（运动人体科学专业论文）股后肌群力量训练器的设计及应用.pdf

v n 1 飞 q h 鼍 r l 妻 ?ro，、r-，j-r 苏州大学学位论文使用授权声明 本人完全了解苏州大学关于收集、保存和使用学位论文的规定， 即：学位论文著作权归属苏州大学。本学位论文电子文档的内容和纸 质论文的内容相一致。苏州大学有权向国家图书馆、中国社科院文献 信息情报中心、中国科学技术信息研究所( 含万方数据电子出版社) 、 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社送交本学位论文的复印件和电子 文档，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存和汇编学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索。 涉密论文口 本学位论文属 在年一月解密后适用本规定 非涉密论文口 论文作者签名：坠亟望 日 导师签名： 期：塑! ! ! 墨 日期：竺! ：主： 设计及应用中文摘要 中文摘要 研究目的：本研究通过对专项动作及下肢肌肉发力特点的分析，设计适合发 展专项力量的股后肌群力量训练器，并用此训练器，对普通大学生不同方式的力 量训练，比较不同的训练方式对下肢力量特征的影响，探索股后肌群对不同训练 方式的神经肌肉适应。以丰富股后肌群的力量训练方法，从而为促进运动员下肢 力量素质的平衡与提高，为有效预防股后肌群拉伤，提高运动水平提供参考。 研究方法：实验以志愿者的形式选取苏州大学体育学院运动人体科学专业健 康男性受试者1 2 名，随机分为两组，分别为独立训练组和组合训练组，每组6 人。 独立训练组分别完成向心练习与离心练习。组合训练组采用设计动作将两者结合 起来训练。训练前后，运用c o n t r e x 等动肌力测试系统对受试者进行肌力测量， 并同时用b i o v i s i o n 生物电纪录分析系统采集下肢肌表面肌电信号。对相关结果进 行训练前后及训练组间的比较分析。 研究结果：用所设计的训练器能够顺利完成跪姿倒地、俯卧勾腿以及两者结 合的组合动作练习；训练后，两组膝关节屈肌等长、等动肌力增长显著，伸肌等 长肌力也有一定增长；膝关节肌力屈伸比增加；训练后，力量测试时下肢伸肌i _ e m g 无变化；屈肌半腱肌i e m g 无变化，但股二头肌和腓肠肌出现明显的组间差异， 独立组显著增加，而组合组则无变化；训练后，在股四头肌发力时，股内侧肌与 半腱肌肌肉激活比显著增加，而股内侧肌与股二头肌肌肉激活比则无明显变化； 在股后肌群主动用力时，独立组半腱肌与股内侧肌肌肉激活比无明显变化，而组 合组则明显增长。两组股二头肌与股内侧肌肌肉激活比出现一致的上升趋势。 研究结论：所设计的训练器能够有效实现股后肌群s s c 训练；两种训练方式 均可使受试者肌力出现规律性增长，膝关节的前后肌力平衡得到改善。不同的训 练动作导致训练后肌肉激活水平出现不同的变化：组合组通过对训练动作的适应， 可以更好的改善中枢神经系统对主动肌、协同肌和对抗肌的协调性和同步性。 关键词：股后肌群力量训练训练器损伤预防运动生物力学 作者：王国栋 ， 指导老师：陆阿明 p u r p o s eo f t h i ss t u d yw a st od e s i g nas p e c i f i ct r a i n i n gm a c h i n ef o rh a m s t r i n g ，a n dt ot e s t t h ee f f e c t so f6w e e k s s t r e n g t ht r a i n i n gp r o g r a mo nk n e ej o i n ts t r e n g t h 嬲w e l l 鹪s e m g d u r i n gs t r e n g t ht e s t m e t h o d s ：1 2m a l es u b j e c t sw i t hn oh i s t o r yo fh a m s t r i n gi n j u r yc o m p l e t e dt h e t r a i n i n g0 1 1t h ed e s i g n e dm a c h i n e ，3x 7r e p e t i t i o n s - 3t i m e saw e e kf o rs i xc o n s e c u t i v e w e e k s s u b j e c t sw e r ed i v i d e di n t ot w og r o u p s ：s e p a r a t ec r o u p a n d c o n b i n c d c r o u p ”t h es e p a r a t ec r o u pp e r f o r m e df o r w a r d f a l l i n ga n dl e gc u r ls e p a r a t e l y i nt h e c o n b i n e dc r o u p ，e a c hr e p e t i t i o ni n v o l v e da ne c c e n t r i cf o r w a r d - f a l l i n ga n dac o n c e n t r i c l e gc u r li nr a p i dc o n s e q u e n c e i s o m e t r i ca n di s o k i n e t i cs t r e n g t hw e r et e s t e dp r ea n dp o s t l r a i l t i n g t h es e m go fl o we x t r e m i t ym u s c l e sw e r ea l s or e c o r d e dw h i l es t r e n g t ht e s t i n g r e s u l t sw e r ec o m p a r e dw i t h i n ( p r ea n dp o s t ) a n db e t w e e nt h eg r o u p s r e s u l t s ：t h ec o m p a r i s o no fr e s u l t ss h o w e das i g n i f i c a n ti n c r e a s ei nm a x i m a l i s o m e t r i ct o r q u eo fh a m s t r i n g sa n dq u d r i c e p sa tk n e ep o s i t i o nt o w a r df u l le x t e n s i o nb u t n o tf l e x i o n b o t hc o n c e n t r i ca n de c c e n t r i cp e a kt o r q u ei n c r e a s e di nh a m s t r i n g sw h e r e a s o n l yt h ee c c e n t r i cp ta l6 0 0 s w e n tu pi nq u a d r i c e p s n od i f f e r e n c e sw e r ef o u n di n i e m go fq u a d r i c e p sa f t e rt r a i n i n gw h i l ei e m go fl a t e r a lh a m s t r i n ga n dm e d i a l g r a s t r o c n e m i u sr i s e di ns e p a r a t eg r o u p ，b u tn o tc o n b i n e dc r o u p t h ei e m go f m e d i a l h a m s t r i n gk e p ts t a b l ei nt w og r o u p s t h ec a r o , ) ( c o a c t i v a t i o nr a t e ) i n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l ya f t e rt r a i n i n gw h i l eq u a d r i c e p sc o n t r a c t i o na c t i v e l y , w h e r e a sn od i f f e r e n c e s w e r ef o u n di nc a r ( v m l h ) i nc o m p a r i s o n , t h ec a 仍帆di n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y i nc o n b i n e dc r o u pb u tn o ts e p a r a t eg r o u p t h ec m 札h m m ) r i s e di nb o t hg r o u p s a f t e rt r a i n i n g c o n c l u s i o n s ：t h ed e s i g n e dm a c h i n em a yp r o v i d et h ea t h l e t e s n e u r o m u s c u l a r n k e yw o r d s ：h a m s t r i n g ，s t r e n g t ht r a i n i n g ，s t r e n g t ht r a i n i n gm a c h i n e ，1 1 1 j u r y p r e v e n t i o n , s p o r t sb i o m e c h a n i c s h i w d t t 吼 b y ：w a n gg u o d o n g s u p e r v i s e db y ：l ua m i n g 目录 1 序言1 1 1 选题依据0 0 0000 “1 1 2 文献综述l 2 研究对象与方法1 4 2 1 研究对象1 4 2 2 研究方法1 4 3 研究结果2 0 3 1 训练前后膝关节肌力测试结果的变化2 0 3 2 训练前后等动测试中下肢肌s e m g 的变化2 8 4 讨论与分析4 5 4 1 股后肌群力量训练器的设计4 5 4 2 训练前后膝关节力量的变化4 6 4 3 训练前后肌力测试时下肢肌s e m g 的变化4 8 5 结论”一“5 4 6 参考文献：5 5 7 附录一o o ooooqo oo00 ”6 0 7 1 知情同意书6 0 7 2 训练器设计图6 3 8 攻读硕士学位期间公开发表的论文6 4 9 致谢“”“”“6 5 用 l 序言 1 序言 1 1 选题依据 股后肌群亦即胭绳肌，位于大腿后侧，是主要的屈膝肌群之一【1 1 。股后肌群拉 伤是一种常见的运动损伤，尤其是在那些需要疾跑和跳跃的运动中，包括短跑、 跨栏、跳远、足球、橄榄球等。在短跑运动员中，股后肌群损伤率接近四分之一， 是多发而痼疾的一种运动损伤，是导致运动员中断参加比赛和训练的重要原因。 同时也是影响短跑运动员成绩提高的因素之一1 2 】。有研究田径运动中股后肌群损伤 率为15 7 ，在所有的损伤部位中仅次于踝关节损伤，排第二位。且其损伤具有症 状持续时间长、恢复慢、再次损伤率高的特点。因而预防损伤的训练和损伤康复 的有效性成为运动科学领域的重要研究内容。 目前股后肌群的力量训练方法有勾腿、直腿硬拉、体屈蹲举、健身球上练习 和跪姿倒地练习等。按照力量训练的专门性原则，目前的力量训练手段及方法， 在训练时没有考虑到运动中股后肌群工作的模式特点。因此结合其损伤的易发时 相，针对其用力过程设计发展股后肌群力量训练的手段与方法及其测量评价的手 段和方法，不仅能有效地发展股后肌群的力量，也能积极预防运动损伤。 本研究旨在通过对专项动作特点及发力特征的分析，设计适合发展专项力量 的股后肌群训练器，并利用此训练器对普通大学生进行为期6 周的不同方式的股 后肌群训练，观察用所设计训练动作训练的力量及肌电变化特征，比较不同的训 练方式对下肢力量特征、神经肌肉系统的支配模式和基础动作结构的影响。探索 股后肌群对不同力量训练方式的神经肌肉适应规律，在改良股后肌群的训练方法 的同时，促进运动员下肢力量素质的平衡与提高，有效预防股后肌群在运动中的 拉伤。 1 2 文献综述 股后肌群由股二头肌( b i c e p sf e m o r i s ) 、半腱肌( s e m i t e n d i n o s u s ) 、半膜肌 ( s e m i m e m b r a n o s u s ) 组成( 见图1 ) 。股二头肌长头起于坐骨结节，短头起于股骨粗 隆线外侧唇下部，二头合腱止于腓骨小头；半腱肌和半膜肌亦起于坐骨结节，止 于胫骨近端内侧面，半腱肌位于半膜肌的浅面，这三块肌肉是全身最长的双关节 1 序言股后肌群力量训练器的设计及应用 肌，三肌共同的作用是伸髋、屈膝。当屈膝时，股二头肌能使小腿轻度外旋，半 腱肌和半膜肌能使小腿轻度内旋，在完成走、跑动作时，牵拉腿部向后从而推动 身体向前。股后肌群所承受的力与髋、膝关节角度有直接的关系。当身体过度伸 膝屈髋时表现为被动不足，过度屈膝伸髋时表现为主动不足。 股：头 半腱肌 半膜肌 股后肌群损伤习惯上又称作股后 肌群拉伤，是由于肌肉被动拉伤或主动 收缩而导致的部分或完全的肌肉撕裂。 图1 股后肌群解剖图( 包括股二头肌、 半腱肌和半膜肌) 1 2 1 股后肌群损伤流行病学研究一一损伤的特点 股后肌群损伤是最常见的肌肉损伤之一，也是造成运动员缺赛和缺训的重要 原因。其损伤具有症状持续时间长、恢复慢、再次损伤率高的特点。 孙仑英对参加第3 届全国大学生田径锦标赛的8 4 8 名运动员( 3 5 个项目) 进行 运动创伤流行病调查。结果显示：在所有运动创伤中，股后肌群损伤居第四位【3 】。 姚磊对1 8 支大学生田径运动对共计3 4 2 人进行运动损伤的调查与病因分析，结果表 明：股后肌群损伤率为1 5 7 ，在所有的损伤部位中排第二位，仅次于踝关节损伤f 4 】。 澳大利亚橄榄球运动员股后肌群损伤比例占所有运动损伤的1 2 1 6 ，每赛季平 均每个俱乐部有6 例股后肌群损伤【5 】。在足球运动员中，股后肌群损伤占所有损伤 的1 1 1 6 j 相当于所有肌肉损伤的三分之一嘲。 2 股后肌群力量训练器的设计及应用l 序言 损伤症状持续时间长、恢复慢成为运动员正常参加比赛、训练的重要障碍。 对澳大利亚和英国橄榄球运动员的研究表明：股后肌群损伤致使运动员平均缺赛 缺练1 4 - 2 5 天。股后肌群损伤的复发率达到1 2 4 8 ，约为其他运动损伤复发率 的3 倍。再次损伤往往导致更长的恢复期，容易导致慢性损伤，也可能导致其他损 伤，如腰椎畸形，半月板的损伤、股四头肌力量异常、股神经粘连等，甚至使运 动员结束运动生涯。 在损伤部位上，研究表明股后肌群损伤常发生在股二头肌的肌腹、肌肉与肌 腱连接处。有学者运用核磁共振和c t 进行研究，发现其损伤常发生在股二头肌的 近端侧面部位，并阐述了肌肉拉伤较容易产生在双关节肌( 如股二头肌) 上的原 因【刀。v e r r a l l 8 】的研究也支持同样观点，其更为深入的研究发现，股二头肌下三分 之一处发生损伤的几率和损伤疼痛程度较上部、中部小得多，而不同部位损伤的 恢复时间无明显差异。最近的核磁共振成像研究表明：9 0 以上的股后肌群损伤发 生在肌腹或肌肉与肌腱结合处1 9 ，虽然股后肌群损伤非常常见，但肌肉完全撕裂的 情况很少，只占到损伤的1 左右网 1 2 2 股后肌群损伤的影响因素 股后肌群损伤的影响因素包括：准备活动、柔韧性、疲劳、年龄、损伤病史、 肌力等。 1 2 2 1 准备活动 准备活动可以降低肌肉的粘滞性，提高弹性，并增加肌肉吸收能量的能力。 肌肉的粘滞性是肌肉收缩或拉长时j 肌纤维之间、肌肉之间或肌群之间发生摩擦 的外在表现。它使肌肉在收缩或拉长时会产生阻力，并额外消耗一定的能量。温 度的升高可以有效的降低肌肉的粘滞性，有研究表明肌肉温度升高1 度就可以显 著增加兔后腿肌肉拉伤时的长度i l o 】，准备活动也能有效增加肌肉所能承受的最大 外力。 1 2 2 2 柔韧性 股后肌群中股二头肌长头、半膜肌和半腱肌。它们均为跨越髋关节和膝关节 的双关节肌，这些肌肉如果在一个环节运动时已经缩短，在另外一个环节运动时 再继续缩短就有困难。显然，这种双关节肌在功能上“主动 或“被动不足是 影响肌肉力量和柔韧素质的内在因素之一。运动员屈髋肌群中的股四头肌特别是 股直肌的长度和柔韧性是一个重要因素。这些肌群是大收肌、股后肌群的对抗肌， 3 1 序言股后肌群力量训练器的设计及应用 在短跑中如果屈髋肌过度收缩或紧张，那么其他伸髋肌和股后肌群相对来说就很 难有效地发挥自己的作用，这会导致伸髋肌过早疲劳，易于受伤。 有研究者运用柔韧性练习进行1 3 周的干预训练，发现与对照组相比，干预组 在增强柔韧性的同时也显著降低了损伤的比例【1 1 1 ( 干预组1 6 7 ，对照组2 9 1 ) 。 虽然股后肌群损伤后具有较短的静息长度【1 2 1 ，也有研究表明柔韧性练习对损伤预 防没有明显贡献【1 引。 1 2 2 3 疲劳 由于疲劳未能得到充分恢复就进行训练或比赛，当负荷过重时就易受伤：当 疲劳引起机能状态降低时，首先是肌肉放松受到抑制，此时，若更为强有力的股 四头肌收缩，后肌群就来不及放松从而导致损伤。从肌肉自身而言，在体的动物 实验研究表明，疲劳与不疲劳的肌肉损伤长度并无差异，但疲劳的肌肉在损伤前 吸收能量的能力下降。大部分流行病学研究认为疲劳是导致股后肌群损伤的重要 原因之一，如在足球比赛中，股后肌群损伤常发生在比赛的下半场，而其他分节 的比赛项目中，股后肌群损伤也多发生于后几节当中1 6 】。 1 2 2 4 年龄及损伤病史 国内有研究表明对股后肌群和股四头肌损伤与年龄的相关性研究表明，前者 与年龄具有高度相关性，而后者则无关。随着年龄的增长导致容易使股后肌群拉 伤的变化原因尚不是很清楚，有研究结果显示对于特定的运动项目，随着年龄的 增长，肌肉的横截面积减小，伴随i i 型肌纤维数量的减少，这必然导致肌肉力量的 降低，同时，随着年龄的增长，神经肌系统对肌纤维的支配能力也可能降低【1 4 1 。 国内外文献中，大部分研究者认为股后肌群损伤率随着年龄的增长而增加，且2 3 岁到2 5 岁是股后肌群损伤率增加的开始。与此同时，随着年龄的增长，损伤史也 在其中扮演着重要的角色，损伤后肌肉的静息长度变短，具有损伤史的运动员是 股后肌群损伤的高发人群。 1 2 2 5 力量 从肌力角度看，影响股后肌群损伤的相关因素包括：肌力不足、前后肌力不 平衡、及左右肌力不平衡。 合理的力量练习可以减少股后肌群的损伤，而前后肌群的肌力比也是一个很 重要的指标，如果此比值过小，会增加股后肌群受伤的风险。已有研究指出此比 值小于6 0 ，股后肌群拉伤便很容易发生。同时，训练股后肌群的力量，使其大 4 股后肌群力量训练器的设计及应用1 序言 于股四头肌的6 0 ，对预防膝关节前交叉韧带的损伤起着重要的作用。对短跑和 足球运动员股后肌群肌力量的研究表明，股后肌群损伤与其肌力有关【l 钉。有研究 者通过对职业足球运动员与久坐工作者的等动肌力及屈伸肌峰值力矩比( h ：q ) 的 比较，发现无论是优势腿还是非优势腿，足球运动员的向心、离心肌力都显著大 于久坐者，但前者的股后肌群离心肌力与股四头肌向心肌力比值却比后者小，且 各个测试速度下均有显著性差异【1 6 】。前后肌力比失调，无疑加大了损伤的隐患。 因此在平时的训练中，在力量训练的内容上，不能只关注股四头肌，要对股后肌 群的力量，尤其是容易被忽略的离心肌力加以关注。 从股后肌群损伤对肌肉力量的影响来看，在等动测试的所有速度上，有股后 肌群损伤史的运动员，其股后肌群的离心肌力比无损伤史的运动员要小，而向心 肌力则无明显区别；两侧股后肌群肌力不平衡也同样可能增大肌肉损伤的概率。 值得关注的是，从导致肌肉损伤的直接原因来看，肌肉应力性拉伤的主要原因可 能是肌肉的应变【1 7 1 ，而不是绝对力量，即肌肉在快速拉伸或收缩时对力的反应。 1 2 01 2 4 03 0 03 i s o k i n e t i cv e l o c i t y ( d e g r e e s s e c o n d ) 图2 不同等动测试速度下膝关节屈伸峰值力矩比( ) t i m o t h y t l 8 l 等对1 9 6 7 年至1 9 9 4 年的文献进行统计研究，实验对象总人数1 5 6 8 名( 男1 1 4 5 ，女4 2 3 ) ，绘出男女屈伸肌峰值力矩比( h qr a t i o ) 与等动测试速度的 关系图( 图2 ) ，随着测试速度的增加，男女屈伸肌峰值力矩比的差距加大，男性 的屈伸肌峰值力矩比与等动测试速度成正相关( r - - 0 6 3 4 ，p o 0 0 0 1 ) ，而女性则无 显著性差异( r _ o 0 6 5 ，p = o 7 7 ) 。由此可见，在对屈伸肌肌力评价时，需要考虑肌 力测试仪器、性别、年龄、测试速度、测试模式对结果的影响，若缺乏较为统一 器硌豫鼹骚j譬 一芭8k笈一，goj舔良 谚nou|jpbna西功cll：l西幢 1 序言股后肌群力量训练器的设计及应用 的测试标准，仅仅用一个恒定的比值做肌力评价标准是不科学的。同样，传统的 向心测试的峰值力矩比值( 股后肌群向心峰值力矩股四头肌向心峰值力矩) 自身 也存在一些局限性： 首先前后肌群同时处于向心收缩的情形在实际运动中并不存在。只可能是 主动肌完成向心收缩时拮抗肌完成离心作用，或者相反；所以采用贴近肌肉实际 工作的功能测试模式( 股后肌群离心峰值力矩股四头肌向心峰值力矩) 进行测试 评价可能更有意义【1 9 1 。 屈伸肌峰值力矩的产生位置( 关节角度) 并不相同。也就是说，忽略了肌 肉的张力长度曲线关系，不考虑产生力矩相应的关节角度。因为屈伸肌峰值 力矩并不是在同一关节角度下产生的，所以用其比值去估计前后肌群可能的受力 程度说服力不足，鉴于此，用屈伸肌力矩比与关节角度关系图来详细评价前后肌 群在任一关节角度下的力量对抗情况可能更有意义。 测试模式与实际运动模式的差异。即考虑运动所特有的运动模式，及其所 包含的解剖学、生理学、生物力学因素，应该采用功能性的测试姿势，即采用更 接近运动姿势的测量体位。另外，目前的测试大多为近固定测试模式，根据实际 的运动特征，可以考虑设计远固定测试方法，结合远固定测试进行评价，同样在 进行力量训练时也可以考虑设计符合实际动作特点的训练动作进行练习。 骨盆附近及大腿其他肌肉的力量练习和柔韧性练习，对积极预防股后肌群损 伤也是非常有利的。如增强臀大肌的力量，可以在脚着地时，协助股后肌群发力 使骨盆的前倾减速。提高髋屈肌的柔韧性，同样对股后肌群损伤的预防起着重要 的作用，因为髋屈肌的弹性差，肌肉过紧，会加大跑步步态中骨盆的前倾，从而 加大股后肌群的被拉伸程度和应力大小。 1 2 3 股后肌群损伤的机制 有效的预防措施和恰当的康复手段是降低损伤率的关键，而了解损伤机制是 有效的预防措施和康复手段的基础。 许多研究指出股后肌群损伤常发生在快速跑动当中，肌肉处在离心收缩期间： 如短跑的摆动期末，小腿前摆致使膝关节伸角增大，股后肌群为了减速小腿及脚 的前摆( 伸膝) ，在肌肉拉长中发力，与此同时，躯干前倾，髋关节处于伸展状态， 更是加大其离心收缩的程度，整个跑的步态中，股后肌群的长度在此时达到峰值， 即最大离心收缩，直到大腿下压前( 膝关节角约1 5 0 度) ，其离心收缩过程结束。 6 股后肌群力量训练器的设计及应用l 序言 而股后肌群肌电的活动也在此间达到最大，可以认为是离心收缩肌力、肌电的同 步吻合。如t h e l e n 等采用人体骨骼肌肉模型对短跑摆动期进行模拟，结合实际的 跑台实验，将肌肉激活度换算为动作驱动力。研究结果显示：在摆动期末，股二 头肌经历一个拉长缩短周期( s s c ) ，缩短发生在摆动期的后1 0 部分，而其肌肉 活动度则在摆动期的7 0 - - 8 0 间明显增大，并延续至摆动期末，摆动腿股后肌群 肌肉长度在离心期末，着地前均达到最大值1 2 0 。这些结果提示摆动期末为股后肌 群拉伤的易发时相。 对跑、跳动作的研究1 2 l 】显示，神经肌肉系统可以通过感觉系统感应牵张负荷 的大小，并在着地前依据视觉调节出现预先活化功能肌群的现象，这种预先活化 的时间与幅度与牵张负荷的大小有关，：并受视觉依着地时间精确控制。在下肢肌 肉着地前至少有两个先决条件：一是肌肉对着地条件有一良好准备，这就是说， 肌肉在着地前即已产生了合适的“劲度，二是肌肉由于离心收缩所引发的牵张反 射，使得肌肉准备有较好的活性。已有研究t 2 2 i 正实，肌肉在预先激活的情况下， 发生肌肉拉伤的几率会降低，原因在于激活的肌肉可以承受更大的被动负荷，在 受伤前吸收更多的能量。对跑的肌电研究表明，在整个步态周期中，股后肌群几 乎都处于活动状态，且在摆动期末和支撑期初最为活跃，摆动期末最大。而对于 达到相似肌肉长度的摆动期末与支撑期末，后者肌肉的活化程度比前者要小得多， 有学者结合肌电，通过对2 0 名男运动员场地跑的运动学及肌肉活动度分析，提出 支撑期末同样是股后肌群损伤的易发时相，而且发现，与t h e l e n 跑台实验结果不 同的是，股后肌群在支撑期末也存在一个离心收缩的过程，股后肌群肌肉长度亦 出现最大值【2 3 】。这可能是由于跑台跑与场地跑的模式差异造成的。也就是说在场 地跑的蹬伸期，对股后肌群较长拉伸时的离心收缩能力提出同样的要求。 为了进行损伤预防及康复手段研究，在力量训练时，仅关注其收缩模式是不 够的，还要考虑收缩时关节的角度及角速度情况，这样才能更贴切的模拟发生损 伤的实际情行，完成更为有效的预防训练。除了股二头肌的短头外，股后肌群均 为双关节肌，实现伸髋与屈膝功能，这也决定了其工作模式。在短跑摆动腿的摆 动中，膝关节角速度可以达到6 0 0 - 7 0 0 度秒。b r o c k e t t l 2 4 对股后肌群损伤因素的 研究提出，产生峰值力矩时的关节位置是一个值得关注的指标，产生峰值力矩时 的膝关节角越大，股后肌群损伤的概率越小。c r o s i e r 和c r i e l a a r d l 2 5 l 选取2 3 名高 水平运动员，通过对股后肌群损伤组与对照组的比较，发现离心收缩时的峰值力 7 i 序言 股后肌群力量训练器的设计及应用 矩位置( a p t ) 存在显著性差异，损伤组a p t 出现在较大的屈膝位置，即不能够 在膝关节伸展较大时有效发力。所以从损伤预防的角度出发，考虑这些因素，理 想的训练方式应该能够在较大膝伸角处产生强有力的离心收缩力，以更好地控制 下肢的摆动，维持膝关节稳定性，减少损伤的发生。 e l i z a b e t h 等通过最大跑速与8 0 最大跑速情况下股二头肌生物力学特性的比 较研究，结果证实股二头肌的拉伸程度在摆动期末达到最大，且与跑速无关，但 其最大肌力和拉伸所做负功随着速度增大显著增长，提示股二头肌损伤可能是由 于在步态的周期性重复中做了大量的负功或是单个步态中髋关节其他肌肉协调紊 乱导致过度拉伸所至【殉。b u t t e r e l d 的动物研究也支持前一种推论，也就是即便把 肌肉长度严格地控制在生理范围内，反复的s s c 过程也同样会导致损伤【2 7 】。l i e b e r 和f d d e n t 2 s l 的研究则从肌肉拉伸的长度出发，研究提示与肌肉拉伤更为密切的可 能是拉伸的应变幅度( 力作用下的相对拉伸长度：拉伸的长度原长度) ，而不是肌 肉所受力的大小。跑步的高强度要求，使得速度越大，股后肌群拉伸的程度越大， 离心收缩与向心收缩的转换速度也越快，也就是应变的幅度和应变率提高，而肌 肉本身可能很难承受这种高强度的变换模式，因而更容易损伤。 由此可见，在力量训练中，仅关注向心收缩练习是远远不够的，必须考虑离 心训练，并结合短跑的特定运动模式，把股后肌群的向心收缩练习和离心收缩有 效的结合起来，因为s s c 过程是最接近比赛形式的，虽然s s c 包括了向心收缩与 离心收缩两个阶段，但其运动过程中，运动单位的募集和激活程度并不同于纯粹 的向心、离心收缩。所以训练时必须加大二者收缩转换的速度，让股后肌群对此 产生良好的适应，从而有效的预防运动损伤。有研究指出在超等长训练时，离心 收缩与向心收缩之间的转换不能超过1 7 0 毫秒，否则效果就差或没效果网。从能 量的角度看，一般情况下，肌肉及肌腱在被拉伸时所吸收的弹性能量，大多以热 量的形式耗散掉，只有在拉伸后紧随向心收缩时，此弹性能量才可能得以保存和 再利用。 1 2 4 股后肌群的力量训练 1 2 4 1 神经肌肉系统在肌肉力量变化中的作用及其训练适应 从生理学角度看，一块肌肉所能产生的最大力量与该肌肉中所包含的彼此并 联的肌纤维数量是成正比的，也正是由于这种关系的存在，肌肉的力量可以用解 剖学方法，通过测量“生理横断面积一来进行评估。大量研究揭示了肌肉力量与 8 股后肌群力量训练器的设计及应用l 序言 横断面积的高度正相关性。 在进行力量训练时，肌肉的横断面积( 体积) 也会同时增加。然而当个体参 与力量训练或减少身体运动活动时，肌肉力量变化先于并且超过肌肉体积的变化 3 0 】。例如，s t a r o n 等通过对受试者8 周的训练，虽然受试者训练后可以举起的负 荷增加1 0 0 - - - 2 0 0 ，但是股外侧肌的肌纤维横断面积没有变化。训练中的想象练 习和左右迁移也同样能够说明肌肉体积与力量变化的不一致性。 从力量训练的神经生理学考虑，肌肉力量的提高主要取决于运动单位的募集， 肌肉的牵张反射。 运动单位动员的量和活化的同步性，是力量增长的重要神经生理基础。根据 肌肉收缩过程中对运动单位动员的“尺寸原则，在一切收缩过程中，运动单位并 非同时而是以一定的顺序进行激活。首先，较小的传递慢的但容易兴奋的运动单 位被动员；随着张力的发展依次激活大的、运动较快的运动单位，即按照运动单 位尺寸大小由小到大依次进行。参与收缩的运动单位越多，肌纤维数越多，力量 相对就大。训练水平低的运动员，只能动员相对较少的肌纤维参与工作，而训练 水平高者，参与工作的肌纤维可达到9 0 以上【3 l 】。而训练中运动单位动员的量受 力量负荷大小的影响，要动员更多的运动单位参与工作，大强度的负荷刺激是必 需的。这种大强度负荷刺激，一方面刺激大运动单位的参与，另一方面，可以提 高运动单位动员的同步性，当用力大于最大力量的8 0 以上时，神经中枢对运动 神经发放的而冲动频率和强度增加。与之相反，小负荷对与运动单位动员与募集 的同步性几乎没有效果。 从神经肌肉系统对训练适应的角度看，肌肉功能的维持与提高，不仅包括肌 肉自身的形态和结构的适应和调整，产生与之适应的生理和生物化学变化，而且 包括神经系统功能对运动的适应性改变。肌肉的训练适应与肌肉内环境的变化和 肌肉的运动方式有关。肌肉运动后代谢产物的刺激是导致肌肉结构和功能变化的 重要原因，这从一个层面阐述了肌肉训练的适应机制，已有的运动生物化学知识 可以较好的解释。而运动中对牵张反射的运用，可以反射性的动员更多的运动单 位参与活动，对改善肌肉内部协调性及肌群之间的协调性都有积极的意义，从神 经肌肉系统对训练适应的角度给予解释。 1 2 4 2 肌肉的超等长训练 超等长力量训练法，包括“拉长缩短周期( s s c ) 收缩的训练法。从大量 9 i 序言股后肌群力量训练器的设计及应用 的文献中可以看到，基本动作如下：肌肉先被迫迅速进行离心收缩，紧接着转为 向心收缩。由于肌肉工作时被预先拉长，再进行快速收缩，这时肌肉能够产生超 常态的爆发力。利用肌肉这一特性，以提高爆发力为主的训练称为超等长训练。 其原理在于利用肌肉快速拉伸储能的特性和牵张反射的原理，对肌肉施以等长型 的超负荷刺激，进而使神经肌肉系统产生速度适应性。训练中突出两个方面： 肌肉快速拉伸和收缩的速度。 肌肉拉伸过程向收缩过程转换的时间。 希尔的力速度曲线告诉我们，任何动作中力量与运动速度不可兼得，运动动 作中，很少有足够的时间去发挥肌肉收缩的最大力量和最大速度，有学者认为肌 肉发挥最大收缩力量需要0 5 - 0 7 秒的时间，而短跑中，支撑脚与地面接触的时 间为0 1 o 1 5 秒，背越式跳高，优秀运动员起跳腿与地面接触的时间为0 1 8 2 - 0 1 8 6 秒。排球扣球起跳动作中，脚与地面接触时间也只有0 4 8 3 秒左右【3 2 】，因此 超等长训练，以快速拉伸、积极的转换、强有力的收缩形式训练，可以提高肌肉 收缩力量和速度，改善肌肉内、肌肉间的协调性，达到提高爆发力的目的。 训练机制上，超等长训练通过改善肌肉强度，提高肌肉的爆发力，对肌肉的 力量和快速力量均产生较好的训练效果。运动训练具有增加肌梭长度的作用，这 种作用在拉长缩短周期运动中不断加强，这样可以改善拉长缩短周期牵拉阶段的 肌强度；而具有抑制作用的高尔基氏腱器官功能同步下降时，肌的强度则进一步 提高。使神经肌肉系统对超负荷和速度产生适应性，这样就使肌肉可以承受更大 的牵拉负荷，储存更多的弹性势能，从而改善快速力量，提高机械效率。 1 2 4 3 常见的股后肌群力量训练方法及其比较 常用的股后肌群训练方法按肌肉工作形式分为以下几类：等长练习法、克制 性练习法、退让性练习法、等动练习法、超等长练习法。大多体现在以下的训练 动作中：摆腿练习、负重或对抗阻力的勾腿( 站立、坐位和俯卧位) 、直腿硬拉、 体屈蹲举、仰卧挺髋屈膝、和俯卧跪起跪姿倒地练习等。 摆腿练习：使用橡皮条练习在体前牵拉做后压摆练习( 立姿和坐姿) 负重勾腿：俯卧一定高度，膝部以下空出，双腿踝部负重或受阻，做缓慢 屈至极限或退让性伸展练习，这种训练方法可能是最常用的训练动作。站立和坐 姿的负重或对抗阻力练习与此相似，包括在等动力量测试仪上进行的等动力量训练。 直腿硬拉：能使股二头肌达到极限伸展。两脚开立，双手正握杠铃，同肩 l o 股后肌群力量训练器的设计及应用1 序言 宽垂于体前，直膝向前屈体至上体与地面平行。然后下背部肌肉收缩用力，把上 体向上向后挺起，上拉杠铃至开始姿势。 体屈蹲举：身体前倾，尽量屈髋，膝髋同时发力，蹲举杠铃。 仰卧摆腿挺髋屈膝：仰卧在地上，双腿放在距离地面0 3 - 0 6 米的高处， 然后用力屈膝上提，摆腿挺髋，此动作也可以在健身球上完成，包括仰卧屈膝等。 俯卧跪起( 向心) 跪姿倒地( 离心) ：俯卧一定高度，踝部固定，髋关节 伸直，股后肌群发力跪起：跪姿，踝部固定，髋关节伸直，身体缓慢向前倾倒。 采用上述力量方法训练对发展股后肌群力量均有一定的效果，如黄小波等【3 3 】 采用俯卧收小腿动作，将试验对象分为三组，分别完成等长练习，等动练习和等 张练习，观察三周后股后肌群力量的增长，研究结果显示：等长练习对股后肌群 力量贡献最为明现，其次是等动练习和的等张练习( 分别增长3 5 8 4 ，2 7 5 8 和 2 1 2 0 ) 。周思红【列对1 8 名运动员进行不同负荷的离心收缩训练，研究股四头肌 和股后肌群力量和肌电图r m s 值的变化，发现离心收缩对改善运动员的肌肉力量 有明显的效果，对运动员肌电图r m s 值也有一定的改善作用。 在实际训练中对教练员和运动员对股后肌群的训练重视不足，或虽然重视但 由于股后肌群训练较股四头肌训练要困难，引起股后肌群肌力的相对赤字，国内 的研究多集中在损伤因素的宏观调查及分析上，力量训练大多采用传统的训练方 法，从损伤预防角度出发定量研究专项力量训练效果的相对较少。 目前常规的力量训练手段大多集中在向心肌力的训练上，或采用同等的负荷 进行向心和离心练习，为了完成正常的训练动作，常采用最大向心收缩力量的百 分比力量作为训练负荷，所设定的负荷对于向心训练可能是合适的，从而有利于 发展向心肌力，但由于肌肉离心收缩肌力比向心收缩的要大得多，此负荷对于离 心训练来说可能只是中等负荷或是小负荷，所以向心训练的负荷限制了离, g , j l l 练 的效果，而且普通力量训练更不会考虑肌肉张力长度曲线中特定功能位置的 力量；等动等速肌力训练仪虽然能够部分实现上述要求，但因仪器昂贵，设备笨 重不易移动，需专业人事操作等原因，对许多运动员来说，难以成为常规的训练 方法。 对于从事不同项目的运动员，在肌肉功率方面也表现出专项特点。根据肌肉 训练的专项性特点，从肌肉工作的力学角度可总结为：动作的幅度与方向； 运动的有效幅度及重点区；作用力的大小；最大作用力的发挥速率( 力的 l 序言股后肌群力量训练器的设计及应用 梯度) ；肌肉的工作形式。如田径运动训练中，假如用牵拉橡皮筋以发展运动 员摆腿的力量，那么在这种练习中无论从动作工作特征上，还是动作重点区，都 不符合跑、跳项目的技术要求。正因为传统的训练方法的缺陷在于其不能够模拟 肌肉在快速跑动过程中的收缩模式和发力特征( 速度、力时间曲线) ，所以可 能无法提高适合专项的力量能力去有效预防运动损伤。 由股后肌群损伤的机制分析可知，损伤常发生在跑的摆动期末，着地前，股 后肌群处于离心收缩或从离心收缩与向心收缩的转换状态，所以对离心肌力提出 一定的要求，目前有相当多的研究表明力量训练具有训练模式的特异性，如有学 者利用等动测试仪，测量了受试者在1 2 周内完成左腿伸肌的3 6 次训练后力量的 适应性变化，对于分别完成向心收缩训练、离心收缩和等长训练，结果显示，各 种收缩方式训练对向心力量增长相似，离心组增长4 6 ，等长组增长3 4 ，向心 组增长了5 3 。相反，离心收缩力量，离心训练组增长1 1 6 ，而等长训练组增长 4 8 ，向心收缩组增长了2 9 。又如m j v l s n e s 等【3 5 】将2 1 名职业足球运动员随机分 为来两组，一组做勾腿的向心练习，另一组做跪姿倒地的离心练习，结果表明向 心练习并没有增加肌肉的离心肌力，但离心训练在增加肌肉离心肌力的同时，也 提高了向心收缩的能力。砒f a t 等【3 6 j 对少年篮球运动员5 周的离心力量练习结果也 支持跪姿倒地的离心训练对损伤预防的有效性。综上所述，传统的向心练习无法 有效提高有利于预防损伤的离心肌力，反之强调离心训练对损伤预防的重要性。 与传统的训练方案有所不同，最近的研究特点主要体现在对离心收缩训练的重视 上。对那些需要频繁疾跑，跳跃、变速制动项目的运动员来说，离心训练在股后 肌群拉伤的预防和康复上均有着积极的作用。 同样，考虑在短跑摆动期末较大膝伸直位置处对股后肌群肌力的要求，肌肉 所承受的张力快速变化的要求，股后肌群在跑步步态摆动期末经历一个拉长缩短 周期( s s c ) 过程，并且在转换过程中承受较大的力的作用，单纯的向心或离心训 练都不可能向s s c 那样充分利用离心收缩的力量增强特性，也就无法提高神经肌 肉对s s c 的适应能力。考虑急速跑时，股后肌群在做快速拉伸及收缩变换的周期 性重复中，所做的大量的负功对肌肉损伤的影响，运用更符合实际运动特征的训 练方式进行训练可能对运动成绩的提高和肌肉拉伤的预防更为有效。 超等长力量练习能够有效改善与短跑相关的肌群，提高肌肉对离心动作的控 制能力。其强调肌肉收缩模式即离心与向心的快速转换，能够为肌肉的神经适应 1 2 股后肌群力量训练器的设计及应用 1 序言 提供良好的练习方式。超等长训练的作用和机制如前所述。问题在于目前常用的 对下肢的超等长训练方法( 如跳深练习) 以及负重蹲举练习对股四头肌的作用远 大于股后肌群【3 7 1 。 既然合适的超等长练习，可以增强肌肉对大幅值力量和快速收缩模式转换的 适应性，设计一种专门针对股后肌群的超等长( 或s s c ) 训练仪器，可能对于股 后肌群运动损伤的预防有着积极的意义。 股后肌群力量训练器的设计及应用 方法 并 食，身体状况良好，无服药记录，在参加实验前六个月，所有受试者均未进行过 专门的力量练习，也没有股后肌群的损伤史。所有实验对象在实验前阅读“知情 同意书 并签字。 实验前将实验对象随机分为2 组，分别为独立训练组( 独立组) 和组合训练 组( 组合组) ，每组6 人。独立训练组分别完成向心练习与离心练习。组合训练组 采用专门设计的股后肌群力量训练器将两者结合起来，完成动作练习。 表1受试对象的一般情况( z 士s ) 2 2 研究方法 2 2 1 文献资料法 在本文研究过程的前期，通过人工查阅文献和计算机检索，阅读了国内外大 量的相关文献，包括专著、讲义、以及学术论文，了解与本研究相关的动态、现 状及存在的问题等。 2 2 2 实验法 2 2 2 1 股后肌群力量训练器设计 为了实现股后肌群以超等长( 或