文摘

这项研究的目的是确定疲劳的影响影响下肢的力量和矢状面运动学下降着陆任务。15个男性大学生运动员被招募。五个下降着陆的成功试验任务中获得prefatigue和两个疲劳postfatigue协议(恒速运行疲劳协议[R-FP]和航天飞机跑+垂直跳疲劳协议[SV-FP])。持续时间、最大心率和RPE的每个协议分别测定。运动措施的臀部、膝盖和脚踝关节在不同的时间加上冲击力峰值和加载速率。我们的结果显示一个更弯曲着陆姿态由于增加髋关节和膝关节屈曲角度postfatigue条件。但是,没有冲击力峰值和加载速率的差异被发现之间的预处理和postfatigue条件。协议之间的变化相似,但SV-FP显示明显比R-FP锻炼持续时间短。疲劳运动员在这项研究证明改变电动机控制策略在下降着陆任务,这可能是一个有意的或无意的防护策略,阻止自己潜在的ACL损伤。

1。介绍

锻炼对保持健康和健康是至关重要的1- - - - - -3]。然而,体育活动也可能导致体育运动相关的伤害,这可能是负责运动性能降低,甚至导致运动停止长时间(4]。大约200成千上万的前交叉韧带(ACL)损伤发生在美国每年5]。与此同时,下肢构成比上肢(更大的潜在风险4]。

着陆是一种常见的机动运动活动,特别是体育事件基于跑和跳,它可以反映神经肌肉系统的控制能力(6]。人体需要减少的可能副作用影响降落期间,可以达到10倍体重,通过调整着陆姿态(7]。一个可以调整他/她着陆姿态减少冲击力在地面接触(8]。平均5.2°,5.8°,3.3°大关节弯曲被发现在臀部,膝盖,脚踝,分别下降着陆的着陆阶段(DL) [9]。然而,随着长时间的锻炼,人体将会产生一个临时减少锻炼的能力称为运动疲劳,这是一个外在因素影响neuromusculoskeletal系统[10]。这些变化被认为增加运动损伤的发生率由ACL损伤(11]。

先前的研究已经表明,中枢神经系统的兴奋性逐渐降低的发展疲劳,导致损失的本体感觉(12),肌肉骨骼的延迟反应(11),生物力学特性的变化,和负面影响电机控制13]。博罗夫斯基等人Podraza和白色的发现,降落在疲劳条件导致高影响部队(硬着陆),以及力传动,运动损伤的主要原因(14,15]。然而,以往的研究对疲劳的影响在登陆活动展示了不同的反应在地面反作用力(平)特点16- - - - - -19]。史密斯等人>和Kouveliod发现减少疲劳条件下峰平在DL (16,17),但没有观察到的差异之间的峰平nonfatigued和疲劳条件在同一着陆任务(18,19]。这些不同的反应的原因是多因素疾病。一种解释是疲劳的不同协议应用于研究。当前的研究主要集中在短期或长期疲劳协议(20.]。前者包括连续垂直跳跃和/或短途冲刺(紧随其后10)~ 50% 1 RM踏板锻炼下肢(21),单腿蹲(22),而后者主要通过长期跑步机跑步或骑自行车(诱发疲劳20.,22]。虽然以前的研究已经表明,疲劳协议可以影响下肢的着陆策略,一个统一的结论的不一致造成的生物力学改变疲劳协议是罕见的20.- - - - - -22]。

总的来说,上述研究调查的影响下肢疲劳着陆策略,包括运动学、平、和其他生物力学变量。然而,一个大矛盾运动的结果和影响特征疲劳条件下很难提取如何疲劳导致这些生物力学特征。因此,应该实现更多的研究进一步探索生物力学差异不同的疲劳协议,寻求一个更好的疲劳协议的具体使用。

基于上述考虑,本文的目的是确定疲劳的影响,影响部队和矢状面运动学的业余运动员的下肢DL的任务。此外,生物力学差异两种疲劳协议(恒速运行疲劳协议[R-FP]和航天飞机跑+垂直跳疲劳协议[SV-FP])是由测量各种运动和天然气采收率变量进一步提供初步参考疲劳实验室检测技术的选择。我们假设疲劳会影响下肢生物力学的着陆。特别的,参与者会小关节弯曲角度和活动度(RoM)在臀部,膝盖和脚踝关节和一个更大的冲击力峰值/加载速率(LR) nonfatigued条件而疲劳条件下在着陆。此外,上述变化将不同两个疲劳之间的协议。

2。方法

2.1。参与者

15训练男性志愿者的平均4.2年的经验跳事件(年龄:20.9±0.8年;高度:175.5±4.2厘米;质量:68.9±5.5千克)在本研究招募了。所有参与者没有已知的下肢肌肉骨骼损伤在前6个月,没有从事剧烈运动前24 h内学习。15的样本大小是决定通过G-power统计计算和功率的80%α0.05[水平20.]。所有参与者签署知情同意书,研究遵循赫尔辛基宣言的指导方针,是上海大学的机构审查委员会批准的运动。

2.2。实验过程

参与者穿弹力服装和传统的鞋没有缓冲鞋垫(WD-2A、战士、中国上海)。热身,5分钟在跑步机上慢跑在2.5 m / s紧随其后3分钟的静态拉伸运动对每个参与者被要求。双足DL任务是展示和解释后,参与者有练习时间熟悉DL任务之前,正式实验。在每个试验中,参与者被要求执行一个双边DL从60厘米的平台23,24)尽可能自然地与toe-heel着陆,然后恢复到一个直立的位置(图1)。成功的审判是公认的参与者的着陆时完全两力板分别与每一脚没有失去平衡。休息1分钟间隔之间被允许试验,以减少疲劳prefatigue评估期间。完成五个成功的DL试验之后,参与者被要求进行两个受疲劳的协议。协议的顺序是使用一个随机数随机分配表。两种疲劳协议抵消了1周的休息,这是用于确保疲劳的消除和每个协议不会影响彼此的影响。

2.3。疲劳的协议

2.3.1。恒速运行疲劳协议(R-FP)

参与者被要求在跑步机上运行在4米/秒,直到他们到达意志疲劳状态,无法继续运行20.,25]。步行速度的跑步机就减慢1分钟前postfatigue DL任务实施。参与者被认为已经达到疲劳状态(20.)和干预是终止当符合以下两个条件:(1)心率(HR)的参与者达到至少90%的age-calculated最大,(2)参与者不能继续运行。

2.3.2。航天飞机跑+垂直跳疲劳协议(SV-FP)

每个参与者的最大纵跳高度是SV-FP测量之前进行。SV-FP涉及的组合连续5垂直跳跃高度内70%的最大垂直跳高度后跟一套航天飞机sprint(6×10米)与他们的最大努力26]。参与者被要求重复上述过程,直到最大高度在5连续垂直跳跃低于70%的最大垂直跳的高度。

2.4。数据收集

矢状面运动数据占统治地位的腿(定义为首选踢脚)27在采样率为240 Hz)收集使用16-camera红外三维(3 d)动作捕捉系统(Vicon T40,英国牛津指标)。36回射的标记(14.0毫米直径)由插件步态标记集与下肢定义臀部、膝盖和脚踝关节(图1)。平数据捕获在采样率为1200 Hz使用两个90×60厘米力板(公司9287 b,基斯特勒公司,瑞士)刷新与周围的地板上。力和3 d运动数据收集和利用Vicon同步系统。每个参与者的最大纵跳高度通过收购Quattro跳力板(公司9290 bd,基斯特勒公司、瑞士)。它也是用来监视纵跳高度SV-FP时实施。人力资源管理由人力资源监测发射机带监控(SS020674000, Suunto男孩,芬兰)附加到参与者的胸口在整个过程中产生疲劳,最大人力资源记录。认为努力的Borg 15-category评级(RPE),作为一个辅助指标,用来评估每个疲劳协议完成后立即努力程度。

2.5。数据简化

2.5.1。影响的力量

代表垂直平(vGRF) -时间曲线在着陆阶段的DL 60厘米高度是呈现在图2。阶段的影响在本研究中被定义为时间间隔从最初的脚接触到vGRF的最大值。感兴趣的主要变量在影响阶段包括(1)峰值vGRF规范化身体质量(F_Zmax),(2)从接触的时间F_Zmax(t_F),(3)峰值LR规范化身体质量(G_Zmax;由vGRF相邻点的最大斜率,计算使用以下方程: ),(4)从接触的时间G_Zmax(t_G)。

2.5.2。矢状面运动学

反光标记的3 d坐标占统治地位的腿被过滤巴特沃斯四阶,无滞后,低通滤波器的截止频率通过视觉3 d软件7赫兹(美国C-Motion Inc . 4.00.20) [28]。占主导地位的腿被定义为首选腿当踢足球20.]。着陆阶段在本研究中被定义为时间间隔从最初的脚接触到最大的膝盖弯曲。主要的矢状面运动变量的臀部、膝盖,和脚踝关节在着陆阶段包括(1)初始接触角(θ₀),(2)最小关节角(θ_最小值)和发生的时间θ_最小值(t_θ最小值),(3)最大关节角速度(ω_马克斯),(4)联合罗臀部的矢状面角度的定义(θ_h),膝盖(θ_k),和脚踝(θ_一个)关节呈现在图3。臀部的RoM(Δθ_h),膝盖(Δθ_k),和脚踝关节(Δθ_一个)是由计算之间的区别的最大和最小的角度这三个关节分别在着陆阶段。5成功试验的数据平均来减少错误。

2.6。统计数据

一个2×2(疲劳×协议)进行重复测量方差分析检验疲劳和疲劳的影响协议影响部队和矢状面运动学。图基事后测试进行时观察到显著的交互效应。配对t测试是用来比较配对干预时间的变化,最大的人力资源和RPE使用两个不同的疲劳协议(21.0,SPSS Inc .,芝加哥,美国)。显著性水平是设定在 。

3所示。结果

3.1。疲劳的干预效果

的干预效果,没有观察到显著差异最大的人力资源和RPE之间R-FP和SV-FP条件。然而,SV-FP显示显著短锻炼持续时间比R-FP(表1)。

3.2。影响的力量

无显著交互作用的观察F_Zmax和t_F和G_Zmax和t_G疲劳条件和疲劳之间的协议。方差分析结果显示没有疲劳条件或疲劳的主要影响协议对所有影响变量在着陆阶段(表2)。

3.3。矢状面运动学

没有发现显著的交互在矢状面运动学膝关节的除了罗( )。然而,一个显著的影响与疲劳相关的髋关节和膝关节关节R-FP和SV-FP。具体来说,对于关节角,θ_最小值臀部(值 )和膝关节( )一般减少,而t_θ最小值这两个关节( 髋部和 膝盖,职责。)疲劳条件下增加R-FP和SV-FP在着陆阶段(表3和图4)。

此外,臀部的罗( 和膝盖 )关节内的疲劳状况的价格相比增加nonfatigued条件疲劳协议。关节角速度,ω_马克斯对髋关节在一两个疲劳疲劳条件协议有显著提高( ,图5)。除此之外,没有发现显著差异在踝关节运动疲劳条件和协议。

4所示。讨论

我们疲劳的影响评估下肢生物力学DL任务中男性休闲运动员。我们假设疲劳会影响下肢的着陆生物力学(例如,改变在臀部,膝盖,和脚踝矢状运动学)和诱导力和LR影响更大。的一个主要结果显示下降θ_最小值髋关节和膝关节的关节与这些关节的RoM疲劳条件下诱导的两个协议。换句话说,髋关节和膝关节弯曲疲劳条件下增加。与此同时,发生的时间θ_最小值髋关节和膝关节的关节也显著增加。然而,没有发现显著差异(即影响力量。,peak vertical GRF and peak LR) during landings between nonfatigued and fatigued conditions, which did not support our hypothesis. Furthermore, we evaluated the effects of two fatigue protocols (R-FP and SV-FP) on the biomechanics of the lower extremities. We hypothesized that the aforementioned changes between the two fatigue protocols under a fatigued condition would differ. Although no differences were found between the R-FP and SV-FP for the effect of fatigue on these biomechanical characteristics during landing, we found that the time duration of the SV-FP was significantly less than that of the R-FP, and the maximal HR/min and RPE for these two protocols were similar. Collectively, the participants showed a more flexed landing posture but not GRF after fatigue, and no differences were presented between the protocols other than time duration of the intervention.

天然气采收率和LR常用参数的外部负载应用到肌肉骨骼系统在生物力学研究29日]。LR,充当一个平的导数,可以评估多快平上升到峰值的影响(30.]。从生物力学的角度来看,长期运动可以导致肌肉疲劳,这将减少姿势控制能力的影响与地面碰撞着陆阶段(11]。ACL损伤在着陆过程中通常是缺乏适当的管理造成的碰撞,因为神经肌肉疲劳的8]。然而,我们的研究结果显示无显著差异在平峰和峰值LR pre - DL期间和postfatigue条件。这些结果支持詹姆斯等人报道的结果没有显著的变化峰值垂直平后峰值力和平均LR疲劳在离开着陆任务使用一个等距蹲疲劳协议用最大的努力;因此,没有观察到显著变化与疲劳(平变量19]。从上面的研究的一个似是而非的解释是身体的改变能力在管理与地面碰撞的发展肌肉疲劳而不是在一个疲惫的状态。符合着陆模式prefatigue条件下,适当控制着陆姿态是必需的防护行为保持冲击力和LR (30.]。然而,詹姆斯等人也发现了一个更大的峰平/ LR在伸展的DL任务使用疲劳协议缩短周期运动(18]。因此,天然气采收率/ LR的特征是否会改变随着疲劳的发展还需要进一步调查。

平/ LR的特征可能与疲劳协议之间的差异。在凯利斯和Kouveliod的研究,冲击力峰值的变化是不同的两个疲劳之间的协议下postfatigue条件,表明着陆疲劳性能之间的关系从一个特定的肌肉组织(受体激动剂和拮抗剂)17]。然而,在其他的研究(19,31日),没有发现差异在两个协议之间的峰值LR postfatigue条件下DL任务期间,这个观察是类似于当前研究的结果。一般来说,对于一个预期的运动,比如DL,预先设计神经肌肉调节策略可以提供身体的中枢神经系统应对着陆冲击通过调整肌肉的活动。立式平/ LR的变化在多大程度上影响应用疲劳协议尚不清楚。

疲劳可以改变髋关节和膝关节运动学的矢状面9,10,32,33]。然而,没有共识后的膝关节屈曲角度疲劳。具体来说,Chappell等人发现男性和女性受试者明显减少膝关节屈曲角度降落期间疲劳(10]。相反,增加膝关节屈曲角度发现Kernozek et al。32和考文垂9在同一个着陆任务。在考文垂等人的研究中,髋关节和膝关节屈曲postfatigue条件下增加在着陆。这种变化被认为是补偿性反应可能更适合吸收影响的机械能,从而发挥积极作用在一定程度上减少ACL损伤(9]。Kernozek等人还发现,男性受试者有效减少膝盖前的大小意味着一个更大的剪切力的峰值膝关节屈曲角度postfatigue DL任务期间,这部分支持我们的研究结果(32]。除了上面的两个结果,参与者大约相同的髋关节和膝关节屈曲角度初始接触时单腿DL任务后髋部外展肌疲劳协议Patrek等的研究(33),这表明,髋部外展肌的激活的作用在保护膝盖降落需要进一步的证明。此外,疲劳程度分为五个等级,即prefatigue,疲劳25%,50%的疲劳,疲劳,75%和100%的疲劳,在麦克莱恩和Samorezov的研究(22]。尽管他们找到了一个减少膝关节屈曲角度初步接触阶段从prefatigue疲劳水平进步到100%疲劳在单腿着陆任务中,没有观察到显著差异在50%,75%和100%疲劳水平(22]。上述结果表明,参与者可以使用保护性策略疲劳条件下通过调整运动特征在一个有利的模式中,在DL可以更好的吸收冲击力。

我们的研究结果表明,改变矢状平面之间的下肢运动学prefatigue和postfatigue DL任务观察不管疲劳协议使用。一个可能原因R-FP之间的相似之处和SV-FP可能与参与者的运动能力和调节水平20.]。参与者在我们的研究中被训练的业余运动员习惯各种调节训练,包括短期多向运动和长期single-directional运动比如跑步或者骑自行车。此外,最大的人力资源和RPE被用作反映运动强度指标在R-FP和SV-FP在整个实验过程。值得注意的是,两个协议之间的差异只在时间但不干预的强度,表明与疲劳相关的运动学的修改可能发生在几分钟。

先前的研究表明ACL加载当膝关节屈曲角度增加(减少34,35]。在最近的研究中,增加髋关节或膝关节屈曲角度postfatigue条件被发现,这显然不是僵硬的着陆(小膝盖弯曲角)可能诱发ACL损伤(36]。这部分表明,人类可以使用保护电动机控制策略执行时下肢疲劳条件下DL任务。我们因此认为这些神经肌肉的变化主要由中央/外围神经系统可能有助于减少ACL损伤的风险通过改变运动学有意识或者无意识。然而,还需要更多的证据来证实这一点。

5。结论

疲劳诱导增加髋关节和膝关节弯曲,导致一个更弯曲着陆姿态期间下降着陆任务使用两个不同的疲劳协议。但是,没有冲击力峰值和加载速率的差异被发现之间的预处理和postfatigue条件。虽然干预影响这两个疲劳协议在DL性能相似,SV-FP提出一个比R-FP干预时间短。不过,两个受疲劳的协议可以用作参考的选择疲劳协议在实验室测试。此外,降落在一个更扩展位置被认为增加ACL损伤的风险。在某种程度上,改变了生物力学特征或下肢的着陆策略可能防止疲劳条件下产生不利影响。然而,无论是有意或无意意味着从潜在的ACL损伤的保护仍然需要进一步考虑。进一步的研究是必要建立下肢的运动控制策略之间的关系和ACL损伤的风险。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突在这个手稿。

作者的贡献

鲁伊·夏和Xini张同样起到了推波助澜的作用。

确认

这项研究得到了国家自然科学基金(11302131)、上海市教委创新项目(14 yz125)和上海大学研究生海外访问项目的体育(stfx20150209)。