實踐中可以通過復合式訓練均衡發展并增強單側與雙側爆發力，減小單一訓練的缺陷。同時需要注重訓練的肢體順序以及負荷，從而更高效地促進下肢爆發力發展（林奕貫 等，2022）。除了單雙側力量訓練，平衡訓練也可降低雙側力虧損現象。平衡訓練通過增加大腦皮質下結構（即基底神經節和小腦）的適應（Puttemans et al.，2005； Taube，2012），造成大腦激活從皮質區域到皮質下區域的轉變，從而繞過雙側運動期間運動皮質的半球間抑制，造成雙側力虧損降低（Beurskens et al.，2015）。

4 研究結論

本研究通過對越野滑雪運動員實施最大力量以及縱跳測試，發現越野滑雪運動員專項運動水平與各項測試結果無明顯差異，但IMTP、CMJ、DJ 測試均顯示較為明顯的雙側力虧損現象，同時雙側力虧損BI 系數隨著專項運動水平提升而降低，雙側力虧損現象可能作為分析專項運動水平的潛在指標，優秀運動員會具有較低的雙側力虧損。同時，IMTP、CMJ 和DJ 測試可以作為雙側力虧損的測試方式，測試結果較為顯著，但DJ 測試的選擇則需要考慮受試者熟悉程度的差異。針對運動員存在的雙側力虧損現象，可以通過單雙側訓練相結合的方式來提升下肢力量并減少該現象的出現。