皮艇核心不稳训练器应用初步试验研究

李　梦，张　林

●博士（生）论坛Doctor Forum

皮艇核心不稳训练器应用初步试验研究

李梦1，张林2

设计并制作了一种新型皮艇测功仪（核心不稳训练器），通过增加以纵轴为轴心的额状面活动的自由度，使其更加符合皮艇在水面划行时的环境力学条件，并进行了初步实证研究。运用表面肌电和肌氧分析技术，对23名一级以上皮艇运动员分别在稳定测功仪和核心不稳训练器上不同桨频划桨过程中相关肌肉工作情况进行分析，对比两种训练器对核心稳定能力的要求。发现随着桨频负荷的提高和不稳定因素的加入，下肢用力逐渐转为下肢和腰部协同用力。双侧股直肌积分肌电（iEMG）、平均振幅（MA）、振幅均方根（RMS）均明显降低（P＜0.05），而右侧竖脊肌iEMG、双侧竖脊肌MA、右侧竖脊肌RMS加强（P＜0.05），唯独左侧竖脊肌RMS有所下降（P＜0.05）。在最大桨频负荷不稳训练器划桨时，竖脊肌肌电活动最强烈，并伴随着股直肌肌电活动的下降。相对于稳定测功仪，在不稳训练器上划桨时左侧肱三头肌在最高桨频负荷下，右侧肱三头肌在3种桨频负荷下，均出现肌氧显著上升（P＜0.05）；而左侧背阔肌在90 spm负荷下、右侧背阔肌在3种桨频负荷下均出现肌氧显著下降（P＜0.05）。说明核心不稳训练器可使皮艇陆上训练难度增加，在划桨技术动作过程中更多的募集核心肌群参与发力，更接近皮艇在水上划行的实际情况，可以更好的进行陆上专项模拟训练。

核心不稳训练；测功仪；肌电

静水皮艇运动是典型的以技术为依托，通过合理的技术形式发放出高量级身体能力的竞速项目，因此个人技术的合理性和有效性是影响选手成绩名次的重要因素，从而产生了对相关训练仪器的强烈需求，运动员和教练员需要一种能够便捷、有效地进行专项技术训练的工具。

和大多数水上项目相同，皮艇运动由于缺乏陆地运动的稳定支撑方式，其所有动作均在水面不稳环境进行，从起航前的静态稳船预备，到接收到动令的瞬间爆发式用力起航加速，再到赛途中维持航速的连续划桨，以及终点前的冲刺加速，此一系列过程要求运动员在尽力维持冠状面平衡的情况下，进行大强度划桨运动，进而产生船艇前进动力[1-6]。因此提高皮艇运动员在不稳支撑下身体姿态和技术动作的稳定性，是提高其成绩的关键所在。

1　皮艇测功仪

皮艇测功仪（Kayak Ergometer）是重要的皮艇运动专项训练器材，全世界皮划艇运动员教练员都不同程度的依靠皮艇测功仪为其训练服务。主要组成部分为与实际皮艇内部相类似的座位和可调式脚蹬，以及由两端绳子连接至阻力飞轮的桨杆（见图1）。其设计意图为通过模拟皮艇划桨动作，实现陆地专项训练，因此其设计原则为最大限度的模拟水上实际运动情况[8]。研究证实，皮艇测功仪可较为准确地模拟水上短时、高强度皮艇运动对人体生理的刺激[9-10]；陆地测功仪训练可作为专项运动的辅助训练手段，对于细致训练某些技术细节、巩固技术、强化体能有重要作用；另外，测功仪具有可随意调节阻力负荷、可量化训练负荷、可脱离水面环境在试验室中使用等优点，因此被广泛应用于科研和训练[11]。

图1　皮艇测功仪示意图[12]Figure1　Schematicof KayakErgometer

现有皮艇测功仪在模拟水上力学条件方面仍存在若干不足。其一，肌电研究表明，与水面划船相比，测功仪上划桨动作对三角肌动员加强，而肱三头肌、背阔肌动员不足，其原因可能是测功仪阻力负荷机制与水上划行拉桨阻力条件的差异。其二，许多教练员、运动员和科研人员均发现尽管陆上训练时力量素质、强度负荷和技术表现可以达到较高程度，但在水上划行时很难将陆上训练的水平发挥出来，主要原因在于目前市面所售的皮艇测功仪无法体现水上不稳定支撑条件，这导致陆地测功仪上训练与水上实际训练之间存在偏差，缺乏对核心区的有效刺激和训练，运动员在测功仪上技术训练是以稳定平面作为支撑平台的，可以忽略“平衡控制”这一影响水面划行效果的重要因素，故而更易体现出动作的标准性，以及在极大强度划桨时维持技术动作的稳定性，从而无法使运动员的平衡控制能力得到有效、有针对性的锻炼，导致陆上训练效果无法移植到水上训练中。因此，为了更好的进行皮艇核心不稳训练，开发一种可以较大程度模拟水上力学条件（尤其是船体冠状面活动度）的专项训练仪器具有十分重要的现实意义。

2　皮艇核心不稳训练器设计

本研究通过对静水皮艇训练和比赛的水上划行情况进行影像学分析、专业运动员自身训练感受访谈、教练员意见咨询、相关文献资料阅读等多方调研，对该运动项目的环境力学特征进行细致深入的分析，并抽象概括出最具核心影响的力学条件要素，作为本研究所要实现的主要任务。在仪器主体纵轴安置一条承载座位—脚蹬的轴承，轴承两端固定在测功仪原有架体上，轴承主轴连同其上的座位、脚蹬可在额状面偏离垂直位≤45°范围内灵活活动，模拟皮艇处于水面条件下的额状面自由度，即处于水面自然条件的船体，若划船者维持平衡不力，则会导致船体失去平衡发生侧翻，出于对实际情况的模拟以及安全性的考虑，座位—脚蹬平面可实现偏离垂直位≤45°的活动度；座位—脚蹬之间的相对距离可调，以满足不同身高使用者的需要；通过在转动纵轴两侧对称延伸的支撑架下垫入橡胶充气垫提供类似水面感觉的弹性支撑，支撑架固定在轴承主轴上，与轴承、座位和脚蹬在额状面的活动一致，其支撑力度可通过充气量进行调节（见图2）。其余所有结构与测功仪原有结构一致。所有改动设计均可在原有结构基础上灵活安装拆卸，不对原产品构成任何破坏，可根据实际需要，随意选择训练形式。

图2　皮艇核心不稳训练器主体构造示意图Figure2　Main structure diagram of Kayak Core Instability Training Instrument

基于以上设计理念，成功制作了皮艇核心不稳训练器（见图3），并已获得实用新型专利（证书号：ZL 20140652967.6），为进一步对为了解运动员在两种训练器上划桨动作的用力情况，和加入额状面不稳因素对运动员划桨技术的影响，以在役专业皮艇运动员为对象进行了初步实证研究。

图3　皮艇核心不稳训练器Figure3　Kayak Core Instability Training Instrument

3　试验研究

3.1研究对象与方法

3.1.1研究对象以河北皮划艇队一级以上（含一级）皮艇运动员23人为受试对象，基本情况见表1。本试验着重考察和分析皮艇划桨技术，通过查阅相关文献[13]，发现男女运动员在诸如桨频、划桨时间构成、关节活动幅度以及动作对称性等技术参数方面不存在差异，故不设置性别分组。

所有运动员在测试期间遵守集体规律作息，饮食保持一致，测试前统一体检以排除疾病、服用药物和促力营养品、抽烟饮酒等因素影响。

表1　受试者基本情况Table 1　Basic information of subjects

3.1.2研究方法运动员以3种不同桨频负荷70桨/min（70 spm）、90桨/min（90 spm）和最大桨频（max）分别在稳定式测功仪，和经过改造设计的皮艇核心不稳训练器上进行连续划桨训练。运动员根据个体情况自主选择可稳定发挥个人技术和能力的阻力档位。为使运动员在测试过程中保持规定桨频划桨，全程设有桨频提示员。

主要测试仪器为BIOVISION多导遥测肌电仪、Moxy肌氧监测仪（世纪天鸿公司提供）。肌电测试前依据标准测试程序，对被测部位表皮进行刮毛、磨皮处理，酒精涂拭，表面电极贴置于被测肌肉肌腹中点处，纵行于肌纤维、间隔20 mm放置，0电位参考电极置于第七颈椎体表处，为避免导线移动产生信号干扰，将所有导线使用医用绷带进行固定。为避免运动过程中运动员大量出汗影响数据结果的准确性，使用透明防水材料将肌氧监测模块进行包裹处理，2个红外光点纵行于肌纤维贴附于被测肌肉表面皮肤放置。为防止模块发生位移和脱落，使用不透光绷带包裹于体表固定位置。采集到的肌电信号数据由DasyLab10.0进行分析；使用WIMU全无线运动监控追踪系统（西班牙产，世纪天鸿公司提供）对肌氧数据进行整合，通过Quiko数据分析软件进行肌氧数据分析。

测试肌肉的确定。根据皮艇运动的技术特点，结合相关文献资料和教练员、有关专家的意见，最终共确定8个测试点：选取双侧股直肌（rectus femoris，RF）和竖脊肌（erector spinae，ES）进行肌电测试；双侧肱三头肌（triceps brachii，TB）和背阔肌（latissimus dorsi，LD）进行肌氧测试。测试点见图4。

图4　测试部位示意图Figure 4　SchematicofTesting Positions

数据记录。由教练员判定受试运动员进入标准划桨动作和稳定划桨节奏，此时使用WIMU的同步触发功能对肌电和肌氧数据进行同步打点标记，作为取样记录的开始，连续记录50桨完整数据，选用数据标记区间内10个完整动作周期进行肌电数据分析。

数据分析使用SPSS19.0统计分析软件。所有数据用平均数±标准差表示（x±s），分析结果以P<0.05为具有显著性差异。

3.2研究结果

3.2.1肌电指标变化分别取2种测功仪上每级桨频负荷下连续10个完整动作周期进行分析，以保证所取数据能够充分反应技术动作的稳定性和连贯性。

使用DasyLab10.0编程模块进行计算，得出各划桨模式下的积分肌电（iEMG）、平均振幅（MA）、振幅均方根（RMS）值（见表2-表4）。经统计对比发现，较低桨频负荷下，与稳定测功仪相比，运动员在核心不稳训练器上划桨的肌电特征变化不甚明显，股直肌iEMG减弱（P<0.05），左侧股直肌MA降低（P<0.05），左侧股直肌和左侧竖脊肌RMS降低（P<0.05）；中等桨频下，竖脊肌出现iEMG和RMS显著加强（P<0.05）；而在最大桨频下，几乎所有肌电活动均出现显著变化，主要是双侧股直肌iEMG、MA、RMS在不稳平面快速划桨时均有所降低（P<0.05），而竖脊肌肌电活动明显加强，右侧竖脊肌iEMG、双侧竖脊肌MA、右侧竖脊肌RMS加强（P<0.05），唯独左侧竖脊肌RMS有所下降（P<0.05）。提高桨频及加入不稳定因素对肌肉募集情况有所影响，具体表现为：由低桨频时单纯的下肢发力为主加入了腰部共同发力，相应的肌电特征表现为股直肌肌电活动减弱，竖脊肌肌电活动增强，其中竖脊肌肌电活动在最大桨频负荷不稳训练器划桨时达到最强值。

在同种测功仪上划桨，随着桨频负荷的增高，股直肌肌电呈下降趋势，而竖脊肌肌电变化略复杂：在稳定测功仪上，当桨频提高到90 spm时，iEMG略有下降，随着桨频提至最大，iEMG也升至最大；在不稳训练器上，随着桨频负荷的增高，竖脊肌肌电呈持续升高趋势。

从双侧肢体肌电值上看，采用最高桨频在不稳训练器上划桨动作体现出较好的用力对称性，这一现象出乎预期意料，因为在不稳定平面上做最大负荷运动，机体在维持稳定方面势必会出现一定问题，但本试验结果显示，随着不稳因素的加入，双侧肢体的肌电指标反而体现出更好的对称性。

3.2.2肌氧饱和度指标变化对每组划桨运动的最后15 s SmO2%平均值进行分析，结果发现，在固定桨频负荷下，相对于稳定测功仪划桨，在不稳训练器上划桨时两侧肱三头肌肌氧值呈上升趋势，而背阔肌肌氧则出现下降（见表5）。具体来说，左侧肱三头肌在最高桨频负荷下、右侧肱三头肌在3种桨频负荷下，均出现肌氧显著上升（P<0.05）；而左侧背阔肌在90 spm负荷下、右侧背阔肌在3种桨频负荷下均出现肌氧显著下降（P<0.05）。

4　分　析

iEMG、MA、RMS作为时域指标，能够较好的反映皮艇划桨动作中，人体下肢和下腰部的发力和支撑特点。由于皮艇划桨动作是在坐位完成的，其动作的支撑平面是由座位—脚蹬构成的。而在水面实际划行中，这一平面以矢状轴为轴心具有极其灵活的活动度，在此条件下，运动员需要通过一系列内部协调发力来实现船体处于中正位和使自身技术动作不发生变形，这一过程涉及到“下肢—髋部—腰部—躯干—上肢”链条上的力传递与姿势调整，以确保静态稳船；接下来，通过下肢和躯干的蹬转运动实现大幅度的转体，将一系列内在发力的结果表现为上肢拉桨做功。由于同侧股直肌和竖脊肌肌电时相基本一致，这表示蹬腿的力量并非沿下肢通过躯干向上肢传动，而是核心肌群在与蹬腿发力的同时紧张发力，形成稳固的力的传递杠杆，此时腰部与下肢发力部位协调一致，实现整体技术的“张力完整”。船体前进的动力表面上看是由上肢做左右交替划桨动作产生的，但实则其动力输出是以下肢和躯干的稳定支撑为基础，因此在判断技术动作的发力和稳定性方面，有必要深入了解双侧下肢交替发力和双侧竖脊肌腰段的肌电活动情况。

表2　不同训练器上3种桨频划桨各肌群iEMG值比较/mvTable 2　iEMG Values of Various Muscle Groups during Three Kinds of Stroke Rate on Different Ergometers/mv

表3　不同训练器上3种桨频划桨各肌群MA值比较/mVTable 3　MA Values of Various Muscle Groups during Three Kinds of Stroke Rate on Different Ergometers/mv

表4　不同训练器上3种桨频划桨各肌群RMS值比较/mVTable 4　RMS Values of Various Muscle Groups during Three Kinds of Stroke Rate on Different Ergometers/mv

表5　不同训练器上3种桨频划桨各肌群SmO2%值比较Table 5　SmO2%Values of Various Muscle Groups during Three Kinds of Stroke Rate on Different Ergometers

不同学者[14-16]在研究中均提到：骨骼肌HbO2和Hb含量均呈现随运动负荷增加而变化的趋势，具体来说，以较低负荷进行运动时，SmO2%先出现迅速下降，而后逐渐升高，或处于相对平衡状态，但从事较高负荷运动时，SmO2%则发生持续下降，且与表面肌电值高度相关，因此，学者普遍认为：可以应用肌氧指标来衡量肌肉运动强度，一般来说，肌肉运动程度越强则SmO2%越低。

在稳定状态下划桨，从肌电指标上看，下肢交替蹬—勾节奏随桨频负荷提升明显加快，由于无需兼顾平衡，腰部作为一个固定支撑的枢纽，更多的起到传递下肢蹬转力量的作用，下肢主动发力较多，故而股直肌放电量较大，而竖脊肌放电相对较少，但随着桨频负荷的提高，竖脊肌肌电活动明显加强，可能是由于为了实现高频率左右交替拉桨，需要腰部更多的主动发力以便加强转体所致。同时，肱三头肌和背阔肌作为拉桨动作的主动肌，发生肌氧消耗增强的现象，体现出较强的肌肉募集和动员，理论推测此时应呈现更为充分的拉桨力量，如在水上划行则可能体现出较好的桨下效果[17]。

在皮艇核心不稳训练器上划桨，由于增加了矢状轴活动度，需要额外考虑姿态的平衡和整体动作的稳定、对称，处于坐位状态的运动员主要通过腰腹和下肢肌群的张力调整来维持整体姿态平衡，下肢由于座位和脚蹬的限制，活动有限，主要靠腰腹核心部位持续微调，这是竖脊肌放电量增加的一个因素，随着桨频负荷的增高，竖脊肌肌电活动明显加强，并伴随着股直肌肌电活动的下降，说明皮艇运动中，随桨频升高，腰腹核心部位参与增多，运动单位募集数目、肌电幅值和放电量均最高。在高桨频大强度划桨过程中，核心部位的能力十分重要，其作用包括稳定姿态、传递动量以及主动发力，故而表现出最大程度的肌电活动。与此同时，两侧肱三头肌肌氧呈上升趋势，而背阔肌肌氧则出现下降，说明拉桨动作的发力形式出现变化，更多依靠躯干，背阔肌运动单位募集增强，紧张收缩，一方面维持躯体上背部和肩带稳定，另一方面主导上臂后伸拉桨。

另外双侧肢体肌电值表明，采用最高桨频在不稳训练器上划桨动作体现出较好的用力对称性，这与预料情况不符，其原因可能包括以下两点。第一，肌电值反应的是肌肉内部做功情况，而非肢体表象。在不稳平面上做大负荷运动，表面上看运动员在尽力维持姿态平衡，不断进行细部张力调整，并可能偶尔出现晃动动作，但机体内部处于各环节肌肉紧张状态，由于这种刻意为之的努力，最终导致了双侧肌力趋于平衡，并体现在动作发力上。相比之下，稳定测功仪上看起来十分平衡稳定的划桨动作，有可能是身体核心环节松散的、由臂腿主导发力的运动，由于不可能出现失去平衡、侧翻等情况，即便双侧肢体用力并不对称，也不影响动作外观。第二，参加测试的均为训练有素的专业皮艇运动员，他们比较熟悉水面划船时船体沿纵轴晃动的情况，而本训练器的设计就是尽可能的模仿这一条件，故而受试者较为适应，能够主动寻找平衡感觉，尽可能维持在平衡状态完成划桨动作，这也说明本设计能够成功模仿水上力学条件。

5　结论

（1）在稳定式测功仪基础上加入模拟水面划船时矢状轴自由度，对运动员核心部位能力要求大大加强，竖脊肌肌电活动增强，背阔肌肌氧消耗增加，而股直肌和肱三头肌做功略有下降。

（2）不稳训练器上较高桨频划桨练习可有效促使运动员主动寻找双侧动作平衡，发展运动员的支撑稳定性力量，相对于普通稳定支撑测功仪，训练难度增加，更接近皮艇实际情况，可以更好的进行陆上专项模拟训练。

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A Primary Experiment Research of Core Instability Training Instrument of Kayak

LI Meng1，ZHANG Lin2
（1.College of PE，Yangtze University，Jingzhou，Hubei 434000，China；2.College of PE，Soochow University，Suchow 215021，China）

This study designed a new type kayak ergometer（core instability training instrument），increased the activity freedom of frontal plane which take the vertical axis as the axle center，and more similar to the on-water kayaking mechanics conditions，meanwhile conducted an experiment research.Analyzed the muscle working situation during both paddle movement on ergometer and core instability training instrument of 23 professional kayak athletes above level 1 using EMG and SmO2 technology，compare the different requirement of core stability.Found that by enhancing paddle pace and adding instability，lower limb effort gradually turn to lower limbs and waist collaborative effort.Both side of RF’s iEMG，MA and RMS decreased significantly（P＜0.05），while right ES’s iEMG，both ES’s MA and right ES’s RMS rose（P＜0.05），only left ES’s RMS decreased（P＜0.05）.Whileundermaximum stroke frequency on instability training instrument，the electricity activity of ES reach the peak and the electricity activity of RF decreased.Relative to stable ergometer，while paddling on in⁃stability training instrument，left TB’s SmO2%with maximum stroke rate and right TB with all three kinds of stroke rate show obvious raise（P＜0.05）；while left LD with 90spm and right LD with all three stroke rates show obvious decrease（P＜0.05）.The result suggested that core instability training instrument in⁃creased training difficulty，recruit more core muscular group during paddle movement，more close to real water kayaking condition；do better in land paddling simulation training.

kayak；core instability training；ergometer；EMG

10.13297/j.cnki.issn1005-0000.2016.04.010

G 804.6

A

1005-0000（2016）04-328-05

2016-02-03；

2016-06-28；录用日期：2016-06-29

李梦（1981-），女，河北邯郸人，博士，讲师，研究方向为体育测量与健康评价。

1.长江大学体育学院，湖北荆州434000；2.苏州大学体育学院，江苏苏州215021。

虽然大多数教练员和科研人员已经意识到在皮艇训练中引入专项核心稳定能力的重要性[7]，但目前尚无可以模拟水上不稳环境力学特点的专项训练器材。