王 崢, 岳建軍, 徐壯壯, 范智慧
(安徽師范大學(xué) 體育學(xué)院,安徽 蕪湖 241000)
體操作為中國國家隊(duì)的強(qiáng)項(xiàng)之一,平衡木又作為女子團(tuán)體的四個(gè)單項(xiàng)之一和單項(xiàng)比賽,更是中國體操隊(duì)的傳統(tǒng)優(yōu)勢項(xiàng)目,但是其發(fā)揮穩(wěn)定性不高,第二十九屆北京奧運(yùn)會(huì)以來涌現(xiàn)了鄧琳琳、程菲等一批世界冠軍。但近年來,由于隊(duì)員青黃不接,我國在該項(xiàng)目的優(yōu)勢地位并不如前,在第三十屆倫敦奧運(yùn)會(huì)安徽名將鄧琳琳奪冠后,在第三十一屆里約奧運(yùn)會(huì)中,范憶琳僅進(jìn)入決賽并未獲得獎(jiǎng)牌,在近三屆的體操世界錦標(biāo)賽中,一些選手陸續(xù)獲得獎(jiǎng)牌,直至第三十二屆東京奧運(yùn)會(huì),中國體操隊(duì)平衡木項(xiàng)目才再次回到世界巔峰。體操項(xiàng)目的最終得分由動(dòng)作難度分和完成分組成,平衡木成套動(dòng)作計(jì)入最高8個(gè)難度動(dòng)作的分值,其中最多5個(gè)技巧動(dòng)作,最少3個(gè)舞蹈動(dòng)作[1]。近年國內(nèi)外的比賽統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,計(jì)入難度分的技巧類動(dòng)作主要有4種類型,前空翻、后空翻、后跳轉(zhuǎn)類和側(cè)空翻,且表現(xiàn)出增加趨勢[2],每個(gè)體操套路都以成功著陸結(jié)束,成功著陸(不邁步或跌倒)是動(dòng)作評估的關(guān)鍵因素,而在空翻類動(dòng)作這種高難度動(dòng)作中,成功落木則更加困難,因此研究高難度空翻動(dòng)作在起跳,騰空,落地的三個(gè)階段人體表面肌電特征具有重要意義[3]。通過分析體操運(yùn)動(dòng)員技術(shù)動(dòng)作表面肌電相關(guān)參數(shù)指標(biāo),獲得運(yùn)動(dòng)員完成正確技術(shù)動(dòng)作的肌電特征,以幫助普通人群對專業(yè)技術(shù)動(dòng)作的理解,為運(yùn)動(dòng)員提高運(yùn)動(dòng)成績進(jìn)行安全有效的訓(xùn)練提供科學(xué)依據(jù)。目前如于佳彬[4]、吳成亮[5]和關(guān)朝陽[6]等,對我國體操運(yùn)動(dòng)員的專項(xiàng)肌肉運(yùn)動(dòng)學(xué)和體操動(dòng)作編排特征進(jìn)行了相關(guān)研究,也有一些研究集中在體操其他項(xiàng)目,如單杠[7-8]和跳馬等,但遺憾的是,有關(guān)女子運(yùn)動(dòng)員平衡木項(xiàng)目肌肉表面肌電的研究較少。本研究旨在分析比賽中使用的空翻類動(dòng)作的表面肌電指標(biāo),通過對比挺身前空翻動(dòng)作和直體后空翻動(dòng)作表面肌電指標(biāo)差異,探討高水平運(yùn)動(dòng)員完成挺身前空翻動(dòng)作和直體后空翻動(dòng)作的技術(shù)特點(diǎn),進(jìn)而為運(yùn)動(dòng)員學(xué)習(xí)掌握空翻高難度動(dòng)作提供科學(xué)依據(jù)。
何驪澄,女,2004年出生于安徽,中國女子體操運(yùn)動(dòng)員,曾獲2021年首屆長三角女子體操邀請賽個(gè)人女子全能第一名、平衡木第一名,2020年全國體操冠軍賽平衡木第三名、自由體操冠軍,第十四屆全運(yùn)會(huì)個(gè)人全能第八名,2020年全國體操冠軍賽全國女子自由操第一名,第十四屆全運(yùn)會(huì)女子團(tuán)體銀牌等等,于2021年5月入選東京奧運(yùn)會(huì)大名單。其突出特點(diǎn)是下肢強(qiáng)壯,爆發(fā)力好,動(dòng)作完成度高,以她為對象研究我國女子平衡木專項(xiàng)肌肉用力特征具有典型性,受試運(yùn)動(dòng)員無肌肉損傷、訓(xùn)練過度等病癥。征得本人同意,愿意配合本次實(shí)驗(yàn),在標(biāo)準(zhǔn)體操館,連續(xù)完成指定動(dòng)作數(shù)次,以較好的一次為研究對象。
1.2.1 測試儀器和步驟 Noraxon公司16通道無線遙測表面肌電采集分析系統(tǒng),采集前用醫(yī)用酒精濕巾擦拭皮膚表面,擦除皮膚表面的油脂和干燥的真皮,將傳感器沿著肌肉走向貼于肌肉肌腹隆起處,同時(shí)要求傳感器的方向與肌纖維方向一致,用醫(yī)用膠帶固定傳感器。傳感器的位置依次為兩側(cè)的腓腸肌內(nèi)側(cè)(medial gastrocnemius)、股二頭肌(Biceps femoris)、股直肌(Rectus femoris)、三角肌(deltoid)、肱橈肌(Radial brachial muscle),兩側(cè)肌肉張貼傳感器的順序?yàn)閺淖笾劣摇?/p>
1.2.2 肌肉選取 經(jīng)理論初選、預(yù)實(shí)驗(yàn)和專家篩選,并結(jié)合相關(guān)研究文獻(xiàn)取雙側(cè)腓腸肌內(nèi)側(cè)頭、股二頭肌外側(cè)頭、股直肌、三角肌中束,肱橈肌共10塊肌群,選取的肌肉與電極粘貼位置見表1。
表1 測試所選取的肌群Table 1 Selected Muscle Groups in Test
1.2.3 動(dòng)作要求 挺身前空翻動(dòng)作和直體后空翻動(dòng)作起跳階段、騰空階段和落木階段均要求在平衡木上進(jìn)行,同一種空翻動(dòng)作在木上連續(xù)做兩遍,危險(xiǎn)性動(dòng)作加裝泡沫墊,失去平衡的動(dòng)作不列入數(shù)據(jù)收集范圍,安排相關(guān)人員做好運(yùn)動(dòng)員保護(hù)工作。
1.2.4 數(shù)據(jù)處理 肌電信號(hào)使用NoraxonTelemyo2400R(NoraxonUSAInc,Scottsdale,AZ)采集(采集頻率1500Hz,放大比例1000x),并使用MyoResearch(NoraxonUSAInc,Scottsdale,AZ)軟件進(jìn)行平滑和過濾(頻率5-1000HZ)處理。同一受試者連續(xù)完成各個(gè)動(dòng)作,因此不需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理和測試出最大等長收縮[9]。分析運(yùn)動(dòng)員完成挺身前空翻和直體后空翻動(dòng)作身體各肌肉指標(biāo)差異,主要指標(biāo)為肌肉的積分肌電(iEMG)值以及均方根值。對各階段肌電進(jìn)行幅值整流,濾波,平滑過濾以及幅度歸一化,將動(dòng)作劃分為起跳(a)、騰空(b)和落木(c)3個(gè)階段(圖1)。
圖1 為平衡木動(dòng)作特征及階段劃分圖示Fig.1 show the action characteristics and stage division of the balance beam注:a為起跳階段,b為騰空階段,c為落木階段
積分肌電(iemg)百分比也稱肌肉做功百分比,以某肌群積分肌電與完成該動(dòng)作所有肌群積分肌電和的比值來定,用來體現(xiàn)某肌群在完成動(dòng)作時(shí)的重要性[10],是評價(jià)肌肉協(xié)調(diào)性的一個(gè)重要指標(biāo)[11],也可以用來表達(dá)肌肉在某一動(dòng)作階段貢獻(xiàn)率。
從表2、表3的各肌群的積分肌電百分比可以得出挺身前空翻和直體后空翻動(dòng)作中起跳過程的主要做功肌群都是三角肌、腓腸肌、股直肌、肱橈肌,對股二頭肌的需求較低。騰空過程的主要做功肌群則略有不同,前空翻依然是腓腸肌、三角肌、肱橈肌、股直肌,后空翻則是對股直肌的要求較低,股二頭肌代替其成為主要做功肌群之一。而在落地階段,為了控制身體平衡,三角肌成了最主要的做功肌群。通過對比挺身前空翻和直體后空翻動(dòng)作的各個(gè)階段肌肉做功過程可以得出,雖然身體兩側(cè)的同一肌肉做功情況會(huì)略有不同,但是在當(dāng)整個(gè)動(dòng)作完成后,身體兩側(cè)肌肉做功情況基本合理,說明身體協(xié)調(diào)良好。
表2 何驪澄挺身前空翻不同階段各肌群積分肌電百分比Table 2 The percentage of integral EMG of each muscle group in different stages of He Licheng’s forward somersault(%)
表3 何驪澄直體后空翻不同階段各肌群積分肌電百分比Table 3 The percentage of integral EMG of each muscle group in different stages of He Licheng’s straight backflip(%)
均方根(RMS)振幅值是人體表面肌電分析中另一重要分析指標(biāo),主要反映肌肉活性,即肌肉參與運(yùn)動(dòng)的程度[12]。從表4、表5的各肌群的激活強(qiáng)度可知,三角肌在兩種空翻動(dòng)作各個(gè)階段中仍然是激活強(qiáng)度最大,在起跳階段和落地階段,兩動(dòng)作肌肉激活強(qiáng)度無明顯差距,依然是三角肌激活強(qiáng)度最大,而在騰空階段,挺身前空翻動(dòng)作是三角肌和股直肌激活強(qiáng)度更大,直體后空翻動(dòng)作則是腓腸肌、三角肌、肱橈肌激活強(qiáng)度更大。
表4 何驪澄挺身前空翻不同階段各肌群的標(biāo)準(zhǔn)化均方根肌電圖Table 4 Standardized root mean square electromyography of each muscle group at different stages of He Licheng’s forward somersault(%)
表5 何驪澄直體后空翻不同階段各肌群的標(biāo)準(zhǔn)化均方根肌電圖Table 5 Standardized root mean square electromyogram of each muscle group in different stages of He Licheng’s back flip(%)
由圖2可知,三角肌在動(dòng)作開始之前即開始出現(xiàn)較高激活強(qiáng)度的預(yù)激活現(xiàn)象,其穩(wěn)定軀干的作用十分明顯,通過靜力性收縮以維持軀干穩(wěn)定,并一直持續(xù)至動(dòng)作結(jié)束,肱橈肌和股直肌激活時(shí)程較短,起跳騰空階段出現(xiàn)明顯激活,另外從激活時(shí)程的長短來看,三角肌>股二頭肌>腓腸肌>股直肌>肱橈肌。在圖2中,三角肌、股直肌、股二頭肌、腓腸肌、肱橈肌均在發(fā)力階段開始時(shí)激活,但激活持續(xù)時(shí)間存在一定差異,直體后空翻動(dòng)作的激活模式具有同步性的特征,滅活順序?yàn)橛夜芍薄译枘c→左腓腸肌→左三角肌→左三角肌→右三角肌→右肱橈肌→左肱橈肌→左股直→右股二頭。
圖2 挺身前空翻和直體后空翻肌肉激活模式圖Fig.2 Front flip and straight backflip muscle activation pattern diagram注:p1-p2為起跳階段,p2-p3為騰空階段,p3-p4為落地階段
由于在平衡木中會(huì)受到諸多因素的影響,但是這些因素?zé)o法準(zhǔn)確測量,而肌電測試可以得出影響平衡的力量指標(biāo),向后空翻的技巧動(dòng)作是體操兩大空翻類技巧之一[13],幾乎在平衡木的所有比賽中都可以看到運(yùn)動(dòng)員使用此類動(dòng)作,直體后空翻和挺身前空翻是一般難度動(dòng)作,也是競技體操運(yùn)動(dòng)員被要求必須掌握的基本技能,由于在比賽過程中會(huì)受到諸多因素的影響,如場地,心理等因素,因此空翻類動(dòng)作也是極易出現(xiàn)失誤的動(dòng)作(東京奧運(yùn)會(huì)平衡木冠軍管晨辰在全運(yùn)會(huì)上就出現(xiàn)失誤,最終與獎(jiǎng)牌無緣),對身體平衡的控制顯得更加重要,陸愛云在《運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)》中指出“平衡是指當(dāng)作用于物體的合力為零時(shí)物體所處的一種狀態(tài)”。人體保持平衡能力處于一種穩(wěn)定狀態(tài)與人體重心所處的位置和人體支撐面積大小有關(guān)。如果人體重心的重力線落在支撐面之內(nèi),降低重心就能增加人體的平衡能力,否則將處于失衡狀態(tài)[14]。
本研究中挺身前空翻和直體后空翻在起跳階段的主要做功肌群一致,都是腓腸肌、股直肌、三角肌、肱橈肌,而在騰空階段,挺身前空翻的主要做功肌群為股直肌和三角肌,且身體左右側(cè)肌肉做功貢獻(xiàn)差距較大,直體后空翻的主要做功肌群為三角肌、腓腸肌、肱橈肌、橈肌在兩動(dòng)作起跳過程中有較明顯的參與,肱橈肌的生理功能是屈曲肘關(guān)節(jié)、將旋后的前臂旋前以及將旋前的前臂旋后,此肌肉能成為起跳過程主要做功肌肉的原因是通過上臂積極的擺動(dòng)以帶動(dòng)軀干和腿部積極伸展。
在比賽中,空翻動(dòng)作作為核心動(dòng)作之一,為了獲得較高的技巧分,運(yùn)動(dòng)員必須完成各種形式的空翻動(dòng)作,且在空翻過程中,身體的重心不斷變化,也是極易出現(xiàn)失誤造成落木的動(dòng)作之一。在落木控制階段,挺身前空翻動(dòng)作身體兩側(cè)三角肌做功達(dá)到了68%,遠(yuǎn)高于其他肌群,三角肌的主要解剖功能是使上臂在肩關(guān)節(jié)處屈和旋內(nèi),中部纖維收縮使上臂外展,后部纖維收縮使上臂在肩關(guān)節(jié)處伸和旋外,整體收縮,能夠使上臂外展,對加固和穩(wěn)定肩關(guān)節(jié)有一定作用??梢?,空翻類動(dòng)作較一般的動(dòng)作,身體重心的把控,軀干穩(wěn)定的控制都更為困難。三角肌為起到控制平衡的作用,是最主要的做功肌群,所以保持平衡是所有姿勢運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)。股直肌、三角肌都是挺身前空翻的主要做功肌群,但令人意外的是左側(cè)三角肌和股直肌做功分別達(dá)到了24%和20%,而身體右側(cè)只占到9%和4%。究其原因主要是與動(dòng)作性質(zhì)相關(guān),為了完成挺身前空翻的動(dòng)作,在起跳時(shí),身體右側(cè)已經(jīng)翻轉(zhuǎn),而左腿需要完成蹬地等動(dòng)作。
均方根值能夠更好地排除時(shí)間累積的干擾,反映單位時(shí)間內(nèi)肌肉的平均激活強(qiáng)度,采用此指標(biāo)能夠?qū)\(yùn)動(dòng)員進(jìn)行不同肌群激活強(qiáng)度的分析。larys[15]和Yang[16]的研究曾經(jīng)指出,建議用運(yùn)動(dòng)中各肌群肌電峰值對各肌群均方根肌電進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化更加合適,因此本研究采用此方法[17]。由于未經(jīng)訓(xùn)練的人在身體倒立中無法保持穩(wěn)定的平衡,這對于普通人而言,是一項(xiàng)極其困難的任務(wù),需要高度的肌肉力量和耐力來保持身體的全部重量,以及心血管耐力需要承受相反的位置[18]。相對于支撐階段或者其他階段,身體倒立時(shí)更需要前庭器官、體感以及頭部視覺信息的整合[19]。在起跳過程中,挺身前空翻為三角肌激活程度更大,直體后空翻三角肌、腓腸肌、肱橈肌相對與其他肌群激活強(qiáng)度更大,在騰空階段和落地階段,為了保持身體的穩(wěn)定,依然是三角肌進(jìn)行了更大程度的動(dòng)員,在平衡木上運(yùn)動(dòng)時(shí),三角肌積極收縮能夠使身體保持平衡,避免落木,人體在平衡木上做動(dòng)作時(shí),與肢體肌群力量、肌張力之間的相互平衡,密切相關(guān),在非周期運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中,此能力尤為重要,在長5米、寬0.1米的平衡木上移動(dòng),翻騰時(shí)都對身體平衡性帶來了很大的考驗(yàn)??辗悇?dòng)作三角肌動(dòng)員程度大,動(dòng)作難度增加,對身體的平衡的控制更加困難,因此在落地的一瞬間,三角肌在相對集中的時(shí)間內(nèi)猛烈收縮必將導(dǎo)致其均方根肌電值升高。
肌肉激活順序是研究專項(xiàng)動(dòng)作過程中肌肉內(nèi)部協(xié)調(diào)關(guān)系的重要手段,而協(xié)調(diào)則是人體科學(xué)和康復(fù)醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容[20]。肌肉激活人體在某個(gè)運(yùn)動(dòng)階段過程中肌肉的發(fā)力前后順序,可以分析肌肉之間的協(xié)調(diào)程度,以及判斷肌肉用力的合理性,選擇合適的激活臨界值是判斷肌肉正確用力順序的重要指標(biāo)[21]。在實(shí)際測試過程中會(huì)存在各種各樣的干擾因素,因此判斷肌肉激活沒有適用于所有項(xiàng)目的固定方法,有學(xué)者根據(jù)振幅平均值是否過基線水平的2-3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差來判斷[22],Laplaud等人在相關(guān)研究中[23]指出振幅峰值百分比是判斷激活的較好指標(biāo),通常用振幅峰值的15%[24]來作為判定肌肉激活的參考點(diǎn),本研究選用的參考點(diǎn),將標(biāo)準(zhǔn)化振幅≥15%記為肌肉開始激活,標(biāo)準(zhǔn)化振幅<15%記為滅活,根據(jù)肌肉在動(dòng)作過程中激活時(shí)間早晚可知各肌群的激活順序進(jìn)而可知技術(shù)動(dòng)作的肌肉用力順序。本文將各肌群肌電信號(hào)進(jìn)行時(shí)間和幅值歸一化處理后,以標(biāo)準(zhǔn)化振幅15%作為激活臨界值,在pycharm軟件中作圖得到各肌肉的激活模式圖,據(jù)此分析各塊肌肉在挺身前空翻和直體后空翻中的激活或滅活順序,如圖2所示。在挺身前空翻和直體后空翻動(dòng)作的激活模式圖中可以看出,各肌群在三個(gè)階段當(dāng)中幾乎都處于激活狀態(tài),各肌群激活持續(xù)時(shí)間存在一定差異,直體后空翻動(dòng)作的激活模式具有同步性的特征。
挺身前空翻和直體后空翻動(dòng)作中,腓腸肌、三角肌、肱橈肌都是穩(wěn)定的做功肌群,提示在訓(xùn)練中應(yīng)注意:1)高度重視對手臂以及肩部肌肉群的力量練習(xí),力量訓(xùn)練能夠使運(yùn)動(dòng)員的競技能力提高,newto[25]的一項(xiàng)研究表明,無訓(xùn)練經(jīng)歷的平均年齡在18.6歲的通過8周的臥推和牽拉訓(xùn)練可以使6rm的重量增加22.8%,也可以降低運(yùn)動(dòng)損傷的概率。2)加強(qiáng)腿部肌肉ssc收縮能力訓(xùn)練,運(yùn)動(dòng)員在完成各種起跳動(dòng)作時(shí),腓腸肌,股直肌的做功都占據(jù)較大比重,這些肌肉的超等長收縮能力在很大程度上決定了運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作的騰空高度和動(dòng)作的舒展度,在肌肉離心收縮之后迅速進(jìn)行向心收縮,通過拉長肌肉的初長度,以產(chǎn)生更大的力量,此外要注意在疲勞狀態(tài)下練習(xí)時(shí)要注意肌肉損傷。3)針對平衡木動(dòng)作的身體兩側(cè)用力的非均衡性特征,力量練習(xí)中也應(yīng)該適當(dāng)增加非均衡性力量練習(xí),并與對稱均衡性力量練習(xí)相結(jié)合[26]。研究中得出在挺身前空翻的起跳動(dòng)作當(dāng)中,身體左右側(cè)肌肉有較明顯的差異,此外也應(yīng)根據(jù)運(yùn)動(dòng)員個(gè)性特征,進(jìn)行相應(yīng)的強(qiáng)化練習(xí)。4)肩部肌肉作為各個(gè)階段過程的主要做功肌群,為提高身體的穩(wěn)定性,應(yīng)根據(jù)其做功的方式,進(jìn)行專項(xiàng)力量訓(xùn)練,肌肉專項(xiàng)化訓(xùn)練是提高運(yùn)動(dòng)成績,保證訓(xùn)練質(zhì)量的重中之重,打破原有的做功形式,形成新的生態(tài)。訓(xùn)練的動(dòng)作模式與專項(xiàng)動(dòng)作模式不匹配,造成專項(xiàng)轉(zhuǎn)化效率是很低的。Rimmer and Sleivert(2000)采用單腿和水平方向的超等長訓(xùn)練,8周后,10米起跑速度提高了2.6%,可見,訓(xùn)練中動(dòng)作模式的專項(xiàng)化是提高訓(xùn)練轉(zhuǎn)化率的前提[27]。所以進(jìn)行肌肉專項(xiàng)化訓(xùn)練是十分有必要的。5)根據(jù)運(yùn)動(dòng)員個(gè)體情況進(jìn)行差異性訓(xùn)練,本研究存在一定的局限性,所選取的運(yùn)動(dòng)員樣本量太少。在實(shí)際中,由于運(yùn)動(dòng)員的年齡不同,參加訓(xùn)練的年限也不同,在全面掌握運(yùn)動(dòng)員身體特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,要靈活多變地選擇訓(xùn)練形式和訓(xùn)練負(fù)荷。
本研究獲得了挺身前空翻和直體后空翻動(dòng)作在完成時(shí)的基本技術(shù)特征及相關(guān)的肌電學(xué)指標(biāo),為運(yùn)動(dòng)員學(xué)習(xí)和掌握這類動(dòng)作及運(yùn)動(dòng)員水平的提高提供了科學(xué)參考。起跳時(shí)需要運(yùn)動(dòng)員具備強(qiáng)大的下肢ssc收縮能力和肩部力量素質(zhì),將平衡木動(dòng)作細(xì)化,主要為多樣的身體翻騰動(dòng)作與手臂的動(dòng)作相結(jié)合,是一個(gè)加速再加一個(gè)制動(dòng),相當(dāng)于一個(gè)離心和等長收縮,不但要求力量、爆發(fā)力,更要求肌肉的制動(dòng)能力。訓(xùn)練中加強(qiáng)運(yùn)動(dòng)員基本身體素質(zhì)和平衡木專項(xiàng)力量的訓(xùn)練,以加強(qiáng)動(dòng)作的舒展度和完成度。