赛艇运动员2 000m测功仪测试中主要用力肌群的表面肌电特征研究

麻文慧 ，范家成，周 越，汤一铸

赛艇是运动员通过划动桨叶，推进船艇前进的项目。赛艇比赛的赛程有2 000m的，2 000m比赛用时5-8min，划完一个赛程运动员要划动200-240桨，每桨力量要达到30kg左右［1］。赛艇比赛全程可分为3个阶段：起航阶段，需要肌肉做快速运动给船艇一个大的加速度；途中阶段，需要一个高的有氧能力来维持船艇以较快和恒定的速度行进；冲刺阶段，需要靠肌肉在酸性环境下加大功率使船艇快速驶向终点［2］。可以说，赛艇是项需要高水平力量和耐力的运动，国际级赛艇选手的力量训练占整个训练时间的70%左右［3］。因此，优秀赛艇运动员既需要良好的力量素质又需要出色的耐力素质［4］。表面肌电（sEMG）在体育运动中的应用有一定的研究成果，也具有可靠性，利用表面肌电图可以评价肌肉在运动过程中的功能，探讨运动训练的规律，为训练提供科学依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

选取湖北赛艇队12名优秀重赛艇运动员 （重量级6名，轻量级6名）为研究对象，运动级别为一级以上。运动员近期无伤病，身体状况良好。测试根据他们的训练课进行安排，运动员中有参加2013年全运会，并获得重量级双人单桨全国第三名，具体信息如下：

表1 运动员基本信息

1.2 研究方法

1.2.1 实验器材

芬兰产MegaWin6000型16导肌电仪及其分析软件、上海申风医疗保健用品有限公司产的一次性使用心电电极（银/氯化银 Ag/AgCl）、美国产 CONCEPTⅡ（PM4）风轮式测功仪、日本产的SUUNTO心率表、腕表、索尼数码摄像机等。

1.2.2 实验方法

对湖北省12名男子赛艇运动员进行测功仪2 000m全力划测试，选取左右侧三角肌后束、肱二头肌、背阔肌（贴背阔肌中部）、竖脊肌、股四头肌内侧头和胫骨前肌来观察其表面肌电的变化特征。

1.3 数据处理

测功仪2 000m全力划测试，截取运动开始前10桨、在500m处、1 000m处、1 500m处和2 000m处各截取10桨的原始肌电信号，拍摄一个完整的动作运动周期。通过对原始肌电分析，得出iEMG、MF和MPF值以及肌肉的发力时序。采用SPSS19.0统计软件中描述统计计算平均值和标准差；用配对样本T检验法进行差异显著性检验；设P﹤0.05具有显著性差异，P＜0.01具有非常显著性差异。

2 研究结果

2.1 测功仪2 000m测试积分肌电值（iEMG）结果

在2 000m测试中各块肌肉iEMG都发生了明显变化，在比赛开始到500m这一比赛阶段中iEMG出现的明显 （P＜0.05，左右侧肱二头肌和右侧竖脊肌除外）；500m到1 000m这一阶段中左右侧肱二头肌出现显著性（P＜0.05），右侧胫骨前肌出现非常显著性下降（P＜0.01）；在1 000m到1 500m阶段左右侧肱二头肌和左侧竖脊肌出现显著性差异 （P＜0.05）；在比赛最后500m的冲刺阶段，除左右侧竖脊肌和右侧胫骨前肌没有表现出显著性差异外，其余各肌肉均出现显著性 （P＜0.05），左侧背阔肌出现非常显著性（P＜0.01）。在整个运动过程中上肢肌肉的iEMG一直保持在较高范围，尤其是三角肌后束；竖脊肌在整个运动过程中其值最小。左侧肌肉的iEMG大于右侧肌肉的iEMG。

2.2 测功仪2 000m测试中位频率（MF）结果分析

在2 000m测试中各块肌肉的MF出现了不同程度的变化，从比赛开始到500m这一阶段中左侧竖脊肌出现了显著性（P＜0.05），右侧背阔肌和左右侧股四头肌内侧头出现非常显著性（P＜0.01）；比赛1 000m到1 500m阶段左侧竖脊肌出现显著性（P＜0.05），左侧肱二头肌和左侧背阔肌出现非常显著性 （P＜0.01）。整个运动过程中下肢肌肉的MF值保持较大范围，胫骨前肌MF达到最大值，竖脊肌MF值最小，左右侧MF值相差不大。

2.3 测功仪2 000m测试平均功率频率（MPF）结果分析

在2 000m测功仪测试中，MPF随着运动的进程也发生相应的变化，从比赛开始到500m这一阶段左侧背阔肌和右侧竖脊肌表现显著性降低（P＜0.05），左侧肱二头肌、右侧背阔肌、左右侧股四头肌内侧头和左右侧胫骨前肌都表现出非常显著性下降（P＜0.01）；测试进行到1 000m时左侧竖脊肌表现非常显著性差异（P＜0.01），右侧竖脊肌也表现出显著性差异（P＜0.05）；比赛进行到1 500m时左侧股四头肌内侧头表现出非常显著性差异（P＜0.01），右侧股四头肌内侧头也表现处显著性差异；比赛到最后阶段各肌肉则没有表现出显著性差异。整个运动过程中下肢肌肉的MPF值保持较大范围，胫骨前肌MPF达到最大值，竖脊肌MPF值最小。

表2 赛艇运动员测功仪2 000m测试左侧主要用力肌群iEMG（单位：μVS）

表3 赛艇运动员测功仪2 000m测试右侧主要用力肌群iEMG（单位：μVS）

表4 赛艇运动员测功仪2 000m测试左侧主要用力肌群MF（MF单位：Hz）

表5 赛艇运动员测功仪2 000m测试右侧主要用力肌群MF（MF单位：Hz）

表6 赛艇运动员测功仪2 000m测试左侧主要用力肌群MPF（MPF单位：Hz）

表7 赛艇运动员测功仪2 000m测试右侧主要用力肌群MPF（MPF单位：Hz）

3 分析与讨论

对赛艇运动的生物力学分析发现，运动员在从事赛艇运动训练时，其发力主要以腿部力量为支点，整个身体为引力点，在腿部发力的瞬间，腿的蹬力迅速传到背上方，然后由于惯性作用下手臂加速屈臂，完成拉浆。因此其发力顺序应为腿部，躯干和手臂。本研究发现赛艇运动员的发力顺序与赛艇运动生物力学研究相一致［4］。

3.1 测功仪2 000m运动中iEMG与运动强度的关系

iEMG是指一定时间内肌肉参与活动的运动单位的放电量，即在时间不变的情况下其值的大小一定程度上反映了参加工作的运动单位的数量和每个运动单位放电的大小。由赛艇运动员在测功仪2 000m测试中的平均积分肌电值可以看出赛艇运动员在2 000m比赛中开始时iEMG值瞬时上升，这是因为在比赛开始时运动强度大，需要动员更多的运动单位，肌肉受刺激产生兴奋，产生更多的动作电位，每个运动单位放电量也很大，因此iEMG值上升很快；到500m处iEMG值随着运动时间的增加而又所下降，其下降幅度不大，在1 000到1 500m处iEMG值下降到最低值，在此时运动强度也有所下降，这是由于肌肉经过长时间大负荷的运动肌肉力量下降，产生疲劳，iEMG值也产生相应的降低，但是在最后冲刺阶段运动强度达到最大，iEMG值快速增加。这就符合赛艇运动员常采用的“1-3”分段速度模式［6-8］，即在比赛中第一、第三 500m段分别是最快速度和最慢速度的战术安排模式。由表可知，队员基本上都采用了“1-3”分段速度模式，在采用此模式中XIA这名运动员所表现的冲刺能力最强，其iEMG值的变化符合“1-3”分段速度模式，并且在最后冲刺阶段iEMG值达到最大值。本研究表明IEME随着运动强度的增大也出现上升，说明IEMG可以较准确的反应运动强度的大小。

3.2 2 000m运动中MF和MPF与运动疲劳的关系

MF是指骨骼肌在收缩过程中肌纤维放电频率的中间值［8］，测功仪2 000m全力划测试中，从开始比赛到比赛结束，MF整体表现为随着运动负荷的增加和运动疲劳的出现先下降后增加的趋势，其下降幅度较大，增加幅度较小。在开始比赛后，各个肌肉的MF值达到最大。从比赛开始到1 500m处MF出现整体下降趋势，这可能是因为随着运动肌肉活动持续时间的延长或肌肉活动次数的增加［10，11］，MF 出现下降趋势，但是在最后2 000m冲刺阶段MF值有所上升，但是上升幅度不大。左侧肌肉和右侧肌肉整体相比来说，左侧肌肉的MF下降幅度较大；从本研究中我们发现左右侧背阔肌下降幅度最大，左右侧三角肌后束和左右侧胫骨前肌下降幅度则较小。运动员左右侧各个肌肉的MF值差别不大 （左右侧股四头肌除外），说明运动员各肌肉的疲劳状态保持一致［11］。

MPF表示的是功率谱曲线重心的频率，在测功仪2 000m全力划测试中，随着肌肉工作过程的进行，比赛距离的和比赛时间的增加，肌电信号的频率特性随着肌肉机能状态的转变而发生改变，MPF随之降低，这说明肌肉持续工作到了疲劳［12］。随着疲劳程度的加深，肌电信号的频谱左移。肌肉工作的负荷强度越大，疲劳的程度越大，平均功率频率的减小明显。从表中我们可以看出各肌肉的MPF下降都很大，尤其是左右侧竖脊肌和左侧背阔肌下降幅度较大，说明这些肌肉达到的疲劳程度较深，是主要受限制的肌群。在开始比赛时各个肌肉的MPF值达到最大。各个肌肉在开始到1 500m处MPF一直处于下降状态这可能同途中的慢肌动员有关，但是在2 000m冲刺阶段MPF下降幅度很小，甚至有些肌肉在此阶段MPF有些上升，但是上升的幅度也不大，这可能与这些肌群的快肌动员有关。运动员左右侧肌肉的MPF值差别不大（胫骨前肌除外），说明左右侧肌肉的疲劳状态基本保持一致。

3.3 一个完整动作周期中的肌肉发力时序

图1表示的是赛艇运动员在一个完整的动作周期中肌肉表现出来的肌肉放电情况。综合分析，在一个完整的动作运动中，运动员的胫骨前肌最先开始放电，而且在一个动作周期中连续放电两次，说明运动员在此动作中胫骨前肌最先发力，最早被动员，其次是股四头肌内侧头被动员，然后就是竖脊肌，背阔肌，三角肌后束，最后是肱二头肌，由此我们可以得出在一个完整的动作中，肌肉的发力顺序为胫骨前肌＞股四头肌内侧头＞竖脊肌＞背阔肌＞三角肌后束＞肱二头肌。

图1 赛艇运动员一个完整的动作周期的原始表面肌电图

4 结论

1）在一个动作周期中，肱二头肌和三角肌用力比较大，其次是股四头肌内侧头，胫骨前肌最后是竖脊肌和背阔肌；在整个动作中股四头肌内侧头放电持续时间最长，说明其肌肉发力持续时间比较长。

2）赛艇运动员测功仪2 000m全力划测试中，一个完整的动作是从蹬伸脚（胫骨前肌）开始，然后蹬伸膝关节（股四头肌），之后是背伸（竖脊肌），拉开上臂（背阔肌），最后带动的是收上臂（三角肌后束），屈肘（肱二）等一连串动作。形成由下向上、由远端到低端的动力链。运动员的肌肉发力时序为胫骨前肌＞股四头肌内侧头＞竖脊肌＞背阔肌＞三角肌后束＞肱二头肌；本研究肌肉的发力时序基本遵循了正确技术动作的活动规律。

3）随着运动强度的增加和疲劳的出现iEMG值出现下降趋势，这说明运动中途肌肉用力在一定程度出现暂时放松；MF和MPF也呈下降趋势，表明快肌出现了疲劳。但是在最后冲刺阶段iEMG值、MF和MPF都有所上升，因为在最后冲刺阶段需要募集更多的运动单位及动员更多的快肌参与运动。在整个2 000m运动过程中背部肌肉背阔肌和竖脊肌疲劳最明显，此在一定的程度上也限制了运动能力。

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