縱跳的肌電分析

劉利鋒

【摘 要】起跳速度是縱跳高度的直接決定性因素，然而參與完成縱跳起跳動作肌群的工作狀態和作用如何？本文對縱跳動作的部分肌肉（脛骨前肌、腓腸肌后段、股四頭肌（股直肌）、股二頭肌）進行了測試，獲取相關數據。研究結果顯示，肌肉活動與主動用力程度大小順序依次是：腓腸肌、股直肌、股二頭肌和脛骨前肌，進一步證實小腿后群深層的屈足屈趾肌對完成縱跳的起跳動作有重要的作用。

【關鍵詞】縱跳；肌肉；表面肌電；積分肌電

跳是體育運動的基本動作之一，可分為原地縱跳和助跑縱跳，前者是后者的基礎【1】。縱跳起跳動作是人體在中樞神經系統的控制下，依靠身體各環節的協調配合，發揮下肢肌群最大爆發力，以達到最佳縱向起跳效果的技術動作【2】。因為從理論上講高度和速度之間是函數關系，從而可斷定起跳速度是縱跳高度的直接決定性因素，然而，參與完成縱跳起跳動作肌群的工作狀態和作用如何？對此問題的研究，對提高大學生的縱跳能力，促進體質健康水平具有一定的現實意義和積極作用。

一、對象與方法

1.研究對象

西安培華學院院男子籃球運動員12名，其均為普通高校的男籃運動員，且都未達到等級運動員水平。

2.實驗方法

應用三維運動學分析方法并結合表面肌電描記術（surface electromyography， sEMG）。肌電是神經、肌肉興奮發放出生物電的結果【4】。神經——肌肉系統的最小機能單位是運動單位，它是由一個運動神經元與其所支配的所有肌纖維組成。肌肉的肌電活動是肌肉運動單位在收縮時產生的生物電活動的集合【6】。表面肌電信號sEMG是從皮膚表面通過電極引導、記錄下來的神經肌肉系統活動時的生物電信號，它與肌肉的活動狀態和功能狀態之間存在不同程度的關聯性，因而能在一定程度上反映神經肌肉的活動狀態。sEMG信號線性分析主要包括時域和頻域分析。時域分析研究sEMG信號的振幅及積分肌電值，主要包括積分肌電值（IEMG）、均方根值（RMS）、平均振幅（MA）等。頻域分析主要涉及基于Fourier變換的肌電功率譜和頻譜及其特征參數、平均功率頻率（MPF）和中位頻率（MF）等。從目前對肌肉肌電（EMG）的研究和應用上看，其主要作用在于用EMG來反映出肌肉主動收縮的水平，各肌肉之間活動的順序，以及肌肉疲勞等狀態，這為用肌電圖研究肌肉的不同狀態、肌肉之間的協調程度、收縮類型及強度、判斷肌肉疲勞程度、肌肉損傷、評定肌肉素質等提供了有力手段。

二、縱跳動作的劃分

據縱跳起跳動作的下肢肌肉工作形式，動作時相可簡單地劃分為兩個階段，緩沖階段和蹬伸階段。緩沖階段人體重力及慣性力矩等載荷力矩大于下肢肌群的拉力矩，肌肉離心收縮完成退讓性工作；而蹬伸階段則相反，下肢伸肌群向心收縮完成克制性工作。實驗儀器：芬蘭MegaWin6000（16通道）的肌電儀一臺，采樣頻率1000HZ、共模抑制比110db、輸入抗阻10GΩ、模數轉換1.4bit、總增益305、靈敏度luV；松下產25Hz攝像機一臺。

三、運動過程與肌電、縱跳運行速度同步

肌肉sEMG信號較強階段主要在蹬伸階段，該階段也是縱跳最重要的階段。測試的肌肉主要有4塊，包括右側的脛骨前肌、腓腸肌后段、股四頭肌（股直肌）、肌股二頭肌。表1給出動作各個階段肌肉活動情況的RMS結果。RMS是反應肌電信號振幅大小的指標，其大小反映出肌肉活動的強弱【5】。在蹬伸階段腓腸肌、股直肌和股二頭肌會同時出現活動增強現象，從動作特征上看，該階段膝關節、踝關節和髖關節正處于主動收縮過程中，腓腸肌、股直肌和股二頭肌必然表現出強烈活動，在整個動作過程中，腓腸肌、股直肌和股二頭肌的RMS平均值也明顯大于其它肌肉1的對應結果。從而反映出這三塊肌肉在動作中的作用。對縱跳起跳動作進行解剖學分析，雙腳起跳之前，膝關節屈并向前移動，這樣使腳跟自然離地，起跳時，首先是伸膝與屈足的協同活動，然后是伸膝和屈趾的協同活動，膝關節完全伸直。因此，當進行縱跳起跳時，伸膝是在屈足條件下進行的，而屈足，屈趾則是在屈膝條件下進行的。

IEMG是指所獲的肌電信號經過整流濾波求單位時間內曲線下面積的總和，它可反映肌電信號隨時間進行的強弱變化，即在時間不變的前提下，其值的大小在一定程度上反映參加工作單位的數量多少和每個運動單位的放電大小，是評價肌肉參與多少的重要指標【4】。從圖1看出，在整個過程中，肌肉活動與主動用力程度大小順序是：腓腸肌、股直肌、9+股二頭肌和脛骨前肌這與EMG的定性描述的結果相對應。

圖1肌肉的積分肌電（IEMG）

原地縱跳的起跳特點是依靠身體的團縮與快速伸展動作以獲得騰起初速度，肌肉收縮力量的提高對增強起跳效果具有顯著性意義。運動訓練學認為：動作協調性是指人體按照技術動作的空間、時間、節奏等要素的要求，人體各器官系統、各運動部位協調一致地完成動作。進一步探討動作協調性的內部機理可知，人體內部相應肌群的協調配合是外部肢體環節動作協調的根本原因，Northrip等把協調性看作人體各肌群按正確順序收縮而產生最佳動作效果的能力【3】。以人體各環節的最佳運動使人體重心達到最大垂直加速度，使人體重心在起跳時處于最佳初始位置【6】。

四、結語

對縱跳的起跳階段四塊下肢肌的積分肌電圖觀察，進一步證實小腿后群深層的屈足屈趾肌對完成縱跳的起跳動作有重要的作用。因此，為了提高縱跳的起跳能力，必須重視提高小腿后群深層屈足、屈趾肌爆發力。為達到這一目的.在進行負重練習時，屈足、屈趾必須在屈膝條件下進行，以保證負重練習的動作結構與縱跳起跳階段伸膝屈足屈趾協調活動的動作結構一致。

參考文獻：

[1]李光巨，李莉.縱跳的動力學模型分析[J].沈陽體育學院學報，1995，2：20-25

[2]劉學貞，李世明.縱跳理論研究進展[J].北京體育大學學報，2004，27（1）：65-70

[3]張家正.對縱跳運動規律的初步探討[C].運動生物力學論文選，人民體育出版

[4]王健.SEMG信號分析及其應用研究的進展[J].體育科學，2000，4：56-60

[5]楊曉曄，熊開宇.積分肌電對青年男子股四頭肌的疲勞評價[J].2004，23（3）：384-386

[6]王寶成.起跳過程肌肉工作特點之探討[J].西安體育學院學報，1987（1）：24-27