乒乓球運動員上肢肘關(guān)節(jié)肌力特征分析

張連洲 ，李 灝

(1.安徽理工大學(xué) 體育部，安徽 淮南 232001；2.沈陽工程學(xué)院 體育教學(xué)部，沈陽 110136)

以往對運動技能學(xué)習(xí)效果的研究主要集中在技能學(xué)習(xí)效果方面，很少有學(xué)者研究運動技能學(xué)習(xí)過程中肌肉控制機能的變化。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，尤其隨著等速訓(xùn)練器以及表面肌電儀的出現(xiàn)，人們對運動訓(xùn)練對人體肌肉控制能力的研究也越發(fā)深入，對于人體肌肉控制的本質(zhì)有了更深入地了解。

近年，國內(nèi)外學(xué)者在等速肌力測試方面取得了不少成果，《運動性肌肉疲勞的表面肌電非線性信號特征》一文研究發(fā)現(xiàn)1)肌肉疲勞過程中s EMG信號的MPF和C(n)呈單調(diào)遞減型變化,而% DET呈單調(diào)遞增型變化;2 )不同強度運動負(fù)荷誘發(fā)肌肉疲勞過程中MPF、C(n)和% DET變化率具有明顯的運動強度依賴性并與肌肉耐力運動成績高度相關(guān);3)以% DET變化率反映運動性肌肉疲勞的敏感度明顯高于MPF和C(n)[1]?！恫煌问郊∪馐湛s時肌電參數(shù)變化特征及機制》一文研究結(jié)果:賽艇運動訓(xùn)練促使大腦皮層動員運動單位工作更具有時間耐久性。快速、爆發(fā)式運動使疲勞時大腦皮層興奮性下降更快,肌肉更易于疲勞[2]?！兜人偌×y試訓(xùn)練儀》一文指出：目前,新型的等速肌力測試訓(xùn)練儀功能更加豐富,形成了一個全面的肌肉功能測試和訓(xùn)練系統(tǒng)。它由電腦、機械限速裝置、打印機、座椅及附件組成;可測試力矩、最佳用力角度、肌肉做功量等多種參數(shù),能全面反映肌力、肌肉爆發(fā)力、耐力以及關(guān)節(jié)活動度、靈活性、穩(wěn)定性等多方面的情況。此方法準(zhǔn)確可靠,并能提供等速向心、離心、被動等各種運動模式,是一種高效的運動功能評定和訓(xùn)練裝置?？蓮V泛適用于神經(jīng)內(nèi)科、神經(jīng)外科、骨科、運動醫(yī)學(xué)科及康復(fù)醫(yī)學(xué)科等[3]。《跳躍運動員膝關(guān)節(jié)屈伸肌群等速向心收縮時肌力與sEMG變化特征》一文研究表明等速測試與肌電結(jié)合可作為監(jiān)測與評價運動員膝關(guān)節(jié)神經(jīng)肌肉交互活動的有效方法[4]?！兜人傧蛐倪\動中膝關(guān)節(jié)屈伸肌群的sEMG研究》一文對女子柔道運動員等速向心運動過程膝關(guān)節(jié)屈伸肌群的表面肌電與運動速度以及峰力矩之間的關(guān)系進(jìn)行了探討,以期為進(jìn)一步的研究以及力量測試、訓(xùn)練和評價提供參考[5]?！秙EMG技術(shù)在評價運動性疲勞方面的方法及應(yīng)用》一文研究結(jié)果說明 ：表面肌電技術(shù)因其評價手段的多樣性、評價結(jié)果的準(zhǔn)確性以及安全無創(chuàng)的操作性等諸多優(yōu)勢 ,勢必將成為監(jiān)控運動性疲勞的重要手段 ,在體育科研領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景[6]?！兜人龠\動中肌氧含量及其表面肌電圖中位頻率的變化特點》一文結(jié)果指出:肘關(guān)節(jié)屈伸運動時 ,離心性運動的力矩峰值下降幅度大于向心性運動[7]。《等速向心及離心伸膝時股四頭肌肌電和做功變化》一文結(jié)果顯示：無論向心收縮還是離心收縮，隨著收縮速度加快，肌肉的輸出功率增加，運動單位做功能力加強。另外，離心伸膝時肌肉所做的功、平均功率、最大力矩和最大力矩角度明顯地大于向心收縮。收縮速度相同，向心收縮的IEMG明顯大于離心收縮，而離心收縮的功與IEMG比值明顯大于向心收縮[8]?！墩Ｇ鄩涯晗デ旒〉人偌×y試研究》測試結(jié)果表明：正常膝屈伸肌的峰力矩值、單次做功量在不同運動速度(60°/s、120°/s、180°/s)時隨測試速度的增加而降低，其測試結(jié)果為膝伸肌大于屈肌，慢速測試大于快速測試，優(yōu)勢膝大于非優(yōu)勢膝，男性高于女性；膝屈伸肌的平均功率隨測試速度增高而增加[9]。但這些成果主要集中在一些速度力量型運動項目中，很少有學(xué)者研究乒乓球運動員上肢肌肉功能特征，很少有學(xué)者利用等速測試系統(tǒng)和表面肌電測試系統(tǒng)同步分析觀察運動員肌肉功能的變化。鑒于此，本研究擬采用等速肌力測試系統(tǒng)與表面肌電系統(tǒng)同步檢測優(yōu)秀乒乓球運動員肘關(guān)節(jié)功能特征，而肘關(guān)節(jié)在乒乓球擊球鞭打技術(shù)動作中屬于終末環(huán)節(jié)，其運動機能在一定程度上決定最終擊球效果，因此，觀察長期的運動訓(xùn)練對其上肢肘關(guān)節(jié)屈伸肌肉功能的影響，以便為研究運動對人體肌肉系統(tǒng)功能影響提供參考依據(jù)。

一、研究對象與方法

(一)研究對象

本研究選取試驗組優(yōu)秀乒乓球運動員8名(優(yōu)勢手為右手，訓(xùn)練年限為8.9±0.9年，均為一級運動員)和對照組8名乒乓球運動初學(xué)者(在校大學(xué)生，來自沈陽體育學(xué)院本科生，優(yōu)勢手為右手，訓(xùn)練年限2.1±0.3年，無運動等級)為研究對象。所有受試者身體健康，無神經(jīng)肌肉系統(tǒng)損傷或者疾病，向受試者講清楚實驗過程，每一名受試者都自愿參與本次測驗。受試者在進(jìn)行本測試之前2天沒有高強度訓(xùn)練和比賽，保證受試者身體沒有肌肉疲勞癥狀。整個測試在沈陽體育學(xué)院運動生物力學(xué)實驗室完成。

(二)研究方法

本研究共分兩部分，第一部分為熟悉肘關(guān)節(jié)等速運動模式，第二部分為等速肌力測試和同步采集表面肌電信號。受試者坐在ISOMED2000 等速測試儀配套座椅上，嚴(yán)格按照操作手冊對被測肢體肘關(guān)節(jié)進(jìn)行等速肌力測試，并同步采集肘關(guān)節(jié)屈伸肌群的表面肌電信號。

1.等速運動測試。等速肌力測試速度及順序分別設(shè)置為：快速180°/s、中速90°/s、慢速15°/s，每種速度下進(jìn)行等速向心屈肘運動，在每種速度下分別連續(xù)做3-5次。這三種運動速度按照隨機的原則進(jìn)行，以避免負(fù)荷大小先后順序?qū)y量結(jié)果的影響，每組運動后的休息時間依據(jù)運動速度而定，在完成15°/s后休息時間稍長一些15-20分鐘，而完成180°/s時休息10分鐘左右，避免疲勞積累對受試者力量的影響。

2. 表面肌電檢測。在進(jìn)行等速肌力測試過程中，同時記錄肱二頭肌和肱三頭肌的表面肌電信號。記錄表面肌電信號之前進(jìn)行皮膚預(yù)處理，用磨砂紙打磨覆蓋肱二頭肌和肱三頭肌的皮膚，然后用酒精棉球擦拭干凈，并且自然風(fēng)干。采用雙極記錄法采集表面肌電信號，即兩個記錄電極和一個參考電極。兩個記錄電極與肌纖維方向平行，兩個記錄電極中心之間的距離為2 cm。參考電極與其也成2 cm的距離，形成等邊三角形。表面肌電信號的采樣頻率設(shè)置為1000 Hz。肌電數(shù)據(jù)采集使用無線測量方式。在測試前首先利用Mega 4.5a 軟件對測試方案進(jìn)行編程，編程完成后錄入受試者個人信息，保存?zhèn)€人信息后，開始進(jìn)行測量。

3.信號的同步處理。本研究采用視頻打點標(biāo)記法將肌力信號與肌電信號同步，攝像機(JVC GZ-HD30AC)錄制等速肌力測試與表面肌電檢測的視頻，后期數(shù)據(jù)處理時導(dǎo)入MegaWin肌電分析軟件將肌電信號進(jìn)行同步。

(三)統(tǒng)計方法

采用SPSS13.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理，所有結(jié)果采用“均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”(±S)表示。伸肘與屈肘間數(shù)據(jù)比較采用獨立樣本-T檢驗，組間數(shù)據(jù)比較采用單因素方差分析，置信區(qū)間為95%，P<0.05表示有顯著性差異，P<0.01表示有非常顯著性的差異。

二、研究結(jié)果

(一)肘關(guān)節(jié)屈、伸肌峰值力矩比較

1.肘關(guān)節(jié)屈肌峰值力矩。兩組受試者不同速度下肘關(guān)節(jié)屈肌峰值力矩比較分析結(jié)果顯示，對于優(yōu)秀運動員來說，在90°/s和180°/s條件下的肘關(guān)節(jié)屈肌峰值力矩相關(guān)指標(biāo)要顯著低于15°/s(P<0.01)，盡管在180°/s時屈肌峰值力矩低于90°/s，但是兩者之間并沒有統(tǒng)計學(xué)差異。而普通大學(xué)生初學(xué)者隨著肘關(guān)節(jié)速度的增加，屈肌峰值力矩下降得更明顯，尤其表現(xiàn)在180°/s時屈肌峰值力矩相關(guān)指標(biāo)要顯著低于90°/s條件。組間比較分析結(jié)果表明，優(yōu)秀運動員組的乒乓球運動員肘關(guān)節(jié)在每一個運動速度下，其肘關(guān)節(jié)屈肌的絕對力量(峰值力矩)都要顯著高于初學(xué)者組大學(xué)生肘關(guān)節(jié)的絕對力量(P<0.05)(見表1)。

表1 兩組受試者不同速度下肘關(guān)節(jié)屈肌峰值力矩變化

*表示與初學(xué)者組的同一指標(biāo)相比，P < 0.05；#表示與90°/s和180°/s比較，P<0.01；&表示與180°/s相比，P<0.01

2.肘關(guān)節(jié)伸肌峰值力矩。比較分析兩組組受試者在不同肘關(guān)節(jié)速度變化下其伸肌峰值力矩的變化特點。同樣，也是隨著肘關(guān)節(jié)運動速度的加快，伸肌峰值力矩相關(guān)指標(biāo)也顯著下降。優(yōu)秀乒乓球運動員的峰值力矩從15°/s時的59.0±10.6 Nm下降到180°/s時的48.4±10.0 Nm。而普通大學(xué)生初學(xué)者的峰值力矩從15°/s時的44.5±6.7 Nm下降到180°/s時的34.7±4.6Nm。相對于體重的峰值力矩和峰值力矩百分比(%)也同樣顯著下降。數(shù)據(jù)顯示，在運動速度為180°/s時，普通大學(xué)生初學(xué)者的肘關(guān)節(jié)伸肌峰值力矩值要顯著低于優(yōu)秀的乒乓球運動員(見表2)。

表2 兩組受試者不同速度下肘關(guān)節(jié)伸肌峰值力矩變化

*表示與大學(xué)生組相比，P <0.05；**表示與大學(xué)生組相比，P<0.01；##表示與90°/s和180°/s比較，P<0.01； #表示與90°/s比較，P<0.05；&&表示與15°/s和90°/s相比，P<0.01；&表示與15°/s相比，P<0.05

3.肘關(guān)節(jié)屈伸肌峰值力矩比的比較。本研究可選取的優(yōu)秀乒乓球運動員的屈伸肌峰值力矩的比值在0.82-0.86之間。而且隨著肘關(guān)節(jié)運動速度的增加，屈伸肌峰值力矩比顯著增加。這種增加主要是由伸肌峰值力矩顯著下降導(dǎo)致的。而普通大學(xué)生初學(xué)者的屈伸肌峰值力矩比更高，在1.03-1.10之間，該比值顯著高于優(yōu)秀運動員組(見表3，圖1)。

表3 兩組受試者不同速度下肘關(guān)節(jié)屈伸肌峰值力矩比

*表示與初學(xué)者相比，P< 0.05；**表示與初學(xué)者相比，P< 0.01；##表示與90°/s比較，P<0.01；&表示與180°/s比較，P<0.05；#表示與180°/s比較，P<0.05

圖1 兩受試者不同速度下肘關(guān)節(jié)屈伸肌峰力矩比值

(二)表面肌電特征比較

1.屈伸肘運動時主動肌肌電活動的比較。表面肌電分析結(jié)果顯示，在等速向心伸肘運動中，優(yōu)秀乒乓球運動員和初學(xué)者組受試者主動肌的肱三頭肌其肌電幅值都隨著關(guān)節(jié)運動速度的加快而逐漸下降，而且在高速條件下(180°/s)要顯著低于慢速條件下(15°/s)(P<0.01)。肱二頭肌在等速向心伸肘運動中也是同樣的變化規(guī)律，隨著肘關(guān)節(jié)運動速度的加快，肌電幅值顯著降低(見表4)。

表4 兩組受試者不同運動速度下向心伸肘時肱三頭肌和肱二頭肌電 (%RMS)

*表示與初學(xué)者相比，P< 0.05；#表示與15°/s相比，P<0.01

2.屈伸肘運動時拮抗肌肌電活動的比較。根據(jù)表5數(shù)據(jù)，受試者在向心伸肘動作中，肱二頭肌是拮抗肌，其標(biāo)準(zhǔn)化的肌電幅值%RMS比主動肌要低。同樣，在等速屈肘動作中也是表現(xiàn)出同樣的規(guī)律，也是在快速收縮條件下，優(yōu)秀運動員的拮抗肌肱三頭肌的肌電幅值顯著低于初學(xué)者受試者(P<0.05)(見表5，圖2，圖3)。

表5 兩組受試者不同運動速度下向心伸肘時肱二頭肌肌電 (%RMS)

*表示與初學(xué)者相比，P< 0.05

圖2 優(yōu)秀運動員組同一名受試者180°/s等速屈伸條件下肱二頭肌和肱三頭肌sEMG

圖3 對照組同一名受試者180°/s等速屈伸條件下肱二頭肌和肱三頭肌sEMG

三、結(jié)論

(1) 優(yōu)秀乒乓球運動員在長期的專項技術(shù)訓(xùn)練中其屈肘力矩和伸肘力矩都要高于普通大學(xué)生初學(xué)者，尤其伸肘力矩差距更為明顯，而且隨著肘關(guān)節(jié)速度的增加初學(xué)者伸肌峰值力矩下降的更加明顯。

(2)優(yōu)秀乒乓球運動員屈伸肌峰值力矩出現(xiàn)的角度要比大學(xué)生初學(xué)者小，說明優(yōu)秀乒乓球運動員肌肉爆發(fā)力更強，在完成相關(guān)技術(shù)動作時肘關(guān)節(jié)可以更早地達(dá)到最大力量，這可能是長期運動訓(xùn)練導(dǎo)致運動員力量差別的體現(xiàn)。

(3)從研究數(shù)據(jù)可以看出優(yōu)秀乒乓球運動員神經(jīng)中樞對肌肉的激活能力更強，表現(xiàn)為更高的主動肌肌電幅值，以及更快的神經(jīng)肌肉動員速度。這可能就是導(dǎo)致優(yōu)秀乒乓球運動員力量高于初學(xué)者以及肘關(guān)節(jié)快速運動能力高于初學(xué)者的中樞因素。

(4)優(yōu)秀乒乓球運動員在長期的運動訓(xùn)練過程中表現(xiàn)為屈伸肘運動中拮抗肌肌電活動水平相對來說要比初學(xué)者更低，這是高水平運動員神經(jīng)肌肉支配高效性的一種表現(xiàn)。