短距離速滑彎道滑跑與彎道牽引腿部肌電特征的比較

2014-08-20 19:11:52李芙蓉陳月亮吳新炎

體育學刊 2014年3期

李芙蓉+陳月亮+吳新炎

彎道技術是短距離速滑項目的重要技術，合理利用彎道加速能節省體能，是獲得更好運動成績的關鍵。黃達武等[1]在研究于靜500 m速度滑冰全程速度節奏特征時發現，運動員降低入第1彎道速度，節省體能，合理利用彎道加速，第2直道上不過分加速，入第2彎道后快速蹬冰再次加速會獲得更好成績，彎道加速不理想對競賽成績有顯著性影響。彎道牽引訓練利用繩索牽引制造類似彎道時身體向心傾角，在陸上模擬彎道滑跑技術，是目前各國運動員廣泛采用的陸上彎道技術練習方法。采集我國優秀短距離速滑選手彎道牽引和實地彎道滑跑單步周期肌電數據，分析兩者動作結構、肌肉協調模式和肌肉電活動時間、強度的異同，可以對我國速滑訓練實踐中彎道牽引訓練方法的可行性進行判斷，可以為訓練實踐提供理論依據。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

本研究以中國女子速度滑冰隊重點隊員張虹、于靜、王北星和金佩玉4名運動員為實驗對象。實驗前就測試目的、實驗方法和步驟對運動員進行說明，確保運動員明確實驗意圖、實驗方法和注意事項。實驗前24 h運動員無劇烈運動，無傷病。

1.2 研究方法

1）實驗法。

（1）實驗器材：TM-6710CL高速攝像機1臺、芬蘭MEGA電子有限公司生產的ME6000-T16肌電測試系統1套，攝像、肌電測試同步裝置1套。

（2）實驗方法：實驗按測試項目分為陸上彎道牽引測試和冰上彎道滑跑測試。陸上采用攝像和肌電同步測試連續5次彎道牽引動作；冰上采用攝像和肌電同步測試標準賽道500 m全程滑跑動作，選取其中連續5次彎道滑跑動作。經預實驗后選取脛骨前肌、腓腸肌外側頭、股四頭肌內側頭、股四頭肌外側頭、股四頭肌直肌、股二頭肌、半腱肌和臀大肌8塊肌肉，選用Ag-AgCl電極，每個記錄部位的兩電極相距2 cm，采集頻率為1 000 Hz，電極放置如圖1。放置電極時先用砂紙打磨肌腹去角質，再用醫用藥棉沾脫脂酒精清潔皮膚，然后貼放電極，用彈性帶固定電極，注意松緊適宜，既要保證運動時電極不脫落，又不能影響技術動作的完成效果。

（3）實驗控制：嚴格控制彎道滑跑和彎道牽引實驗前準備活動內容，做到采樣前負荷一致，要求運動員在實驗時竭盡全力。彎道滑跑采集第1個彎道第2～6復步連續5個動作周期；彎道牽引時先進行第1直道模擬練習后立刻進行實驗，確保兩者實驗前肌肉疲勞度保持一致，采集2～6連續5個動作周期。通過實驗前和實驗過程中素材選擇的控制，確保實驗肌電參數不受肌肉疲勞程度的影響。

（4）數據處理：由于肌電信號的不穩定性[2-4]，為了保證數據的代表性和可靠性，數據采用彎道滑跑與彎道牽引連續5次肌電數據平均值，彎道滑跑與彎道牽引連續5次表面肌電圖先進行全波整流處理，截取彎道滑跑與彎道牽引連續5次RMS（均方根）時域轉換肌電圖，然后對連續5次RMS肌電圖進行疊加平均處理，最終得出彎道滑跑與彎道牽引平均肌電圖，疊加平均處理的數據經過格式轉換后再進行相關參數的計算與處理。

2）數理統計。

肌肉貢獻率也稱肌肉做功百分比，是指一塊肌肉在完成某一動作時積分肌電值與所測參與完成該動作所有肌肉積分肌電總和的百分比值，ME6000-T16肌電測試系統自帶軟件會自動給出所測每塊肌肉的做功百分比值。所測各肌肉做功百分比值的大小一定程度上反映了所測各肌肉在完成動作時發揮作用的大小。彎道滑跑與彎道牽引連續5次動作周期腿部8塊肌肉肌電數據，包括時間、肌電峰值和IEMG（積分肌電值）等數據輸入SPSS17.0，進行配對T檢驗（雙側）得出P值等相關參數。P<0.05表示差異顯著性，P<0.01表示差異非常顯著性。

3）單步周期動作時相劃分。

速度滑冰單步動作周期起止點定義為從發力腳離地起到下一動作發力腳離地止[5-6]。實驗設置起始兩個同步點，通過單步周期膝關節運動特征劃分動作時相并找出各階段同步點。根據速度滑冰足底壓力單步周期模型[6]，把速度滑冰單步周期劃分為收腿、落腿、承接重心、支撐重心、蹬冰和后蹬冰6個階段。本研究根據單步周期發力腳時空特征劃分為擺動期、蹬冰期2個時期。擺動期發力腳處于騰空狀態，包括收腿、落腿階段，蹬冰期發力腳處于觸冰狀態，包括重心轉移（承接重心、支撐重心）、蹬冰階段。

2 結果與分析

2.1 單步周期各階段用時比較

彎道滑冰左、右周期用時與彎道牽引左、右周期用時差異都存在顯著性。

彎道滑冰左、右單步周期擺動期用時比例為40%，彎道牽引右單步周期用時比例為46%，左單步周期用時比例為44%，可以看出彎道牽引單步周期擺動期用時比例更高，彎道牽引總用時明顯更長，表明彎道牽引擺動期用時明顯更長；彎道牽引右單步周期蹬冰期占時比例54%，左單步周期蹬冰期占時比例為56%，彎道滑冰左、右單步周期占時比例都為60%，可以看出彎道牽引左、右單步周期蹬冰期占時比例都低于彎道滑冰，而彎道牽引單步周期用時要長于彎道滑冰，通過統計分析發現，彎道牽引和彎道滑冰在蹬冰期的用時差異沒有顯著性（P>0.05）。綜上所述，彎道牽引和彎道滑冰兩者單步周期總用時差異有顯著性，但蹬冰期用時差異沒有顯著性。

2.2 單步周期各階段動作時相振幅曲線比較

RMS振幅曲線可以判斷肌肉活動的時程長短、肌電活動的強度以及肌肉的協調模式[7-8]。彎道滑冰與彎道牽引單步周期肌電振幅曲線趨勢相似，在擺動期腿部肌電興奮程度不高，蹬冰期腿部肌肉電活動劇烈，股四頭肌和股后肌群在重心轉移階段和蹬冰階段都呈現“倒U型”振幅曲線特征，振幅呈現雙峰現象。兩者肌電振幅曲線也存在差異，兩者右單步周期比較，在擺動期踝關節肌群都出現電活動，振幅曲線呈現彎道滑冰時間短、波動大，彎道牽引時間長、波動小的特點；兩者膝關節屈肌股后肌群振幅曲線特征相似，但彎道滑冰電興奮程度更高；膝關節伸肌股四頭肌和臀大肌電活動處于靜息狀態。兩者左單步周期比較，在擺動期肌肉電位振幅曲線特征和右腿大致相同，只是彎道滑冰左腿在落腿股內肌和股直肌有明顯振幅曲線，而彎道牽引股四頭肌電活動處于靜息狀態，表明彎道滑冰落腿階段可能主動性更強。彎道滑冰與彎道牽引單步周期肌電振幅蹬冰期比較，踝關節肌群兩者振幅曲線趨勢基本一致，從電活動興奮度來看，彎道滑冰時電活動更明顯，脛骨前肌在重心轉移階段電活動明顯，到蹬冰期減弱，直至滅活，腓腸肌重心轉移階段電活動處于靜息狀態，蹬冰期出現激烈電活動。彎道滑冰和彎道牽引股四頭肌、股后肌群和臀大肌都表現出“雙峰現象”，在蹬冰階段肌肉的振幅峰值出現的時間也一致，表明兩者在蹬冰階段腿膝關節肌群和臀大肌一起爆發用力，主動肌和拮抗肌出現共激活現象。endprint

2.3 肌電峰值比較

動作電位的振幅代表放電的強度，代表神經同步募集運動單位數量。肌電振幅峰值體現了肌肉收縮時的最大放電強度，是肌肉的最大用力點。振幅曲線顯示，彎道滑冰和彎道牽引單步周期所有肌肉放電振幅峰值都出現在蹬冰期，且動作時相基本一致。脛骨前肌峰值都出現在重心轉移階段，原因可能是短距離速滑項目為減小風阻，滑行時普遍低重心，在重心轉移階段為維持踝關節穩定，要求脛骨前肌劇烈放電；腓腸肌峰值都出現在蹬冰階段，因為蹬冰階段屬于爆發用力，此時踝關節拓屈。股四頭肌、股后肌群和臀大肌在重心轉移和蹬冰階段出現幅值相當的振幅峰值。

彎道滑跑和彎道牽引右單步周期脛骨前肌、半腱肌和臀大肌峰值差異具有顯著性，腓腸肌和股二頭肌差異具有非常顯著性，股四頭肌差異不具顯著性，表明兩者右單步周期踝關節肌群、股后肌群和臀大肌振幅峰值差異明顯；左單步周期腓腸肌差異具有顯著性，脛骨前肌差異具有非常顯著性，股四頭肌、股后肌群和臀大肌差異沒有顯著性，表明兩者踝關節肌群差異明顯。

2.4 IEMG比較

IEMG反映一定時間內肌肉中參與活動的運動單位的放電總量，用于分析肌肉在單位時間內的收縮特性[9]。單步周期中，擺動期發力腿處于騰空且動作速度慢，從振幅曲線來看腿部肌肉放電也很微弱，股四頭肌、臀大肌電活動處于靜息狀態，可忽略不計，因此蹬冰期股四頭肌IEMG基本可代表整個單步周期IEMG。彎道滑跑發力腳是冰刀支撐，支撐面比彎道牽引時小，遠端固定時踝關節穩定和拓屈更困難，，彎道滑冰時踝關節肌群IEMG明顯大于彎道牽引（右腿脛骨前肌差異具有顯著性，其余都差異具有非常顯著性）。左單步周期股四頭肌、股后肌群和臀大肌差異不具顯著性；右主動肌股四頭肌差異不具顯著性，拮抗劑股后肌群差異具有非常顯著性。

肌肉貢獻率用于描述肌肉在完成動作過程中的重要性，多數文獻中取IEMG排名前4的肌肉做為完成動作的主要用力肌肉。彎道滑冰右腿主要用力肌肉依次是股內肌、脛骨前肌、股外肌和半腱肌，說明踝關節肌群、股四頭肌和股后肌群在彎道滑冰動作完成過程中起主要作用；彎道牽引右腿主要用力肌肉依次是股內肌、脛骨前肌、股外肌和股直肌，說明踝關節肌群和股四頭肌在彎道牽引動作完成過程中起主要作用。綜上所述，股后肌群在彎道滑冰右單步周期中作用更重要，原因是彎道牽引股后肌群共激活程度低于彎道滑冰，電活動不夠劇烈。從表4還可以看出，彎道滑冰左腿主要用力肌肉依次是股內肌、脛骨前肌、腓腸肌和股外肌，說明踝關節肌群和股四頭肌在彎道滑冰動作完成過程中起主要作用；彎道牽引左腿主要用力肌肉依次是股內肌、股外肌、半腱肌和股二頭肌，說明股四頭肌和股后肌群在彎道牽引動作完成過程中起主要作用。表明踝關節肌群在彎道滑冰左單步周期中作用更重要，股后肌群在彎道牽引左單步周期中作用更重要，原因是彎道滑冰維持踝關節穩定和拓屈更困難，放電更劇烈。

3 討論

研究結果顯示，脛骨前肌在彎道滑冰左、右單步周期動作過程中都是主要做功肌肉之一，在擺動期，理論上踝關節肌群應該放松，電活動處于靜息狀態，緩解蹬冰期劇烈放電導致的疲勞[10]。但研究結果顯示，脛骨前肌在彎道滑冰和彎道牽引單步周期擺動期內有明顯電位活動，而且彎道滑冰放電強度高于彎道牽引，有關研究認為，脛骨前肌在擺動期的放電主要原因可能是為了控制冰刀姿態，踝關節有背屈腳，腿與冰刀結合技術不佳也可能是原因，而彎道牽引單步周期擺動期也有放電可能，是由于運動員彎道技術慣性造成[11]。彎道滑冰是以冰刀作為器械的有器械運動，彎道牽引是無器械運動，彎道滑冰冰刀支撐面更小，同時還增加了足底高度，因此在蹬冰期維持踝關節穩定性和拓屈發力難度更高。張立等[12]在研究不同形式肌肉收縮時的肌電特征時發現，相同時間內肌肉收縮形式不同，振幅峰值存在顯著性差異，肌肉收縮越快，峰值越高。楊靜宜等[13]的研究證明了同一動作模式下不同速度運動形式，肌肉IEMG不存在顯著性差異。研究結果顯示，彎道滑冰踝關節肌群振幅峰值和IEMG都明顯大于彎道牽引，表明因為器械的不同，彎道滑冰和彎道牽引在整個單步周期，踝關節肌肉收縮形式和動作模式不一致。

研究結果顯示，彎道滑冰和彎道牽引左、右單步周期蹬冰期主動肌股四頭肌振幅峰值和IEMG差異沒有顯著性，兩者蹬冰期用時差異沒有顯著性，振幅曲線也基本一致，都呈雙峰曲線，表明兩者主動收縮形式和收縮速度基本一致。兩者右單步周期膝關節運動拮抗肌股后肌群振幅峰值和IEMG呈顯著性差異，彎道牽引共激活程度低，表明兩者右腿膝關節運動時肌肉間的協調模式不一致；兩者左單步周期膝關節運動拮抗肌股后肌群振幅峰值和IEMG差異無顯著性，表明兩者左腿膝關節運動時肌肉間的協調模式一致。

短距離速度滑冰項目成績主要取決于蹬伸肌群快速做功的能力[14]，動作時間的長短取決于大腦皮層快速同步募集運動單位的強度和肌肉中快肌纖維百分比組成[15]。大量研究發現力量訓練不同，引起肌纖維選擇性肥大種類也不同。而某一特定肌肉運動方式可促使運動單位募集這一神經——肌肉生理過程產生適應性的變化[12]。研究結果顯示，彎道牽引單步周期蹬冰期用時與彎道滑冰差異沒有顯著性，兩者蹬伸肌群股四頭肌動作模式一致，因此彎道牽引練習在神經——肌肉動員過程與實際彎道滑冰一致，彎道牽引練習在保持運動員技術感知、體會動作細節上有很好的作用。

通過對彎道滑跑和彎道牽引兩者單步周期時間、肌電參數對比分析，以及兩者振幅曲線比較。發現：因為兩者使用器械的不同，單步周期踝關節肌肉收縮形式和動作模式不一致；兩者單步周期蹬冰期主動肌股四頭肌收縮形式和動作模式一致，右腿膝關節運動時肌肉間的協調模式不一致，左腿膝關節運動時肌肉間的協調模式一致；彎道牽引練習時，通過加大牽引力量，能促使肌肉更高運動單位募集水平，長期練習可以形成適應性，進而提高彎道滑冰加速能力。

參考文獻：

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