朱昆

（五邑大學 體育部，廣東 江門 529020）

表面肌電在評價運動技術(shù)方面的研究進展

朱昆

（五邑大學 體育部，廣東 江門 529020）

簡要總結(jié)了表面肌電技術(shù)評價運動技術(shù)的主要研究方法及進展，并對這項技術(shù)在評價運動技術(shù)方面的前景進行展望. 結(jié)果表明，表面肌電技術(shù)因其評價手段的先進性、評價結(jié)果的準確性以及安全無創(chuàng)的操作性等諸多優(yōu)勢，必將成為監(jiān)控運動技術(shù)訓練的重要手段，在運動訓練的實踐中有著廣泛的應(yīng)用前景.

表面肌電；運動技術(shù)；評價方法

表面肌電信號（surface electromyographlc signal，sEMG）是從皮膚表面通過電極引導(dǎo)、放大、顯示及記錄的神經(jīng)肌肉系統(tǒng)在活動時的生物電信號. 由于該信號與肌肉的功能狀態(tài)和活動狀態(tài)之間存在著不同程度的關(guān)聯(lián)，能夠在一定程度上反映神經(jīng)肌肉的活動，因此它在肌肉疲勞評定、運動技術(shù)合理性分析、運動生物力學分析、運動選材、肌纖維類型、運動訓練監(jiān)控與評價、運動創(chuàng)傷康復(fù)及運動心理學等領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景和重要的實用價值[1]. 多年來，對sEMG信號的分析主要包括時域和頻域分析[2]，其中，時域分析研究sEMG信號的振幅及積分肌電值，頻域分析的信號是基于Fourier變換的肌電功率譜和頻譜等譜圖. sEMG評價運動技術(shù)主要采用時域和頻域指標，采用時域指標，既可以準確分析某個動作中參與活動肌肉的EMG曲線的峰值時值和振幅，又可以評定參與活動的肌肉被激活的先后順序以及肌肉發(fā)力、停止活動的先后順序，還可以定量分析完成該運動時做功肌肉的做功貢獻率等. 在運動訓練實踐中，表面肌電技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的運用，它對評價運動技術(shù)的合理性、指導(dǎo)各運動項目的技術(shù)訓練有著非常重要的意義.

1 sEMG在評價運動技術(shù)方面的應(yīng)用

目前，應(yīng)用表面肌電技術(shù)評價運動技術(shù)合理性在不同項群的運動項目中呈現(xiàn)出不同的特點.

1.1 體能主導(dǎo)類運動項目

體能主導(dǎo)類運動項目對體能要求高，有些項目已不斷接近人類自身的運動極限，因此運動成績的提高變得越來越難. 但是，通過對運動技術(shù)的不斷改進優(yōu)化可以有效提高運動成績，目前，表面肌電技術(shù)已廣泛應(yīng)用于評價以速度和耐力為主的自行車、賽艇等項目.

1.1.1 自行車運動

袁鵬[3]在研究我國優(yōu)秀男子場地自行車運動員在恒定阻力負荷下、不同蹬踏頻率騎行時，主要做功肌肉肌電變化特征時發(fā)現(xiàn)：高頻率踏蹬時，股直肌活動明顯提前至上提末段，股外側(cè)肌和腓腸肌的活動區(qū)域增大，脛骨前肌表現(xiàn)出雙峰放電模式，這種放電模式在協(xié)調(diào)腓腸肌傳遞能量、防止股內(nèi)側(cè)肌功能加強引起膝關(guān)節(jié)過伸等方面發(fā)揮了重要作用. 該結(jié)果為專項不同的自行車運動員在訓練中采取不同比例的蹬踏頻率進行訓練提供了理論依據(jù). 結(jié)合運動學錄像解析方法，孫科[4]研究不同座高下運動員下肢肌肉的工作狀態(tài)和動作技術(shù)時發(fā)現(xiàn)：股外側(cè)肌、股二頭肌和腓腸肌是進行踏蹬動作的主要用力肌肉；主要伸肌的放電起始點隨座高的增加而延后，結(jié)果是肌肉的放電范圍更接近蹬伸區(qū)域，提高了踏蹬效率. 該結(jié)論有利于運動員根據(jù)實際情況選擇合適的座高進行騎行以提高專項運動成績. S.Dorel[5]研究不同騎行姿勢下肢肌肉工作狀態(tài)時發(fā)現(xiàn)：在通氣閾強度騎行時，采用流體力學姿勢，臀大肌和股內(nèi)側(cè)肌的放電量比采用直立姿勢時顯著增強，但股直肌的放電量顯著下降，與此同時，臀大肌、股內(nèi)側(cè)肌、股外側(cè)肌的激活時間顯著延后；當通氣閾強度增加20%后，股直肌的激活時間顯著延后. 該結(jié)論為運動員選擇合理的騎行姿勢、制定科學合理的訓練強度提供了科學依據(jù).

1.1.2 賽艇運動

J.M.John Wilson[6]在研究用測功儀測試賽艇運動員下肢肌肉作用時發(fā)現(xiàn)：在一個完整的拉槳動作周期中的不同階段，不同的肌肉其募集方式是不同的，如拉槳時，股外側(cè)肌、股直肌、臀大肌、股二頭肌、腓腸肌存在共激活現(xiàn)象. Lars Janshen[7]對單槳運動員的拉槳動作測試也發(fā)現(xiàn)：在拉槳階段，運動員內(nèi)側(cè)腿膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)處肌肉的激活強度比外側(cè)腿高20%～45%. 二者的研究為專項力量訓練指明了方向. 李圓圓[8]結(jié)合運動學錄像解析的方法對賽艇運動員在賽艇測功儀拉槳技術(shù)動作的研究中發(fā)現(xiàn)：上肢肌肉和腰背肌肉在測功儀拉槳中的做功貢獻率高. 唐橋[9]分析賽艇運動員在水上2km和陸上測功儀2km劃槳動作技術(shù)的肌電特征發(fā)現(xiàn)：在兩種劃槳條件下，運動員肌肉的用力特征存在明顯差異——陸上拉槳中，上肢和背部肌肉的動用程度較高，下肢肌肉是主要用力肌肉；水上拉槳中，主要做功肌肉的激活時間和峰值時值比陸上的明顯前移，各主要做功肌肉的激活時間間隔和峰值時值間隔均減小. 李小生[10]研究了賽艇運動員水上2km測試中不同階段主要用力肌肉的肌電特征，證實了下肢肌肉是主要做功肌肉，并根據(jù)頻域分析指出主要做功肌肉更容易疲勞.

1.1.3 速滑、跳躍運動

在其他體能主導(dǎo)類運動項目中，吳新炎[11]通過肌電遙測與高速攝像同步測試對速滑運動員在實地滑冰和陸上模擬滑冰的研究中發(fā)現(xiàn)：實地滑冰時肌肉放電強度大，放電持續(xù)時間短. 李琛[12]在優(yōu)秀跳遠運動員起跳動作的肌電特征研究中認為：對于跳遠運動員的專項力量訓練，應(yīng)在加強股四頭肌蹬伸肌群力量的同時，合理發(fā)展小腿三頭肌等小腿后群肌的力量，以獲得最佳協(xié)調(diào)用力.

1.2 技能主導(dǎo)類運動項目

基于肌肉力學的本質(zhì)使表面肌電技術(shù)在評價運動技術(shù)合理性方面有先天的優(yōu)勢，但表面肌電技術(shù)在抗干擾方面存在的一些缺陷，使得其在評價此類運動項目時比較受限，與其他評價手段相結(jié)合后，表面肌電技術(shù)在此類項運動項目中也可被廣泛應(yīng)用.

1.2.1 格斗類運動

王華[13]分析自由式摔跤抱單腿和模擬負重動作中的肌電特征發(fā)現(xiàn)：在徒手上步抱單腿測試中，股直肌、股外肌放電量高，是主要做功肌肉. 因此提出，上步抱單腿的腿部力量訓練中，應(yīng)以頸前負重模擬抱單腿作為主要的訓練手段. 郭海峰[14]研究優(yōu)秀跆拳道運動員下劈腿動作中肌肉用力特征時發(fā)現(xiàn)：表面肌電評價下劈腿技術(shù)，可以為跆拳道專項力量訓練提供實踐參考.

1.2.2 射擊類運動

劉敏[15]研究優(yōu)秀手槍射擊運動員持槍臂表面肌電特征時發(fā)現(xiàn)：速射時，由于運動員持槍臂舉槍次數(shù)多，導(dǎo)致積分肌電有上升趨勢；慢射時，持槍臂的斜方肌和三角肌前束是影響槍與槍之間一致性的主要肌肉，持槍臂各肌肉的積分肌電值會逐漸提高，呈平緩上升趨勢. 肌電曲線趨勢平緩表明技術(shù)動作的穩(wěn)定性較好，對該曲線的監(jiān)控有助于訓練射擊運動員持槍臂的肌肉穩(wěn)定性.

1.2.3 隔網(wǎng)對抗運動

董洪園[16]用表面肌電結(jié)合紅外遠攝像測試系統(tǒng)研究排球運動員橫向移動技術(shù)時發(fā)現(xiàn)：快速移動時，主要做功肌肉（臀中肌、臀大肌和內(nèi)收?。┑募∪庳暙I率比慢速移動時高. 陳石[17]在采用表面肌電結(jié)合紅外遠攝像測試系統(tǒng)的基礎(chǔ)上利用KIStler測力臺對網(wǎng)球運動員正手擊球時下肢的力學特征進行了研究，得出了下肢肌肉在蹬伸階段減少活動有利于提高擊球質(zhì)量的結(jié)論.

2 sEMG在評價運動技術(shù)方面的展望

目前，在體能主導(dǎo)類項群中，一些周期性運動項目已廣泛應(yīng)用表面肌電技術(shù)結(jié)合其他手段評價不同訓練和測試條件下的技術(shù)差異、探討更科學的訓練手段. 但是，在快速力量類項目中，對運動技術(shù)的分段研究將導(dǎo)致與比賽環(huán)境脫節(jié)的后果，這也是表面肌電技術(shù)需要攻克的技術(shù)難題.

由于受電極粘貼位置、肌纖維類型、年齡、訓練程度、個體差異等因素的影響，且實驗設(shè)備、環(huán)境等對肌電記錄的影響，使得表面肌電技術(shù)在技能主導(dǎo)類項群中，尤其是同場對抗項目如籃球、足球和跳水等運動中的應(yīng)用很少，這是未來需要研究的方向.

由于sEMG信號是振幅在μV～mV數(shù)量級之間的極其微弱的一維電壓時間序列信號，信號形態(tài)具有較強的隨機性與不穩(wěn)定性，而人體是一電導(dǎo)體，工頻干擾及體外的電場、磁場感應(yīng)都會在人體形成測量噪聲，干擾sEMG的檢測[18]. 所以目前表面肌電技術(shù)多用于訓練和測試條件，對比賽時運動技術(shù)的肌電特征還鮮有報道. 相信隨著人類對運動項目規(guī)律認識的不斷深入，表面肌電技術(shù)在評價運動技術(shù)方面將更加具有針對性.

[1] 王鍵. sEMG信號分析及其應(yīng)用研究進展[J]. 體育科學，2000, 20(4)： 56-60.

[2] HAGG G M. Interpretation of EMG spectral alternations and alternation indexes at sustained contraction [J]. J Appl Physiol , 1992, 73(4) ： 1211-1217.

[3] 袁鵬. 場地自行車運動員蹬踏動作肌電研究[D]. 蘇州：蘇州大學，2006.

[4] 孫科. 不同座高對自行車運動員下肢工作狀態(tài)的影響[D]. 北京：北京體育大學，2007.

[5] DOREL S, COUTURIER A, HUGL F. Influence of different racing positions on mechanical and electromyographic patterns during pedaling [J]. Scand J Med Science Sports, 2009, 19(1)： 44-54.

[6] WILSON J M J, ROBERTSON D G E, STOTHART J P. Original research analysis of lower limb muscle function in ergometer rowing [J]. International Journal of Sport Biomechanics, 1988,4(4)： 315-325.

[7] JANSHEN L, MATTES K, TIDOW G. Muscular coordination of the lower extremities of oarsmen during ergometer rowing [J]. Journal of Applied Biomechanics, 2009, 25(2)： 156-164.

[8] 李圓圓. 對高水平賽艇運動員拉槳技術(shù)的神經(jīng)—肌肉支配特征研究[D]. 上海：上海體育學院，2010.

[9] 唐橋. 男子賽艇運動員劃槳技術(shù)表面肌電特征的研究[D]. 北京：首都體育學院，2012.

[10] 李小生，王琨，宋海明，等. 優(yōu)秀男子單人雙槳賽艇運動員劃槳動作的肌肉活動分析[J]. 西安體育學院學報，2013, 30(4)： 459-465.

[11] 吳新炎，陳月亮，李芙蓉. 優(yōu)秀速滑選手于靜實地滑冰和陸上模擬滑冰肌電特征比較研究[J]. 天津體育學院學報，2012, 27(6)： 515-518.

[12] 李琛，劉述芝. 優(yōu)秀男子跳遠運動員起跳動作運動學與肌電的特征[J]. 武漢體育學院學報，2011, 45(6)：63-68.

[13] 王華. 自由式摔跤抱單腿和模擬負重動作的肌電圖分析[J]. 天中學刊，2002(5)： 41-44.

[14] 郭海峰. 中國優(yōu)秀男子跆拳道運動員前下劈技術(shù)肌肉用力表面肌電特征分析[J]. 北京體育大學學報，2013, 36(3)： 75-78.

[15] 董洪園. 優(yōu)秀男子排球運動員交叉步技術(shù)的研究[D]. 北京：北京體育大學，2009.

[16] 陳石. 網(wǎng)球正手擊球動作下肢的生物力學特征分析[D]. 北京：北京體育大學，2010.

[17] 劉敏. 中國優(yōu)秀手槍射擊運動員持槍臂表面肌電特征及其訓練監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用研究[D]. 太原：山西大學，2010.

[18] 仉冠生，楊鵬，郭欣，等.表面肌電信號數(shù)字傳感器的設(shè)計[J]. 傳感器與儀器儀表，2007,23(9-1)：123-124.

[責任編輯：熊玉濤]

Research Progress of Surface Electromyography in Evaluating Sports Techniques

ZHU Kun
(Department of Physical Education, Wuyi University, Jiangmen 529020, China)

This paper summarizes the main research methods for surface electromyography in sports technique evaluation and its progress and forecasts its prospects. The results show that the surface electromyography technology will surely become an important means in supervising sports training because of its advanced evaluation means, accuracy of evaluation results and safe and noninvasive operations and have broad application prospects in sports training.

surface electromyography; sports techniques; evaluation methods

G804.22

A

1006-7302（2014）01-0066-04

2013-09-22

朱昆（1965—），男，湖北咸豐人，副教授，學士，研究方向為體育教學與訓練.