籃球跳投動(dòng)作上下肢肌激發(fā)順序和用力大小的肌電分析*

馬楚虹，錢永東，張小軍

(1.浙江師范大學(xué)體育與健康科學(xué)學(xué)院，浙江金華 321004;2.寧波第七中學(xué)，浙江 寧波 315040)

正確掌握和熟練運(yùn)用跳投技術(shù)，不斷提高投籃命中率，對(duì)爭(zhēng)取比賽的勝利具有十分重要的意義［1］.表面肌電信號(hào)記錄下來(lái)的神經(jīng)肌肉系統(tǒng)活動(dòng)時(shí)的時(shí)間序列信號(hào)［2］，其變化與參與活動(dòng)的運(yùn)動(dòng)單位數(shù)量和運(yùn)動(dòng)單位活動(dòng)時(shí)間有關(guān)，因此，表面肌電信號(hào)能夠?qū)崟r(shí)地、準(zhǔn)確地反映肌肉活動(dòng)狀態(tài)和功能狀態(tài).本研究用肌電技術(shù)對(duì)跳投動(dòng)作上下肢肌的表面肌電信號(hào)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采集，分析跳投動(dòng)作上下肢肌的激發(fā)順序和用力大小情況，希望為教學(xué)和訓(xùn)練提供幫助.

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

浙江師范大學(xué)體育與健康科學(xué)學(xué)院籃球?qū)Ｐ薨嗄猩?，在?shí)驗(yàn)取樣時(shí)共有10人進(jìn)行籃球原地跳投動(dòng)作測(cè)試.測(cè)試共進(jìn)行3組，每組間隔時(shí)間為5 min，每組測(cè)試為100個(gè)/人，跳投動(dòng)作為5 s完成1個(gè)，歷時(shí)8'20″，每人連續(xù)測(cè)試3組.

1.2 研究方法

采用芬蘭產(chǎn)8通道表面肌電測(cè)試儀(Mega 6000-t8)，測(cè)試被試者進(jìn)行籃球運(yùn)動(dòng)中原地跳投時(shí)身體右側(cè)的肱二頭肌、肱三頭肌、腕關(guān)節(jié)屈肌群、手伸肌群、股四頭肌、股二頭肌、腓腸肌后段、腓腸肌中段的表面肌電信號(hào).肌電信號(hào)采集采用雙電極引導(dǎo)法，信號(hào)的采樣頻率為1 000 Hz，增益值為 1 000，采樣時(shí)間為 0.01 s，濾波為 1 000 Hz.

采集表面肌電信號(hào)的同時(shí)，利用 SONY(HDR-SR12E)數(shù)碼攝像機(jī)進(jìn)行同步拍攝，通過(guò)對(duì)拍攝所得的錄像和表面肌電測(cè)試儀采集到的肌電信號(hào)(sEMG)相結(jié)合進(jìn)行同步分析.

研究采用時(shí)域的積分肌電圖(integrated electromyogram，iEMG)對(duì)肌電信號(hào)進(jìn)行分析［3］.iEMG是指所得肌電信號(hào)經(jīng)整流濾波在單位時(shí)間內(nèi)曲線下面積的和，單位為μV·s，它可反映肌電信號(hào)隨時(shí)間的強(qiáng)弱變化.實(shí)驗(yàn)中將采集得到的8塊肌肉的肌電模擬信號(hào)通過(guò)Mega Win2.4軟件轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，計(jì)算各肌肉肌電圖的積分值，包括積分值的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最大值、最小值、面積和中值.利用軟件進(jìn)行積分的作功與負(fù)荷分析，并繪制圖表，分析其變化的趨勢(shì)和最終結(jié)果.

2 研究結(jié)果

2.1 跳投動(dòng)作中上下肢肌肉活動(dòng)順序的判定

原地跳起單手肩上投籃以右手投籃為例.雙手持球于胸前，兩腳左右或前后開(kāi)立，兩膝微屈，重心落在兩腳之間.起跳時(shí)，迅速屈膝，腳掌用力蹬地向上跳起，同時(shí)雙手舉球至右肩上方，右手持球，左手扶球的左側(cè)方，當(dāng)身體接近最高點(diǎn)時(shí)，左手離球，右臂向前上方伸展，手腕前屈，食、中指撥球，通過(guò)指端將球投出.落地時(shí)屈膝緩沖［4］(見(jiàn)圖1).圖1中將跳投動(dòng)作分成了9個(gè)步驟，第1個(gè)步驟是動(dòng)作的開(kāi)始階段，第9個(gè)步驟是動(dòng)作的結(jié)束階段.被試者攜帶表面肌電測(cè)試儀持球做原地起跳單手肩上投籃，身體各塊肌肉活動(dòng)的信號(hào)將被肌電儀轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)得以保存.

圖1 原地跳投動(dòng)作分解圖

2.1.1 跳投動(dòng)作中上下肢肌電活動(dòng)開(kāi)始的順序

被試者進(jìn)行籃球跳投動(dòng)作，表面肌電信號(hào)可以反映該對(duì)象此時(shí)身體肌肉活動(dòng)的情況，即跳投時(shí)肌肉的活動(dòng)順序.劉亞軍［5］通過(guò)表面肌電技術(shù)在乒乓球基本技術(shù)的肌電研究中指出，肌電活動(dòng)順序反映了肌肉活動(dòng)的順序，肌電活動(dòng)情況也可從某一方面反映肌肉用力的情況.

從圖2可以看出，跳投動(dòng)作中主要肌肉活動(dòng)時(shí)肌電的活動(dòng)順序.根據(jù)表面肌電信號(hào)記錄跳投時(shí)肌肉肌電活動(dòng)的激發(fā)順序，可以確定跳投動(dòng)作進(jìn)行時(shí)肌肉活動(dòng)的激發(fā)順序依次為:腓腸肌后段、股四頭肌、腓腸肌中段、手伸肌群、肱三頭肌、肱二頭肌、腕關(guān)節(jié)屈肌群、股二頭肌.

圖2 跳投動(dòng)作中主要肌肉肌電活動(dòng)開(kāi)始時(shí)間一覽圖

2.1.2 跳投動(dòng)作中上下肢肌電活動(dòng)結(jié)束的順序

從圖3可知，跳投動(dòng)作時(shí)主要肌肉肌電活動(dòng)結(jié)束的激發(fā)順序也各不相同.肌電波形最先結(jié)束的肌肉是腕關(guān)節(jié)屈肌群和肱三頭肌，其后依次為肱二頭肌、手伸肌群、股四頭肌、腓腸肌中段、腓腸肌后段、股二頭肌.

圖3 跳投動(dòng)作中主要肌肉肌電活動(dòng)結(jié)束時(shí)間一覽圖

2.2 跳投動(dòng)作上下肢肌肉肌電圖積分值的分析

肌電圖積分值面積的多少反映了肌肉在活動(dòng)時(shí)用力的多少，也就是所做的功.被試者進(jìn)行原地跳投100次第1組時(shí)各塊肌肉肌電圖積分值的面積見(jiàn)表1.其中腓腸肌后段所占面積最多，其次分別為手伸肌群、肱三頭肌、肱二頭肌、股四頭肌、股二頭肌、腓腸肌中段和腕關(guān)節(jié)屈肌群.由此表明，在原地跳投時(shí)，腓腸肌后段用力最多，其后依次為手伸肌群、肱三頭肌、肱二頭肌、股四頭肌、股二頭肌、腓腸肌中段，而腕關(guān)節(jié)屈肌群作用最少.說(shuō)明在跳投動(dòng)作的9個(gè)步驟中腓腸肌后段所起的發(fā)力作用最多，其次是手伸肌群，而腓腸肌中段和腕關(guān)節(jié)屈肌群所起的作用最少.

肌電圖最大值反映的是肌肉瞬間用力的值.從表1可看出，腕關(guān)節(jié)屈肌群的最大值最高，其后依次為肱三頭肌、肱二頭肌、股四頭肌、腓腸肌后段、腓腸肌中段、股二頭肌和手伸肌群.這說(shuō)明在完成跳投動(dòng)作第1組時(shí)腕關(guān)節(jié)屈肌群的瞬間用力最大，手伸肌群的瞬間用力最小.

表1 原地跳投100次第1組各肌肉肌電圖積分結(jié)果一覽表(N=10)

被試者進(jìn)行原地跳投100次第2組時(shí)各塊肌肉肌電圖積分值的面積見(jiàn)表2:腓腸肌后段所占面積最多，其次分別為手伸肌群、肱三頭肌、肱二頭肌、股四頭肌、腕關(guān)節(jié)屈肌群、腓腸肌中段和股二頭肌.同理，在完成原地跳投時(shí)，腓腸肌后段用力最多，其后依次為手伸肌群、肱三頭肌、肱二頭肌、股四頭肌、腕關(guān)節(jié)屈肌群、腓腸肌中段和股二頭肌.這也就說(shuō)明在完成原地跳投動(dòng)作過(guò)程中，腓腸肌后段所起的發(fā)力作用最多，其次是手(腕)伸肌群，而腓腸肌中段和股二頭肌所起的發(fā)力作用最少.肌電圖積分值面積的多少反映了肌肉在活動(dòng)時(shí)用力的多少，也就是所做的功，測(cè)試將跳投動(dòng)作分成了9個(gè)步驟，其中接球、持球占了6個(gè)，而撥球占了3個(gè)，因此，腓腸肌后段所起的發(fā)力作用最多，其次是手(腕)伸肌群與實(shí)際情況一致.

肌電圖最大值中數(shù)值最高的是肱三頭肌，其后依次是腕關(guān)節(jié)屈肌群、肱二頭肌、股四頭肌、腓腸肌后段、腓腸肌中段、手伸肌群和股二頭肌.此時(shí)肌肉完成動(dòng)作時(shí)的瞬間發(fā)力大小發(fā)生了變化，瞬間發(fā)力最大的肌肉已從第1組的腕關(guān)節(jié)屈肌群變?yōu)殡湃^肌，可能是腕關(guān)節(jié)屈肌群出現(xiàn)了疲勞現(xiàn)象，發(fā)力最小的肌肉是股二頭肌.

從表1和表2數(shù)據(jù)的對(duì)比中發(fā)現(xiàn)，肌電圖積分值的面積和最大值都發(fā)生了變化，特別是積分值的最大值，第1組瞬間發(fā)力的最大值是腕關(guān)節(jié)屈肌群，而到了跳投100次第2組時(shí)最大值就變?yōu)殡湃^肌.從肌肉瞬間發(fā)力的變化看，投籃動(dòng)作已經(jīng)發(fā)生變形.

表2 原地跳投100次第2組各肌肉肌電圖積分結(jié)果一覽表(N=10)

被試者進(jìn)行原地跳投100次第3組時(shí)各塊肌肉肌電圖積分值的面積見(jiàn)表3:腓腸肌后段所占面積最多，其后依次為肱三頭肌、手伸肌群、肱二頭肌、股四頭肌、腕關(guān)節(jié)屈肌群、腓腸肌中段和股二頭肌.同理，在完成原地跳投時(shí)，腓腸肌后段用力最多，其后依次為肱三頭肌、手伸肌群、肱二頭肌、股四頭肌、腕關(guān)節(jié)屈肌群、腓腸肌中段和股二頭肌用力.這就說(shuō)明在完成原地跳投動(dòng)作過(guò)程中，腓腸肌后段所起的作用最多，其次是股三頭肌，而腓腸肌中段和股二頭肌所起的作用最少.

各塊肌肉肌電圖最大值依次為:肱三頭肌、肱二頭肌、腕關(guān)節(jié)屈肌群、股四頭肌、腓腸肌后段、腓腸肌中段、手伸肌群、股二頭肌.肌肉瞬間發(fā)力最大的是肱三頭肌，最小的是股二頭肌.雖然肌電圖最大值與第2組一致，仍為肱三頭肌，但數(shù)值已發(fā)生了變化.

表3 原地跳投100次第3組各肌肉肌電圖積分結(jié)果一覽表(N=10)

從表1到表3，數(shù)據(jù)發(fā)生了變化，一種可能是因?yàn)?組100次原地跳投的強(qiáng)度比較大，間隔5 min的休息時(shí)間不能夠很快地得到恢復(fù)，連續(xù)的肌肉活動(dòng)會(huì)引起某些肌肉出現(xiàn)短時(shí)間疲勞［6］，其他肌肉就會(huì)加大工作的力度幫助完成動(dòng)作，從而使得動(dòng)作發(fā)生變形;第2種可能是因?yàn)楸辉囌弑旧淼募夹g(shù)動(dòng)作不夠標(biāo)準(zhǔn)，不能保證每次跳投的動(dòng)作都一致，完成的動(dòng)作質(zhì)量沒(méi)有實(shí)現(xiàn)理論上的統(tǒng)一;第3種可能是被試者生理方面的原因，在一定的實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度下，生理機(jī)能發(fā)生了變化.

2.3 跳投動(dòng)作中上下肢肌肉肌電圖積分作功與負(fù)荷分析

從圖4～圖6可以看出，在完成原地跳投動(dòng)作時(shí)上下肢各肌肉的肌電積分作功和承受的負(fù)荷是不一樣的，這也就說(shuō)明了各肌肉在完成動(dòng)作過(guò)程中用力大小不一樣.

從圖4中可以看出，原地跳投100次第1組上下肢各塊肌肉肌電的積分作功與負(fù)荷的情況，肱三頭肌大于肱二頭肌、手伸肌群大于腕關(guān)節(jié)屈肌群、股四頭肌大于股二頭肌、腓腸肌后段大于腓腸肌中段.雖然各塊肌肉用力的大小和所占的比例各不相同，但是上肢肌群用力占的比例比下肢肌群要略大一些，其中上肢肌群占了51%，下肢肌群占了49%.而所有8塊肌肉中，腓腸肌后段用力最大，其次是手伸肌群、肱三頭肌、肱二頭肌、股四頭肌、股二頭肌、腓腸肌中段，腕關(guān)節(jié)屈肌群則作用最小.

圖4 原地跳投100次第1組肌肉肌電積分的作功與負(fù)荷關(guān)系圖

從圖5中可以看出，肱二頭肌與肱三頭肌用力相同，手伸肌群大于腕關(guān)節(jié)屈肌群、股四頭肌大于股二頭肌、腓腸肌后段大于腓腸肌中段.而所有8塊肌肉中，腓腸肌后段用力最大，其次是手伸肌群、肱三頭肌、肱二頭肌、股四頭肌、腕關(guān)節(jié)屈肌群、腓腸肌中段，其中股二頭肌則是用力最小.上肢肌群用力占的比例比下肢肌群要大，其中上肢肌群占了53%，下肢肌群占了47%.

從圖6可以看出，肱三頭肌大于肱二頭肌，手伸肌群大于腕關(guān)節(jié)屈肌群、股四頭肌大于股二頭肌、腓腸肌后段大于腓腸肌中段.而所有8塊肌肉中，腓腸肌后段用力最大，其次是肱三頭肌、手伸肌群、肱二頭肌、股四頭肌、腕關(guān)節(jié)屈肌群、腓腸肌中段，其中股二頭肌則是用力最小.上肢肌群用力占的比例比下肢肌群要大，其中上肢肌群占了51%，下肢肌群占了49%.

圖5 原地跳投100次第2組肌肉肌電積分的作功與負(fù)荷關(guān)系圖

圖6 原地跳投100次第3組肌肉肌電積分的作功與負(fù)荷關(guān)系圖

對(duì)圖4～圖6進(jìn)行總體比較發(fā)現(xiàn)，3組跳投中，腓腸肌后段、手伸肌群、肱三頭肌是主要的用力肌肉.從圖7可以看出，原地跳投1次的肌肉肌電積分的作功與負(fù)荷關(guān)系和總體規(guī)律是一致的.即肱三頭肌大于肱二頭肌、手伸肌群大于腕關(guān)節(jié)屈肌群、股四頭肌大于股二頭肌、腓腸肌后段大于腓腸肌中段;腓腸肌后段、手伸肌群、肱三頭肌是主要用力肌肉.

圖7 原地跳投1次時(shí)肌肉肌電積分的作功與負(fù)荷關(guān)系圖

3 結(jié)論與建議

3.1 運(yùn)用肌電技術(shù)能夠準(zhǔn)確測(cè)試籃球運(yùn)動(dòng)中各肌肉的作用大小

通過(guò)對(duì)籃球運(yùn)動(dòng)中原地跳投動(dòng)作的肌電分析發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)跳投動(dòng)作的9個(gè)步驟中，腓腸肌后段最先參與肌肉的發(fā)力，而且持續(xù)時(shí)間較其他的肌肉都要長(zhǎng)，腓腸肌后段貢獻(xiàn)的力量最大，其次是手伸肌群和肱三頭肌，它們是完成跳投動(dòng)作過(guò)程中的主要用力肌肉.所以在日常的訓(xùn)練中應(yīng)特別加強(qiáng)這些肌肉的力量爆發(fā)力和耐力的訓(xùn)練.

3.2 運(yùn)用肌電技術(shù)能夠準(zhǔn)確測(cè)試籃球運(yùn)動(dòng)中各肌肉的激發(fā)順序

跳投動(dòng)作運(yùn)動(dòng)鏈［7］中上下肢肌肌電活動(dòng)開(kāi)始時(shí)的激發(fā)順序依次為:腓腸肌后段、股四頭肌、腓腸肌中段、手伸肌群、肱三頭肌、肱二頭肌、腕關(guān)節(jié)屈肌群、股二頭肌.結(jié)束時(shí)的激發(fā)順序依次為:腕關(guān)節(jié)屈肌群、肱三頭肌、肱二頭肌、手伸肌群、股四頭肌、腓腸肌中段、腓腸肌后段、股二頭肌.了解上下肢各主要肌肉的激活時(shí)間與用力情況，以便掌握運(yùn)動(dòng)過(guò)程中主要的用力肌，加強(qiáng)訓(xùn)練的針對(duì)性和有效性［8］.

3.3 研究結(jié)果驗(yàn)證了關(guān)于“用力順序”［9］的“自下而上”

“用力順序”是主動(dòng)參與，而不是被動(dòng)接受這一觀點(diǎn)在本文中也得到了驗(yàn)證.如擊打環(huán)節(jié)所選肌肉活動(dòng)呈現(xiàn)從下肢向上肢激活的次序性.上肢相關(guān)肌群的活動(dòng)次序與肩關(guān)節(jié)、上臂環(huán)節(jié)質(zhì)心的時(shí)序性有著合理的解剖學(xué)相關(guān)，是產(chǎn)生上肢開(kāi)放鏈鞭打動(dòng)作的根本原因［10］，籃球跳投動(dòng)作運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)需要下肢、軀干、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)以及手指肌肉協(xié)調(diào)配合的運(yùn)動(dòng)［11］.

3.4 連續(xù)的籃球跳投動(dòng)作某些肌肉會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間疲勞

通過(guò)對(duì)籃球跳投動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)學(xué)與上下肢表面肌電圖變化特征進(jìn)行分析，為認(rèn)識(shí)疲勞對(duì)人體運(yùn)動(dòng)動(dòng)作的影響提供參考［12］.研究發(fā)現(xiàn)肌肉瞬間用力值在跳投100次第2組時(shí)最大值由腕關(guān)節(jié)屈肌群變?yōu)殡湃^肌，從肌肉瞬間發(fā)力的變化看，投籃動(dòng)作發(fā)生了變形;在跳投100次第3組時(shí)，最大值雖仍為肱三頭肌，但數(shù)值有所變化，說(shuō)明采用本研究這樣的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度時(shí)，腕關(guān)節(jié)屈肌群肌肉出現(xiàn)了短時(shí)間疲勞，但同樣的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度肱三頭肌是否出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象有待進(jìn)一步研究.

基于受試對(duì)象之間跳投動(dòng)作技術(shù)的差異性［13］、iEGM隨著運(yùn)動(dòng)員水平的升高而降低，長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練使機(jī)能節(jié)省化的表現(xiàn)［14］等，需要進(jìn)一步對(duì)不同水平運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行比較，有利于對(duì)動(dòng)作技術(shù)的生物學(xué)機(jī)制的更好理解.

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