高爾夫不同球桿類型揮桿動作的肌電特征研究

朱瑤佳，霍洪峰，2

高爾夫揮桿是一種復雜運動，揮桿時需要整個身體協(xié)調(diào)配合才能有效將能量經(jīng)高爾夫球桿傳遞給球[1]。高爾夫球手根據(jù)目標距離選擇盡可能少的擊球桿數(shù)接近目標球洞[2]，選擇正確的球桿擊打高爾夫球，可以使球達到最佳準確度[3]。雖然高爾夫運動是一項低強度的有氧運動[4-5]，但生物力學研究表明，在高爾夫揮桿過程中身體許多部位在活動極限范圍高速運動[6-7]。由于這些高速運動和復雜的運動模式，高爾夫揮桿時包括軀干肌肉在內(nèi)的身體多個區(qū)域產(chǎn)生高水平肌肉活動[8]。

根據(jù)運動鏈原理，高爾夫揮桿動作是基于從下肢運動到上身運動的一個向下擺動過程。M.SERGIO等[9]用四號鐵桿、七號鐵桿和P桿進行高爾夫揮桿時，下肢肌肉的激活模式具有差異，這些差異通常出現(xiàn)在高爾夫揮桿的前揮桿、加速和早期隨揮階段，然而這項研究僅關注了下肢部分肌肉。C.I.EGRET等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在使用不同高爾夫球桿時高爾夫揮桿的運動學變化是明顯不同的。使用一號木的桿頭速度是五號鐵的1.10倍，而使用五號鐵的桿頭速度是P桿的1.10倍。而且高爾夫球手向后揮擺至頂點時，使用一號木的角度為41°～63°，而使用P桿則為42°～58°?？梢哉J為當使用不同長度和不同用途的球桿揮桿時，可能對軀干及周圍肌肉活動有影響。然而，G.G.SORBI等[11]用不同球桿研究軀干部分肌肉表明無顯著差異。對高爾夫肌電信號的研究大多都只研究身體某一區(qū)域肌電，未將軀干和其周圍肌肉結合不同長度或不同用途球桿進行研究。

本研究比較一號木、七號鐵桿、短切桿在高爾夫球揮桿的5個階段軀干及其周圍肌肉肌電信號特征，即比較相同階段不同球桿軀干及其周圍肌肉的肌電信號特征，比較相同球桿不同階段軀干及其周圍肌肉的肌電信號特征，為高爾夫教學及訓練提供理論依據(jù)。研究假設：球桿長度影響軀干及其周圍肌肉。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

選擇12名高水平青年男性高爾夫球手，年齡（24.5±1.50）歲，身高（176.61±4.74）cm，體重（74.05±5.54）kg，差點4±1.50。要求所有參與者在過去2個月內(nèi)均無影響高爾夫球揮桿擊球動作的損傷和持續(xù)性肌肉骨骼紊亂的病史，參加者每周定期打高爾夫球。高爾夫球手的差點根據(jù)三輪高爾夫的最低得分來計算（Handicap system 2016—2019）

1.2 研究方法

1.2.1 實驗設計 要求受試者進行15次揮桿擊球，每桿（一號木桿、七號鐵桿和挖起桿）進行5次，每次間歇30 s。所有受試者選用他們自己的球桿（球桿具有統(tǒng)一標準），從具有高減震特性的高爾夫球墊上擊出標準高爾夫球。

實驗前，受試者進行5 min的高爾夫球揮桿熱身。熱身后，所有受試者均可在測試前進行揮桿練習，以便更好地適應測試，當他們準備就緒時開始測試。采用X2彈道雷達數(shù)據(jù)測試儀記錄擊球距離，1號木擊球距離大于200 m，7鐵擊球距離大于150 m，短切接近50 m為選入標準。

高爾夫揮桿分為5個階段[12-13]：向后揮桿，從底部到向后揮桿的頂部；向前揮桿，從揮桿的頂部到水平桿（下?lián)]桿的早期部分）；加速擊球，從水平桿到擊球瞬間（下擺的最后部分）；早期隨揮，從擊球瞬間前到水平桿；后期隨揮，從水平桿到完成揮桿的晚期跟隨。

1.2.2 肌電信號的采集與處理 收集胸大肌、L3豎脊肌、腹外斜肌、股直肌、股外側肌、臀大肌和半腱肌雙側共14塊肌肉肌電信號。電極與肌纖維方向一致，電極片中心點與中心點之間的距離為22 mm，位于肌腹最突出部位。為降低皮膚與電極片的阻抗，處理皮膚刮掉體毛，用酒精清理，待酒精完全揮發(fā)后粘貼電極片。對貼電極片處的皮膚進行處理之后放置無線肌電測試設備（意大利BTS FREEMG 300無線表面肌電測試儀）。將無線表面肌電測試設備其中1導與肌電信號同步盒子連接，肌電信號同步盒子與視頻同步燈在測試時同時發(fā)出開始與結束信號，視頻（采集頻率60幀）全程記錄受試者動作。同步連接攝像機與計算機，視頻影像與肌電圖同步測試。

將數(shù)據(jù)導入EMGSERVER軟件，處理視頻數(shù)據(jù)與肌電信號數(shù)據(jù)，將視頻同步后的數(shù)據(jù)采用視頻分析方法對高爾夫揮桿階段進行識別，所有肌電數(shù)據(jù)在1 000 Hz采樣，對原始肌電信號進行低通濾波（10～400 Hz）處理。肌肉發(fā)力順序在選中的放電區(qū)域內(nèi)，按照峰值百分比法，將肌電信號中R M Smax值10%作為肌肉開始放電，10%以下作為靜息電位[14]。為保證肌電信號質量，肌電信號采集、處理和電極片的粘貼均由相同研究人員完成。

實驗數(shù)據(jù)以3種類型球桿揮桿時各階段RMSmax為基準做標準化，計算高爾夫揮桿各階段肌電信號均方根峰值。均方根峰值（RM Smax）標準化的計算方式：標準化R M Smax值公式（激活強度）＝每塊肌肉R M Smax÷豎脊肌第2階段RM Smax×100%

均方根值（R M S）是指在一段時間內(nèi)瞬間肌電圖振幅平方的平均平方根，是放電的有效值，反映sEMG信號振幅變化的特征性指標，變化主要反映肌肉活動時運動單位激活的數(shù)量及強度。

1.3 統(tǒng)計分析

采集數(shù)據(jù)應用設備系統(tǒng)自帶分析軟件進行數(shù)據(jù)文件分析，所有統(tǒng)計檢驗均采用SPSS 20.0進行計算，統(tǒng)計結果用平均數(shù)±標準差表示。使用單因素重復測量方差分析，事后比較均采用Bonferroni調(diào)整組間平均差異。當Shapiro-Wilks檢驗顯示各組間差異顯著，數(shù)據(jù)非正態(tài)分布，進行非參數(shù)檢驗（Kruskal-Wallis檢驗），P＜0.05為顯著差異。

2 結 果

2.1 揮桿過程各肌肉激活順序

7號鐵桿揮桿過程的雙側肌電信號顯示，雙側豎脊肌、腹外斜肌持續(xù)激活維持軀干穩(wěn)定并配合軀干轉動，在向后揮桿過程中肌肉激活先由右側半腱肌、股外側肌激活，隨后左側半腱肌、臀大肌、股直肌、股外側肌依次激活；向前揮桿過程右側股直肌、右側胸大肌、左側胸大肌、右側股外側肌依次激活（見圖1）。

圖1 揮桿過程中各肌肉的激活順序Figure 1 Activation Sequence of Each Muscle During Swing

2.2 不同球桿均方根峰值%比較

左右側胸大肌檢測結果顯示：左側7號鐵與挖起桿在第2、3階段具有顯著差異（P＜0.05）；1號木與挖起桿在第2、3、4階段具有差異顯著（P＜0.05）；右側7號鐵與挖起桿在第3、4階段具有顯著差異（P＜0.05）；1號木與挖起桿在第3、4、5階段有顯著差異（P＜0.05）（見圖2）。

圖2 胸大肌在各階段中球桿間均方根峰值%差異檢測結果。Figure2 Results of Pectoralis Major Muscle's RMS max%in Different Clubs at Each Phase

左右側腹外斜肌和豎脊肌檢測結果顯示；腹外斜肌左側7號鐵與1號木在第4、5階段具有顯著差異（P＜0.05），右側1號木與挖起桿在5階段具有顯著差異（P＜0.05）；豎脊肌右側7號鐵與1號木在第3、4階段具有顯著差異（P＜0.05），7號鐵與挖起桿在第4階段具有差異顯著（P＜0.05）（見圖3）。

圖3 腹外斜肌、豎脊肌在各階段球桿間均方根峰值%差異檢測結果。Figure3 Results of ExternalOblique Abdomen Muscle's and Erector Spinae Muscle's RMS max%in Different Clubs at Each Phase

左右側臀大肌和半腱肌檢測結果顯示：臀大肌左側7號鐵與1號木第5階段具有顯著差異（P＜0.05），7號鐵與挖起桿第2階段具有顯著差異（P＜0.05），1號木與挖起桿第2、4階段具有顯著差異（P＜0.05）；右側7號鐵與1號木第3階段具有顯著差異（P＜0.05），7號鐵與挖起桿第1、4階段具有顯著差異（P＜0.05），1號木與挖起桿第2、3、4階段具有顯著差異（P＜0.05）。半腱肌左側7號鐵與1號木第4階段具有顯著差異（P＜0.05），1號木與挖起桿第4、5階段具有顯著差異（P＜0.05）；右側7號鐵與1號木第4、5階段具有顯著差異（P＜0.05），1號木與挖起桿第5階段具有顯著差異（P＜0.05）（見圖4）。

圖4 臀大肌和半腱肌在各階段球桿間均方根峰值%差異檢測結果。Figure4 Results of Gluteus Maximus and Semitendinosus Muscle's RMS max%in Different Clubs at Each Phase

左右側股直肌和股外側肌檢測結果顯示：股直肌左側7號鐵與1號木第5階段具有顯著差異（P＜0.05），7號鐵與挖起桿第4階段具有顯著差異（P＜0.05），1號木與挖起桿第2、3、4、5階段具有顯著差異（P＜0.05）；右側1號木與挖起桿第4階段具有顯著差異（P＜0.05）。股外側肌左側7號鐵與1號木第4、5階段具有顯著差異（P＜0.05），7號鐵與挖起桿第4、5階段具有顯著差異（P＜0.05），1號木與挖起桿第2、3階段具有顯著差異（P＜0.05）；右側7號鐵與1號木第3、5階段具有顯著差異（P＜0.05），1號木與挖起桿第3、4、5階段具有顯著差異（P＜0.05）（見圖5）。

圖5 股直肌和股外側肌在各階段球桿間均方根峰值%差異檢測結果。Figure5 Results of Rectus and LateralFemoralMuscle's and Erector Spinae Muscle's RMS max%in Different Clubs at Each Phase

3 討論與分析

不同高爾夫桿進行揮桿時，軀干及其周圍肌肉激活模式具有相似性。向前揮桿、加速擊球、早期隨揮階段肌肉激活程度較高，且球桿間的差異具有顯著性。但是，在向后揮桿、后期隨揮階段肌肉激活程度較低，并且球桿間的差異不具有顯著性。肌肉激活順序并非完全由下至上依次激活。

在揮桿過程中，軀干肌肉在維持軀干穩(wěn)定性和使軀干旋轉起到重要作用，與此同時該區(qū)域也容易受傷[15]。在向前揮桿過程中，左胸大肌激活程度更高，可能是一定程度上動能轉移的結果。激活程度更高的左前臂活動可能是高爾夫桿頭部分的離心運動轉移到雙手周圍活動的結果。胸部最大速度與左前臂下擺時的平均肌電活動有關[16]。與本研究結果相反的是，G.G.SORBIE等[11]對棘肌、最長肌和髂肋肌的研究中和S.LUIS等[17]對豎脊肌、腹外斜肌的研究中沒有發(fā)現(xiàn)軀干肌電信號的差異性，這可能是由于揮桿擊球目標距離和球桿不同導致結果不同。豎脊肌右側與腹外斜肌是高爾夫揮桿動作中扭轉幅度較大的肌肉，在開始揮桿至揮桿結束豎脊肌肌肉激活程度以及肌肉活動幅度都較高。雖然腹外斜肌肌電信號較小，但是該區(qū)域轉動動作較大。

在高爾夫向前揮桿過程中，右側臀大肌近似最大激活水平（手動肌肉測試的100%）[18]，其作為核心肌肉在前揮桿中具有重要作用[19]。當揮桿進入加速度時，下肢導聯(lián)肌肉有較強的激活，核心髖伸肌右側半腱肌和臀大肌幫助右側髖部伸展，左側股直肌、股外側肌幫助膝蓋伸直，這種肌肉活動有助于運動穩(wěn)定。高爾夫球手將重量轉移到左腿時產(chǎn)生較高垂直方向上的力，從而促進骨盆和上身朝向目標的旋轉，此時右側臀大肌激活程度較高。右側股直肌在向前揮桿至早期隨揮階段表現(xiàn)出較大的激活水平，隨后身體減速，肌肉活動水平降低。

研究發(fā)現(xiàn)，除右側臀大肌外，其余測試肌肉在向后揮桿階段3種球桿的差異不具有顯著性。有研究表明，高爾夫球桿長度不同會引起桿頭速度差異[10]。本研究顯示，1號木激活程度最高，挖起桿激活程度最低，說明球桿長度影響高爾夫球員揮桿時的肌肉激活程度。右側臀大肌在向后揮桿階段未出現(xiàn)肌電信號的顯著性差異，可能是由于從底部開始到向后揮桿的頂部為蓄力過程，此階段右側臀大肌非主要用力肌肉，與各肌肉激活程度相比其他階段較低，并且與向前揮桿相比向后揮桿速度較慢。因此，雖然3桿長度、重量等不同，但是肌肉激活程度相對較低，差異不具有顯著性。

研究結果有利于教練和臨床醫(yī)生更好地理解與各種高爾夫球桿相關的相對軀干及其周圍肌肉的貢獻。使用較長球桿會增加肌肉的活躍程度，特別是在向前揮桿、加速擊球、早期隨揮階段，這將有助于制定專門針對軀干及其周圍肌肉的干預方案，以提高績效和預防傷害。當能量從下肢肌肉傳遞到骨盆和脊柱時，增加髖關節(jié)動力穩(wěn)定性以及腰盆區(qū)域的適當姿勢和平衡也是至關重要的。因此，應發(fā)展核心肌肉產(chǎn)生和維持力量的能力，特別強調(diào)其力量、耐力和控制能力。軀干及其周圍，特別是臀部、腿部的肌肉，在骨盆的穩(wěn)定中可能起著非常重要的作用[20]。軀干肌肉，下肢和盆腔不穩(wěn)定可能使高爾夫球手更容易出現(xiàn)下腰痛[15，21]。

4 結 論

（1）不同階段相同球桿各肌肉激活程度：向前揮桿、加速擊球、早期隨揮階段激活程度較高，具體表現(xiàn)在左側胸大肌和半腱肌，右側豎脊肌、臀大肌和股直??；向后揮桿和后期隨揮階段平均肌肉激活程度較低。（2）各球桿（7鐵桿、1號木和挖起桿）之間除左側豎脊肌外均有顯著差異。（3）球桿長度與肌肉激活水平程正相關，用1號木揮桿時，肌肉激活平均值較高。