籃球運動員跳投肌電及足底壓力的同步研究

齊春燕，王來東，李成梁

籃球運動員跳投肌電及足底壓力的同步研究

齊春燕1，王來東1，李成梁2

以遼寧青年男籃和沈陽體育學院男籃為研究對象，采用8通道ME6000型肌電測量儀、Foot-scan insole足底壓力測量儀和運動錄像，對運動員跳投時腹背及下肢肌的IEMG、肌肉做功負荷百分比、肌肉的激活順序以及足底壓力參數(shù)進行分析。研究結果顯示：不同的肌肉在跳投的不同階段發(fā)揮著不同的作用；不同位置籃球運動員的IEMG、RMS存在差異；腹直肌的做功/負荷百分比相對于其他的肌肉較低；不同位置隊員跳投時各肌肉被激活的順序不同；跳投蹬地階段足底壓力中心基本在一條直線上移動，且變化比較均勻，波動比較小。建立了籃球運動員跳投過程中肌電信號和足底壓力曲線的同步測量模型，以此加深教練員對跳投運動規(guī)律的認識，指導運動員進行科學的跳投訓練。

籃球運動員；跳投；肌電；足底壓力

跳投是進攻隊員在快速移動中接球或運球突破時，用急停的突然性，快速起跳增加出手高度來擺脫防守隊員封阻的一種投籃方法。跳投是現(xiàn)代籃球比賽中應用較多的一種攻擊性很強的投籃方式，跳投命中率的高低在一定程度上決定著球隊比賽的輸贏[1]。影響跳投命中率的因素很多，從腹背及下肢肌肉協(xié)調(diào)用力角度進行研究的卻很少，作者認為有必要從腹背及下肢肌肉的工作情況以及足底壓力的運動學特征的角度，對人體內(nèi)部與外部各項參數(shù)連續(xù)變化的同步工作情況進行研究，深層次了解腹背及下肢肌肉和足底壓力協(xié)調(diào)用力的情況，挖掘影響跳投命中率的內(nèi)在因素，旨在加深教練員對跳投動作規(guī)律的認識，為教練員有針對性地安排跳投訓練提供理論上的支持。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

遼寧省青年男子籃球隊隊員（一級以上水平運動員）、沈陽體育學院男子籃球隊員（二級運動員），共16名，其中前鋒和后衛(wèi)各6名，中鋒4名，且都是球隊中的主力隊員，所有研究對象均身體健康，發(fā)育良好，并受過系統(tǒng)的專業(yè)訓練（見表1）。

表1 研究對象的基本情況Table 1 Condition of basketball athletes

1.2 研究方法

1.2.1 測量法 （1）肌電測量。本試驗選用8通道ME6000型肌電測量儀進行肌電的測量，并使用其儀器的配套軟件MegaWin進行分析。ME6000型肌電儀原始數(shù)據(jù)采集頻率為1 000 Hz，使用SOLAR一次性表面電極。（2）足底壓力測量。Foot-scan insole足底壓力測試儀信號采樣頻率為500 Hz，壓強范圍（N/cm2）0.7～155，重復性誤差小于1%。（3）錄像法。采用SONY DCR TRV-940E數(shù)碼攝像機對跳投動作實行同步錄像。（4）測量過程。選取腹背及下肢左右對稱的腹直肌、股直肌、臀大肌和豎脊肌8塊肌肉作為肌電測量部位，電極安放前用酒精對相應部位進行消毒、清潔處理，晾干后，將透氣電極片粘到每塊肌肉收縮時肌腹最隆起的部位，測量電極沿肌纖維方向安放，參考電極與其呈等腰三角形，電極間相距20 mm。足底壓力鞋墊放在運動員的鞋內(nèi)。同時將自行研制的信號轉換器固定在運動員的背后，此信號轉換器可以實現(xiàn)肌電測量儀和足底壓力測量儀的同步工作。運動員做跳投動作時肌電、足底壓力以及視頻等同時進行采集。

作者單位：1.南開大學體育部，天津300071；2.沈陽體育學院運動訓練系籃球教研室，遼寧沈陽110102。

1.2.2 數(shù)理統(tǒng)計法 MegaWin信號和Foot-scan insole信號在各自相應的統(tǒng)計軟件中進行處理，導出到Excell和SPSS12．0中進行圖形分析和顯著性檢驗。通過錄像對應的時間關系找出肌電和足底壓力不同階段的分界點，對跳投動作進行階段劃分，進行同步分析。

2 結果與分析

2.1 籃球運動員跳投肌電參數(shù)的研究與分析

2.1.1 籃球運動員跳投的原始肌電圖的研究與分析 原始肌電圖包含有最基本的肌電活動信息，利用它可以直接評定肌肉是否被激活、肌肉活動的時程長短、肌電活動的強度以及肌肉的協(xié)調(diào)模式[2-3]。跳投的整個技術動作可以分成4個階段：急停接球階段（1～2）、蹬地起跳階段（2～3）、騰空階段（3～4）和落地階段（4～5）（見圖1）。急停接球階段，由于運動員所采用的急停方式不同，因此主動肌的放電情況有所差異。蹬地起跳階段，所測的各塊肌肉都有不同程度的放電現(xiàn)象，且振幅是跳投完整動作過程中最高的，股直肌、臀大肌和豎脊肌振幅比腹直肌明顯。騰空后保持人體平衡主要取決于肌肉的協(xié)調(diào)用力，此時各肌肉放電現(xiàn)象相對減弱，豎脊肌和腹直肌振幅較明顯，身體到最高點下落時腹直肌明顯收縮放電。落地技術主要是緩沖人體下落時的身體重力影響，以便準備下一動作，由圖1看出此時腹直肌振幅降低，股直肌、豎脊肌振幅升高，臀大肌變化不明顯。利用原始肌電圖只能定性的說明肌肉肌電活動的時程長短和振幅的強弱。

圖1 籃球運動員接球跳投原始肌電圖Figure 1 lnitial lEMG of jump shoot for basketball athlete

2.1.2 籃球運動員跳投肌電參數(shù)的比較與分析 籃球比賽中不同位置的隊員承擔著不同的職責和攻守任務，不同位置隊員在長期的訓練過程中身體形態(tài)、心理、技術結構及綜合能力會形成一定的專項特征[4]。對肌電活動進行更深一步的定量分析，是基于全波整流肌電圖完成的。積分肌電（IEMG）是肌電信號經(jīng)整流濾波后曲線下面積的總和，反映肌肉在運動中單位募集數(shù)量和同步化程度。從表2看出，跳投過程中IEMG的平均值和標準差在前鋒和中鋒隊員之間存在著不同，左側臀大肌、右側豎脊肌以及左右側腹直肌上存在著顯著性的差異（P＜0．01）。前鋒和后衛(wèi)的比較中發(fā)現(xiàn)，兩側豎脊肌和腹直肌存在著顯著性差異（P＜0．01）。中鋒與后衛(wèi)兩側豎脊肌和腹直肌的IEMG也存在著顯著性的差異（P＜0．01）。從不同位置運動員IEMG 的比較結果來看，豎脊肌和腹直肌兩塊肌肉上存在著較大的差異，這可能與不同位置的運動員在訓練和比賽中使用的技術種類及力量訓練的方式有關。

表2 不同位置運動員跳投lEMG的比較結果Table 2 Comparison of lEMG of different position basketball athletes

RMS反映的是一段時間內(nèi)肌肉放電的平均水平，既能反映出最大用力的先后順序，又能反映出最大用力的間隔時間[5-6]。由表3看出，不同位置運動員跳投的過程中股直肌的RMS峰值都最高，說明股直肌是跳投的主要原動肌。跳投蹬地階段股直肌的運動單位募集量最高，并且放電的幅值最高，教練員在訓練中應該加強股四頭肌以及臀大肌的訓練，以提高運動員跳起的高度。

表3 不同位置運動員跳投RMS峰值比較結果Table 3 Comparison of RMS of different position basketball athletes

2.1.3 籃球運動員跳投肌肉做功/負荷百分比的比較與分析 跳投過程中，不同位置運動員的做功/負荷百分比存在著差異，由圖2看出，中鋒左右側豎脊肌的做功/負荷百分比最高，達到25%和19%，前鋒右側腹直肌的做功/負荷百分比最高為18%，后衛(wèi)的左側豎脊肌與右側股直肌的做功/負荷百分比較高，分別為22%與20%。而做功/負荷百分比最低的都為腹直肌。跳投的整個過程中，腹直肌的放電幅值比較小，因此做功/負荷百分比相對于其他的肌肉較低，這與每塊肌肉在接球跳投的過程中的作用不同有關。腹直肌在整個動作中的做功/負荷百分比雖然較小，在控制身體平衡起著比較重要的作用。運動員跳到最高點時腹部肌群和背部肌群的收縮來控制身體平衡。由圖2可知隊員腹肌力量普遍較弱，發(fā)展運動員腹部的肌肉力量，提高隊員的協(xié)調(diào)能力對隊員的技戰(zhàn)術的發(fā)揮是很重要的。

2.1.4 籃球運動員跳投時肌肉激活順序的研究與分析 從表4中可以看出，前鋒完成接球跳投的過程中，肌肉被激活的順序依次為左側股直肌、左側豎脊肌、右側豎脊肌、右側股直肌、左側臀大肌、右側臀大肌、右側腹直肌和左側腹直肌。中鋒肌肉被激活的順序為左側豎脊肌、右側臀大肌、左側臀大肌、右側股直肌、左側股直肌、左側腹直肌、右側腹直肌、右側豎脊肌。而后衛(wèi)的激活順序為左側股直肌、左側臀大肌、右側臀大肌、左側豎脊肌、右側豎脊肌、右側腹直肌、左側腹直肌、右側股直肌。不同位置的隊員做接球跳投時，各個肌肉被激活的順序不同，然而同一隊員做跳投時，肌肉被激活的順序基本相同，這與曹輝的研究結果相同[7]。筆者認為產(chǎn)生這種情況的原因與個人的用力習慣、先天掌握運動技能的能力以及神經(jīng)調(diào)節(jié)方式有關?？紤]到專項力量訓練的要求，肌肉的這一工作特點必須引起教練員和運動員的重視。

圖2 不同位置籃球運動員接球跳投做功百分比Figure 2 Percentage of load for different position basketball athletes

表4 不同位置籃球運動員跳投肌肉激活時間表Table 4 Discharging time of muscle for different position basketball athletes

2.2 籃球運動員接球跳投的足底壓力參數(shù)的比較與分析

2.2.1 籃球運動員跳投過程中足底壓力中心在雙腳上的軌跡比較與分析 對籃球運動員接球跳投過程中足底壓力中心的研究發(fā)現(xiàn)，跳投蹬地階段以左腳作為中樞腳，足底壓力中心基本在一條直線上移動，且變化比較均勻，波動比較?。ㄒ妶D3）。足底壓力中心一定程度上反映出身體重心的變化水平，分析結果充分說明了運動員經(jīng)過科學系統(tǒng)的訓練，控制身體穩(wěn)定性的能力強，維持自身平衡能力的水平也高。有關研究表明：跳投命中率與動作協(xié)調(diào)平衡的能力有很大的關系。從右腳的軌跡圖看出，前掌著地后，與左腳同時蹬地，足底壓力中心在右腳上的變化范圍不大。

圖3 籃球運動員足底壓力中心軌跡圖Figure 3 Orbit of foot gravity center for basketball athletes

2.2.2 籃球運動員跳投過程中足底受力情況的分析與研究 從運動員完成接球跳投過程的受力曲線圖可以看出（見圖4），隊員跨步接球時左腳首先落地，足底壓力迅速上升，出現(xiàn)一個峰值，隨后有一個平臺期或者壓力稍有下降的過程。從左腳落地到右腳落地的時間差約為0.2 s。蹬地起跳階段，身體由單腳支撐變?yōu)殡p腳支撐，左腳足底壓力隨之下降，右腳足底壓力上升，此時足底壓力的波峰都比單腳支撐時低。足底壓力最小時是騰空階段，從圖中看出騰空時間在0.40～0.55 s之間。騰空時間越長跳起的高度也就相對較高，在空中就有更多的時間調(diào)整投籃動作以確保投籃命中率。落地階段是雙腳同時落地，足底壓力迅速上升。

圖4 籃球運動員跳投中垂直方向上的受力與時間的關系Figure 4 Relation of the perpendicular pressure and time for basketball athletes in jump shoot

2.3 跳投過程中原始肌電與足底壓力同步圖的研究與分析

2.3.1 跳投急停接球階段原始肌電與足底壓力同步圖的研究與分析 由錄像中看出，圖5的運動員在跳投的過程中使用了跨步急停動作接球。運動員的左腳跨出形成單腳支撐，時間軸上看出其左腳接觸地面足底壓力迅速上升，右腳比左腳晚0.345 s出現(xiàn)足底壓力。由肌電信號看出左側腹直肌首先出現(xiàn)肌電信號和峰值，左側臀大肌、左側股直肌依次放電，右側的臀大肌和股直肌比左側的收縮放電晚，與左右腳落地的時間差相符，而左、右側的豎脊肌和腹直肌幾乎同時收縮放電。左腳的足底壓力曲線在達到峰值之前有一個平臺期，運動員跨步接球時，足后跟蹬地制動身體向前運動的慣性，足底壓力迅速上升，膝關節(jié)彎曲身體重心下降，足底由后向前滾動接觸地面過程中壓力沒有明顯的變化，只是壓力的轉移而出現(xiàn)一個平臺。隨著身體重心停止下降，左腳足底壓力又迅速上升達到峰值，左側臀大肌、股直肌離心收縮的肌電數(shù)據(jù)也達到峰值。隨著身體重心的右移，左腳足底壓力緩慢下降，左側股直肌的肌電圖振幅也迅速降低其數(shù)據(jù)趨近為零，左側股直肌收縮完成一個肌電收縮時程。隨著單腳支撐的結束，右腳觸地雙腳支撐階段開始，右腳的足底壓力迅速上升，與左腳一樣出現(xiàn)一個緩沖平臺，這樣接球緩沖階段隨之結束，左右腳的足底壓力同時達到峰值，右腳的足底壓力高于左腳，通過錄像看出與身體重心移向右側有關。

圖5 原始肌電與足底壓力中心曲線同步圖Figure 5 Synchronizing form of the lEMG and foot pressure

2.3.2 跳投起跳階段原始肌電與足底壓力同步圖的研究與分析蹬地起跳過程中肌肉呈現(xiàn)出瞬間爆發(fā)式集中收縮的發(fā)力模式，股直肌和臀大肌向心收縮，右、左側股直肌的肌電振幅值瞬間依次達到峰值，臀大肌和腹直肌的肌電幅值也達到峰值，與其相反的是蹬地階段豎脊肌的肌電振幅卻相對下降。騰空之前，豎脊肌持續(xù)放電，足底壓力迅速下降，肌電振幅值也迅速下降，腳離開地面之前豎脊肌的肌電完成一個收縮時程，豎脊肌收縮時程較長，這是否與多數(shù)運動員的腰肌勞損有關有待研究證明。由圖5看出腹直肌在左腳觸地和雙腳蹬地時有明顯的幅值變化，其他時間段的原始肌電曲線比較平滑。

2.3.3 跳投騰空階段原始肌電與足底壓力同步圖的研究與分析騰空階段足底壓力數(shù)值幾乎為零，騰空時間接近0.6秒。肌電圖顯示左側股直肌、臀大肌原始肌電曲線始終比較平滑，右側股直肌、豎脊肌在離開地面瞬間有一個明顯的收縮時程。通過錄像看出，在接球后身體有含胸收腹的動作，騰空后身體完全伸展開，背部肌肉收縮，豎脊肌出現(xiàn)一個收縮時程。身體騰空到最高點下落瞬間腹直肌又首先開始收縮，其原始肌電振幅上升，以控制身體軀干的平衡。

2.3.4 跳投落地階段原始肌電與足底壓力同步圖的研究與分析落地階段股直肌和豎脊肌有明顯的放電，臀大肌放電不明顯，腹直肌放電結束。左右腳底壓力都迅速上升，且升幅基本相同，由此看出腹直肌主要控制身體平衡，在落地緩沖過程中作用不明顯。

3 結論和建議

（1）跳投的整個技術動作可以分成急停接球階段、蹬地起跳階段、騰空階段和落地階段，不同的肌肉在跳投的不同階段發(fā)揮著不同的作用，表現(xiàn)出不同的肌電參數(shù)與足底壓力的變化特點。

（2）在跳投的過程中，運動員跳到最高點時腹部肌群和背部肌群的收縮控制身體平衡，同時與足底反作用力相互協(xié)調(diào)用力，增加跳投動作的穩(wěn)定性。發(fā)展運動員腹背部肌肉力量，提高隊員的協(xié)調(diào)能力對跳投戰(zhàn)術的發(fā)揮是很重要的，應該引起教練員的重視。

（3）建立了反應動作內(nèi)部信息的肌電信號和反應外部特征的足底壓力信號的同步測量模型，挖掘影響跳投命中率的內(nèi)在因素，以此加深教練員對跳投運動規(guī)律的認識，為指導運動員進行跳投訓練提供理論基礎。

[1]孫傳波，關輝.對決定籃球投籃命中率因素的探討[J].哈爾濱體育學院學報，2006，（26）2：85-86.

[2]苑廷剛.兩種力量訓練方法的肌力和肌電特征參數(shù)的比較研究[A].國家體育總局體育科學研究碩士論文[C].北京：國家體育總局體育科學研究所，2000.155-156.

[3]許以誠，高炳宏，劉文海，等.振動與非振動力量練習時肌電圖變化的比較研究[J].西安體育學院學報，2004，（4）：54-56.

[4]楊海平.不同位置籃球運動員及優(yōu)秀投手感知覺特征的研究[J].廣州體育學院學報，2005，（25）：52-55.

[5]陸愛云.不同重量下男子抓舉動作的生物力學特征[J].上海體育學院學報，2000，（24）3：58-61.

[6]劉亞軍.乒乓球基本技術的肌電研究[J].天津體育學院學報，1995，（10）3：18-21.

[7]曹輝.速滑中腿部肌肉協(xié)調(diào)性同步肌電分析[J].清華大學學報，2005，（45）8：1 072-1 075.

Synchronizel Study on IEMG and Foot Pressure of Jump Shoot for Young Basketball Athletes

QI Chunyan1，WANG Laidong1，LI Chengliang2
（1.Dept.of PE，Nankai University，Tianjin 300071，China；2.Section of Basketball Teaching and Studying，Dept.of Coaching，Shenyang Institute of Physical Education，Shenyang 110102，China）

Using the measurement of IEMG，foot-scan insole and video，the IEMG and foot pressure of jump shoot for young basketball athletes who come from Liaoning young male basketball team and basketball team of Shenyang Institute of Physical Education were tested.The results showed that each muscle played different role during the jump shoot；There existed obvious difference in IEMG of erector spinae and rectus abdminis for different position；The percentage of load was different when the athletes in different position jumped and shoot；The sequence of the discharging was different for different position athletes；The foot center of gravity of high grade athletes moved on the straight line and changed evenly.The synchronizing form of the IEMG and foot pressure can make us recognize deeply action rule.

basketball athletes；jump shoot；IEMG；foot pressure

G 804.63

A

1005-0000（2010）05-0422-03

2009-10-13；

2010-09-03；錄用日期：2010-09-10

齊春燕（1976-），女，山東德州人，講師，在讀博士研究生，研究方向為體育教學訓練。