女子拳击运动员上肢和腰部肌肉力量训练的肌电分析＊

张日辉,康志新

(1.沈阳体育学院运动人体科学系,辽宁 沈阳 110102;2.吉林大学白求恩医学院生理学教研室,长春 130021)

我国拳击运动恢复于20世纪80年代,世界女子拳击运动也起始于20世纪80年代初期,在开展男子拳击的同时,我国女子拳击也开始发展起来。时至今天,2009年已经明确女子拳击将是2012年伦敦奥运会正式比赛项目,为了使该项目尽快走向世界奖台,需要对运动员训练进行全面科学监控。

拳击是一项以激烈对抗和直面交手为特点的格斗运动,高水平拳击运动员在良好有氧代谢能力基础上也需要发展无氧耐力,同时要求运动员要具有力量(基础力量和专项力量)、聪明的才智和顽强的意志品质,专项力量训练在各项素质训练中占有极为重要的位置。关于专项力量训练中的力量耐力、最大力量、速度力量训练模式有很多,但是目前还没有较为客观、简单易行的评价训练效果的方法。人体运动的高级中枢在大脑皮层,脑细胞放电的频率、幅度、电位等和神经传导速度的变化,会导致它下级神经元放电的改变,最终反应到效应器肌肉上,即产生肌纤维及其他器官的生物电及功能的变化。表面肌电可以在无损伤的情况下较为方便的检测神经-肌肉的活动情况,从而间接地反映在某个技术动作中肌肉中运动单位的动员和收缩,是反映肌肉训练状态和分析技术动作的一个较好指标。为此,本文以女子拳击运动员为研究对象,比较分析普通拳击运动员与世界拳王的腰肌和上臂肌肉的肌电指标变化特征,为拳击运动专项力量的科学训练提供科学参考依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

沈阳体育学院女子拳击队10人,其中9人为普通拳击运动员,1人为世界冠军运动员,受试者均身体健康、右手优势、自愿参加受试者,年龄(19.20±3.01)岁 ,身高(165.27 ±6.17)cm,体质量(58.00±11.09)kg,训练年限为(3.70±2.31)年。

1.2 研究方法

1.2.1 电极安放和记录方法 本研究用Mega公司的ME6000肌电图仪记录运动全程的肱二头肌、肱三头肌、以桡侧腕屈肌为主的前臂屈肌群、以尺侧腕伸肌为主的前臂伸肌群、腰肌的肌电,电极安放在每块肌肉收缩时肌腹最隆起的部位,有效电极和参考电极沿肌纤维纵轴方向安放,无关电极与其呈等腰三角形安放,电极间相距2 cm。实验是在安静、无外界干扰的实验室进行,每个受试者需完成以下动作,受试者手中负荷2.5 kg的哑铃,原地出直拳,出拳频率为100b/min,直至无法完成此项动作,或动作跟不上节拍器的节奏为止。

1.2.2 实验设计与测试条件控制 本次实验的每个受试者均进行两次测试。第一次为停训期的测试,停训10d,在开学进行一周适应性训练后,集中到两天完成测试,保证运动员是在完全清醒、安静、无异常感觉的状态下进行。停训期测试前一天,给受试者讲清实验中所要完成的动作和每个动作的注意事项,并且逐个进行练习,直至每个运动员能够准确、熟练的做出测试时的动作。第二次为赛前大强度训练后的测试,均在教练员配合下,并根据主观体力感觉等级表、日本疲劳研究会大岛正光的疲劳问卷、晨脉以及跟踪观察运动员训练中的反应等评价运动员机能状态,通过这些基础测试,了解测试10名对象疲劳状况,尽量控制使其在记录表面肌电时机能状态相对均衡一致,避免神经系统、肌肉机能状态和疲劳等方面对表面肌电产生的影响,如有特殊疲劳症状或疲劳累积则在记录和分析时要区别对待。测试条件控制均衡前提下,在训练结束前20min至训练结束这个时段进行测试记录表面肌电。

1.2.3 各肌群做功百分比分析 实验测试结束后,对表面肌电数据进行积分肌电和做功百分比统计分析。积分肌电是指肌电信号经整流滤波后一定时间内曲线下的面积总和,可以反应一定时间内肌肉中参与活动的运动单位的放电总量;而肌肉做功百分比是指在完成某一动作时一定时间内某一块肌肉的积分肌电值占参与该动作中全部肌肉积分肌电总值的百分比,可以反应一块肌肉在完成一个动作中的比重或者重要性[1]。据此,本研究用Mega公司的ME6000肌电图仪分析软件可以对数据进行分析,计算出各肌群做功百分比。

1.3 统计学处理

测试结束后,肌电信号的处理是在ME6000肌电图仪自带软件中进行相应处理后,数据导出到Excel和SPSS中,所有数据以均数 ±标准差()表示。对运动员上肢主动肌和拮抗肌的肌电中位频率和做功百分比用配对t-检验进行差异显著性分析,比较运动员自身上肢主动肌和拮抗肌力量耐力训练效果;对腰部肌群的肌电中位频率和做功百分比进行单样本 t-检验,推断普通拳击运动员总体的均值与指定样本世界冠军测试检验值之间是否存在显著差异。

2 结果

利用主观体力感觉等级表、晨脉等方法通过对实验对象疲劳状态监控测试,10名对象无疲劳积累,无精神疲劳,运动训练负荷强度适当。在训练结束前20min至训练结束这个时段机能状态基本一致,测试条件均衡。在此基础上记录分析了上肢和腰部肌群的表面肌电。

2.1 上肢主动肌和拮抗肌肌电分析

10名拳击运动员在直拳空击运动至局部肌肉力竭过程中,拮抗肌(前臂伸肌群、肱三头肌)的中位频率(median frequency,MF)下降幅度和速度均大于相对应的主动肌(前臂屈肌群、肱二头肌,图1、2),且从肌群作功来看,主动肌作功百分比较拮抗肌大(表 1)。

Fig.1 Air strikingof straight punch evoked MF change of EMGin forearm muscles

Fig.2 Air strikingof straight punch evoked MF change of EMGin upper arm muscles

Tab.1 Comparison of the percentage of work of EMGamong different muscles in the training of air striking of straight punch(,n=10)

Tab.1 Comparison of the percentage of work of EMGamong different muscles in the training of air striking of straight punch(,n=10)

＊＊P<0.01vsforearmflexor muscle;##P<0.01vsbicipital muscle

Tesing muscle Percentage of work(%)Forearmflexor muscle 22.60±9.78 Forearm extensor muscle 10.80±7.04＊＊Bicipital muscle 33.70±14.84 Triceps muscle 6.10±2.42##

2.2 腰部肌群肌电指标比较分析

冠军运动员在直拳空击开始时MF(约40Hz)较普通运动员(约60Hz)为低,而且很快下降至10-20Hz水平并维持在此水平;与指定样本世界冠军的肌电指标检验值相比,9名普通运动员腰肌的肌电(MF)下降趋势不明显(图3、4),而且其作功百分比都较小(表2)。

Fig.3 MF change of EMGin psoas of the world champion in the process air striking of straight punch

3 讨论

拳击运动员的力量来源于两条腿上,力量通过脚前掌蹬地传到髋关节,通过髋关节的转动配合身体传送至肩臂,再经手臂到达拳头击出。因此,拳击运动员的力量训练,不仅是上下肢力量的训练,还应包括躯干力量、腰背肌力量及小肌肉群的力量练习。拳击运动中,每一次成功出拳都是由下肢、腰部、上肢主动肌和拮抗肌相辅相成的共同作用来完成的,其中任何一块肌肉出现了疲劳都会使整个动作完成的不协调、不规范,从而达不到应有的出拳效果,甚至会造成无法完成动作[2]。

Tab.2 Comparisonof the percentage of workof EMGin psoas between different athletes in the training of air striking of straight punch(,n=1-9)

Tab.2 Comparisonof the percentage of workof EMGin psoas between different athletes in the training of air striking of straight punch(,n=1-9)

＊＊P<0.01vsworld champion

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Fig.4 MF of EMGin psoasof average athlete in the processof air striking of straight punch

肌电的MF是肌电图分析中的一个主要指标,在肌肉疲劳过程中均呈明显的直线递减型变化。在本研究中拳击运动员直拳空击至局部肌肉力竭过程中,拮抗肌和主动肌肌电MF的对应性比较分析发现,在完成直拳运动过程中,拮抗肌的MF首先出现下降,其次才是主动肌,而且下降的幅度和速度都是拮抗肌大于相应的主动肌。说明在运动中,拮抗肌的快肌纤维首先出现疲劳,需要募集更多放电频率较慢的肌纤维来协助完成动作,当拮抗肌无法再动员新的运动单位时,此时规定的动作无法完成。这与Crenshow[3]Wretling[4]的研究结果和分析相一致,他们的研究发现动力性运动至疲劳时,MF、MPF都下降 。拮抗肌MF、MPF出现下降的时间早于主动肌的可能原因是:拮抗肌的快肌纤维较主动肌少;拮抗肌的抗疲劳性较差,力量耐力训练不足。结合本研究对象的实际训练和肌肉作功比例发现,后一原因的可能性大。在完成直拳动作中,拮抗肌作功较主动肌小,但中位频率下降的较快,说明拮抗肌运动时,频率较快的肌纤维立刻疲劳,需要动员慢肌纤维的参与,才能维持运动。同时从训练内容和模式中发现,力量训练比较注意的是主动肌的训练,有关拮抗肌的专项训练的内容针对性不强、训练的时间也较短,从而造成在训练和比赛中,虽然下肢等肌肉未疲劳,主动肌也可以继续维持一定的输出功率,但只是因为臂部拮抗肌耐力的耗竭而导致动作不协调、不连贯、不标准、无法有效的击中对方,甚至无法正确的防守。所以,在拳击训练过程中,一定要将所有参与运动的肌群的耐力、爆发力、速度等都同步性的加强训练,只有这样才可能在比赛中占一定的优势。

肌肉收缩时产生的张力大小不仅与运动神经元传到肌纤维的传导频率有关,而且也与兴奋的运动单位(或肌纤维)数目有关,参与活动的运动单位数目与兴奋频率的结合称为运动单位动员。当肌肉做持续最大收缩时,运动单位动员达到最大水平,肌肉力量随收缩时间的延长而下降,运动单位动员却保持不变[5]。本研究,与指定样本世界冠军的肌电指标检验值相比,9名普通运动员腰肌的肌电(MF)下降趋势不明显,而且其作功百分比都较小。实际测试普通运动员腰部肌群MF在运动开始时较高(约60Hz)的特点,提示在直拳空击运动中,其在做较大力量收缩时,肌肉运动单位动员已经达到了较大值或接近最大值,随着疲劳程度的增加不会有新的运动单位再参与工作,所以在整个肌肉收缩过程中,运动单位动员始终保持最大水平,曲线持平下降不明显,但肌肉张力逐渐下降,在运动中通过主观体力感觉等级表测试证实了这一结果,运动员竭尽全力空击做最大收缩,直至疲劳力竭。而冠军运动员在直拳空击开始时MF(约40Hz)较普通运动员(约60Hz)为低,提示直拳空击运动的负荷强度对冠军运动员来说,强度较小,属于次最大强度或中小强度,动员的慢肌运动单位(纤维)较多,而且很快适应这种空击运动,精确控制参与运动肌肉,由于长期训练,水平提高,腰部肌群发达,单个肌纤维选择性增粗肌张力增加,动员较少的慢肌纤维就能完成对于冠军来说相对较轻的负荷,所以运动开始后不久下降至10-20Hz水平并维持在此水平,即能完成规定运动,在直拳空击运动与普通运动员相同的时间时尚未疲劳力竭。同时,观察到普通运动员以胸式呼吸为主,不利于上臂固定发力,而冠军运动员以腹式呼吸为主,有利于肩胛固定上肢发力。

鉴于以上分析及实验观察,认为导致出现此结果的可能原因是:世界冠军运动员动作控制能力较强,出拳技术精确,在作直拳运动中,不需要腰肌的大量动员,腰肌在直拳训练中未出现疲劳;而普通运动员在训练中不会很好的使用和训练腰肌,即使在不需要动员大量腰肌工作时也大量动员腰肌进行收缩做功,不该收缩的肌肉收缩,从而导致她们腰肌肌电的MF未出现下降,费力导致耗能增多,不利于长时间力量耐力的维持,持续收缩易导致疲劳。

在拳击的比赛当中,每一次成功的出拳都要求腰部将下肢的力量根据对方的情况随机的传到不同的方向,以击中对方的有效区,在防守中腰部的肌肉更需要随时的精确变换各种不同的体位和姿势以躲闪对方的进攻。结合训练中观察,发现运动员经常性的出现腰痛的症状,而且此腰痛不是由于长期训练导致的腰肌劳损,而是由于某次训练中动作的不规范或突然的腰部发力导致的腰肌损伤。有研究报道,发生拳击创伤的主要原因之一是大脑皮层运动中枢的兴奋与抑制扩散,造成肌肉不协调,动作僵硬,不熟练[6],所以,在训练中一定要注意合理的运用和训练腰肌的力量,以便在比赛中起到很好的传递力量和协调的作用。

通过对女子拳击运动员上肢肌群肌电的比较分析,提示本研究中所测拳击运动员的拮抗肌较主动肌力量耐力训练不足;普通运动员腰部肌群肌电指标测试与指定样本世界冠军的比较分析,其腰部肌肉力量训练也存在不足。建议加强拮抗肌和腰部肌肉的力量训练,使拮抗肌与主动肌、全身各肌肉群的力量协调,掌握正确拳击技术,防止局部负担过重,达到延缓疲劳发生,提高运动成绩的目的。

[1]王 健.sEMG信号分析及其应用研究进展[J].体育科学,2000,20(4):56-60.

[2]魏金平.浅谈拳击运动员力量训练的方法[J].安徽体育科技,2005,(26):34-35.

[3]Crenshaw A G,Karlsson S,Gerdle B,et al.Differential reponses in intramuscular pressure and EMGfatigue indicators during low-vs.high-level isometric contractions to fatigue[J].Acta Physiol Scand,1997,160(4):353-361.

[4]Wretling M L,Henriksson-larsen K,Gerdle B.Inter-relationship between muscle morphology,mechanical output and EMGactivity duringfatiguing[J].EurJ Appl Physiol,1997,76(6):483-490.

[5]王瑞元主编.运动生理学[M].人民体育出版社,2002.22-51.

[6]于德顺,高谊编著.拳击[M].北京体育大学出版社,2004.81-90.