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不同疲劳方案对落地时下肢运动学及冲击力时频域特征的影响

夏锐  
【摘要】:研究目的探讨运动疲劳对落地动作下肢三关节(髋、膝、踝)运动学特征(角度、角速度)和冲击力(时域、频域)特征的影响,分析在不同疲劳诱导方案下能够影响人体落地动作的内在机理,为疲劳方案的选取提供参考。研究方法选取15名上海体育学院高水平田径专业男性运动员(年龄:20.9±0.8岁;身高:175.5±4.2厘米;体重:68.9±5.5千克)作为研究对象。使用两种疲劳方案诱导运动员疲劳。恒速跑疲劳方案(简称跑疲劳方案):要求受试者在跑台上以4 m/s速度进行恒速跑,直至疲劳。折返跑+跳疲劳方案(简称跑+跳疲劳方案):让受试者进行5次垂直纵跳,而后进行10米×6的折返跑一组。重复上述过程,直到竭尽全力也无法完成连续5次纵跳的平均高度超过其最高纵跳高度的70%为止。使用16个Vicon红外摄像头(采样频率为240 Hz)和2块Kistler三维测力台(采样频率为1200 Hz)成功同步采集5次疲劳前后从60 cm高度落地时优势侧的运动学和动力学参数。1)髋、膝、踝关节矢状面和额状面上的运动学数据。2)冲击力峰值及其到达时间、最大负载率及其到达时间。3)垂直地面反作用力的频域指标。分别采用配对样本t检验分析自变量(疲劳)对于各因变参数的影响,显著性水平设为α=0.05。研究结果1)疲劳对落地时下肢三关节矢状面特征的影响两种疲劳方案诱导均会造成疲劳后髋关节和膝关节最小关节角度的减小和关节活动度的增加。其中,采用跑疲劳方案诱导运动员疲劳,疲劳后髋关节的最大关节角度显著增加;而采用跑+跳疲劳方案诱导运动员疲劳,疲劳后踝关节的关节活动度显著增加。针对角速度表现,采用跑疲劳方案诱导运动员疲劳,疲劳后踝关节的最大关节角速度显著减小;而采用跑+跳疲劳方案诱导运动员疲劳,疲劳后膝关节的最大关节角速度显著增加。2)疲劳对落地时下肢三关节额状面特征的影响采用跑疲劳方案,疲劳后膝关节的最大关节角度显著增加;而采用跑+跳疲劳方案,疲劳后髋关节的关节活动度显著增加,且髋关节和膝关节的最小关节角速度绝对值显著增加。3)疲劳对落地时垂直地面反作用力时/频域特征的影响在垂直地面反作用力的时域特征上,包括冲击力峰值及其到达时间、最大负载率及其到达时间,两种疲劳方案诱导前后均未产生显著差异。采用跑疲劳方案诱导运动员疲劳,在3.51和8.20 Hz的频率下,疲劳后的振幅显著减小;采用跑+跳疲劳方案诱导运动员疲劳,在1.17 Hz、3.51 Hz、7.03 Hz下的振幅显著减小。研究结论1)两种疲劳方案均会导致疲劳后矢状面上髋关节及膝关节上的最小角度显著减小和关节活动度的显著增加,提示本研究所采用的疲劳诱导使得人体下肢在落地冲击后更多的采用屈曲着地方式。两者的差别在于:跑+跳疲劳方案诱导会使疲劳后下肢三关节的矢状面角度产生影响;而跑疲劳方案诱导的效果仅限于髋、膝关节。从疲劳方案干预时间的角度,跑+跳疲劳方案诱导的时间较跑疲劳方案更短。综上,跑+跳疲劳方案诱导的时间短、效果好;从实验方法学的角度,更有优势。2)两种疲劳诱导前后的冲击力振幅均无显著差异,提示冲击力振幅本身可能并不是引起疲劳后冲击损伤的原因;但疲劳会引起冲击力某些低频成分的改变,表现为疲劳后的振幅更小。上述结果提示,相比时域特征,疲劳后冲击力的频域特征可能会反映出疲劳前后的差异。


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