投擲運動肩部肌肉群防護裝備效果

李世偉，　謝紅，　宋亞男，　胡小賽，　馬小彪

(上海工程技術大學 服裝學院，上海 201600)

?

投擲運動肩部肌肉群防護裝備效果

李世偉，謝紅*，宋亞男，胡小賽，馬小彪

(上海工程技術大學 服裝學院，上海 201600)

摘 要：以棒球投球運動為例，研究投擲運動過程中人體穿著不同運動裝備，對肩部肌肉群肌肉疲勞的影響。實驗分無防護實驗、局部防護實驗(定向加壓實驗)、整體防護實驗(不定向加壓實驗)，利用肌電采集分析設備，對棒球運動的多個運動周期進行數據采集和分析，以肌電積分值(IEMG)的變化規律來判定肌肉出現疲勞的時間。研究結果表明，整體防護可以逐步緩解肌肉疲勞，局部防護護具有分壓作用，可以緩解肌肉疲勞。

關鍵詞：投擲運動；棒球運動；肌肉疲勞；局部防護；整體防護；肌電積分值

投擲運動包括棒球投球、排球、交叉步擲標槍、羽毛球、推鉛球等運動。投擲運動過程中也會產生損傷，如同其他損傷，在作用于組織的負荷超過其所能承受的范圍時產生。

棒球投球運動是投擲運動的典型代表，是一個損傷率較高的運動[1]。棒球投球運動需要防護，特別是肩部肌肉需要防護。肩周肌肉的的協調收縮活動是保證肩肱關節穩定的一個重要動態穩定機制[2]。肩部肌肉經過一段時間運動之后，其中某一塊肌肉會出現疲勞狀態，此時肌力也會出現不穩定狀態，肩部穩定性也會受到挑戰。當肌肉未恢復原來健康狀態時繼續運動，會使微損傷加劇，出現損傷升級。因此，發現疲勞的時間和如何延長疲勞出現的時間，是解決運動性過度疲勞產生損傷的切入點。當肌肉未出現疲勞或者出現疲勞時就應該進行防護，延遲肌肉出現疲勞的時間。

運動損傷不僅專業運動員會產生，而且業余運動的人，更容易產生。運動過程中，由于很多非專業運動員都沒有經過相應的訓練和掌握運動動作的要領和防護的知識，其運動部位中相應關節、肌肉、韌帶容易受到傷害，特別是不注意由于運動疲勞過度所產生的肌肉傷害。

1實驗準備及內容

本實驗設備為表面肌電采集分析設備，它具有無損傷性、實時性的特點[3-7]。檢測條件易于控制，檢測結果重復性好，信號分析方法多及指標多，與肌肉的活動狀態和功能狀態存在著一定程度的關聯性，因而能反映神經肌肉的活動。在體育科學中的肌肉疲勞判斷、運動技術合理性分析以及在臨床醫學的肌肉神經疾病診斷、在康復醫學領域的肌肉功能評價、假肢控制等方面均有重要實用價值。

積分肌電(IEMG)是指所得肌電信號經整流濾波后單位時間內曲線下面積的總和，即對肌電圖上的肌電變化曲線與時間橫軸之間所包繞面積，單位為mV·s，可以反映肌電信號隨時間進行的強弱變化，從而反映出一段時間內肌肉的肌電活動強弱。肌電積分值與肌力和肌張力之間的關系是：肌肉隨靜力收縮時用表面電極測定的肌電積分值與肌肉強力之間呈正相關；肌電積分值與肌張力呈正相關[3]。

肩袖肌群由岡上肌、岡下肌、小圓肌、肩胛下肌組成。肩袖肌群的運動影響肩關節旋內，旋外和上舉活動，同時這些肌肉將肱骨頭穩定于肩胛盂上，對維持肩關節的穩定和肩關節活動起著極其重要的作用。

本實驗采用的局部防護護具和整體防護護具分別為護肩和高彈性緊身衣。護肩具有雙向調節、減壓設計的特點，雖然運動時，會引起服裝變形產生對身體的力的作用，但相對于雙向調節的特點，這是次要的；緊身衣具有如下特點：靜態時，由于彈性束縛作用，對衣下皮膚和肌肉產生壓力作用；動態時，除了彈性束縛作用之外，還有因為運動動作引起服裝變形產生對身體的力的作用，此時合力的方向和大小都會發生變化。實驗裝備受力如圖1所示。

1.1測量和分析設備

肌電信號采集和分析設備及Matlab、EXCEL軟件。

1.2研究對象

以上海工程技術大學周邊5名業余棒球運動人士為研究對象。受試人員均掌握基本的棒球投球技術，身體健康，無不良嗜好，無運動損傷。

主動肌肉收縮能夠在一定程度上降低運動的疲勞感，并且隨著年齡的增長，疲勞緩解調節達到預期效果的比例在逐漸降低同時主動肌肉收縮的機理特性也在降低[8]。故將受試者男性年齡選擇分別20，24，29，35，40歲。

1.3測量方法

表面肌電采集分析設備的電極由2個記錄電極和1個參考電極組成。安放電極前，需先將受試者安放處皮膚用乙醇擦拭，使皮膚阻抗處于一定的范圍內。將記錄電極沿肌纖需維行走方向平行放置，兩電極靠近；參考電極可置于身體的任何部位，只牢固固定即可。

測量肌肉為肩袖肌群和三角肌。由于肩胛下肌在深層，不容易測，所以只測量岡上肌和斜方肌組、岡下肌、小圓肌、三角肌。

根據實驗條件進行著裝，無防護實驗，要求上身未著裝；局部防護實驗，要求上身肩部帶上護肩，將一部分電極放在護具之內，一部分裸露在外，該實驗為定向加壓實驗；整體防護實驗，要求上身穿上彈性良好的緊身服裝，將測量信號的電極放在衣服之內，此實驗為彈性不定向加壓實驗。實驗著裝如圖2所示。

2實驗數據分析及結果

利用肌電采集分析設備，對棒球運動的多個運動周期進行肌電信號數據采集，分析每次投擲運動周期的數據，數據輸出結果所測肌肉的IEMG值。實驗數據為5個人每次實驗數據的平均值，繪制曲線圖，橫坐標為投擲周期次數，縱坐標為每個周期的IEMG值。棒球投球運動周期是棒球投球運動員從準備到球出手后身體恢復最初姿勢的過程，2次投球過程間隔1 min。

實驗過程中，會出現由于電極貼片滑落的情況，此時數據取前后兩次數據的平均值。本次實驗數據分析出了肌肉的每次實驗周期的肌電積分值(IEMG)。

2.1無防護實驗

第1組實驗為無防護實驗，實驗目的為了尋找測試肌肉經過若干投擲周期后，首先出現疲勞的肌肉。實驗結果如圖3所示。

由圖3～6可知，本次實驗運動周期共為105次。岡上肌和斜方肌組IEMG值在第66次時出現劇烈下降，且在此后的周期中其IEMG值一直保持在0.5 幀/mV上下波動；小圓肌第78次時出現了疲勞狀態。因此，可以認為岡上肌和斜方肌組首先出現疲勞。而岡下肌、三角肌在105次周期內，IEMG值一直未出現較大波動，故不認為這兩塊肌肉出現疲勞狀態。在本次試驗中，岡上肌和斜方肌組最先出現疲勞狀態。

2.2局部防護實驗

第2組實驗為部分防護實驗，依據第1組實驗結果可知,岡上肌和斜方肌組最先出現疲勞狀態，故局部防護實驗和局部防護實驗，只采集岡上肌和斜方肌組的實驗數據。對肩關節進行局部防護，實驗結果如圖7所示。

由圖7可知，本次實驗運動周期共為113次。岡上肌和斜方肌組IEMG值在第95次出現劇烈下降，且在此后的周期中其IEMG值一直保持在0.3 幀/mV上下波動。因此，可以認為岡上肌和斜方肌組出現疲勞。相對于第1組實驗，本組試驗中岡上肌和斜方肌組IEMG值向后延遲29次后出現疲勞，說明本次部分防護實驗中的護具可以起到緩解肌肉疲勞的作用。

2.3整體防護實驗

第3組實驗為整體防護實驗，依據第1組實驗結果，對肩關節進行整體防護，實驗結果如圖8所示。

由圖8可知，本次實驗運動周期共為123次。岡上肌和斜方肌組IEMG值在第69次出現一次劇烈下降，且在此后的周期中其IEMG值一直保持在0.7 幀/mV上下波動；在第97次又出現一次劇烈下降，且在此后的周期中其IEMG值一直保持在0.5 幀/mV上下波動。本次實驗和無防護實驗相比，岡上肌和斜方肌組出現疲勞在幾乎相同的次數下出現第1次IEMG值下降，但是此時IEMG值相對高了0.7 幀/mV；直到第97次又出現了一次波動，其IEMG值與無防護實驗數據相近，都在0.5 幀/mV上下波動。

本組試驗中岡上肌和斜方肌組IEMG值出現了兩次疲勞波動，說明整體防護的護具可以起到逐步緩解肌肉疲勞的作用。

3結語

經過實驗的對比可知，在無防護狀態下，肌肉容易出現疲勞；局部防護和整體防護可以明顯延緩肌肉疲勞；局部防護實驗為定向加壓實驗，其IEMG值小于無防護實驗和整體防護實驗中的IEMG值，說明被防護肌肉肌電活動降低，從側面證明該防護肌肉的肌力減小，護具幫助分擔了一部分肌力；整體防護實驗為不定向加壓實驗，主要為高彈性面料，本組試驗中岡上肌和斜方肌組IEMG值出現了兩次疲勞波動，說明本次整體防護的護具可以起到逐步緩解肌肉疲勞的作用。

經過實驗分析可知，在設計棒球運動防護服時，應該采用彈性面料，同時需要對肌肉重點部位采取分壓措施，分擔肌肉維持肩關節穩定性的肌力。

參考文獻：

[1] 孟麗華.某高校棒球隊運動員運動損傷的調查分析[D].北京:首都體育學院,2015.

[2] 薛慶云,余存泰,孫常太,等.肩肱關節動態穩定機制研究[J].中華骨科雜志,1997,17(11):672- 674.

XUE Qingyun,YU Cuntai,SUN Changtai,et al.A study of the michanism of dynamic stability of glenohumeral joint during scapular plane elevation[J].Chinese Journal of Othopaedics,1997,17(11):672- 674.(in Chinese)

[3] 趙靜茹.網球運動員正手擊球動作過程的肌電分析[D].北京:北京體育大學,2010.

[4] 張雙藝.人體單肩負重行走肌肉表面電信號特性研究[D].天津:天津工業大學,2013.

[5] 趙嵩.男子鐵餅運動員旋轉過程主要用力肌群的表面肌電分析[D].北京:首都體育學院,2012.

[6] 張麗莉.大學生網球運動員發球技術動作的肌電分析[D].吉林:東北師范大學,2013.

[7] 岳建軍.高水平男子競技健美操運動員A組難度動作核心區肌肉用力特征研究[D].上海:華東師范大學,2015.

[8] 張劍杰.主動肌肉收縮對緩解運動疲勞的實驗分析[J].科技通報,2015,31(2):19-21.

ZHANG Jianjie.Experiment analysis of active muscle contraction to relieve sports fatigue[J].Bulletin of Science and Technology,2015,31(2):19-21.(in Chinese)

(責任編輯：楊勇)

Study on the Effect of the Protective Equipment of the Shoulder Muscles of the Throwing Motion

LI Shiwei,XIE Hong*,SONG Yanan,HU Xiaosai,MA Xiaobiao

(Fashion College，Shanghai University of Engineering Science,Shanghai 201600,China)

Abstract：Taking the baseball game as an example, the influence of the different movement equipment on the shoulder muscle group was studied during the course of the throwing movement.The experiment is divided into three small experiments, which are non protection, local protection experiment (directional pressure experiment), comprehensive protection experiment (non directional pressure experiment). The data of the multiple motion periods of the baseball games were collected and analyzed by using the EMG acquisition and analysis equipment. According to the change of the EMG integral (IEMG), the time of muscle fatigue is determined. A conclusion is drawn that through the experimental analysis, it can be known that the comprehensive protection can gradually relieve muscle fatigue; the partial protection has partial pressure effect, which can relieve muscle fatigue too.

Key words:throwing motion，baseball game，muscle fatigue，local protection，comprehensive protection，EMG integral

中圖分類號：TS 941.72

文獻標志碼：A

文章編號：2096-1928(2016)01-0035-04

作者簡介：李世偉(1991—)，男，碩士研究生。*通信作者：謝紅(1960—)，女，教授，碩士生導師。主要研究方向為數字化服裝設計與制造、生物力學運動防護服等。Email：xiehong99618@126.com

基金項目：上海工程技術大學創新項目(E1-0903-15-010081)。

收稿日期：2015-12-09；

修訂日期：2016-01-18。