水阻與風(fēng)阻劃船器訓(xùn)練效果的分析

韓銳

摘要：劃船器早前一直被運(yùn)用在競(jìng)技賽艇運(yùn)動(dòng)的訓(xùn)練中，隨著國(guó)民體育意識(shí)的不斷提高、劃船器的全面升級(jí)以及人們的物質(zhì)水平的提高，劃船器逐漸的進(jìn)入家庭。市面上最常見(jiàn)的風(fēng)阻劃船器多用于賽艇訓(xùn)練，水阻劃船器多用于家庭與健身房中。兩種不同阻力源的劃船器的鍛煉效果是否有差異呢？因此本文利用運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)和表面肌電系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)法對(duì)測(cè)試者在水阻和風(fēng)阻兩種不同劃船器上肌肉用力特征及關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)變化等方面進(jìn)行研究。從肌肉被激活的順序看符合劃槳運(yùn)動(dòng)的用力原理，從肌肉的貢獻(xiàn)率可以看出劃船器能達(dá)到很好的鍛煉效果。

關(guān)鍵詞：水阻；風(fēng)阻；劃船器；表面肌電；運(yùn)動(dòng)捕捉；肌肉用力特征；關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)變化

一、 前言

現(xiàn)在的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)水平的持續(xù)改善，人們的生活質(zhì)量不斷提高，人們的健身意識(shí)也在加強(qiáng)。國(guó)家公布的一項(xiàng)調(diào)查顯示，截至到現(xiàn)在為止中國(guó)的體育人數(shù)占總?cè)藬?shù)的33.9%。健身器材也在全民健身的熱潮中逐漸的發(fā)展起來(lái)。

本文研究針對(duì)的是劃船器，其之前一直被運(yùn)用在競(jìng)技賽艇運(yùn)動(dòng)的訓(xùn)練中，隨著國(guó)民體育意識(shí)的不斷提高、劃船器的全面升級(jí)以及人們的物質(zhì)水平的提高，劃船器逐漸的進(jìn)入家庭。劃船器的原理是通過(guò)阻力來(lái)使肌肉被動(dòng)收縮，來(lái)達(dá)到健身的目的。

本文運(yùn)用較為先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)評(píng)價(jià)設(shè)備（vicon）運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)和表面肌電系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)采集測(cè)試者的相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)水阻以及風(fēng)阻兩種不同條件下人體的肌肉用力特征及運(yùn)動(dòng)學(xué)變化等指標(biāo)進(jìn)行分析，有利于幫助我們了解人體在使用這兩種不同阻力源劃船器時(shí)，人體肌肉、關(guān)節(jié)的各種變化。它對(duì)普通人群選擇健身器材、力量訓(xùn)練的效果分析以及全民健身的推廣具有指導(dǎo)意義。

二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

（一） 測(cè)試設(shè)備的介紹

1. 測(cè)功儀的介紹

（1） 水阻劃船器一臺(tái)；

（2） 風(fēng)阻劃船器一臺(tái)。

2. vicon的介紹（運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)）

運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)，是一種利用高科技的三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的技戰(zhàn)術(shù)實(shí)時(shí)指導(dǎo)和對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的實(shí)時(shí)采集和數(shù)字分析技術(shù)。從原理維度上劃分，可分為機(jī)械式、電磁式、光學(xué)式、聲學(xué)式運(yùn)動(dòng)技術(shù)捕捉四種類(lèi)型。

3. 表面肌電系統(tǒng)的介紹

肌電是指運(yùn)用電子學(xué)儀器記載肌肉靜止或緊縮時(shí)的電活動(dòng)，及應(yīng)用電刺激檢查神經(jīng)、肌肉興奮及傳導(dǎo)功能的方法。國(guó)內(nèi)外很多的專(zhuān)家學(xué)者用表面肌電系統(tǒng)來(lái)收集運(yùn)動(dòng)員的肌肉信息，以肌電圖的形式反饋出來(lái)，通過(guò)對(duì)比研究得出的結(jié)果來(lái)指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練。通過(guò)原始肌電圖可以判斷肌肉的活動(dòng)順序和肌肉失活、激活的時(shí)間，以及評(píng)價(jià)肌肉之間的調(diào)和性；通過(guò)肌肉的張力和肌肉纖維長(zhǎng)度的變化來(lái)研究運(yùn)動(dòng)中肌肉工作性質(zhì)的等。

4. 劃槳?jiǎng)幼鞯慕榻B

在賽艇運(yùn)動(dòng)的技術(shù)動(dòng)作中，劃槳是非常重要的一個(gè)動(dòng)作，劃槳?jiǎng)幼骺此齐y學(xué)，其實(shí)不然，很多人都可以快速學(xué)會(huì)。劃槳?jiǎng)幼饕还部梢苑譃閮刹糠?，一部分是拉槳，另一部分是回槳。它的原理是拉槳是劃槳的作用階段；回槳是放松過(guò)程，以籌備下次拉槳?；貥纳眢w運(yùn)動(dòng)基本是拉槳的逆過(guò)程。這些動(dòng)作連貫起來(lái)就是劃槳。

提槳時(shí)，兩只手臂伸直，頭部處于正中心，兩肩放平，挺直腰腹。上身處于一點(diǎn)鐘位置，肩膀在臀部位置之前。小腿垂直，不前傾。腳掌完全接觸踏板。

拉槳開(kāi)始時(shí)，慢慢伸長(zhǎng)手臂。當(dāng)手和槳柄過(guò)膝蓋后，膝蓋立即彎曲，在滑軌上，臀部帶動(dòng)座位慢慢向前滑，上身前傾至一點(diǎn)鐘方向。

拉槳結(jié)束時(shí)，雙手伸直，上身保持一點(diǎn)鐘位置，雙腿慢慢開(kāi)始發(fā)力蹬踏板。雙腿伸直的過(guò)程中，上身后傾至十一點(diǎn)鐘方向，直線(xiàn)向后拉槳至下肋處。

回槳時(shí)，雙腳伸直，雙手抓住手柄，將其放在下肋處。當(dāng)上身處于十一點(diǎn)鐘位置的時(shí)候，身體則依靠核心肌肉的撐持略向后仰。頭部位于中間位置。肩頸放松，雙手慢慢劃過(guò)身體，腕關(guān)節(jié)放平。

（二） 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1. 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地

武漢體育學(xué)院某實(shí)驗(yàn)室

2. 受試人員

一名普通男大學(xué)生

3. 實(shí)驗(yàn)方案

（1） Vicon實(shí)驗(yàn)：

場(chǎng)地的布置：用八臺(tái)紅外高速攝像機(jī)圍成圓狀，對(duì)劃船器的技術(shù)動(dòng)作進(jìn)行拍攝。水阻劃船器放置于圓狀中心位置。

實(shí)驗(yàn)進(jìn)行：在受試者身上39個(gè)點(diǎn)貼上Mark點(diǎn)，如圖1，讓測(cè)試者在水阻以及風(fēng)阻劃船器上面各做劃槳技術(shù)動(dòng)作（三個(gè)來(lái)回為一次），待電腦上收集完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)則視為實(shí)驗(yàn)成功，受試者要求成功測(cè)試三次，然后收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，測(cè)試者待實(shí)驗(yàn)完畢后離開(kāi)。

（2） 表面肌電實(shí)驗(yàn)：

在受試者身上選取三角肌、肱二頭肌、背闊肌、豎脊肌、股四頭肌以及脛骨前肌等六塊肌肉（選擇人體左側(cè)肌肉）貼附無(wú)線(xiàn)電極和傳感器。先用海綿蘸取酒精擦拭六塊肌肉以消毒，待酒精風(fēng)干之后在肌肉上貼附無(wú)線(xiàn)電極和傳感器。讓測(cè)試者在水阻以及風(fēng)阻劃船器上面各做劃槳技術(shù)動(dòng)作（三個(gè)來(lái)回為一次），待電腦上收集完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)則視為實(shí)驗(yàn)成功，受試者要求成功測(cè)試三次，然后收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

4. 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

實(shí)驗(yàn)前，檢查設(shè)備主機(jī)與鏡頭導(dǎo)線(xiàn)的連接情況，檢査電腦與信號(hào)采集器的連接情況，以及電腦顯示端同步信號(hào)發(fā)送和接收情況等；讓受試者進(jìn)行簡(jiǎn)單的熱身運(yùn)動(dòng)然后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但要防止出汗不利于電極的貼附；詳細(xì)登記受試者的年齡、體重、身高、踝關(guān)節(jié)寬度、腿長(zhǎng)、膝關(guān)節(jié)寬度等身體生理參數(shù)，并告知測(cè)試者測(cè)試流程，使其熟悉職責(zé)，配合好實(shí)驗(yàn)。

三、 結(jié)果與分析

（一） 表面肌電實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

1. 肌肉的貢獻(xiàn)率

由表1和表2可以看出受試者在風(fēng)阻劃船器上做實(shí)驗(yàn)時(shí)肌肉的貢獻(xiàn)率由高到低依次為三角肌、肱二頭肌、背闊肌、脛骨前肌、股四頭肌、豎脊肌。每一次實(shí)驗(yàn)貢獻(xiàn)率的百分比都相差不大。受試者在水阻劃船器上做實(shí)驗(yàn)時(shí)肌肉的貢獻(xiàn)率由高到低依次為三角肌、肱二頭肌、背闊肌、豎脊肌、股四頭肌、脛骨前肌。背闊肌以及脛骨前肌三次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)差別較大，除此之外其他四塊肌肉的數(shù)值相差不大。肱二頭肌的貢獻(xiàn)率水阻的大于風(fēng)阻的；三角肌的貢獻(xiàn)率水阻的小于風(fēng)阻的；背闊肌的貢獻(xiàn)率水阻的大于風(fēng)阻的；豎脊肌的貢獻(xiàn)率水阻的大于風(fēng)阻的；股四頭肌的貢獻(xiàn)率水阻的大于風(fēng)阻的；脛骨前肌的貢獻(xiàn)率水阻的小于風(fēng)阻的。endprint

2. 肌肉的激活順序

由表 3和表4可以看出受試者在風(fēng)阻劃船器上做實(shí)驗(yàn)時(shí)肌肉的激活順序依次為脛骨前肌、肱二頭肌、背闊肌、三角肌、股四頭肌、豎脊肌，而且每一次實(shí)驗(yàn)的肌肉被激活開(kāi)始的時(shí)間是一樣的。受試者在水阻劃船器上做實(shí)驗(yàn)時(shí)肌肉的激活順序是脛骨前肌、三角肌、股四頭肌、肱二頭肌、背闊肌、豎脊肌，每一次實(shí)驗(yàn)肌肉被激活開(kāi)始的時(shí)間都不太一樣。肱二頭肌等六塊肌肉被激活開(kāi)始的時(shí)間水阻的都要大于風(fēng)阻的。

（二） 運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

1. 關(guān)節(jié)角度的變化

如圖3為受試者在水阻劃船器上人體左側(cè)關(guān)節(jié)角度的變化趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)選取了肘關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)等三個(gè)關(guān)節(jié)。從圖中可知肘關(guān)節(jié)的角度是先上升后下降，然后趨于平穩(wěn)。髖關(guān)節(jié)角度是先下降再上升，最后趨于平穩(wěn)。膝關(guān)節(jié)角度則是先下降后上升。在30%周期各關(guān)節(jié)角度達(dá)到突變點(diǎn)，說(shuō)明此時(shí)受試者處于回槳階段。膝關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的曲線(xiàn)波動(dòng)較大，髖關(guān)節(jié)的曲線(xiàn)波動(dòng)較小，說(shuō)明在劃槳過(guò)程中手部以及腿部的運(yùn)動(dòng)程度高于髖部。

圖3為受試者在水阻劃船器上人體右側(cè)關(guān)節(jié)角度的變化趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)選取了肘關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)等三個(gè)關(guān)節(jié)。從圖中可知肘關(guān)節(jié)的角度是先上升后下降，然后趨于平穩(wěn)。髖關(guān)節(jié)角度是先下降再上升，最后趨于平穩(wěn)。膝關(guān)節(jié)角度則是先下降后上升再下降。左側(cè)與右側(cè)相比，關(guān)節(jié)角度變化基本一致。

圖4為受試者在風(fēng)阻劃船器上人體左側(cè)關(guān)節(jié)角度的變化趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)選取了肘關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)等三個(gè)關(guān)節(jié)。從圖中可知肘關(guān)節(jié)的角度是先上升后下降，然后趨于平穩(wěn)。髖關(guān)節(jié)角度是先下降再上升，最后趨于平穩(wěn)。膝關(guān)節(jié)角度則是先下降后上升再趨于平穩(wěn)。與水阻劃船器不同的是，風(fēng)阻劃船器在50%周期各關(guān)節(jié)角度達(dá)到突變點(diǎn)，此時(shí)受試者處于回槳階段。說(shuō)明水阻劃船器比風(fēng)阻劃船器更快到達(dá)突變點(diǎn)。膝關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的曲線(xiàn)波動(dòng)較大，髖關(guān)節(jié)的曲線(xiàn)波動(dòng)較小，說(shuō)明在劃槳過(guò)程中手部以及腿部的運(yùn)動(dòng)程度高于髖部。

圖5為受試者在風(fēng)阻劃船器上人體右側(cè)關(guān)節(jié)角度的變化趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)選取了肘關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)等三個(gè)關(guān)節(jié)。從圖中可知肘關(guān)節(jié)的角度是先上升后下降，然后趨于平穩(wěn)。髖關(guān)節(jié)角度是先下降再上升，最后趨于平穩(wěn)。膝關(guān)節(jié)角度則是先下降后上升再趨于平穩(wěn)。左側(cè)與右側(cè)的曲線(xiàn)變化趨勢(shì)基本一致。

（三） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表面肌電系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)對(duì)水阻、風(fēng)阻劃船器進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，可以得出以下結(jié)論：

1. 肌肉的貢獻(xiàn)率：

三角肌>肱二頭肌>背闊肌>脛骨前肌>股四頭肌>豎脊肌

2. 肌肉激活的順序：

水阻：脛骨前肌、三角肌、股四頭肌、肱二頭肌、背闊肌、豎脊肌

電磁阻：脛骨前肌、肱二頭肌、背闊肌、三角肌、股四頭肌、豎脊肌

3. 各關(guān)節(jié)的角度變化大?。?/p>

膝關(guān)節(jié)>肘關(guān)節(jié)>髖關(guān)節(jié)

四、 結(jié)論與展望

通過(guò)對(duì)水阻、風(fēng)阻劃船器的實(shí)驗(yàn)，我們可以得出結(jié)論。表面肌電實(shí)驗(yàn)證明了肌肉的貢獻(xiàn)效率水阻劃船器與風(fēng)阻劃船器是一致的。而肌肉的激活順序兩者卻有所不同。運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)證明了各關(guān)節(jié)的角度變化大小，水阻和風(fēng)阻劃船器是一致的?？傮w而言，在劃船器上鍛煉時(shí)，從肌肉被激活的順序看符合劃槳運(yùn)動(dòng)的用力原理，從肌肉的貢獻(xiàn)率可以看出水阻劃船器和風(fēng)阻劃船器都能達(dá)到很好的鍛煉效果。

本文的研究為全民健身提供了鍛煉的方式以及參考的依據(jù)，也為今后更多健身器材在設(shè)計(jì)和改進(jìn)的方法和手段上提供了參考。endprint