運(yùn)用肌肉表面肌電對(duì)田徑起跑技術(shù)的分析研究

于忠濤,吳東明

1 研究目的

起跑技術(shù)是徑賽項(xiàng)目的主要技術(shù)構(gòu)成部分，比賽中，短跑起跑必須采用蹲踞式，中長(zhǎng)跑起跑常常用站立式起跑。在課余訓(xùn)練中運(yùn)用表面肌電的積分肌電、肌肉的貢獻(xiàn)率、肌肉的激活時(shí)間和肌肉的失活時(shí)間等指標(biāo)，結(jié)合運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)、運(yùn)動(dòng)解剖學(xué)、生動(dòng)生理學(xué)來(lái)定量地分析運(yùn)動(dòng)員在站立式起跑和蹲踞式起跑時(shí)下肢主要肌肉的活動(dòng)機(jī)能特征。根據(jù)肌肉所反映出的機(jī)能特征，來(lái)制定科學(xué)合理的訓(xùn)練手段與方法，為科學(xué)化訓(xùn)練提供參考依據(jù)。

2 研究對(duì)象與方法

2.1 研究對(duì)象

選取華南師范大學(xué)體育科學(xué)學(xué)院10名男生為實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)象，以站立式起跑與蹲踞式起跑過(guò)程中下肢主要肌肉表面肌電活動(dòng)特征為研究對(duì)象。受試者基本情況見(jiàn)表1。

表1 測(cè)試對(duì)象基本情況一覽表

2.2 研究方法

2.2.1 文獻(xiàn)資料法

查閱華南師范大學(xué)圖書(shū)館、CNKI期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)、優(yōu)秀博碩學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)、EBSCOhost全文數(shù)據(jù)庫(kù)等有關(guān)站立式起跑、蹲踞式起跑、表面肌電等相關(guān)的文獻(xiàn)資料及書(shū)籍。以及向相關(guān)專(zhuān)家咨詢(xún)肌電儀器的使用、數(shù)據(jù)處理等方面問(wèn)題。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)法

對(duì)華南師范大學(xué)體育科學(xué)學(xué)院10名男生進(jìn)行站立式起跑和蹲踞式起跑過(guò)程中下肢主要肌肉表面肌電的測(cè)試。

2.2.2.1 實(shí)驗(yàn)器材和儀器

芬蘭MuscleTesterME600便攜式8導(dǎo)肌電圖儀、一次性Ag/AgCL心電電極片(上海鈞康)、Sony數(shù)碼攝像機(jī)(鏈接肌電儀，記錄同步圖像)、IBM筆記本電腦、身高體重儀、1394線、酒精、脫脂棉、剃須刀、彈力繃帶、膠帶等。

2.2.2.2 試驗(yàn)地點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：廣東省體育科學(xué)研究所一樓生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)室

2.2.2.3 測(cè)試肌肉

腓腸肌外側(cè)、腓腸肌內(nèi)側(cè)、脛前肌、股四頭肌外側(cè)、股四頭肌內(nèi)側(cè)、股直肌、股二頭肌、臀大肌

2.2.2.4 測(cè)試動(dòng)作

站立式起跑：兩腳前后自然分開(kāi)，右腳在前，左腳在后，上體前傾，重心落在右腳上，左側(cè)臂自然前伸，兩眼稍向前下方平視，身體保持穩(wěn)定。啟動(dòng)時(shí)，兩腳用力蹬地，左腿蹬地后迅速前擺，兩臂配合腿部動(dòng)作，快速有力擺動(dòng)。

蹲踞式起跑：兩手撐地，兩腳一前一后，右腳在前，左腳在后，左腿跪地，兩臂伸直，兩手間距離約與肩稍寬。啟動(dòng)時(shí)，逐漸抬起臀部，使身體重心落在兩臂和前腿之間，臀部抬起稍高于肩，兩小腿趨于平行。然后兩手迅速推地和兩腿有力蹬地伸，兩手臂自然有力擺動(dòng)。

2.2.3 數(shù)理統(tǒng)計(jì)法

首先利用MegaWin肌電分析軟件系統(tǒng)結(jié)合同步的影像處理肌電數(shù)據(jù)，然后采用Microsoft Excel2003電子表格和SPSS18.0對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。

2.2.4 比較分析法

比較分析人體在快速移動(dòng)變向過(guò)程中站立式急起和蹲踞式急起下肢主要肌肉表面肌電的積分肌電(iEMG)、肌肉的貢獻(xiàn)率、各肌肉的激活與失活時(shí)間順序。

3 結(jié)果與分析

3.1 站立式起跑與蹲踞式起跑下肢主要肌肉積分肌電的分析

積分肌電(iEMG)是指在一定時(shí)間內(nèi)肌肉中參與活動(dòng)的運(yùn)動(dòng)單位放電的總量。在時(shí)間不變的情況下，積分肌電數(shù)值的大小在一定程度上反應(yīng)了參加工作的運(yùn)動(dòng)單位的多少和每個(gè)運(yùn)動(dòng)單位的放電大小[1]。

表2 站立式起跑與蹲踞式起跑右側(cè)下肢主要肌肉iEMG一覽表(uvs)

從表2可以看出，在站立式起跑和蹲踞式起跑過(guò)程中，右腿各肌肉放電大小是不相同的。經(jīng)前人研究可知，肌肉積分肌電的大小可以間接的反應(yīng)肌肉用力的大小[1]。所以站立式起跑時(shí)，用力最大的肌肉是右股四頭肌內(nèi)側(cè)(221.38±74.96)，其次是右腓腸肌內(nèi)側(cè)(188.38±50.63)、右脛前肌(186.50±42.06)、右股二頭肌(180.63±76.3)、右臀大肌(179.00±106.14)、右腓腸肌外側(cè)(176.00±38.76)、右股直肌(151.63±72.04)、右股四頭肌外側(cè)(144.25±51.50)。

而蹲踞式起跑過(guò)程中，用力最大的肌肉也是右股四頭肌內(nèi)側(cè)(331.63±135.41)，其次為右股二頭肌(252.38±96.33)、右股四頭肌外側(cè)(216.88±143.01)、右腓腸肌內(nèi)側(cè)(205.25±92.84)、右臀大肌(197.00±82.72)、右股直肌(195.88±83.49)、右腓腸肌外側(cè)(187.13±59.76)、右脛前肌(175.25±55.14)。

對(duì)比站立式起跑和蹲踞式起跑時(shí)右側(cè)下肢主要肌肉的積分肌電大小，可以看出，蹲踞式起跑時(shí)肌肉的積分肌電(除右脛前肌)均大于站立式起跑時(shí)肌肉的積分肌電數(shù)值。這是由于蹲踞式起跑時(shí)人體的重心比站立式起跑時(shí)低，且髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)的屈曲角度也大于站立式起跑。所以，蹲踞式起跑時(shí)比站立式起跑時(shí)肌肉需要克服的阻力要大，這既包括了水平的支撐反作用力，也包括了向上垂直方向的阻力。

無(wú)論是站立式起跑還是蹲踞式起跑，發(fā)力最大的肌肉都是右股四頭肌內(nèi)側(cè)，這是由于起跑主要就是通過(guò)蹬伸是人體獲得一個(gè)向前的加速度，而股四頭肌內(nèi)側(cè)近固定的主要作用就是使小腿伸，且是伸小腿的唯一一塊肌肉。站立式起跑時(shí)除用力最大的右股四頭肌內(nèi)側(cè)，其次分別是右腓腸肌內(nèi)測(cè)和右脛前肌，主要是小腿肌肉群，積分肌電最大的前三塊肌肉占全部八塊肌肉積分肌電總和的41.8%；而蹲踞式起跑除放電最大的右股四頭肌內(nèi)側(cè)，其次分別是股二頭肌和股四頭肌外側(cè)，主要是大腿肌肉群，且積分肌電最大的前三塊肌肉占全部八塊肌肉積分肌電總和的45.5%。

綜上所述，起跑就是蹬地獲得一個(gè)向前的加速度，要使蹬地產(chǎn)生較大的支撐反作用力，必須主要發(fā)展大腿前肌群、后肌群以及小腿后肌群肌肉的力量[8]。也就是著重發(fā)展股四頭肌、股二頭肌、腓腸肌等。

3.2 站立式起跑與蹲踞式起跑下肢主要肌肉活動(dòng)貢獻(xiàn)率的分析

肌電活動(dòng)貢獻(xiàn)率是指一塊肌肉在完成某一動(dòng)作時(shí)積分肌電與所測(cè)參與完成該動(dòng)作所有肌肉積分肌電總和的百分比值。它可以反映每塊參與活動(dòng)的肌肉在完成動(dòng)作中發(fā)揮作用的大小，體現(xiàn)動(dòng)作中的主要用力肌肉[4]。

圖1 站立式起跑與蹲踞式起跑下肢肌肉貢獻(xiàn)率

由圖1可以看出，站立式起跑，各肌肉貢獻(xiàn)率大小依次為右股四頭肌內(nèi)側(cè)(15.51%)、右腓腸肌內(nèi)側(cè)(13.19%)、右脛前肌(13.06%)、右股二頭肌(12.65%)、右臀大肌(12.54%)、右腓腸肌外側(cè)(12.33%)、右股四頭肌外側(cè)(12.31%)、右股直肌(10.02%)。而蹲踞式起跑過(guò)程中，各肌肉貢獻(xiàn)率大小依次為右股四頭肌內(nèi)側(cè)(18.83%)、右股二頭肌(14.33%)、右腓腸肌內(nèi)側(cè)(11.65%)、右臀大肌(11.18%)、右腓腸肌外側(cè)(10.62%)、右股四頭肌外側(cè)(10.10%)、右脛前肌(9.95%)。

對(duì)參與完成站立式起跑動(dòng)作的右側(cè)下肢肌肉貢獻(xiàn)率的百分比進(jìn)行單因素方差分析發(fā)現(xiàn)，右股四頭肌內(nèi)側(cè)貢獻(xiàn)率百分比差異顯著(p=0.03<0.05)；而對(duì)參與完成蹲踞式起跑動(dòng)作的右側(cè)下肢肌肉貢獻(xiàn)率的百分比進(jìn)行單因素方差分析發(fā)現(xiàn)，右股四頭肌內(nèi)側(cè)貢獻(xiàn)率百分比差異非常顯著(p=0.003<0.01)；

3.3 站立式起跑與蹲踞式起跑下肢主要肌肉的激活時(shí)間的分析

時(shí)序即指肌肉的激活順序，它是指在多個(gè)肌肉參與運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，各個(gè)肌肉被激活的先后順序[5]。

由表3可知，對(duì)比站立式起跑和蹲踞式起跑右側(cè)下肢各肌肉的激活順序各不相同。站立式起跑過(guò)程中，右側(cè)下肢主要肌肉激活的先后順序?yàn)橛颐勄凹　⒂译枘c肌外側(cè)、右股二頭肌、右腓腸肌外測(cè)、右股四頭肌外側(cè)、右股四頭肌內(nèi)側(cè)、右臀大肌、右股直肌；而蹲踞式起跑過(guò)程中，右側(cè)下肢主要肌肉的激活先后順序依次為右脛前肌、右股直肌、右股二頭肌、右股四頭肌內(nèi)側(cè)、右腓腸肌外側(cè)、右股四頭肌外側(cè)、右腓腸肌內(nèi)側(cè)、右臀大肌。

表3 站立式起跑與蹲踞式起跑右側(cè)下肢主要肌肉激活時(shí)間延遲一覽表(S)

站立式起跑過(guò)程中，肌肉最先激活的是右脛前肌，這是由于右脛前肌收縮可以使足伸(背屈)、內(nèi)翻及內(nèi)收(走、跑

時(shí))[8]，站立式起跑是下肢積極蹬地，然后地面通過(guò)反作用力自下而上傳導(dǎo)給下肢，從而獲得向前的加速度。腓腸肌激活的時(shí)間也比較早，這是由于在站立式急起過(guò)程中，該肌肉遠(yuǎn)固定，由于該肌肉遠(yuǎn)固定時(shí)的機(jī)能是拉股骨下端及小腿向后，從而是使膝關(guān)節(jié)伸直，且該肌肉在對(duì)足屈蹬地也起到重要作用[8]。同理蹲踞式起跑最先激活的肌肉也是右脛前肌，而次激活的肌肉是右股直肌，這是由于蹲踞式起跑過(guò)程中，人體重心較低，在急起瞬間重心提高，而重心提高是股四頭肌近固定工作，股四頭肌近固定工作是伸小腿，且是伸小腿的唯一一塊肌肉。

3.4 站立式起跑與蹲踞式起跑下肢主要肌肉失活時(shí)間的分析

肌肉失活順序它是指在多個(gè)肌肉參與運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，各個(gè)肌肉失活的先后順序。

表4 站立式起跑與蹲踞式起跑右側(cè)下肢主要肌肉失活時(shí)間延遲一覽表(S)

由表4可知，對(duì)比站立式起跑和蹲踞式起跑右側(cè)下肢各肌肉的失活時(shí)間延遲，不難看出右側(cè)下肢主要肌肉在完成站立式急起和蹲踞式起跑動(dòng)作時(shí)下肢主要肌肉失活順序也各不相同。站立式急起過(guò)程中，右側(cè)下肢肌肉失活的先后順序依次為右股二頭肌、右腓腸肌內(nèi)側(cè)、右股直肌、右脛前肌、右股四頭肌內(nèi)側(cè)、右股四頭肌外側(cè)、右臀大肌、右腓腸肌外側(cè)；而蹲踞式起跑過(guò)程中，右側(cè)下肢肌肉的失活先后順序依次為右脛前肌、右股二頭肌、右股四頭肌外測(cè)、右股直肌、右臀大肌、右腓腸肌外側(cè)、右腓腸肌內(nèi)側(cè)、右股四頭肌內(nèi)側(cè)。

在站立式急起過(guò)程中，右腿先是蹬伸獲得一個(gè)向前的水平反作用力，此時(shí)小腿順慣性做后屈運(yùn)動(dòng)，大腿高抬，然后伸小腿，腳積極做扒地。而在此過(guò)程中最先失活肌肉是右股二頭肌，因?yàn)橛夜啥^肌的功能是使小腿屈，所以在站立式急起過(guò)程中，肌肉最先失活的是股二頭肌。而蹲踞式起跑過(guò)程中，右側(cè)腿先是蹬伸提高身體重心，然后繼續(xù)蹬伸是身體獲得水平加速度，且身體保持前傾姿勢(shì)，繼而小腿依慣性做后屈運(yùn)動(dòng)，大腿高抬，然后小腿前擺，右腳前腳掌著地緩沖，也就是做腳屈運(yùn)動(dòng)。而蹲踞式起跑過(guò)程中右腿最先失活的肌肉是右脛前肌，而脛前肌的功能是使足伸。

4 結(jié)論

4.1 站立式起跑和蹲踞式起跑右側(cè)下肢股四頭肌的積分肌電最大，對(duì)于同一塊肌肉而言，在完成蹲踞式起跑時(shí)的積分肌電(右側(cè)下肢除右脛前肌)均大于在完成站立式起跑時(shí)的積分肌電。

4.2 在完成站立式起跑和蹲踞式起跑時(shí)，對(duì)貢獻(xiàn)率最大的肌肉百分比單因素分析均存在顯著性差異。

4.3 站立式起跑和蹲踞式起跑下肢各肌肉的激活順序各不相同。站立式起跑過(guò)程中，右側(cè)下肢主要肌肉最先激活的是右脛前肌；而蹲踞式起跑過(guò)程中，最先激活的肌肉為右脛前肌。

4.4 站立式起跑和蹲踞式起跑下肢各肌肉的失活順序也各不相同。站立式起跑過(guò)程中，右側(cè)下肢主要肌肉最先失活的是股二頭肌；而蹲踞式起跑過(guò)程中，最先失活的肌肉為脛前肌。

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