尹華跟　黃知　孫學(xué)貴　劉娜　黃藝　陳夏

摘 要：采用遙感肌電結(jié)合高速攝像同步測(cè)試手段，對(duì)我國(guó)優(yōu)秀男子鉛球運(yùn)動(dòng)員馮杰在完整的旋轉(zhuǎn)式推鉛球過(guò)程中參與動(dòng)作主要肌肉的表面肌電圖（sEMG）進(jìn)行測(cè)試和分析，揭示馮杰在整個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)主要肌肉用力的活動(dòng)特性：右腹外斜肌在最后用力階段達(dá)到最大的收縮強(qiáng)度，這對(duì)投擲成績(jī)的高低具有密切的關(guān)系;雙支撐階段準(zhǔn)備時(shí)間充分，更有利于投擲技術(shù)的穩(wěn)定發(fā)揮.

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)式推鉛球;肌肉用力特征;sEMG

[中圖分類號(hào)]G804.2 ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

The sEMG Analysis of Muscle Strength Characteristics ofFeng Jie， an Excellent Male Rotatory Shot Putter

YIN Huagen1，HUANG Zhi1，SUN Xuegui1，LIU Na2，HUANG Yi3，CHEN Xia1

（1.The Sport School of Shangrao Normal University，Shangrao 334001，China;2.India-China Yoga College，

Yunnan Minzu University，Kunming 650500，China;3.Guizhou Collegeof Health Professions，Tongren 554300，China）

Abstract：To test and analyze the surface electromyography （sEMG） of the main muscles of Chinese Elite Male Shot Putter Feng Jie in the whole process of rotartory shot-put by using remote sensing electromyography combined with high-speed photography synchronous test，and reveal the activity characteristics of the main muscles of Feng Jie in the whole technical links：the right lateral oblique muscle reaches the maximum contraction strength in the delivery stage.This is closely related to the level of the results of throwing; the sufficient preparation time of double supporting phase is more beneficial to the stable play of throwing technique.

Key words：rotary shot-putting;muscle strength;sEMG

鉛球作為一項(xiàng)以力量為基礎(chǔ)、速度為核心的體能主導(dǎo)類快速力量性運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，迄今為止已經(jīng)歷31屆奧運(yùn)會(huì)的洗禮.目前，男子鉛球世界紀(jì)錄由當(dāng)代旋轉(zhuǎn)式推鉛球技術(shù)代表人物巴恩斯創(chuàng)造并保持至今.[1-2]該技術(shù)以加速距離長(zhǎng)、旋轉(zhuǎn)速度快的特點(diǎn)著稱，主要在歐美運(yùn)動(dòng)員中盛行.長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)教練員和運(yùn)動(dòng)員對(duì)旋轉(zhuǎn)式推鉛球技術(shù)認(rèn)可度不高，認(rèn)為出成績(jī)慢，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)采用該技術(shù)的運(yùn)動(dòng)員相對(duì)較少.[3]近幾年，以張俊為代表的旋轉(zhuǎn)式推鉛球運(yùn)動(dòng)員在2009年?yáng)|亞運(yùn)動(dòng)會(huì)上打破了亞洲紀(jì)錄，以馮杰為代表的旋轉(zhuǎn)式推鉛球運(yùn)動(dòng)員在第13屆全運(yùn)會(huì)中以19.15米的成績(jī)獲得季軍，教練員和運(yùn)動(dòng)員逐漸開(kāi)始關(guān)注此項(xiàng)技術(shù).馮杰以前主要是采用背向滑步推鉛球技術(shù)，2014年，美國(guó)著名鉛球教練唐·巴比特認(rèn)為馮杰符合旋轉(zhuǎn)技術(shù)的身體要求，于是馮杰赴美進(jìn)行了為期三個(gè)周期的更改旋轉(zhuǎn)技術(shù)的訓(xùn)練.經(jīng)過(guò)三年的技術(shù)沉淀，他打破全運(yùn)會(huì)預(yù)定目標(biāo)[4]，實(shí)現(xiàn)我國(guó)鉛球運(yùn)動(dòng)員在短期內(nèi)更改旋轉(zhuǎn)技術(shù)且在國(guó)內(nèi)規(guī)格最高的賽事中獲獎(jiǎng)的先例，具有重要的研究意義.

本研究運(yùn)用運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)方法，采用遙感肌電結(jié)合高速攝像，對(duì)馮杰完整的旋轉(zhuǎn)式推鉛球過(guò)程中參與動(dòng)作主要肌肉的表面肌電圖（sEMG）進(jìn)行測(cè)試和分析，目的在于找出旋轉(zhuǎn)式推鉛球各技術(shù)階段主要用力肌肉的放電持續(xù)時(shí)間、用力大小及肌肉運(yùn)動(dòng)順序，揭示運(yùn)動(dòng)員在投擲鉛球過(guò)程中主要肌肉用力的活動(dòng)特性，改善運(yùn)動(dòng)員不正確的發(fā)力習(xí)慣，避免身體在投擲鉛球過(guò)程中發(fā)力不集中的現(xiàn)象，為運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)成績(jī)提高和教學(xué)的開(kāi)展提供幫助.

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

研究對(duì)象為西安體育學(xué)院男子鉛球運(yùn)動(dòng)員馮杰.馮杰，男，運(yùn)動(dòng)健將.31歲，身高180 cm，體重112 kg，最好成績(jī)19.15 m，采用旋轉(zhuǎn)式推鉛球技術(shù)訓(xùn)練3年.2016年全國(guó)室內(nèi)田徑錦標(biāo)賽西安站冠軍，2017年第十三屆全運(yùn)會(huì)季軍.本研究選取2016年馮杰賽前訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究.

1.2 研究方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法

運(yùn)用芬蘭產(chǎn)的Megawin6000-16便攜式遙感肌電儀對(duì)鉛球運(yùn)動(dòng)員馮杰的八塊肌肉進(jìn)行測(cè)試，紀(jì)錄馮杰在整個(gè)旋轉(zhuǎn)式推鉛球過(guò)程中肌肉的表面肌電圖（sEMG）.采用兩臺(tái)（卡西歐EX-FH250）攝像機(jī)從投擲圈的正面和側(cè)面同步拍攝并紀(jì)錄下動(dòng)作的視頻.sEMG采樣頻率為1 000 Hz，攝像機(jī)拍攝頻率為120 幀/s，主光軸高度為1.1 m，鏡頭距離拍攝點(diǎn)位14 m.

1.2.2 肌肉的選取及電極的粘貼

根據(jù)旋轉(zhuǎn)式推鉛球技術(shù)動(dòng)作結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及運(yùn)動(dòng)解剖學(xué)知識(shí)[5]，確定測(cè)試的肌肉：右側(cè)肌肉六塊，左側(cè)下肢肌肉兩塊，分別為右腓腸肌后段、右股二頭肌、右股四頭肌、右臀大肌、右豎脊肌、右腹外斜肌、左股二頭肌、左股四頭肌.測(cè)試肌肉用醫(yī)用酒精常規(guī)處理，沿肌肉纖維的走向粘貼電極片.電極使用一次性心電電極片（Ag/AgCI，上海申風(fēng)醫(yī)療保健用品公司）.一般第一個(gè)電極片貼在肌肉收縮時(shí)放電最為集中的肌腹處，然后再相距2 cm沿肌纖維走向貼上第二個(gè)電極片，最后在肌肉末端貼上零電極.將電極用醫(yī)用繃帶固定好，以減少外界環(huán)境對(duì)信號(hào)的干擾.具體電極的粘貼見(jiàn)圖1.

1.2.3 數(shù)據(jù)的處理及分析

采用Megawin肌電分析軟件記錄八塊肌肉的原始sEMG信號(hào)，選取馮杰具有代表性的四投成績(jī)，將四投原始肌電信號(hào)和視頻影像結(jié)合起來(lái)進(jìn)行同步處理，得到均方根振幅（RMS）和積分肌電值（iEMG）等時(shí)域指標(biāo)，獲取肌肉收縮用力的強(qiáng)度和活動(dòng)順序.從同步獲得的視頻影像中得到旋轉(zhuǎn)式推鉛球各技術(shù)階段的特征畫面，確定各技術(shù)階段的動(dòng)作時(shí)間及與肌肉活動(dòng)之間的關(guān)系.運(yùn)用SPSS Statistics17.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行常規(guī)統(tǒng)計(jì)學(xué)處理.

2 研究結(jié)果與分析

2.1 旋轉(zhuǎn)式推鉛球各技術(shù)階段的劃分及定義

為了更好地了解和分析旋轉(zhuǎn)式推鉛球技術(shù)動(dòng)作的特點(diǎn)，根據(jù)山東體育學(xué)院毛永[6]的研究結(jié)果，將完整的旋轉(zhuǎn)式推鉛球技術(shù)動(dòng)作劃分為五個(gè)技術(shù)階段：（1）雙支撐起轉(zhuǎn)階段：預(yù)擺最大瞬間至右腳離地瞬間;（2）單支撐階段：右腳離地瞬間至左腳離地瞬間;（3）騰空階段：左腳離地瞬間至右腳著地瞬間;（4）過(guò)渡階段：右腳著地瞬間至左腳著地瞬間;（5）用力階段：左腳著地瞬間至鉛球最后出手瞬間.具體情況見(jiàn)圖2.

2.2 各技術(shù)階段肌肉的sEMG總體描述

圖3-圖6是馮杰在整個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中選取的最具代表性的四次投擲成績(jī)的原始肌電圖（EMG）.根據(jù)完整的旋轉(zhuǎn)式推鉛球各技術(shù)階段對(duì)EMG進(jìn)行劃分，分別對(duì)各技術(shù)階段肌肉放電信號(hào)進(jìn)行描述和記錄，從EMG振幅的大小觀察肌肉活動(dòng)的強(qiáng)弱.[7]

圖3-圖6的EMG結(jié)果顯示，馮杰四次投擲鉛球從預(yù)擺開(kāi)始至鉛球出手瞬間完成動(dòng)作的時(shí)間分別為3.871，4.084，3.020，2.935 s，表明馮杰預(yù)擺開(kāi)始準(zhǔn)備時(shí)間充分，更有利于投擲技術(shù)的穩(wěn)定發(fā)揮，對(duì)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)階段提高旋轉(zhuǎn)速度及最后用力鉛球出手肌肉間的協(xié)調(diào)發(fā)力奠定了良好的基礎(chǔ).這與王卓識(shí)[8]在其學(xué)位論文中的研究觀點(diǎn)一致.馮杰在完成四次投擲過(guò)程中右豎脊肌活動(dòng)均較為強(qiáng)烈，主要是運(yùn)動(dòng)員在旋轉(zhuǎn)加速中要保持軀干的正直，避免前屈，所以右豎脊肌必然要維持較強(qiáng)的持續(xù)收縮.這與王琨[9]對(duì)女子鐵餅運(yùn)動(dòng)員擲鐵餅肌肉用力特征的研究結(jié)果相似.右臀大肌在第一、二投的騰空階段放電效果要明顯好于后兩投，表明右臀大肌在騰空階段中積極促使右腳下壓扣轉(zhuǎn)來(lái)縮短騰空的時(shí)間.右腹外斜肌在四投的過(guò)渡階段轉(zhuǎn)最后用力階段過(guò)程中放電效果顯著，但前兩投的振幅高度和棘波頻率要明顯好于后兩投，表明前兩投在左腳落地瞬間，右腳右髖積極轉(zhuǎn)動(dòng)用力使右腹外斜肌被充分激活，這對(duì)鉛球最后的出手速度和成績(jī)具有重要的影響.最后用力階段作為決定鉛球投擲成績(jī)的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，也是四投中肌肉sEMG信號(hào)放電最強(qiáng)的一個(gè)階段，主要是因?yàn)槿梭w—器械在旋轉(zhuǎn)中儲(chǔ)蓄“潛能”，在最后用力鉛球出手瞬間身體各肌肉得到充分的“釋放”.[10]但是從馮杰肌肉活動(dòng)情況來(lái)看，總體上表現(xiàn)出兩種明顯不同的肌肉變化規(guī)律：一種是在整個(gè)技術(shù)階段中肌肉收縮和放松轉(zhuǎn)換明顯，富有節(jié)奏感，體現(xiàn)出“一張一弛”的效果.猶如短跑運(yùn)動(dòng)員將接力棒傳給下一名隊(duì)友后，這名隊(duì)員的速度不是戛然而止，而是繼續(xù)向前跑一段距離.第一、二投的肌肉活動(dòng)更體現(xiàn)了這種運(yùn)動(dòng)效果.另一種則是在整個(gè)技術(shù)階段中所測(cè)肌肉幾乎都在活動(dòng)，部分肌肉存在過(guò)度緊張的跡象，協(xié)調(diào)發(fā)力能力相對(duì)較差.尤其以第四投最為明顯.這一研究結(jié)果與王琨[9]在鐵餅項(xiàng)目和宋海明[11]在摔跤項(xiàng)目上的研究結(jié)果一致.根據(jù)以上兩種不同的肌肉活動(dòng)特點(diǎn)肯定會(huì)表現(xiàn)出不同的技術(shù)動(dòng)作，對(duì)成績(jī)的高低也會(huì)產(chǎn)生不同的影響.結(jié)合旋轉(zhuǎn)式推鉛球各技術(shù)階段的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)原理看，第一、二投的技術(shù)相比第三、四投發(fā)揮相對(duì)穩(wěn)定、嫻熟.

2.3 各技術(shù)階段肌肉活動(dòng)的RMS特性分析

表1是運(yùn)動(dòng)員四次投擲鉛球時(shí)肌肉活動(dòng)的均方根振幅（RMS）結(jié)果.RMS是用來(lái)描述一段時(shí)間內(nèi)肌電平均變化特征的指標(biāo)，其值大小能反應(yīng)肌肉活動(dòng)的強(qiáng)弱和放電平均水平.[7-13]從表1可知，在預(yù)擺結(jié)束瞬間整個(gè)人體處于最大扭緊狀態(tài)，右腹外斜肌本應(yīng)放電積極，但從四投支撐階段的RMS值來(lái)看，放電效果較差，表明右腹外斜肌在該階段主動(dòng)收縮能力不足.另外還發(fā)現(xiàn)，右腹外斜肌進(jìn)入旋轉(zhuǎn)階段后，隨著旋轉(zhuǎn)速度的加快，RMS值也出現(xiàn)不斷加大的現(xiàn)象，到最后用力階段達(dá)到最大的峰值，說(shuō)明右腹外斜肌肯定是主要發(fā)力肌肉.右豎脊肌在整個(gè)技術(shù)階段中均保持一定的持續(xù)活動(dòng)用力，這與上述EMG結(jié)果一致.在騰空階段，右臀大肌在前三投中放電水平整體要好于其他各階段，其值分別為226，399 ，230 μV;進(jìn)入過(guò)渡階段和最后用力階段時(shí)，右臀大肌的RMS值出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，這對(duì)旋轉(zhuǎn)速度的損耗會(huì)有較大的影響，也說(shuō)明馮杰在騰空階段轉(zhuǎn)過(guò)渡階段中技術(shù)動(dòng)作銜接不穩(wěn)定.第四投右臀大肌在整個(gè)階段放電順序無(wú)規(guī)律性，出現(xiàn)絮亂現(xiàn)象.從四投的整個(gè)動(dòng)作來(lái)看，運(yùn)動(dòng)員右股二頭肌、右腹外斜肌、左股四頭肌、右豎脊肌的RMS平均值要明顯大于其他肌肉的對(duì)應(yīng)結(jié)果，從而反應(yīng)出以上四塊肌肉在整個(gè)動(dòng)作中發(fā)揮主要作用.

2.4 各技術(shù)階段肌肉活動(dòng)的iEMG特性分析

積分肌電（iEMG）指所獲得的肌電信號(hào)經(jīng)全波整流后隨時(shí)間變化的曲線下所包繞面積的總和，是反映一定時(shí)間內(nèi)肌肉中參與活動(dòng)的運(yùn)動(dòng)單位放電總量，其值大小在一定程度上反映參加工作的運(yùn)動(dòng)單位的數(shù)量和每個(gè)運(yùn)動(dòng)單位的放電大小，是評(píng)價(jià)肌纖維參與數(shù)量的重要指標(biāo).[7-13]

從表2來(lái)看，右側(cè)肌群（右腓腸肌后段、右股二頭肌、右股四頭肌、右豎脊?。┑膇EMG值在四投的雙支撐階段達(dá)到其他技術(shù)階段對(duì)應(yīng)肌肉活動(dòng)的最大峰值，且隨著投擲成績(jī)的高低，iEMG值也發(fā)生相應(yīng)的變化，第一、二投的投擲成績(jī)和iEMG值要明顯好于第三、四投，表明馮杰在該階段的第一、二投整個(gè)身體處于扭緊狀態(tài)較好，為儲(chǔ)備足夠的旋轉(zhuǎn)提供了動(dòng)量.在四投的最后用力階段，右腓腸肌后段和左股二頭肌的放電強(qiáng)度相比其他肌肉較弱，這與李延軍[14]對(duì)旋轉(zhuǎn)式推鉛球運(yùn)動(dòng)員張俊的研究結(jié)果——右腓腸肌后段和左股二頭肌在該階段是主要發(fā)力肌肉——存在顯著差異.筆者認(rèn)為，在最后用力階段兩腿應(yīng)處于積極用力蹬伸的狀態(tài)，放電效果應(yīng)該很強(qiáng)烈，故要加強(qiáng)對(duì)右腓腸肌后段和左股二頭肌的快速力量爆發(fā)力訓(xùn)練.另外，從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，右腹外斜肌在最后用力階段放電最為強(qiáng)烈，且放電的強(qiáng)弱也與成績(jī)的高低呈正相關(guān).這與EMG和RMS的分析結(jié)果一致.從圖7 iEMG和貢獻(xiàn)率來(lái)看，在整個(gè)投擲過(guò)程中，肌肉活動(dòng)與主動(dòng)用力大小的順序是：右股二頭肌、右豎脊肌、右腹外斜肌、左股四頭肌、右股四頭肌、右臀大肌、右腓腸肌后段、左股二頭肌.

2.5 各技術(shù)階段肌肉活動(dòng)的持續(xù)時(shí)間分析

劉述芝[15]指出，將肌肉收縮信號(hào)值超過(guò)或低于基線均值兩倍標(biāo)準(zhǔn)差，且持續(xù)時(shí)間在50 ms以上為肌肉收縮起止時(shí)刻，然后將動(dòng)作過(guò)程中每塊肌肉收縮符合肌肉收縮起止時(shí)刻的時(shí)間相加，即為該肌肉在該動(dòng)作過(guò)程中的持續(xù)收縮時(shí)間.本文將采用這種操作定義來(lái)判斷肌肉的持續(xù)收縮時(shí)間.根據(jù)表3統(tǒng)計(jì)的結(jié)果可知，在各投次中，第一、二投肌肉活動(dòng)的持續(xù)收縮時(shí)間要明顯長(zhǎng)于第三、四投，尤其是第四投的肌肉持續(xù)收縮時(shí)間最短.主要是馮杰在該投次中的雙支撐階段準(zhǔn)備時(shí)間不足，完成動(dòng)作時(shí)間短.董海軍[16]認(rèn)為，完成整個(gè)旋轉(zhuǎn)式推鉛球動(dòng)作并不是越短越好，而是在預(yù)擺開(kāi)始準(zhǔn)備充分的前提下，每個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)的加速都以上個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)完成后進(jìn)行，才能達(dá)到理想的效果，不然某一技術(shù)環(huán)節(jié)的過(guò)早加速都會(huì)造成整個(gè)用力節(jié)奏的破壞.所以，今后在訓(xùn)練中要重視雙支撐階段的準(zhǔn)備時(shí)間，在準(zhǔn)備充分前提下對(duì)旋轉(zhuǎn)階段進(jìn)行逐一加速.另外，從各塊肌肉的持續(xù)收縮時(shí)間來(lái)看，第一投的右臀大肌和第三、四投的右腹外斜肌在相應(yīng)投次的肌肉中持續(xù)收縮時(shí)間最短.表明以上兩塊肌肉持續(xù)收縮能力不足，故應(yīng)加強(qiáng)馮杰這兩塊肌肉快速力量爆發(fā)力的訓(xùn)練，尤其是右臀大肌在最后用力階段爆發(fā)力的訓(xùn)練.在整個(gè)投擲過(guò)程中肌肉用力持續(xù)收縮時(shí)間長(zhǎng)短依次為：右豎脊肌、左股二頭肌、右股四頭肌、左股四頭肌、右股二頭肌、右臀大肌、右腓腸肌后段、右腹外斜肌.

3 結(jié)論

（1） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，馮杰的八塊肌肉表現(xiàn)出兩種明顯不同的sEMG活動(dòng)變化特征，第一、二投的肌肉活動(dòng)富有節(jié)奏感，第三、四投則表現(xiàn)出部分肌肉活動(dòng)過(guò)度緊張，協(xié)調(diào)用力能力相對(duì)較差.

（2）右股二頭肌、右腹外斜肌、左股四頭肌、右豎脊肌在整體上表現(xiàn)出較大的收縮強(qiáng)度，尤其是右腹外斜肌在最后用力階段達(dá)到最大的收縮強(qiáng)度，這與投擲成績(jī)的高低具有密切的關(guān)系.

（3）肌肉活動(dòng)與主動(dòng)用力大小的順序是右股二頭肌、右豎脊肌、右腹外斜肌、左股四頭肌、右股四頭肌、右臀大肌、右腓腸肌后段、左股二頭肌.

（4）肌肉用力持續(xù)收縮時(shí)間長(zhǎng)短依次為右豎脊肌、左股二頭肌、右股四頭肌、左股四頭肌、右股二頭肌、右臀大肌、右腓腸肌后段、右腹外斜肌.

（5）雙支撐階段準(zhǔn)備時(shí)間充分，更有利于投擲技術(shù)的穩(wěn)定發(fā)揮，與成績(jī)的高低呈正相關(guān).另外，馮杰在騰空階段轉(zhuǎn)過(guò)渡階段中技術(shù)動(dòng)作銜接不穩(wěn)定.

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編輯：琳莉

收稿日期：2021-01-05

基金項(xiàng)目：江西省社會(huì)科學(xué)基金項(xiàng)目（19TY15）;江西省高校人文社會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目（TY18128）;江西省本科高校線上教學(xué)優(yōu)質(zhì)課教研項(xiàng)目（PX-10202262）

作者簡(jiǎn)介：尹華跟（1990-），男，江西泰和人.講師，碩士，主要從事運(yùn)動(dòng)技術(shù)診斷與分析研究;孫學(xué)貴（1986-），男，江西九江人.講師，博士，主要從事運(yùn)動(dòng)促進(jìn)與健康研究;黃知（1993-），男，江西萍鄉(xiāng)人.助教，碩士，主要從事體育測(cè)量與評(píng)價(jià)研究.