乒乓球运动员上肢肘关节肌力特征分析

张连洲 李灏

摘 要：以优秀乒乓球运动员和普通在校大学生乒乓球初学者为研究对象，预观察长期的运动训练对优秀运动员上肢肘关节肌肉功能的影响，进而了解运动训练对人体神经肌肉控制功能影响的本质。两组受试者肘关节峰值力矩均随着关节运动速度的加快而逐渐降低，屈伸肌力矩比均随运动速度增加而上升，其中初学者组在180°/s运动条件下产生的屈伸肌峰值力矩比要显著高于15°/s（P<0.05）和90°/s（P<0.05）条件。优秀乒乓球运动员在进行等速屈肘运动时其拮抗肌肱三头肌的肌电RMS幅值要低于普通大学生组，而且在快速运动条件下（180°/s）具有显著性差异（P<0.05），进行等速伸肘运动时（所有速度下）作为拮抗肌的肱二头肌的肌电活动RMS幅值也低于大学生初学者组，同样也是在快速运动条件下（180°/s）时具有显著性差异（P<0.05）。结果表明优秀乒乓球运动员神经中枢对肌肉的激活能力更强，表现为更高的主动肌肌电幅值，以及更快的神经肌肉动员速度。

关键词：等速肌力；表面肌电；乒乓球运动员；肘关节

中图分类号：G846 文献标识码：A 文章编号：1672-1101（2018）04-0099-06

Abstract： With elite table tennis players and table tennis beginners among ordinary college students as the object of the study， it aims to observe the effects of long-term training on the muscle strength of upper-limb elbows of elite athletes， and to understand the essence of the effect of sports training on human neuromuscular control functions. The peak torque of elbow joints in both groups gradually decreased with the acceleration of joint motion， and the moment ratio of flexor/extensor muscle increased with the increase of exercise speed. Among them， the peak of flexor and extensor muscles produced by beginners was under 180°/s exercise conditions. The torque ratio was significantly higher than the 15°/s （P<0.05） and 90°/s （P<0.05） conditions. Elite ping-pong players had lower muscle electromyographic RMS amplitudes of antagonistic triceps muscles than those of ordinary college students when performing equal-speed elbow exercises， and there was a significant difference in fast-moving conditions（180°/s）.<0.05）.The RMS amplitude of the electrical activity of the biceps brachii muscle as an antagonistic muscle at constant velocity elbow movement （at all speeds） was also lower than that of the college beginners group， also in the fast-moving conditions （180°/s）.There was a significant difference（P<0.05）.The results showed that the nerve center of excellent table tennis athletes had stronger activation of muscles， manifested by higher amplitude of the muscle amplitude of the active muscles， and faster speed of neuromuscular activation.

Key words：Isokinetic muscle strength； Surface electromyography； Table tennis player； Elbow

以往对运动技能学习效果的研究主要集中在技能学习效果方面，很少有学者研究运动技能学习过程中肌肉控制机能的变化。随着科学技术水平的不断提高，尤其随着等速训练器以及表面肌电仪的出现，人们对运动训练对人体肌肉控制能力的研究也越发深入，对于人体肌肉控制的本质有了更深入地了解。

近年，国内外学者在等速肌力测试方面取得了不少成果，《运动性肌肉疲劳的表面肌电非线性信号特征》一文研究发现1）肌肉疲劳过程中s EMG信号的MPF和C（n）呈单调递减型变化，而% DET呈单调递增型变化；2 ）不同强度运动负荷诱发肌肉疲劳过程中MPF、C（n）和% DET变化率具有明显的运动强度依赖性并与肌肉耐力运动成绩高度相关；3）以% DET变化率反映運动性肌肉疲劳的敏感度明显高于MPF和C（n） [1]。《不同形式肌肉收缩时肌电参数变化特征及机制》一文研究结果：赛艇运动训练促使大脑皮层动员运动单位工作更具有时间耐久性。快速、爆发式运动使疲劳时大脑皮层兴奋性下降更快，肌肉更易于疲劳[2]。《等速肌力测试训练仪》一文指出：目前，新型的等速肌力测试训练仪功能更加丰富，形成了一个全面的肌肉功能测试和训练系统。它由电脑、机械限速装置、打印机、座椅及附件组成；可测试力矩、最佳用力角度、肌肉做功量等多种参数，能全面反映肌力、肌肉爆发力、耐力以及关节活动度、灵活性、稳定性等多方面的情况。此方法准确可靠，并能提供等速向心、离心、被动等各种运动模式，是一种高效的运动功能评定和训练装置。可广泛适用于神经内科、神经外科、骨科、运动医学科及康复医学科等[3]。《跳跃运动员膝关节屈伸肌群等速向心收缩时肌力与sEMG变化特征》一文研究表明等速测试与肌电结合可作为监测与评价运动员膝关节神经肌肉交互活动的有效方法[4]。《等速向心运动中膝关节屈伸肌群的sEMG研究》一文对女子柔道运动员等速向心运动过程膝关节屈伸肌群的表面肌电与运动速度以及峰力矩之间的关系进行了探讨，以期为进一步的研究以及力量测试、训练和评价提供参考[5]。《sEMG技术在评价运动性疲劳方面的方法及应用》一文研究结果说明 ：表面肌电技术因其评价手段的多样性、评价结果的准确性以及安全无创的操作性等诸多优势 ，势必将成为监控运动性疲劳的重要手段 ，在体育科研领域有着广泛的应用前景[6]。《等速运动中肌氧含量及其表面肌电图中位频率的变化特点》一文结果指出：肘关节屈伸运动时 ，离心性运动的力矩峰值下降幅度大于向心性运动[7]。《等速向心及离心伸膝时股四头肌肌电和做功变化》一文结果显示：无论向心收缩还是离心收缩，随着收缩速度加快，肌肉的输出功率增加，运动单位做功能力加强。另外，离心伸膝时肌肉所做的功、平均功率、最大力矩和最大力矩角度明显地大于向心收缩。收缩速度相同，向心收缩的IEMG明显大于离心收缩，而离心收缩的功与IEMG比值明显大于向心收缩[8]。《正常青壮年膝屈伸肌等速肌力测试研究》测试结果表明：正常膝屈伸肌的峰力矩值、单次做功量在不同运动速度（60°/s、120°/s、180°/s）时随测试速度的增加而降低，其测试结果为膝伸肌大于屈肌，慢速测试大于快速测试，优势膝大于非优势膝，男性高于女性；膝屈伸肌的平均功率随测试速度增高而增加[9]。但这些成果主要集中在一些速度力量型运动项目中，很少有学者研究乒乓球运动员上肢肌肉功能特征，很少有学者利用等速测试系统和表面肌电测试系统同步分析观察运动员肌肉功能的变化。鉴于此，本研究拟采用等速肌力测试系统与表面肌电系统同步检测优秀乒乓球运动员肘关节功能特征，而肘关节在乒乓球击球鞭打技术动作中属于终末环节，其运动机能在一定程度上决定最终击球效果，因此，观察长期的运动训练对其上肢肘关节屈伸肌肉功能的影响，以便为研究运动对人体肌肉系统功能影响提供参考依据。

一、研究对象与方法

（一）研究对象

本研究选取试验组优秀乒乓球运动员8名（优势手为右手，训练年限为8.9±0.9年，均为一级运动员）和对照组8名乒乓球运动初学者（在校大学生，来自沈阳体育学院本科生，优势手为右手，训练年限2.1±0.3年，无运动等级）为研究对象。所有受试者身体健康，无神经肌肉系统损伤或者疾病，向受试者讲清楚实验过程，每一名受试者都自愿参与本次测验。受试者在进行本测试之前2天没有高强度训练和比赛，保证受试者身体没有肌肉疲劳症状。整个测试在沈阳体育学院运动生物力学实验室完成。

（二）研究方法

本研究共分两部分，第一部分为熟悉肘关节等速运动模式，第二部分为等速肌力测试和同步采集表面肌电信号。受试者坐在ISOMED2000 等速测试仪配套座椅上，严格按照操作手册对被测肢体肘关节进行等速肌力测试，并同步采集肘关节屈伸肌群的表面肌电信号。

1.等速运动测试。等速肌力测试速度及顺序分别设置为：快速180°/s、中速90°/s、慢速15°/s，每种速度下进行等速向心屈肘运动，在每种速度下分别连续做3-5次。这三种运动速度按照随机的原则进行，以避免负荷大小先后顺序对测量结果的影响，每组运动后的休息时间依据运动速度而定，在完成15°/s后休息时间稍长一些15-20分钟，而完成180°/s时休息10分钟左右，避免疲劳积累对受试者力量的影响。

2. 表面肌电检测。在进行等速肌力测试过程中，同时记录肱二头肌和肱三头肌的表面肌电信号。记录表面肌电信号之前进行皮肤预处理，用磨砂纸打磨覆盖肱二头肌和肱三头肌的皮肤，然后用酒精棉球擦拭干净，并且自然风干。采用双极记录法采集表面肌电信号，即两个记录电极和一个参考电极。两个记录电极与肌纤维方向平行，两个记录电极中心之间的距离为2 cm。参考电极与其也成2 cm的距离，形成等边三角形。表面肌电信号的采样频率设置为1000 Hz。肌电数据采集使用无线测量方式。在测试前首先利用Mega 4.5a 软件对测试方案进行编程，编程完成后录入受试者个人信息，保存个人信息后，开始进行测量。

3.信号的同步处理。本研究采用视频打点标记法将肌力信号与肌电信号同步，摄像机（JVC GZ-HD30AC）录制等速肌力测试与表面肌电检测的视频，后期数据处理时导入MegaWin肌电分析软件将肌电信号进行同步。

（三）统计方法

采用SPSS13.0统计软件进行统计学处理，所有结果采用“均数±标准差”（±S）表示。伸肘与屈肘间数据比较采用独立样本-T检验，组间数据比较采用单因素方差分析，置信区间为95%，P<0.05表示有显著性差异，P<0.01表示有非常显著性的差异。

二、研究结果

（一）肘关节屈、伸肌峰值力矩比较

1.肘关节屈肌峰值力矩。两组受试者不同速度下肘关节屈肌峰值力矩比较分析结果显示，对于优秀运动员来说，在90°/s和180°/s条件下的肘关节屈肌峰值力矩相关指标要显著低于15°/s（P<0.01），尽管在180°/s时屈肌峰值力矩低于90°/s，但是两者之间并没有统计学差异。而普通大学生初学者随着肘关节速度的增加，屈肌峰值力矩下降得更明显，尤其表现在180°/s时屈肌峰值力矩相关指标要显著低于90°/s条件。组间比较分析结果表明，优秀运动员组的乒乓球运动员肘关节在每一个运动速度下，其肘关节屈肌的绝对力量（峰值力矩）都要显著高于初学者组大学生肘关节的绝对力量（P<0.05）（见表1）。

2.肘关节伸肌峰值力矩。比较分析两组组受试者在不同肘关节速度变化下其伸肌峰值力矩的变化特点。同样，也是随着肘关节运动速度的加快，伸肌峰值力矩相关指标也显著下降。优秀乒乓球运动员的峰值力矩从15°/s时的59.0±10.6 Nm下降到180°/s时的48.4±10.0 Nm。而普通大学生初学者的峰值力矩从15°/s时的44.5±6.7 Nm下降到180°/s時的34.7±4.6Nm。相对于体重的峰值力矩和峰值力矩百分比（%）也同样显著下降。数据显示，在运动速度为180°/s时，普通大学生初学者的肘关节伸肌峰值力矩值要显著低于优秀的乒乓球运动员（见表2）。

3.肘关节屈伸肌峰值力矩比的比较。本研究可选取的优秀乒乓球运动员的屈伸肌峰值力矩的比值在0.82-0.86之间。而且随着肘关节运动速度的增加，屈伸肌峰值力矩比显著增加。这种增加主要是由伸肌峰值力矩显著下降导致的。而普通大学生初学者的屈伸肌峰值力矩比更高，在1.03-1.10之间，该比值显著高于优秀运动员组（见表3，图1）。

（二）表面肌电特征比较

1.屈伸肘运动时主动肌肌电活动的比较。表面肌电分析结果显示，在等速向心伸肘运动中，优秀乒乓球运动员和初学者组受试者主动肌的肱三头肌其肌电幅值都随着关节运动速度的加快而逐渐下降，而且在高速条件下（180°/s）要显著低于慢速条件下（15°/s）（P<0.01）。肱二头肌在等速向心伸肘运动中也是同样的变化规律，随着肘关节运动速度的加快，肌电幅值显著降低（见表4）。

2.屈伸肘运动时拮抗肌肌电活动的比较。根据表5数据，受试者在向心伸肘动作中，肱二头肌是拮抗肌，其标准化的肌电幅值%RMS比主动肌要低。同样，在等速屈肘动作中也是表现出同样的规律，也是在快速收缩条件下，优秀运动员的拮抗肌肱三头肌的肌电幅值显著低于初学者受试者（P<0.05）（见表5，图2，图3）。

三、结论

（1） 优秀乒乓球运动员在长期的专项技术训练中其屈肘力矩和伸肘力矩都要高于普通大学生初学者，尤其伸肘力矩差距更为明显，而且随着肘关节速度的增加初学者伸肌峰值力矩下降的更加明显。

（2）优秀乒乓球运动员屈伸肌峰值力矩出现的角度要比大学生初学者小，说明优秀乒乓球运动员肌肉爆发力更强，在完成相关技术动作时肘关节可以更早地达到最大力量，这可能是长期运动训练导致运动员力量差别的体现。

（3）从研究数据可以看出优秀乒乓球运动员神经中枢对肌肉的激活能力更强，表现为更高的主动肌肌电幅值，以及更快的神经肌肉动员速度。这可能就是导致优秀乒乓球运动员力量高于初学者以及肘关节快速运动能力高于初学者的中枢因素。

（4）优秀乒乓球运动员在长期的运动训练过程中表现为屈伸肘运动中拮抗肌肌电活动水平相对来说要比初学者更低，这是高水平运动员神经肌肉支配高效性的一种表现。

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[責任编辑：吴晓红]