篮球运动员扣球动作中相关肌肉放电的测量与关节的运动学分析

陈祥子

宣城职业技术学院基础教育部，安徽宣城，242000

扣球是篮球比赛中重要的得分手段。分析两支不同队伍的扣球命中率和出手机会是篮球比赛在不同战术下分析得分的重点内容[1-3]。命中率的高低直接关系到球员的优秀程度[4-6]。运动员在扣球过程中，需要下肢踝关节、膝关节、髋关节以及上肢腕关节、肘关节和肩关节协调发力，扣球能否成功与这些关节的运动密切相关。篮球运动员想要提高命中率，不仅上肢动作要精准发力，而且下肢动作也要协调发力。因此，在培养优秀篮球运动员过程中需要对其上下肢的动作进行基础性锻炼[7]。鉴此，本文以12名篮球专业运动员为研究对象，对其扣球动作的上下肢生物力学影响因素进行分析。

1 实验对象与方法

1.1 实验对象

选取12名右手持球的男性篮球专业运动员作为测试对象(编号分别为1、2、3、…、12)，所选测试对象均具有良好的运动能力。测试24 h内12名测试对象没有进行过剧烈运动，肌肉状态饱满有力，将扣球动作作为研究内容。测试基本情况见表1。

表1 测试运动员基本情况

1.2 实验方法

1.2.1 实验规定动作

双脚与肩同宽，原地开立，身体重心落在两脚间，屈肘，上体放松并稍后仰。扣球时腰腹伸展，下肢蹬地发力，手腕前屈带动手指弹拨球。

1.2.2 实验测试仪器与测试方法

使用的摄像机为日本生产的卡西欧高速摄像机；无线遥感表面肌电测试仪为芬兰制造的MegaWin ME 6000。先进行预实验，根据预实验结果对实验方案进行选择。运动员进行5次规定的试验动作，记录分析的数据为球空心入篮且最规范的动作。现场示意图如图1所示。

图1 实验现场示意图

1.2.3 测试步骤

第一步是让测试队员了解测试规定动作及注意事项；第二步是将高速摄像机准备好，拍摄距离为10.5 m、拍摄范围为2.5 m、频率为122 f/s、机高为1.25 m，肌电测试仪频率为1000 Hz；第三步是调节摄像机和肌电测试仪同步；第四步是测试肌肉及Mark点贴点位置(足跟后部、足尖、膝关节外侧、外踝、肩峰、髋关节、腕关节外侧、肘关节外侧)；第五步是测试每位运动员的肌电信号。

1.2.4 数据采集及处理

根据摄像机采集的数据，基于实地拍摄的方式确定相关运动学参数。运用MegaWin ME 6000肌电系统采集肌电信号，APAS系统进行数据分析。肌电幅度(RMS)%等于实测RMS除以最大自主等长收缩时RMS的百分比值。

2 结果与分析

根据扣球过程中运动员的运动和各关节的结构特点，最终确定扣球出手、扣球持球上举是构成原地单手肩上扣球的两个主要构成部分。

2.1 运动员完成完整扣球过程的时间划分

运动员完成完整扣球过程的时间划分见表2。由表2可知，完成整个扣球过程，12位运动员所需平均时间为1.00 s，其中最慢的为1.06 s，最快的为0.94 s。在持球上举阶段，运动员所需平均时间为0.68 s，其中最慢的为0.76 s，最快的为0.63 s。在球出手阶段，所需平均时间为0.35 s，其中最慢的为0.43 s，最快的为0.32 s。与球出手阶段相比，持球上举阶段花费的时间更长，从自下而上传递力量的角度来看，充分持球上举的动作过程更为顺畅且易于实现。

表2 运动员完成完整扣球过程的时间划分s

运动员编号123456789101112x-±s持球上举阶段0.760.650.650.630.680.670.720.700.680.640.670.710.68±0.03球出手阶段0.320.340.330.320.370.430.340.320.330.330.350.380.35±0.04共用时间1.020.980.990.941.041.060.990.971.010.981.021.031.00±0.07

2.2 原地单手肩上扣球过程的肌电分析

2.2.1 原地单手肩上扣球技术动作过程中各肌肉放电的开始时间

运动员扣球过程中肌肉放电的时间特征见表3。由表3可知，在单手肩上扣球时，最早放电的是左右腿腓肠肌、左右腿股直肌，肱三头肌是最后放电的部位。在扣球过程中，左右腿腓肠肌持续放电时间最长，左右腿股直肌次之，腹直肌持续放电时间最短。扣球时，腹直肌最先结束放电，三角肌次之，最后结束放电的是左右腿腓肠肌、肱三头肌。

表3 运动员扣球过程中肌肉放电的时间特征(n=12)ms

股直肌(左)股直肌(右)腹直肌三角肌肱二头肌肱三头肌腓肠肌(左)腓肠肌(右)背阔肌(右)开始时间5252681.3269.0287.1686.85252670.3标准差0014.5241.6552.1170.110030.46结束时间1 0371 037781.8890.4991.41 0421 0421 042986.6标准差72.572.584.630.8249.7475.0662.7762.7742.88持续时间1 0371 037101.8622.5705.5355.41 0421 042317.4标准差72.572.525.8967.9953.9357.7865.2765.2754.53

注：以最先开始发力的肌肉时刻为52时刻。

2.2.2 原地单手肩上扣球技术动作的表面肌电幅度分析

原地单手肩上扣球技术动作表面肌电幅度对比情况见表4。从表4可以看出，下肢左侧腓肠肌的肌电幅度最大，其次为右侧腓肠肌。在持球上举阶段，最先开始发力的是左右腿股直肌、左右腿腓肠肌，且持续时间较长，其中左右腿股直肌的肌电幅度均比左右腿腓肠肌小。在上肢所测肌肉中肌电幅度最大的是三角肌，这表明手臂上举原动肌是肱二头肌、三角肌，使前臂在肘关节处屈的是肱二头肌，从而带动篮球向后运动。在球出手阶段，再次发力的是左右腿腓肠肌后侧，力量较大。其次发力作用于篮球的是肱三头肌。肱三头肌稍晚开始放电，因此放电结束时间也排在最后。在球出手阶段，三角肌和原动肌是上肢所测肌肉中肌电幅度的主要构成，其作用和地位都非常显著。身体重心在持球上举的过程中开始提升，此时，左右腿股直肌实测肌电幅度并非完全一致。但右侧腓肠肌实测肌电幅度明显高于左侧腓肠肌实测肌电幅度，这是因为12位运动员在实际训练当中都是右手持球和扣球的，最后起跳发力都是左腿。

表4 原地单手肩上扣球技术动作表面肌电幅度对比%

运动员编号股直肌(左)股直肌(右)腹直肌三角肌肱二头肌肱三头肌腓肠肌(左)腓肠肌(右)背阔肌(右)15.525.433.0210.616.538.0214.418.985.5126.666.523.2210.017.677.9115.719.326.6537.417.212.9711.818.449.2216.418.017.1245.775.643.0610.716.778.2417.118.575.6756.326.223.4212.217.229.0216.019.456.2667.217.013.5111.418.169.2117.018.726.9976.436.323.2411.708.479.2217.509.787.4386.746.633.3610.577.859.7615.918.425.5295.575.412.8810.796.388.4114.989.116.19107.557.492.2311.827.839.3316.579.826.70117.527.473.5310.468.178.1117.288.306.39125.635.582.6212.216.898.3015.438.887.88

2.3 原地单手肩上扣球动作过程的运动学分析

一套完整的技术并不是单一动作和环节就能构成的，需要各个动作和环节前后呼应，且相互衔接，否则将会对动作完成的效果产生极大的影响[8]。从生物力学角度可看出，增大关节的屈伸幅度，将会增大其附近的肌群承受荷载，肌肉回缩力量较小[9]。各关节屈伸角度均有一定的范围，并不是越大越好[10]。整个扣球过程膝关节、髋关节、踝关节、肘关节的运动学分析见表5。

表5 整个扣球过程膝关节、髋关节、踝关节、肘关节的运动学分析

由表5可知，在扣球动作开始时，运动员瞬间膝关节角度为112.40°，此时记作时刻1。在球出手的瞬间，运动员膝关节角度为172.31°，此时记作时刻4，角度变化为60.19°。关节伸展时间为1.02 s，平均角速度为59.58°/s。运动员在持球准备时，会保持膝关节的弯曲状态，通过弹性势能的存储确保膝关节能够正常伸展。

在发生扣篮动作时，运动员髋关节角度为162.72°，此时记作时刻1。在扣球动作完成的瞬间，运动员髋关节角度为178.35°，此时记作时刻4，角度变化为14.62°。关节伸展时间为1.01 s，平均角速度为15.29°/s。在扣球过程中，髋关节在连接上下肢时发挥了主要作用，在持球上举阶段，保持运动员身体相对稳定也主要由髋关节发挥作用。

在扣球时运动员踝关节角度为75.48°，此时记作时刻1。在扣球动作完成的瞬间，运动员踝关节角度为111.84°，此时记作时刻4，角度变化为36.63°。关节伸展时间为1.02 s，平均角速度为36.48°/s。通过高速摄像系统分析，踝关节在球出手阶段有一次充分蹬伸过程，这使运动员整个重心上移，出手高度增加，从而能提高扣球命中率。

在完成持球上举瞬间，运动员在时刻1动作时，肘关节角度为81.43°。在时刻4动作时，运动员球出手瞬间角度为143.08°。肘关节变化幅度为61.44°，伸展时间为0.35 s，平均角速度为184.58°/s。球出手阶段由肘关节伸展幅度大小决定，手作用于球的距离、时间只有一定量的积累才对球出手速度有利。

2.4 整个扣球过程中各个关节角度伸展幅度对比分析

整个扣球过程中各个关节角度伸展幅度见表6。由表6可知，髋关节变化幅度最小为13.9°,肘关节变化幅度最大为66.5°，膝关节最大为63.0°。结合人体构造，膝关节和肘关节的屈伸角度变化范围非常大。从生物力学方面看，关节屈伸幅度较大会增加关节附近肌肉的负荷，对肌肉的伸缩灵活度产生极大影响。

表6 整个扣球过程中各个关节角度伸展幅度(°)

关节123456789101112x-±s踝关节38.937.534.739.336.737.935.738.234.837.639.138.637.42±1.8膝关节63.063.062.957.459.262.062.859.860.758.960.759.760.84±2.0髋关节17.213.918.715.515.314.918.615.717.316.715.615.216.22±1.5肘关节60.856.366.565.863.963.061.562.464.258.959.762.462.12±3.1

2.5 整个扣球过程中各个关节角速度对比分析

扣球过程中各个关节角速度分析见表7。由表7可知，肘关节角速度最大为209.8°/s，髋关节角速度最小为14.0°/s。在扣球过程中，变化幅度最小的是髋关节，其主要作用是连接上下肢。在持球上举阶段，髋关节的主要作用是保持运动员身体的相对稳定。踝关节和膝关节在此过程为主动蹬伸，在扣球动作发生时，会向上加速提升运动员的身体，使其重心高度显著提升，以确保篮球命中率。

表7 扣球过程中各个关节角速度分析(°/s)

关节角速度123456789101112x-±s踝关节角速度38.537.935.042.235.035.537.236.838.341.536.235.837.49±2.5膝关节角速度62.463.663.561.656.458.060.961.763.262.457.259.160.83±4.2髋关节角速度17.114.018.916.614.614.015.317.416.718.316.114.616.13±1.6肘关节角速度193.7168.4193.7209.8166.4159.8183.4192.7178.4198.6167.8167.9181.72±22.1

2.6 整个扣球过程中各个关节伸展时间对比分析

扣球过程中各个关节伸展时间见表8。由表8可知，肘关节伸展时间最短，为0.35 s。从运动员扣球动作开始，踝关节、膝关节、髋关节伸展全程参与。因而，踝关节、膝关节、髋关节伸展时间均为1.02 s。在各关节的测试中，运动状态最活跃的是肘关节，这也与篮球飞行轨迹有一定关系。

表8 扣球过程中各个关节伸展时间s

关节123456789101112x-±s踝关节1.021.001.000.951.061.091.011.021.040.991.031.071.02±0.07膝关节1.021.001.000.951.061.091.011.021.040.991.031.071.02±0.07髋关节1.021.001.000.951.061.091.011.021.040.991.031.071.02±0.07肘关节0.320.320.340.320.390.410.330.320.320.320.370.390.35±0.04

3 结 论

本文以12名篮球专业运动员为研究对象，运用无线遥感表面肌电测试仪测量其扣球动作中相关肌肉的生物电变化，运用高速摄像机捕捉其扣球动作中各关节运动状态并进行运动学分析，得出如下结论：

(1)扣球过程中最先开始发力的是下肢所测肌肉，以自下而上的方式传递力量，最后发力的部位实际为上肢肱三头肌。左右腿腓肠肌持续发力时间最长，也是最大限度地用力部位。

(2)在扣球过程中，平均角速度最大的是肘关节，关节角度伸展时间最短，伸展幅度最大。角速度变化幅度最小的是髋关节，在扣球过程中确保髋关节相对稳定，对动作过程前后衔接和动作稳定性有利。

(3)篮球运动员在训练中应以下肢为基础，要重点关注各关节正确运动形式。将扣球命中率、动作自动化效果提高。运动员个体间存在一定的差异，在训练过程中，应重视单手肩上扣球技术动作，抓住每次扣球得分的机会。

(4)在日常力量练习中，要重视小肌肉群力量的训练及局部大肌肉群肌肉力量的训练，使原地单手肩上扣球所需肌群的肌肉力量全面提高。