李芙蓉 吳新炎

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我國優(yōu)秀速度滑冰運動員途中滑跑腿部肌肉肌電特征研究*

李芙蓉 吳新炎

（湖北理工學院體育部，湖北 黃石 435001）

運用表面肌電和高速攝影同步技術(shù)，結(jié)合功能解剖學，分析王北星途中滑跑單步周期腿部肌電特征，進行技術(shù)診斷。結(jié)果表明：(1)王北星左腿力量大于右腿符合速滑項目特征，但左腿支撐時重心高于右腿，說明左腿仍屬弱勢腿；(2)王北星脛骨前肌是踝關(guān)節(jié)運動主要用力肌肉，是單步周期主要用力肌肉之一，擺動期出現(xiàn)多余放電；(3)王北星蹬冰期股四頭肌和股后肌群肌電振幅呈雙峰現(xiàn)象，股內(nèi)肌、股外肌、股二頭肌和半腱肌是主要用力肌肉；(4)王北星左右腿蹬冰期蹬冰肌群肌肉用力方式不一致。教練組應根據(jù)王北星腿部肌電特征，有針對性的設(shè)計訓練方法。

競技體育；短距離速滑；途中滑跑；單步周期；肌電

短距離速度滑冰屬無氧供能為主的體能主導類和以下肢蹬伸發(fā)力為主的周期性項目［1］。比賽用時短、全程需竭盡全力，下肢蹬伸肌群的快速做功能力決定運動成績。我國速滑訓練存在過度經(jīng)驗化、科學訓練程度不高和專項訓練細節(jié)把握不夠等問題［2］。王北星是我國優(yōu)秀速滑選手，在國外長期接受外籍教練訓練，為備戰(zhàn)2014年冬奧會，2012年進入國家集訓隊。教練組為更好的度過磨合期，更細致的了解其技術(shù)特點并發(fā)現(xiàn)、解決問題，針對王北星的訓練采集了大量數(shù)據(jù)，分析王北星途中滑跑腿部肌電特征是其中重要的一項。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

以王北星為測試對象，采集范圍包括速度滑冰彎、直道左右腿連續(xù)五次單步周期。運動員測試前通過輔導，理解實驗意圖，在測試前24小時無劇烈運動，身體健康狀況良好。

1.2 實驗數(shù)據(jù)采集與處理

運動學數(shù)據(jù)使用TM－6710CL高速攝像機進行采集，采用芬蘭MEGA電子有限公司生產(chǎn)的ME6000-T8肌電測試系統(tǒng)采集脛骨前肌、腓腸肌外側(cè)頭、股四頭肌內(nèi)側(cè)頭、股四頭肌外側(cè)頭、股四頭肌直肌、股二頭肌、半腱肌和臀大肌肌肉肌電數(shù)據(jù)。采集處理后的數(shù)據(jù)通過SPSS16.0軟件分析，獲取相關(guān)參數(shù)。

1.3 單步周期劃分

途中滑跑為單腳從發(fā)力腳離地起到發(fā)力腳離地止，根據(jù)主要用力肌肉放電特點，單步周期分為擺動期和蹬冰期。擺動期指發(fā)力腳離開地面瞬間到大小腿開始折疊直到足底冰刀觸冰這一過程，包括收腿和落腿兩個階段；蹬冰期是指發(fā)力蹬冰到發(fā)力腳離地為止，包括重心轉(zhuǎn)移和蹬冰兩個階段，蹬冰期主要用力肌肉肌電振幅表現(xiàn)雙峰現(xiàn)象［3］。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 平均肌電圖

連續(xù)5次彎、直道左右腿表面肌電圖先進行全波整流處理，截取連續(xù)5次RMS時域轉(zhuǎn)換肌電圖，然后對連續(xù)5次RMS肌電圖進行疊加平均處理，最終得出平均肌電圖，RMS振幅往往用于描述數(shù)據(jù)的靜態(tài)特征，反映一定時間內(nèi)肌肉電位活動的靜態(tài)特征，主要表示肌電圖（EMG）信號幅值大小的變化，反映電位活動的有效值，從RMS振幅中可以明顯的看出肌肉電位活動的興奮程度, 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(xié)調(diào)模式［4-5］。圖1—4為王北星彎、直道左右腿單步周期肌肉平均肌電圖，由左至右再往下依次是脛骨前肌、腓腸肌外側(cè)頭、股四頭肌內(nèi)側(cè)頭、股四頭肌外側(cè)頭、股四頭肌直肌、股二頭肌、半腱肌和臀大肌。

圖1 王北星彎道右腿

圖2王北星彎道左腿

圖4王北星直道左腿

2.1.1單步周期振幅曲線特征

從功能解剖學的角度看，擺動期踝關(guān)節(jié)沒有關(guān)節(jié)運動，脛骨前肌和腓腸肌理論上不應存在明顯電位活動，圖1-圖4表明，王北星在擺動期直道左右腿和彎道左腿擺動期脛骨前肌都有明顯電位活動，原因在于腳與冰刀結(jié)合技術(shù)不佳造成擺動期踝關(guān)節(jié)背屈，脛骨前肌出現(xiàn)多余放電現(xiàn)象。運動員在運動過程中會因運動設(shè)備、技術(shù)動作變形和疲勞等原因，部分肌肉在肌電圖上反映出多余放電現(xiàn)象，這是阻礙運動員成績的很重要的一個因素。因此在王北星訓練過程中應加強腳與冰刀結(jié)合技術(shù)訓練，克服脛骨前肌多余放電現(xiàn)象，提高運動成績。

擺動期收腿階段膝關(guān)節(jié)彎曲，主動肌股后肌群出現(xiàn)放電現(xiàn)象；落腿階段膝關(guān)節(jié)伸展，主動肌股四頭肌出線放電現(xiàn)象。從圖1、圖3可以看出，王北星右腿擺動期全過程股四頭肌基本沒有放電現(xiàn)象，說明王北星右腿支撐時重心非常低，收腿后已經(jīng)觸冰，沒有落腿階段。從圖2、圖4可以看出，王北星右腿擺動期后程股四頭肌內(nèi)側(cè)頭出現(xiàn)明顯振幅波動，說明膝關(guān)節(jié)有伸展運動，左腿擺動期有落腿階段。由此可知，王北星途中滑跑重心左腿支撐時比右腿支撐時高。途中滑跑左右腿重心高度不均衡會造成技術(shù)動作“發(fā)散”，在實際訓練比賽過程中王北星后程技術(shù)動作“發(fā)散”的問題一直是一個頑疾，在訓練過程中加強左腿主要用力肌肉蹬伸肌群和協(xié)調(diào)肌群股后肌群的力量練習，降低左腿支撐時的重心，能克服后程技術(shù)動作發(fā)散的問題，提高運動成績。

圖1—4表明，蹬冰期主動肌股四頭肌和拮抗肌股后肌群的振幅曲線都出現(xiàn)雙峰現(xiàn)象。說明蹬冰期運動負荷大,主動肌強烈的運動單位興奮超過選擇性抑制的能力,而引起拮抗肌的共同收縮或共激活,隨著對肌肉電生理和表面肌電圖技術(shù)認識的不斷深入,主動肌、拮抗肌、協(xié)同肌的功能特性和相互協(xié)調(diào)性在運動中具有重要意義已形成共識。人體經(jīng)由中樞神經(jīng)系統(tǒng)并通過主動肌和拮抗肌的收縮控制肢體活動的振幅、方向等參數(shù)來形成肌肉的具體活動模式和關(guān)節(jié)活動［6-7］。王北星陸上訓練期力量訓練設(shè)計一定要考慮股后肌群的共激活現(xiàn)象，不能只發(fā)展主動肌股四頭肌力量，拮抗肌股后肌群力量訓練也要加強。

2.1.2振幅峰值特征

圖1—4表明，王北星彎直道左右腿單步周期各階段腿部肌群振幅曲線存在一定差異，但王北星彎直道左右腿各肌群振幅峰值出現(xiàn)于單步周期階段高度一致，重心轉(zhuǎn)移階段脛骨前肌作為主動肌使身體在離心遠端固定，出現(xiàn)肌電峰值，蹬冰階段蹬伸肌群主動發(fā)力，主動肌股四頭肌、拮抗肌股后肌群出現(xiàn)肌電峰值。說明王北星途中滑跑技術(shù)穩(wěn)定。

表1表明：王北星彎、直道左右腿蹬冰期主要發(fā)力肌肉股四頭肌內(nèi)測頭振幅峰值大小存在顯著性差異（P<0.05），原因在于彎道滑跑要克服向心力作用，身體重心比直道高，肌肉用力距離縮短，為獲得更大的速度，肌肉用力必須加大。說明短距離速滑由于彎道滑跑特點，左腿力量應該會大于右腿，在王北星腿部力量訓練設(shè)計上左腿練習強度應高于右腿。

表1 王北星單步周期振幅峰值

彎道右腿彎道左腿直道右腿 直道左腿 脛骨前肌1916.00±641.901658.40±209.302404.80±413.401551.80±238.10 腓腸肌1530.80±142.401659.40±323.801554.20±164.801540.20±290.90 股四頭肌內(nèi)3086.00±456.304395.80±542.502601.80±349.803665.60±219.70 股四頭肌外1451.20±223.002040.60±457.701712.60±389.402190.40±456.70 股四頭肌直1242.60±335.00715.00±162.501461.40±367.80581.20±129.70 股二頭肌1169.00±209.401345.60±213.40886.00±226.701760.40±289.60 半腱肌1213.00±337.70948.80±166.90944.80±170.90717.20±161.40 臀大肌479.80±69.70328.00±73.40387.20±30.50403.60±18.60

2.2 積分肌電（IEMG）

IEMG是指肌電圖曲線下包圍的面積，一定程度上IEMG可以反映一定時間內(nèi)肌肉中運動單位的放電總量，通過對IEMG的定量可以反映肌肉活動的強弱［8-9］。為更精確的反映速度滑冰單步動作周期電位活動規(guī)律，采集王北星連續(xù)5次動作周期肌電圖，通過彎、直道5個動作周期的平均IEMG和平均IEMG /s來分析速度滑冰單腳動作周期肌電特征，如表3、表4。IEMG 反映彎、直道左右腿動作周期肌肉的放電總量大小，IEMG /s則反映彎、直道左右腿動作周期肌肉單位時間電位活動強度。

表2表明，王北星途中滑跑直道滑跑時間明顯長于彎道滑跑時間，彎道右腿滑跑時間較直道右腿滑跑時間存在顯著性差異（P<0.05）；彎道左腿滑跑時間較直道左腿滑跑時間存在顯著性差異（P<0.05）；表3表明，主動肌股四頭肌內(nèi)側(cè)頭和股四頭肌外側(cè)頭彎直道左右腿做功存在顯著性差異（股四頭肌內(nèi)側(cè)頭P<0.05值分別為0.002、0.005，股四頭肌外側(cè)頭P<0.05值分別為0.001、0.001）；表4表明，彎、直道左右腿主動肌放電強度沒有顯著性差異（股四頭肌內(nèi)側(cè)頭P值分別為0.664、0.554，股四頭肌外側(cè)頭P值分別為0.420、0.059）。彎道滑跑要克服向心力作用，身體重心會比直道高，肌肉收縮距離相應會短，由此可知途中滑跑彎直道肌肉收縮速度和功率沒有顯著性差異。從表3、表4來看，動作周期內(nèi)蹬冰主動肌群股四頭肌總做功沒有明顯差異（IEMG p=0.732），但是動作周期內(nèi)股四頭肌內(nèi)側(cè)頭左腿最大發(fā)力、動作周期做功和動作周期做功強度都要明顯高于右腿（肌電峰值p=0.005，IEMG p=0.006，IEMG/sp=0.007），股直肌右腿最大發(fā)力、動作周期做功和動作周期做功強度都要明顯高于左腿，存在顯著性差異（肌電峰值p=0.006，IEMG p=0.000，IEMG /sp=0.000），這說明直道滑跑蹬冰主動肌群在動作周期內(nèi)左右腿沒有明顯差異，但是蹬冰肌群各肌肉貢獻值差異性極大，這種差異性彎、直道非常一致，說明王北星左右腿蹬冰期蹬冰肌群肌肉用力方式不一致，在訓練過程中應該根據(jù)此特點，有針對性的安排左右腿力量訓練。

從表3還可以看出，王北星途中滑跑彎直道左右腿主要用力肌肉有一定的差異性，結(jié)合平均肌電圖，發(fā)現(xiàn)蹬冰期主要用力肌肉高度一致。途中滑跑肌肉做功在擺動期表現(xiàn)不明顯，貢獻度主要取決于蹬冰期，蹬冰期肌肉運動主要表現(xiàn)為膝關(guān)節(jié)伸展運動，蹬伸肌群股四頭肌主動肌肌肉，股后肌群是拮抗肌，同時重心轉(zhuǎn)移階段遠端固定的脛骨前肌要克服冰上支撐點小，出現(xiàn)強烈的肌肉單位興奮，結(jié)合肌電圖振幅特征，途中滑跑蹬冰期主要用力肌肉應該是股四頭肌內(nèi)側(cè)頭、脛骨前肌、股四頭肌外側(cè)頭、股二頭肌和半腱肌。

表2 王北星單步周期時間

彎道右腿彎道左腿直道右腿直道左腿 時間（s）0.96±0.021.04±0.201.30±0.021.33±0.04

表3 王北星單步周期IEMG

彎道右腿 彎道左腿 直道右腿直道左腿 脛骨前肌474.40±77.00588.20±47.50926.60±42.60761.80±58.50 腓腸肌315.40±38.90502.40±39.40288.80±20.00314.00±28.90 股四頭肌內(nèi)669.20±74.701111.60±72.90941.60±85.801394.60±139.60 股四頭肌外380.00±48.10444.80±66.40582.80±32.60614.00±46.10 股四頭肌直322.00±46.10203.20±12.40452.80±19.30207.80±19.00 股二頭肌333.80±16.10319.40±31.10284.00±14.40445.00±18.80 半腱肌347.00±33.70328.20±6.50418.80±13.20288.80±28.80 臀大肌146.00±9.0092.20±14.40174.60±18.30134.20±8.50

表4 王北星單步周期IEMG/s

彎道右腿彎道左腿直道右腿直道左腿 脛骨前肌492.30±81.70582.30±116.00712.80±31.70572.00±42.80 腓腸肌326.80±34.40495.00±87.20222.40±19.30236.10±25.20 股四頭肌內(nèi)694.40±79.601089.80±147.50725.20±76.901046.40±89.80 股四頭肌外394.00±47.70436.20±88.50448.60±29.00461.40±39.30 股四頭肌直334.20±49.40200.40±34.60348.40±17.00156.40±17.90 股二頭肌346.10±11.50314.10±55.60218.70±15.40334.40±18.20 半腱肌359.80±31.80323.80±53.20323.40±15.70217.30±23.60 臀大肌151.60±11.5091.00±20.60134.30±14.10100.70±4.80

3 討論

王北星途中滑跑肌電振幅顯示蹬冰期股四頭肌和股后肌群呈雙峰現(xiàn)象，從IEMG可知股四頭肌和股后肌群都是途中滑跑主要用力肌肉，說明王北星蹬冰肌群共收縮劇烈，在發(fā)展股四頭肌力量的同時，也要注意發(fā)展拮抗肌股后肌群的力量。

王北星途中滑跑過程中脛骨前肌是主要用力肌肉之一，王北星脛骨前肌積分肌電值排第二位。踝關(guān)節(jié)脛骨前肌放電比腓腸肌更激烈，脛骨前肌肌電峰值也明顯高于腓腸肌，這說明滑跑過程中踝關(guān)節(jié)力量主要體現(xiàn)在脛骨前肌。過去幾十年我國速滑界踝關(guān)節(jié)力量訓練時有一個誤區(qū)，照搬短跑運動力量訓練方法，重點發(fā)展腓腸肌力量，脛骨前肌力量訓練很少，短跑與速滑區(qū)別很大，短跑蹬地前腳掌觸地，觸地面積大，速滑蹬冰冰刀觸冰，觸地面積小，兩者在遠端固定時區(qū)別很大，而且速滑身體重心更低，踝關(guān)節(jié)背屈時壓力更大。所以發(fā)展王北星踝關(guān)節(jié)力量應重點發(fā)展脛骨前肌力量，對速滑項目踝關(guān)節(jié)力量特征也要有新的認識。

4 結(jié)論

（1）王北星左腿力量負荷速滑項目特征大于右腿，但左腿支撐時重心高于右腿，左腿仍屬弱勢腿。

（2）王北星脛骨前肌是踝關(guān)節(jié)運動主要用力肌肉，是單步周期主要用力肌肉之一，擺動期出現(xiàn)多余放電。

（3）王北星蹬冰期股四頭肌和股后肌群肌電振幅呈雙峰現(xiàn)象，股內(nèi)肌、股外肌、股二頭肌和半腱肌是主要用力肌肉。

（4）王北星左右腿蹬冰期蹬冰肌群肌肉用力方式不一致。

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A Study about the Legs EMG Characteristics of the Excellent Speed Skating Athlete Jack in Skating Midway Rollout

LI Fu-rong, etal.

（PE Department of Hubei polytechnic university,Huangshi 435000, Hubei, China）

By using the methods of sEMG synchronized with high-speed photography and combining functional anatomical knowledge, this paper analyzes the single-step cycle of legs EMG characteristics of Wang Bei-xing on the way rollout of speed skating in short distance and diagnoses her rollout technology. The results show that: (1)the strength of her left leg is greater than that of her right leg, which conform to the characteristics of peed skating in short distance，but her left leg is higher than the right leg while supporting the center of gravity, showing that her left leg still belongs to the weak leg ;(2) tibialis anterior muscle is the main force muscle of the ankle movement, is also the main force muscle of single-step cycle, Wang Bei-xing 's tibialis anterior muscle appear phenomenon of redundant discharge in the period of oscillating;(3) myoelectricity amplitude of her quadriceps femoris and after initiation muscle group appear bimodal phenomena in the foot pedal ice period, indicating that quadriceps femoris medial head, quadric eps femoris lateral head, biceps femoris and semitendinosus are the main force muscles;(4) muscle force mode of her left leg and right leg is not consistent in the foot pedal ice. Training methods for Wang bei-xing should be targeting designed based on her leg EMG.

competitive sports; speed skating in short distance; skating midway ;single-step cycle; EMG

*國家體育總局奧運公關(guān)課題：《國家速滑隊重點隊員備戰(zhàn)索契冬奧會訓練過程控制關(guān)鍵技術(shù)研究》，課題編號：2012A022。

李芙蓉(1978-)，湖北天門人，碩士，講師，研究方向：運動訓練學。