運用肌肉表面肌電對田徑起跑技術(shù)的分析研究

于忠濤,吳東明

1 研究目的

起跑技術(shù)是徑賽項目的主要技術(shù)構(gòu)成部分，比賽中，短跑起跑必須采用蹲踞式，中長跑起跑常常用站立式起跑。在課余訓(xùn)練中運用表面肌電的積分肌電、肌肉的貢獻(xiàn)率、肌肉的激活時間和肌肉的失活時間等指標(biāo)，結(jié)合運動生物力學(xué)、運動解剖學(xué)、生動生理學(xué)來定量地分析運動員在站立式起跑和蹲踞式起跑時下肢主要肌肉的活動機(jī)能特征。根據(jù)肌肉所反映出的機(jī)能特征，來制定科學(xué)合理的訓(xùn)練手段與方法，為科學(xué)化訓(xùn)練提供參考依據(jù)。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

選取華南師范大學(xué)體育科學(xué)學(xué)院10名男生為實驗測試對象，以站立式起跑與蹲踞式起跑過程中下肢主要肌肉表面肌電活動特征為研究對象。受試者基本情況見表1。

表1 測試對象基本情況一覽表

2.2 研究方法

2.2.1 文獻(xiàn)資料法

查閱華南師范大學(xué)圖書館、CNKI期刊全文數(shù)據(jù)庫、優(yōu)秀博碩學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫、EBSCOhost全文數(shù)據(jù)庫等有關(guān)站立式起跑、蹲踞式起跑、表面肌電等相關(guān)的文獻(xiàn)資料及書籍。以及向相關(guān)專家咨詢肌電儀器的使用、數(shù)據(jù)處理等方面問題。

2.2.2 實驗法

對華南師范大學(xué)體育科學(xué)學(xué)院10名男生進(jìn)行站立式起跑和蹲踞式起跑過程中下肢主要肌肉表面肌電的測試。

2.2.2.1 實驗器材和儀器

芬蘭MuscleTesterME600便攜式8導(dǎo)肌電圖儀、一次性Ag/AgCL心電電極片(上海鈞康)、Sony數(shù)碼攝像機(jī)(鏈接肌電儀，記錄同步圖像)、IBM筆記本電腦、身高體重儀、1394線、酒精、脫脂棉、剃須刀、彈力繃帶、膠帶等。

2.2.2.2 試驗地點

實驗地點：廣東省體育科學(xué)研究所一樓生物力學(xué)實驗室

2.2.2.3 測試肌肉

腓腸肌外側(cè)、腓腸肌內(nèi)側(cè)、脛前肌、股四頭肌外側(cè)、股四頭肌內(nèi)側(cè)、股直肌、股二頭肌、臀大肌

2.2.2.4 測試動作

站立式起跑：兩腳前后自然分開，右腳在前，左腳在后，上體前傾，重心落在右腳上，左側(cè)臂自然前伸，兩眼稍向前下方平視，身體保持穩(wěn)定。啟動時，兩腳用力蹬地，左腿蹬地后迅速前擺，兩臂配合腿部動作，快速有力擺動。

蹲踞式起跑：兩手撐地，兩腳一前一后，右腳在前，左腳在后，左腿跪地，兩臂伸直，兩手間距離約與肩稍寬。啟動時，逐漸抬起臀部，使身體重心落在兩臂和前腿之間，臀部抬起稍高于肩，兩小腿趨于平行。然后兩手迅速推地和兩腿有力蹬地伸，兩手臂自然有力擺動。

2.2.3 數(shù)理統(tǒng)計法

首先利用MegaWin肌電分析軟件系統(tǒng)結(jié)合同步的影像處理肌電數(shù)據(jù)，然后采用Microsoft Excel2003電子表格和SPSS18.0對所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計處理。

2.2.4 比較分析法

比較分析人體在快速移動變向過程中站立式急起和蹲踞式急起下肢主要肌肉表面肌電的積分肌電(iEMG)、肌肉的貢獻(xiàn)率、各肌肉的激活與失活時間順序。

3 結(jié)果與分析

3.1 站立式起跑與蹲踞式起跑下肢主要肌肉積分肌電的分析

積分肌電(iEMG)是指在一定時間內(nèi)肌肉中參與活動的運動單位放電的總量。在時間不變的情況下，積分肌電數(shù)值的大小在一定程度上反應(yīng)了參加工作的運動單位的多少和每個運動單位的放電大小[1]。

表2 站立式起跑與蹲踞式起跑右側(cè)下肢主要肌肉iEMG一覽表(uvs)

從表2可以看出，在站立式起跑和蹲踞式起跑過程中，右腿各肌肉放電大小是不相同的。經(jīng)前人研究可知，肌肉積分肌電的大小可以間接的反應(yīng)肌肉用力的大小[1]。所以站立式起跑時，用力最大的肌肉是右股四頭肌內(nèi)側(cè)(221.38±74.96)，其次是右腓腸肌內(nèi)側(cè)(188.38±50.63)、右脛前肌(186.50±42.06)、右股二頭肌(180.63±76.3)、右臀大肌(179.00±106.14)、右腓腸肌外側(cè)(176.00±38.76)、右股直肌(151.63±72.04)、右股四頭肌外側(cè)(144.25±51.50)。

而蹲踞式起跑過程中，用力最大的肌肉也是右股四頭肌內(nèi)側(cè)(331.63±135.41)，其次為右股二頭肌(252.38±96.33)、右股四頭肌外側(cè)(216.88±143.01)、右腓腸肌內(nèi)側(cè)(205.25±92.84)、右臀大肌(197.00±82.72)、右股直肌(195.88±83.49)、右腓腸肌外側(cè)(187.13±59.76)、右脛前肌(175.25±55.14)。

對比站立式起跑和蹲踞式起跑時右側(cè)下肢主要肌肉的積分肌電大小，可以看出，蹲踞式起跑時肌肉的積分肌電(除右脛前肌)均大于站立式起跑時肌肉的積分肌電數(shù)值。這是由于蹲踞式起跑時人體的重心比站立式起跑時低，且髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)的屈曲角度也大于站立式起跑。所以，蹲踞式起跑時比站立式起跑時肌肉需要克服的阻力要大，這既包括了水平的支撐反作用力，也包括了向上垂直方向的阻力。

無論是站立式起跑還是蹲踞式起跑，發(fā)力最大的肌肉都是右股四頭肌內(nèi)側(cè)，這是由于起跑主要就是通過蹬伸是人體獲得一個向前的加速度，而股四頭肌內(nèi)側(cè)近固定的主要作用就是使小腿伸，且是伸小腿的唯一一塊肌肉。站立式起跑時除用力最大的右股四頭肌內(nèi)側(cè)，其次分別是右腓腸肌內(nèi)測和右脛前肌，主要是小腿肌肉群，積分肌電最大的前三塊肌肉占全部八塊肌肉積分肌電總和的41.8%；而蹲踞式起跑除放電最大的右股四頭肌內(nèi)側(cè)，其次分別是股二頭肌和股四頭肌外側(cè)，主要是大腿肌肉群，且積分肌電最大的前三塊肌肉占全部八塊肌肉積分肌電總和的45.5%。

綜上所述，起跑就是蹬地獲得一個向前的加速度，要使蹬地產(chǎn)生較大的支撐反作用力，必須主要發(fā)展大腿前肌群、后肌群以及小腿后肌群肌肉的力量[8]。也就是著重發(fā)展股四頭肌、股二頭肌、腓腸肌等。

3.2 站立式起跑與蹲踞式起跑下肢主要肌肉活動貢獻(xiàn)率的分析

肌電活動貢獻(xiàn)率是指一塊肌肉在完成某一動作時積分肌電與所測參與完成該動作所有肌肉積分肌電總和的百分比值。它可以反映每塊參與活動的肌肉在完成動作中發(fā)揮作用的大小，體現(xiàn)動作中的主要用力肌肉[4]。

圖1 站立式起跑與蹲踞式起跑下肢肌肉貢獻(xiàn)率

由圖1可以看出，站立式起跑，各肌肉貢獻(xiàn)率大小依次為右股四頭肌內(nèi)側(cè)(15.51%)、右腓腸肌內(nèi)側(cè)(13.19%)、右脛前肌(13.06%)、右股二頭肌(12.65%)、右臀大肌(12.54%)、右腓腸肌外側(cè)(12.33%)、右股四頭肌外側(cè)(12.31%)、右股直肌(10.02%)。而蹲踞式起跑過程中，各肌肉貢獻(xiàn)率大小依次為右股四頭肌內(nèi)側(cè)(18.83%)、右股二頭肌(14.33%)、右腓腸肌內(nèi)側(cè)(11.65%)、右臀大肌(11.18%)、右腓腸肌外側(cè)(10.62%)、右股四頭肌外側(cè)(10.10%)、右脛前肌(9.95%)。

對參與完成站立式起跑動作的右側(cè)下肢肌肉貢獻(xiàn)率的百分比進(jìn)行單因素方差分析發(fā)現(xiàn)，右股四頭肌內(nèi)側(cè)貢獻(xiàn)率百分比差異顯著(p=0.03<0.05)；而對參與完成蹲踞式起跑動作的右側(cè)下肢肌肉貢獻(xiàn)率的百分比進(jìn)行單因素方差分析發(fā)現(xiàn)，右股四頭肌內(nèi)側(cè)貢獻(xiàn)率百分比差異非常顯著(p=0.003<0.01)；

3.3 站立式起跑與蹲踞式起跑下肢主要肌肉的激活時間的分析

時序即指肌肉的激活順序，它是指在多個肌肉參與運動的過程中，各個肌肉被激活的先后順序[5]。

由表3可知，對比站立式起跑和蹲踞式起跑右側(cè)下肢各肌肉的激活順序各不相同。站立式起跑過程中，右側(cè)下肢主要肌肉激活的先后順序為右脛前肌、右腓腸肌外側(cè)、右股二頭肌、右腓腸肌外測、右股四頭肌外側(cè)、右股四頭肌內(nèi)側(cè)、右臀大肌、右股直??；而蹲踞式起跑過程中，右側(cè)下肢主要肌肉的激活先后順序依次為右脛前肌、右股直肌、右股二頭肌、右股四頭肌內(nèi)側(cè)、右腓腸肌外側(cè)、右股四頭肌外側(cè)、右腓腸肌內(nèi)側(cè)、右臀大肌。

表3 站立式起跑與蹲踞式起跑右側(cè)下肢主要肌肉激活時間延遲一覽表(S)

站立式起跑過程中，肌肉最先激活的是右脛前肌，這是由于右脛前肌收縮可以使足伸(背屈)、內(nèi)翻及內(nèi)收(走、跑

時)[8]，站立式起跑是下肢積極蹬地，然后地面通過反作用力自下而上傳導(dǎo)給下肢，從而獲得向前的加速度。腓腸肌激活的時間也比較早，這是由于在站立式急起過程中，該肌肉遠(yuǎn)固定，由于該肌肉遠(yuǎn)固定時的機(jī)能是拉股骨下端及小腿向后，從而是使膝關(guān)節(jié)伸直，且該肌肉在對足屈蹬地也起到重要作用[8]。同理蹲踞式起跑最先激活的肌肉也是右脛前肌，而次激活的肌肉是右股直肌，這是由于蹲踞式起跑過程中，人體重心較低，在急起瞬間重心提高，而重心提高是股四頭肌近固定工作，股四頭肌近固定工作是伸小腿，且是伸小腿的唯一一塊肌肉。

3.4 站立式起跑與蹲踞式起跑下肢主要肌肉失活時間的分析

肌肉失活順序它是指在多個肌肉參與運動的過程中，各個肌肉失活的先后順序。

表4 站立式起跑與蹲踞式起跑右側(cè)下肢主要肌肉失活時間延遲一覽表(S)

由表4可知，對比站立式起跑和蹲踞式起跑右側(cè)下肢各肌肉的失活時間延遲，不難看出右側(cè)下肢主要肌肉在完成站立式急起和蹲踞式起跑動作時下肢主要肌肉失活順序也各不相同。站立式急起過程中，右側(cè)下肢肌肉失活的先后順序依次為右股二頭肌、右腓腸肌內(nèi)側(cè)、右股直肌、右脛前肌、右股四頭肌內(nèi)側(cè)、右股四頭肌外側(cè)、右臀大肌、右腓腸肌外側(cè)；而蹲踞式起跑過程中，右側(cè)下肢肌肉的失活先后順序依次為右脛前肌、右股二頭肌、右股四頭肌外測、右股直肌、右臀大肌、右腓腸肌外側(cè)、右腓腸肌內(nèi)側(cè)、右股四頭肌內(nèi)側(cè)。

在站立式急起過程中，右腿先是蹬伸獲得一個向前的水平反作用力，此時小腿順慣性做后屈運動，大腿高抬，然后伸小腿，腳積極做扒地。而在此過程中最先失活肌肉是右股二頭肌，因為右股二頭肌的功能是使小腿屈，所以在站立式急起過程中，肌肉最先失活的是股二頭肌。而蹲踞式起跑過程中，右側(cè)腿先是蹬伸提高身體重心，然后繼續(xù)蹬伸是身體獲得水平加速度，且身體保持前傾姿勢，繼而小腿依慣性做后屈運動，大腿高抬，然后小腿前擺，右腳前腳掌著地緩沖，也就是做腳屈運動。而蹲踞式起跑過程中右腿最先失活的肌肉是右脛前肌，而脛前肌的功能是使足伸。

4 結(jié)論

4.1 站立式起跑和蹲踞式起跑右側(cè)下肢股四頭肌的積分肌電最大，對于同一塊肌肉而言，在完成蹲踞式起跑時的積分肌電(右側(cè)下肢除右脛前肌)均大于在完成站立式起跑時的積分肌電。

4.2 在完成站立式起跑和蹲踞式起跑時，對貢獻(xiàn)率最大的肌肉百分比單因素分析均存在顯著性差異。

4.3 站立式起跑和蹲踞式起跑下肢各肌肉的激活順序各不相同。站立式起跑過程中，右側(cè)下肢主要肌肉最先激活的是右脛前?。欢拙崾狡鹋苓^程中，最先激活的肌肉為右脛前肌。

4.4 站立式起跑和蹲踞式起跑下肢各肌肉的失活順序也各不相同。站立式起跑過程中，右側(cè)下肢主要肌肉最先失活的是股二頭??；而蹲踞式起跑過程中，最先失活的肌肉為脛前肌。

[1] BILODEAU M,ARSENAULT A B,GRAVEL D,et al.EMG power spectra of elbow extensors during ramp and step isometric contraction [J]. Eur J Appl Physio,1991,63:24-29.

[2] 劉述芝，吳瑛.優(yōu)秀跳遠(yuǎn)運動員起跳環(huán)節(jié)支撐腿表面肌電活動特征研究[J].河北體育學(xué)院學(xué)報，2010，(24)6:65-69.

[3] 李永智.2種不同起跑動作的生物力學(xué)實驗研究[J].中國體育科技，2002(5):54-58.

[4] 張杰，吳瑛，康文峰.高水平短跑運動員途中跑擺動技術(shù)表面肌電(SEMG)特征[J].成都體育學(xué)院學(xué)報，2011，(37)9：51-54.

[5] 高強(qiáng).表面肌電圖自動分析的應(yīng)用[J].中國運動醫(yī)學(xué)雜志，1985,4(2)：95-102.

[6] 部義峰，李世明，熊安竹，韓靜.腳背內(nèi)側(cè)踢球擺動腿的運動學(xué)與肌電信號特征研究[J].體育科學(xué)，2007，(27)3:54-58.

[7] 曲峰.運動員表面肌電信號與分析[M].北京：北京體育大學(xué)出版社，2008.

[8] 伍紹祖等.運動解剖學(xué)運動醫(yī)學(xué)大辭典[M].北京：人民體育出版社，1999.