投擲運動肩部肌肉群防護(hù)裝備效果

李世偉，　謝紅，　宋亞男，　胡小賽，　馬小彪

(上海工程技術(shù)大學(xué) 服裝學(xué)院，上海 201600)

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投擲運動肩部肌肉群防護(hù)裝備效果

李世偉，謝紅*，宋亞男，胡小賽，馬小彪

(上海工程技術(shù)大學(xué) 服裝學(xué)院，上海 201600)

摘 要：以棒球投球運動為例，研究投擲運動過程中人體穿著不同運動裝備，對肩部肌肉群肌肉疲勞的影響。實驗分無防護(hù)實驗、局部防護(hù)實驗(定向加壓實驗)、整體防護(hù)實驗(不定向加壓實驗)，利用肌電采集分析設(shè)備，對棒球運動的多個運動周期進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析，以肌電積分值(IEMG)的變化規(guī)律來判定肌肉出現(xiàn)疲勞的時間。研究結(jié)果表明，整體防護(hù)可以逐步緩解肌肉疲勞，局部防護(hù)護(hù)具有分壓作用，可以緩解肌肉疲勞。

關(guān)鍵詞：投擲運動；棒球運動；肌肉疲勞；局部防護(hù)；整體防護(hù)；肌電積分值

投擲運動包括棒球投球、排球、交叉步擲標(biāo)槍、羽毛球、推鉛球等運動。投擲運動過程中也會產(chǎn)生損傷，如同其他損傷，在作用于組織的負(fù)荷超過其所能承受的范圍時產(chǎn)生。

棒球投球運動是投擲運動的典型代表，是一個損傷率較高的運動[1]。棒球投球運動需要防護(hù)，特別是肩部肌肉需要防護(hù)。肩周肌肉的的協(xié)調(diào)收縮活動是保證肩肱關(guān)節(jié)穩(wěn)定的一個重要動態(tài)穩(wěn)定機制[2]。肩部肌肉經(jīng)過一段時間運動之后，其中某一塊肌肉會出現(xiàn)疲勞狀態(tài)，此時肌力也會出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，肩部穩(wěn)定性也會受到挑戰(zhàn)。當(dāng)肌肉未恢復(fù)原來健康狀態(tài)時繼續(xù)運動，會使微損傷加劇，出現(xiàn)損傷升級。因此，發(fā)現(xiàn)疲勞的時間和如何延長疲勞出現(xiàn)的時間，是解決運動性過度疲勞產(chǎn)生損傷的切入點。當(dāng)肌肉未出現(xiàn)疲勞或者出現(xiàn)疲勞時就應(yīng)該進(jìn)行防護(hù)，延遲肌肉出現(xiàn)疲勞的時間。

運動損傷不僅專業(yè)運動員會產(chǎn)生，而且業(yè)余運動的人，更容易產(chǎn)生。運動過程中，由于很多非專業(yè)運動員都沒有經(jīng)過相應(yīng)的訓(xùn)練和掌握運動動作的要領(lǐng)和防護(hù)的知識，其運動部位中相應(yīng)關(guān)節(jié)、肌肉、韌帶容易受到傷害，特別是不注意由于運動疲勞過度所產(chǎn)生的肌肉傷害。

1實驗準(zhǔn)備及內(nèi)容

本實驗設(shè)備為表面肌電采集分析設(shè)備，它具有無損傷性、實時性的特點[3-7]。檢測條件易于控制，檢測結(jié)果重復(fù)性好，信號分析方法多及指標(biāo)多，與肌肉的活動狀態(tài)和功能狀態(tài)存在著一定程度的關(guān)聯(lián)性，因而能反映神經(jīng)肌肉的活動。在體育科學(xué)中的肌肉疲勞判斷、運動技術(shù)合理性分析以及在臨床醫(yī)學(xué)的肌肉神經(jīng)疾病診斷、在康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的肌肉功能評價、假肢控制等方面均有重要實用價值。

積分肌電(IEMG)是指所得肌電信號經(jīng)整流濾波后單位時間內(nèi)曲線下面積的總和，即對肌電圖上的肌電變化曲線與時間橫軸之間所包繞面積，單位為mV·s，可以反映肌電信號隨時間進(jìn)行的強弱變化，從而反映出一段時間內(nèi)肌肉的肌電活動強弱。肌電積分值與肌力和肌張力之間的關(guān)系是：肌肉隨靜力收縮時用表面電極測定的肌電積分值與肌肉強力之間呈正相關(guān)；肌電積分值與肌張力呈正相關(guān)[3]。

肩袖肌群由岡上肌、岡下肌、小圓肌、肩胛下肌組成。肩袖肌群的運動影響肩關(guān)節(jié)旋內(nèi)，旋外和上舉活動，同時這些肌肉將肱骨頭穩(wěn)定于肩胛盂上，對維持肩關(guān)節(jié)的穩(wěn)定和肩關(guān)節(jié)活動起著極其重要的作用。

本實驗采用的局部防護(hù)護(hù)具和整體防護(hù)護(hù)具分別為護(hù)肩和高彈性緊身衣。護(hù)肩具有雙向調(diào)節(jié)、減壓設(shè)計的特點，雖然運動時，會引起服裝變形產(chǎn)生對身體的力的作用，但相對于雙向調(diào)節(jié)的特點，這是次要的；緊身衣具有如下特點：靜態(tài)時，由于彈性束縛作用，對衣下皮膚和肌肉產(chǎn)生壓力作用；動態(tài)時，除了彈性束縛作用之外，還有因為運動動作引起服裝變形產(chǎn)生對身體的力的作用，此時合力的方向和大小都會發(fā)生變化。實驗裝備受力如圖1所示。

1.1測量和分析設(shè)備

肌電信號采集和分析設(shè)備及Matlab、EXCEL軟件。

1.2研究對象

以上海工程技術(shù)大學(xué)周邊5名業(yè)余棒球運動人士為研究對象。受試人員均掌握基本的棒球投球技術(shù)，身體健康，無不良嗜好，無運動損傷。

主動肌肉收縮能夠在一定程度上降低運動的疲勞感，并且隨著年齡的增長，疲勞緩解調(diào)節(jié)達(dá)到預(yù)期效果的比例在逐漸降低同時主動肌肉收縮的機理特性也在降低[8]。故將受試者男性年齡選擇分別20，24，29，35，40歲。

1.3測量方法

表面肌電采集分析設(shè)備的電極由2個記錄電極和1個參考電極組成。安放電極前，需先將受試者安放處皮膚用乙醇擦拭，使皮膚阻抗處于一定的范圍內(nèi)。將記錄電極沿肌纖需維行走方向平行放置，兩電極靠近；參考電極可置于身體的任何部位，只牢固固定即可。

測量肌肉為肩袖肌群和三角肌。由于肩胛下肌在深層，不容易測，所以只測量岡上肌和斜方肌組、岡下肌、小圓肌、三角肌。

根據(jù)實驗條件進(jìn)行著裝，無防護(hù)實驗，要求上身未著裝；局部防護(hù)實驗，要求上身肩部帶上護(hù)肩，將一部分電極放在護(hù)具之內(nèi)，一部分裸露在外，該實驗為定向加壓實驗；整體防護(hù)實驗，要求上身穿上彈性良好的緊身服裝，將測量信號的電極放在衣服之內(nèi)，此實驗為彈性不定向加壓實驗。實驗著裝如圖2所示。

2實驗數(shù)據(jù)分析及結(jié)果

利用肌電采集分析設(shè)備，對棒球運動的多個運動周期進(jìn)行肌電信號數(shù)據(jù)采集，分析每次投擲運動周期的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)輸出結(jié)果所測肌肉的IEMG值。實驗數(shù)據(jù)為5個人每次實驗數(shù)據(jù)的平均值，繪制曲線圖，橫坐標(biāo)為投擲周期次數(shù)，縱坐標(biāo)為每個周期的IEMG值。棒球投球運動周期是棒球投球運動員從準(zhǔn)備到球出手后身體恢復(fù)最初姿勢的過程，2次投球過程間隔1 min。

實驗過程中，會出現(xiàn)由于電極貼片滑落的情況，此時數(shù)據(jù)取前后兩次數(shù)據(jù)的平均值。本次實驗數(shù)據(jù)分析出了肌肉的每次實驗周期的肌電積分值(IEMG)。

2.1無防護(hù)實驗

第1組實驗為無防護(hù)實驗，實驗?zāi)康臑榱藢ふ覝y試肌肉經(jīng)過若干投擲周期后，首先出現(xiàn)疲勞的肌肉。實驗結(jié)果如圖3所示。

由圖3～6可知，本次實驗運動周期共為105次。岡上肌和斜方肌組IEMG值在第66次時出現(xiàn)劇烈下降，且在此后的周期中其IEMG值一直保持在0.5 幀/mV上下波動；小圓肌第78次時出現(xiàn)了疲勞狀態(tài)。因此，可以認(rèn)為岡上肌和斜方肌組首先出現(xiàn)疲勞。而岡下肌、三角肌在105次周期內(nèi)，IEMG值一直未出現(xiàn)較大波動，故不認(rèn)為這兩塊肌肉出現(xiàn)疲勞狀態(tài)。在本次試驗中，岡上肌和斜方肌組最先出現(xiàn)疲勞狀態(tài)。

2.2局部防護(hù)實驗

第2組實驗為部分防護(hù)實驗，依據(jù)第1組實驗結(jié)果可知,岡上肌和斜方肌組最先出現(xiàn)疲勞狀態(tài)，故局部防護(hù)實驗和局部防護(hù)實驗，只采集岡上肌和斜方肌組的實驗數(shù)據(jù)。對肩關(guān)節(jié)進(jìn)行局部防護(hù)，實驗結(jié)果如圖7所示。

由圖7可知，本次實驗運動周期共為113次。岡上肌和斜方肌組IEMG值在第95次出現(xiàn)劇烈下降，且在此后的周期中其IEMG值一直保持在0.3 幀/mV上下波動。因此，可以認(rèn)為岡上肌和斜方肌組出現(xiàn)疲勞。相對于第1組實驗，本組試驗中岡上肌和斜方肌組IEMG值向后延遲29次后出現(xiàn)疲勞，說明本次部分防護(hù)實驗中的護(hù)具可以起到緩解肌肉疲勞的作用。

2.3整體防護(hù)實驗

第3組實驗為整體防護(hù)實驗，依據(jù)第1組實驗結(jié)果，對肩關(guān)節(jié)進(jìn)行整體防護(hù)，實驗結(jié)果如圖8所示。

由圖8可知，本次實驗運動周期共為123次。岡上肌和斜方肌組IEMG值在第69次出現(xiàn)一次劇烈下降，且在此后的周期中其IEMG值一直保持在0.7 幀/mV上下波動；在第97次又出現(xiàn)一次劇烈下降，且在此后的周期中其IEMG值一直保持在0.5 幀/mV上下波動。本次實驗和無防護(hù)實驗相比，岡上肌和斜方肌組出現(xiàn)疲勞在幾乎相同的次數(shù)下出現(xiàn)第1次IEMG值下降，但是此時IEMG值相對高了0.7 幀/mV；直到第97次又出現(xiàn)了一次波動，其IEMG值與無防護(hù)實驗數(shù)據(jù)相近，都在0.5 幀/mV上下波動。

本組試驗中岡上肌和斜方肌組IEMG值出現(xiàn)了兩次疲勞波動，說明整體防護(hù)的護(hù)具可以起到逐步緩解肌肉疲勞的作用。

3結(jié)語

經(jīng)過實驗的對比可知，在無防護(hù)狀態(tài)下，肌肉容易出現(xiàn)疲勞；局部防護(hù)和整體防護(hù)可以明顯延緩肌肉疲勞；局部防護(hù)實驗為定向加壓實驗，其IEMG值小于無防護(hù)實驗和整體防護(hù)實驗中的IEMG值，說明被防護(hù)肌肉肌電活動降低，從側(cè)面證明該防護(hù)肌肉的肌力減小，護(hù)具幫助分擔(dān)了一部分肌力；整體防護(hù)實驗為不定向加壓實驗，主要為高彈性面料，本組試驗中岡上肌和斜方肌組IEMG值出現(xiàn)了兩次疲勞波動，說明本次整體防護(hù)的護(hù)具可以起到逐步緩解肌肉疲勞的作用。

經(jīng)過實驗分析可知，在設(shè)計棒球運動防護(hù)服時，應(yīng)該采用彈性面料，同時需要對肌肉重點部位采取分壓措施，分擔(dān)肌肉維持肩關(guān)節(jié)穩(wěn)定性的肌力。

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(責(zé)任編輯：楊勇)

Study on the Effect of the Protective Equipment of the Shoulder Muscles of the Throwing Motion

LI Shiwei,XIE Hong*,SONG Yanan,HU Xiaosai,MA Xiaobiao

(Fashion College，Shanghai University of Engineering Science,Shanghai 201600,China)

Abstract：Taking the baseball game as an example, the influence of the different movement equipment on the shoulder muscle group was studied during the course of the throwing movement.The experiment is divided into three small experiments, which are non protection, local protection experiment (directional pressure experiment), comprehensive protection experiment (non directional pressure experiment). The data of the multiple motion periods of the baseball games were collected and analyzed by using the EMG acquisition and analysis equipment. According to the change of the EMG integral (IEMG), the time of muscle fatigue is determined. A conclusion is drawn that through the experimental analysis, it can be known that the comprehensive protection can gradually relieve muscle fatigue; the partial protection has partial pressure effect, which can relieve muscle fatigue too.

Key words:throwing motion，baseball game，muscle fatigue，local protection，comprehensive protection，EMG integral

中圖分類號：TS 941.72

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2096-1928(2016)01-0035-04

作者簡介：李世偉(1991—)，男，碩士研究生。*通信作者：謝紅(1960—)，女，教授，碩士生導(dǎo)師。主要研究方向為數(shù)字化服裝設(shè)計與制造、生物力學(xué)運動防護(hù)服等。Email：xiehong99618@126.com

基金項目：上海工程技術(shù)大學(xué)創(chuàng)新項目(E1-0903-15-010081)。

收稿日期：2015-12-09；

修訂日期：2016-01-18。