皮艇測功儀上運動員不同槳頻劃槳對技術(shù)動作的影響

李夢　張林

摘 要：運用表面肌電和肌氧分析技術(shù)，對23名1級以上皮艇運動員以3種不同槳頻負荷（70槳/min、90槳/min和最大槳頻）分別在測功儀上進行連續(xù)劃槳訓練過程中相關(guān)肌肉工作情況進行研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨槳頻負荷的提高，豎脊肌肌電活動增強并伴隨著股直肌肌電活動趨弱；與70槳/min相比，最大槳頻下肱三頭肌氧百分比下降無顯著性差異，而左右背闊肌均呈現(xiàn)顯著性降低（P<0.05）。結(jié)果說明提高劃槳頻率會造成運動員身體發(fā)力構(gòu)成的變化，隨著劃槳頻率的增大，下肢貢獻有所減少，腰腹和背部用力增大，上臂用力增大但不明顯。

關(guān) 鍵 詞：運動生理學；肌電；肌氧；劃槳槳頻；皮艇測功儀

中圖分類號：G804.2 文獻標志碼：A 文章編號：1006-7116（2015）03-0123-04

Abstract： By applying surface myoelectricity and muscle oxygen analysis technology， the authors study the working conditions related muscles of 23 class 1 or higher kayakers in the process of training for continuous paddling on an ergometer at 3 different paddling frequency loads （70 strokes/min， 90 strokes/min and maximum paddling frequency） respectively， and revealed the following findings： with the increase of paddling frequency load， the myoelectricity activity of erector spinae was intensified， accompanied by the gradual weakening of myoelectricity of rectus femoris； as compared with 70 strokes/min， the increase of muscle oxygen percentage of triceps brachii had no significant difference， while the left and right latissimus dorsi showed a significant decrease （P<0.05）. The said findings indicated the followings： increasing paddling frequency would cause the changing of kayakers body power generation composition； with the increase of paddling frequency， the contribution of lower limbs decreased somewhat， power generated by waist and abdomen and back increased， power generated by upper arms increased but not significantly.

Key words： sports physiology； myoelectricity；muscle oxygen；stroke rate；kayak ergometer

皮艇運動為水上運動項目之一，對體能和技術(shù)均有較高要求，是一項以較高的體能輸出為依托，展示運動員平衡能力和技術(shù)技巧的競技項目，通過進行大強度的劃槳功率輸出，推動船艇高速前進。

皮艇測功儀（Kayak Ergometer）通過最大限度的模擬皮艇劃槳動作情況[1]，實現(xiàn)陸地專項訓練，可較為準確地模擬水上短時、高強度皮艇運動對人體生理的刺激[2-3]，由于其阻力可調(diào)，相對于水上劃船，可在穩(wěn)定環(huán)境中使用，同時可量化訓練負荷，是訓練和科研測試的理想儀器[4]。本研究要求運動員在測功儀上以不同槳頻負荷進行劃槳練習，并進行相關(guān)肌肉的肌電、肌氧指標采集分析，旨在了解不同槳頻對劃槳技術(shù)動作的影響。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

河北皮劃艇隊1級以上（含1級）皮艇運動員23人，男11人，女12人。年齡（19.86±2.71）歲，身高（181.27±6.97） cm，體重（73.97±10.74） kg。訓練年限（5.77±2.21）年。由于本實驗設(shè)計主要對運動員技術(shù)動作進行考察，根據(jù)相關(guān)文獻，在重要的技術(shù)參數(shù)上（如槳頻、劃槳時間構(gòu)成、動作對稱性、關(guān)節(jié)活動幅度等）男女運動員不存在差異[5]，故不進行性別分組。測試期間所有運動員排除疾病、服用藥物和促力營養(yǎng)品、抽煙飲酒等因素影響，集體規(guī)律作息，飲食保持一致。

1.2 研究方法

運動員以3種不同槳頻負荷70槳/min、90槳/min和最大槳頻分別在測功儀上進行連續(xù)劃槳訓練，其中最大槳頻是個人盡其所能達到的最大劃槳頻率，其數(shù)值視個人能力不同而定，并非某一固定數(shù)值。阻力設(shè)定為個體感覺最適、可充分穩(wěn)定發(fā)揮個人技術(shù)的檔位（后經(jīng)統(tǒng)計基本上所有女性運動員均選擇5檔阻力，男性運動員選擇8檔阻力）。專人負責實時播報槳頻，以便運動員進行控制。

采用BIOVISION多導遙測肌電儀，和Moxy肌肉氧監(jiān)測儀以及西班牙產(chǎn)WIMU全無線運動監(jiān)控追蹤系統(tǒng)（世紀天鴻公司提供）對特定選取的相關(guān)肌群進行肌電和肌氧代謝監(jiān)測。肌電測試前對被測部位表皮進行刮毛、磨皮處理，酒精涂拭，于被測肌腹中點處縱行于肌纖維貼置表面電極，兩電極間距20 mm，參考電極置于無肌電信號部位，所有導線使用繃帶固定，以免產(chǎn)生運動干擾。肌氧模塊由透明薄膜包裹，紅外光一側(cè)緊貼被測肌肉表面皮膚，兩光點縱行于肌纖維，并用不透光的繃帶包裹固定以防模塊發(fā)生位移和脫落。Moxy肌肉氧監(jiān)測儀可測量肌肉中氧合血紅蛋白濃度占總血紅蛋白的比例，并將結(jié)果使用百分比紀錄輸出。使用DasyLab10.0對肌電信號數(shù)據(jù)進行分析；肌氧數(shù)據(jù)由WIMU 整合后通過Quiko數(shù)據(jù)分析軟件進行分析。

通過查閱相關(guān)文獻資料并參考教練員意見，依據(jù)皮艇運動特點，確定測試肌肉：雙側(cè)股直肌和豎脊肌進行肌電測試，雙側(cè)肱三頭肌和背闊肌進行肌氧測試。

具體定位如下：股直?。╮ectus femoris，RF）：髂前上棘到髕骨上緣連線長度的1/2；豎脊肌（erector spinae，ES）：脊柱腰段兩側(cè)棘突旁寬厚的縱行隆起，平第三腰椎（vertebrae lumbales 3，L3、vertebrae lumbales 4，L4）節(jié)段；背闊肌（latissimus dorsi，LD）：背的中部外側(cè)扇形隆起部位，平第九胸椎（vertebrae thoracicae 9，T9）節(jié)段；肱三頭?。╰riceps brachii，TB）：臂后側(cè)三角肌后緣下方，對抗阻力伸肘時最為隆起處。

選取以上肌肉（群）進行測試的主要原因：豎脊肌作為脊柱主動回旋肌群，在皮艇運動中主導坐位轉(zhuǎn)體，同時與脊柱各肌群協(xié)同作用，以獲得穩(wěn)固的支撐，進而提高回旋肌群的收縮力量，根據(jù)已有研究報道，豎脊肌是皮艇技術(shù)動作的重要核心肌群；股直肌工作情況可反映腿部運動狀況，皮艇運動的轉(zhuǎn)體動作與下肢活動密切相關(guān)，通過下肢交替蹬-勾經(jīng)由髖部協(xié)調(diào)傳動實現(xiàn)轉(zhuǎn)體，并且下肢參與構(gòu)成人體坐姿支撐平面，維持坐姿穩(wěn)定，根據(jù)核心肌群的概念，股直肌屬于起點在核心的核心肌群[6]。故而選取雙側(cè)股直肌和豎脊肌作為肌電測試組織。背闊肌和肱三頭肌是拉槳動作的主動肌，以往肌電測試證實在拉槳過程中，背闊肌和肱三頭肌表現(xiàn)出較高的動員度，是主要工作肌，故而選取雙側(cè)背闊肌和肱三頭肌作為肌氧測試組織。同時，背闊肌作為起點在核心的核心肌群，對軀干和肩部姿態(tài)穩(wěn)定有重要作用。

每種槳頻負荷下，當運動員進入穩(wěn)定動作和穩(wěn)定節(jié)奏劃槳時，使用蘇州大學體育學院自行研制的同步信號觸發(fā)裝置對肌電信號進行時刻點標記，使用WIMU對同時刻肌氧數(shù)據(jù)進行打點標記。自同步信號標記開始，對連續(xù)50槳動作進行取樣記錄，取數(shù)據(jù)標記10個完整動作周期，進行肌電數(shù)據(jù)分析，組間休息2 min。

使用SPSS19.0統(tǒng)計分析軟件對所得數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析。所有數(shù)據(jù)用平均數(shù)±標準差（ ±s）表示，取P<0.05為具有顯著性差異，P<0.01為有非常顯著性差異。

2 研究結(jié)果及分析

2.1 肌電指標變化

出于對技術(shù)動作穩(wěn)定性和連貫性的考慮，取測功儀上每種槳頻負荷劃槳連續(xù)10個完整動作周期進行分析。經(jīng)DasyLab10.0計算處理，數(shù)據(jù)處理軟件編程模塊進行計算編程（見圖1），最終得出積分肌電（iEMG）、平均振幅（MA）、振幅均方根（RMS）值（見表1）。經(jīng)統(tǒng)計對比發(fā)現(xiàn)，與70槳/min負荷相比，90槳/min時左股直肌和左豎脊肌iEMG顯著降低（P<0.05），右側(cè)股直肌RMS顯著降低（P<0.05），最高槳頻時各部位iEMG均呈現(xiàn)出顯著性變化（P<0.05），但左右股直肌顯著降低，而左右豎脊肌則顯著升高，同時左側(cè)股直肌MA降低（P<0.05），右側(cè)豎脊肌MA則顯著升高（P<0.05），與90槳/min相比，最大隨著槳頻提升至最高，左右豎脊肌iEMG和RMS均顯著升高（P<0.05），右側(cè)豎脊肌同時出現(xiàn)MA明顯升高，同時伴隨著右側(cè)股直肌各項肌電指標的顯著下降。從肌肉參與的總體變化趨勢情況看，隨著槳頻負荷的提高，雙側(cè)股直肌iEMG指標持續(xù)下降，雙側(cè)豎脊肌出現(xiàn)先下降，后大幅度上升，下肢用力逐漸轉(zhuǎn)為下肢和腰部協(xié)同用力，豎脊肌肌電活動增強伴隨著股直肌肌電活動趨弱，在最大槳頻負荷時，豎脊肌肌電活動最強烈。而所有MA和RMS指標大多出現(xiàn)先下降后上升的變化，但豎脊肌在最大槳頻時上升幅度較大，超過最低槳頻值。

2.2 肌氧指標變化

取每輪劃槳運動結(jié)束前15 s肌氧平均值進行統(tǒng)計，結(jié)果顯示：槳頻負荷一定的情況下，肱三頭肌肌氧百分比均明顯低于背闊肌（P<0.01）。隨著槳頻的上升，各肌肉肌氧均呈下降趨勢，與70槳/min相比，槳頻達到最大時肱三頭肌肌氧下降無顯著性差異，而左右背闊肌均呈現(xiàn)顯著性降低（P<0.05）（見表2）。

3 討論

1）表面肌電（sEMG）技術(shù)廣泛應(yīng)用于有關(guān)肌肉反應(yīng)時的研究、肌肉活動的功能分析、肌肉間的協(xié)調(diào)性以及肌纖維成分、肌肉收縮速度與肌肉穩(wěn)定性等方面[7]。時域分析指標積分肌電值（iEMG）、平均肌電值（AM）和振幅均方根（RMS），常被用來反映運動單位募集數(shù)量的變化，其數(shù)值的變化通常與肌肉收縮力的大小有關(guān)。sEMG信號的變化與肌肉的整體活動狀態(tài)和功能狀態(tài)之間存在著較好的關(guān)聯(lián)性，因而能在一定程度上反映肌肉活動。

3種時域指標iEMG、MA、RMS很好的反映了下肢和下腰部在皮艇劃槳動作中的發(fā)力和支撐特點。作為一項完全坐位完成的運動，皮艇劃槳動作的支撐平面是由座位-腳蹬構(gòu)成的，是一狹長的平面，而軀干需要進行大幅度的左右轉(zhuǎn)動，同時上肢要進行大幅度的拉槳和回槳動作，為了維持船體姿態(tài)和技術(shù)動作穩(wěn)定，運動員需要通過下肢-髖部-腰部-軀干-上肢等一系列力的協(xié)調(diào)來保持平衡，同時通過蹬轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)大幅度的轉(zhuǎn)體，從而加大上肢劃槳幅度。另外，肌電圖顯示，同側(cè)股直肌和豎脊肌肌電時相基本一致，說明腰部作為力的傳遞樞紐，在實現(xiàn)整體“張力完整”上，與發(fā)力部位有著良好的協(xié)調(diào)性，下肢蹬腿的力量不是緩慢的節(jié)奏傳遞至上肢，而是與蹬腿幾乎同時，核心部位緊張，形成穩(wěn)固的傳遞杠桿。上肢持槳做左右交替劃槳的動作，是前進動力的具體產(chǎn)生方式，而上肢動力輸出的基礎(chǔ)是下肢和軀干的穩(wěn)定支撐，故而雙側(cè)下肢交替蹬-屈和雙側(cè)豎脊肌腰段的肌電活動對于整體支撐的平衡和穩(wěn)定情況具有重要意義。由于肢體左右交替動作，在高槳頻劃行時，左右動作銜接速度和動作速度均大大提高，運動員為了加強槳頻，勢必會損失一部分動作的幅度，主要是轉(zhuǎn)體幅度和拉槳距離，蹬轉(zhuǎn)不充分和動作采樣時長縮短（每組肌電數(shù)據(jù)為10個完整的動作周期）均可造成下肢股直肌iEMG隨槳頻升高而下降。

2）有研究表明動力性運動過程中，隨著運動負荷的增加，骨骼肌組織HbO2和Hb含量的相對變化較為明顯，當負荷較低時，肌氧迅速下降但隨后逐漸升高或保持平衡，但以較高負荷運動時，肌氧持續(xù)下降，且與iEMG高度相關(guān)。故而，肌氧指標反映肌肉的運動強度是敏感而可靠的，肌肉運動越劇烈肌氧值越低[8-10]。

從皮艇運動的技術(shù)用力特點來看，劃槳力量主要取決于腿、腰、髖、背、肩部充分伸展后的用力程度和上手的支撐能力（或支撐技術(shù)要與軀干同步用力），上手的支撐能力決定著槳在水下最佳角度（效果）保持的時間。手臂與軀干同步合力，軀干轉(zhuǎn)至最大幅度，手臂隨肩部伸展至身體前方的最遠端，槳入水后靠背部的旋轉(zhuǎn)和上手的支撐（實際也是靠腰髖部旋轉(zhuǎn)的力量作用到支撐手上），同時，結(jié)合蹬腿送髖向前動作來完成整個向水下（后）用力的過程。在這個過程中肩、背、髖、腿是主動發(fā)力的部位，手臂實際上只起了一個杠桿框架的作用，而肘關(guān)節(jié)基本是不彎曲的，只是在槳出水時才有一點彎曲，但最小角度也不會小于90°。

由較低槳頻劃槳開始，隨著槳頻的提升，肱三頭肌和背闊肌肌氧均呈下降趨勢，說明主導拉槳動作的肱三頭肌和背闊肌體現(xiàn)出較強的肌氧消耗，說明肌肉動員強烈，做功明顯，此時的拉槳力量應(yīng)該比較充分，移植到行船過程中則相應(yīng)槳下效果較好；但肱三頭肌肌氧下降不具有顯著意義，而背闊肌則出現(xiàn)顯著下降，這說明在提高槳頻的過程中，背闊肌運動單位募集增強，更多的參與劃槳動力構(gòu)成，這與皮艇技術(shù)動作特點和肌肉組織特性有關(guān)，背闊肌是起點位于核心區(qū)域的核心肌群，在皮艇劃槳動作中既維持軀干穩(wěn)定，又產(chǎn)生拉槳動力，高速劃槳時，轉(zhuǎn)體頻率的增大和拉槳功率的提升從更大程度上激活了背闊肌運動單位募集；另外，作為人體最大的扁闊肌，在最大槳頻劃槳時，在轉(zhuǎn)體慣性作用下，背闊肌在轉(zhuǎn)體末期上肢水平位儲存了較大的彈性勢能，從而體現(xiàn)出更強的收縮做功能力，這可能是其肌氧消耗加強的又一原因。

綜上討論可見：

1）使用肌電和肌氧方法可從肌肉做功的形式、特點對皮艇技術(shù)動作進行較為深入的分析。

2）提高劃槳頻率會造成運動員身體發(fā)力構(gòu)成的變化，總體來說，隨著劃槳頻率的提高，下肢貢獻有所減少，腰腹和背部用力增大，上臂用力增大但不明顯。

3）建議在條件允許的情況下，對更多相關(guān)肌群進行更為詳細的研究，以便深入了解皮艇實際劃槳動作過程中肌肉做功情況。

參考文獻：

[1] Neil Fleming，Bernard Donne，David Flether，et al. A biomechanical assessment of ergometer task specificity in elite flatwater kayakers[J]. J Sci Med Sports，2012，11：16-25.

[2] Mitchell A，Swaine I L. Comparison of cardiorespiratory responses to open-water and simulated kayaking[J]. Biology of Sport，1998，15：229-236.

[3] Someren K A，Phillips G R W，Palmer G S. Comparison of physiological responses to open water kayaking and kayak ergometry[J]. Int J Sports Med，2000，21：200-204.

[4] 吳昊，周琦年，郭海英. 優(yōu)秀皮劃艇運動員測功儀測試研究進展與實踐[J]. 浙江體育科學，2004，26，（1）：1-7.

[5] John Baker，David Rath，Ross Sanders，et al. A three-dimensional analysis of male and female elite sprint kayak paddlers[C]. 17 Internation symposium on biomechanics in sports，1999.

[6] David G. Behm，Eric J Drinkwater. The use of instability to train the core musculature[J]. Appl Physiol Nutr Metab，2010，35：91-108.

[7] 曲峰. 運動員表面肌電信號與分形[M]. 北京：北京體育大學出版社，2008：4-11.

[8] 張力，宋高晴. 劃船運動員靜力及動力性肌肉運動疲勞時肌氧含量的變化特征及對EMG參數(shù)的影響[J]. 體育科學，2006，26（3）：53-57.

[9] Miura H，Araki H，Matoba H，et al. Relationship among oxygenation，myoelectric activity and lactic acid accumulation in vastus lateralis muscle during exercise with constant work rate[J]. Int J Sports Med，2000，21（3）：180-184.

[10] 王國祥. 不同運動負荷時肌肉氧含量與表面肌電圖的變化特點[J]. 體育學刊，2006，13（3）：51-53.