籃球運動員扣球動作中相關肌肉放電的測量與關節(jié)的運動學分析

陳祥子

宣城職業(yè)技術學院基礎教育部，安徽宣城，242000

扣球是籃球比賽中重要的得分手段。分析兩支不同隊伍的扣球命中率和出手機會是籃球比賽在不同戰(zhàn)術下分析得分的重點內容[1-3]。命中率的高低直接關系到球員的優(yōu)秀程度[4-6]。運動員在扣球過程中，需要下肢踝關節(jié)、膝關節(jié)、髖關節(jié)以及上肢腕關節(jié)、肘關節(jié)和肩關節(jié)協(xié)調發(fā)力，扣球能否成功與這些關節(jié)的運動密切相關?；@球運動員想要提高命中率，不僅上肢動作要精準發(fā)力，而且下肢動作也要協(xié)調發(fā)力。因此，在培養(yǎng)優(yōu)秀籃球運動員過程中需要對其上下肢的動作進行基礎性鍛煉[7]。鑒此，本文以12名籃球專業(yè)運動員為研究對象，對其扣球動作的上下肢生物力學影響因素進行分析。

1 實驗對象與方法

1.1 實驗對象

選取12名右手持球的男性籃球專業(yè)運動員作為測試對象(編號分別為1、2、3、…、12)，所選測試對象均具有良好的運動能力。測試24 h內12名測試對象沒有進行過劇烈運動，肌肉狀態(tài)飽滿有力，將扣球動作作為研究內容。測試基本情況見表1。

表1 測試運動員基本情況

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗規(guī)定動作

雙腳與肩同寬，原地開立，身體重心落在兩腳間，屈肘，上體放松并稍后仰?？矍驎r腰腹伸展，下肢蹬地發(fā)力，手腕前屈帶動手指彈撥球。

1.2.2 實驗測試儀器與測試方法

使用的攝像機為日本生產的卡西歐高速攝像機；無線遙感表面肌電測試儀為芬蘭制造的MegaWin ME 6000。先進行預實驗，根據預實驗結果對實驗方案進行選擇。運動員進行5次規(guī)定的試驗動作，記錄分析的數(shù)據為球空心入籃且最規(guī)范的動作?，F(xiàn)場示意圖如圖1所示。

圖1 實驗現(xiàn)場示意圖

1.2.3 測試步驟

第一步是讓測試隊員了解測試規(guī)定動作及注意事項；第二步是將高速攝像機準備好，拍攝距離為10.5 m、拍攝范圍為2.5 m、頻率為122 f/s、機高為1.25 m，肌電測試儀頻率為1000 Hz；第三步是調節(jié)攝像機和肌電測試儀同步；第四步是測試肌肉及Mark點貼點位置(足跟后部、足尖、膝關節(jié)外側、外踝、肩峰、髖關節(jié)、腕關節(jié)外側、肘關節(jié)外側)；第五步是測試每位運動員的肌電信號。

1.2.4 數(shù)據采集及處理

根據攝像機采集的數(shù)據，基于實地拍攝的方式確定相關運動學參數(shù)。運用MegaWin ME 6000肌電系統(tǒng)采集肌電信號，APAS系統(tǒng)進行數(shù)據分析。肌電幅度(RMS)%等于實測RMS除以最大自主等長收縮時RMS的百分比值。

2 結果與分析

根據扣球過程中運動員的運動和各關節(jié)的結構特點，最終確定扣球出手、扣球持球上舉是構成原地單手肩上扣球的兩個主要構成部分。

2.1 運動員完成完整扣球過程的時間劃分

運動員完成完整扣球過程的時間劃分見表2。由表2可知，完成整個扣球過程，12位運動員所需平均時間為1.00 s，其中最慢的為1.06 s，最快的為0.94 s。在持球上舉階段，運動員所需平均時間為0.68 s，其中最慢的為0.76 s，最快的為0.63 s。在球出手階段，所需平均時間為0.35 s，其中最慢的為0.43 s，最快的為0.32 s。與球出手階段相比，持球上舉階段花費的時間更長，從自下而上傳遞力量的角度來看，充分持球上舉的動作過程更為順暢且易于實現(xiàn)。

表2 運動員完成完整扣球過程的時間劃分s

運動員編號123456789101112x-±s持球上舉階段0.760.650.650.630.680.670.720.700.680.640.670.710.68±0.03球出手階段0.320.340.330.320.370.430.340.320.330.330.350.380.35±0.04共用時間1.020.980.990.941.041.060.990.971.010.981.021.031.00±0.07

2.2 原地單手肩上扣球過程的肌電分析

2.2.1 原地單手肩上扣球技術動作過程中各肌肉放電的開始時間

運動員扣球過程中肌肉放電的時間特征見表3。由表3可知，在單手肩上扣球時，最早放電的是左右腿腓腸肌、左右腿股直肌，肱三頭肌是最后放電的部位。在扣球過程中，左右腿腓腸肌持續(xù)放電時間最長，左右腿股直肌次之，腹直肌持續(xù)放電時間最短?？矍驎r，腹直肌最先結束放電，三角肌次之，最后結束放電的是左右腿腓腸肌、肱三頭肌。

表3 運動員扣球過程中肌肉放電的時間特征(n=12)ms

股直肌(左)股直肌(右)腹直肌三角肌肱二頭肌肱三頭肌腓腸肌(左)腓腸肌(右)背闊肌(右)開始時間5252681.3269.0287.1686.85252670.3標準差0014.5241.6552.1170.110030.46結束時間1 0371 037781.8890.4991.41 0421 0421 042986.6標準差72.572.584.630.8249.7475.0662.7762.7742.88持續(xù)時間1 0371 037101.8622.5705.5355.41 0421 042317.4標準差72.572.525.8967.9953.9357.7865.2765.2754.53

注：以最先開始發(fā)力的肌肉時刻為52時刻。

2.2.2 原地單手肩上扣球技術動作的表面肌電幅度分析

原地單手肩上扣球技術動作表面肌電幅度對比情況見表4。從表4可以看出，下肢左側腓腸肌的肌電幅度最大，其次為右側腓腸肌。在持球上舉階段，最先開始發(fā)力的是左右腿股直肌、左右腿腓腸肌，且持續(xù)時間較長，其中左右腿股直肌的肌電幅度均比左右腿腓腸肌小。在上肢所測肌肉中肌電幅度最大的是三角肌，這表明手臂上舉原動肌是肱二頭肌、三角肌，使前臂在肘關節(jié)處屈的是肱二頭肌，從而帶動籃球向后運動。在球出手階段，再次發(fā)力的是左右腿腓腸肌后側，力量較大。其次發(fā)力作用于籃球的是肱三頭肌。肱三頭肌稍晚開始放電，因此放電結束時間也排在最后。在球出手階段，三角肌和原動肌是上肢所測肌肉中肌電幅度的主要構成，其作用和地位都非常顯著。身體重心在持球上舉的過程中開始提升，此時，左右腿股直肌實測肌電幅度并非完全一致。但右側腓腸肌實測肌電幅度明顯高于左側腓腸肌實測肌電幅度，這是因為12位運動員在實際訓練當中都是右手持球和扣球的，最后起跳發(fā)力都是左腿。

表4 原地單手肩上扣球技術動作表面肌電幅度對比%

運動員編號股直肌(左)股直肌(右)腹直肌三角肌肱二頭肌肱三頭肌腓腸肌(左)腓腸肌(右)背闊肌(右)15.525.433.0210.616.538.0214.418.985.5126.666.523.2210.017.677.9115.719.326.6537.417.212.9711.818.449.2216.418.017.1245.775.643.0610.716.778.2417.118.575.6756.326.223.4212.217.229.0216.019.456.2667.217.013.5111.418.169.2117.018.726.9976.436.323.2411.708.479.2217.509.787.4386.746.633.3610.577.859.7615.918.425.5295.575.412.8810.796.388.4114.989.116.19107.557.492.2311.827.839.3316.579.826.70117.527.473.5310.468.178.1117.288.306.39125.635.582.6212.216.898.3015.438.887.88

2.3 原地單手肩上扣球動作過程的運動學分析

一套完整的技術并不是單一動作和環(huán)節(jié)就能構成的，需要各個動作和環(huán)節(jié)前后呼應，且相互銜接，否則將會對動作完成的效果產生極大的影響[8]。從生物力學角度可看出，增大關節(jié)的屈伸幅度，將會增大其附近的肌群承受荷載，肌肉回縮力量較小[9]。各關節(jié)屈伸角度均有一定的范圍，并不是越大越好[10]。整個扣球過程膝關節(jié)、髖關節(jié)、踝關節(jié)、肘關節(jié)的運動學分析見表5。

表5 整個扣球過程膝關節(jié)、髖關節(jié)、踝關節(jié)、肘關節(jié)的運動學分析

由表5可知，在扣球動作開始時，運動員瞬間膝關節(jié)角度為112.40°，此時記作時刻1。在球出手的瞬間，運動員膝關節(jié)角度為172.31°，此時記作時刻4，角度變化為60.19°。關節(jié)伸展時間為1.02 s，平均角速度為59.58°/s。運動員在持球準備時，會保持膝關節(jié)的彎曲狀態(tài)，通過彈性勢能的存儲確保膝關節(jié)能夠正常伸展。

在發(fā)生扣籃動作時，運動員髖關節(jié)角度為162.72°，此時記作時刻1。在扣球動作完成的瞬間，運動員髖關節(jié)角度為178.35°，此時記作時刻4，角度變化為14.62°。關節(jié)伸展時間為1.01 s，平均角速度為15.29°/s。在扣球過程中，髖關節(jié)在連接上下肢時發(fā)揮了主要作用，在持球上舉階段，保持運動員身體相對穩(wěn)定也主要由髖關節(jié)發(fā)揮作用。

在扣球時運動員踝關節(jié)角度為75.48°，此時記作時刻1。在扣球動作完成的瞬間，運動員踝關節(jié)角度為111.84°，此時記作時刻4，角度變化為36.63°。關節(jié)伸展時間為1.02 s，平均角速度為36.48°/s。通過高速攝像系統(tǒng)分析，踝關節(jié)在球出手階段有一次充分蹬伸過程，這使運動員整個重心上移，出手高度增加，從而能提高扣球命中率。

在完成持球上舉瞬間，運動員在時刻1動作時，肘關節(jié)角度為81.43°。在時刻4動作時，運動員球出手瞬間角度為143.08°。肘關節(jié)變化幅度為61.44°，伸展時間為0.35 s，平均角速度為184.58°/s。球出手階段由肘關節(jié)伸展幅度大小決定，手作用于球的距離、時間只有一定量的積累才對球出手速度有利。

2.4 整個扣球過程中各個關節(jié)角度伸展幅度對比分析

整個扣球過程中各個關節(jié)角度伸展幅度見表6。由表6可知，髖關節(jié)變化幅度最小為13.9°,肘關節(jié)變化幅度最大為66.5°，膝關節(jié)最大為63.0°。結合人體構造，膝關節(jié)和肘關節(jié)的屈伸角度變化范圍非常大。從生物力學方面看，關節(jié)屈伸幅度較大會增加關節(jié)附近肌肉的負荷，對肌肉的伸縮靈活度產生極大影響。

表6 整個扣球過程中各個關節(jié)角度伸展幅度(°)

關節(jié)123456789101112x-±s踝關節(jié)38.937.534.739.336.737.935.738.234.837.639.138.637.42±1.8膝關節(jié)63.063.062.957.459.262.062.859.860.758.960.759.760.84±2.0髖關節(jié)17.213.918.715.515.314.918.615.717.316.715.615.216.22±1.5肘關節(jié)60.856.366.565.863.963.061.562.464.258.959.762.462.12±3.1

2.5 整個扣球過程中各個關節(jié)角速度對比分析

扣球過程中各個關節(jié)角速度分析見表7。由表7可知，肘關節(jié)角速度最大為209.8°/s，髖關節(jié)角速度最小為14.0°/s。在扣球過程中，變化幅度最小的是髖關節(jié)，其主要作用是連接上下肢。在持球上舉階段，髖關節(jié)的主要作用是保持運動員身體的相對穩(wěn)定。踝關節(jié)和膝關節(jié)在此過程為主動蹬伸，在扣球動作發(fā)生時，會向上加速提升運動員的身體，使其重心高度顯著提升，以確?；@球命中率。

表7 扣球過程中各個關節(jié)角速度分析(°/s)

關節(jié)角速度123456789101112x-±s踝關節(jié)角速度38.537.935.042.235.035.537.236.838.341.536.235.837.49±2.5膝關節(jié)角速度62.463.663.561.656.458.060.961.763.262.457.259.160.83±4.2髖關節(jié)角速度17.114.018.916.614.614.015.317.416.718.316.114.616.13±1.6肘關節(jié)角速度193.7168.4193.7209.8166.4159.8183.4192.7178.4198.6167.8167.9181.72±22.1

2.6 整個扣球過程中各個關節(jié)伸展時間對比分析

扣球過程中各個關節(jié)伸展時間見表8。由表8可知，肘關節(jié)伸展時間最短，為0.35 s。從運動員扣球動作開始，踝關節(jié)、膝關節(jié)、髖關節(jié)伸展全程參與。因而，踝關節(jié)、膝關節(jié)、髖關節(jié)伸展時間均為1.02 s。在各關節(jié)的測試中，運動狀態(tài)最活躍的是肘關節(jié)，這也與籃球飛行軌跡有一定關系。

表8 扣球過程中各個關節(jié)伸展時間s

關節(jié)123456789101112x-±s踝關節(jié)1.021.001.000.951.061.091.011.021.040.991.031.071.02±0.07膝關節(jié)1.021.001.000.951.061.091.011.021.040.991.031.071.02±0.07髖關節(jié)1.021.001.000.951.061.091.011.021.040.991.031.071.02±0.07肘關節(jié)0.320.320.340.320.390.410.330.320.320.320.370.390.35±0.04

3 結 論

本文以12名籃球專業(yè)運動員為研究對象，運用無線遙感表面肌電測試儀測量其扣球動作中相關肌肉的生物電變化，運用高速攝像機捕捉其扣球動作中各關節(jié)運動狀態(tài)并進行運動學分析，得出如下結論：

(1)扣球過程中最先開始發(fā)力的是下肢所測肌肉，以自下而上的方式傳遞力量，最后發(fā)力的部位實際為上肢肱三頭肌。左右腿腓腸肌持續(xù)發(fā)力時間最長，也是最大限度地用力部位。

(2)在扣球過程中，平均角速度最大的是肘關節(jié)，關節(jié)角度伸展時間最短，伸展幅度最大。角速度變化幅度最小的是髖關節(jié)，在扣球過程中確保髖關節(jié)相對穩(wěn)定，對動作過程前后銜接和動作穩(wěn)定性有利。

(3)籃球運動員在訓練中應以下肢為基礎，要重點關注各關節(jié)正確運動形式。將扣球命中率、動作自動化效果提高。運動員個體間存在一定的差異，在訓練過程中，應重視單手肩上扣球技術動作，抓住每次扣球得分的機會。

(4)在日常力量練習中，要重視小肌肉群力量的訓練及局部大肌肉群肌肉力量的訓練，使原地單手肩上扣球所需肌群的肌肉力量全面提高。