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投擲手榴彈動作的表面肌電特點分析＊

周陽，郭延齡，常祺

［摘要］目的利用表面肌電分析投彈運動過程中參與肌群的特點。方法將電極貼于腹直肌、股四頭肌、脛前肌、小腿三頭肌、腘繩肌、臀大肌、豎脊肌、斜方肌、背闊肌、三角肌、肱二頭肌、肱三頭肌、腕曲肌、腕伸肌、胸大肌肌腹處，得出各個肌肉主要發(fā)力區(qū)間時間和RMS值。結(jié)果通過表面肌電信號圖結(jié)合錄像分析，得出各個肌群的發(fā)力大小與發(fā)力區(qū)間。結(jié)論各個肌群隨著投彈動作的發(fā)生協(xié)調(diào)發(fā)力，每個肌肉都有其特定的時相和大小，這為建立標(biāo)準(zhǔn)投彈模型提供了參考。

［關(guān)鍵詞］表面肌電；投彈；均方根（RMS）

投擲手榴彈是部隊軍事訓(xùn)練的一項重要科目，謝喜強等研究表明投擲手榴彈是軍事訓(xùn)練傷的多發(fā)科目［1］，怎樣科學(xué)施訓(xùn)來避免軍事訓(xùn)練傷是現(xiàn)今軍事訓(xùn)練領(lǐng)域的一個熱點問題。投擲手榴彈動作是一種多肌肉群參與的全身性運動。本文利用表面肌電這種特異性良好的無創(chuàng)性檢查來分析投彈過程中各個肌群的發(fā)力規(guī)律與特點，為預(yù)防投彈訓(xùn)練傷提供參考。

1　對象與方法

1.1測試對象西安通信學(xué)院男學(xué)員1名，年齡20歲，身高172 cm，體重67.5 kg。被試者身體狀況良好，24 h內(nèi)未從事劇烈運動，無肌肉疲勞狀態(tài)。

1.2測試儀器和材料表面肌電儀為加拿大Thought公司生產(chǎn)的FlexComp表面肌電分析系統(tǒng)，Ag-Agcl表面電極。

1.3方法測試在室外訓(xùn)練場進(jìn)行，對學(xué)員腹直肌、股四頭肌、脛前肌、小腿三頭肌、腘繩肌、臀大肌、腰部豎脊肌、斜方肌、背闊肌、三角肌、肱二頭肌、肱三頭肌、腕曲肌、腕伸肌、胸大肌的肌腹的最豐滿處進(jìn)行定位，用酒精棉球進(jìn)行充分脫脂后，將電極片與采樣肌肉纖維的長軸平行。之后在教練員指導(dǎo)下進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)投彈練習(xí)，共投彈五次，以此采集肌電信號時域范圍的均方根（Root mean square，RMS），同時通過參照圖像信息找到每個階段的時間和各個肌肉的最大用力區(qū)間。

1.4指標(biāo)分析記錄各個肌肉在進(jìn)行投彈時的RMS值和各個時間點，所得RMS值以（±s）表示。

2　結(jié)　果

將投彈過程分為2個階段：引彈-轉(zhuǎn)體-投彈，引彈-轉(zhuǎn)體時間：0～0.331 s，轉(zhuǎn)體-投彈時間：0.331～0.460 s。投彈過程中各個肌肉的RMS值見表1，各個肌群用力對比見表2，各個肌群主要發(fā)力區(qū)間見表3。

表1　各個肌肉的RMS值

表2　各個肌群用力對比

表3　各個肌群主要發(fā)力區(qū)間

3　討　論

投彈動作是軍事訓(xùn)練的基本訓(xùn)練科目之一。自夏季征兵以來，據(jù)全軍軍事訓(xùn)練傷研究所統(tǒng)計，2014年投彈骨折的發(fā)生率相對于往年提高了3～4倍，這引起了對投彈訓(xùn)練傷合理防治的大討論。劉大雄等通過對采用運動分析儀測定投彈運動過程的姿態(tài)及各關(guān)節(jié)點速度峰值時的手臂角、肩臂角、軀干角、軀干上臂夾角等，以此得出投彈骨折主要出現(xiàn)在投擲臂從肩側(cè)“撇彈”這個動作，此時因產(chǎn)生的力矩都作用于肱骨的垂直軸或垂直軸附近，如果此時手臂角度>90°，肱骨所受力矩超過極限就會造成投彈骨折［2］。忻鼎亮等研究表明骨折最危險的時刻在前臂加速運動過程中各個運動學(xué)參數(shù)同時過大造成的［3］。投彈運動作為一種整體性技巧性運動，各個肌肉群在投彈過程中的特點和相互關(guān)系也是一個非常重要研究內(nèi)容。Herzmark等［4］認(rèn)為投擲性骨折的發(fā)生是因為各個肌群之間發(fā)力不協(xié)調(diào)。本文利用表面肌電嘗試分析在投彈過程中各個肌群的發(fā)力特點。

表面肌電（surface electromyogmphy，sEMG）信號是神經(jīng)肌肉系統(tǒng)在進(jìn)行隨意性和非隨意性活動時的生物電變化經(jīng)表面電極引導(dǎo)、放大、顯示和記錄所獲得的一維電壓時間序列信號，其振幅約為0～5000 μV，頻率30～350 Hz。信號形態(tài)具有較強的隨機性和不穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)的針式肌電圖（needle electromyography，NEMG）相比，sEMG的空間分辨率相對較低，但是探測空間較大，無創(chuàng)傷，在運動領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。基礎(chǔ)研究表明，sEMG信號源于大腦運動皮質(zhì)控制之下的脊髓α運動神經(jīng)元的生物電活動，形成于眾多外周運動單位電位在時間和空間上的總和，信號的振幅和頻率特征變化取決于不同肌肉活動水平和功能狀態(tài)下的運動單位活動同步化、肌纖維募集和肌纖維興奮傳導(dǎo)速度下降等生理性因素以及探測電極位置、信號串線、皮膚溫度、肌肉長度、肌肉收縮方式等測量性因素的共同作用。在控制良好的條件下，上述sEMG信號活動的變化在很大程度上能夠定量反映肌肉活動的局部疲勞程度、肌力水平、肌肉激活模式、運動單位興奮傳導(dǎo)速度、多肌群協(xié)調(diào)性等肌肉活動和中樞控制特征的變化規(guī)律。RMS是一段時間內(nèi)瞬間肌電圖振幅平方平均值的平方根，是放電有效值，取決于肌肉負(fù)荷性因素和肌肉本身的生理生化過程之間的內(nèi)在聯(lián)系，主要反映肌肉活動時運動單位激活的數(shù)量、參與活動的運動單位的類型以及同步化程度，與中樞控制功能有關(guān)［5，6］。Kim等［7］的研究表明，RMS可以作為評估肌張力的指標(biāo)。

投彈骨折的發(fā)生一方面是因為不正確的投彈動作，另一方面是因為大量重復(fù)性訓(xùn)練造成的運動性疲勞加劇造成的損傷積累。研究表明，投彈時肱骨發(fā)生螺旋形骨折的時相可能是：（1）肘關(guān)節(jié)加速度最大值；（2）腕關(guān)節(jié)加速度最大值；（3）前臂與投擲方向夾角加速度最大值；（4）肘加速度為最小值［2］。關(guān)節(jié)的運動速度大小與其相關(guān)功能肌群的功能密切相關(guān)，如果這些肌群出現(xiàn)問題，投彈動作就不可避免地出現(xiàn)偏差，從而造成投彈訓(xùn)練傷。本文從各個肌群在投彈過程中的肌電信號的變化入手，以此證明了投彈運動是一個全身性協(xié)調(diào)運動，每塊肌肉出現(xiàn)問題都會對投彈動作造成影響，初步得出了各個肌群的主要發(fā)力區(qū)間，為以后建立標(biāo)準(zhǔn)化投彈模型提供參考。

參考文獻(xiàn)

［1］謝喜強，楊少鋒，林云，等.某部新兵軍事訓(xùn)練傷的規(guī)律及預(yù)防對策［J］.海軍醫(yī)學(xué)雜志，2009，30（1）：1-3.

［2］劉大雄，黃誠.投彈的運動學(xué)分析和投彈骨折的預(yù)防［J］.中華創(chuàng)傷雜志，2005，21（6）：455-458.

［3］忻鼎亮.投彈骨折的力學(xué)機理的研究［J］.體育科學(xué)，2005，25 （7）：43-45.

［4］Herzmark MH，Klune RF.Ball thnowing fracture of the humerus［J］.Med Ann DC，1957，21：196.

［5］穆景頌，倪朝民.表面肌電圖在腦卒中康復(fù)評定中的應(yīng)用［J］.中國康復(fù)，2009，24：53-55.

［6］鄭潔皎，胡佑紅，俞卓偉.表面肌電圖在神經(jīng)肌肉功能評定中的應(yīng)用［J］.中國康復(fù)理論與實踐，2007，13（8）：741-742.

［7］Kim KS，Seo JH，Song CG.Portable measurement system for the objective evaluation of the spasticity of hemiplegic patients based on the tonic stretch reflex threshold［J］.Med Eng Phys，2011，33：62-69.

［2015-08-20收稿，2015-09-21修回］［本文編輯：韓松］

The surface-electromyographic analysis of Grenade throwing

ZHOU Yang，GUO Yan-ling，CHANG Qi.

Institute of Military Training Related Medical Science of Chinese PLA，Luoyang，Henan 471031，China

［Abstract］ObjectiveTo analyse the characteristics of muscles in the grenade throwing with surface electricity.MethodsThis study choose a sergeancy of good performance in grenade throwing，the surfaceelectomyographic（sEMG）signals of the subjects' rectus abdominis，quadriceps femoris，tibialis anterior，gastrocnemiussoleus，hamstring muscle，gluteus maximus，erector spinae，musculus trapezius，latissimus dorsi，deltoid，biceps brachii，triceps brachii，musculusflexor，wrist extensor，ectopectoralis were recorded during throwing grenade，through the sEMG to get the RMS and times of major exerting period.Results Through the sEMG and videotape，the RMS and the times of muscles' contraction were obtained.ConclusionAll muscles coordinate to contract，each muscle has specific time phase and quantity，the results provide the reference about the standards-based norm of grenade throwing.

［Key words］surface electromyogram（sEMG）；Grenade throwing；root mean square（RMS）

［中圖分類號］R337.5

［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A

［基金項目］濟南軍區(qū)后勤立項課題：強化體能訓(xùn)練所致運動系統(tǒng)組織功能結(jié)構(gòu)塑形改建及其損傷修復(fù)機理的研究（JN11L035）

［作者單位］471031河南洛陽，解放軍150醫(yī)院全軍軍事訓(xùn)練醫(yī)學(xué)研究所（周陽，郭延齡，常祺）

DOI：10.14172/j.issn1671-4008.2016.02.003