我國男子網球運動員發球技術動作的肌電分析

摘要：通過文獻資料法、人體實驗法、數據統計法等研究方法，運用肌電測試系統并結合關節角度分析儀等儀器，對我國現役網球國家隊男運動員的發球動作技術進行現場描記，并進行分析比較。結果表明：在網球發球過程中，三角肌和斜方肌最先參與肌肉發力，持續時間較其他的肌肉都長，并且貢獻的力量非常大，是發球過程中的主要用力肌肉。在日常發球訓練中，應特別加強此2塊肌肉的力量爆發力和耐力的訓練，并且應根據運動員的個體差異進行有針對性的訓練；表面肌電測試可以應用于網球運動員的動作技術過程的科學合理性判斷分析，并且可以嘗試在實驗條件許可下繼續應用于更細微的動作技術診斷與分析。

關鍵詞：網球；發球技術；肌電分析

中圖分類號：G 804.7 文章編號：1009-783X(2008)05-0086-04 文獻標志碼：A

作者簡介：于志剛(1976～)。男，黑龍江綏化人，碩士，助教，研究方向為網球教學與訓練；王利(1980～)，男，遼寧人，碩士，研究方向為運動生物力學教學。

目前，有關網球訓練理論與方法的研究主要側重于探討運動訓練原理、訓練過程的調控及提高運動訓練水平的方法等，較少運用運動生理學、運動生物力學、數學等多學科的基礎理論和方法，缺少多學科的交叉性研究。國外雖然已經展開了利用肌電技術涉獵網球運動的研究，但由于東西方人種的差異，其測試數據不能完全適用于中國運動員直接使用。本研究嘗試將肌電技術引入網球發球動作技術的研究當中，結合運動生物力學、運動解剖學、運動生理學、運動訓練學等多學科知識，運用肌電測試系統并結合關節角度分析儀等儀器對我國網球運動員的發球動作技術進行現場描記，旨在從一個全新的角度來闡明網球主要動作技術的科學合理性，為肌肉力量訓練計劃的改進和合理化提供理論依據，從而為我國網球運動在2008奧運會上的再次突破及在群眾體育中科學化普及作出貢獻。

1 研究對象與研究方法

1.1 研究對象

選擇我國現役網球國家隊的男運動員為研究對象，共計6人次，均為身體健康，無不良嗜好，技術均比較全面、標準，成績優異的運動員。其中，5名為國家健將級運動員，1名為國家一級運動員，都為右手握拍，見表1。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料法

通過閱讀或視看大量有關肌電和網球方面的書籍、錄像及文獻資料，并向相關專家咨詢，把握現代網球訓練中所采用的方法、側重點，分析并預測未來網球的發展趨勢及肌電分析技術在網球科研應用中的可行性，確定測試的肌肉群、分組方法及測試方法。

1.2.2 人體實驗法網球發球技術動作的肌電測試

1.2.2.1 實驗儀器及器材

RM6204B/C(四道)生理記錄儀暨生物信號采集與處理系統(成都儀器廠)、關節角度分析儀、一次性電極、固定關節角度儀所用繃帶、消毒棉球、醫用膠布、導電膏、紙巾、毛巾、護膝、護肘等。

1.2.2.2 測試肌肉

上肢肌：肱二頭肌、三角肌、肱橈肌。

軀干肌：斜方肌、背闊肌、胸大肌、腹直肌、腹外斜肌。

下肢肌：股直肌、脛骨前肌、腓腸肌。

1.2.2.3 測試動作網球初級發球動作

1.2.2.4 實驗步驟

1)前期工作：告知運動員任務(做標準的幾個擊球動作)和注意事項，做好一切意外事情的準備工作，記錄運動員的基本情況比如身高、體重、年齡等。肌電儀的初始設置為：采樣頻率為1 kHz；掃描速度為40 ms/div；靈敏度為500uV；時間常數為0.001 s；濾波頻率為1 kHz。

2)做半小時的充分準備活動(按照正常網球訓練準備活動的要求)。

3)正式測試：按照規范動作將測試分成幾組測試，實驗中每3塊肌肉為一組，分4組完成，每次保留1塊肌肉不變，以便進行同步關系的對照。

(1)皮膚處理：75％的酒精擦拭，處理皮膚表面的油脂。

(2)表面電極的安放：確定好電極安放點，加好適量的導電膏，電極貼于肌腹部分的最隆起處，與肌肉縱軸方向一致，間距2 cm。

(3)關節角度固定：將關節角度儀固定在人體肘關節上。

(4)注意溫度、電場、磁場的影響。

其中對于運動造成體表電極與皮膚之間細微的滑動和硬件電子元件熱效應而造成參數的變化，采用非線性高通濾波的方法抑制基線漂移。具體方法是將腹部電信號通過中值濾波得到基線信號，并與原腹部信號相減。

1.2.3 數據統計法

應用專門的生物電分析軟件和SPSS13.0統計軟件進行數據處理和分析。首先用一臺高速攝像機拍攝受試者的發球動作，根據正常網球發球技術動作流程和各運動環節的拍攝圖像及關節角度的變化過程，將記錄到的肌電變化情況從易被接受和理解的角度劃分為不同的動作階段，從中選取典型的肌電信號作為分析對象，并采用Dartfish專業視頻分析軟件，分解各時相的發球動作，以確定該典型的肌電信號下的發球動作時相；然后用專門的模數轉換軟件將肌電信號轉化成數據，應用生物電肌電分析軟件輔助以SPSS統計分析軟件進行數據分析。

2 結果與討論

2.1 實驗結果

由于運動員的動作幅度比較大，電極的牢固性收到一定的限制，因此，選擇出若干測試中比較成功的12次進行分析。根據各個動作的不同特點和便于分析的要求，依照關節角度和所參考的肌肉將每一次發球的全過程按照2 000 ms來計算。

2.1.1 發球動作技術的解剖分析

根據常規的標準動作要領，劃分描述出每一個技術動作的具體動作階段進行動作的解剖分析。

1)準備動作：全身放松，側身站立在端線外中場標記旁，兩腳分開略與肩寬，左腳與端線成45°，右腳約與端線平行，重心在左腳上，左手持球輕托球拍在腰部，拍頭指向前方。呼吸均勻，精神集中。

2)拋球與球拍后擺：左手拋球與右手后擺拉拍動作是同步開始的，持球手拇指、食指和中指三指輕輕托住球，掌心向上。當球拍向下向后引拍時，持球手同時下至左腿處，緊接著當球拍從身后向頭上方做大弧度擺動，身體做轉體、屈膝、展肩時，持球手柔和地在身前左腳前上舉，甚至高于頭頂。拋球動作要協調平穩，球送至與雙眼平行處拋向空中。此時右肘向后外展約與肩同高，拍頭指向天空，左側腰、跨成弓形狀，身體重心隨著拋球開始先移向右腳，然后平穩的開始前移。

3)擊球動作：當左手拋出球時，球拍繼續向上擺起，此時右手的肘關節放松，向前轉動身體，使右臂自然地產生一個繞圈。當球下降至擊球點時，迅速向上揮拍擊球，雙腳蹬，使手臂和身體充分伸展，當身體向前上方伸展擊球時，肩、手臂已經回轉，雙肩與球網平行。擊球點在右眼的前上方。

4)結束動作：球發出后，身體向場內傾斜，保持連續的身體向下隨揮動作。球拍揮至身體左側，身體重心移向前方，做糾完全自然地跟進并保持身體平衡。

2.1.2 發球動作各肌肉活動順序比較

表面肌電信垮是從肌肉表面通過電極引導、記錄下來的神經肌肉系統活動時的一維時間序列信號，其變化與參與活動的運動單位數量、運動單位活動模式和代謝狀態等因素有關，能夠實時地、準確地和在非損傷狀態下反映肌肉活動狀態和功能狀態。根據肌電記錄每塊肌肉肌電活動開始和結束的時間，可以確定初級發球時主要用力肌肉的發力順序。由表2可知，在發球過程中，肌肉按照肌電活動開始排列的順序為：D、A、B、C、J、I、K、H、E、G、F，即三角肌—斜方肌—肱橈肌—肱二頭肌—脛骨前肌—股直肌—腓腸肌—腹外斜肌—胸大肌—腹直肌—背闊肌。

利用同樣的方法，由表3可知，在發球過程中，肌肉按照肌電活動結束排列的順序為：D、A、J、B、H、F、I、C、G、E、K，即三角肌—斜方肌—脛骨前肌—肱橈肌—腹外斜肌—背闊肌—股直肌—肱二頭肌—腹直肌—胸大肌—腓腸肌。

2.1.3 發球動作各肌肉發力持續時間和關節角度比較

由表4可以得出，在發球過程中，肌肉按照肌電活動持續的時間長短排列順序為：E、G、F、K、H、I、C、J、B、A、D，即胸大肌、腹直肌、背闊肌、腓腸肌、腹外斜肌、股直肌、肱二頭肌、脛骨前肌、肱橈肌、斜方肌、三角肌。其中三角肌和斜方肌的肌電活動持續時間最長，而胸大肌和腹直肌的肌電活動持續時間最短。

由表5可以看出，在發球過程中，不同運動員之間的不同肌肉開始發力時刻的肘關節角度存在較大的差異。

2.1.4 發球動作各肌肉發力大小比較

由表6可以看出，在發球過程中，不同運動員不同肌肉的肌電積分值是不一樣的，其所對應的肌肉力量大小也不一樣，并且發揮出的肌肉占最大肌肉力量的比例存在很大的差異。以甲為對象，其中斜方肌的積分肌電值最大，為(0.809±0.060)uV·s，三角肌為(0.633±0.104)uV·s。這表明，對于運動員甲來說，斜方肌和三角肌時其發球過程中的主要用力肌肉，對于整個動作的力量貢獻最大，大小分別為8.980 kg和7.026 kg。同樣的方法得出，在半西式正手發球過程中，乙運動員的主要用力肌肉為斜方肌、肱橈肌、三角肌，丙運動員為肱橈肌、肱二頭肌、三角肌，丁運動員為三角肌、斜方肌、肱橈肌，戊運動員為斜方肌、肱二頭肌、三角肌、胸大肌，己運動員為斜方肌、肱橈肌。其共同特點是：斜方肌和三角肌為發球過程中的主要用力肌肉。

2.2 發球過程中肌肉電活動分析

肌肉活動情況可從某一方面反映肌肉用力情況，肌電活動順序反映了肌肉活動順序。運動生物力學中“大關節首先產生活動原理”，即當需要克服大阻力，或需要表現出大的運動速度時，運動鏈中各關節的肌肉雖然同時用力，但其中大關節總是首先產生活動，并根據關節的大小，表現出一定的先后順序。肌肉用力收縮的順序是由近端向遠端依次開始收縮的。一般認為，力量變化情況與身體擺動的姿勢和位置有很大的相關系，但是，肌肉收縮卻能改變身體瞬間的姿勢和位置，這是一種客觀存在的現象。網球的發球動作屬于爆發用力，基本符合大肌肉群優先的原則。表2和表3的發球過程中的各個肌肉測量的時間數據就充分說明了這一運動特征，即斜方肌和三角肌所屬的肩關節首先產生活動。各塊肌肉所表現出的時間先后順序可以反映人體環節在擊球動作過程中的用力順序。肌肉按照肌電活動開始與結束的排列順序表明，在發球過程中三角肌和斜方肌最先參與肌肉發力，而且持續時間較其他的肌肉都長，貢獻的力量非常大，是發球過程中的主要用力肌肉，這可以由表4和表6的數據統計看出來。

應該指出的是，以甲運動員為例，雖然斜方肌在發球過程中為主要用力肌肉，但其釋放的力量僅占該肌肉最大力量的47.337％，遠低于三角肌的86.424％，提示在平時的力量訓練中總應該加強該肌肉的訓練強度。而對于乙運動員來說，這2塊肌肉所發揮出的力量占最大力量的比例已經高達94.625％和99.010％，說明該運動員已經最大程度地發揮出了這2塊肌肉的功能，而實際中乙運動員的競技水平是超過甲運動員的，這也說明一個運動員能否充分發揮出主要用力肌肉的功能將很大程度上決定其運動項目的競技水平。同時需要注意的是運動員之間的差異是比較大的，比如乙運動員的主要用力肌肉為斜方肌、肱橈肌、三角肌；丙、丁、戊、己運動員也都各有不同，這提示我們在實際運動訓練過程中，對于不同個體、不同動作應該有針對性地訓練，這樣才能達到應有的效果。

3 結論與建議

3.1 結論

1)通過對網球發球動作技術的肌電分析發現，三角肌和斜方肌最先參與肌肉發力，而且持續時間較其他的肌肉都長，貢獻的力量非常大，同時也是發球過程中的主要用力肌肉。在日常發球訓練中應特別加強這2塊肌肉的力量爆發力和耐力的訓練，并且還要根據運動員的個體差異采取有針對性地訓練。

2)表面肌電測試可以應用于網球運動員的動作技術過程的科學合理性判斷分析，并且可以嘗試在實驗條件許可下繼續應用于更細微的動作技術診斷與分析。

3.2 存在的問題及建議

網球技術與肌電技術應用的結合研究現在在國內開展的不是太多，由于實驗條件的限制，本實驗是用四導聯肌電測試儀進行的測試，雖然嚴格依照關節角度和所參考的一塊肌肉的肌電活動，但仍然不可避免地會出現同步關系的不精確性。加上各個受試對象之間網球動作技術的差異性，不可避免也會出現很多的數據不準確，建議在今后的繼續研究過程中能更多的結合一些運動生物力學方面的知識，比如三維高速錄像系統進行再細化的研究。