膝关节水中屈伸运动时生物力学特征研究

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1、膝关节水中屈伸运动时生物力学特征研究　　摘要：为观察目前普遍使用的膝关节水下康复训练法过程中下肢肌肉功能以及膝关节运动学特点，以体育院校的20名健康大学生为研究对象（女10名、男10名），采用表面肌电仪记录受试者分别进行单次膝关节最大屈伸运动和连续多次重复性屈伸运动时股四头肌（股内侧肌、股外侧肌）和腘绳肌（股二头肌、半腱肌）的肌电信号，同时采用常速摄像机在水下记录膝关节运动（拍摄频率25Hz）。结果表明在膝关节进行连续重复性屈伸运动时，在运动初始阶段拮抗肌的肌电活动低于主动肌，随后拮抗肌活动逐渐升高直到

2、最大。而在膝关节单次屈伸运动中，主动肌的肌电活动在膝关节产生运动前激活达到最大，并且在整个运动范围内单次屈伸运动时拮抗肌肌电活动都比连续重复性屈伸运动时低，但是在运动范围的后期单次运动时主动肌的肌电活动水平要高于重复运动时。在两种康复训练模式下，膝关节角速度曲线模式以及峰值角速度值都相似。结果说明：水下单次屈伸运动有利于锻炼主动肌，在重复性连续多次屈伸膝关节时，主动肌活动逐渐减弱，拮抗肌增强，这种训练模式有利于前交叉韧带损伤病人的康复。关键词：运动生物力学；膝关节屈伸运动；水下；表面肌电16中图分类号：

3、G804.6文献标志码：A文章编号：1006-7116（2013）04-0134-06水中训练法已经被广泛地应用在神经肌肉康复中，因为水的浮力作用可以减少肢体自身的重力作用对身体关节造成的影响[1]。从生物力学的角度来说，可以为骨骼肌机能紊乱的患者提供水中康复训练的方案。尽管有一些学者已经使用水下训练方法研究了不同游泳技术风格时的水流动力学、肌肉功能[2]、运动学特征[3]，但是很少有文献报道使用该研究方法来研究水中康复训练时肌肉功能变化。Kaneda等[4]和Masumoto等[5]研究了受试者在深水

4、中行走时下肢的表面肌电特征。Fujisawa等[6]和Kelly等[7]研究了正常健康受试者在水下运动和陆地运动时肩关节肌肉进行等长收缩和动力性收缩时肌肉的电活动情况，他们发现同一动作在水下运动时的肌电活动强度要低于陆地上。同样Poyhonen等[8]在研究股四头肌进行最大等长收缩和次最大等长收缩时也发现了类似的结果。而我国关于水下康复治疗研究主要集中在对脑卒中偏瘫患者肢体运动功能恢复和水中运动健身效果研究上[9-10]。16根据水流动力学原理，在水中运动的肢体会受到阻力和浮力的作用，阻力与肢体运动方向

5、相反，这个阻力主要是由于肢体前面的涡流产生的，称为涡流阻力。而且水中阻力与肢体运动速度之间呈非线性关系，与速度的平方呈反比关系。浮力总是与物体的运动速度方向垂直，当肢体在水中向下快速运动时，产生的阻力会变大[11-12]。身体可以在静水中运动也可以在流动水流中运动，为了产生向前的动力，身体需要努力地向相反方向划水[13]。在水中康复时，重复多次的运动过程中由于水流的运动会使肢体运动变得容易或者受阻，最近的研究表明当运动肢体与水流方向相反时会产生额外的阻力[14]，在肢体运动范围开始阶段由于肢体的运动会增

6、加肢体阻力水的质量，进而需要克服较大的阻力，而在运动范围的结束阶段由于肢体周围的水继续流动，因而会帮助肢体继续运动。为了观察不同水流条件和不同运动模式对神经肌肉功能的影响，本研究以健康的男性和女性为研究对象，观察其膝关节在水中进行单次屈伸运动和多次重复屈伸运动下股内侧肌、股外侧肌、股二头肌、半腱肌的肌电活动以及膝关节的运动学特征。从水流力学角度来说，单次膝关节屈伸运动的启动相当于在静水中运动，而多次重复膝关节屈伸运动相当于在流动水流中运动。1研究对象与方法1.1研究对象本研究以20名健康的大学生为研究对

7、象，其中男10名，身高（175.8±2.3）cm，体重（68.6±7.1）kg，年龄（21.3±0.6）岁。女10名，身高（164.2±3.8）16cm，体重（56.3±5.3）kg，年龄（20.7±2.1）岁。受试者下肢没有肌肉损伤病症。1.2研究方法1）实验仪器与材料。ME6000表面肌电仪、防水套件、防水电极采用厂家推荐的AmbuR-00-S电极、Sony常速摄像机1台、自制不锈钢坐椅1把、胶布。2）实验设计。在正式实验前，让受试者熟悉实验过程，包括令受试者在陆地上进行肌肉最大等长收缩，在水中进行

8、最大随意动力性收缩。开始正式实验，选取受试者的左腿进行测试，记录左腿的股外侧肌、股内侧肌、股二头肌和半腱肌表面肌电信号。首先在陆地上进行各块肌肉的最大等长收缩测试，记录到的肌电数据主要用于肌电信号标准化处理，受试者坐在测力器上，髋关节90°、膝关节90°；令受试者进行膝关节伸肌（股内侧肌和股外侧肌）的最大等长收缩，共测试3次，每次持续3s，每次之间休息1min；做完伸肌后休息5min测试屈肌最大收缩，受试者换为俯卧位，用同样的方法测量股二头