纵跳的肌电分析

刘利锋

【摘 要】起跳速度是纵跳高度的直接决定性因素，然而参与完成纵跳起跳动作肌群的工作状态和作用如何？本文对纵跳动作的部分肌肉（胫骨前肌、腓肠肌后段、股四头肌（股直肌）、股二头肌）进行了测试，获取相关数据。研究结果显示，肌肉活动与主动用力程度大小顺序依次是：腓肠肌、股直肌、股二头肌和胫骨前肌，进一步证实小腿后群深层的屈足屈趾肌对完成纵跳的起跳动作有重要的作用。

【关键词】纵跳；肌肉；表面肌电；积分肌电

跳是体育运动的基本动作之一，可分为原地纵跳和助跑纵跳，前者是后者的基础【1】。纵跳起跳动作是人体在中枢神经系统的控制下，依靠身体各环节的协调配合，发挥下肢肌群最大爆发力，以达到最佳纵向起跳效果的技术动作【2】。因为从理论上讲高度和速度之间是函数关系，从而可断定起跳速度是纵跳高度的直接决定性因素，然而，参与完成纵跳起跳动作肌群的工作状态和作用如何？对此问题的研究，对提高大学生的纵跳能力，促进体质健康水平具有一定的现实意义和积极作用。

一、对象与方法

1.研究对象

西安培华学院院男子篮球运动员12名，其均为普通高校的男篮运动员，且都未达到等级运动员水平。

2.实验方法

应用三维运动学分析方法并结合表面肌电描记术（surface electromyography， sEMG）。肌电是神经、肌肉兴奋发放出生物电的结果【4】。神经——肌肉系统的最小机能单位是运动单位，它是由一个运动神经元与其所支配的所有肌纤维组成。肌肉的肌电活动是肌肉运动单位在收缩时产生的生物电活动的集合【6】。表面肌电信号sEMG是从皮肤表面通过电极引导、记录下来的神经肌肉系统活动时的生物电信号，它与肌肉的活动状态和功能状态之间存在不同程度的关联性，因而能在一定程度上反映神经肌肉的活动状态。sEMG信号线性分析主要包括时域和频域分析。时域分析研究sEMG信号的振幅及积分肌电值，主要包括积分肌电值（IEMG）、均方根值（RMS）、平均振幅（MA）等。频域分析主要涉及基于Fourier变换的肌电功率谱和频谱及其特征参数、平均功率频率（MPF）和中位频率（MF）等。从目前对肌肉肌电（EMG）的研究和应用上看，其主要作用在于用EMG来反映出肌肉主动收缩的水平，各肌肉之间活动的顺序，以及肌肉疲劳等状态，这为用肌电图研究肌肉的不同状态、肌肉之间的协调程度、收缩类型及强度、判断肌肉疲劳程度、肌肉损伤、评定肌肉素质等提供了有力手段。

二、纵跳动作的划分

据纵跳起跳动作的下肢肌肉工作形式，动作时相可简单地划分为两个阶段，缓冲阶段和蹬伸阶段。缓冲阶段人体重力及惯性力矩等载荷力矩大于下肢肌群的拉力矩，肌肉离心收缩完成退让性工作；而蹬伸阶段则相反，下肢伸肌群向心收缩完成克制性工作。实验仪器：芬兰MegaWin6000（16通道）的肌电仪一台，采样频率1000HZ、共模抑制比110db、输入抗阻10GΩ、模数转换1.4bit、总增益305、灵敏度luV；松下产25Hz摄像机一台。

三、运动过程与肌电、纵跳运行速度同步

肌肉sEMG信号较强阶段主要在蹬伸阶段，该阶段也是纵跳最重要的阶段。测试的肌肉主要有4块，包括右侧的胫骨前肌、腓肠肌后段、股四头肌（股直肌）、肌股二头肌。表1给出动作各个阶段肌肉活动情况的RMS结果。RMS是反应肌电信号振幅大小的指标，其大小反映出肌肉活动的强弱【5】。在蹬伸阶段腓肠肌、股直肌和股二頭肌会同时出现活动增强现象，从动作特征上看，该阶段膝关节、踝关节和髋关节正处于主动收缩过程中，腓肠肌、股直肌和股二头肌必然表现出强烈活动，在整个动作过程中，腓肠肌、股直肌和股二头肌的RMS平均值也明显大于其它肌肉1的对应结果。从而反映出这三块肌肉在动作中的作用。对纵跳起跳动作进行解剖学分析，双脚起跳之前，膝关节屈并向前移动，这样使脚跟自然离地，起跳时，首先是伸膝与屈足的协同活动，然后是伸膝和屈趾的协同活动，膝关节完全伸直。因此，当进行纵跳起跳时，伸膝是在屈足条件下进行的，而屈足，屈趾则是在屈膝条件下进行的。

IEMG是指所获的肌电信号经过整流滤波求单位时间内曲线下面积的总和，它可反映肌电信号随时间进行的强弱变化，即在时间不变的前提下，其值的大小在一定程度上反映参加工作单位的数量多少和每个运动单位的放电大小，是评价肌肉参与多少的重要指标【4】。从图1看出，在整个过程中，肌肉活动与主动用力程度大小顺序是：腓肠肌、股直肌、9+股二头肌和胫骨前肌这与EMG的定性描述的结果相对应。

图1肌肉的积分肌电（IEMG）

原地纵跳的起跳特点是依靠身体的团缩与快速伸展动作以获得腾起初速度，肌肉收缩力量的提高对增强起跳效果具有显著性意义。运动训练学认为：动作协调性是指人体按照技术动作的空间、时间、节奏等要素的要求，人体各器官系统、各运动部位协调一致地完成动作。进一步探讨动作协调性的内部机理可知，人体内部相应肌群的协调配合是外部肢体环节动作协调的根本原因，Northrip等把协调性看作人体各肌群按正确顺序收缩而产生最佳动作效果的能力【3】。以人体各环节的最佳运动使人体重心达到最大垂直加速度，使人体重心在起跳时处于最佳初始位置【6】。

四、结语

对纵跳的起跳阶段四块下肢肌的积分肌电图观察，进一步证实小腿后群深层的屈足屈趾肌对完成纵跳的起跳动作有重要的作用。因此，为了提高纵跳的起跳能力，必须重视提高小腿后群深层屈足、屈趾肌爆发力。为达到这一目的.在进行负重练习时，屈足、屈趾必须在屈膝条件下进行，以保证负重练习的动作结构与纵跳起跳阶段伸膝屈足屈趾协调活动的动作结构一致。

参考文献：

[1]李光巨，李莉.纵跳的动力学模型分析[J].沈阳体育学院学报，1995，2：20-25

[2]刘学贞，李世明.纵跳理论研究进展[J].北京体育大学学报，2004，27（1）：65-70

[3]张家正.对纵跳运动规律的初步探讨[C].运动生物力学论文选，人民体育出版

[4]王健.SEMG信号分析及其应用研究的进展[J].体育科学，2000，4：56-60

[5]杨晓晔，熊开宇.积分肌电对青年男子股四头肌的疲劳评价[J].2004，23（3）：384-386

[6]王宝成.起跳过程肌肉工作特点之探讨[J].西安体育学院学报，1987（1）：24-27