运用肌肉表面肌电对田径起跑技术的分析研究

于忠涛,吴东明

1 研究目的

起跑技术是径赛项目的主要技术构成部分，比赛中，短跑起跑必须采用蹲踞式，中长跑起跑常常用站立式起跑。在课余训练中运用表面肌电的积分肌电、肌肉的贡献率、肌肉的激活时间和肌肉的失活时间等指标，结合运动生物力学、运动解剖学、生动生理学来定量地分析运动员在站立式起跑和蹲踞式起跑时下肢主要肌肉的活动机能特征。根据肌肉所反映出的机能特征，来制定科学合理的训练手段与方法，为科学化训练提供参考依据。

2 研究对象与方法

2.1 研究对象

选取华南师范大学体育科学学院10名男生为实验测试对象，以站立式起跑与蹲踞式起跑过程中下肢主要肌肉表面肌电活动特征为研究对象。受试者基本情况见表1。

表1 测试对象基本情况一览表

2.2 研究方法

2.2.1 文献资料法

查阅华南师范大学图书馆、CNKI期刊全文数据库、优秀博硕学位论文全文数据库、EBSCOhost全文数据库等有关站立式起跑、蹲踞式起跑、表面肌电等相关的文献资料及书籍。以及向相关专家咨询肌电仪器的使用、数据处理等方面问题。

2.2.2 实验法

对华南师范大学体育科学学院10名男生进行站立式起跑和蹲踞式起跑过程中下肢主要肌肉表面肌电的测试。

2.2.2.1 实验器材和仪器

芬兰MuscleTesterME600便携式8导肌电图仪、一次性Ag/AgCL心电电极片(上海钧康)、Sony数码摄像机(链接肌电仪，记录同步图像)、IBM笔记本电脑、身高体重仪、1394线、酒精、脱脂棉、剃须刀、弹力绷带、胶带等。

2.2.2.2 试验地点

实验地点：广东省体育科学研究所一楼生物力学实验室

2.2.2.3 测试肌肉

腓肠肌外侧、腓肠肌内侧、胫前肌、股四头肌外侧、股四头肌内侧、股直肌、股二头肌、臀大肌

2.2.2.4 测试动作

站立式起跑：两脚前后自然分开，右脚在前，左脚在后，上体前倾，重心落在右脚上，左侧臂自然前伸，两眼稍向前下方平视，身体保持稳定。启动时，两脚用力蹬地，左腿蹬地后迅速前摆，两臂配合腿部动作，快速有力摆动。

蹲踞式起跑：两手撑地，两脚一前一后，右脚在前，左脚在后，左腿跪地，两臂伸直，两手间距离约与肩稍宽。启动时，逐渐抬起臀部，使身体重心落在两臂和前腿之间，臀部抬起稍高于肩，两小腿趋于平行。然后两手迅速推地和两腿有力蹬地伸，两手臂自然有力摆动。

2.2.3 数理统计法

首先利用MegaWin肌电分析软件系统结合同步的影像处理肌电数据，然后采用Microsoft Excel2003电子表格和SPSS18.0对所获得的数据进行统计处理。

2.2.4 比较分析法

比较分析人体在快速移动变向过程中站立式急起和蹲踞式急起下肢主要肌肉表面肌电的积分肌电(iEMG)、肌肉的贡献率、各肌肉的激活与失活时间顺序。

3 结果与分析

3.1 站立式起跑与蹲踞式起跑下肢主要肌肉积分肌电的分析

积分肌电(iEMG)是指在一定时间内肌肉中参与活动的运动单位放电的总量。在时间不变的情况下，积分肌电数值的大小在一定程度上反应了参加工作的运动单位的多少和每个运动单位的放电大小[1]。

表2 站立式起跑与蹲踞式起跑右侧下肢主要肌肉iEMG一览表(uvs)

从表2可以看出，在站立式起跑和蹲踞式起跑过程中，右腿各肌肉放电大小是不相同的。经前人研究可知，肌肉积分肌电的大小可以间接的反应肌肉用力的大小[1]。所以站立式起跑时，用力最大的肌肉是右股四头肌内侧(221.38±74.96)，其次是右腓肠肌内侧(188.38±50.63)、右胫前肌(186.50±42.06)、右股二头肌(180.63±76.3)、右臀大肌(179.00±106.14)、右腓肠肌外侧(176.00±38.76)、右股直肌(151.63±72.04)、右股四头肌外侧(144.25±51.50)。

而蹲踞式起跑过程中，用力最大的肌肉也是右股四头肌内侧(331.63±135.41)，其次为右股二头肌(252.38±96.33)、右股四头肌外侧(216.88±143.01)、右腓肠肌内侧(205.25±92.84)、右臀大肌(197.00±82.72)、右股直肌(195.88±83.49)、右腓肠肌外侧(187.13±59.76)、右胫前肌(175.25±55.14)。

对比站立式起跑和蹲踞式起跑时右侧下肢主要肌肉的积分肌电大小，可以看出，蹲踞式起跑时肌肉的积分肌电(除右胫前肌)均大于站立式起跑时肌肉的积分肌电数值。这是由于蹲踞式起跑时人体的重心比站立式起跑时低，且髋关节、膝关节的屈曲角度也大于站立式起跑。所以，蹲踞式起跑时比站立式起跑时肌肉需要克服的阻力要大，这既包括了水平的支撑反作用力，也包括了向上垂直方向的阻力。

无论是站立式起跑还是蹲踞式起跑，发力最大的肌肉都是右股四头肌内侧，这是由于起跑主要就是通过蹬伸是人体获得一个向前的加速度，而股四头肌内侧近固定的主要作用就是使小腿伸，且是伸小腿的唯一一块肌肉。站立式起跑时除用力最大的右股四头肌内侧，其次分别是右腓肠肌内测和右胫前肌，主要是小腿肌肉群，积分肌电最大的前三块肌肉占全部八块肌肉积分肌电总和的41.8%；而蹲踞式起跑除放电最大的右股四头肌内侧，其次分别是股二头肌和股四头肌外侧，主要是大腿肌肉群，且积分肌电最大的前三块肌肉占全部八块肌肉积分肌电总和的45.5%。

综上所述，起跑就是蹬地获得一个向前的加速度，要使蹬地产生较大的支撑反作用力，必须主要发展大腿前肌群、后肌群以及小腿后肌群肌肉的力量[8]。也就是着重发展股四头肌、股二头肌、腓肠肌等。

3.2 站立式起跑与蹲踞式起跑下肢主要肌肉活动贡献率的分析

肌电活动贡献率是指一块肌肉在完成某一动作时积分肌电与所测参与完成该动作所有肌肉积分肌电总和的百分比值。它可以反映每块参与活动的肌肉在完成动作中发挥作用的大小，体现动作中的主要用力肌肉[4]。

图1 站立式起跑与蹲踞式起跑下肢肌肉贡献率

由图1可以看出，站立式起跑，各肌肉贡献率大小依次为右股四头肌内侧(15.51%)、右腓肠肌内侧(13.19%)、右胫前肌(13.06%)、右股二头肌(12.65%)、右臀大肌(12.54%)、右腓肠肌外侧(12.33%)、右股四头肌外侧(12.31%)、右股直肌(10.02%)。而蹲踞式起跑过程中，各肌肉贡献率大小依次为右股四头肌内侧(18.83%)、右股二头肌(14.33%)、右腓肠肌内侧(11.65%)、右臀大肌(11.18%)、右腓肠肌外侧(10.62%)、右股四头肌外侧(10.10%)、右胫前肌(9.95%)。

对参与完成站立式起跑动作的右侧下肢肌肉贡献率的百分比进行单因素方差分析发现，右股四头肌内侧贡献率百分比差异显著(p=0.03<0.05)；而对参与完成蹲踞式起跑动作的右侧下肢肌肉贡献率的百分比进行单因素方差分析发现，右股四头肌内侧贡献率百分比差异非常显著(p=0.003<0.01)；

3.3 站立式起跑与蹲踞式起跑下肢主要肌肉的激活时间的分析

时序即指肌肉的激活顺序，它是指在多个肌肉参与运动的过程中，各个肌肉被激活的先后顺序[5]。

由表3可知，对比站立式起跑和蹲踞式起跑右侧下肢各肌肉的激活顺序各不相同。站立式起跑过程中，右侧下肢主要肌肉激活的先后顺序为右胫前肌、右腓肠肌外侧、右股二头肌、右腓肠肌外测、右股四头肌外侧、右股四头肌内侧、右臀大肌、右股直肌；而蹲踞式起跑过程中，右侧下肢主要肌肉的激活先后顺序依次为右胫前肌、右股直肌、右股二头肌、右股四头肌内侧、右腓肠肌外侧、右股四头肌外侧、右腓肠肌内侧、右臀大肌。

表3 站立式起跑与蹲踞式起跑右侧下肢主要肌肉激活时间延迟一览表(S)

站立式起跑过程中，肌肉最先激活的是右胫前肌，这是由于右胫前肌收缩可以使足伸(背屈)、内翻及内收(走、跑

时)[8]，站立式起跑是下肢积极蹬地，然后地面通过反作用力自下而上传导给下肢，从而获得向前的加速度。腓肠肌激活的时间也比较早，这是由于在站立式急起过程中，该肌肉远固定，由于该肌肉远固定时的机能是拉股骨下端及小腿向后，从而是使膝关节伸直，且该肌肉在对足屈蹬地也起到重要作用[8]。同理蹲踞式起跑最先激活的肌肉也是右胫前肌，而次激活的肌肉是右股直肌，这是由于蹲踞式起跑过程中，人体重心较低，在急起瞬间重心提高，而重心提高是股四头肌近固定工作，股四头肌近固定工作是伸小腿，且是伸小腿的唯一一块肌肉。

3.4 站立式起跑与蹲踞式起跑下肢主要肌肉失活时间的分析

肌肉失活顺序它是指在多个肌肉参与运动的过程中，各个肌肉失活的先后顺序。

表4 站立式起跑与蹲踞式起跑右侧下肢主要肌肉失活时间延迟一览表(S)

由表4可知，对比站立式起跑和蹲踞式起跑右侧下肢各肌肉的失活时间延迟，不难看出右侧下肢主要肌肉在完成站立式急起和蹲踞式起跑动作时下肢主要肌肉失活顺序也各不相同。站立式急起过程中，右侧下肢肌肉失活的先后顺序依次为右股二头肌、右腓肠肌内侧、右股直肌、右胫前肌、右股四头肌内侧、右股四头肌外侧、右臀大肌、右腓肠肌外侧；而蹲踞式起跑过程中，右侧下肢肌肉的失活先后顺序依次为右胫前肌、右股二头肌、右股四头肌外测、右股直肌、右臀大肌、右腓肠肌外侧、右腓肠肌内侧、右股四头肌内侧。

在站立式急起过程中，右腿先是蹬伸获得一个向前的水平反作用力，此时小腿顺惯性做后屈运动，大腿高抬，然后伸小腿，脚积极做扒地。而在此过程中最先失活肌肉是右股二头肌，因为右股二头肌的功能是使小腿屈，所以在站立式急起过程中，肌肉最先失活的是股二头肌。而蹲踞式起跑过程中，右侧腿先是蹬伸提高身体重心，然后继续蹬伸是身体获得水平加速度，且身体保持前倾姿势，继而小腿依惯性做后屈运动，大腿高抬，然后小腿前摆，右脚前脚掌着地缓冲，也就是做脚屈运动。而蹲踞式起跑过程中右腿最先失活的肌肉是右胫前肌，而胫前肌的功能是使足伸。

4 结论

4.1 站立式起跑和蹲踞式起跑右侧下肢股四头肌的积分肌电最大，对于同一块肌肉而言，在完成蹲踞式起跑时的积分肌电(右侧下肢除右胫前肌)均大于在完成站立式起跑时的积分肌电。

4.2 在完成站立式起跑和蹲踞式起跑时，对贡献率最大的肌肉百分比单因素分析均存在显著性差异。

4.3 站立式起跑和蹲踞式起跑下肢各肌肉的激活顺序各不相同。站立式起跑过程中，右侧下肢主要肌肉最先激活的是右胫前肌；而蹲踞式起跑过程中，最先激活的肌肉为右胫前肌。

4.4 站立式起跑和蹲踞式起跑下肢各肌肉的失活顺序也各不相同。站立式起跑过程中，右侧下肢主要肌肉最先失活的是股二头肌；而蹲踞式起跑过程中，最先失活的肌肉为胫前肌。

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