藝術(shù)體操難度動(dòng)作“側(cè)倒平衡”sEMG對(duì)比研究

宋海明,楊金柱,段曉敏

(陜西省體育科學(xué)研究所，陜西西安 710068)

藝術(shù)體操的難度動(dòng)作在《體操大辭典》中的概念定義為：對(duì)身體素質(zhì)有一定要求、有一定技術(shù)價(jià)值以及合理地操縱各種器械的單個(gè)動(dòng)作[1]藝術(shù)體操集體項(xiàng)目要求場(chǎng)上五名隊(duì)員隨著音樂節(jié)奏完成成套動(dòng)作，過程中各名隊(duì)員之間要協(xié)調(diào)配合，完成動(dòng)作在時(shí)間上要高度一致，空間上要求高度統(tǒng)一。之前為我省藝術(shù)體操運(yùn)動(dòng)員做運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)科研服務(wù)主要集中在運(yùn)動(dòng)學(xué)層面上，運(yùn)動(dòng)學(xué)研究是通過對(duì)動(dòng)作表象外部運(yùn)動(dòng)學(xué)特征進(jìn)行定性與定量分析，推斷技術(shù)合理性但并不能直接解釋技術(shù)動(dòng)作產(chǎn)生變化的原因。引起運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的力來源于神經(jīng)系統(tǒng)支配下的肌肉活動(dòng)變化，動(dòng)作技術(shù)的變化決定于參與動(dòng)作的肌肉活動(dòng)變化，進(jìn)而表現(xiàn)為人體外部運(yùn)動(dòng)表象的變化。故而要進(jìn)一步解釋技術(shù)動(dòng)作特征及變化就應(yīng)對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中肌肉活動(dòng)情況進(jìn)行了解和分析。

針對(duì)陜西省藝術(shù)體操主教練的科研需求,集體項(xiàng)目五名隊(duì)員中有一名隊(duì)員楊某完成難度動(dòng)作 “側(cè)倒平衡”存在動(dòng)站不穩(wěn)，雙腿打開角度不合理等問題。應(yīng)用運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究方法,采用攝像和表面肌電圖儀同步測(cè)試手段進(jìn)行研究，選取隊(duì)伍中完成“側(cè)倒平衡”難度動(dòng)作質(zhì)量最好的常某為參照對(duì)象。對(duì)二人完成難度動(dòng)作“側(cè)倒平衡”過程中參與動(dòng)作的主要肌肉的肌電圖(SEMG)進(jìn)行測(cè)試和分析，研究肌肉活動(dòng)過程的特征，進(jìn)一步揭示肌肉活動(dòng)情況與技術(shù)特征及之間的關(guān)系，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)對(duì)比分析。找出兩名隊(duì)員完成動(dòng)作的生物力學(xué)指標(biāo)特征差異，發(fā)現(xiàn)楊某存在的技術(shù)缺陷與問題。為教練員進(jìn)行訓(xùn)練提供科研服務(wù)與理論支撐、幫助陜西省藝術(shù)體操隊(duì)創(chuàng)造優(yōu)異成績(jī)。

1. 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

以我省兩名一線藝術(shù)體操運(yùn)動(dòng)員為研究對(duì)象，對(duì)她們完成難度動(dòng)作“側(cè)倒平衡”過程肌肉用力特征進(jìn)行研究。

表1 測(cè)試對(duì)象基本情況表

1.2 研究方法

文獻(xiàn)資料法：通過中國(guó)知網(wǎng)檢索國(guó)內(nèi)藝術(shù)體操運(yùn)動(dòng)員技術(shù)動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析以及肌肉sEMG方面研究的文獻(xiàn)和報(bào)告做為本研究的參考。

專家訪談法：長(zhǎng)期跟隊(duì)做科研工作，訪問省隊(duì)總教練、主教練及每一名運(yùn)動(dòng)員進(jìn)一步理解藝術(shù)體操難度動(dòng)作要求和運(yùn)動(dòng)員技術(shù)特點(diǎn)，為制定測(cè)試方案提供參考。

實(shí)驗(yàn)法：1.測(cè)試方法：運(yùn)動(dòng)芬蘭產(chǎn)的16導(dǎo)遙測(cè)肌電儀MegaWin6000對(duì)藝術(shù)體操運(yùn)動(dòng)員的8塊肌肉進(jìn)行測(cè)試，記錄下運(yùn)動(dòng)員完成難度動(dòng)作“側(cè)倒平衡”過程中肌肉的表面肌電圖(sEMG)，同時(shí)用一臺(tái)攝像機(jī)(Casio FH-100)同步記錄動(dòng)作視頻，sEMG 采樣頻率為1000HZ，攝像機(jī)的拍攝頻率為120fps。

測(cè)試肌肉選擇：

根據(jù)“側(cè)倒平衡”動(dòng)作結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，結(jié)合教練與運(yùn)動(dòng)員在實(shí)踐認(rèn)識(shí)，選擇測(cè)試肌肉。

表2 sEMG測(cè)試肌肉一覽表

數(shù)據(jù)處理：

運(yùn)用芬蘭MegaWin肌電分析軟件記錄八塊肌肉的原始sEMG信號(hào),并進(jìn)行分析,通過對(duì)SEMG信號(hào)的處理,得到平均肌電圖(均方根振幅,RMS)和積分肌電值(IEMG)等時(shí)域指標(biāo),獲得肌肉活動(dòng)(用力)的強(qiáng)度和活動(dòng)順序等.同時(shí)從同步獲得的視頻影像中得到“側(cè)倒平衡”動(dòng)作各技術(shù)階段的特征畫面,以此來確定動(dòng)作的時(shí)間以及與肌肉活動(dòng)之間的關(guān)系。

統(tǒng)計(jì)分析：對(duì)SEMG的定量結(jié)果進(jìn)行常規(guī)統(tǒng)計(jì)學(xué)處理,獲得肌肉活動(dòng)的SEMG的RMS和IEMG的定量指標(biāo),對(duì)肌肉活動(dòng)的情況關(guān)系進(jìn)行分析。

2. 研究結(jié)果與分析討論

2.1 側(cè)倒平衡動(dòng)作各階段與動(dòng)作時(shí)相

為進(jìn)行動(dòng)作技術(shù)分析,根據(jù)完整的側(cè)倒平衡難度動(dòng)作技術(shù)要求對(duì)側(cè)倒平衡的動(dòng)作技術(shù)時(shí)相與階段劃分做如下說明:

動(dòng)作時(shí)相說明與動(dòng)作各階段的定義

在天津市人民醫(yī)院收集合并組和單純CRC組患者術(shù)前空腹血液標(biāo)本和健康查體者血液標(biāo)本各3 mL，3 500 r/min離心10 min(r=15 cm)，室溫，取上層血清，-80 ℃低溫冰箱保存待查。

①時(shí)刻：側(cè)倒平衡開始時(shí)刻

②時(shí)刻：擺動(dòng)腿最高點(diǎn)時(shí)刻

③時(shí)刻：側(cè)倒平衡結(jié)束時(shí)刻

各動(dòng)作階段定義為:①-②：側(cè)倒平衡上擺階段.②-③：側(cè)倒平衡下落階段

圖1 動(dòng)作時(shí)相與動(dòng)作各階段劃分圖

2.2.完成難度動(dòng)作側(cè)倒平衡的肌肉肌電整體描述

為適應(yīng)藝術(shù)體操評(píng)分規(guī)則不斷的修改，該項(xiàng)目正向著更復(fù)雜、更多樣、更難的方向發(fā)展，要求運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)水平更加完美。一直以來影響比賽得分的重要因素之一是完成難度動(dòng)作的技術(shù)水平。平衡類身體難度動(dòng)作與轉(zhuǎn)體類、跳躍類動(dòng)作共同構(gòu)成藝術(shù)體操身體難度動(dòng)作，是藝術(shù)體操難度動(dòng)作之一。身體難度是藝術(shù)體操訓(xùn)練中不能忽視的重要環(huán)節(jié)，平衡類身體難度動(dòng)作以其特殊的技能特征在藝術(shù)體操身體難度動(dòng)作中所占比例一直是藝術(shù)體操運(yùn)動(dòng)員專項(xiàng)技術(shù)訓(xùn)練中需攻克的難題。

楊某①-②階段所用時(shí)間明顯長(zhǎng)于②-③階段所用時(shí)間，常某這兩個(gè)階段所用時(shí)間則較接近。第一階段楊某與常某所用時(shí)間接近，第二階段楊某所用時(shí)間明顯小于常某所用時(shí)間。第一階段與第二階段常某用時(shí)間較為對(duì)稱、楊某則表現(xiàn)的極為不對(duì)稱。

L脛骨前肌：楊某在右腿達(dá)到最高點(diǎn)后即刻收縮達(dá)到最強(qiáng)之后開始減弱。常某在右腿達(dá)到最高點(diǎn)前即刻收縮達(dá)到第一個(gè)高峰，在右腳著地前即刻收縮達(dá)到第二個(gè)高峰且比第一個(gè)峰尖高。之后開始減弱。L腓腸?。簵钅撑c常某肌電圖形類似，但收縮強(qiáng)度最大值楊某明顯小于常某。L臀大肌：楊某與常某肌電圖形類似，但收縮強(qiáng)度最大值楊某明顯大于常某。L股二頭肌：楊某與常某肌電圖形類似，收縮最大值接近，楊在右腿達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)收縮達(dá)到最強(qiáng)，常則最強(qiáng)收縮時(shí)間比楊來的更早。R腑外斜?。簵钅撑c常某肌電圖形類似，但收縮強(qiáng)度最大值楊某大于常某。R背闊肌：楊某收縮強(qiáng)度最大值明顯大于常某，楊某從左腳著地到右腿上抬直到右腳著地整個(gè)過程持續(xù)收縮且在右腳著地后即刻收縮達(dá)強(qiáng)度達(dá)到最強(qiáng)。常某則在右腿上抬達(dá)到最高后即刻收縮強(qiáng)度達(dá)到最強(qiáng)且之后開始減弱。R大腿肌膜張?。簵钅呈湛s強(qiáng)度最大值大于常某，楊某與常某肌電圖形類似，均為雙峰狀。但是在雙峰中間的低谷楊某的高低幅度變化是常某的兩倍多。收縮與放松變化幅度大不利于穩(wěn)定。R股外側(cè)?。簵钅呈湛s強(qiáng)度最大值大于常某，圖形楊某成單峰狀而常某成雙峰狀。楊某在右腳著地即刻收縮強(qiáng)度達(dá)到最強(qiáng)之后開始減弱。常某在右腿上抬達(dá)到最高點(diǎn)前收縮強(qiáng)度達(dá)到第一個(gè)高峰。在右腳下落過程中段時(shí)收縮強(qiáng)度達(dá)到第二次峰值。

圖2 側(cè)倒平衡各階段時(shí)相與平滑處理后的肌電圖

2.3 肌肉激活順序分析

表3 測(cè)試肌肉激活順序一覽表

在完成各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)動(dòng)作人體對(duì)應(yīng)環(huán)節(jié)鏈應(yīng)按一定順序先后進(jìn)行，那么就需要對(duì)應(yīng)參與的肌肉按照一定順序發(fā)力，合理的肌肉先后用力順序直接影響著技術(shù)動(dòng)作的完成質(zhì)量。數(shù)據(jù)顯示動(dòng)作過程八塊肌肉發(fā)力先后順序楊為：L脛骨前肌,L股二頭肌, L臀大肌, R大腿肌膜張肌, R腹外斜肌,L腓腸肌外側(cè), R股外側(cè)肌, R背闊肌。常八塊肌肉發(fā)力先后順序?yàn)椋篖脛骨前肌，L股二頭肌，L腓腸肌外側(cè)，L臀大肌，R腹外斜肌，R股外側(cè)肌，R背闊肌，R大腿肌膜張肌。在整個(gè)動(dòng)作過程中常某的肌肉發(fā)力順序表現(xiàn)為左側(cè)支撐腿先發(fā)力，右側(cè)擺動(dòng)推后發(fā)力。左側(cè)支撐腿先發(fā)力為良好的穩(wěn)定平衡創(chuàng)造了條件。在左側(cè)支撐穩(wěn)定的前提下進(jìn)行右側(cè)腿的擺動(dòng)是較為合理的。楊某左側(cè)支撐腿腓腸肌發(fā)力不積極落后于右側(cè)擺動(dòng)作用的肌肉，而右側(cè)大腿肌膜張肌發(fā)力提前了。在左側(cè)支撐腿還沒有積極支撐右側(cè)擺動(dòng)肌肉已經(jīng)開始活動(dòng)不利于動(dòng)作的穩(wěn)定。

2.4 做功與負(fù)荷分析

2.4.1 ①-②階段作功與負(fù)荷所占比例對(duì)比分析

完成動(dòng)作過程中肌肉放電作功與負(fù)荷反映出每塊肌肉在動(dòng)作過程中的放電作功的比例大小。不同運(yùn)動(dòng)員之間進(jìn)行比較可以找出較差的運(yùn)動(dòng)員在完成動(dòng)作過程中所有肌肉的放電作功特點(diǎn)與優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員之間的差異。

表4 ①-②階段作功與負(fù)荷所占比例一覽表

所謂平衡是在各種外界環(huán)境與條件下，肌肉用力保持身體姿勢(shì)穩(wěn)定的一種能力，從運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的角度分析，平衡類動(dòng)作是以身體的某一部位作為支撐，做到并保持某種身體姿態(tài)的動(dòng)作。實(shí)現(xiàn)平衡的首要條件是身體重心投影需要在支撐面內(nèi)，影響平衡的要素則是身體重心、支撐面及所有方向上的力與速度。身體重屯、越低、支撐面越大，各方向的合力于速度越小，平衡的穩(wěn)定性就越好。要準(zhǔn)確的完成平衡類動(dòng)作，需要遵循以上基本原理[4]。

動(dòng)作過程中肌肉放電的作功與負(fù)荷比例由大到小排序，常的排序?yàn)椋篖腓腸肌外側(cè)，L脛骨前肌，L股二頭肌，L臀大肌，R腹外斜肌，R股外側(cè)肌，R大腿肌膜張肌，R背闊肌，楊的排序?yàn)椋篖臀大肌，L脛骨前肌，L腓腸肌外側(cè)，L股二頭肌，R腹外斜肌，R大腿肌膜張肌，R股外側(cè)肌，R背闊肌。在左腳著地至右腿最高階段左右側(cè)肌肉做功與負(fù)荷對(duì)比楊與常二人較為一致、均為左側(cè)肌肉大于右側(cè)肌肉。就各肌肉而言左側(cè)脛骨前肌、腓腸肌外側(cè)肌肉楊某要小于常某。左側(cè)臀大肌則楊大于常。右側(cè)腹外斜肌、大腿肌膜張肌楊某大于常某、右側(cè)股外側(cè)肌楊小于常。建議楊某在此階段加大左側(cè)脛骨前肌、腓腸肌外側(cè)的收縮。放松右側(cè)臀大肌的收縮程度。適當(dāng)放松右側(cè)腹外斜肌而加強(qiáng)股外側(cè)肌的收縮。

2.2 ②-③階段作功與負(fù)荷所占比例對(duì)比分析

表5 ②-③階段作功與負(fù)荷所占比例一覽表

平衡類身體難度動(dòng)作充分展示運(yùn)動(dòng)員的柔韌性和控制能力。2013-2016版規(guī)則將跳躍、平衡、旋轉(zhuǎn)、柔初波浪調(diào)整為跳躍、平衡、旋轉(zhuǎn)類身體難度動(dòng)作，將舊版規(guī)則中的柔初波浪難度歸納到平衡類難度動(dòng)作中。新版評(píng)分規(guī)則要求平衡類動(dòng)作應(yīng)具備以下特點(diǎn)：用腳掌、全腳、或者身體的不同部位來完成動(dòng)作，姿態(tài)要準(zhǔn)確清晰而固定(結(jié)束姿勢(shì))、動(dòng)作幅度大、平衡難度一旦形成就要與器械結(jié)合。但規(guī)則不允許用膝部支撐、臂部支撐、及＂哥薩克＂姿勢(shì)完成的慢轉(zhuǎn)動(dòng)作等有損運(yùn)動(dòng)員健康的動(dòng)作。

動(dòng)作過程中肌肉放電作功與負(fù)荷比例由大到小排序，常的排序?yàn)椋篖腓腸肌外側(cè)，L脛骨前肌，L臀大肌，R腹外斜肌，R股外側(cè)肌，R大腿肌膜張肌，L股二頭肌，R背闊肌。楊的排序?yàn)椋篖臀大肌，L腓腸肌外側(cè)，L脛骨前肌，L股二頭肌，R腹外斜肌，R股外側(cè)肌，R背闊肌，R大腿肌膜張肌在右腿最高至右腳著地階段左側(cè)脛骨前肌、腓腸肌外側(cè)、臀大肌均為楊與常的主要用力參與肌肉。各肌肉而言：楊的左側(cè)脛骨前肌、腓腸肌外側(cè)小于常，右側(cè)腹外斜肌、股外側(cè)肌、股外側(cè)肌小于常。

2.3 ①-③階段作功與負(fù)荷所占比例對(duì)比分析

表6 ①-③階段做功與負(fù)荷所占比例一覽表

運(yùn)動(dòng)技術(shù)是所有運(yùn)動(dòng)員競(jìng)技能力構(gòu)成的核心所在，藝術(shù)體操運(yùn)動(dòng)員也不例外。藝術(shù)體操項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)技巧對(duì)比賽成績(jī)起決定性的影響作用。動(dòng)作編排的難度與創(chuàng)新性及結(jié)合運(yùn)動(dòng)技巧實(shí)現(xiàn)對(duì)身體的美是藝術(shù)體操項(xiàng)目所強(qiáng)調(diào)的。同時(shí)重視將美的藝術(shù)化與技巧的競(jìng)技化相結(jié)合。運(yùn)動(dòng)員在比賽中要力求無失誤完成第一個(gè)動(dòng)作，身體難度在藝術(shù)體操分值中占很大的部分，是得分的關(guān)鍵。

動(dòng)作過程中肌肉放電的做功與負(fù)荷比例由大到小排序，常的排序?yàn)椋篖腓腸肌外側(cè)，L脛骨前肌，L臀大肌，R腹外斜肌，L股二頭肌，R股外側(cè)肌，R大腿肌膜張肌，R背闊肌。楊的排序?yàn)椋篖臀大肌，L脛骨前肌，L腓腸肌外側(cè)，L股二頭肌，R腹外斜肌，R大腿肌膜張肌，R股外側(cè)肌，R背闊肌在左腳著地至右腳著地的整個(gè)動(dòng)作過程中左側(cè)脛骨前肌、腓腸肌外側(cè)、臀大肌均為楊與常的主要發(fā)力參與肌群。其中左側(cè)脛骨前肌、腓腸肌外側(cè)和右側(cè)的股外側(cè)肌楊小于常。左側(cè)臀大肌，左側(cè)股二頭肌收縮楊大于常。

建議楊要明顯加強(qiáng)左側(cè)脛骨前肌、腓腸肌外側(cè)的收縮強(qiáng)度，同時(shí)適當(dāng)放松臀大肌。

3. 研究結(jié)論

3.1 楊某肌肉激活順序不合理，左側(cè)腓腸肌激活滯后，而右側(cè)大腿肌膜張肌激活提前。

3.2 左側(cè)脛骨前肌、腓腸肌參與收縮的程度明顯不足。 左側(cè)臀大肌參與收縮的程度過于強(qiáng)烈。

3.3 楊某完成動(dòng)作時(shí)間分配不合理，右腳下落階段時(shí)間過短。左側(cè)脛骨前肌與右側(cè)股外側(cè)肌收縮持續(xù)時(shí)間不足。

3.4 楊某右側(cè)背闊肌收縮過于強(qiáng)烈。右側(cè)大腿肌膜張肌收縮與放松變化幅度范圍過大。