我国优秀速度滑冰运动员途中滑跑腿部肌肉肌电特征研究*

李芙蓉 吴新炎



我国优秀速度滑冰运动员途中滑跑腿部肌肉肌电特征研究*

李芙蓉 吴新炎

（湖北理工学院体育部，湖北 黄石 435001）

运用表面肌电和高速摄影同步技术，结合功能解剖学，分析王北星途中滑跑单步周期腿部肌电特征，进行技术诊断。结果表明：(1)王北星左腿力量大于右腿符合速滑项目特征，但左腿支撑时重心高于右腿，说明左腿仍属弱势腿；(2)王北星胫骨前肌是踝关节运动主要用力肌肉，是单步周期主要用力肌肉之一，摆动期出现多余放电；(3)王北星蹬冰期股四头肌和股后肌群肌电振幅呈双峰现象，股内肌、股外肌、股二头肌和半腱肌是主要用力肌肉；(4)王北星左右腿蹬冰期蹬冰肌群肌肉用力方式不一致。教练组应根据王北星腿部肌电特征，有针对性的设计训练方法。

竞技体育；短距离速滑；途中滑跑；单步周期；肌电

短距离速度滑冰属无氧供能为主的体能主导类和以下肢蹬伸发力为主的周期性项目［1］。比赛用时短、全程需竭尽全力，下肢蹬伸肌群的快速做功能力决定运动成绩。我国速滑训练存在过度经验化、科学训练程度不高和专项训练细节把握不够等问题［2］。王北星是我国优秀速滑选手，在国外长期接受外籍教练训练，为备战2014年冬奥会，2012年进入国家集训队。教练组为更好的度过磨合期，更细致的了解其技术特点并发现、解决问题，针对王北星的训练采集了大量数据，分析王北星途中滑跑腿部肌电特征是其中重要的一项。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

以王北星为测试对象，采集范围包括速度滑冰弯、直道左右腿连续五次单步周期。运动员测试前通过辅导，理解实验意图，在测试前24小时无剧烈运动，身体健康状况良好。

1.2 实验数据采集与处理

运动学数据使用TM－6710CL高速摄像机进行采集，采用芬兰MEGA电子有限公司生产的ME6000-T8肌电测试系统采集胫骨前肌、腓肠肌外侧头、股四头肌内侧头、股四头肌外侧头、股四头肌直肌、股二头肌、半腱肌和臀大肌肌肉肌电数据。采集处理后的数据通过SPSS16.0软件分析，获取相关参数。

1.3 单步周期划分

途中滑跑为单脚从发力脚离地起到发力脚离地止，根据主要用力肌肉放电特点，单步周期分为摆动期和蹬冰期。摆动期指发力脚离开地面瞬间到大小腿开始折叠直到足底冰刀触冰这一过程，包括收腿和落腿两个阶段；蹬冰期是指发力蹬冰到发力脚离地为止，包括重心转移和蹬冰两个阶段，蹬冰期主要用力肌肉肌电振幅表现双峰现象［3］。

2 研究结果与分析

2.1 平均肌电图

连续5次弯、直道左右腿表面肌电图先进行全波整流处理，截取连续5次RMS时域转换肌电图，然后对连续5次RMS肌电图进行叠加平均处理，最终得出平均肌电图，RMS振幅往往用于描述数据的静态特征，反映一定时间内肌肉电位活动的静态特征，主要表示肌电图（EMG）信号幅值大小的变化，反映电位活动的有效值，从RMS振幅中可以明显的看出肌肉电位活动的兴奋程度, 可以判断肌肉活动的时程长短、肌电活动的强度以及肌肉的协调模式［4-5］。图1—4为王北星弯、直道左右腿单步周期肌肉平均肌电图，由左至右再往下依次是胫骨前肌、腓肠肌外侧头、股四头肌内侧头、股四头肌外侧头、股四头肌直肌、股二头肌、半腱肌和臀大肌。

图1 王北星弯道右腿

图2王北星弯道左腿

图4王北星直道左腿

2.1.1单步周期振幅曲线特征

从功能解剖学的角度看，摆动期踝关节没有关节运动，胫骨前肌和腓肠肌理论上不应存在明显电位活动，图1-图4表明，王北星在摆动期直道左右腿和弯道左腿摆动期胫骨前肌都有明显电位活动，原因在于脚与冰刀结合技术不佳造成摆动期踝关节背屈，胫骨前肌出现多余放电现象。运动员在运动过程中会因运动设备、技术动作变形和疲劳等原因，部分肌肉在肌电图上反映出多余放电现象，这是阻碍运动员成绩的很重要的一个因素。因此在王北星训练过程中应加强脚与冰刀结合技术训练，克服胫骨前肌多余放电现象，提高运动成绩。

摆动期收腿阶段膝关节弯曲，主动肌股后肌群出现放电现象；落腿阶段膝关节伸展，主动肌股四头肌出线放电现象。从图1、图3可以看出，王北星右腿摆动期全过程股四头肌基本没有放电现象，说明王北星右腿支撑时重心非常低，收腿后已经触冰，没有落腿阶段。从图2、图4可以看出，王北星右腿摆动期后程股四头肌内侧头出现明显振幅波动，说明膝关节有伸展运动，左腿摆动期有落腿阶段。由此可知，王北星途中滑跑重心左腿支撑时比右腿支撑时高。途中滑跑左右腿重心高度不均衡会造成技术动作“发散”，在实际训练比赛过程中王北星后程技术动作“发散”的问题一直是一个顽疾，在训练过程中加强左腿主要用力肌肉蹬伸肌群和协调肌群股后肌群的力量练习，降低左腿支撑时的重心，能克服后程技术动作发散的问题，提高运动成绩。

图1—4表明，蹬冰期主动肌股四头肌和拮抗肌股后肌群的振幅曲线都出现双峰现象。说明蹬冰期运动负荷大,主动肌强烈的运动单位兴奋超过选择性抑制的能力,而引起拮抗肌的共同收缩或共激活,随着对肌肉电生理和表面肌电图技术认识的不断深入,主动肌、拮抗肌、协同肌的功能特性和相互协调性在运动中具有重要意义已形成共识。人体经由中枢神经系统并通过主动肌和拮抗肌的收缩控制肢体活动的振幅、方向等参数来形成肌肉的具体活动模式和关节活动［6-7］。王北星陆上训练期力量训练设计一定要考虑股后肌群的共激活现象，不能只发展主动肌股四头肌力量，拮抗肌股后肌群力量训练也要加强。

2.1.2振幅峰值特征

图1—4表明，王北星弯直道左右腿单步周期各阶段腿部肌群振幅曲线存在一定差异，但王北星弯直道左右腿各肌群振幅峰值出现于单步周期阶段高度一致，重心转移阶段胫骨前肌作为主动肌使身体在离心远端固定，出现肌电峰值，蹬冰阶段蹬伸肌群主动发力，主动肌股四头肌、拮抗肌股后肌群出现肌电峰值。说明王北星途中滑跑技术稳定。

表1表明：王北星弯、直道左右腿蹬冰期主要发力肌肉股四头肌内测头振幅峰值大小存在显著性差异（P<0.05），原因在于弯道滑跑要克服向心力作用，身体重心比直道高，肌肉用力距离缩短，为获得更大的速度，肌肉用力必须加大。说明短距离速滑由于弯道滑跑特点，左腿力量应该会大于右腿，在王北星腿部力量训练设计上左腿练习强度应高于右腿。

表1 王北星单步周期振幅峰值

弯道右腿弯道左腿直道右腿 直道左腿 胫骨前肌1916.00±641.901658.40±209.302404.80±413.401551.80±238.10 腓肠肌1530.80±142.401659.40±323.801554.20±164.801540.20±290.90 股四头肌内3086.00±456.304395.80±542.502601.80±349.803665.60±219.70 股四头肌外1451.20±223.002040.60±457.701712.60±389.402190.40±456.70 股四头肌直1242.60±335.00715.00±162.501461.40±367.80581.20±129.70 股二头肌1169.00±209.401345.60±213.40886.00±226.701760.40±289.60 半腱肌1213.00±337.70948.80±166.90944.80±170.90717.20±161.40 臀大肌479.80±69.70328.00±73.40387.20±30.50403.60±18.60

2.2 积分肌电（IEMG）

IEMG是指肌电图曲线下包围的面积，一定程度上IEMG可以反映一定时间内肌肉中运动单位的放电总量，通过对IEMG的定量可以反映肌肉活动的强弱［8-9］。为更精确的反映速度滑冰单步动作周期电位活动规律，采集王北星连续5次动作周期肌电图，通过弯、直道5个动作周期的平均IEMG和平均IEMG /s来分析速度滑冰单脚动作周期肌电特征，如表3、表4。IEMG 反映弯、直道左右腿动作周期肌肉的放电总量大小，IEMG /s则反映弯、直道左右腿动作周期肌肉单位时间电位活动强度。

表2表明，王北星途中滑跑直道滑跑时间明显长于弯道滑跑时间，弯道右腿滑跑时间较直道右腿滑跑时间存在显著性差异（P<0.05）；弯道左腿滑跑时间较直道左腿滑跑时间存在显著性差异（P<0.05）；表3表明，主动肌股四头肌内侧头和股四头肌外侧头弯直道左右腿做功存在显著性差异（股四头肌内侧头P<0.05值分别为0.002、0.005，股四头肌外侧头P<0.05值分别为0.001、0.001）；表4表明，弯、直道左右腿主动肌放电强度没有显著性差异（股四头肌内侧头P值分别为0.664、0.554，股四头肌外侧头P值分别为0.420、0.059）。弯道滑跑要克服向心力作用，身体重心会比直道高，肌肉收缩距离相应会短，由此可知途中滑跑弯直道肌肉收缩速度和功率没有显著性差异。从表3、表4来看，动作周期内蹬冰主动肌群股四头肌总做功没有明显差异（IEMG p=0.732），但是动作周期内股四头肌内侧头左腿最大发力、动作周期做功和动作周期做功强度都要明显高于右腿（肌电峰值p=0.005，IEMG p=0.006，IEMG/sp=0.007），股直肌右腿最大发力、动作周期做功和动作周期做功强度都要明显高于左腿，存在显著性差异（肌电峰值p=0.006，IEMG p=0.000，IEMG /sp=0.000），这说明直道滑跑蹬冰主动肌群在动作周期内左右腿没有明显差异，但是蹬冰肌群各肌肉贡献值差异性极大，这种差异性弯、直道非常一致，说明王北星左右腿蹬冰期蹬冰肌群肌肉用力方式不一致，在训练过程中应该根据此特点，有针对性的安排左右腿力量训练。

从表3还可以看出，王北星途中滑跑弯直道左右腿主要用力肌肉有一定的差异性，结合平均肌电图，发现蹬冰期主要用力肌肉高度一致。途中滑跑肌肉做功在摆动期表现不明显，贡献度主要取决于蹬冰期，蹬冰期肌肉运动主要表现为膝关节伸展运动，蹬伸肌群股四头肌主动肌肌肉，股后肌群是拮抗肌，同时重心转移阶段远端固定的胫骨前肌要克服冰上支撑点小，出现强烈的肌肉单位兴奋，结合肌电图振幅特征，途中滑跑蹬冰期主要用力肌肉应该是股四头肌内侧头、胫骨前肌、股四头肌外侧头、股二头肌和半腱肌。

表2 王北星单步周期时间

弯道右腿弯道左腿直道右腿直道左腿 时间（s）0.96±0.021.04±0.201.30±0.021.33±0.04

表3 王北星单步周期IEMG

弯道右腿 弯道左腿 直道右腿直道左腿 胫骨前肌474.40±77.00588.20±47.50926.60±42.60761.80±58.50 腓肠肌315.40±38.90502.40±39.40288.80±20.00314.00±28.90 股四头肌内669.20±74.701111.60±72.90941.60±85.801394.60±139.60 股四头肌外380.00±48.10444.80±66.40582.80±32.60614.00±46.10 股四头肌直322.00±46.10203.20±12.40452.80±19.30207.80±19.00 股二头肌333.80±16.10319.40±31.10284.00±14.40445.00±18.80 半腱肌347.00±33.70328.20±6.50418.80±13.20288.80±28.80 臀大肌146.00±9.0092.20±14.40174.60±18.30134.20±8.50

表4 王北星单步周期IEMG/s

弯道右腿弯道左腿直道右腿直道左腿 胫骨前肌492.30±81.70582.30±116.00712.80±31.70572.00±42.80 腓肠肌326.80±34.40495.00±87.20222.40±19.30236.10±25.20 股四头肌内694.40±79.601089.80±147.50725.20±76.901046.40±89.80 股四头肌外394.00±47.70436.20±88.50448.60±29.00461.40±39.30 股四头肌直334.20±49.40200.40±34.60348.40±17.00156.40±17.90 股二头肌346.10±11.50314.10±55.60218.70±15.40334.40±18.20 半腱肌359.80±31.80323.80±53.20323.40±15.70217.30±23.60 臀大肌151.60±11.5091.00±20.60134.30±14.10100.70±4.80

3 讨论

王北星途中滑跑肌电振幅显示蹬冰期股四头肌和股后肌群呈双峰现象，从IEMG可知股四头肌和股后肌群都是途中滑跑主要用力肌肉，说明王北星蹬冰肌群共收缩剧烈，在发展股四头肌力量的同时，也要注意发展拮抗肌股后肌群的力量。

王北星途中滑跑过程中胫骨前肌是主要用力肌肉之一，王北星胫骨前肌积分肌电值排第二位。踝关节胫骨前肌放电比腓肠肌更激烈，胫骨前肌肌电峰值也明显高于腓肠肌，这说明滑跑过程中踝关节力量主要体现在胫骨前肌。过去几十年我国速滑界踝关节力量训练时有一个误区，照搬短跑运动力量训练方法，重点发展腓肠肌力量，胫骨前肌力量训练很少，短跑与速滑区别很大，短跑蹬地前脚掌触地，触地面积大，速滑蹬冰冰刀触冰，触地面积小，两者在远端固定时区别很大，而且速滑身体重心更低，踝关节背屈时压力更大。所以发展王北星踝关节力量应重点发展胫骨前肌力量，对速滑项目踝关节力量特征也要有新的认识。

4 结论

（1）王北星左腿力量负荷速滑项目特征大于右腿，但左腿支撑时重心高于右腿，左腿仍属弱势腿。

（2）王北星胫骨前肌是踝关节运动主要用力肌肉，是单步周期主要用力肌肉之一，摆动期出现多余放电。

（3）王北星蹬冰期股四头肌和股后肌群肌电振幅呈双峰现象，股内肌、股外肌、股二头肌和半腱肌是主要用力肌肉。

（4）王北星左右腿蹬冰期蹬冰肌群肌肉用力方式不一致。

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A Study about the Legs EMG Characteristics of the Excellent Speed Skating Athlete Jack in Skating Midway Rollout

LI Fu-rong, etal.

（PE Department of Hubei polytechnic university,Huangshi 435000, Hubei, China）

By using the methods of sEMG synchronized with high-speed photography and combining functional anatomical knowledge, this paper analyzes the single-step cycle of legs EMG characteristics of Wang Bei-xing on the way rollout of speed skating in short distance and diagnoses her rollout technology. The results show that: (1)the strength of her left leg is greater than that of her right leg, which conform to the characteristics of peed skating in short distance，but her left leg is higher than the right leg while supporting the center of gravity, showing that her left leg still belongs to the weak leg ;(2) tibialis anterior muscle is the main force muscle of the ankle movement, is also the main force muscle of single-step cycle, Wang Bei-xing 's tibialis anterior muscle appear phenomenon of redundant discharge in the period of oscillating;(3) myoelectricity amplitude of her quadriceps femoris and after initiation muscle group appear bimodal phenomena in the foot pedal ice period, indicating that quadriceps femoris medial head, quadric eps femoris lateral head, biceps femoris and semitendinosus are the main force muscles;(4) muscle force mode of her left leg and right leg is not consistent in the foot pedal ice. Training methods for Wang bei-xing should be targeting designed based on her leg EMG.

competitive sports; speed skating in short distance; skating midway ;single-step cycle; EMG

*国家体育总局奥运公关课题：《国家速滑队重点队员备战索契冬奥会训练过程控制关键技术研究》，课题编号：2012A022。

李芙蓉(1978-)，湖北天门人，硕士，讲师，研究方向：运动训练学。