功能性踝关节不稳男性下蹲跳过程中下肢的生物力学特征

背景:踝关节作为人体的末端承重关节,承受着机体自上而下的压力,这导致踝关节在运动中很容易发生损伤,诱发功能性踝关节不稳,对日常生活造成负面影响。研究功能性踝关节不稳患者在下蹲跳过程中的下肢生物力学表现,对实现科学训练、预防踝关节损伤以及伤后临床康复提供理论参考具有重要意义。目的:探究功能性踝关节不稳患者下蹲跳过程中的下肢运动学与动力学特征。方法:于2023年3-9月在苏州大学招募男性功能性踝关节不稳患者与健康人群各15名,年龄22-28岁,所有受试者均完成下蹲跳试验。采用Vicon红外高速运动捕捉系统和Kistler三维测力台对两组受试者在下蹲跳起跳阶段、离地瞬间时刻、初始着地时刻和垂直地面反作用力峰值时刻的下肢运动学和动力学指标进行同步采集及对比分析。结果与结论:(1)离地瞬间时刻,与健康对照组的匹配侧相比,功能性踝关节不稳组患侧显示出了更小的膝关节内旋力矩(P=0.020)、更小的踝关节内旋力矩(P=0.009)。(2)落地瞬间时刻,与健康对照组的匹配侧相比,功能性踝关节不稳组患侧显示出了更小的髋关节屈曲角度(P=0.039);功能性踝关节不稳组相较于健康对照组显示出了更小的髋关节外展角度(P=0.022)、更小的膝关节内翻角度(P=0.010)、更大的膝关节外旋角度(P=0.021)、更小的踝关节内翻角度(P=0.004)、更小的踝关节外旋角度(P=0.008)。(3)垂直地面反作用力峰值时刻,功能性踝关节不稳组相较于健康对照组显示出了更小的踝关节内翻角度(P=0.044);(4)结果说明,功能性踝关节不稳者在下蹲跳动作中相较于健康人群存在异常的下肢生物力学特征,主要表现为离地与落地瞬间时刻,下肢关节在矢状面和额状面的运动学和动力学指标变化。这些改变反映出功能性踝关节不稳人群在执行下蹲跳时采用了僵硬的起跳与着陆模式,倾向于将患侧踝关节负荷转移至下肢其他关节,并显示出健侧下肢的代偿现象。因此,检测和纠正异常生物力学特征应该成为功能性踝关节不稳者康复训练的一部分。

不同拉伸形式及延迟时间对下肢爆发力的影响

采用文献资料、专家访谈及测试法,以20名体育教育专业男性大学生为测试对象,分别对慢跑、慢跑+静力拉伸、慢跑+动力性拉伸、慢跑+组间继续静力性拉伸、慢跑+组间继续动力性拉伸5种准备活动后即刻、5min、10min、15min的下蹲纵跳(CMJ)进行测试。结果表明,组间动力性拉伸对CMJ能力的发挥有利,成绩提高2.3%,而组间静力性拉伸对CMJ能力的负面影响明显,成绩下降4.3%。拉伸后随时间延长(10min)CMJ出现下降现象。结论:不同拉伸组合方式及拉伸后的延迟时间对CMJ成绩的影响存在差异。

男子篮球运动员不同负荷负重蹲跳的力学特征和肌电图表现

目的:研究男子篮球运动员不同负荷下负重蹲跳(WCMJ)的动力学和肌电图变化。方法:优秀男子篮球运动员8名。先测试受试者半蹲时的最大等长肌力:受试者双脚站立于测力台,上身保持挺直,屈膝约100度,将杠铃杆调整至合适高度,以最快速度和最大力量蹲举固定不动的杠铃约5秒,从测力台软件上读取地面反作用力最大值,记录为下肢最大等长肌力(MVC)。以10%、20%、30%、40%、50%和60%MVC负重,进行WCMJ。采用三维测力台记录受试者纵跳时的下肢动力学数据,利用力量-时间曲线,判断离心阶段与向心阶段,并计算最大速度、离心及向心阶段相对爆发力等衍生数据。同步测试收集受试者半蹲跳时肌外侧肌和股二头肌肌电数据,依此对蹲跳(CMJ)及不同负荷WCMJ的肌电信号进行标准化处理。采用单因素方差分析方法分析不同WCMJ动作对最大速度、相对爆发力、腾空时间和高度、积分肌电的影响。结果:(1)离心阶段:负荷增加至30%MVC,最大速度开始下降,40%、50%MVC负荷之间差异无统计学意义。相对最大爆发力随负荷增加而增加。股外侧肌标准化积分肌电值随负荷增加而上升,股二头肌标准化积分肌电值随负荷增加先升后降。(2)向心阶段:最大力量随负荷增加而增加,相对最大爆发力随负荷增加而增加,30%MVC负荷时达到峰值,之后下降。所有负荷之间股外侧肌积分肌电差异无统计学意义。股二头肌积分肌电值随负荷增加而上升,50%MVC负荷时下降。结论:随着负荷增加,机体通过提高运动单位的募集提高相对最大爆发力,负荷过高则募集运动单位的能力下降。提高下肢肌肉爆发力,应采用低于30%MVC负荷的WCMJ进行训练。

超低温全身冷冻预冷却对女子橄榄球运动员下肢爆发力影响的实证研究

选取12名女子橄榄球运动员作为实验对象,实验组6人10min准备活动后进行超低温全身冷冻(WBC,-120℃)预冷却120s,对照组6人仅做10 min准备活动,然后对WBC后即刻、10 min、20min、30min 4个时刻进行CMJ和SJ起跳高度和功率进行测试,对测试结果进行重复测量方差分析和多变量方差分析。研究结果:如果准备活动后进行WBC预冷却作为提高神经肌肉兴奋性的一种手段,对女子橄榄球运动员CMJ和SJ起跳高度和功率没有产生促进作用反而产生抑制作用。WBC后即刻到WBC后30min时间内,CMJ和SJ的高度值与时间呈显著性二次方关系,即WBC后即刻纵跳高度下降并逐渐在第10min时刻达到最低点,然后逐渐回升。WBC后第10min时刻的CMJ和SJ的起跳功率值均达到最低值,然后逐渐回升。女子橄榄球运动员准备活动后进行WBC对CMJ和SJ这种单次努力完成的爆发性动作没有促进作用。

少年男篮运动员下肢等速肌力与纵跳高度、速度的相关性分析

目的:探讨少年男篮运动员下肢关节不同角速度等速肌力特征,分析与半蹲跳(SJ)、下蹲跳(CMJ)高度、腾起速度的相关性。方法:Iso Med 2000测试了13名少年男篮运动员双侧髋、膝、踝关节等速肌力(角速度60°/S、240°/S),两台Basel高速摄像机记录每名受试者成功的SJ、CMJ过程。结果:1)相比SJ,CMJ的腾起高度(H)、腾空时间(T)、重心腾起初速度(V)均值都非常显著增大(P<0.05);2)随着角速度的增加,受试者髋关节屈和膝关节伸峰力矩均值显著减小(P<0.05)。不同角速度测试中髋、膝和踝关节屈伸比值分别为和0.72、0.68、0.21(60°/S)和0.7、0.64、0.21(240°/S);3)影响CMJ的等速测试为髋关节屈伸绝对力量和爆发力、膝和踝关节伸的爆发力;影响SJ的等速测试为髋关节、踝关节伸的爆发力。结论:少年男篮应优先发展髋关节的爆发力和绝对力量练习,维持膝关节前后肌群的平衡,加强踝关节的稳定性,进而降低下肢伤病的风险。

相同g值强度时不同振幅与频率模式对下肢神经肌肉表现的影响

目的:探讨相同g值条件下不同振动频率与振幅组合模式,对下肢神经肌肉表现的急性与长期效益。方法:28名受试者,年龄20.3±2.1岁,身高168.2±3.7 cm,体质量63.5±4.1 kg。自变量为高频率低振幅(HF+LA,32Hz/1mm)、中频率中振幅(MF+MA,18Hz/3mm)、低频率高振幅(LF+HA,3 Hz/114 mm)与控制组(CON)4种训练模式,因变量包括下蹲跳高度(CMJ)、峰值力矩(PT)、T反射、H反射及M波、触觉敏感度、肌力控制等。急性影响(acute effects,AE)实验部分,受试者分别实施4种训练,并在训练前后分别进行因变量测试;长期影响(chronic effects,CE)实验时,受试者随机分配至上述4组,实施为期8周、每周3次的振动训练,并在训练前后进行因变量测试。结果:AE部分,各组的PT、T/M_(max)、H_(max)/M_(max)及肌力控制在组内与组间比较皆无显著差异,而MF+MA组的CMJ高度达显著进步,LF+HA组的外踝触觉有显著进步,CON组在外踝及腓肠肌肌腹的触觉有显著进步。CE部分,各组CMJ高度皆有显著进步;HF+LA组的股四头肌力量输出显著进步,T/M_(max)与H_(max)/M_(max)显著下降,除了中足触觉其他部位皆有显著进步;LF+HA组的T/M_(max)显著上升且大于其他组别;CON组的下肢力量输出显著进步;MF+MA组的H_(max)/M_(max)显著上升;而CON组除了外踝触觉其他皆有显著进步。结论:经过HF+LA与MF+MA振动刺激后,可降低α运动神经元终池的兴奋性,增加力量输出表现,且对小腿的触觉敏感度有显著进步,而LF+HA对肌梭刺激较大,可增加γ反射弧的兴奋性。

中国优秀蹦床运动员两种跳跃模式的下肢肌肉活动特征比较研究--基于原地纵跳和网上垂直跳

目的:为我国蹦床运动员体能训练效益向专项运动表现转化提供参考。运用文献研究法、访谈法、测试法和数理统计法分析中国优秀蹦床运动员两种跳跃模式的下肢肌群的表面肌电均方根值(RMS),探讨蹦床网上垂直跳和原地纵跳下肢发力肌群表面肌电特征。结果:相较下肢其他测试肌肉,1)在蹦床垂直跳压网阶段和原地纵跳落地缓冲阶段,男子受试者股直肌和股二头肌表面肌电RMS数值最大,女子受试者股直肌表面肌电RMS数值最大;2)在蹦床垂直跳起网阶段和原地纵跳落地蹬伸阶段,男子受试者腓肠肌和股直肌的表面肌电RMS的数值最大,女子受试者股直肌表面肌电RMS的数值最大;3)在蹦床垂直跳腾空上升和下落阶段,男子受试者腓肠肌和股直肌的表面肌电RMS的数值最大,女子受试者股直肌和胫骨前肌的表面肌电RMS的数值最大。结论:1)蹦床运动员在压网阶段为获得更高的起跳高度,需要主动蹬伸蹦床网面储备更大的弹性势能,此时股直肌激活程度高。2)蹦床网上垂直跳时腓肠肌与股二头肌发力时间相对延后,股直肌和胫骨前肌发力时间相对提前,有利于蹦床网面弹起时发力,同时有助于维持触网阶段的身体稳定性和刚度,进而获得更高的跳跃高度。3)蹦床运动员在足部触网过程中胫骨前肌激活程度越高、身体稳定性越好,蹦床腾空高度就越高。

停训后CMJ动作形式下肢伸肌的动力学分析

通过建立人体下肢蹬伸力量的训练及停训模型,对普通高校50名受试的男大学生进行下肢伸肌动力学指标测试,分析停训对CMJ形式蹬伸力量的影响。结果发现:反映蹬伸力量的各项指标停训1周与训练6周后相比无显著性差异,停训2周各项指标达到最大超量恢复,停训3周又逐渐消退至训练前的水平。

不同减小运动学和动力学数据误差的方法对下蹲跳运动仿真结果的影响

探究不同方法处理运动学和动力学数据对运动仿真计算结果的影响,进而减小数据误差以提高运动仿真计算结果的准确性。采集1名普通男性在校大学生的一次下蹲跳(CMJ)测试的运动学和地面反作用力(GRF)数据,分别使用直接计算方法(DK)和逆向运动学方法(IK)计算关节运动学数据;对原始GRF数据(RF)分别进行10 Hz(SF)和50 Hz(HF)的Butterworth 4阶低通滤波处理。应用Open Sim 3. 3软件结合不同方式处理的运动学和GRF数据进行CMJ运动仿真,计算CMJ过程中下肢肌肉-肌腱长度变化和下肢各关节力矩。采用复相关系数(CMC)和平均绝对变化值(MAV)来评价结果的相似性。结果显示:(1)DK和IK计算的CMJ过程的关节角度曲线相似度高,CMC值为0. 93～1. 00,但两种方法计算的髋关节内收外展角及旋转角结果间差异较大,MAV值分别为4. 40°和4. 81°;(2)DK计算的下肢环节长度最大变化量达48 mm,IK计算的下肢环节长度在CMJ过程中保持不变;(3)两种方法计算的肌肉-肌腱长度相似度与各关节角度结果相关;(4)RF、SF和HF计算所得的下肢关节力矩结果相似,但落地缓冲阶段结果差异较大。所得结论如下:(1)使用IK方法处理运动学数据更有利于减小运动学数据误差,提高运动仿真结果的准确性;(2)不同截断频率低通滤波GRF数据对关节力矩计算结果的准确性有影响。建议根据运动特征,选择不同的截断频率处理GRF数据。

优秀跳水运动员腰背及下肢力量素质比较研究

目的:通过采集广东优秀跳水运动员下肢膝、踝关节及腰背部屈伸肌群等速向心峰力矩及半蹲跳(SJ)和下蹲跳(CMJ)力学指标,比较各跳水专项力量素质共异性特征,为制订不同专项力量训练计划和伤病防治提供参考依据。方法:运用等速肌力测试系统测定膝、踝关节和腰背部屈伸肌群等速向心峰力矩;运用三维测力台测试半蹲跳(SJ)和下蹲跳(CMJ)下肢最大力、冲量和爆发力。结果与结论:(1)不同专项跳水运动员膝关节和踝关节屈肌力量均较弱,以右膝和左踝最为突出;(2)跳板运动员下肢膝、踝关节伸肌力量和腰背部屈肌力量均较为突出,以男板运动员尤为突出;(3)不同专项优秀跳水运动员下肢爆发能力均较佳,以男板最为突出,提示良好的下肢爆发能力是优秀跳水运动员的必备素质。