陜西省競走重點青少年運動員動作技術及肌肉用力特征研究

蔣秋艷，王 敏，張明軍

前言

人體主動運動是肌肉收縮產(chǎn)生作用力的結果，動作技術的形成建立在肌肉用力的基礎上，要進一步了解人體運動，揭示肌肉的力學規(guī)律，必然要對人體肌肉的用力特性及其所表現(xiàn)出的力學特點進行研究[1]。應用肌電研究肌肉在不同狀態(tài)的發(fā)力順序、肌肉的用力大小和肌肉之間的協(xié)調(diào)程度，從基礎理論轉向為運動技術服務的實踐研究，對肌肉力量和肌肉疲勞的診斷有一定的應用價值[2]。本研究運用高速攝像和表面肌電同步技術，獲取不同速度下運動學和肌電學數(shù)據(jù)，探討不同速度與動作技術和肌肉用力之間的關系，為規(guī)范運動員動作技術和教練員科學訓練提供理論依據(jù)，對培養(yǎng)競走青少年精英人才有著重要的實踐價值。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

選取女運動員6名，年齡17.7±0.56歲，身高167.1±4.28厘米，體重51.7±1.28公斤，運動等級均為一級及以上，實驗前1個月內(nèi)沒有明顯的損傷，所有運動員均簽署知情同意書。

1.2 研究方法

1.2.1 測試儀器

SONY高速攝像機1臺，拍攝使用頻率為100幀、三腳架、標尺、皮尺；美國NORAXON無線遙測肌電測試儀，采樣頻率2000Hz，肌電片、酒精、棉簽等。高速攝像和表面肌電儀同步采集數(shù)據(jù)。

1.2.2 實驗流程

確定攝像機架設位置，將高速運動捕捉系統(tǒng)、無線遙測肌電測試儀同步連接；調(diào)整攝像機鏡頭光圈、拍攝頻率、焦距，使實驗對象在拍攝范圍內(nèi)清晰可見，并將信號燈放置拍攝范圍內(nèi)；確定肌電貼放位置為各對所測試的肌肉的肌腹最隆起處并進行清理。測試肌肉包括：三角肌前束、三角肌后束、腹外斜肌、臀大肌、股直肌、脛骨前肌、腓腸肌外側頭、股二頭肌。根據(jù)馬杰[3]等建立的青少年競走運動員速度區(qū)間進行關鍵技術的等級標準，結合運動員以往的比賽速度，本研究通過場地模擬比賽對運動員中速和高速競走狀態(tài)下采集實驗數(shù)據(jù)。

其中 中 速 為4：30-4：40 min/km，高 速 為4：20-4：30 min/km。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

運動學和肌電學數(shù)據(jù)通過處理后，應用SPSS22.0軟件進行數(shù)理統(tǒng)計，結果以平均數(shù)±標準差表示。

2 研究結果與分析

2.1 不同速度下決定運動員完成比賽的技術指標分析

2.1.1 不同速度下影響運動員騰空判罰的指標分析

競走規(guī)則中要求競走過程中不能出現(xiàn)肉眼可見的騰空，通過重心起伏、騰空距離、擺動腿膝角等是判罰運動員是否存在騰空的重要依據(jù)。

研究發(fā)現(xiàn)[4]，在騰空技術判罰方面，我國青少年優(yōu)秀女子運動員頭部垂直起伏距離偏大，容易判罰騰空，需要改進；查思靜等[5]通過對青少年運動員比賽技術解析發(fā)現(xiàn)，重心起伏和騰空時間是裁判員判罰的主要依據(jù)。從表1來看，青少年女子運動員的重心起伏距離比較適中，受到騰空判罰的概率較小。兩種速度下的重心起伏差距較小，中速重心起伏均值略小于高速，運動員們兩種速度下重心起伏保持得較為穩(wěn)定，整體上來看，重心起伏距離隨速度的增加而增加，但備戰(zhàn)十四運會（陜西?。┲攸c青少年女子運動員重心起伏均在模糊范圍內(nèi)，與其他青少年女子和成年優(yōu)秀女子運動員相比重心起伏距離比較適中。

表1 中速和高速時重心起伏距離（cm）

表2 中速和高速騰空距離（cm）

騰空距離是判罰騰空的一個重要指標。青少年女子運動員的騰空距離大部分是偏高的。中速時騰空距離均值在18.1 cm左右，高速時在19.1cm左右，中速時左右騰空距離比較均衡，相差甚小，高速時左騰空距離略大于右騰空距離。高速較中速而言，均有增長且個別隊員高速騰空距離遠遠大于中速騰空距離，極有受判罰的可能。騰空距離即使在模糊界限，也有受判罰的可能性?？偟膩碚f青少年女子運動員在提高運動成績的同時，需要改善騰空距離，保持在判罰界限之內(nèi)，才能達到減少判罰的可能性。

擺動腿膝關節(jié)角度是影響競走運動中擺動效果主要指標之一，通過視頻技術解析能夠從側面清晰地看到運動員肌肉放松的程度。擺動腿膝關節(jié)角在合理范圍內(nèi)時，運動員整體的動作軌跡較為平緩，重心起伏會控制在合理范圍內(nèi)。吳童研究發(fā)現(xiàn)[6]，世界頂尖競走運動員比賽中的擺動腿膝關節(jié)角通常在100°～110°之間。

從表3來看，青少年女子運動員中速和高速時擺動腿膝關節(jié)角度均值在正常范圍內(nèi)，均在100°以上。中速和高速左右擺動腿膝關節(jié)角度均值相差均不大，其中中速左右擺動腿膝關節(jié)角度均值相差1.2°，高速左右擺動腿膝關節(jié)角度相差1.3°，中速時左擺動腿膝關節(jié)角度略大于右擺動腿膝關節(jié)角度，高速時右擺動腿膝關節(jié)角度略大于左擺動腿膝關節(jié)角度。中速時所有運動員左右擺動腿膝關節(jié)角度均大于100°，不存在后撩過高現(xiàn)象；高速時個別運動員便出現(xiàn)了擺動腿角度小于100°的現(xiàn)象，100°以下容易受到騰空判罰，即在以后的訓練中應重視后撩過高的問題，針對后撩過高進行提高髖關節(jié)靈活性、加強后蹬技術的練習。

表3 中速和高速時擺動腿膝關節(jié)角度（°）

2.1.2 不同速度下影響運動員屈腿判罰的指標分析

競走比賽規(guī)則規(guī)定競走過程中支撐腿必須是垂直支撐狀態(tài)[7]，良好的支撐狀況有利于動作技術的向前性。

在競走比賽中，著地腳也是裁判員判罰技術犯規(guī)的依據(jù)之一。合理著地角度能提高競走運動員技術的規(guī)范性，還能夠規(guī)避在比賽中犯規(guī)[8]。著地角度過小，影響運動員的競走技術動作，可能造成屈膝犯規(guī)，還易造成不必要的損傷。

從表4來看，青少年女子運動員整體著地角度較小，中速時著地角均值略大于高速，中速和高速時左著地角均大于右著地角。中速時部分運動員著地角都比較適中，在25°左右。高速時，大部分運動員著地角略偏小，且左右著地角不均衡。從前人的研究得知，世界優(yōu)秀運動員的著地角在25°是最為合適的。著地腳過小，整個腳尖抬不起來，會有些拍地的現(xiàn)象，容易判罰屈腿，也會影響競走技術的經(jīng)濟性和實效性，其原因主要是由于脛骨前肌和大腿肌群力量差，技術動作不規(guī)范等造成。日常技術訓練要加強勾腳尖、向前踢腳跟等技術動作練習。

表4 中速和高速時著地角（°）

從表5來看，青少年女子運動員著地瞬間膝關節(jié)角度都在合理范圍內(nèi)。著地瞬間膝關節(jié)角度小于175°時便出現(xiàn)肉眼可見的屈腿，在中速和高速時重點青少年女子運動員著地瞬間膝關節(jié)角度均在175°以上。中速時，左右膝關節(jié)角度均值都是178°左右，左右膝關節(jié)角度非常均衡，不存在屈腿現(xiàn)象。高速著地瞬間膝關節(jié)角度和中速相比稍小一些，且高速左膝關節(jié)角度均值略大于右膝關節(jié)角度，左膝角均值177.23°，右膝角均值176.15°。運動員在中速時左右膝關節(jié)角度較為接近，高速時左右膝關節(jié)角度雖有一些差異，但相差較小。表明運動員在中速和高速時著地瞬間膝關節(jié)技術較為成熟穩(wěn)定，速度的變化對她們影響較小。

表5 中速和高速時著地瞬間膝關節(jié)角度（°）

從數(shù)據(jù)來看，大部分運動員著地瞬間膝關節(jié)角度處于合理范圍之內(nèi)，但還是有個別運動員有待提高，在日后還是要加強此方面的訓練。在比賽中，運動員的膝關節(jié)是否伸直，是裁判判罰犯規(guī)的重要依據(jù)。

2.1.3 不同速度下決定運動員成績的技術指標分析

表6 中速和高速單步步長（m）

步長是決定運動員成績的重要因素[9]。中速時青少年女子運動員步長大多在1米1以下，均值為1.08米和1.07米，左單步稍長于右單步，中速時髖關節(jié)沒打開步幅不夠，再加上速度稍慢，所以導致步長稍偏小，個別隊員左右步長不均衡，其原因與左右腿部力量、關節(jié)靈活性等有關。高速時步長就有所提高，均值在1米1左右，受速度的影響高速時步長均有所增加。世界優(yōu)秀女子青少年競走運動員的步長1.15m左右，但是，目前我國部分重點青少年運動員高速走時仍存在技術左右步長不均衡的問題[10，11]。針對左右單步不均衡問題，建議在訓練中要加強送髖技術練習，一方面加強髖關節(jié)的靈活性，另一方面加強髖、膝、相應關節(jié)力量的專門練習，要結合競走技術特點和人體解剖結構特點注重關節(jié)間肌肉力量分配，避免左右肌力不均衡，來不斷提高競走技術的規(guī)范性和實用性。

后蹬距離是決定步長的一個重要因素，也是決定運動成績的一個重要因素。后蹬是競走比賽中主要動力來源，后蹬時地面的反作用力是比賽速度增加的根本因素，所以要將地面反作用力轉換為對身體向前的推動力，合理增大后蹬距離，提高競走比賽速度[12]。從表7來看，中速時左、右后蹬距離基本接近，高速時后蹬距離均值略高于中速，運動員左后蹬距離略小于右后蹬距離；中速和高速時部分運動員的后蹬不充分。這主要與左右腿部肌肉力量、足部力量不均衡等有關。因此，在以后的訓練中需加強左右腿力量的均衡性練習，針對后蹬不足建議在競走練習中一方面優(yōu)化髖部始動運動技術節(jié)奏，加強后擺階段“髖部放得松”技術，形成自由鐘擺運動，加快重心的跟進速度，減小大腿后部肌肉群緊張造成的阻力，避免下肢的過早用力，另一方面加強脛骨前肌的力量和踝關節(jié)柔韌性。

表7 中速和高速后蹬距離（cm）

前擺距離是決定步長的一個重要因素，也是決定成績的一個重要因素[7]。前擺距離的增加對步長的增大有一定作用。因此，運動員在前擺過程中，要加強送款，髖關節(jié)越放松，前擺距離越大，有利于步長的增加，對運動員技術的規(guī)范性和經(jīng)濟性具有積極的影響，也符合當前競走技術規(guī)則的要求。從表8來看，青少年女子運動員前擺距離中速低于高速，左右前擺距離稍有差距，兩種速度下均為左前擺距離大于右前擺距離，均值相差1 cm左右，可能與左右下肢力量不均衡有關。

表8 中速和高速前擺距離（cm）

兩大腿夾角從側面的反映運動員髖關節(jié)的靈活程度[13]，在競走運動中起著尤為重要的作用，眾所周知競走運動是一項以髖為軸的周期性運動，而衡量髖是否靈活、運用得是否合理有效的標準即是看兩大腿夾角，在日常訓練中要積極進行送髖動作技術練習，讓髖關節(jié)更加放松、靈活。從表9來看，運動員兩大腿夾角都較為適中。中速時左右兩大腿夾角相差不大，左大腿夾角比右大腿夾角小1°左右；高速時左右兩大腿夾角相差稍大一些，右大腿夾角比左大腿夾角大2°左右，兩種速度情況下表明右髖比左髖更為靈活。兩大腿夾角小，說明髖部還不夠靈活，沉髖技術有待提高。在平時的訓練中應加強臀大肌、脛骨前肌、腹外斜肌和三角肌力量練習，為運動員創(chuàng)造強有力的肌肉力量，從而支撐技術動作的有效發(fā)揮。

表9 中速和高速兩大腿夾角（°）

2.2 不同速度下運動員肌電學指標分析

2.2.1 運動員不同速度下均方根振幅分析

均方根振幅（RMS）[14]是放電有效值，其大小決定于肌電幅值的變化，一般認為與運動單位募集和興奮節(jié)律有關。其計算公式為：

其中，N為采樣點個數(shù)；Xi為每一點的肌電數(shù)據(jù)（幅值）；單位為微伏（μV）。

表10 中速RMS（μV）

表11 高速RMS（μV）

青少年女子運動員中速和高速都是臀大肌、腹外斜肌、脛骨前肌和三角肌后束RMS激活程度較高，臀大肌、腹外斜肌、三角肌后束以及脛骨前肌在競走過程中發(fā)揮著主要的作用。中速時臀大肌激活程度最高，臀大肌在競走過程中激活程度競走運動員髖部靈活性起著至關重要的作用，而臀大肌具有“伸髖”的功能，因此在平時訓練中可以加強競走運動員的臀大肌來加強髖部力量。高速時三角肌后束激活程度最高，競走過程中擺臂不容小覷，上肢擺動技術可以協(xié)調(diào)下肢擺動形成協(xié)調(diào)的運動節(jié)奏，在平時訓練中應重視隊員的擺臂技術。脛骨前肌在競走過程中支撐后蹬和擺動，所以脛骨前肌激活程度也比較高。腹外斜肌支撐著核心的穩(wěn)定，在整個過程中必不可少。中速和高速所測肌群激活程度的順序雖然有些差異，但是都是這幾塊肌肉激活程度較高。上半身的腹外斜肌和三角肌后束被激活得較高，下半身的臀大肌和脛骨前肌被激活得較高。

2.2.2 運動員不同速度下積分肌電值分析

積分肌電值（IEMG）反映一定時間內(nèi)肌肉中參與運動的運動單位放電總量，其值的大小在一定程度上反映參加工作的運動單位數(shù)量多少和每個運動單位的放電大小，是評價肌纖維參與多少的重要指標，也是評價肌肉貢獻率的指標[15]。其計算公式為：

其中，N1為積分起點；N2為肌電終點；X（t）為肌電曲線函數(shù)值；dt為采樣的時間間隔，單位為微伏·秒（μV·s）。

表12 中速IEMG（μV·s）

表13 高速IEMG（μV·s）

運動員在競走過程中臀大肌的參與是最多的，中速均值為111.32μV·s，高速均值為170.35μV·s，所測肌群高速IEMG均值均大于中速，中速時肌肉參與由高到低順序為：臀大肌—腹外斜肌肌—三角肌后束—脛骨前肌—股二頭肌—股直肌—三角肌前束—腓腸肌，高速時肌肉積分肌電值由高到低順序為：臀大肌—三角肌后束—腹外斜肌—脛骨前肌—股二頭肌—股直肌—腓腸肌—三角肌前束。中速和高速所測肌群參與程度不一致，但總體趨勢走向是差不多的，都是臀大肌、腹外斜肌、脛骨前肌和三角肌后束參與多，股直肌、股二頭肌、腓腸肌和三角肌前束參與少。

3 結論

1.中速和高速時運動員重心起伏較小，高速略高于中速；兩種速度下騰空距離偏大，高速騰空距離明顯高于中速。兩種速度下，著地角、著地膝角、擺動腿膝角較為適中；高速時的步長、后蹬距離明顯大于中速；中速和高速的前擺距離、后蹬角、兩大腿夾角相差較小。

2.中速和高速時均為臀大肌、腹外斜肌、三角肌后束和脛骨前肌被激活的程度較高；中速和高速時臀大肌、三角肌后束、腹外斜肌和脛骨前肌在競走過程中參與較多。