Muscle strength isokinetic testing of the shoulder, hip and knee joint: Comparison between teenagers with sprint training and those without training
Zhang Yan, Li Li, Zhai Feng-ming, Chen Yu-juan

Abstract
BACKGROUND: In isokinetic testing researches, the effect of sport training on the development of teenager muscle groups is less reported.
OBJECTIVE: To assess the muscle strength of shoulder, hip and knee joints in different teenager populations with isokinetic testing system.
DESIGN, TIME AND SETTING: The contrast observation was performed at the laboratory of Institute of Physical Education, Hebei Normal University between October and December 2006.
PARTICIPANTS: Control group included 30 volunteers without sport training randomly selected from four middle schools in Shijiazhuang, 15 male and 15 female; training group included 30 volunteers with sprint training randomly selected from Shijiazhuang Sports School, 15 male and 15 female.
METHODS: We used Kinitech isokinetic testing system (Kylingk, Austrilia) to test the shoulder, hip and knee joint of the 60 participants according to 3 different angular velocities: 60( °)/s, 120 (°)/s and 240( °)/s.
MAIN OUTCOME MEASURES: Peak torque (PT) values of extensor and flexor groups in shoulder, hip and knee joints.
RESULTS: The 60 volunteers were all included in the result analysis. PT values of shoulder joints were bigger in the male training group than in the control group at 60( °)/s, 120 ( °)/s and 240 ( °)/s (P < 0.01), while the differences between the female training group and the control group were not statistically significant (P > 0.05); PT values of hip joints were bigger in the male training group than in the control group at 60( °)/s, 120( °)/s and 240( °)/s (P < 0.05, P < 0.01), while the differences between the female training group and the control group were not statistically significant (P > 0.05); PT values of knee joints were bigger in the male and female training group than in the control group at 60 ( °)/s, 120 ( °)/s and 240 ( °)/s (P < 0.05, P < 0.01).
CONCLUSION: Sprint exercise has a distinctively positive effect in boys on the increase of the muscle strength of shoulder, hip and knee joints and the coordinated development of extensor and flexor groups, whereas, its effect on the shoulder and hip joints of girls is not significant.

Zhang Y, Li L, Zhai FM, Chen YJ. Muscle strength isokinetic testing of the shoulder, hip and knee joint: Comparison between teenagers with sprint training and those without training.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2008;12 (28): 5432-5435(China) [www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-28/28k-5432(ps).pdf]

摘要
背景：在等速肌力测试研究中关于运动训练对青少年肌群发展影响的报道很少。
目的：采用等速肌力测试系统评估不同群体青少年肩、髋、膝3关节肌力。
设计、时间及地点：对比观察，试验于2006-10/12在河北师范大学体育学院实验室进行。
参试者：随机抽取石家庄4所中学不参加训练的志愿者30人，男女各15人，作为普通组；抽取石家庄市体校进行短跑训练的志愿者30人，男女各15人，作为训练组。
方法：运用澳大利亚Kylingk公司生产的“Kinitech”等速肌力测试系统分别对日常参加短跑训练和不参加训练的健康男、女中学生的肩、髋、膝3关节，进行60，120，240 (°)/s 3种不同角速度的测试。
主要观察指标：肩、髋、膝3关节屈伸肌群的峰力矩。
结果：纳入不参加训练的志愿者和进行短跑训练的志愿者各30人，均进入结果分析。①男子训练组与普通组肩关节60，120，240 (°)/s 运动时峰力矩相比，差异均有非常显著性意义（P < 0.01），女子训练组与普通组肩关节的峰力矩相比差异没有显著性意义（P > 0.05）。②男子训练组与普通组髋关节60，120，240 (°)/s 屈时峰力矩相比，差异具有显著性意义（P < 0.05，P < 0.01），女子训练组与普通组左、右髋关节峰力矩相比差异无显著性意义（P > 0.05）。③男、女训练组与普通组膝关节以60，120，240 (°)/s 屈、伸时峰力矩相比差异均有显著性意义（P < 0.05，P < 0.01）。
结论：短跑运动训练可促进对青少年男子肩、髋、膝3关节肌肉力量的增长及屈伸肌群的协调发展。该训练对青少年女子肩、髋关节作用不明显。
关键词：青少年；关节；力矩

张岩，李立，翟凤鸣，陈玉娟. 肩、髋、膝3关节屈伸肌力的等速测试：短跑青少年与无训练者的比较[J].中国组织工程研究与临床康复，2008，12(28):5432-5435 [www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-28/28k-5432(ps).pdf]

>>本文导读<<

课题背景：文章受中国高等教育学会“十一五”教育科学研究规划课题资助，项目名称“各年龄段健康人群关节屈伸工作时的生物力学规律研究”，项目号06AIJ0240006。本实验依据成年人膝关节屈伸峰值力矩的比值失衡，屈肌峰力矩远小于伸肌峰值力矩；由于屈伸肌力发展不平衡，经常造成膝关节屈肌拉伤的相关研究结论，旨在探讨短跑训练对青少年肩、髋、膝3关节屈伸肌群的影响。

临床应用性：实验结果提示，短跑训练对青少年男子肌肉力量的增长及各关节屈、伸肌群的协调发展有良好的促进作用，尤其对肩部力量的协调发展更加显著。短跑训练对青少年女子膝关节屈、伸肌群力量的增长和协调发展有良好的促进作用，但对肩、髋关节屈、伸肌群力量的增长和协调发展无显著作用。

相关链接：等速测试的研究多集中于竞技运动员的肌力水平和损伤后的康复研究，对于人在自然成长过程中各年龄段、各关节屈伸肌群的发展规律、各运动项目训练对肌力发展研究尚显不足。有待更多实验扩大对各年龄、各关节、各项目更多指标所表现出规律的量化观察。

0 引言

青少年的健康一直是大家关注的焦点，近几年来对青少年的相关研究日益增多。就此，笔者抽取日常参加短跑训练和不参加训练的志愿者各30名进行对比观察，旨在探讨短跑运动对于青少年力量素质的作用和青少年此年龄段不同性别从事短跑运动对自身力量发展的差异。

1 对象和方法

设计：对比观察。
时间及地点：试验于2006-10/12在河北师范大学体育学院实验室进行。
对象：随机抽取石家庄4所中学不参加训练的志愿者30人，男女各15人，作为普通组；抽取石家庄市体校进行短跑训练的志愿者30人，男女各15人，作为训练组。受试者对试验知情并同意。
试验过程：
训练方法：普通组学生平时只参加学校的日常活动，不进行专业训练；训练组学生每周参加3~5次，时间为2 h 左右的短跑训练。测试期间两组学生都无任何疾病，未从事任何形式的剧烈运动，无肌肉疲劳现象。
测试方法：测试采用澳大利亚Kylingk公司生产的“Kinitech”等速肌力测试系统进行。测试包括两臂肩关节和两腿髋、膝关节的屈伸运动。每个关节的屈伸运动以60，120，240 (°)/s这3种不同角速度进行测试。受试者测试前充分完成热身运动，测试时先进行3次练习，然后进行6次正式测试，不同角速度测试之间的间隔时间为60 s[1]。所有测试严格按照“Kinitech”等速肌力测试系统的要求进行固定、调节。
测试指标：测试指标为峰力矩(PT)。
主要观察指标：各关节屈伸肌群的峰力矩。
设计、实施、评估者：试验设计为一、二作者，干预实施为第一作者，评估为第二、三作者。经过正规培训，采用双盲法评估。
统计学分析：由第二作者采用SPSS 13.0统计软件进行独立样本t检验，试验数据以x(_)±s表示。

2 结果

2.1 参与者数量分析 纳入不参加训练的志愿者和进行短跑训练的志愿者各30人，均进入结果分析，无脱落。
2.2 两组基线资料对比情况 见表1。

2.3 两组受试者肩关节峰力矩对比 见表2。

男子训练组与普通组肩关节60，120，240 (°)/s 运动时峰力矩相比，差异均有非常显著性意义（P < 0.01），说明短跑训练可以促进男子肩关节肌肉力量大幅度增长。而且随角速度的增加峰力矩并没有显著性改变，这可能与肩关节十分灵活，在大的角速度下也能保持快速摆动有关。训练组左、右肩屈伸峰力矩相比差异均无显著性意义（P > 0.05），但普通组右肩屈伸峰力矩相比差异具有非常显著性意义（P < 0.01），说明短跑训练可以促进青年男子肩关节肌肉力量大幅度增长、屈伸肌群的协调发展。
女子训练组与普通组肩关节的峰力矩相比差异没有显著性意义（P > 0.05），说明短跑训练对青年女子肩关节肌肉力量的增加不起显著作用。左、右肩关节屈伸峰力矩相比在60，120 (°)/s 时差异无显著性意义（P > 0.05），但随角速度的增加，在240 (°)/s 时左、右分别呈现出差异性（P < 0.05，P < 0.01）。
2.4 两组受试者髋关节峰力矩对比 见表3。

男子训练组与普通组髋关节60，120，240 (°)/s 屈时峰力矩相比，差异具有显著性意义（P < 0.05，P < 0.01），而伸时差异则无显著性意义（P > 0.05）。普通组左、右髋关节屈伸峰力矩相比差异有显著性意义（P < 0.05，P < 0.01），训练组差异则无显著性意义（P > 0.05）。说明短跑运动能够促进青少年男子髋关节屈伸肌群的协调发展。
女子训练组与普通组左、右髋关节峰力矩相比差异无显著性意义（P > 0.05），但两组各自髋关节屈伸峰力矩相比差异具有显著性意义（P < 0.05，P < 0.01）。由此可见，短跑训练对青少年女子髋关节肌肉力量增长，屈伸肌群的协调发展都无显著效果。
2.5 两组受试者膝关节峰力矩对比 见表4。

男、女训练组与普通组膝关节以60，120，240 (°)/s 屈、伸时峰力矩相比差异均有显著性意义（P < 0.05， P < 0.01），说明短跑训练对青少年男、女膝关节屈伸肌群力量的增长有显著效果。

3 讨论

试验结果显示，短跑训练对青年女子肩关节肌肉力量和屈伸肌群的协调发展无显著作用。导致这一结果的原因与这个年龄段男女生理发育有关。有关资料表明14岁这个年龄段正是男子力量发展的阶段，而女子则是第二性征发育的时间段[2]。
表3结果说明短跑训练能促使髋关节屈肌群力量快速增长，但对伸肌群作用不明显。可能与短跑要求快速折叠摆腿，屈肌群得到有效锻炼有关。而伸肌群则由于人们在日常生活中经常得到锻炼（例如行走过程中的蹬伸，蹦跳，都是伸肌主动用力），已经很强大，所以增长不明显[3]。如表4所示，虽然14岁这个年龄段并不是女子力量增长的时期，但短跑训练对女子膝关节屈伸肌群作用明显。这与短跑项目特点密切相关[4]。
膝关节等速向心收缩时屈伸肌峰力矩随着测试角速度的增大而减小，这个结果与他人的研究结果一致[5-13]。产生这种结果的原因可能有以下几种：①肌肉向心力矩不仅与收缩速度有关、而且还与肌肉的激活程度有关，当角速度为60 (°)/s 时，收缩速度较低，收缩时间较长，所以参与活动的肌群能够达到较高的激活状态，表现出的峰力矩就大；当角速度增大时，收缩时间减少，参加活动的肌群所能达到的激活状态也会随之降低，因此表现出来就是向心力矩随着角速度的增大而减少。②随着肌肉收缩速度的增加力矩减小，其原因可能是收缩元中的横桥断开时损失肌力，然后在收缩过程中再形成横桥时也损失肌力。另外，收缩元和结缔组织中的流体粘滞性也需要内力克服这些粘滞阻力从而导致张力下降，主动肌的收缩和拮抗肌的拉长由于肌肉的粘滞性都会损失肌力，且粘滞阻力是随收缩速度的增加而增加。③有的研究认为，向心收缩时完全依赖于肌肉的收缩成份，并且在进行高速度收缩时，在一定程度上受到了来自具有心理因素的上位中枢神经的抑制作用，同时，快速向心收缩时，较多的快肌纤维参与并产生较大的峰值力矩，而慢速向心收缩时峰力矩与快肌纤维的百分比间缺乏有意义的关系，而主要由慢肌纤维完成，因此受试者平素的低运动水平及由此形成的快、慢肌纤维成份的比例亦是造成向心力矩值随角速度增大而降低的原因之一[14-22]。
结论：短跑训练对青少年男子肌肉力量的增长及各关节屈、伸肌群的协调发展有良好的促进作用，尤其对肩部力量的协调发展更加显著。
短跑训练对青少年女子膝关节屈、伸肌群力量的增长和协调发展有良好的促进作用，但对肩、髋关节屈、伸肌群力量的增长和协调发展无显著作用。
短跑训练的同时应当有意识地加强青少年女子肩、髋关节肌肉力量的训练，这对青少年女子各关节肌群的协调发展和这一年龄段短跑成绩的提高是十分必要的。

4 参考文献

1 Huang Wei,Mao YP,Wang J. Zhongguo Tiyu Keji 2002;38(7):13-15
黄巍,毛一平,王健.青年大学生动态等速肌力性别差异的实验研究[J].中国体育科技,2002,38(7):13-15
2 Deng SX,Hong TT,Cao ZF. Beijing:Higher Education Press 1999: 235- 236
邓树勋,洪泰田,曹志发.运动生理学[M].北京:高等教育出版社, 1999: 235-236
3 Lai LM. Beijing Tiyu Xueyuan Xuebao 1992;(2):37-41
赖柳明.途中跑髋、膝、踝关节活动幅度分析[J].北京体育学院学报, 1992,(2):37-41
4 Jin ZQ,Li ZH,Guo JR. Tianjin Tiyu Xueyuan Xuebao 2001;16(1):47-50
金宗强,李宗浩,郭静如.等动测力系统对膝关节肌研究的进展[J].天津体育学院学报,2001,16(1):47-50
5 Wu Y,Yang XB. Zhongguo Yundong Yixue Zazhi 1996;15(3):193-196
吴毅,杨晓冰.膝关节屈肌和伸肌等速向心、等速离心及等长测试的研究[J].中国运动医学杂志,1996,15(3):193-196
6 Tong YD,Wang GX,Wei D,et al. Shenyang Tiyu Xueyuan Xuebao 1997; (1): 11-14
佟永典,王国祥,韦迪,等.对个体膝关节伸屈肌群力学性质的初步研究[J].沈阳体育学院学报,1997,(1):11-14
7 Xu J,Huang MG. Zhongguo Kangfu Yixue Zazhi 1995;10(4): 149- 152, 178
徐军,黄美光.不同角速度下正常人髋关节屈曲、伸展等速测试结果的比较[J].中国康复医学杂志,1995,10(4):149-152,178
8 Xu J,Huang MG,Xu M. Zhongguo Kangfu Yixue Zazhi 1996;11 (4): 102-106
徐军,黄美光,徐民.应用等速测力方法对正常青壮年髋关节运动功能的初步评价--Ⅱ.正常运动组合的评价[J].中国康复医学杂志, 1996, 11 (4):102-106
9 Zhang QL. Shandong Tiyu Xueyuan Xuebao 2007;23(2):67-70
张庆来.我国优秀青少年女子跳高运动员膝关节等速肌力特征研究[J].山东体育学院学报,2007,23(2):67-70
10 Yuan LW,Zhou Y,An L. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu Yu Linchuang Kangfu 2007;11(5):897-899
苑玲伟,周越,安莉.短跑运动员肩关节等速力量的测定与分析[J].中国组织工程研究与临床康复,2007,11(5):897-899
11 Wang ZL,Zhao HB,Wang HT. Hebei Tiyu Xueyuan Xuebao 2005; 19(3):28-30
王志丽,赵焕彬,王海涛.河北省少体校女子短跑运动员上下肢关节肌肉力矩比率的研究[J].河北体育学院学报,2005,19(3):28-30
12 Zhao HB,Wang HT,Liu JG,et al. Zhongguo Tiyu Keji 2006;42(1):23-26
赵焕彬,王海涛,刘建国,等.男子短跑运动员上下肢关节力矩的研究[J].中国体育科技,2006,42(1):23-26
13 Fan JZ,Xue L,Peng N,et al. Zhonghua Wuli Yixue Yu Kangfu Zazhi 1999;21(1):33-35
范建中,薛磊,彭楠,等.正常男青年膝关节等速屈伸力量测试研究[J].中华物理医学与康复杂志,1999,21(1):33-35
14 Young W,McLean B,Ardagna J. Relationship between strength qualities and sprinting performance. J Sports Med Phys Fitness 1995;35(1):13-19
15 Wu YX,Zhang HP. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu Yu Linchuang Kangfu 2007;11(5):886-888
吴翊馨,张海平.应用等速测力系统分析足球运动员髋、膝关节屈伸等速向心工作的生物力学特征[J].中国组织工程研究与临床康复, 2007, 11(5):886-888
16 Wyatt MP,Edwards AM. Comparison of quadriceps and hamstring torque values during isokinetic exercise. JOSPT 1981;3:202-210
17 Ge WZ,Zhang QL,Li SS,et al. Tianjin Tiyu Xueyuan Xuebao 2005; 20 (6):72-75
葛卫忠,张庆来,李世森,等.青少年男子短跑运动员膝关节等速肌力特征研究[J].天津体育学院学报,2005,20(6):72-75
18 Pavone E,Moffat M. Isometric torque of the quadriceps femoris after concentric, eccentric and isometric training. Arch Phys Med Rehabil 1985;66(3):168-170
19 Jakeman PM,Winter EM,Doust J. A review of research in sports physiology. J Sports Sci 1994;12(1):33-60
20 Knapik JJ,Ramos MU. Isokinetic and isometric torque relationships in the human body. Arch Phys Med Rehabil 1980;61(2):64-67
21 Knapik JJ,Staab JS,Harman EA. Validity of an anthropometric estimate of thigh muscle cross-sectional area. Med Sci Sports Exerc 1996;28 (12): 1523-1530
22 Naric MV,Sirtori MD,Morgan P. Maximum ball velocity and peak torque of hip flexor and knee extensor muscles. In Science and Football. London:E FN Spoon 1988:429-443