乒乓球運(yùn)動員上肢肘關(guān)節(jié)肌力特征分析

張連洲 李灝

摘 要：以優(yōu)秀乒乓球運(yùn)動員和普通在校大學(xué)生乒乓球初學(xué)者為研究對象，預(yù)觀察長期的運(yùn)動訓(xùn)練對優(yōu)秀運(yùn)動員上肢肘關(guān)節(jié)肌肉功能的影響，進(jìn)而了解運(yùn)動訓(xùn)練對人體神經(jīng)肌肉控制功能影響的本質(zhì)。兩組受試者肘關(guān)節(jié)峰值力矩均隨著關(guān)節(jié)運(yùn)動速度的加快而逐漸降低，屈伸肌力矩比均隨運(yùn)動速度增加而上升，其中初學(xué)者組在180°/s運(yùn)動條件下產(chǎn)生的屈伸肌峰值力矩比要顯著高于15°/s（P<0.05）和90°/s（P<0.05）條件。優(yōu)秀乒乓球運(yùn)動員在進(jìn)行等速屈肘運(yùn)動時其拮抗肌肱三頭肌的肌電RMS幅值要低于普通大學(xué)生組，而且在快速運(yùn)動條件下（180°/s）具有顯著性差異（P<0.05），進(jìn)行等速伸肘運(yùn)動時（所有速度下）作為拮抗肌的肱二頭肌的肌電活動RMS幅值也低于大學(xué)生初學(xué)者組，同樣也是在快速運(yùn)動條件下（180°/s）時具有顯著性差異（P<0.05）。結(jié)果表明優(yōu)秀乒乓球運(yùn)動員神經(jīng)中樞對肌肉的激活能力更強(qiáng)，表現(xiàn)為更高的主動肌肌電幅值，以及更快的神經(jīng)肌肉動員速度。

關(guān)鍵詞：等速肌力；表面肌電；乒乓球運(yùn)動員；肘關(guān)節(jié)

中圖分類號：G846 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-1101（2018）04-0099-06

Abstract： With elite table tennis players and table tennis beginners among ordinary college students as the object of the study， it aims to observe the effects of long-term training on the muscle strength of upper-limb elbows of elite athletes， and to understand the essence of the effect of sports training on human neuromuscular control functions. The peak torque of elbow joints in both groups gradually decreased with the acceleration of joint motion， and the moment ratio of flexor/extensor muscle increased with the increase of exercise speed. Among them， the peak of flexor and extensor muscles produced by beginners was under 180°/s exercise conditions. The torque ratio was significantly higher than the 15°/s （P<0.05） and 90°/s （P<0.05） conditions. Elite ping-pong players had lower muscle electromyographic RMS amplitudes of antagonistic triceps muscles than those of ordinary college students when performing equal-speed elbow exercises， and there was a significant difference in fast-moving conditions（180°/s）.<0.05）.The RMS amplitude of the electrical activity of the biceps brachii muscle as an antagonistic muscle at constant velocity elbow movement （at all speeds） was also lower than that of the college beginners group， also in the fast-moving conditions （180°/s）.There was a significant difference（P<0.05）.The results showed that the nerve center of excellent table tennis athletes had stronger activation of muscles， manifested by higher amplitude of the muscle amplitude of the active muscles， and faster speed of neuromuscular activation.

Key words：Isokinetic muscle strength； Surface electromyography； Table tennis player； Elbow

以往對運(yùn)動技能學(xué)習(xí)效果的研究主要集中在技能學(xué)習(xí)效果方面，很少有學(xué)者研究運(yùn)動技能學(xué)習(xí)過程中肌肉控制機(jī)能的變化。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，尤其隨著等速訓(xùn)練器以及表面肌電儀的出現(xiàn)，人們對運(yùn)動訓(xùn)練對人體肌肉控制能力的研究也越發(fā)深入，對于人體肌肉控制的本質(zhì)有了更深入地了解。

近年，國內(nèi)外學(xué)者在等速肌力測試方面取得了不少成果，《運(yùn)動性肌肉疲勞的表面肌電非線性信號特征》一文研究發(fā)現(xiàn)1）肌肉疲勞過程中s EMG信號的MPF和C（n）呈單調(diào)遞減型變化，而% DET呈單調(diào)遞增型變化；2 ）不同強(qiáng)度運(yùn)動負(fù)荷誘發(fā)肌肉疲勞過程中MPF、C（n）和% DET變化率具有明顯的運(yùn)動強(qiáng)度依賴性并與肌肉耐力運(yùn)動成績高度相關(guān)；3）以% DET變化率反映運(yùn)動性肌肉疲勞的敏感度明顯高于MPF和C（n） [1]?！恫煌问郊∪馐湛s時肌電參數(shù)變化特征及機(jī)制》一文研究結(jié)果：賽艇運(yùn)動訓(xùn)練促使大腦皮層動員運(yùn)動單位工作更具有時間耐久性?？焖佟⒈l(fā)式運(yùn)動使疲勞時大腦皮層興奮性下降更快，肌肉更易于疲勞[2]?！兜人偌×y試訓(xùn)練儀》一文指出：目前，新型的等速肌力測試訓(xùn)練儀功能更加豐富，形成了一個全面的肌肉功能測試和訓(xùn)練系統(tǒng)。它由電腦、機(jī)械限速裝置、打印機(jī)、座椅及附件組成；可測試力矩、最佳用力角度、肌肉做功量等多種參數(shù)，能全面反映肌力、肌肉爆發(fā)力、耐力以及關(guān)節(jié)活動度、靈活性、穩(wěn)定性等多方面的情況。此方法準(zhǔn)確可靠，并能提供等速向心、離心、被動等各種運(yùn)動模式，是一種高效的運(yùn)動功能評定和訓(xùn)練裝置?？蓮V泛適用于神經(jīng)內(nèi)科、神經(jīng)外科、骨科、運(yùn)動醫(yī)學(xué)科及康復(fù)醫(yī)學(xué)科等[3]?！短S運(yùn)動員膝關(guān)節(jié)屈伸肌群等速向心收縮時肌力與sEMG變化特征》一文研究表明等速測試與肌電結(jié)合可作為監(jiān)測與評價(jià)運(yùn)動員膝關(guān)節(jié)神經(jīng)肌肉交互活動的有效方法[4]?！兜人傧蛐倪\(yùn)動中膝關(guān)節(jié)屈伸肌群的sEMG研究》一文對女子柔道運(yùn)動員等速向心運(yùn)動過程膝關(guān)節(jié)屈伸肌群的表面肌電與運(yùn)動速度以及峰力矩之間的關(guān)系進(jìn)行了探討，以期為進(jìn)一步的研究以及力量測試、訓(xùn)練和評價(jià)提供參考[5]。《sEMG技術(shù)在評價(jià)運(yùn)動性疲勞方面的方法及應(yīng)用》一文研究結(jié)果說明 ：表面肌電技術(shù)因其評價(jià)手段的多樣性、評價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性以及安全無創(chuàng)的操作性等諸多優(yōu)勢 ，勢必將成為監(jiān)控運(yùn)動性疲勞的重要手段 ，在體育科研領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景[6]?！兜人龠\(yùn)動中肌氧含量及其表面肌電圖中位頻率的變化特點(diǎn)》一文結(jié)果指出：肘關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動時 ，離心性運(yùn)動的力矩峰值下降幅度大于向心性運(yùn)動[7]?！兜人傧蛐募半x心伸膝時股四頭肌肌電和做功變化》一文結(jié)果顯示：無論向心收縮還是離心收縮，隨著收縮速度加快，肌肉的輸出功率增加，運(yùn)動單位做功能力加強(qiáng)。另外，離心伸膝時肌肉所做的功、平均功率、最大力矩和最大力矩角度明顯地大于向心收縮。收縮速度相同，向心收縮的IEMG明顯大于離心收縮，而離心收縮的功與IEMG比值明顯大于向心收縮[8]?！墩Ｇ鄩涯晗デ旒〉人偌×y試研究》測試結(jié)果表明：正常膝屈伸肌的峰力矩值、單次做功量在不同運(yùn)動速度（60°/s、120°/s、180°/s）時隨測試速度的增加而降低，其測試結(jié)果為膝伸肌大于屈肌，慢速測試大于快速測試，優(yōu)勢膝大于非優(yōu)勢膝，男性高于女性；膝屈伸肌的平均功率隨測試速度增高而增加[9]。但這些成果主要集中在一些速度力量型運(yùn)動項(xiàng)目中，很少有學(xué)者研究乒乓球運(yùn)動員上肢肌肉功能特征，很少有學(xué)者利用等速測試系統(tǒng)和表面肌電測試系統(tǒng)同步分析觀察運(yùn)動員肌肉功能的變化。鑒于此，本研究擬采用等速肌力測試系統(tǒng)與表面肌電系統(tǒng)同步檢測優(yōu)秀乒乓球運(yùn)動員肘關(guān)節(jié)功能特征，而肘關(guān)節(jié)在乒乓球擊球鞭打技術(shù)動作中屬于終末環(huán)節(jié)，其運(yùn)動機(jī)能在一定程度上決定最終擊球效果，因此，觀察長期的運(yùn)動訓(xùn)練對其上肢肘關(guān)節(jié)屈伸肌肉功能的影響，以便為研究運(yùn)動對人體肌肉系統(tǒng)功能影響提供參考依據(jù)。

一、研究對象與方法

（一）研究對象

本研究選取試驗(yàn)組優(yōu)秀乒乓球運(yùn)動員8名（優(yōu)勢手為右手，訓(xùn)練年限為8.9±0.9年，均為一級運(yùn)動員）和對照組8名乒乓球運(yùn)動初學(xué)者（在校大學(xué)生，來自沈陽體育學(xué)院本科生，優(yōu)勢手為右手，訓(xùn)練年限2.1±0.3年，無運(yùn)動等級）為研究對象。所有受試者身體健康，無神經(jīng)肌肉系統(tǒng)損傷或者疾病，向受試者講清楚實(shí)驗(yàn)過程，每一名受試者都自愿參與本次測驗(yàn)。受試者在進(jìn)行本測試之前2天沒有高強(qiáng)度訓(xùn)練和比賽，保證受試者身體沒有肌肉疲勞癥狀。整個測試在沈陽體育學(xué)院運(yùn)動生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成。

（二）研究方法

本研究共分兩部分，第一部分為熟悉肘關(guān)節(jié)等速運(yùn)動模式，第二部分為等速肌力測試和同步采集表面肌電信號。受試者坐在ISOMED2000 等速測試儀配套座椅上，嚴(yán)格按照操作手冊對被測肢體肘關(guān)節(jié)進(jìn)行等速肌力測試，并同步采集肘關(guān)節(jié)屈伸肌群的表面肌電信號。

1.等速運(yùn)動測試。等速肌力測試速度及順序分別設(shè)置為：快速180°/s、中速90°/s、慢速15°/s，每種速度下進(jìn)行等速向心屈肘運(yùn)動，在每種速度下分別連續(xù)做3-5次。這三種運(yùn)動速度按照隨機(jī)的原則進(jìn)行，以避免負(fù)荷大小先后順序?qū)y量結(jié)果的影響，每組運(yùn)動后的休息時間依據(jù)運(yùn)動速度而定，在完成15°/s后休息時間稍長一些15-20分鐘，而完成180°/s時休息10分鐘左右，避免疲勞積累對受試者力量的影響。

2. 表面肌電檢測。在進(jìn)行等速肌力測試過程中，同時記錄肱二頭肌和肱三頭肌的表面肌電信號。記錄表面肌電信號之前進(jìn)行皮膚預(yù)處理，用磨砂紙打磨覆蓋肱二頭肌和肱三頭肌的皮膚，然后用酒精棉球擦拭干凈，并且自然風(fēng)干。采用雙極記錄法采集表面肌電信號，即兩個記錄電極和一個參考電極。兩個記錄電極與肌纖維方向平行，兩個記錄電極中心之間的距離為2 cm。參考電極與其也成2 cm的距離，形成等邊三角形。表面肌電信號的采樣頻率設(shè)置為1000 Hz。肌電數(shù)據(jù)采集使用無線測量方式。在測試前首先利用Mega 4.5a 軟件對測試方案進(jìn)行編程，編程完成后錄入受試者個人信息，保存?zhèn)€人信息后，開始進(jìn)行測量。

3.信號的同步處理。本研究采用視頻打點(diǎn)標(biāo)記法將肌力信號與肌電信號同步，攝像機(jī)（JVC GZ-HD30AC）錄制等速肌力測試與表面肌電檢測的視頻，后期數(shù)據(jù)處理時導(dǎo)入MegaWin肌電分析軟件將肌電信號進(jìn)行同步。

（三）統(tǒng)計(jì)方法

采用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，所有結(jié)果采用“均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”（±S）表示。伸肘與屈肘間數(shù)據(jù)比較采用獨(dú)立樣本-T檢驗(yàn)，組間數(shù)據(jù)比較采用單因素方差分析，置信區(qū)間為95%，P<0.05表示有顯著性差異，P<0.01表示有非常顯著性的差異。

二、研究結(jié)果

（一）肘關(guān)節(jié)屈、伸肌峰值力矩比較

1.肘關(guān)節(jié)屈肌峰值力矩。兩組受試者不同速度下肘關(guān)節(jié)屈肌峰值力矩比較分析結(jié)果顯示，對于優(yōu)秀運(yùn)動員來說，在90°/s和180°/s條件下的肘關(guān)節(jié)屈肌峰值力矩相關(guān)指標(biāo)要顯著低于15°/s（P<0.01），盡管在180°/s時屈肌峰值力矩低于90°/s，但是兩者之間并沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。而普通大學(xué)生初學(xué)者隨著肘關(guān)節(jié)速度的增加，屈肌峰值力矩下降得更明顯，尤其表現(xiàn)在180°/s時屈肌峰值力矩相關(guān)指標(biāo)要顯著低于90°/s條件。組間比較分析結(jié)果表明，優(yōu)秀運(yùn)動員組的乒乓球運(yùn)動員肘關(guān)節(jié)在每一個運(yùn)動速度下，其肘關(guān)節(jié)屈肌的絕對力量（峰值力矩）都要顯著高于初學(xué)者組大學(xué)生肘關(guān)節(jié)的絕對力量（P<0.05）（見表1）。

2.肘關(guān)節(jié)伸肌峰值力矩。比較分析兩組組受試者在不同肘關(guān)節(jié)速度變化下其伸肌峰值力矩的變化特點(diǎn)。同樣，也是隨著肘關(guān)節(jié)運(yùn)動速度的加快，伸肌峰值力矩相關(guān)指標(biāo)也顯著下降。優(yōu)秀乒乓球運(yùn)動員的峰值力矩從15°/s時的59.0±10.6 Nm下降到180°/s時的48.4±10.0 Nm。而普通大學(xué)生初學(xué)者的峰值力矩從15°/s時的44.5±6.7 Nm下降到180°/s時的34.7±4.6Nm。相對于體重的峰值力矩和峰值力矩百分比（%）也同樣顯著下降。數(shù)據(jù)顯示，在運(yùn)動速度為180°/s時，普通大學(xué)生初學(xué)者的肘關(guān)節(jié)伸肌峰值力矩值要顯著低于優(yōu)秀的乒乓球運(yùn)動員（見表2）。

3.肘關(guān)節(jié)屈伸肌峰值力矩比的比較。本研究可選取的優(yōu)秀乒乓球運(yùn)動員的屈伸肌峰值力矩的比值在0.82-0.86之間。而且隨著肘關(guān)節(jié)運(yùn)動速度的增加，屈伸肌峰值力矩比顯著增加。這種增加主要是由伸肌峰值力矩顯著下降導(dǎo)致的。而普通大學(xué)生初學(xué)者的屈伸肌峰值力矩比更高，在1.03-1.10之間，該比值顯著高于優(yōu)秀運(yùn)動員組（見表3，圖1）。

（二）表面肌電特征比較

1.屈伸肘運(yùn)動時主動肌肌電活動的比較。表面肌電分析結(jié)果顯示，在等速向心伸肘運(yùn)動中，優(yōu)秀乒乓球運(yùn)動員和初學(xué)者組受試者主動肌的肱三頭肌其肌電幅值都隨著關(guān)節(jié)運(yùn)動速度的加快而逐漸下降，而且在高速條件下（180°/s）要顯著低于慢速條件下（15°/s）（P<0.01）。肱二頭肌在等速向心伸肘運(yùn)動中也是同樣的變化規(guī)律，隨著肘關(guān)節(jié)運(yùn)動速度的加快，肌電幅值顯著降低（見表4）。

2.屈伸肘運(yùn)動時拮抗肌肌電活動的比較。根據(jù)表5數(shù)據(jù)，受試者在向心伸肘動作中，肱二頭肌是拮抗肌，其標(biāo)準(zhǔn)化的肌電幅值%RMS比主動肌要低。同樣，在等速屈肘動作中也是表現(xiàn)出同樣的規(guī)律，也是在快速收縮條件下，優(yōu)秀運(yùn)動員的拮抗肌肱三頭肌的肌電幅值顯著低于初學(xué)者受試者（P<0.05）（見表5，圖2，圖3）。

三、結(jié)論

（1） 優(yōu)秀乒乓球運(yùn)動員在長期的專項(xiàng)技術(shù)訓(xùn)練中其屈肘力矩和伸肘力矩都要高于普通大學(xué)生初學(xué)者，尤其伸肘力矩差距更為明顯，而且隨著肘關(guān)節(jié)速度的增加初學(xué)者伸肌峰值力矩下降的更加明顯。

（2）優(yōu)秀乒乓球運(yùn)動員屈伸肌峰值力矩出現(xiàn)的角度要比大學(xué)生初學(xué)者小，說明優(yōu)秀乒乓球運(yùn)動員肌肉爆發(fā)力更強(qiáng)，在完成相關(guān)技術(shù)動作時肘關(guān)節(jié)可以更早地達(dá)到最大力量，這可能是長期運(yùn)動訓(xùn)練導(dǎo)致運(yùn)動員力量差別的體現(xiàn)。

（3）從研究數(shù)據(jù)可以看出優(yōu)秀乒乓球運(yùn)動員神經(jīng)中樞對肌肉的激活能力更強(qiáng)，表現(xiàn)為更高的主動肌肌電幅值，以及更快的神經(jīng)肌肉動員速度。這可能就是導(dǎo)致優(yōu)秀乒乓球運(yùn)動員力量高于初學(xué)者以及肘關(guān)節(jié)快速運(yùn)動能力高于初學(xué)者的中樞因素。

（4）優(yōu)秀乒乓球運(yùn)動員在長期的運(yùn)動訓(xùn)練過程中表現(xiàn)為屈伸肘運(yùn)動中拮抗肌肌電活動水平相對來說要比初學(xué)者更低，這是高水平運(yùn)動員神經(jīng)肌肉支配高效性的一種表現(xiàn)。

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[責(zé)任編輯：吳曉紅]