我國優(yōu)秀速度滑冰運(yùn)動(dòng)員途中滑跑腿部肌肉肌電特征研究*

李芙蓉 吳新炎

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我國優(yōu)秀速度滑冰運(yùn)動(dòng)員途中滑跑腿部肌肉肌電特征研究*

李芙蓉 吳新炎

（湖北理工學(xué)院體育部，湖北 黃石 435001）

運(yùn)用表面肌電和高速攝影同步技術(shù)，結(jié)合功能解剖學(xué)，分析王北星途中滑跑單步周期腿部肌電特征，進(jìn)行技術(shù)診斷。結(jié)果表明：(1)王北星左腿力量大于右腿符合速滑項(xiàng)目特征，但左腿支撐時(shí)重心高于右腿，說明左腿仍屬弱勢腿；(2)王北星脛骨前肌是踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)主要用力肌肉，是單步周期主要用力肌肉之一，擺動(dòng)期出現(xiàn)多余放電；(3)王北星蹬冰期股四頭肌和股后肌群肌電振幅呈雙峰現(xiàn)象，股內(nèi)肌、股外肌、股二頭肌和半腱肌是主要用力肌肉；(4)王北星左右腿蹬冰期蹬冰肌群肌肉用力方式不一致。教練組應(yīng)根據(jù)王北星腿部肌電特征，有針對(duì)性的設(shè)計(jì)訓(xùn)練方法。

競技體育；短距離速滑；途中滑跑；單步周期；肌電

短距離速度滑冰屬無氧供能為主的體能主導(dǎo)類和以下肢蹬伸發(fā)力為主的周期性項(xiàng)目［1］。比賽用時(shí)短、全程需竭盡全力，下肢蹬伸肌群的快速做功能力決定運(yùn)動(dòng)成績。我國速滑訓(xùn)練存在過度經(jīng)驗(yàn)化、科學(xué)訓(xùn)練程度不高和專項(xiàng)訓(xùn)練細(xì)節(jié)把握不夠等問題［2］。王北星是我國優(yōu)秀速滑選手，在國外長期接受外籍教練訓(xùn)練，為備戰(zhàn)2014年冬奧會(huì)，2012年進(jìn)入國家集訓(xùn)隊(duì)。教練組為更好的度過磨合期，更細(xì)致的了解其技術(shù)特點(diǎn)并發(fā)現(xiàn)、解決問題，針對(duì)王北星的訓(xùn)練采集了大量數(shù)據(jù)，分析王北星途中滑跑腿部肌電特征是其中重要的一項(xiàng)。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

以王北星為測試對(duì)象，采集范圍包括速度滑冰彎、直道左右腿連續(xù)五次單步周期。運(yùn)動(dòng)員測試前通過輔導(dǎo)，理解實(shí)驗(yàn)意圖，在測試前24小時(shí)無劇烈運(yùn)動(dòng)，身體健康狀況良好。

1.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與處理

運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)使用TM－6710CL高速攝像機(jī)進(jìn)行采集，采用芬蘭MEGA電子有限公司生產(chǎn)的ME6000-T8肌電測試系統(tǒng)采集脛骨前肌、腓腸肌外側(cè)頭、股四頭肌內(nèi)側(cè)頭、股四頭肌外側(cè)頭、股四頭肌直肌、股二頭肌、半腱肌和臀大肌肌肉肌電數(shù)據(jù)。采集處理后的數(shù)據(jù)通過SPSS16.0軟件分析，獲取相關(guān)參數(shù)。

1.3 單步周期劃分

途中滑跑為單腳從發(fā)力腳離地起到發(fā)力腳離地止，根據(jù)主要用力肌肉放電特點(diǎn)，單步周期分為擺動(dòng)期和蹬冰期。擺動(dòng)期指發(fā)力腳離開地面瞬間到大小腿開始折疊直到足底冰刀觸冰這一過程，包括收腿和落腿兩個(gè)階段；蹬冰期是指發(fā)力蹬冰到發(fā)力腳離地為止，包括重心轉(zhuǎn)移和蹬冰兩個(gè)階段，蹬冰期主要用力肌肉肌電振幅表現(xiàn)雙峰現(xiàn)象［3］。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 平均肌電圖

連續(xù)5次彎、直道左右腿表面肌電圖先進(jìn)行全波整流處理，截取連續(xù)5次RMS時(shí)域轉(zhuǎn)換肌電圖，然后對(duì)連續(xù)5次RMS肌電圖進(jìn)行疊加平均處理，最終得出平均肌電圖，RMS振幅往往用于描述數(shù)據(jù)的靜態(tài)特征，反映一定時(shí)間內(nèi)肌肉電位活動(dòng)的靜態(tài)特征，主要表示肌電圖（EMG）信號(hào)幅值大小的變化，反映電位活動(dòng)的有效值，從RMS振幅中可以明顯的看出肌肉電位活動(dòng)的興奮程度, 可以判斷肌肉活動(dòng)的時(shí)程長短、肌電活動(dòng)的強(qiáng)度以及肌肉的協(xié)調(diào)模式［4-5］。圖1—4為王北星彎、直道左右腿單步周期肌肉平均肌電圖，由左至右再往下依次是脛骨前肌、腓腸肌外側(cè)頭、股四頭肌內(nèi)側(cè)頭、股四頭肌外側(cè)頭、股四頭肌直肌、股二頭肌、半腱肌和臀大肌。

圖1 王北星彎道右腿

圖2王北星彎道左腿

圖4王北星直道左腿

2.1.1單步周期振幅曲線特征

從功能解剖學(xué)的角度看，擺動(dòng)期踝關(guān)節(jié)沒有關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，脛骨前肌和腓腸肌理論上不應(yīng)存在明顯電位活動(dòng)，圖1-圖4表明，王北星在擺動(dòng)期直道左右腿和彎道左腿擺動(dòng)期脛骨前肌都有明顯電位活動(dòng)，原因在于腳與冰刀結(jié)合技術(shù)不佳造成擺動(dòng)期踝關(guān)節(jié)背屈，脛骨前肌出現(xiàn)多余放電現(xiàn)象。運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)因運(yùn)動(dòng)設(shè)備、技術(shù)動(dòng)作變形和疲勞等原因，部分肌肉在肌電圖上反映出多余放電現(xiàn)象，這是阻礙運(yùn)動(dòng)員成績的很重要的一個(gè)因素。因此在王北星訓(xùn)練過程中應(yīng)加強(qiáng)腳與冰刀結(jié)合技術(shù)訓(xùn)練，克服脛骨前肌多余放電現(xiàn)象，提高運(yùn)動(dòng)成績。

擺動(dòng)期收腿階段膝關(guān)節(jié)彎曲，主動(dòng)肌股后肌群出現(xiàn)放電現(xiàn)象；落腿階段膝關(guān)節(jié)伸展，主動(dòng)肌股四頭肌出線放電現(xiàn)象。從圖1、圖3可以看出，王北星右腿擺動(dòng)期全過程股四頭肌基本沒有放電現(xiàn)象，說明王北星右腿支撐時(shí)重心非常低，收腿后已經(jīng)觸冰，沒有落腿階段。從圖2、圖4可以看出，王北星右腿擺動(dòng)期后程股四頭肌內(nèi)側(cè)頭出現(xiàn)明顯振幅波動(dòng)，說明膝關(guān)節(jié)有伸展運(yùn)動(dòng)，左腿擺動(dòng)期有落腿階段。由此可知，王北星途中滑跑重心左腿支撐時(shí)比右腿支撐時(shí)高。途中滑跑左右腿重心高度不均衡會(huì)造成技術(shù)動(dòng)作“發(fā)散”，在實(shí)際訓(xùn)練比賽過程中王北星后程技術(shù)動(dòng)作“發(fā)散”的問題一直是一個(gè)頑疾，在訓(xùn)練過程中加強(qiáng)左腿主要用力肌肉蹬伸肌群和協(xié)調(diào)肌群股后肌群的力量練習(xí)，降低左腿支撐時(shí)的重心，能克服后程技術(shù)動(dòng)作發(fā)散的問題，提高運(yùn)動(dòng)成績。

圖1—4表明，蹬冰期主動(dòng)肌股四頭肌和拮抗肌股后肌群的振幅曲線都出現(xiàn)雙峰現(xiàn)象。說明蹬冰期運(yùn)動(dòng)負(fù)荷大,主動(dòng)肌強(qiáng)烈的運(yùn)動(dòng)單位興奮超過選擇性抑制的能力,而引起拮抗肌的共同收縮或共激活,隨著對(duì)肌肉電生理和表面肌電圖技術(shù)認(rèn)識(shí)的不斷深入,主動(dòng)肌、拮抗肌、協(xié)同肌的功能特性和相互協(xié)調(diào)性在運(yùn)動(dòng)中具有重要意義已形成共識(shí)。人體經(jīng)由中樞神經(jīng)系統(tǒng)并通過主動(dòng)肌和拮抗肌的收縮控制肢體活動(dòng)的振幅、方向等參數(shù)來形成肌肉的具體活動(dòng)模式和關(guān)節(jié)活動(dòng)［6-7］。王北星陸上訓(xùn)練期力量訓(xùn)練設(shè)計(jì)一定要考慮股后肌群的共激活現(xiàn)象，不能只發(fā)展主動(dòng)肌股四頭肌力量，拮抗肌股后肌群力量訓(xùn)練也要加強(qiáng)。

2.1.2振幅峰值特征

圖1—4表明，王北星彎直道左右腿單步周期各階段腿部肌群振幅曲線存在一定差異，但王北星彎直道左右腿各肌群振幅峰值出現(xiàn)于單步周期階段高度一致，重心轉(zhuǎn)移階段脛骨前肌作為主動(dòng)肌使身體在離心遠(yuǎn)端固定，出現(xiàn)肌電峰值，蹬冰階段蹬伸肌群主動(dòng)發(fā)力，主動(dòng)肌股四頭肌、拮抗肌股后肌群出現(xiàn)肌電峰值。說明王北星途中滑跑技術(shù)穩(wěn)定。

表1表明：王北星彎、直道左右腿蹬冰期主要發(fā)力肌肉股四頭肌內(nèi)測頭振幅峰值大小存在顯著性差異（P<0.05），原因在于彎道滑跑要克服向心力作用，身體重心比直道高，肌肉用力距離縮短，為獲得更大的速度，肌肉用力必須加大。說明短距離速滑由于彎道滑跑特點(diǎn)，左腿力量應(yīng)該會(huì)大于右腿，在王北星腿部力量訓(xùn)練設(shè)計(jì)上左腿練習(xí)強(qiáng)度應(yīng)高于右腿。

表1 王北星單步周期振幅峰值

彎道右腿彎道左腿直道右腿 直道左腿 脛骨前肌1916.00±641.901658.40±209.302404.80±413.401551.80±238.10 腓腸肌1530.80±142.401659.40±323.801554.20±164.801540.20±290.90 股四頭肌內(nèi)3086.00±456.304395.80±542.502601.80±349.803665.60±219.70 股四頭肌外1451.20±223.002040.60±457.701712.60±389.402190.40±456.70 股四頭肌直1242.60±335.00715.00±162.501461.40±367.80581.20±129.70 股二頭肌1169.00±209.401345.60±213.40886.00±226.701760.40±289.60 半腱肌1213.00±337.70948.80±166.90944.80±170.90717.20±161.40 臀大肌479.80±69.70328.00±73.40387.20±30.50403.60±18.60

2.2 積分肌電（IEMG）

IEMG是指肌電圖曲線下包圍的面積，一定程度上IEMG可以反映一定時(shí)間內(nèi)肌肉中運(yùn)動(dòng)單位的放電總量，通過對(duì)IEMG的定量可以反映肌肉活動(dòng)的強(qiáng)弱［8-9］。為更精確的反映速度滑冰單步動(dòng)作周期電位活動(dòng)規(guī)律，采集王北星連續(xù)5次動(dòng)作周期肌電圖，通過彎、直道5個(gè)動(dòng)作周期的平均IEMG和平均IEMG /s來分析速度滑冰單腳動(dòng)作周期肌電特征，如表3、表4。IEMG 反映彎、直道左右腿動(dòng)作周期肌肉的放電總量大小，IEMG /s則反映彎、直道左右腿動(dòng)作周期肌肉單位時(shí)間電位活動(dòng)強(qiáng)度。

表2表明，王北星途中滑跑直道滑跑時(shí)間明顯長于彎道滑跑時(shí)間，彎道右腿滑跑時(shí)間較直道右腿滑跑時(shí)間存在顯著性差異（P<0.05）；彎道左腿滑跑時(shí)間較直道左腿滑跑時(shí)間存在顯著性差異（P<0.05）；表3表明，主動(dòng)肌股四頭肌內(nèi)側(cè)頭和股四頭肌外側(cè)頭彎直道左右腿做功存在顯著性差異（股四頭肌內(nèi)側(cè)頭P<0.05值分別為0.002、0.005，股四頭肌外側(cè)頭P<0.05值分別為0.001、0.001）；表4表明，彎、直道左右腿主動(dòng)肌放電強(qiáng)度沒有顯著性差異（股四頭肌內(nèi)側(cè)頭P值分別為0.664、0.554，股四頭肌外側(cè)頭P值分別為0.420、0.059）。彎道滑跑要克服向心力作用，身體重心會(huì)比直道高，肌肉收縮距離相應(yīng)會(huì)短，由此可知途中滑跑彎直道肌肉收縮速度和功率沒有顯著性差異。從表3、表4來看，動(dòng)作周期內(nèi)蹬冰主動(dòng)肌群股四頭肌總做功沒有明顯差異（IEMG p=0.732），但是動(dòng)作周期內(nèi)股四頭肌內(nèi)側(cè)頭左腿最大發(fā)力、動(dòng)作周期做功和動(dòng)作周期做功強(qiáng)度都要明顯高于右腿（肌電峰值p=0.005，IEMG p=0.006，IEMG/sp=0.007），股直肌右腿最大發(fā)力、動(dòng)作周期做功和動(dòng)作周期做功強(qiáng)度都要明顯高于左腿，存在顯著性差異（肌電峰值p=0.006，IEMG p=0.000，IEMG /sp=0.000），這說明直道滑跑蹬冰主動(dòng)肌群在動(dòng)作周期內(nèi)左右腿沒有明顯差異，但是蹬冰肌群各肌肉貢獻(xiàn)值差異性極大，這種差異性彎、直道非常一致，說明王北星左右腿蹬冰期蹬冰肌群肌肉用力方式不一致，在訓(xùn)練過程中應(yīng)該根據(jù)此特點(diǎn)，有針對(duì)性的安排左右腿力量訓(xùn)練。

從表3還可以看出，王北星途中滑跑彎直道左右腿主要用力肌肉有一定的差異性，結(jié)合平均肌電圖，發(fā)現(xiàn)蹬冰期主要用力肌肉高度一致。途中滑跑肌肉做功在擺動(dòng)期表現(xiàn)不明顯，貢獻(xiàn)度主要取決于蹬冰期，蹬冰期肌肉運(yùn)動(dòng)主要表現(xiàn)為膝關(guān)節(jié)伸展運(yùn)動(dòng)，蹬伸肌群股四頭肌主動(dòng)肌肌肉，股后肌群是拮抗肌，同時(shí)重心轉(zhuǎn)移階段遠(yuǎn)端固定的脛骨前肌要克服冰上支撐點(diǎn)小，出現(xiàn)強(qiáng)烈的肌肉單位興奮，結(jié)合肌電圖振幅特征，途中滑跑蹬冰期主要用力肌肉應(yīng)該是股四頭肌內(nèi)側(cè)頭、脛骨前肌、股四頭肌外側(cè)頭、股二頭肌和半腱肌。

表2 王北星單步周期時(shí)間

彎道右腿彎道左腿直道右腿直道左腿 時(shí)間（s）0.96±0.021.04±0.201.30±0.021.33±0.04

表3 王北星單步周期IEMG

彎道右腿 彎道左腿 直道右腿直道左腿 脛骨前肌474.40±77.00588.20±47.50926.60±42.60761.80±58.50 腓腸肌315.40±38.90502.40±39.40288.80±20.00314.00±28.90 股四頭肌內(nèi)669.20±74.701111.60±72.90941.60±85.801394.60±139.60 股四頭肌外380.00±48.10444.80±66.40582.80±32.60614.00±46.10 股四頭肌直322.00±46.10203.20±12.40452.80±19.30207.80±19.00 股二頭肌333.80±16.10319.40±31.10284.00±14.40445.00±18.80 半腱肌347.00±33.70328.20±6.50418.80±13.20288.80±28.80 臀大肌146.00±9.0092.20±14.40174.60±18.30134.20±8.50

表4 王北星單步周期IEMG/s

彎道右腿彎道左腿直道右腿直道左腿 脛骨前肌492.30±81.70582.30±116.00712.80±31.70572.00±42.80 腓腸肌326.80±34.40495.00±87.20222.40±19.30236.10±25.20 股四頭肌內(nèi)694.40±79.601089.80±147.50725.20±76.901046.40±89.80 股四頭肌外394.00±47.70436.20±88.50448.60±29.00461.40±39.30 股四頭肌直334.20±49.40200.40±34.60348.40±17.00156.40±17.90 股二頭肌346.10±11.50314.10±55.60218.70±15.40334.40±18.20 半腱肌359.80±31.80323.80±53.20323.40±15.70217.30±23.60 臀大肌151.60±11.5091.00±20.60134.30±14.10100.70±4.80

3 討論

王北星途中滑跑肌電振幅顯示蹬冰期股四頭肌和股后肌群呈雙峰現(xiàn)象，從IEMG可知股四頭肌和股后肌群都是途中滑跑主要用力肌肉，說明王北星蹬冰肌群共收縮劇烈，在發(fā)展股四頭肌力量的同時(shí)，也要注意發(fā)展拮抗肌股后肌群的力量。

王北星途中滑跑過程中脛骨前肌是主要用力肌肉之一，王北星脛骨前肌積分肌電值排第二位。踝關(guān)節(jié)脛骨前肌放電比腓腸肌更激烈，脛骨前肌肌電峰值也明顯高于腓腸肌，這說明滑跑過程中踝關(guān)節(jié)力量主要體現(xiàn)在脛骨前肌。過去幾十年我國速滑界踝關(guān)節(jié)力量訓(xùn)練時(shí)有一個(gè)誤區(qū)，照搬短跑運(yùn)動(dòng)力量訓(xùn)練方法，重點(diǎn)發(fā)展腓腸肌力量，脛骨前肌力量訓(xùn)練很少，短跑與速滑區(qū)別很大，短跑蹬地前腳掌觸地，觸地面積大，速滑蹬冰冰刀觸冰，觸地面積小，兩者在遠(yuǎn)端固定時(shí)區(qū)別很大，而且速滑身體重心更低，踝關(guān)節(jié)背屈時(shí)壓力更大。所以發(fā)展王北星踝關(guān)節(jié)力量應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展脛骨前肌力量，對(duì)速滑項(xiàng)目踝關(guān)節(jié)力量特征也要有新的認(rèn)識(shí)。

4 結(jié)論

（1）王北星左腿力量負(fù)荷速滑項(xiàng)目特征大于右腿，但左腿支撐時(shí)重心高于右腿，左腿仍屬弱勢腿。

（2）王北星脛骨前肌是踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)主要用力肌肉，是單步周期主要用力肌肉之一，擺動(dòng)期出現(xiàn)多余放電。

（3）王北星蹬冰期股四頭肌和股后肌群肌電振幅呈雙峰現(xiàn)象，股內(nèi)肌、股外肌、股二頭肌和半腱肌是主要用力肌肉。

（4）王北星左右腿蹬冰期蹬冰肌群肌肉用力方式不一致。

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A Study about the Legs EMG Characteristics of the Excellent Speed Skating Athlete Jack in Skating Midway Rollout

LI Fu-rong, etal.

（PE Department of Hubei polytechnic university,Huangshi 435000, Hubei, China）

By using the methods of sEMG synchronized with high-speed photography and combining functional anatomical knowledge, this paper analyzes the single-step cycle of legs EMG characteristics of Wang Bei-xing on the way rollout of speed skating in short distance and diagnoses her rollout technology. The results show that: (1)the strength of her left leg is greater than that of her right leg, which conform to the characteristics of peed skating in short distance，but her left leg is higher than the right leg while supporting the center of gravity, showing that her left leg still belongs to the weak leg ;(2) tibialis anterior muscle is the main force muscle of the ankle movement, is also the main force muscle of single-step cycle, Wang Bei-xing 's tibialis anterior muscle appear phenomenon of redundant discharge in the period of oscillating;(3) myoelectricity amplitude of her quadriceps femoris and after initiation muscle group appear bimodal phenomena in the foot pedal ice period, indicating that quadriceps femoris medial head, quadric eps femoris lateral head, biceps femoris and semitendinosus are the main force muscles;(4) muscle force mode of her left leg and right leg is not consistent in the foot pedal ice. Training methods for Wang bei-xing should be targeting designed based on her leg EMG.

competitive sports; speed skating in short distance; skating midway ;single-step cycle; EMG

*國家體育總局奧運(yùn)公關(guān)課題：《國家速滑隊(duì)重點(diǎn)隊(duì)員備戰(zhàn)索契冬奧會(huì)訓(xùn)練過程控制關(guān)鍵技術(shù)研究》，課題編號(hào)：2012A022。

李芙蓉(1978-)，湖北天門人，碩士，講師，研究方向：運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)。