基于肌电图的体育舞蹈后踢腿动作运动学分析

姚雪芹

(安阳师范学院 体育学院，河南 安阳 455000)

1 理论述评和问题提出

国内外体育舞蹈表演及比赛过程中，为了展现舞者的高度技巧动作，常可看到类似后踢腿技巧动作出现在舞蹈动作中，俗称“倒踢紫金冠”。该后踢腿动作易引发运动伤害，考虑到体育舞蹈伤害、肌肉工作能力对舞蹈专业技巧训练及表演的重要性，常采用拉邦动作分析对该动作运动伤害缘由予以分析。但该技术手段虽可分析体育舞蹈外在动作与动力质感，但在涉及到动作细微处的肌肉收缩状态与动作控制层面，难以洞察肌肉细微的活动模式。目前运动科学及医学临床大量运用肌电图做肌肉细部发动模式检测与分析细微肌肉活动方式，预测该方法会成为预防运动员运动伤害及提升运动员竞技能力的主流评估与监测手段。在体育舞蹈领域，目前仅有部分学者针对某些细微动作及单一部位开展了深入分析，如深蹲(Grand plie)、半蹲(Demi plie)、足部舞蹈伤害等。

体育舞蹈动作中每一个舞姿都是人体关节连续运动的结果，虽然人体各关节的活动度有一定限制，但经过训练也具有相当的提升潜力。研究认为，舞者的关节活动范围比一般人的活动范围大，即“舞者不论在骨架与关节结构、技巧动作、身体条件与肌肉适能都远优于常人。”舞者的身体条件，除需具备先天优越条件外，再加上后天练习，可使髋关节后伸展角度轻易达到45°以上[1]。体育舞蹈舞者柔软度的表现与骨骼结构的差异、关节周围肌肉和软组织的体积、关节周围关节囊张力与韧带强度、情绪紧张、周围环境温度存在密切关系[2]，关节的活动范围也存在个别差异。现有研究认为体育舞蹈后踢腿时，腿部及腰部肌肉需适度延展且快速使力向后上方踢，在此过程中髋关节与Y形肠股大韧带不能过度用力扣紧，否则活动范围将会受到限制。此外活动时支撑腿膝部需伸直以增加整体动作稳定性，不能随意晃动。活动腿在活动的同时，颈部、肩部与手臂皆不可过度僵硬，需适度放松颈部、肩部与手臂以避免松肩相象产生。同时躯干连同骨盆也应配合向上延展，使腰背挺直减少腰椎负荷，增加腰椎及骨盆活动范围，防止腰部运动损伤。

该研究从人体运动科学的理论视角出发，利用肌电图及载荷元件监测体育舞蹈后踢动作完成过程中主要肌群肌力的肌电位变化，同时配合载荷元件(Load-cell)与关节角度计等仪器，测验体育舞蹈者后踢腿动作的躯干柔软度、髋关节柔软度、竖脊肌肌力、臀大肌肌力，将测验所得数据资料经由数理统计方法，描述与推断分析动作主观评分与肌力、低表现群与高表现群肌力、柔软度的差异性，由此了解影响体育舞蹈后踢腿动作因素。该研究主要透过肌电图(Electromyography；EMG)分析体育舞蹈后踢腿动作高低表现群间惯用侧对非惯用侧肌力反应时间差、衰减率、肌肉收缩序列及无肌电讯号反应时间，期望发现体育舞蹈后踢腿动作的神经-肌肉控制的运行机制，阐明制约该技术动作表现的影响因素，进而为提高动作表现技巧和预防及减少体育舞蹈伤害发生提供理论支撑。

2 研究对象

研究对象为体育舞蹈后踢腿技术动作结构与神经肌肉激活机制。选取XX师范学院体育艺术系体育舞蹈专业22名大学生作为研究样本。期间每位受试者皆接受柔软度测试、肌力测试、后踢腿动作指定动作测试，并于动作测试时同时进行肌电讯号收集。每位受试者进行一组8次的后踢腿指定动作，将每位受试者指定动作透过数字摄影机拍摄并记录，制作成光盘后交由专业舞蹈教师及教练予以百分制评分，其评分后的数值以描述统计进行分析，为避免主观评价造成的误差确保研究各数据间评比信度，将动作评比分数变异系数大于0.1的2位受试者数据除去，其余20位受试者为研究正式受试者，依其成绩再分成高、低表现群组各10名学生，再进行统计分析整理。高、低表现群间的年龄、性别、身高及体重无显著差异，详见表1。

3 研究思路

研究思路遵循影响体育舞蹈后踢腿动作表现因素的肌电图分析。首先，透过肌电图分析体育舞蹈后踢腿动作高、低表现群间，惯用侧与非惯用侧肌电图反应时间差、肌肉收缩序列、衰减率及无肌电讯号反应时间；其次，探讨体育舞蹈后踢腿技巧动作主观评分与肌力、柔软度之相关性；最后，探讨体育舞蹈后踢腿动作高、低表现群与肌力、柔软度之差异性。

4 研究方法

4.1 实验步骤

指定动作及肌电讯号采集：使用酒精棉片擦拭需贴上主动式肌电图表面电极片之部位，以提升肌电讯号，以正负极片中心间距为2厘米贴上电热片。贴好之后并用贴布固定，以避免动作测试过程中肌电讯号不稳定。肌电图表面电极分别贴于：左右竖脊肌，即腰椎第一节和第二节两旁约2厘米处；左右臀大肌，即骶骨外下缘和股骨大转子的中点；左右股二头肌，即臀线向下5厘米处，约大腿中间偏外侧位置。受试者动作以惯用腿测验，所有受试者都随着音乐节奏完成一组8次体育舞蹈后踢腿动作，透过数字摄影机拍摄体育舞蹈后踢腿动作过程，再将影片转制成光盘片，经由专业舞蹈教师及教练以百分比主观方式评分，将动作评比分数变异和数大的两名受试者数据除去，分出高表现群组、低表现群组。

4.2 数据处理

讯号分析方法：收集原始肌电讯号，讯号取样频率为1000Hz，原始讯号以软件AcqKnowledge software (ACKv3.7.3)进行数字滤波，滤波方式采用带通滤波进行，频带为5-500Hz。评估参数与分析方式包括时间域分析、惯用侧与非惯用侧肌电图反应时间差，所有评估参数值先行标准化后再予以比较分析。

评估参数选用时间域分析上主流信效度较佳的评估参数，即方均根振幅(Root mean square,简称RMS)[3]。

肌电图反应时间是指大脑下达动作讯号到肌电讯号出现开始征召肌肉动作的时间[4]。该研究定义的惯用侧与非惯用侧肌电图反应时间差，即以惯用侧的反应时间减去非惯用侧的反应时间所得之时间差值，参数若为正值则表示惯用侧反应时间较长及非惯用侧反应较快；反之若为负值，表示惯用侧之肌电出现速度较非惯用侧快。研究分别对竖脊肌、臀大肌及股二头肌的惯用与非惯用侧肌电图反应时间差予以统计分析。

研究分别针对惯用侧、非惯用侧的竖脊肌、臀大肌及股二头肌反应时间顺序分别予以交叉比较分析。

肌电讯号衰减率是1/2最大强度肌电讯号强度与单一收缩肌电讯号强度期间的比值[5]。即1/2最大肌电强度的作用时间占总肌电作用时间的比值。比值越大表明肌电讯号衰减越不明显，肌肉发力效率越好；反之肌电讯号衰减率越小则表示肌电讯号衰减越快，肌肉发力效率越差。

4.3 数理统计法

在对收集到的原始肌电讯号予以数字滤波的基础上，对惯用侧与非惯用侧的竖脊肌、臀大肌等肌群的方均根振幅、肌电图反应时间、肌肉收缩顺序、肌电讯号衰减率等肌电图讯号予以统计描述与推断。

5 结果与分析

5.1 肌电图反应时间差分析

表2 高、低动作表现群惯用侧与非惯用侧肌电图反应时间比较分析统计表

体育舞蹈后踢腿动作完成过程中，臀大肌及竖脊肌在完成后踢动作时(惯用侧)时，身体重心经由惯用侧转移至非惯用侧支撑腿，然后身体重心再转移至惯用侧摆动腿，期间支撑腿(非惯用侧)必须提供足够的稳定度才能让活动腿(惯用侧)顺利完成动作。由反应时间数据(见表2)，可得到如下分析结果。上述动作完成及肌肉发力过程，肌电图表现为受试者中有90%的人竖脊肌、80%的人臀大肌在惯用侧的反应时间大于非惯用侧，即非惯用侧数值小表示肌电讯号发动时间较早，反应速度较快；惯用侧数值大表示肌电讯号发动时间较晚，反应速度较慢。臀大肌及竖脊肌在后踢动作时，由支撑腿先产生肌肉电讯号，其目的在于运动初期支撑腿之肌电讯号作用，为支撑腿肌肉收缩提早准备，以提供足够的稳定性让活动腿完成动作，该动作完成的肌电讯号释放过程与动作习得-控制理论契合，同时也符合人体稳定性建构理论[6]，在人体运动过程中稳定度是优先于活动度的。股二头肌肌电图反应时间差统计表发现，受试者中惯用侧与非惯用侧的肌电优先人数各占50%，未发现非惯用侧显著优于惯用侧的肌电现象，高、低表现群组间的反应时间差无显著差异。透过独立样本t考验分析竖脊肌、臀大肌、股二头肌间惯用侧与非惯用侧肌电图反应时间差，发现在高、低表现群之竖脊肌、臀大肌及股二头肌的反应时间差无显著差异。

5.2 肌肉收缩顺序分析

研究针对惯用侧与非惯用侧的竖脊肌、臀大肌、股二头肌反应时间顺序分别进行交叉分析比较。研究发现：惯用侧与非惯用侧的竖脊肌、臀大肌、股二头肌肌肉收缩顺序均无显著顺序关系，各组间的t考验无显著性差异性。推测可能是因为肌电测试样本数较少、肌电讯号同构同质性过高及受试者间差异性较小，进一步的研究需要扩大研究样本数量，提升数据收集的质量及提高研究的信效度。详见表3。

表3 高、低动作表现群不同肌肉收缩顺序时间比较分析统计表

5.3 肌电讯号衰减率

肌电讯号强度1/2强度的作用期间占总肌电时间比值，比值越大表示肌电讯号衰减越不明显，肌肉工作效率越好；反之若肌电讯号衰减率越小则表示肌电讯号衰减越快，肌肉发动效率越差。总肌电讯号作用时间，高表现群平均1.08s，显著大于低表现群平均0.89s，即高表现群做后踢腿动作时臀大肌工作作用时间较长，使得后踢动作完成充分，低表现群的肌肉工作时间较短，动作完成不充分，两者呈显著差异。1/2强度肌电讯号期间高表现群肌电讯号作用时间平均0.58s，也显著大于低表现群平均0.46s，意味着高表现群舞者对肌肉持续动员及参与运动的能力较强，低表现群舞者持续动员肌肉工作的能力明显小于高表现群舞者，两者呈显著差异性。肌电讯号衰减率肌电讯号高表现群与低表现群无显著性，但并不意味着两类舞者间的运动能力相同，仅表明肌电讯号衰减的比率无显著性差距，推测高表现群在1/2强度肌电讯号时间虽显著大于低表现群，但因为高表现群的总肌电时间也同时显著高于低表现群，分子与分母同时变大了，其比值尚未达到统计学意义上的显著水平。详见表4。

表4 高、低动作表现群反应时间、衰减率等肌电讯号的比较分析统计表

5.4 无肌电讯号反应时间分析

表5 高、低表现群间无肌电讯号反应时间

见表5，高表现群的无肌电讯号反应时间显著小于低表现群，两者之间存在显著差异。低表现群在肌肉不工作期间，低张力期间较长；高表现群肌肉不工作期间，仍保持部分肌电活动及肌紧张，使得肌肉能够随时快速活化产生动作，以应付快速动作变化或突发外力。研究发现股二头肌不是体育舞蹈后踢腿动作的重要肌群，股二头肌也并非稳定动作的核心肌群，因此其肌电讯号反应时间远低于竖脊肌、臀大肌等核心稳定性肌群。

6 结论

稳定度优先于活动度的人体运动规律普遍存在于舞者动作完成过程中，高、低不同舞蹈表现群间无显著性差异。竖脊肌、臀大肌等非惯用侧肌电讯号启动早且反应快，惯用侧肌电讯号启动晚且反应慢；高、低表现群组间的反应时间差无显著差异。

惯用侧与非惯用侧的竖脊肌、臀大肌、股二头肌肌肉收缩顺序均无显著顺序关系，且各组间的t考验无显著性差异性，现象推测是研究样本数量较少且同质性较强缘故。

总肌电讯号作用时间高表现群做后踢腿动作时臀大肌工作作用时间较长，使得后踢动作完成充分；低表现群的肌肉工作时间较短，动作完成不充分，两者呈显著差异。高表现群舞者对肌肉持续动员及参与运动的能力较强，低表现群舞者持续动员肌肉工作的能力明显小于高表现群舞者，两者呈显著差异性。

高表现群的无肌电讯号反应时间显著小于低表现群。两者之间存在显著性差异。低表现群在肌肉不工作期间，低张力期间较长；高表现群肌肉不工作期间，仍保持部分肌电活动及肌紧张，使得肌肉能够随时快速活化产生动作，以应对快速动作变化。