賽艇運動員2 000m測功儀測試中主要用力肌群的表面肌電特征研究

麻文慧 ，范家成，周 越，湯一鑄

賽艇是運動員通過劃動槳葉，推進船艇前進的項目。賽艇比賽的賽程有2 000m的，2 000m比賽用時5-8min，劃完一個賽程運動員要劃動200-240槳，每槳力量要達到30kg左右［1］。賽艇比賽全程可分為3個階段：起航階段，需要肌肉做快速運動給船艇一個大的加速度；途中階段，需要一個高的有氧能力來維持船艇以較快和恒定的速度行進；沖刺階段，需要靠肌肉在酸性環(huán)境下加大功率使船艇快速駛向終點［2］。可以說，賽艇是項需要高水平力量和耐力的運動，國際級賽艇選手的力量訓練占整個訓練時間的70%左右［3］。因此，優(yōu)秀賽艇運動員既需要良好的力量素質(zhì)又需要出色的耐力素質(zhì)［4］。表面肌電（sEMG）在體育運動中的應用有一定的研究成果，也具有可靠性，利用表面肌電圖可以評價肌肉在運動過程中的功能，探討運動訓練的規(guī)律，為訓練提供科學依據(jù)。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

選取湖北賽艇隊12名優(yōu)秀重賽艇運動員 （重量級6名，輕量級6名）為研究對象，運動級別為一級以上。運動員近期無傷病，身體狀況良好。測試根據(jù)他們的訓練課進行安排，運動員中有參加2013年全運會，并獲得重量級雙人單槳全國第三名，具體信息如下：

表1 運動員基本信息

1.2 研究方法

1.2.1 實驗器材

芬蘭產(chǎn)MegaWin6000型16導肌電儀及其分析軟件、上海申風醫(yī)療保健用品有限公司產(chǎn)的一次性使用心電電極（銀/氯化銀 Ag/AgCl）、美國產(chǎn) CONCEPTⅡ（PM4）風輪式測功儀、日本產(chǎn)的SUUNTO心率表、腕表、索尼數(shù)碼攝像機等。

1.2.2 實驗方法

對湖北省12名男子賽艇運動員進行測功儀2 000m全力劃測試，選取左右側三角肌后束、肱二頭肌、背闊肌（貼背闊肌中部）、豎脊肌、股四頭肌內(nèi)側頭和脛骨前肌來觀察其表面肌電的變化特征。

1.3 數(shù)據(jù)處理

測功儀2 000m全力劃測試，截取運動開始前10槳、在500m處、1 000m處、1 500m處和2 000m處各截取10槳的原始肌電信號，拍攝一個完整的動作運動周期。通過對原始肌電分析，得出iEMG、MF和MPF值以及肌肉的發(fā)力時序。采用SPSS19.0統(tǒng)計軟件中描述統(tǒng)計計算平均值和標準差；用配對樣本T檢驗法進行差異顯著性檢驗；設P﹤0.05具有顯著性差異，P＜0.01具有非常顯著性差異。

2 研究結果

2.1 測功儀2 000m測試積分肌電值（iEMG）結果

在2 000m測試中各塊肌肉iEMG都發(fā)生了明顯變化，在比賽開始到500m這一比賽階段中iEMG出現(xiàn)的明顯 （P＜0.05，左右側肱二頭肌和右側豎脊肌除外）；500m到1 000m這一階段中左右側肱二頭肌出現(xiàn)顯著性（P＜0.05），右側脛骨前肌出現(xiàn)非常顯著性下降（P＜0.01）；在1 000m到1 500m階段左右側肱二頭肌和左側豎脊肌出現(xiàn)顯著性差異 （P＜0.05）；在比賽最后500m的沖刺階段，除左右側豎脊肌和右側脛骨前肌沒有表現(xiàn)出顯著性差異外，其余各肌肉均出現(xiàn)顯著性 （P＜0.05），左側背闊肌出現(xiàn)非常顯著性（P＜0.01）。在整個運動過程中上肢肌肉的iEMG一直保持在較高范圍，尤其是三角肌后束；豎脊肌在整個運動過程中其值最小。左側肌肉的iEMG大于右側肌肉的iEMG。

2.2 測功儀2 000m測試中位頻率（MF）結果分析

在2 000m測試中各塊肌肉的MF出現(xiàn)了不同程度的變化，從比賽開始到500m這一階段中左側豎脊肌出現(xiàn)了顯著性（P＜0.05），右側背闊肌和左右側股四頭肌內(nèi)側頭出現(xiàn)非常顯著性（P＜0.01）；比賽1 000m到1 500m階段左側豎脊肌出現(xiàn)顯著性（P＜0.05），左側肱二頭肌和左側背闊肌出現(xiàn)非常顯著性 （P＜0.01）。整個運動過程中下肢肌肉的MF值保持較大范圍，脛骨前肌MF達到最大值，豎脊肌MF值最小，左右側MF值相差不大。

2.3 測功儀2 000m測試平均功率頻率（MPF）結果分析

在2 000m測功儀測試中，MPF隨著運動的進程也發(fā)生相應的變化，從比賽開始到500m這一階段左側背闊肌和右側豎脊肌表現(xiàn)顯著性降低（P＜0.05），左側肱二頭肌、右側背闊肌、左右側股四頭肌內(nèi)側頭和左右側脛骨前肌都表現(xiàn)出非常顯著性下降（P＜0.01）；測試進行到1 000m時左側豎脊肌表現(xiàn)非常顯著性差異（P＜0.01），右側豎脊肌也表現(xiàn)出顯著性差異（P＜0.05）；比賽進行到1 500m時左側股四頭肌內(nèi)側頭表現(xiàn)出非常顯著性差異（P＜0.01），右側股四頭肌內(nèi)側頭也表現(xiàn)處顯著性差異；比賽到最后階段各肌肉則沒有表現(xiàn)出顯著性差異。整個運動過程中下肢肌肉的MPF值保持較大范圍，脛骨前肌MPF達到最大值，豎脊肌MPF值最小。

表2 賽艇運動員測功儀2 000m測試左側主要用力肌群iEMG（單位：μVS）

表3 賽艇運動員測功儀2 000m測試右側主要用力肌群iEMG（單位：μVS）

表4 賽艇運動員測功儀2 000m測試左側主要用力肌群MF（MF單位：Hz）

表5 賽艇運動員測功儀2 000m測試右側主要用力肌群MF（MF單位：Hz）

表6 賽艇運動員測功儀2 000m測試左側主要用力肌群MPF（MPF單位：Hz）

表7 賽艇運動員測功儀2 000m測試右側主要用力肌群MPF（MPF單位：Hz）

3 分析與討論

對賽艇運動的生物力學分析發(fā)現(xiàn)，運動員在從事賽艇運動訓練時，其發(fā)力主要以腿部力量為支點，整個身體為引力點，在腿部發(fā)力的瞬間，腿的蹬力迅速傳到背上方，然后由于慣性作用下手臂加速屈臂，完成拉漿。因此其發(fā)力順序應為腿部，軀干和手臂。本研究發(fā)現(xiàn)賽艇運動員的發(fā)力順序與賽艇運動生物力學研究相一致［4］。

3.1 測功儀2 000m運動中iEMG與運動強度的關系

iEMG是指一定時間內(nèi)肌肉參與活動的運動單位的放電量，即在時間不變的情況下其值的大小一定程度上反映了參加工作的運動單位的數(shù)量和每個運動單位放電的大小。由賽艇運動員在測功儀2 000m測試中的平均積分肌電值可以看出賽艇運動員在2 000m比賽中開始時iEMG值瞬時上升，這是因為在比賽開始時運動強度大，需要動員更多的運動單位，肌肉受刺激產(chǎn)生興奮，產(chǎn)生更多的動作電位，每個運動單位放電量也很大，因此iEMG值上升很快；到500m處iEMG值隨著運動時間的增加而又所下降，其下降幅度不大，在1 000到1 500m處iEMG值下降到最低值，在此時運動強度也有所下降，這是由于肌肉經(jīng)過長時間大負荷的運動肌肉力量下降，產(chǎn)生疲勞，iEMG值也產(chǎn)生相應的降低，但是在最后沖刺階段運動強度達到最大，iEMG值快速增加。這就符合賽艇運動員常采用的“1-3”分段速度模式［6-8］，即在比賽中第一、第三 500m段分別是最快速度和最慢速度的戰(zhàn)術安排模式。由表可知，隊員基本上都采用了“1-3”分段速度模式，在采用此模式中XIA這名運動員所表現(xiàn)的沖刺能力最強，其iEMG值的變化符合“1-3”分段速度模式，并且在最后沖刺階段iEMG值達到最大值。本研究表明IEME隨著運動強度的增大也出現(xiàn)上升，說明IEMG可以較準確的反應運動強度的大小。

3.2 2 000m運動中MF和MPF與運動疲勞的關系

MF是指骨骼肌在收縮過程中肌纖維放電頻率的中間值［8］，測功儀2 000m全力劃測試中，從開始比賽到比賽結束，MF整體表現(xiàn)為隨著運動負荷的增加和運動疲勞的出現(xiàn)先下降后增加的趨勢，其下降幅度較大，增加幅度較小。在開始比賽后，各個肌肉的MF值達到最大。從比賽開始到1 500m處MF出現(xiàn)整體下降趨勢，這可能是因為隨著運動肌肉活動持續(xù)時間的延長或肌肉活動次數(shù)的增加［10，11］，MF 出現(xiàn)下降趨勢，但是在最后2 000m沖刺階段MF值有所上升，但是上升幅度不大。左側肌肉和右側肌肉整體相比來說，左側肌肉的MF下降幅度較大；從本研究中我們發(fā)現(xiàn)左右側背闊肌下降幅度最大，左右側三角肌后束和左右側脛骨前肌下降幅度則較小。運動員左右側各個肌肉的MF值差別不大 （左右側股四頭肌除外），說明運動員各肌肉的疲勞狀態(tài)保持一致［11］。

MPF表示的是功率譜曲線重心的頻率，在測功儀2 000m全力劃測試中，隨著肌肉工作過程的進行，比賽距離的和比賽時間的增加，肌電信號的頻率特性隨著肌肉機能狀態(tài)的轉變而發(fā)生改變，MPF隨之降低，這說明肌肉持續(xù)工作到了疲勞［12］。隨著疲勞程度的加深，肌電信號的頻譜左移。肌肉工作的負荷強度越大，疲勞的程度越大，平均功率頻率的減小明顯。從表中我們可以看出各肌肉的MPF下降都很大，尤其是左右側豎脊肌和左側背闊肌下降幅度較大，說明這些肌肉達到的疲勞程度較深，是主要受限制的肌群。在開始比賽時各個肌肉的MPF值達到最大。各個肌肉在開始到1 500m處MPF一直處于下降狀態(tài)這可能同途中的慢肌動員有關，但是在2 000m沖刺階段MPF下降幅度很小，甚至有些肌肉在此階段MPF有些上升，但是上升的幅度也不大，這可能與這些肌群的快肌動員有關。運動員左右側肌肉的MPF值差別不大（脛骨前肌除外），說明左右側肌肉的疲勞狀態(tài)基本保持一致。

3.3 一個完整動作周期中的肌肉發(fā)力時序

圖1表示的是賽艇運動員在一個完整的動作周期中肌肉表現(xiàn)出來的肌肉放電情況。綜合分析，在一個完整的動作運動中，運動員的脛骨前肌最先開始放電，而且在一個動作周期中連續(xù)放電兩次，說明運動員在此動作中脛骨前肌最先發(fā)力，最早被動員，其次是股四頭肌內(nèi)側頭被動員，然后就是豎脊肌，背闊肌，三角肌后束，最后是肱二頭肌，由此我們可以得出在一個完整的動作中，肌肉的發(fā)力順序為脛骨前肌＞股四頭肌內(nèi)側頭＞豎脊肌＞背闊肌＞三角肌后束＞肱二頭肌。

圖1 賽艇運動員一個完整的動作周期的原始表面肌電圖

4 結論

1）在一個動作周期中，肱二頭肌和三角肌用力比較大，其次是股四頭肌內(nèi)側頭，脛骨前肌最后是豎脊肌和背闊肌；在整個動作中股四頭肌內(nèi)側頭放電持續(xù)時間最長，說明其肌肉發(fā)力持續(xù)時間比較長。

2）賽艇運動員測功儀2 000m全力劃測試中，一個完整的動作是從蹬伸腳（脛骨前肌）開始，然后蹬伸膝關節(jié)（股四頭肌），之后是背伸（豎脊肌），拉開上臂（背闊肌），最后帶動的是收上臂（三角肌后束），屈肘（肱二）等一連串動作。形成由下向上、由遠端到低端的動力鏈。運動員的肌肉發(fā)力時序為脛骨前肌＞股四頭肌內(nèi)側頭＞豎脊肌＞背闊肌＞三角肌后束＞肱二頭肌；本研究肌肉的發(fā)力時序基本遵循了正確技術動作的活動規(guī)律。

3）隨著運動強度的增加和疲勞的出現(xiàn)iEMG值出現(xiàn)下降趨勢，這說明運動中途肌肉用力在一定程度出現(xiàn)暫時放松；MF和MPF也呈下降趨勢，表明快肌出現(xiàn)了疲勞。但是在最后沖刺階段iEMG值、MF和MPF都有所上升，因為在最后沖刺階段需要募集更多的運動單位及動員更多的快肌參與運動。在整個2 000m運動過程中背部肌肉背闊肌和豎脊肌疲勞最明顯，此在一定的程度上也限制了運動能力。

［1］O.V.Drarnitsyn，A.M.Ivanova and V.V.Sazonov.The Relationship between the Dynamic of Cardiorespiratory Variables and Rowing Ergometer Performance ［J］Human Physiology，2009，（3）：325-331.

［2］AndrewJ.Vogler，Anthony J.Rice and Christopher J.Gore.Physiological Responses to Ergometer and On-Water Incremental Rowing Tests［J］International Journal of Sports Physiology and Performance，2010，（5）：342-358.

［3］Komi PV，Tesch P.EMG frequency spectrum，Muscle structure and fatigue during dynamic contractions in man ［J］.European Journal of Applied Physiology and Occupational Physiology，1979，42（1）：42-50.

［4］劉建紅，王 奎，周志宏，等.對賽艇運動員遞增負荷運動中股直肌和背闊肌積分肌電定量分析［J］.中國運動醫(yī)學雜志，2007，26（4）：472-474.

［5］王 健，劉加海.肌肉疲勞的表面肌電信號特征研究與展望［J］.中國體育科技，2003，39（2）：4-7.

［6］張 立.劃艇運動員拉漿臂與推漿臂三頭肌肌纖維組成及肌力、肌電特點［J］.武漢體育學院學報，1989，79（3）：59-65

［7］張英平.賽艇運動員全力2 000m測功儀測試中心率、功率及表面肌電變化特征研究［D］.北京：首都體育學院，2011.

［8］熊開宇，周 石.對肌肉疲勞過程中電一機械延遲變化規(guī)律的探討［J］.北京體育學院學報，1989，45（3）：146-153.

［9］KilbomA，GamberaleF，Perssonetal，Physiologicaland psychological indices of fatigue during static contractions ［J］.EurJAppl，1983，50（2）：179-193.

［10］羅 炯，金季春.表面肌電的處理方法及在體育科研中應用前景［J］.福建體育科技，2005，24（2）：31-34.

［11］劉世敏.我國優(yōu)秀賽艇運動員軀干肌力的特征［J］，體育與科學，2001，22（2）：57-59.

［12］蔡凌麗.在運用測功儀測試賽艇運動員下肢SEMG特征之研究［J］.遼寧體育科技，2009，（12）：33-34.