高尔夫不同球杆类型挥杆动作的肌电特征研究

朱瑶佳，霍洪峰，2

高尔夫挥杆是一种复杂运动，挥杆时需要整个身体协调配合才能有效将能量经高尔夫球杆传递给球[1]。高尔夫球手根据目标距离选择尽可能少的击球杆数接近目标球洞[2]，选择正确的球杆击打高尔夫球，可以使球达到最佳准确度[3]。虽然高尔夫运动是一项低强度的有氧运动[4-5]，但生物力学研究表明，在高尔夫挥杆过程中身体许多部位在活动极限范围高速运动[6-7]。由于这些高速运动和复杂的运动模式，高尔夫挥杆时包括躯干肌肉在内的身体多个区域产生高水平肌肉活动[8]。

根据运动链原理，高尔夫挥杆动作是基于从下肢运动到上身运动的一个向下摆动过程。M.SERGIO等[9]用四号铁杆、七号铁杆和P杆进行高尔夫挥杆时，下肢肌肉的激活模式具有差异，这些差异通常出现在高尔夫挥杆的前挥杆、加速和早期随挥阶段，然而这项研究仅关注了下肢部分肌肉。C.I.EGRET等[10]研究发现，在使用不同高尔夫球杆时高尔夫挥杆的运动学变化是明显不同的。使用一号木的杆头速度是五号铁的1.10倍，而使用五号铁的杆头速度是P杆的1.10倍。而且高尔夫球手向后挥摆至顶点时，使用一号木的角度为41°～63°，而使用P杆则为42°～58°。可以认为当使用不同长度和不同用途的球杆挥杆时，可能对躯干及周围肌肉活动有影响。然而，G.G.SORBI等[11]用不同球杆研究躯干部分肌肉表明无显著差异。对高尔夫肌电信号的研究大多都只研究身体某一区域肌电，未将躯干和其周围肌肉结合不同长度或不同用途球杆进行研究。

本研究比较一号木、七号铁杆、短切杆在高尔夫球挥杆的5个阶段躯干及其周围肌肉肌电信号特征，即比较相同阶段不同球杆躯干及其周围肌肉的肌电信号特征，比较相同球杆不同阶段躯干及其周围肌肉的肌电信号特征，为高尔夫教学及训练提供理论依据。研究假设：球杆长度影响躯干及其周围肌肉。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

选择12名高水平青年男性高尔夫球手，年龄（24.5±1.50）岁，身高（176.61±4.74）cm，体重（74.05±5.54）kg，差点4±1.50。要求所有参与者在过去2个月内均无影响高尔夫球挥杆击球动作的损伤和持续性肌肉骨骼紊乱的病史，参加者每周定期打高尔夫球。高尔夫球手的差点根据三轮高尔夫的最低得分来计算（Handicap system 2016—2019）

1.2 研究方法

1.2.1 实验设计 要求受试者进行15次挥杆击球，每杆（一号木杆、七号铁杆和挖起杆）进行5次，每次间歇30 s。所有受试者选用他们自己的球杆（球杆具有统一标准），从具有高减震特性的高尔夫球垫上击出标准高尔夫球。

实验前，受试者进行5 min的高尔夫球挥杆热身。热身后，所有受试者均可在测试前进行挥杆练习，以便更好地适应测试，当他们准备就绪时开始测试。采用X2弹道雷达数据测试仪记录击球距离，1号木击球距离大于200 m，7铁击球距离大于150 m，短切接近50 m为选入标准。

高尔夫挥杆分为5个阶段[12-13]：向后挥杆，从底部到向后挥杆的顶部；向前挥杆，从挥杆的顶部到水平杆（下挥杆的早期部分）；加速击球，从水平杆到击球瞬间（下摆的最后部分）；早期随挥，从击球瞬间前到水平杆；后期随挥，从水平杆到完成挥杆的晚期跟随。

1.2.2 肌电信号的采集与处理 收集胸大肌、L3竖脊肌、腹外斜肌、股直肌、股外侧肌、臀大肌和半腱肌双侧共14块肌肉肌电信号。电极与肌纤维方向一致，电极片中心点与中心点之间的距离为22 mm，位于肌腹最突出部位。为降低皮肤与电极片的阻抗，处理皮肤刮掉体毛，用酒精清理，待酒精完全挥发后粘贴电极片。对贴电极片处的皮肤进行处理之后放置无线肌电测试设备（意大利BTS FREEMG 300无线表面肌电测试仪）。将无线表面肌电测试设备其中1导与肌电信号同步盒子连接，肌电信号同步盒子与视频同步灯在测试时同时发出开始与结束信号，视频（采集频率60帧）全程记录受试者动作。同步连接摄像机与计算机，视频影像与肌电图同步测试。

将数据导入EMGSERVER软件，处理视频数据与肌电信号数据，将视频同步后的数据采用视频分析方法对高尔夫挥杆阶段进行识别，所有肌电数据在1 000 Hz采样，对原始肌电信号进行低通滤波（10～400 Hz）处理。肌肉发力顺序在选中的放电区域内，按照峰值百分比法，将肌电信号中R M Smax值10%作为肌肉开始放电，10%以下作为静息电位[14]。为保证肌电信号质量，肌电信号采集、处理和电极片的粘贴均由相同研究人员完成。

实验数据以3种类型球杆挥杆时各阶段RMSmax为基准做标准化，计算高尔夫挥杆各阶段肌电信号均方根峰值。均方根峰值（RM Smax）标准化的计算方式：标准化R M Smax值公式（激活强度）＝每块肌肉R M Smax÷竖脊肌第2阶段RM Smax×100%

均方根值（R M S）是指在一段时间内瞬间肌电图振幅平方的平均平方根，是放电的有效值，反映sEMG信号振幅变化的特征性指标，变化主要反映肌肉活动时运动单位激活的数量及强度。

1.3 统计分析

采集数据应用设备系统自带分析软件进行数据文件分析，所有统计检验均采用SPSS 20.0进行计算，统计结果用平均数±标准差表示。使用单因素重复测量方差分析，事后比较均采用Bonferroni调整组间平均差异。当Shapiro-Wilks检验显示各组间差异显著，数据非正态分布，进行非参数检验（Kruskal-Wallis检验），P＜0.05为显著差异。

2 结 果

2.1 挥杆过程各肌肉激活顺序

7号铁杆挥杆过程的双侧肌电信号显示，双侧竖脊肌、腹外斜肌持续激活维持躯干稳定并配合躯干转动，在向后挥杆过程中肌肉激活先由右侧半腱肌、股外侧肌激活，随后左侧半腱肌、臀大肌、股直肌、股外侧肌依次激活；向前挥杆过程右侧股直肌、右侧胸大肌、左侧胸大肌、右侧股外侧肌依次激活（见图1）。

图1 挥杆过程中各肌肉的激活顺序Figure 1 Activation Sequence of Each Muscle During Swing

2.2 不同球杆均方根峰值%比较

左右侧胸大肌检测结果显示：左侧7号铁与挖起杆在第2、3阶段具有显著差异（P＜0.05）；1号木与挖起杆在第2、3、4阶段具有差异显著（P＜0.05）；右侧7号铁与挖起杆在第3、4阶段具有显著差异（P＜0.05）；1号木与挖起杆在第3、4、5阶段有显著差异（P＜0.05）（见图2）。

图2 胸大肌在各阶段中球杆间均方根峰值%差异检测结果。Figure2 Results of Pectoralis Major Muscle's RMS max%in Different Clubs at Each Phase

左右侧腹外斜肌和竖脊肌检测结果显示；腹外斜肌左侧7号铁与1号木在第4、5阶段具有显著差异（P＜0.05），右侧1号木与挖起杆在5阶段具有显著差异（P＜0.05）；竖脊肌右侧7号铁与1号木在第3、4阶段具有显著差异（P＜0.05），7号铁与挖起杆在第4阶段具有差异显著（P＜0.05）（见图3）。

图3 腹外斜肌、竖脊肌在各阶段球杆间均方根峰值%差异检测结果。Figure3 Results of ExternalOblique Abdomen Muscle's and Erector Spinae Muscle's RMS max%in Different Clubs at Each Phase

左右侧臀大肌和半腱肌检测结果显示：臀大肌左侧7号铁与1号木第5阶段具有显著差异（P＜0.05），7号铁与挖起杆第2阶段具有显著差异（P＜0.05），1号木与挖起杆第2、4阶段具有显著差异（P＜0.05）；右侧7号铁与1号木第3阶段具有显著差异（P＜0.05），7号铁与挖起杆第1、4阶段具有显著差异（P＜0.05），1号木与挖起杆第2、3、4阶段具有显著差异（P＜0.05）。半腱肌左侧7号铁与1号木第4阶段具有显著差异（P＜0.05），1号木与挖起杆第4、5阶段具有显著差异（P＜0.05）；右侧7号铁与1号木第4、5阶段具有显著差异（P＜0.05），1号木与挖起杆第5阶段具有显著差异（P＜0.05）（见图4）。

图4 臀大肌和半腱肌在各阶段球杆间均方根峰值%差异检测结果。Figure4 Results of Gluteus Maximus and Semitendinosus Muscle's RMS max%in Different Clubs at Each Phase

左右侧股直肌和股外侧肌检测结果显示：股直肌左侧7号铁与1号木第5阶段具有显著差异（P＜0.05），7号铁与挖起杆第4阶段具有显著差异（P＜0.05），1号木与挖起杆第2、3、4、5阶段具有显著差异（P＜0.05）；右侧1号木与挖起杆第4阶段具有显著差异（P＜0.05）。股外侧肌左侧7号铁与1号木第4、5阶段具有显著差异（P＜0.05），7号铁与挖起杆第4、5阶段具有显著差异（P＜0.05），1号木与挖起杆第2、3阶段具有显著差异（P＜0.05）；右侧7号铁与1号木第3、5阶段具有显著差异（P＜0.05），1号木与挖起杆第3、4、5阶段具有显著差异（P＜0.05）（见图5）。

图5 股直肌和股外侧肌在各阶段球杆间均方根峰值%差异检测结果。Figure5 Results of Rectus and LateralFemoralMuscle's and Erector Spinae Muscle's RMS max%in Different Clubs at Each Phase

3 讨论与分析

不同高尔夫杆进行挥杆时，躯干及其周围肌肉激活模式具有相似性。向前挥杆、加速击球、早期随挥阶段肌肉激活程度较高，且球杆间的差异具有显著性。但是，在向后挥杆、后期随挥阶段肌肉激活程度较低，并且球杆间的差异不具有显著性。肌肉激活顺序并非完全由下至上依次激活。

在挥杆过程中，躯干肌肉在维持躯干稳定性和使躯干旋转起到重要作用，与此同时该区域也容易受伤[15]。在向前挥杆过程中，左胸大肌激活程度更高，可能是一定程度上动能转移的结果。激活程度更高的左前臂活动可能是高尔夫杆头部分的离心运动转移到双手周围活动的结果。胸部最大速度与左前臂下摆时的平均肌电活动有关[16]。与本研究结果相反的是，G.G.SORBIE等[11]对棘肌、最长肌和髂肋肌的研究中和S.LUIS等[17]对竖脊肌、腹外斜肌的研究中没有发现躯干肌电信号的差异性，这可能是由于挥杆击球目标距离和球杆不同导致结果不同。竖脊肌右侧与腹外斜肌是高尔夫挥杆动作中扭转幅度较大的肌肉，在开始挥杆至挥杆结束竖脊肌肌肉激活程度以及肌肉活动幅度都较高。虽然腹外斜肌肌电信号较小，但是该区域转动动作较大。

在高尔夫向前挥杆过程中，右侧臀大肌近似最大激活水平（手动肌肉测试的100%）[18]，其作为核心肌肉在前挥杆中具有重要作用[19]。当挥杆进入加速度时，下肢导联肌肉有较强的激活，核心髋伸肌右侧半腱肌和臀大肌帮助右侧髋部伸展，左侧股直肌、股外侧肌帮助膝盖伸直，这种肌肉活动有助于运动稳定。高尔夫球手将重量转移到左腿时产生较高垂直方向上的力，从而促进骨盆和上身朝向目标的旋转，此时右侧臀大肌激活程度较高。右侧股直肌在向前挥杆至早期随挥阶段表现出较大的激活水平，随后身体减速，肌肉活动水平降低。

研究发现，除右侧臀大肌外，其余测试肌肉在向后挥杆阶段3种球杆的差异不具有显著性。有研究表明，高尔夫球杆长度不同会引起杆头速度差异[10]。本研究显示，1号木激活程度最高，挖起杆激活程度最低，说明球杆长度影响高尔夫球员挥杆时的肌肉激活程度。右侧臀大肌在向后挥杆阶段未出现肌电信号的显著性差异，可能是由于从底部开始到向后挥杆的顶部为蓄力过程，此阶段右侧臀大肌非主要用力肌肉，与各肌肉激活程度相比其他阶段较低，并且与向前挥杆相比向后挥杆速度较慢。因此，虽然3杆长度、重量等不同，但是肌肉激活程度相对较低，差异不具有显著性。

研究结果有利于教练和临床医生更好地理解与各种高尔夫球杆相关的相对躯干及其周围肌肉的贡献。使用较长球杆会增加肌肉的活跃程度，特别是在向前挥杆、加速击球、早期随挥阶段，这将有助于制定专门针对躯干及其周围肌肉的干预方案，以提高绩效和预防伤害。当能量从下肢肌肉传递到骨盆和脊柱时，增加髋关节动力稳定性以及腰盆区域的适当姿势和平衡也是至关重要的。因此，应发展核心肌肉产生和维持力量的能力，特别强调其力量、耐力和控制能力。躯干及其周围，特别是臀部、腿部的肌肉，在骨盆的稳定中可能起着非常重要的作用[20]。躯干肌肉，下肢和盆腔不稳定可能使高尔夫球手更容易出现下腰痛[15，21]。

4 结 论

（1）不同阶段相同球杆各肌肉激活程度：向前挥杆、加速击球、早期随挥阶段激活程度较高，具体表现在左侧胸大肌和半腱肌，右侧竖脊肌、臀大肌和股直肌；向后挥杆和后期随挥阶段平均肌肉激活程度较低。（2）各球杆（7铁杆、1号木和挖起杆）之间除左侧竖脊肌外均有显著差异。（3）球杆长度与肌肉激活水平程正相关，用1号木挥杆时，肌肉激活平均值较高。