我國優(yōu)秀雙人滑男運動員落冰及模仿訓(xùn)練肌電特征研究

李 驥，趙金平，華立君，王 旭

我國優(yōu)秀雙人滑男運動員落冰及模仿訓(xùn)練肌電特征研究

李 驥1，趙金平2，華立君1，王 旭1

目的：探討花樣滑冰跳躍動作落冰過程中肌肉的工作特征及相關(guān)陸地模仿的訓(xùn)練效果。方法：以我國優(yōu)秀雙人滑男運動員張某為研究對象，利用Mega ME6000肌電測試儀對其完成后外點冰兩周跳、陸地兩周跳、凳上躍起動作落地過程支撐腿落地后0.8 s內(nèi)雙側(cè)脛骨前肌、腓腸肌外側(cè)頭、股直肌、股二頭肌、臀大肌、豎脊肌、腹外斜肌和腹直肌的表面肌電信號進(jìn)行采集，通過MegaWin2.4對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。結(jié)果：完成專項動作時積分面積較大的8塊肌肉依次為右側(cè)股二頭肌、右側(cè)股直肌、右側(cè)腓腸肌外側(cè)頭、左側(cè)股二頭肌、右側(cè)脛骨前肌、右側(cè)臀大肌、左側(cè)臀大肌和右側(cè)豎脊肌，多數(shù)工作肌的積分肌電峰值出現(xiàn)在落冰后的0.4 s左右；完成專項動作各肌肉積分面積與凳上躍起動作具有較高相關(guān)性（r=0.578，P=0.019），與陸地兩周跳動作不相關(guān)；肌肉貢獻(xiàn)度較大的肌肉中，專項動作與兩種陸地模仿動作相比，支撐腿股二頭肌、股直肌和腓腸肌外側(cè)頭的平均積分肌電值明顯偏高，積分肌電峰值出現(xiàn)時間不同。結(jié)論：完成后外點冰兩周跳落冰動作的主要工作肌為支撐腿各肌群、同側(cè)豎脊肌及擺動腿的股二頭肌、臀大??；凳上躍起和陸地兩周跳兩種陸地模仿練習(xí)的肌肉工作特征與專項動作有一定差異，可作為輔助訓(xùn)練手段，但不宜過多采用。

花樣滑冰；落冰；陸地模仿；表面肌電

落冰是花樣滑冰中最易出現(xiàn)失誤的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。隨著花樣滑冰運動水平不斷提高，跳躍動作的難度不斷加大，躍起速度快，旋轉(zhuǎn)周數(shù)多，對運動員的落冰穩(wěn)定性提出了更大的挑戰(zhàn)。近年來，我國高水平花樣滑冰運動員在國內(nèi)外重要賽事中出現(xiàn)落冰動作失誤的現(xiàn)象屢見不鮮，直接影響比賽成績[1]。如何有效增強運動員的肌肉控制能力，提高落冰穩(wěn)定性是亟待解決的問題。目前，陸地模仿是花樣滑冰運動員普遍采用的訓(xùn)練方法[2]，提高訓(xùn)練的專門性，使之與專項技術(shù)動作相符合是有效發(fā)揮訓(xùn)練效果的重要途徑。

通過比較花樣滑冰運動員在完成跳躍動作及2種陸地模仿動作時的動作特點和表面肌電（sEMG）特征，分析影響運動員落冰穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，探討陸地模仿訓(xùn)練與專項技術(shù)動作的差異，為改進(jìn)花樣滑冰跳躍動作的訓(xùn)練方法提供理論依據(jù)。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

研究對象為我國現(xiàn)役優(yōu)秀雙人滑運動員張某，國際級健將，1984年出生，身高181 cm，體重85 kg。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗法 （1）試驗儀器。Mega ME6000（Mega Electronics Ltd，F(xiàn)inland）16通道表面肌電儀，SONY-1 000E數(shù)碼攝像機，一次性Ag/AgCl皮膚表面電極（北京市天潤偉業(yè)醫(yī)用設(shè)備廠產(chǎn)YH-1型）。

（2）試驗方案。試驗在北京首都體育館國家花樣滑冰訓(xùn)練中心進(jìn)行，測試內(nèi)容及時間安排見表1。根據(jù)花樣滑冰跳躍動作的動作特點[3]，選取雙側(cè)脛骨前?。═A）、腓腸肌外側(cè)頭（LG）、股直?。≧F）、股二頭肌（BF）、臀大肌（GM）、豎脊?。‥S）、腹外斜?。‥O）和腹直肌（RA）共16塊肌肉作為表面肌電測試對象。

表1 測試內(nèi)容及時間安排Table1 Testing contents and time arrangement

（3）sEMG信號的采集與分析。采用雙電極法采集sEMG信號。表面電極直徑0.5 cm，參照SENIAM提出的標(biāo)準(zhǔn)，貼放于肌腹最隆起處，放置方向與肌纖維長軸走向一致，電極中心相距2 cm，參照電極置于探測電極內(nèi)側(cè)3 cm處，放置電極前用75%酒精棉球清理皮膚表面[4]。連續(xù)采集運動員跳起至落地后身體恢復(fù)靜止?fàn)顟B(tài)的sEMG信號，采樣頻率1 000 Hz，帶通濾波20～500 Hz，攝像機同步采集視頻。將落地過程劃分為8個階段，從支撐腿著陸瞬間開始，每0.1 s為一個階段（見圖1）。利用MegaWin2.4分別將3種動作的原始肌電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為積分肌電（iEMG）并運算。

圖1 陸地模仿2周跳動作的原始肌電及視頻截圖Figure1 Raw EMG and the corresponding video shots about action of imitation for double toeloop jump

1.2.2 數(shù)理統(tǒng)計法 利用spss16.0對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的統(tǒng)計學(xué)分析。

2 結(jié)果

2.1 完成動作的基本情況

3項測試中運動員的動作有如下特點（見圖2）。（1）運動員均以右腿為支撐腿，左腿為浮腿，各肌肉的用力程度和發(fā)力順序不同。（2）完成專項落冰動作時，支撐腿屈髖、屈膝、踝關(guān)節(jié)背屈，在身體重心下降至最低點后轉(zhuǎn)為蹬伸；擺動腿交叉于支撐腿前方，從髖關(guān)節(jié)屈、外旋位順勢打開呈外展、后伸位，膝關(guān)節(jié)隨之伸直；軀干保持前傾。（3）完成陸地落地動作時，軀干在動作后半階段完全挺直，身體其他各運動環(huán)節(jié)動作基本同專項動作。落地約0.4 s時，由于旋轉(zhuǎn)慣性，且足底與地面摩擦力大，支撐腿發(fā)生一次小跳以調(diào)整身體方向。（4）完成凳上落地動作時，由于距地面垂直高度增加，身體重心下降幅度加大；因躍起時無轉(zhuǎn)體動作，不存在轉(zhuǎn)動慣量，落地時身體未發(fā)生旋轉(zhuǎn)運動；擺動腿運動僅發(fā)生于矢狀面內(nèi)。（5）3項測試中，身體重心變化節(jié)奏有所不同。身體旋轉(zhuǎn)90°時，完成動作中各階段用時見表2。

圖2 完成3種落地動作視頻截圖Figure2 The corresponding video shots about three kinds of actions

表2 完成動作用時/sTable2 Duration of completing action/s

2.2 積分面積及肌肉做功百分比

2.2.1 積分面積 積分面積反映肌肉完成動作中的做功，張某完成3種動作的積分面積（0.8 s）見表3。完成陸地動作時，做功大于專項動作及與專項動作接近的肌肉均為3塊，凳上模仿動作時各為5塊。利用Bivariate-pearson檢驗對專項動作與陸地、凳上動作的積分面積值分別進(jìn)行比較，完成凳上動作各肌肉做功與專項動作具有較高相關(guān)性（r=0.578，P=0.019），而完成陸地動作各肌肉做功與專項動作不相關(guān)。

表3 完成3種動作過程中的積分面積Table3 Integral area in process of completing three kinds of actions

2.2.2 肌肉做功百分比 肌肉做功百分比也稱肌肉活動貢獻(xiàn)度，能夠客觀反映肌肉在完成動作某階段內(nèi)發(fā)揮作用的大小[5]。張某完成3種落地動作時，0.8 s內(nèi)的肌肉做功百分比見圖3。

圖3 完成專項、陸地和凳上動作時各工作肌做功百分比Figure3 Each working muscle acting percentage during completing specialty，land and bench action

完成專項動作時，16塊肌肉按貢獻(xiàn)度依次為：右側(cè)股二頭?。居覀?cè)股直?。居覀?cè)腓腸肌外側(cè)頭＞左側(cè)股二頭?。居覀?cè)脛骨前?。居覀?cè)臀大?。咀髠?cè)臀大肌＞右側(cè)豎脊?。咀髠?cè)股直?。咀髠?cè)腹直?。居覀?cè)腹外斜肌=左側(cè)腓腸肌外側(cè)頭＞右側(cè)腹直肌=左側(cè)腹外斜?。咀髠?cè)豎脊肌＞左側(cè)脛骨前肌。貢獻(xiàn)度最大的前8塊肌肉中有6塊為右側(cè)肌肉，可見，支撐腿一側(cè)的肌肉在完成落冰動作時發(fā)揮的作用最為重要。

與完成專項動作貢獻(xiàn)度最大的前8塊肌肉相比，陸地動作和凳上動作各有6塊工作肌與之相同，為右側(cè)股二頭肌、右側(cè)股直肌、右側(cè)腓腸肌外側(cè)頭、右側(cè)脛骨前肌、左側(cè)臀大肌和右側(cè)豎脊肌。

2.3 iEMG值

2.3.1 專項動作主要工作肌iEMG值 將完成動作時，活動貢獻(xiàn)度最大的前8塊肌肉定義為主要工作肌。張某在落冰的0.8 s內(nèi)，主要工作肌iEMG值隨時間變化趨勢見圖4。

圖4 專項動作主要工作肌積分肌電值Figure4 Integrated EMG values of main working muscle in specific action

積分肌電（iEMG）大小反映了肌肉的用力程度[6]，曲線中的最高點代表肌肉的工作強度峰值。（1）右側(cè)股二頭肌、右側(cè)腓腸肌外側(cè)頭、右側(cè)脛骨前肌、右側(cè)豎脊肌和左側(cè)臀大肌5塊肌肉工作強度峰值出現(xiàn)在落冰后的第4個0.1 s內(nèi)，右側(cè)股直肌在此時段肌肉收縮程度也明顯增強，說明這一階段是落冰動作過程的最關(guān)鍵時期。觀察視頻發(fā)現(xiàn)，此階段身體重心由最低點開始上升，支撐腿肌肉的主要工作從離心緩沖轉(zhuǎn)為向心收縮，左腿臀大肌和股二頭肌先后發(fā)力，擺動腿以左髖關(guān)節(jié)為發(fā)力點，從體側(cè)開始向后外方加速打開。（2）在落冰瞬間，右側(cè)股二頭肌、右側(cè)股直肌、右側(cè)臀大肌和左側(cè)股二頭肌即出現(xiàn)較高的工作強度，此后用力程度又有所下降，說明上述肌肉在身體接冰時提前做出了準(zhǔn)備，這種現(xiàn)象是否存在普遍規(guī)律及其對完成落冰動作的影響尚需進(jìn)一步探討（見圖4）。

2.3.2 冰陸動作主要工作肌iEMG值 平均iEMG值代表肌肉在完成動作中的平均工作強度。完成專項、陸地和凳上3種動作6塊主要工作肌的平均iEMG值及組間非參數(shù)檢驗結(jié)果顯示，6塊工作肌中，右側(cè)股二頭肌的平均iEMG值在專項動作與2種陸地模仿動作之間的差異有統(tǒng)計學(xué)意義，其他5塊肌肉的差異不具有統(tǒng)計學(xué)意義，但仍存在不同程度的數(shù)值偏差，特別是右側(cè)股直肌和右側(cè)腓腸肌外側(cè)頭在完成專項動作中的工作強度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于陸地模仿動作（見表4）。

表4 6塊主要工作肌平均iEMG值（M±SD）Table4 iEMG valueof 6 main working muscles（M±SD）

2.3.3 冰陸動作主要工作肌工作強度隨時間變化趨勢 6塊主要工作肌在完成不同動作時工作強度隨時間的變化曲線顯示：專項動作的6塊肌肉工作強度變化表現(xiàn)出較高的一致性，曲線呈拋物線狀，峰值出現(xiàn)時間比較接近；陸地動作時，各肌肉工作強度變化規(guī)律不明顯，曲線呈現(xiàn)單峰、雙峰和波浪形；凳上動作時，右側(cè)股二頭肌、右側(cè)股直肌、左側(cè)臀大肌和右側(cè)豎脊肌4塊肌肉工作強度變化趨勢與專項動作較為接近，在工作強度大小和峰值出現(xiàn)時間上略有不同（見圖5）。

3 討論與分析

花樣滑冰跳躍動作的質(zhì)量主要體現(xiàn)在動作的高、飄、快、穩(wěn)4個方面[7]。起跳時，人體需獲得較大的垂直速度和水平速度，并在空中沿人體縱軸進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，因此，為了確保落冰期動作的穩(wěn)定性，人體必須對由此產(chǎn)生的慣量進(jìn)行有效控制，這有賴于上、下肢和軀干肌肉的協(xié)調(diào)有序工作[8]。落冰時，支撐腿髖、膝、踝關(guān)節(jié)周圍肌肉通過拉長收縮控制人體重心的下降速度和幅度，這些肌肉工作強度較大，在控制身體平衡方面起到?jīng)Q定性作用；擺動腿、上肢和軀干通過特定的動作和姿勢，共同參與保持身體平衡。本研究雖然更多的關(guān)注于貢獻(xiàn)度最大的幾塊肌肉，但應(yīng)指出，其他工作肌所發(fā)揮的作用也同樣不可忽視。

陸地模仿訓(xùn)練的主要目的是強化相關(guān)工作肌的力量和協(xié)調(diào)能力，練習(xí)動作的設(shè)計必須符合專門性原則，即在動作形式、力量、速度、節(jié)奏等方面應(yīng)盡可能與專項技術(shù)動作相接近[9]。本研究中的2種陸地練習(xí)是我國花樣滑冰訓(xùn)練中經(jīng)常采用的輔助訓(xùn)練方法，通過對比，2種陸地訓(xùn)練的動作節(jié)奏與專項動作較為吻合，動作均在0.6 s內(nèi)基本完成，落地緩沖（重心下降階段）用時在0.2 s左右，其中凳上動作落地緩沖用時比專項動作略長，這與其起跳的垂直高度更高有關(guān)。陸地2周跳在動作形式上與專項動作更為接近，區(qū)別主要在落地后腳掌與地面間存在較大摩擦力，不同于冰上的滑行動作。正是由于這個原因，這項模仿練習(xí)中肌肉的工作特征與專項動作差異較大，如能將支撐面設(shè)計成可旋轉(zhuǎn)式，或?qū)⑹辜∪獾墓ぷ魈卣鞲咏趯嶋H。

比較完成動作時肌肉的平均iEMG值發(fā)現(xiàn)，專項動作中支撐腿股二頭肌、股直肌和腓腸肌的工作強度都要高于陸地模仿動作，顯然，專項動作對肌肉力量的要求更高，陸地模仿練習(xí)難以滿足，這主要由于落冰時是以冰刀的刀刃接冰，接觸面更小，身體重心不易控制，這就需要肌肉發(fā)揮更強的肌力確保身體平衡。

圖5 主要工作肌iEMG值隨時間的變化曲線Figure5 Curve that iEMG value of main working muscle changes with time

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié) 論

（1）張某完成點冰2周跳落冰動作中貢獻(xiàn)度最大的前8塊肌肉依次為右側(cè)股二頭肌、右側(cè)股直肌、右側(cè)腓腸肌外側(cè)頭、左側(cè)股二頭肌、右側(cè)脛骨前肌、右側(cè)臀大肌、左側(cè)臀大肌、右側(cè)豎脊肌。

（2）落冰時，支撐腿肌肉對完成動作具有重要作用，各肌群在離心緩沖到向心蹬伸的過渡期工作強度達(dá)到最高。

（3）在落冰瞬間，右側(cè)股二頭肌、右側(cè)股直肌、右側(cè)臀大肌和左側(cè)股二頭肌即出現(xiàn)較高的工作強度，此后用力程度又有所下降，說明上述肌肉在支撐腿接冰時提前做出了準(zhǔn)備。

（4）2種陸地模仿練習(xí)中，凳上躍起落地比陸地后外點冰2周跳落地時的肌肉工作特征更接近于專項動作，但各肌肉的貢獻(xiàn)度大小、用力程度和發(fā)力順序與專項動作仍有一定差異，可作為輔助訓(xùn)練手段，但不宜過多采用。

4.2 建 議

陸地模仿訓(xùn)練可以作為專項訓(xùn)練的輔助手段，但動作的專門性需得到進(jìn)一步提高。針對完成專項動作中主要工作肌，專門的力量訓(xùn)練必不可少。

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[9]鄧樹勛，王健，喬德才.運動生理學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2005.

Electromyography Characteristics of Landing Jumps and Imitation Training of Chinese Excellent Male Pairs SkatingAthlete

LI Ji1，ZHAO Jinping2，HUA Lijun1，WANG Xu1

（1.School of Sports Science，Harbin Normal University，Harbin 150025，China；2.School of Winter Olympics，Harbin Institute of Physical Education，Harbin 150008，China）

Objective：To observe the working characteristics of muscles during the falling ice in the jumping actions of figure skating and the training effect of landing imitation.Methods：With the excellent Chinese pairs skating male athlete Zhang as the research object，the surface electromyogram signals of 0.8s af?ter supporting leg fall down to the ground of the tibialis anterior，caput laterale，rectus femoris，biceps femoris，gluteus maximus，erector spinae，external oblique and rectus abdominis in both sides in the course of the double toeloop jump，land double toeloop jump and the leaping actions on stool were collected by Mega ME6000，and the raw datas were analyzed by MegaWin2.4.Results：The muscle of the largest integral area in completing special movement is right biceps femoris，followed by right rectus femoris，right caput laterale，left biceps femoris，right tibialis anterior，right gluteus maximus，left gluteus maximus and right erector spinae，and the integrated electromyogram peak of most working muscles appeared around 0.4s after falling on ice.When finishing the spe?cial actions，integral areas of each muscles have high correlation with the leaping actions on stool（r=0.578，p=0.019）and uncorrelated with the land double toeloop jump.Compared with the special actions and two land imitation actions，the average integrated electromyogram values of biceps femoris，rectus femo?ris and caput laterale in the muscles with the bigger contribution obviously increased and the appearing times of the integrated electromyogram peak were dif?ferent.Conclusions：The key muscles of completing the action of falling on ice contained each muscle for supporting leg and the biceps femoris and gluteus maximus for swinging the leg.The muscle’working characteristics of two land imitation trainings were different from the specific movement at certain extent，they can be used as an auxiliary training means，but not excessive used.

figure skating；falling on ice；land imitation；surface electromyography

2013-09-12；

2013-11-16；錄用日期：2013-11-17

國家科技支撐計劃資助項目（項目編號：2009BAK57B05）

李 驥（1977-），男，黑龍江齊齊哈爾人，講師，研究方向為運動生理學(xué)。

1.哈爾濱師范大學(xué)體育科學(xué)學(xué)院，黑龍江哈爾濱150025；2.哈爾濱體育學(xué)院冬季奧林匹克學(xué)院，黑龍江哈爾濱150008。

G 804.22

A

1005-0000（2014）01-010-04