徐剛黃力平周石，2 王昭君 李猛 敖銘 王聰 趙美苓 梁軍

1天津體育學(xué)院健康與運(yùn)動(dòng)科學(xué)系（天津300381）

2澳大利亞南十字星大學(xué)健康和人體科學(xué)學(xué)院

肌肉隨意動(dòng)員能力反映神經(jīng)肌肉控制能力，即中樞激活水平，是康復(fù)評(píng)定的一個(gè)常用指標(biāo)[1]。增加神經(jīng)肌肉控制能力可以降低運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)損傷的生物力學(xué)危險(xiǎn)因素和意外，同時(shí)也是最大限度恢復(fù)關(guān)節(jié)穩(wěn)定性和重返賽場(chǎng)的先決條件[2]。電刺激與隨意收縮疊加法（twitch interpolation，TI）是目前評(píng)定隨意動(dòng)員能力最好的方法之一[3]，廣泛應(yīng)用于創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)損傷、關(guān)節(jié)炎、肌肉疼痛和疲勞相關(guān)的臨床康復(fù)和研究中，也可以從中樞神經(jīng)適應(yīng)方面評(píng)價(jià)訓(xùn)練效果[4]。TI原理是在骨骼肌進(jìn)行最大隨意收縮時(shí)給予肌肉或神經(jīng)干一個(gè)電刺激，將其力量疊加在最大隨意收縮力量上，以產(chǎn)生一個(gè)類似顫搐式的收縮[5]。伴隨著中樞動(dòng)員能力的增加，使輸出力量提高到一個(gè)更高的水平，而被激活的力量越來(lái)越少。常用的膝關(guān)節(jié)損傷評(píng)分是主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)，有其文化和語(yǔ)言上的差異[6]。而TI測(cè)試中，肌肉隨意動(dòng)員能力是間接量化指標(biāo)[7]，可以更客觀、準(zhǔn)確地評(píng)估膝關(guān)節(jié)的神經(jīng)肌肉控制能力。

目前國(guó)內(nèi)青年學(xué)生運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)損傷后進(jìn)行規(guī)范康復(fù)治療尚不普遍，疼痛消失后便逐漸恢復(fù)訓(xùn)練、參賽，而其恢復(fù)情況無(wú)系統(tǒng)研究考據(jù)。為此，本研究應(yīng)用股四頭肌力量和TI檢測(cè)，測(cè)定陳舊性膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)損傷的青年學(xué)生運(yùn)動(dòng)員股四頭肌功能和神經(jīng)肌肉控制能力，評(píng)估其康復(fù)情況。

1 對(duì)象與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

60名研究對(duì)象均來(lái)自天津體育學(xué)院，分為2組。

對(duì)照組30例，入選條件:右利足，無(wú)膝關(guān)節(jié)外傷史、運(yùn)動(dòng)損傷史及相關(guān)疾病史，無(wú)專業(yè)體育訓(xùn)練史，無(wú)其它測(cè)試禁忌癥。

膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)損傷組（損傷組）30例，入選條件:右利足，有膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)損傷史，有專業(yè)體育訓(xùn)練史，無(wú)膝關(guān)節(jié)車禍傷等外傷史，無(wú)其它測(cè)試禁忌癥。右膝損傷13例，左膝損傷17例，其中，髕骨軟骨病16例、髕腱腱圍炎9例、半月板損傷3例、側(cè)副韌帶損傷1例、前交叉韌帶重建術(shù)后1例（以上診斷均由二甲以上醫(yī)院確診）；均為單側(cè)損傷；平均損傷時(shí)間為（3.2±1.95）年，均未進(jìn)行正規(guī)康復(fù)訓(xùn)練；除1例行前交叉韌帶重建，其余均進(jìn)行非手術(shù)保守治療。

實(shí)驗(yàn)對(duì)象均充分理解本課題研究目的和基本要求，自愿參加并簽署知情同意書(shū)。測(cè)試前48小時(shí)均未進(jìn)行大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)。兩組受試者一般資料見(jiàn)表1，經(jīng)獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，兩組受試者同性別年齡、身高和體重均無(wú)顯著差別（P>0.05）。

表1 受試者一般情況

1.2 測(cè)試方法

使用本研究組自行研制的股四頭肌隨意動(dòng)員能力評(píng)定 系 統(tǒng) （Evaluation System of Quadriceps Femoris Voluntary Activation，系統(tǒng)專利號(hào)為ZL201020242687.7）測(cè)定股四頭肌最大隨意等長(zhǎng)肌力 （maximum voluntary contraction，MVC）、隨意動(dòng)員能力（muscle activation，MA）和力量上升速率（rate of force development，RFD）。

測(cè)試前，處理受試者局部皮膚。然后將一對(duì)表面自粘貼式導(dǎo)電膠的電極片（5 cm×10 cm）分別置于受試者股直肌肌腹上，陰極置于運(yùn)動(dòng)點(diǎn)上，陽(yáng)極在陰極下方，兩電極相距約2 cm，并與電刺激儀（DS7AH型，英國(guó)DIGITIMER公司）連接。

測(cè)試時(shí)，室溫保持在19～21℃。具體步驟如下:①熱身并固定姿勢(shì):受試者先進(jìn)行2分鐘膝關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動(dòng)進(jìn)行熱身。熱身后受試者坐于測(cè)試椅上，保持屈髖屈膝90°，以非彈性綁帶固定胸部、髖部和踝部，限制股四頭肌收縮形式為等長(zhǎng)收縮。要求受試者非測(cè)試腿放松不做運(yùn)動(dòng)，無(wú)上肢輔助用力。受試者目視前方，雙手交叉于胸前。②確定MVC:接通電刺激裝置，經(jīng)由Medlab采集系統(tǒng)（MEDLAB-V18C型，中國(guó)南京美易科技有限公司）觸發(fā)給予電刺激。刺激前，打開(kāi)Medlab信號(hào)采集系統(tǒng)，選取肌力儲(chǔ)備選項(xiàng)，調(diào)節(jié)MVC測(cè)試基準(zhǔn)線，確定放大倍數(shù)及各項(xiàng)刺激參數(shù)。先由受試者做3次最大隨意等長(zhǎng)收縮，獲取平穩(wěn)且數(shù)值最大的一條力量曲線為有效MVC，然后再給予刺激。③確定電流強(qiáng)度:刺激頻率100 Hz，脈寬200 μs，4個(gè)脈沖。 受試者保持屈髖屈膝 90°位，股四頭肌接受刺激，逐漸調(diào)大電流刺激強(qiáng)度至最大耐受強(qiáng)度，或直到再增加刺激亦不能誘發(fā)更大的收縮力量（即力量平臺(tái)出現(xiàn)），且以不引起受試者產(chǎn)生強(qiáng)烈疼痛或其他不適感覺(jué)為限。④電刺激與隨意收縮疊加（隨意動(dòng)員能力）:根據(jù)受試者M(jìn)VC值，設(shè)定相當(dāng)于95%MVC的觸發(fā)力量值，然后囑受試者做最大隨意用力，并盡量保持該力量，當(dāng)收縮力量達(dá)到峰值（高于95%MVC）后，由Medlab采集系統(tǒng)自動(dòng)延時(shí)200 ms后觸發(fā)電刺激。如力量未達(dá)到95%MVC，則不能觸發(fā)電刺激，休息1分鐘后重試。受試者受到電刺激后立刻放松肌肉，延時(shí)5 s后系統(tǒng)將再次自動(dòng)給予相同電刺激[5]。最后采集數(shù)據(jù)。

1.3統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用Medlab生物信號(hào)采集儀的專用軟件，將股四頭肌隨意動(dòng)員能力評(píng)價(jià)系統(tǒng)獲得的測(cè)試數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel，計(jì)算 MA 和 RFD。 MA（%）=[1－（疊加刺激誘發(fā)力量/對(duì)照刺激誘發(fā)力量）]×100，RFD=△力量/△時(shí)間。采用SPSS16.0統(tǒng)計(jì)軟件處理數(shù)據(jù)，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，兩組之間、損傷組未損傷側(cè)與損傷側(cè)的比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；顯著性水平為P<0.05。

2 結(jié)果

表2顯示，對(duì)照組受試者兩側(cè)股四頭肌MVC、MA和RFD差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），損傷組兩側(cè)股四頭股MVC無(wú)顯著性差異（P>0.05）。對(duì)照組右側(cè)股四頭肌MVC、RFD值低于損傷組未損傷側(cè)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05，P<0.01）；損傷組損傷側(cè)MA、RFD值低于未損傷側(cè)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05，P<0.01）。

表2 兩組受試者各指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

3 討論

競(jìng)技體育提高了對(duì)力量訓(xùn)練的重視程度[8]。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期力量訓(xùn)練，運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)單位的募集秩序已得到改善，其協(xié)調(diào)能力比較強(qiáng)，因此神經(jīng)適應(yīng)的時(shí)間、過(guò)程與未經(jīng)訓(xùn)練者不同[9]。本實(shí)驗(yàn)中，對(duì)照組受試者兩側(cè)股四頭肌各測(cè)試指標(biāo)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，故采用其中一側(cè)（右側(cè)）數(shù)據(jù)與損傷組損傷側(cè)和未損傷側(cè)進(jìn)行比較。結(jié)果顯示，對(duì)照組右側(cè)股四頭肌MVC值顯著低于損傷組未損傷側(cè)，表明TI測(cè)試系統(tǒng)對(duì)不同力學(xué)表現(xiàn)的人群MVC指標(biāo)測(cè)試敏感，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)員股四頭肌力量顯著高于同年齡性別的非運(yùn)動(dòng)員普通人。損傷組損傷側(cè)膝伸肌MVC值稍低于未損傷側(cè)，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這提示:其一，單側(cè)膝關(guān)節(jié)損傷后，由于兩側(cè)關(guān)節(jié)交互影響，損傷側(cè)和未損傷側(cè)膝伸肌力量都下降，使兩側(cè)伸膝關(guān)節(jié)力量改變基本相似，即單側(cè)損傷雙側(cè)受累[1]；其二，由于傷后已恢復(fù)訓(xùn)練，損傷側(cè)膝伸肌力量可能已接近未傷側(cè)水平。

TI技術(shù)可以檢測(cè)和評(píng)定普通人、運(yùn)動(dòng)員和患者的 MA[10]。 Jubeau 等[11]報(bào)道，健康男性青年經(jīng) 4 周電刺激訓(xùn)練后足跖屈肌隨意動(dòng)員能力增長(zhǎng)了7%。本研究結(jié)果顯示，損傷組損傷側(cè)MA值顯著低于未損傷側(cè)，表明陳舊性膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)損傷后，即使MVC已基本恢復(fù)至未傷側(cè)水平，但神經(jīng)對(duì)肌力的控制依然受到抑制，使動(dòng)員能力降低。結(jié)果還顯示，對(duì)照組受試者M(jìn)A值大于損傷組損傷側(cè)，小于未損傷側(cè)，但差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這與方芳等[9]的研究一致，該文獻(xiàn)僅從力量的角度進(jìn)行了分析。在陳舊性膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)損傷的康復(fù)訓(xùn)練中，單純力量測(cè)試不能全面反映膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)狀態(tài)以及影響功能恢復(fù)的各因素，如損傷、疲勞等。MA可以較準(zhǔn)確地反映損傷側(cè)變化[12]。已有很多學(xué)者應(yīng)用TI評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中的疲勞和損傷。Kawakami等[13]應(yīng)用此方法檢測(cè)到小腿三頭肌的隨意動(dòng)員能力經(jīng)100次最大等長(zhǎng)收縮后從96%下降到70%。Urbach等[14]也采用此方法在膝前交叉韌帶損傷的患者中檢測(cè)到其股四頭肌隨意動(dòng)員能力顯著低于正常水平，而功能恢復(fù)較好的患者其肌肉動(dòng)員能力也相對(duì)較高。本實(shí)驗(yàn)中，測(cè)試前48小時(shí)，所有受試者均未進(jìn)行大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)，可排除疲勞的影響。運(yùn)動(dòng)損傷不僅影響運(yùn)動(dòng)員的正常訓(xùn)練與運(yùn)動(dòng)成績(jī)的提高，而且還影響運(yùn)動(dòng)員的身體機(jī)能，需要科學(xué)的儀器檢測(cè)[15]。股四頭肌動(dòng)員能力評(píng)定系統(tǒng)可以較準(zhǔn)確測(cè)試MA的變化，可以積極評(píng)估已發(fā)生的、甚至潛在的損傷和疲勞，指導(dǎo)康復(fù)訓(xùn)練。

RFD是一種力量時(shí)間斜率曲線，用來(lái)評(píng)價(jià)神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的肌肉爆發(fā)力量[16]。有研究認(rèn)為，RFD提高是一種神經(jīng)適應(yīng)[17]。很多研究在進(jìn)行等長(zhǎng)收縮時(shí)測(cè)試 RFD 以評(píng)價(jià)爆發(fā)力[18]。 有研究[17]發(fā)現(xiàn)，測(cè)試股四頭肌RFD時(shí)，在肌肉收縮早期階段，肌肉動(dòng)員能力的增強(qiáng)比較突出，這有利于提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)。Hvid等[19]也應(yīng)用RFD觀察了老年人與青年人短期制動(dòng)后的肌肉功能和形態(tài)變化及隨后再訓(xùn)練的恢復(fù)情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，老年人對(duì)短期制動(dòng)這種有害刺激在RFD和肌纖維大小方面比青年人更敏感，且恢復(fù)時(shí)間更長(zhǎng)。本研究顯示，對(duì)照組右側(cè)股四頭肌RFD值顯著低于損傷組未損傷側(cè)，損傷組損傷側(cè)RFD值也顯著低于未損傷側(cè)，表明在損傷側(cè)最大隨意等長(zhǎng)收縮力量恢復(fù)至未損傷側(cè)水平時(shí)，其神經(jīng)肌肉控制仍然受到抑制。這與Ivanovic等[20]的研究結(jié)果一致，他們發(fā)現(xiàn)未經(jīng)訓(xùn)練女性、業(yè)余女子運(yùn)動(dòng)員和高水平女性排球運(yùn)動(dòng)員RFD有顯著性差異。

本實(shí)驗(yàn)中，受試者膝關(guān)節(jié)損傷后未進(jìn)行正規(guī)康復(fù)訓(xùn)練，在其損傷（3.2±1.95）年后，雖然雙側(cè)下肢肌肉力量無(wú)明顯差異，但損傷側(cè)MA和RFD仍明顯低于未損傷側(cè)，表明在陳舊性損傷中，神經(jīng)肌肉控制能力仍較差，可能受到關(guān)節(jié)源性肌肉抑制的長(zhǎng)期作用[1]。

4 總結(jié)

即使陳舊性膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)損傷肌肉力量已恢復(fù)到未損傷側(cè)水平，股四頭肌隨意動(dòng)員能力依然較低，表明膝關(guān)節(jié)神經(jīng)肌肉控制仍較差，這可能是影響陳舊性膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)損傷功能狀態(tài)的主要因素之一。股四頭肌隨意動(dòng)員能力評(píng)價(jià)系統(tǒng)可以檢測(cè)這一變化。

[1]Hart JM，Pietrosimone B，Hertel J，et al.Quadriceps activation following knee injuries:a systematic review.J Athl Train，2010，45（1）:87-97.

[2]Hewett TE，Myer GD，F(xiàn)ord KR.Reducing knee and anterior cruciate ligament injuries among female athletes:a systematic review of neuromuscular training interventions.J Knee Surg，2005，18（1）:82-88.

[3]Huber JM，Cafarelli E.Effects of caffeine on neuromuscular function.J Appl Physiol，1999，87（2）:801-808.

[4]Jubeau M，Zory R，Gondin J，et al.Effect of electrostimulation training-detraining on neuromuscular fatigue mechanisms.Neurosci Lett，2007，4（24）:41-46.

[5]于俊海，周石，黃力平.電刺激與隨意收縮疊加法在評(píng)定肌肉力量動(dòng)員能力中的應(yīng)用.中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志，2007，26（5）:634-638.

[6]王建勝，李學(xué)東，杜世新.膝關(guān)節(jié)損傷評(píng)定量表的簡(jiǎn)介及應(yīng)用.國(guó)際老年醫(yī)學(xué)雜志，2010，31（6）:283-286.

[7]Shield A，Zhou S.Assessing voluntary muscle activation with the twitch interpolation technique.Sports Med，2004，34（4）:253-267.

[8]陳小平.力量訓(xùn)練的發(fā)展動(dòng)向與趨勢(shì).體育科學(xué)，2004，24（9）:36-40.

[9]方芳，劉建紅，范英.電刺激對(duì)不同訓(xùn)練水平運(yùn)動(dòng)員股四頭肌力量訓(xùn)練效果的應(yīng)用研究.北京體育大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，23（2）:185-188.

[10]Oskouei MA，Van Mazijk BC，Schuiling MH，et al.Variability in the interpolated twitch torque for maximal and submaximal voluntary contractions.J Appl Physiol，2003，95（4）:1648-1655.

[11]Jubeau M，Zory RI，Gondin J，et al.Late neural adaptations to electro-stimulation resistance training of the plantar flexor muscles.Eur J Appl Physiol，2006，98（2）:202-211.

[12]Folland JP，Williams AG.Methodological issues with the interpolated twitch technique.J Electromyogr Kinesiol，2007，17（3）:317-327.

[13]Kawakami Y，Amemiya K，Kanehisa H，et al.Fatigue responses of human tricepssurae muscles during repetitive maximal isometric contractions.J Appl Physiol，2000，88（6）:1969-1975.

[14]Urbach D，Nebelung W，Becker R，et al.Effects of reconstruction of the anterior cruciate ligament on voluntary activation of quadriceps femoris.J Bone Joint Surgery，2001，83（8）:1104-1110.

[15]曲綿域，高云秋.現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)診療手冊(cè).北京醫(yī)科大學(xué)中國(guó)協(xié)和醫(yī)科大學(xué)聯(lián)合出版社，1997.28-30.

[16]Hakkinen K，Kallinen M，Izquierdo M，et al.Changes in agonist-antagonist EMG，muscle CSA，and force during strength training in middle-aged and older people.J Appl Physiol，1998，84（4）:1341-1349.

[17]Gruber M，Gollhofer A.Impact of sensor motor training on the rate of force development and neural activation.Eur J Appl Physiol，2004，92:98-105.

[18]Stone MH，Sands WA，Carlock J，et al.The importance of isometric maximum strength and peak rate-of-force development in sprint cycling.J Strength Cond Res，2004，18（4）:878-884.

[19]Hvid L，Aagaard P，Justesen L，et al.Effects of agingon muscle mechanical function and muscle fiber morphology during short-term immobilization and subsequent retraining.J Appl Physiol，2010，109（6）:1628-1634.

[20]Ivanovic J.Factor structure differences of indicators for evaluating isometric leg extensors explosive force in female volleyball athletes and different trained female population.Br J Sports Med，2011，45:542.