李夢(mèng)　張林

摘 要：運(yùn)用表面肌電和肌氧分析技術(shù)，對(duì)23名1級(jí)以上皮艇運(yùn)動(dòng)員以3種不同槳頻負(fù)荷（70槳/min、90槳/min和最大槳頻）分別在測(cè)功儀上進(jìn)行連續(xù)劃槳訓(xùn)練過(guò)程中相關(guān)肌肉工作情況進(jìn)行研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨槳頻負(fù)荷的提高，豎脊肌肌電活動(dòng)增強(qiáng)并伴隨著股直肌肌電活動(dòng)趨弱；與70槳/min相比，最大槳頻下肱三頭肌氧百分比下降無(wú)顯著性差異，而左右背闊肌均呈現(xiàn)顯著性降低（P<0.05）。結(jié)果說(shuō)明提高劃槳頻率會(huì)造成運(yùn)動(dòng)員身體發(fā)力構(gòu)成的變化，隨著劃槳頻率的增大，下肢貢獻(xiàn)有所減少，腰腹和背部用力增大，上臂用力增大但不明顯。

關(guān) 鍵 詞：運(yùn)動(dòng)生理學(xué)；肌電；肌氧；劃槳槳頻；皮艇測(cè)功儀

中圖分類號(hào)：G804.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-7116（2015）03-0123-04

Abstract： By applying surface myoelectricity and muscle oxygen analysis technology， the authors study the working conditions related muscles of 23 class 1 or higher kayakers in the process of training for continuous paddling on an ergometer at 3 different paddling frequency loads （70 strokes/min， 90 strokes/min and maximum paddling frequency） respectively， and revealed the following findings： with the increase of paddling frequency load， the myoelectricity activity of erector spinae was intensified， accompanied by the gradual weakening of myoelectricity of rectus femoris； as compared with 70 strokes/min， the increase of muscle oxygen percentage of triceps brachii had no significant difference， while the left and right latissimus dorsi showed a significant decrease （P<0.05）. The said findings indicated the followings： increasing paddling frequency would cause the changing of kayakers body power generation composition； with the increase of paddling frequency， the contribution of lower limbs decreased somewhat， power generated by waist and abdomen and back increased， power generated by upper arms increased but not significantly.

Key words： sports physiology； myoelectricity；muscle oxygen；stroke rate；kayak ergometer

皮艇運(yùn)動(dòng)為水上運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目之一，對(duì)體能和技術(shù)均有較高要求，是一項(xiàng)以較高的體能輸出為依托，展示運(yùn)動(dòng)員平衡能力和技術(shù)技巧的競(jìng)技項(xiàng)目，通過(guò)進(jìn)行大強(qiáng)度的劃槳功率輸出，推動(dòng)船艇高速前進(jìn)。

皮艇測(cè)功儀（Kayak Ergometer）通過(guò)最大限度的模擬皮艇劃槳?jiǎng)幼髑闆r[1]，實(shí)現(xiàn)陸地專項(xiàng)訓(xùn)練，可較為準(zhǔn)確地模擬水上短時(shí)、高強(qiáng)度皮艇運(yùn)動(dòng)對(duì)人體生理的刺激[2-3]，由于其阻力可調(diào)，相對(duì)于水上劃船，可在穩(wěn)定環(huán)境中使用，同時(shí)可量化訓(xùn)練負(fù)荷，是訓(xùn)練和科研測(cè)試的理想儀器[4]。本研究要求運(yùn)動(dòng)員在測(cè)功儀上以不同槳頻負(fù)荷進(jìn)行劃槳練習(xí)，并進(jìn)行相關(guān)肌肉的肌電、肌氧指標(biāo)采集分析，旨在了解不同槳頻對(duì)劃槳技術(shù)動(dòng)作的影響。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

河北皮劃艇隊(duì)1級(jí)以上（含1級(jí)）皮艇運(yùn)動(dòng)員23人，男11人，女12人。年齡（19.86±2.71）歲，身高（181.27±6.97） cm，體重（73.97±10.74） kg。訓(xùn)練年限（5.77±2.21）年。由于本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要對(duì)運(yùn)動(dòng)員技術(shù)動(dòng)作進(jìn)行考察，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，在重要的技術(shù)參數(shù)上（如槳頻、劃槳時(shí)間構(gòu)成、動(dòng)作對(duì)稱性、關(guān)節(jié)活動(dòng)幅度等）男女運(yùn)動(dòng)員不存在差異[5]，故不進(jìn)行性別分組。測(cè)試期間所有運(yùn)動(dòng)員排除疾病、服用藥物和促力營(yíng)養(yǎng)品、抽煙飲酒等因素影響，集體規(guī)律作息，飲食保持一致。

1.2 研究方法

運(yùn)動(dòng)員以3種不同槳頻負(fù)荷70槳/min、90槳/min和最大槳頻分別在測(cè)功儀上進(jìn)行連續(xù)劃槳訓(xùn)練，其中最大槳頻是個(gè)人盡其所能達(dá)到的最大劃槳頻率，其數(shù)值視個(gè)人能力不同而定，并非某一固定數(shù)值。阻力設(shè)定為個(gè)體感覺(jué)最適、可充分穩(wěn)定發(fā)揮個(gè)人技術(shù)的檔位（后經(jīng)統(tǒng)計(jì)基本上所有女性運(yùn)動(dòng)員均選擇5檔阻力，男性運(yùn)動(dòng)員選擇8檔阻力）。專人負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)播報(bào)槳頻，以便運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行控制。

采用BIOVISION多導(dǎo)遙測(cè)肌電儀，和Moxy肌肉氧監(jiān)測(cè)儀以及西班牙產(chǎn)WIMU全無(wú)線運(yùn)動(dòng)監(jiān)控追蹤系統(tǒng)（世紀(jì)天鴻公司提供）對(duì)特定選取的相關(guān)肌群進(jìn)行肌電和肌氧代謝監(jiān)測(cè)。肌電測(cè)試前對(duì)被測(cè)部位表皮進(jìn)行刮毛、磨皮處理，酒精涂拭，于被測(cè)肌腹中點(diǎn)處縱行于肌纖維貼置表面電極，兩電極間距20 mm，參考電極置于無(wú)肌電信號(hào)部位，所有導(dǎo)線使用繃帶固定，以免產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干擾。肌氧模塊由透明薄膜包裹，紅外光一側(cè)緊貼被測(cè)肌肉表面皮膚，兩光點(diǎn)縱行于肌纖維，并用不透光的繃帶包裹固定以防模塊發(fā)生位移和脫落。Moxy肌肉氧監(jiān)測(cè)儀可測(cè)量肌肉中氧合血紅蛋白濃度占總血紅蛋白的比例，并將結(jié)果使用百分比紀(jì)錄輸出。使用DasyLab10.0對(duì)肌電信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；肌氧數(shù)據(jù)由WIMU 整合后通過(guò)Quiko數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行分析。

通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料并參考教練員意見(jiàn)，依據(jù)皮艇運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，確定測(cè)試肌肉：雙側(cè)股直肌和豎脊肌進(jìn)行肌電測(cè)試，雙側(cè)肱三頭肌和背闊肌進(jìn)行肌氧測(cè)試。

具體定位如下：股直肌（rectus femoris，RF）：髂前上棘到髕骨上緣連線長(zhǎng)度的1/2；豎脊?。╡rector spinae，ES）：脊柱腰段兩側(cè)棘突旁寬厚的縱行隆起，平第三腰椎（vertebrae lumbales 3，L3、vertebrae lumbales 4，L4）節(jié)段；背闊肌（latissimus dorsi，LD）：背的中部外側(cè)扇形隆起部位，平第九胸椎（vertebrae thoracicae 9，T9）節(jié)段；肱三頭?。╰riceps brachii，TB）：臂后側(cè)三角肌后緣下方，對(duì)抗阻力伸肘時(shí)最為隆起處。

選取以上肌肉（群）進(jìn)行測(cè)試的主要原因：豎脊肌作為脊柱主動(dòng)回旋肌群，在皮艇運(yùn)動(dòng)中主導(dǎo)坐位轉(zhuǎn)體，同時(shí)與脊柱各肌群協(xié)同作用，以獲得穩(wěn)固的支撐，進(jìn)而提高回旋肌群的收縮力量，根據(jù)已有研究報(bào)道，豎脊肌是皮艇技術(shù)動(dòng)作的重要核心肌群；股直肌工作情況可反映腿部運(yùn)動(dòng)狀況，皮艇運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)體動(dòng)作與下肢活動(dòng)密切相關(guān)，通過(guò)下肢交替蹬-勾經(jīng)由髖部協(xié)調(diào)傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)體，并且下肢參與構(gòu)成人體坐姿支撐平面，維持坐姿穩(wěn)定，根據(jù)核心肌群的概念，股直肌屬于起點(diǎn)在核心的核心肌群[6]。故而選取雙側(cè)股直肌和豎脊肌作為肌電測(cè)試組織。背闊肌和肱三頭肌是拉槳?jiǎng)幼鞯闹鲃?dòng)肌，以往肌電測(cè)試證實(shí)在拉槳過(guò)程中，背闊肌和肱三頭肌表現(xiàn)出較高的動(dòng)員度，是主要工作肌，故而選取雙側(cè)背闊肌和肱三頭肌作為肌氧測(cè)試組織。同時(shí)，背闊肌作為起點(diǎn)在核心的核心肌群，對(duì)軀干和肩部姿態(tài)穩(wěn)定有重要作用。

每種槳頻負(fù)荷下，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)入穩(wěn)定動(dòng)作和穩(wěn)定節(jié)奏劃槳時(shí)，使用蘇州大學(xué)體育學(xué)院自行研制的同步信號(hào)觸發(fā)裝置對(duì)肌電信號(hào)進(jìn)行時(shí)刻點(diǎn)標(biāo)記，使用WIMU對(duì)同時(shí)刻肌氧數(shù)據(jù)進(jìn)行打點(diǎn)標(biāo)記。自同步信號(hào)標(biāo)記開(kāi)始，對(duì)連續(xù)50槳?jiǎng)幼鬟M(jìn)行取樣記錄，取數(shù)據(jù)標(biāo)記10個(gè)完整動(dòng)作周期，進(jìn)行肌電數(shù)據(jù)分析，組間休息2 min。

使用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析。所有數(shù)據(jù)用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（ ±s）表示，取P<0.05為具有顯著性差異，P<0.01為有非常顯著性差異。

2 研究結(jié)果及分析

2.1 肌電指標(biāo)變化

出于對(duì)技術(shù)動(dòng)作穩(wěn)定性和連貫性的考慮，取測(cè)功儀上每種槳頻負(fù)荷劃槳連續(xù)10個(gè)完整動(dòng)作周期進(jìn)行分析。經(jīng)DasyLab10.0計(jì)算處理，數(shù)據(jù)處理軟件編程模塊進(jìn)行計(jì)算編程（見(jiàn)圖1），最終得出積分肌電（iEMG）、平均振幅（MA）、振幅均方根（RMS）值（見(jiàn)表1）。經(jīng)統(tǒng)計(jì)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，與70槳/min負(fù)荷相比，90槳/min時(shí)左股直肌和左豎脊肌iEMG顯著降低（P<0.05），右側(cè)股直肌RMS顯著降低（P<0.05），最高槳頻時(shí)各部位iEMG均呈現(xiàn)出顯著性變化（P<0.05），但左右股直肌顯著降低，而左右豎脊肌則顯著升高，同時(shí)左側(cè)股直肌MA降低（P<0.05），右側(cè)豎脊肌MA則顯著升高（P<0.05），與90槳/min相比，最大隨著槳頻提升至最高，左右豎脊肌iEMG和RMS均顯著升高（P<0.05），右側(cè)豎脊肌同時(shí)出現(xiàn)MA明顯升高，同時(shí)伴隨著右側(cè)股直肌各項(xiàng)肌電指標(biāo)的顯著下降。從肌肉參與的總體變化趨勢(shì)情況看，隨著槳頻負(fù)荷的提高，雙側(cè)股直肌iEMG指標(biāo)持續(xù)下降，雙側(cè)豎脊肌出現(xiàn)先下降，后大幅度上升，下肢用力逐漸轉(zhuǎn)為下肢和腰部協(xié)同用力，豎脊肌肌電活動(dòng)增強(qiáng)伴隨著股直肌肌電活動(dòng)趨弱，在最大槳頻負(fù)荷時(shí)，豎脊肌肌電活動(dòng)最強(qiáng)烈。而所有MA和RMS指標(biāo)大多出現(xiàn)先下降后上升的變化，但豎脊肌在最大槳頻時(shí)上升幅度較大，超過(guò)最低槳頻值。

2.2 肌氧指標(biāo)變化

取每輪劃槳運(yùn)動(dòng)結(jié)束前15 s肌氧平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示：槳頻負(fù)荷一定的情況下，肱三頭肌肌氧百分比均明顯低于背闊?。≒<0.01）。隨著槳頻的上升，各肌肉肌氧均呈下降趨勢(shì)，與70槳/min相比，槳頻達(dá)到最大時(shí)肱三頭肌肌氧下降無(wú)顯著性差異，而左右背闊肌均呈現(xiàn)顯著性降低（P<0.05）（見(jiàn)表2）。

3 討論

1）表面肌電（sEMG）技術(shù)廣泛應(yīng)用于有關(guān)肌肉反應(yīng)時(shí)的研究、肌肉活動(dòng)的功能分析、肌肉間的協(xié)調(diào)性以及肌纖維成分、肌肉收縮速度與肌肉穩(wěn)定性等方面[7]。時(shí)域分析指標(biāo)積分肌電值（iEMG）、平均肌電值（AM）和振幅均方根（RMS），常被用來(lái)反映運(yùn)動(dòng)單位募集數(shù)量的變化，其數(shù)值的變化通常與肌肉收縮力的大小有關(guān)。sEMG信號(hào)的變化與肌肉的整體活動(dòng)狀態(tài)和功能狀態(tài)之間存在著較好的關(guān)聯(lián)性，因而能在一定程度上反映肌肉活動(dòng)。

3種時(shí)域指標(biāo)iEMG、MA、RMS很好的反映了下肢和下腰部在皮艇劃槳?jiǎng)幼髦械陌l(fā)力和支撐特點(diǎn)。作為一項(xiàng)完全坐位完成的運(yùn)動(dòng)，皮艇劃槳?jiǎng)幼鞯闹纹矫媸怯勺?腳蹬構(gòu)成的，是一狹長(zhǎng)的平面，而軀干需要進(jìn)行大幅度的左右轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上肢要進(jìn)行大幅度的拉槳和回槳?jiǎng)幼?，為了維持船體姿態(tài)和技術(shù)動(dòng)作穩(wěn)定，運(yùn)動(dòng)員需要通過(guò)下肢-髖部-腰部-軀干-上肢等一系列力的協(xié)調(diào)來(lái)保持平衡，同時(shí)通過(guò)蹬轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)大幅度的轉(zhuǎn)體，從而加大上肢劃槳幅度。另外，肌電圖顯示，同側(cè)股直肌和豎脊肌肌電時(shí)相基本一致，說(shuō)明腰部作為力的傳遞樞紐，在實(shí)現(xiàn)整體“張力完整”上，與發(fā)力部位有著良好的協(xié)調(diào)性，下肢蹬腿的力量不是緩慢的節(jié)奏傳遞至上肢，而是與蹬腿幾乎同時(shí)，核心部位緊張，形成穩(wěn)固的傳遞杠桿。上肢持槳做左右交替劃槳的動(dòng)作，是前進(jìn)動(dòng)力的具體產(chǎn)生方式，而上肢動(dòng)力輸出的基礎(chǔ)是下肢和軀干的穩(wěn)定支撐，故而雙側(cè)下肢交替蹬-屈和雙側(cè)豎脊肌腰段的肌電活動(dòng)對(duì)于整體支撐的平衡和穩(wěn)定情況具有重要意義。由于肢體左右交替動(dòng)作，在高槳頻劃行時(shí)，左右動(dòng)作銜接速度和動(dòng)作速度均大大提高，運(yùn)動(dòng)員為了加強(qiáng)槳頻，勢(shì)必會(huì)損失一部分動(dòng)作的幅度，主要是轉(zhuǎn)體幅度和拉槳距離，蹬轉(zhuǎn)不充分和動(dòng)作采樣時(shí)長(zhǎng)縮短（每組肌電數(shù)據(jù)為10個(gè)完整的動(dòng)作周期）均可造成下肢股直肌iEMG隨槳頻升高而下降。

2）有研究表明動(dòng)力性運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，隨著運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的增加，骨骼肌組織HbO2和Hb含量的相對(duì)變化較為明顯，當(dāng)負(fù)荷較低時(shí)，肌氧迅速下降但隨后逐漸升高或保持平衡，但以較高負(fù)荷運(yùn)動(dòng)時(shí)，肌氧持續(xù)下降，且與iEMG高度相關(guān)。故而，肌氧指標(biāo)反映肌肉的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度是敏感而可靠的，肌肉運(yùn)動(dòng)越劇烈肌氧值越低[8-10]。

從皮艇運(yùn)動(dòng)的技術(shù)用力特點(diǎn)來(lái)看，劃槳力量主要取決于腿、腰、髖、背、肩部充分伸展后的用力程度和上手的支撐能力（或支撐技術(shù)要與軀干同步用力），上手的支撐能力決定著槳在水下最佳角度（效果）保持的時(shí)間。手臂與軀干同步合力，軀干轉(zhuǎn)至最大幅度，手臂隨肩部伸展至身體前方的最遠(yuǎn)端，槳入水后靠背部的旋轉(zhuǎn)和上手的支撐（實(shí)際也是靠腰髖部旋轉(zhuǎn)的力量作用到支撐手上），同時(shí)，結(jié)合蹬腿送髖向前動(dòng)作來(lái)完成整個(gè)向水下（后）用力的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中肩、背、髖、腿是主動(dòng)發(fā)力的部位，手臂實(shí)際上只起了一個(gè)杠桿框架的作用，而肘關(guān)節(jié)基本是不彎曲的，只是在槳出水時(shí)才有一點(diǎn)彎曲，但最小角度也不會(huì)小于90°。

由較低槳頻劃槳開(kāi)始，隨著槳頻的提升，肱三頭肌和背闊肌肌氧均呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明主導(dǎo)拉槳?jiǎng)幼鞯碾湃^肌和背闊肌體現(xiàn)出較強(qiáng)的肌氧消耗，說(shuō)明肌肉動(dòng)員強(qiáng)烈，做功明顯，此時(shí)的拉槳力量應(yīng)該比較充分，移植到行船過(guò)程中則相應(yīng)槳下效果較好；但肱三頭肌肌氧下降不具有顯著意義，而背闊肌則出現(xiàn)顯著下降，這說(shuō)明在提高槳頻的過(guò)程中，背闊肌運(yùn)動(dòng)單位募集增強(qiáng)，更多的參與劃槳?jiǎng)恿?gòu)成，這與皮艇技術(shù)動(dòng)作特點(diǎn)和肌肉組織特性有關(guān)，背闊肌是起點(diǎn)位于核心區(qū)域的核心肌群，在皮艇劃槳?jiǎng)幼髦屑染S持軀干穩(wěn)定，又產(chǎn)生拉槳?jiǎng)恿?，高速劃槳時(shí)，轉(zhuǎn)體頻率的增大和拉槳功率的提升從更大程度上激活了背闊肌運(yùn)動(dòng)單位募集；另外，作為人體最大的扁闊肌，在最大槳頻劃槳時(shí)，在轉(zhuǎn)體慣性作用下，背闊肌在轉(zhuǎn)體末期上肢水平位儲(chǔ)存了較大的彈性勢(shì)能，從而體現(xiàn)出更強(qiáng)的收縮做功能力，這可能是其肌氧消耗加強(qiáng)的又一原因。

綜上討論可見(jiàn)：

1）使用肌電和肌氧方法可從肌肉做功的形式、特點(diǎn)對(duì)皮艇技術(shù)動(dòng)作進(jìn)行較為深入的分析。

2）提高劃槳頻率會(huì)造成運(yùn)動(dòng)員身體發(fā)力構(gòu)成的變化，總體來(lái)說(shuō)，隨著劃槳頻率的提高，下肢貢獻(xiàn)有所減少，腰腹和背部用力增大，上臂用力增大但不明顯。

3）建議在條件允許的情況下，對(duì)更多相關(guān)肌群進(jìn)行更為詳細(xì)的研究，以便深入了解皮艇實(shí)際劃槳?jiǎng)幼鬟^(guò)程中肌肉做功情況。

參考文獻(xiàn)：

[1] Neil Fleming，Bernard Donne，David Flether，et al. A biomechanical assessment of ergometer task specificity in elite flatwater kayakers[J]. J Sci Med Sports，2012，11：16-25.

[2] Mitchell A，Swaine I L. Comparison of cardiorespiratory responses to open-water and simulated kayaking[J]. Biology of Sport，1998，15：229-236.

[3] Someren K A，Phillips G R W，Palmer G S. Comparison of physiological responses to open water kayaking and kayak ergometry[J]. Int J Sports Med，2000，21：200-204.

[4] 吳昊，周琦年，郭海英. 優(yōu)秀皮劃艇運(yùn)動(dòng)員測(cè)功儀測(cè)試研究進(jìn)展與實(shí)踐[J]. 浙江體育科學(xué)，2004，26，（1）：1-7.

[5] John Baker，David Rath，Ross Sanders，et al. A three-dimensional analysis of male and female elite sprint kayak paddlers[C]. 17 Internation symposium on biomechanics in sports，1999.

[6] David G. Behm，Eric J Drinkwater. The use of instability to train the core musculature[J]. Appl Physiol Nutr Metab，2010，35：91-108.

[7] 曲峰. 運(yùn)動(dòng)員表面肌電信號(hào)與分形[M]. 北京：北京體育大學(xué)出版社，2008：4-11.

[8] 張力，宋高晴. 劃船運(yùn)動(dòng)員靜力及動(dòng)力性肌肉運(yùn)動(dòng)疲勞時(shí)肌氧含量的變化特征及對(duì)EMG參數(shù)的影響[J]. 體育科學(xué)，2006，26（3）：53-57.

[9] Miura H，Araki H，Matoba H，et al. Relationship among oxygenation，myoelectric activity and lactic acid accumulation in vastus lateralis muscle during exercise with constant work rate[J]. Int J Sports Med，2000，21（3）：180-184.

[10] 王國(guó)祥. 不同運(yùn)動(dòng)負(fù)荷時(shí)肌肉氧含量與表面肌電圖的變化特點(diǎn)[J]. 體育學(xué)刊，2006，13（3）：51-53.