蔣秋艷，王 敏，張明軍

前言

人體主動(dòng)運(yùn)動(dòng)是肌肉收縮產(chǎn)生作用力的結(jié)果，動(dòng)作技術(shù)的形成建立在肌肉用力的基礎(chǔ)上，要進(jìn)一步了解人體運(yùn)動(dòng)，揭示肌肉的力學(xué)規(guī)律，必然要對(duì)人體肌肉的用力特性及其所表現(xiàn)出的力學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行研究[1]。應(yīng)用肌電研究肌肉在不同狀態(tài)的發(fā)力順序、肌肉的用力大小和肌肉之間的協(xié)調(diào)程度，從基礎(chǔ)理論轉(zhuǎn)向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)技術(shù)服務(wù)的實(shí)踐研究，對(duì)肌肉力量和肌肉疲勞的診斷有一定的應(yīng)用價(jià)值[2]。本研究運(yùn)用高速攝像和表面肌電同步技術(shù)，獲取不同速度下運(yùn)動(dòng)學(xué)和肌電學(xué)數(shù)據(jù)，探討不同速度與動(dòng)作技術(shù)和肌肉用力之間的關(guān)系，為規(guī)范運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作技術(shù)和教練員科學(xué)訓(xùn)練提供理論依據(jù)，對(duì)培養(yǎng)競(jìng)走青少年精英人才有著重要的實(shí)踐價(jià)值。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

選取女運(yùn)動(dòng)員6名，年齡17.7±0.56歲，身高167.1±4.28厘米，體重51.7±1.28公斤，運(yùn)動(dòng)等級(jí)均為一級(jí)及以上，實(shí)驗(yàn)前1個(gè)月內(nèi)沒(méi)有明顯的損傷，所有運(yùn)動(dòng)員均簽署知情同意書。

1.2 研究方法

1.2.1 測(cè)試儀器

SONY高速攝像機(jī)1臺(tái)，拍攝使用頻率為100幀、三腳架、標(biāo)尺、皮尺；美國(guó)NORAXON無(wú)線遙測(cè)肌電測(cè)試儀，采樣頻率2000Hz，肌電片、酒精、棉簽等。高速攝像和表面肌電儀同步采集數(shù)據(jù)。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)流程

確定攝像機(jī)架設(shè)位置，將高速運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)、無(wú)線遙測(cè)肌電測(cè)試儀同步連接；調(diào)整攝像機(jī)鏡頭光圈、拍攝頻率、焦距，使實(shí)驗(yàn)對(duì)象在拍攝范圍內(nèi)清晰可見(jiàn)，并將信號(hào)燈放置拍攝范圍內(nèi)；確定肌電貼放位置為各對(duì)所測(cè)試的肌肉的肌腹最隆起處并進(jìn)行清理。測(cè)試肌肉包括：三角肌前束、三角肌后束、腹外斜肌、臀大肌、股直肌、脛骨前肌、腓腸肌外側(cè)頭、股二頭肌。根據(jù)馬杰[3]等建立的青少年競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員速度區(qū)間進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合運(yùn)動(dòng)員以往的比賽速度，本研究通過(guò)場(chǎng)地模擬比賽對(duì)運(yùn)動(dòng)員中速和高速競(jìng)走狀態(tài)下采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

其中 中 速 為4：30-4：40 min/km，高 速 為4：20-4：30 min/km。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)動(dòng)學(xué)和肌電學(xué)數(shù)據(jù)通過(guò)處理后，應(yīng)用SPSS22.0軟件進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，結(jié)果以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 不同速度下決定運(yùn)動(dòng)員完成比賽的技術(shù)指標(biāo)分析

2.1.1 不同速度下影響運(yùn)動(dòng)員騰空判罰的指標(biāo)分析

競(jìng)走規(guī)則中要求競(jìng)走過(guò)程中不能出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的騰空，通過(guò)重心起伏、騰空距離、擺動(dòng)腿膝角等是判罰運(yùn)動(dòng)員是否存在騰空的重要依據(jù)。

研究發(fā)現(xiàn)[4]，在騰空技術(shù)判罰方面，我國(guó)青少年優(yōu)秀女子運(yùn)動(dòng)員頭部垂直起伏距離偏大，容易判罰騰空，需要改進(jìn)；查思靜等[5]通過(guò)對(duì)青少年運(yùn)動(dòng)員比賽技術(shù)解析發(fā)現(xiàn)，重心起伏和騰空時(shí)間是裁判員判罰的主要依據(jù)。從表1來(lái)看，青少年女子運(yùn)動(dòng)員的重心起伏距離比較適中，受到騰空判罰的概率較小。兩種速度下的重心起伏差距較小，中速重心起伏均值略小于高速，運(yùn)動(dòng)員們兩種速度下重心起伏保持得較為穩(wěn)定，整體上來(lái)看，重心起伏距離隨速度的增加而增加，但備戰(zhàn)十四運(yùn)會(huì)（陜西?。┲攸c(diǎn)青少年女子運(yùn)動(dòng)員重心起伏均在模糊范圍內(nèi)，與其他青少年女子和成年優(yōu)秀女子運(yùn)動(dòng)員相比重心起伏距離比較適中。

表1 中速和高速時(shí)重心起伏距離（cm）

表2 中速和高速騰空距離（cm）

騰空距離是判罰騰空的一個(gè)重要指標(biāo)。青少年女子運(yùn)動(dòng)員的騰空距離大部分是偏高的。中速時(shí)騰空距離均值在18.1 cm左右，高速時(shí)在19.1cm左右，中速時(shí)左右騰空距離比較均衡，相差甚小，高速時(shí)左騰空距離略大于右騰空距離。高速較中速而言，均有增長(zhǎng)且個(gè)別隊(duì)員高速騰空距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于中速騰空距離，極有受判罰的可能。騰空距離即使在模糊界限，也有受判罰的可能性?？偟膩?lái)說(shuō)青少年女子運(yùn)動(dòng)員在提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)的同時(shí)，需要改善騰空距離，保持在判罰界限之內(nèi)，才能達(dá)到減少判罰的可能性。

擺動(dòng)腿膝關(guān)節(jié)角度是影響競(jìng)走運(yùn)動(dòng)中擺動(dòng)效果主要指標(biāo)之一，通過(guò)視頻技術(shù)解析能夠從側(cè)面清晰地看到運(yùn)動(dòng)員肌肉放松的程度。擺動(dòng)腿膝關(guān)節(jié)角在合理范圍內(nèi)時(shí)，運(yùn)動(dòng)員整體的動(dòng)作軌跡較為平緩，重心起伏會(huì)控制在合理范圍內(nèi)。吳童研究發(fā)現(xiàn)[6]，世界頂尖競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員比賽中的擺動(dòng)腿膝關(guān)節(jié)角通常在100°～110°之間。

從表3來(lái)看，青少年女子運(yùn)動(dòng)員中速和高速時(shí)擺動(dòng)腿膝關(guān)節(jié)角度均值在正常范圍內(nèi)，均在100°以上。中速和高速左右擺動(dòng)腿膝關(guān)節(jié)角度均值相差均不大，其中中速左右擺動(dòng)腿膝關(guān)節(jié)角度均值相差1.2°，高速左右擺動(dòng)腿膝關(guān)節(jié)角度相差1.3°，中速時(shí)左擺動(dòng)腿膝關(guān)節(jié)角度略大于右擺動(dòng)腿膝關(guān)節(jié)角度，高速時(shí)右擺動(dòng)腿膝關(guān)節(jié)角度略大于左擺動(dòng)腿膝關(guān)節(jié)角度。中速時(shí)所有運(yùn)動(dòng)員左右擺動(dòng)腿膝關(guān)節(jié)角度均大于100°，不存在后撩過(guò)高現(xiàn)象；高速時(shí)個(gè)別運(yùn)動(dòng)員便出現(xiàn)了擺動(dòng)腿角度小于100°的現(xiàn)象，100°以下容易受到騰空判罰，即在以后的訓(xùn)練中應(yīng)重視后撩過(guò)高的問(wèn)題，針對(duì)后撩過(guò)高進(jìn)行提高髖關(guān)節(jié)靈活性、加強(qiáng)后蹬技術(shù)的練習(xí)。

表3 中速和高速時(shí)擺動(dòng)腿膝關(guān)節(jié)角度（°）

2.1.2 不同速度下影響運(yùn)動(dòng)員屈腿判罰的指標(biāo)分析

競(jìng)走比賽規(guī)則規(guī)定競(jìng)走過(guò)程中支撐腿必須是垂直支撐狀態(tài)[7]，良好的支撐狀況有利于動(dòng)作技術(shù)的向前性。

在競(jìng)走比賽中，著地腳也是裁判員判罰技術(shù)犯規(guī)的依據(jù)之一。合理著地角度能提高競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員技術(shù)的規(guī)范性，還能夠規(guī)避在比賽中犯規(guī)[8]。著地角度過(guò)小，影響運(yùn)動(dòng)員的競(jìng)走技術(shù)動(dòng)作，可能造成屈膝犯規(guī)，還易造成不必要的損傷。

從表4來(lái)看，青少年女子運(yùn)動(dòng)員整體著地角度較小，中速時(shí)著地角均值略大于高速，中速和高速時(shí)左著地角均大于右著地角。中速時(shí)部分運(yùn)動(dòng)員著地角都比較適中，在25°左右。高速時(shí)，大部分運(yùn)動(dòng)員著地角略偏小，且左右著地角不均衡。從前人的研究得知，世界優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的著地角在25°是最為合適的。著地腳過(guò)小，整個(gè)腳尖抬不起來(lái)，會(huì)有些拍地的現(xiàn)象，容易判罰屈腿，也會(huì)影響競(jìng)走技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)效性，其原因主要是由于脛骨前肌和大腿肌群力量差，技術(shù)動(dòng)作不規(guī)范等造成。日常技術(shù)訓(xùn)練要加強(qiáng)勾腳尖、向前踢腳跟等技術(shù)動(dòng)作練習(xí)。

表4 中速和高速時(shí)著地角（°）

從表5來(lái)看，青少年女子運(yùn)動(dòng)員著地瞬間膝關(guān)節(jié)角度都在合理范圍內(nèi)。著地瞬間膝關(guān)節(jié)角度小于175°時(shí)便出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的屈腿，在中速和高速時(shí)重點(diǎn)青少年女子運(yùn)動(dòng)員著地瞬間膝關(guān)節(jié)角度均在175°以上。中速時(shí)，左右膝關(guān)節(jié)角度均值都是178°左右，左右膝關(guān)節(jié)角度非常均衡，不存在屈腿現(xiàn)象。高速著地瞬間膝關(guān)節(jié)角度和中速相比稍小一些，且高速左膝關(guān)節(jié)角度均值略大于右膝關(guān)節(jié)角度，左膝角均值177.23°，右膝角均值176.15°。運(yùn)動(dòng)員在中速時(shí)左右膝關(guān)節(jié)角度較為接近，高速時(shí)左右膝關(guān)節(jié)角度雖有一些差異，但相差較小。表明運(yùn)動(dòng)員在中速和高速時(shí)著地瞬間膝關(guān)節(jié)技術(shù)較為成熟穩(wěn)定，速度的變化對(duì)她們影響較小。

表5 中速和高速時(shí)著地瞬間膝關(guān)節(jié)角度（°）

從數(shù)據(jù)來(lái)看，大部分運(yùn)動(dòng)員著地瞬間膝關(guān)節(jié)角度處于合理范圍之內(nèi)，但還是有個(gè)別運(yùn)動(dòng)員有待提高，在日后還是要加強(qiáng)此方面的訓(xùn)練。在比賽中，運(yùn)動(dòng)員的膝關(guān)節(jié)是否伸直，是裁判判罰犯規(guī)的重要依據(jù)。

2.1.3 不同速度下決定運(yùn)動(dòng)員成績(jī)的技術(shù)指標(biāo)分析

表6 中速和高速單步步長(zhǎng)（m）

步長(zhǎng)是決定運(yùn)動(dòng)員成績(jī)的重要因素[9]。中速時(shí)青少年女子運(yùn)動(dòng)員步長(zhǎng)大多在1米1以下，均值為1.08米和1.07米，左單步稍長(zhǎng)于右單步，中速時(shí)髖關(guān)節(jié)沒(méi)打開(kāi)步幅不夠，再加上速度稍慢，所以導(dǎo)致步長(zhǎng)稍偏小，個(gè)別隊(duì)員左右步長(zhǎng)不均衡，其原因與左右腿部力量、關(guān)節(jié)靈活性等有關(guān)。高速時(shí)步長(zhǎng)就有所提高，均值在1米1左右，受速度的影響高速時(shí)步長(zhǎng)均有所增加。世界優(yōu)秀女子青少年競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員的步長(zhǎng)1.15m左右，但是，目前我國(guó)部分重點(diǎn)青少年運(yùn)動(dòng)員高速走時(shí)仍存在技術(shù)左右步長(zhǎng)不均衡的問(wèn)題[10，11]。針對(duì)左右單步不均衡問(wèn)題，建議在訓(xùn)練中要加強(qiáng)送髖技術(shù)練習(xí)，一方面加強(qiáng)髖關(guān)節(jié)的靈活性，另一方面加強(qiáng)髖、膝、相應(yīng)關(guān)節(jié)力量的專門練習(xí)，要結(jié)合競(jìng)走技術(shù)特點(diǎn)和人體解剖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)注重關(guān)節(jié)間肌肉力量分配，避免左右肌力不均衡，來(lái)不斷提高競(jìng)走技術(shù)的規(guī)范性和實(shí)用性。

后蹬距離是決定步長(zhǎng)的一個(gè)重要因素，也是決定運(yùn)動(dòng)成績(jī)的一個(gè)重要因素。后蹬是競(jìng)走比賽中主要?jiǎng)恿?lái)源，后蹬時(shí)地面的反作用力是比賽速度增加的根本因素，所以要將地面反作用力轉(zhuǎn)換為對(duì)身體向前的推動(dòng)力，合理增大后蹬距離，提高競(jìng)走比賽速度[12]。從表7來(lái)看，中速時(shí)左、右后蹬距離基本接近，高速時(shí)后蹬距離均值略高于中速，運(yùn)動(dòng)員左后蹬距離略小于右后蹬距離；中速和高速時(shí)部分運(yùn)動(dòng)員的后蹬不充分。這主要與左右腿部肌肉力量、足部力量不均衡等有關(guān)。因此，在以后的訓(xùn)練中需加強(qiáng)左右腿力量的均衡性練習(xí)，針對(duì)后蹬不足建議在競(jìng)走練習(xí)中一方面優(yōu)化髖部始動(dòng)運(yùn)動(dòng)技術(shù)節(jié)奏，加強(qiáng)后擺階段“髖部放得松”技術(shù)，形成自由鐘擺運(yùn)動(dòng)，加快重心的跟進(jìn)速度，減小大腿后部肌肉群緊張?jiān)斐傻淖枇Γ苊庀轮倪^(guò)早用力，另一方面加強(qiáng)脛骨前肌的力量和踝關(guān)節(jié)柔韌性。

表7 中速和高速后蹬距離（cm）

前擺距離是決定步長(zhǎng)的一個(gè)重要因素，也是決定成績(jī)的一個(gè)重要因素[7]。前擺距離的增加對(duì)步長(zhǎng)的增大有一定作用。因此，運(yùn)動(dòng)員在前擺過(guò)程中，要加強(qiáng)送款，髖關(guān)節(jié)越放松，前擺距離越大，有利于步長(zhǎng)的增加，對(duì)運(yùn)動(dòng)員技術(shù)的規(guī)范性和經(jīng)濟(jì)性具有積極的影響，也符合當(dāng)前競(jìng)走技術(shù)規(guī)則的要求。從表8來(lái)看，青少年女子運(yùn)動(dòng)員前擺距離中速低于高速，左右前擺距離稍有差距，兩種速度下均為左前擺距離大于右前擺距離，均值相差1 cm左右，可能與左右下肢力量不均衡有關(guān)。

表8 中速和高速前擺距離（cm）

兩大腿夾角從側(cè)面的反映運(yùn)動(dòng)員髖關(guān)節(jié)的靈活程度[13]，在競(jìng)走運(yùn)動(dòng)中起著尤為重要的作用，眾所周知競(jìng)走運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)以髖為軸的周期性運(yùn)動(dòng)，而衡量髖是否靈活、運(yùn)用得是否合理有效的標(biāo)準(zhǔn)即是看兩大腿夾角，在日常訓(xùn)練中要積極進(jìn)行送髖動(dòng)作技術(shù)練習(xí)，讓髖關(guān)節(jié)更加放松、靈活。從表9來(lái)看，運(yùn)動(dòng)員兩大腿夾角都較為適中。中速時(shí)左右兩大腿夾角相差不大，左大腿夾角比右大腿夾角小1°左右；高速時(shí)左右兩大腿夾角相差稍大一些，右大腿夾角比左大腿夾角大2°左右，兩種速度情況下表明右髖比左髖更為靈活。兩大腿夾角小，說(shuō)明髖部還不夠靈活，沉髖技術(shù)有待提高。在平時(shí)的訓(xùn)練中應(yīng)加強(qiáng)臀大肌、脛骨前肌、腹外斜肌和三角肌力量練習(xí)，為運(yùn)動(dòng)員創(chuàng)造強(qiáng)有力的肌肉力量，從而支撐技術(shù)動(dòng)作的有效發(fā)揮。

表9 中速和高速兩大腿夾角（°）

2.2 不同速度下運(yùn)動(dòng)員肌電學(xué)指標(biāo)分析

2.2.1 運(yùn)動(dòng)員不同速度下均方根振幅分析

均方根振幅（RMS）[14]是放電有效值，其大小決定于肌電幅值的變化，一般認(rèn)為與運(yùn)動(dòng)單位募集和興奮節(jié)律有關(guān)。其計(jì)算公式為：

其中，N為采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)；Xi為每一點(diǎn)的肌電數(shù)據(jù)（幅值）；單位為微伏（μV）。

表10 中速RMS（μV）

表11 高速RMS（μV）

青少年女子運(yùn)動(dòng)員中速和高速都是臀大肌、腹外斜肌、脛骨前肌和三角肌后束RMS激活程度較高，臀大肌、腹外斜肌、三角肌后束以及脛骨前肌在競(jìng)走過(guò)程中發(fā)揮著主要的作用。中速時(shí)臀大肌激活程度最高，臀大肌在競(jìng)走過(guò)程中激活程度競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員髖部靈活性起著至關(guān)重要的作用，而臀大肌具有“伸髖”的功能，因此在平時(shí)訓(xùn)練中可以加強(qiáng)競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員的臀大肌來(lái)加強(qiáng)髖部力量。高速時(shí)三角肌后束激活程度最高，競(jìng)走過(guò)程中擺臂不容小覷，上肢擺動(dòng)技術(shù)可以協(xié)調(diào)下肢擺動(dòng)形成協(xié)調(diào)的運(yùn)動(dòng)節(jié)奏，在平時(shí)訓(xùn)練中應(yīng)重視隊(duì)員的擺臂技術(shù)。脛骨前肌在競(jìng)走過(guò)程中支撐后蹬和擺動(dòng)，所以脛骨前肌激活程度也比較高。腹外斜肌支撐著核心的穩(wěn)定，在整個(gè)過(guò)程中必不可少。中速和高速所測(cè)肌群激活程度的順序雖然有些差異，但是都是這幾塊肌肉激活程度較高。上半身的腹外斜肌和三角肌后束被激活得較高，下半身的臀大肌和脛骨前肌被激活得較高。

2.2.2 運(yùn)動(dòng)員不同速度下積分肌電值分析

積分肌電值（IEMG）反映一定時(shí)間內(nèi)肌肉中參與運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)單位放電總量，其值的大小在一定程度上反映參加工作的運(yùn)動(dòng)單位數(shù)量多少和每個(gè)運(yùn)動(dòng)單位的放電大小，是評(píng)價(jià)肌纖維參與多少的重要指標(biāo)，也是評(píng)價(jià)肌肉貢獻(xiàn)率的指標(biāo)[15]。其計(jì)算公式為：

其中，N1為積分起點(diǎn)；N2為肌電終點(diǎn)；X（t）為肌電曲線函數(shù)值；dt為采樣的時(shí)間間隔，單位為微伏·秒（μV·s）。

表12 中速IEMG（μV·s）

表13 高速IEMG（μV·s）

運(yùn)動(dòng)員在競(jìng)走過(guò)程中臀大肌的參與是最多的，中速均值為111.32μV·s，高速均值為170.35μV·s，所測(cè)肌群高速IEMG均值均大于中速，中速時(shí)肌肉參與由高到低順序?yàn)椋和未蠹　雇庑奔〖　羌『笫劰乔凹　啥^肌—股直肌—三角肌前束—腓腸肌，高速時(shí)肌肉積分肌電值由高到低順序?yàn)椋和未蠹　羌『笫雇庑奔　劰乔凹　啥^肌—股直肌—腓腸肌—三角肌前束。中速和高速所測(cè)肌群參與程度不一致，但總體趨勢(shì)走向是差不多的，都是臀大肌、腹外斜肌、脛骨前肌和三角肌后束參與多，股直肌、股二頭肌、腓腸肌和三角肌前束參與少。

3 結(jié)論

1.中速和高速時(shí)運(yùn)動(dòng)員重心起伏較小，高速略高于中速；兩種速度下騰空距離偏大，高速騰空距離明顯高于中速。兩種速度下，著地角、著地膝角、擺動(dòng)腿膝角較為適中；高速時(shí)的步長(zhǎng)、后蹬距離明顯大于中速；中速和高速的前擺距離、后蹬角、兩大腿夾角相差較小。

2.中速和高速時(shí)均為臀大肌、腹外斜肌、三角肌后束和脛骨前肌被激活的程度較高；中速和高速時(shí)臀大肌、三角肌后束、腹外斜肌和脛骨前肌在競(jìng)走過(guò)程中參與較多。