臀肌激活对单腿下落过程中下肢生物力学的影响

【作者】 原菲洁； 于丹； 刘海斌；

【机构】 大连理工大学体育与健康学院；

【摘要】 研究目的:落地动作是日常生活中的基础动作,如若在落地阶段的着陆姿势不合理,不仅会加剧前交叉韧带损伤、半月板、内侧副韧带等急性损伤的发生概率,且更易发生关节退化、关节滑膜炎、髂胫束综合症、髌骨综合症等慢性疾病。髋关节肌肉失活或负荷增加时,会抑制肌肉与神经的连接导致臀中肌无力且不易被激活。臀部肌肉激活的目的在于提高臀肌发力意识,升高臀肌肌肉温度,加速血液流动,增强对身体的控制能量减少运动损伤。在落地阶段臀中肌肌力不足会导致膝关节内旋角度增加,从而增加急性运动损伤的发生率,并且会加剧髂胫束综合症、髌骨综合症等慢性疾病的表现症状。因此,本研究的主要目的为探究臀肌激活对单腿下落着地过程的下肢髋、膝和踝关节的生物力学特征影响。研究方法:本研究选取12名大学生作为实验对象,所有实验对象皆为羽毛球一级运动员,均为右利腿,且半年无下肢损伤发生。在进行正式实验前由实验人员前向受试者传授单腿下落动作的要领,要求受试者完整进行5次单腿下落动作后进行数据采集。实验采用30cm和45cm高的平台进行测试,受试者在不同高度条件下进行单腿下落实验,摆动腿均为右腿、支撑腿均为左腿,每种情况重复3次实验,每次测试间隔30秒。要求其进行臀肌激活训练,使用阻力值为30磅、长度600mm宽度60mm厚度1.1mm的迷你带,进行蹲立姿势膝外旋迷你带抗阻动作。要求受试者双脚分开与肩同宽,双脚脚尖向外,挺胸收腹,后背挺直,下至大腿与地面平行,膝盖不要超过脚尖,上至膝关节微屈不要超伸。将20磅的迷你带置于髌股上沿,单膝外旋至最大角度。激活后再进行不同高度的单腿下落动作,每种情况重复3次实验。实验运用Noraxon16道便携式表面肌电测试系统分析运动中的臀中肌激活情况;使用VICON三维运动捕捉系统采集运动过程中的运动学数据;运用1块AMTI三维测力平台采集实验过程中的动力学数据;在数据处理过程中运用Matlab R2021a软件对数据进行坐标转换转换为OpenSim可以接受的.trc和.mot文件形式;运用OpenSim 4.3软件通过模型缩放、逆向运动学、逆向动力学、残差缩减、静态优化等步骤对单腿下落过程进行仿真模拟;运用spss23.0统计软件对数据进行非参数检验配对t检验的分析处理,显著性水平定为P<0.05。研究结果:经过臀肌激活训练后进行单腿下落动作,下肢两侧在髋关节屈曲、旋转角度和膝关节屈伸角度上具有显著差异,右侧髋关节内收角度和右侧踝关节内翻角度具有显著差异(P<0.05)。说明臀中肌的有效激活将显著改善单腿着陆动作在缓冲阶段膝关节与髋关节的内旋角度,强大有力的臀中肌可以使髋部与臀部保持水平,这样可以给膝关节与髋关节一个缓冲的力量,使在进行单腿着陆动作时缓冲阶段的膝关节与髋关节内旋角度不至于过大,可以有效降低下肢运动损伤风险,从而降低急性运动损伤的发生率,也可以降低各类慢性并发症的概率。研究结果显示,随着下落高度的增加,落地后不同方向上的地面反作用力峰值将逐渐增加,踝内翻峰值角度和膝关节屈曲角度及踝关节伸展角度都逐渐增大。是因为随着高度增加,人体的重力势能就越大落地时的动能大,以地面反作用力为主要方式体现出来。随着下落高度增加落地后的地面反作用力也将增大。随着下落高度增加,下肢髋关节、膝关节、踝关节的屈伸角度逐渐增加,有助于下肢肌肉进行离心收缩,将地面反作用力转化为肌肉的弹性势能,对减少地面反作用力的峰值具有重要作用。研究结论:臀肌激活前,单腿下落过程随着下落高度的增加,地面反作用力峰值也逐渐增大,下肢髋、膝和踝关节的屈伸峰值角度和踝内翻峰值角度都增大。臀肌激活后,单腿下落过程下肢髋膝踝关节的屈伸峰值角度和踝内翻峰值角度相较于激活前显著减小。本研究证实了臀中肌激活对单腿下落着地过程下肢生物力学的有影响,分析臀肌功能与状态对单腿着陆缓冲阶段对下肢髋、膝、踝关节的运动损伤风险的影响,论证了臀肌激活可以在进行单腿下落动作时使膝关节与髋关节旋角保持在正常范围,激活臀部肌肉可有效保证单腿下落过程中的力量传输更加高效、顺畅,从而重建生物力学并使动作策略最优化,为减少下肢运动损伤提供了新的思路,为运动员的下肢运动损伤的预防与治疗提供理论依据。更多还原