陕西省竞走重点青少年运动员动作技术及肌肉用力特征研究

蒋秋艳，王 敏，张明军

前言

人体主动运动是肌肉收缩产生作用力的结果，动作技术的形成建立在肌肉用力的基础上，要进一步了解人体运动，揭示肌肉的力学规律，必然要对人体肌肉的用力特性及其所表现出的力学特点进行研究[1]。应用肌电研究肌肉在不同状态的发力顺序、肌肉的用力大小和肌肉之间的协调程度，从基础理论转向为运动技术服务的实践研究，对肌肉力量和肌肉疲劳的诊断有一定的应用价值[2]。本研究运用高速摄像和表面肌电同步技术，获取不同速度下运动学和肌电学数据，探讨不同速度与动作技术和肌肉用力之间的关系，为规范运动员动作技术和教练员科学训练提供理论依据，对培养竞走青少年精英人才有着重要的实践价值。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

选取女运动员6名，年龄17.7±0.56岁，身高167.1±4.28厘米，体重51.7±1.28公斤，运动等级均为一级及以上，实验前1个月内没有明显的损伤，所有运动员均签署知情同意书。

1.2 研究方法

1.2.1 测试仪器

SONY高速摄像机1台，拍摄使用频率为100帧、三脚架、标尺、皮尺；美国NORAXON无线遥测肌电测试仪，采样频率2000Hz，肌电片、酒精、棉签等。高速摄像和表面肌电仪同步采集数据。

1.2.2 实验流程

确定摄像机架设位置，将高速运动捕捉系统、无线遥测肌电测试仪同步连接；调整摄像机镜头光圈、拍摄频率、焦距，使实验对象在拍摄范围内清晰可见，并将信号灯放置拍摄范围内；确定肌电贴放位置为各对所测试的肌肉的肌腹最隆起处并进行清理。测试肌肉包括：三角肌前束、三角肌后束、腹外斜肌、臀大肌、股直肌、胫骨前肌、腓肠肌外侧头、股二头肌。根据马杰[3]等建立的青少年竞走运动员速度区间进行关键技术的等级标准，结合运动员以往的比赛速度，本研究通过场地模拟比赛对运动员中速和高速竞走状态下采集实验数据。

其中 中 速 为4：30-4：40 min/km，高 速 为4：20-4：30 min/km。

1.2.3 数据处理

运动学和肌电学数据通过处理后，应用SPSS22.0软件进行数理统计，结果以平均数±标准差表示。

2 研究结果与分析

2.1 不同速度下决定运动员完成比赛的技术指标分析

2.1.1 不同速度下影响运动员腾空判罚的指标分析

竞走规则中要求竞走过程中不能出现肉眼可见的腾空，通过重心起伏、腾空距离、摆动腿膝角等是判罚运动员是否存在腾空的重要依据。

研究发现[4]，在腾空技术判罚方面，我国青少年优秀女子运动员头部垂直起伏距离偏大，容易判罚腾空，需要改进；查思静等[5]通过对青少年运动员比赛技术解析发现，重心起伏和腾空时间是裁判员判罚的主要依据。从表1来看，青少年女子运动员的重心起伏距离比较适中，受到腾空判罚的概率较小。两种速度下的重心起伏差距较小，中速重心起伏均值略小于高速，运动员们两种速度下重心起伏保持得较为稳定，整体上来看，重心起伏距离随速度的增加而增加，但备战十四运会（陕西省）重点青少年女子运动员重心起伏均在模糊范围内，与其他青少年女子和成年优秀女子运动员相比重心起伏距离比较适中。

表1 中速和高速时重心起伏距离（cm）

表2 中速和高速腾空距离（cm）

腾空距离是判罚腾空的一个重要指标。青少年女子运动员的腾空距离大部分是偏高的。中速时腾空距离均值在18.1 cm左右，高速时在19.1cm左右，中速时左右腾空距离比较均衡，相差甚小，高速时左腾空距离略大于右腾空距离。高速较中速而言，均有增长且个别队员高速腾空距离远远大于中速腾空距离，极有受判罚的可能。腾空距离即使在模糊界限，也有受判罚的可能性。总的来说青少年女子运动员在提高运动成绩的同时，需要改善腾空距离，保持在判罚界限之内，才能达到减少判罚的可能性。

摆动腿膝关节角度是影响竞走运动中摆动效果主要指标之一，通过视频技术解析能够从侧面清晰地看到运动员肌肉放松的程度。摆动腿膝关节角在合理范围内时，运动员整体的动作轨迹较为平缓，重心起伏会控制在合理范围内。吴童研究发现[6]，世界顶尖竞走运动员比赛中的摆动腿膝关节角通常在100°～110°之间。

从表3来看，青少年女子运动员中速和高速时摆动腿膝关节角度均值在正常范围内，均在100°以上。中速和高速左右摆动腿膝关节角度均值相差均不大，其中中速左右摆动腿膝关节角度均值相差1.2°，高速左右摆动腿膝关节角度相差1.3°，中速时左摆动腿膝关节角度略大于右摆动腿膝关节角度，高速时右摆动腿膝关节角度略大于左摆动腿膝关节角度。中速时所有运动员左右摆动腿膝关节角度均大于100°，不存在后撩过高现象；高速时个别运动员便出现了摆动腿角度小于100°的现象，100°以下容易受到腾空判罚，即在以后的训练中应重视后撩过高的问题，针对后撩过高进行提高髋关节灵活性、加强后蹬技术的练习。

表3 中速和高速时摆动腿膝关节角度（°）

2.1.2 不同速度下影响运动员屈腿判罚的指标分析

竞走比赛规则规定竞走过程中支撑腿必须是垂直支撑状态[7]，良好的支撑状况有利于动作技术的向前性。

在竞走比赛中，着地脚也是裁判员判罚技术犯规的依据之一。合理着地角度能提高竞走运动员技术的规范性，还能够规避在比赛中犯规[8]。着地角度过小，影响运动员的竞走技术动作，可能造成屈膝犯规，还易造成不必要的损伤。

从表4来看，青少年女子运动员整体着地角度较小，中速时着地角均值略大于高速，中速和高速时左着地角均大于右着地角。中速时部分运动员着地角都比较适中，在25°左右。高速时，大部分运动员着地角略偏小，且左右着地角不均衡。从前人的研究得知，世界优秀运动员的着地角在25°是最为合适的。着地脚过小，整个脚尖抬不起来，会有些拍地的现象，容易判罚屈腿，也会影响竞走技术的经济性和实效性，其原因主要是由于胫骨前肌和大腿肌群力量差，技术动作不规范等造成。日常技术训练要加强勾脚尖、向前踢脚跟等技术动作练习。

表4 中速和高速时着地角（°）

从表5来看，青少年女子运动员着地瞬间膝关节角度都在合理范围内。着地瞬间膝关节角度小于175°时便出现肉眼可见的屈腿，在中速和高速时重点青少年女子运动员着地瞬间膝关节角度均在175°以上。中速时，左右膝关节角度均值都是178°左右，左右膝关节角度非常均衡，不存在屈腿现象。高速着地瞬间膝关节角度和中速相比稍小一些，且高速左膝关节角度均值略大于右膝关节角度，左膝角均值177.23°，右膝角均值176.15°。运动员在中速时左右膝关节角度较为接近，高速时左右膝关节角度虽有一些差异，但相差较小。表明运动员在中速和高速时着地瞬间膝关节技术较为成熟稳定，速度的变化对她们影响较小。

表5 中速和高速时着地瞬间膝关节角度（°）

从数据来看，大部分运动员着地瞬间膝关节角度处于合理范围之内，但还是有个别运动员有待提高，在日后还是要加强此方面的训练。在比赛中，运动员的膝关节是否伸直，是裁判判罚犯规的重要依据。

2.1.3 不同速度下决定运动员成绩的技术指标分析

表6 中速和高速单步步长（m）

步长是决定运动员成绩的重要因素[9]。中速时青少年女子运动员步长大多在1米1以下，均值为1.08米和1.07米，左单步稍长于右单步，中速时髋关节没打开步幅不够，再加上速度稍慢，所以导致步长稍偏小，个别队员左右步长不均衡，其原因与左右腿部力量、关节灵活性等有关。高速时步长就有所提高，均值在1米1左右，受速度的影响高速时步长均有所增加。世界优秀女子青少年竞走运动员的步长1.15m左右，但是，目前我国部分重点青少年运动员高速走时仍存在技术左右步长不均衡的问题[10，11]。针对左右单步不均衡问题，建议在训练中要加强送髋技术练习，一方面加强髋关节的灵活性，另一方面加强髋、膝、相应关节力量的专门练习，要结合竞走技术特点和人体解剖结构特点注重关节间肌肉力量分配，避免左右肌力不均衡，来不断提高竞走技术的规范性和实用性。

后蹬距离是决定步长的一个重要因素，也是决定运动成绩的一个重要因素。后蹬是竞走比赛中主要动力来源，后蹬时地面的反作用力是比赛速度增加的根本因素，所以要将地面反作用力转换为对身体向前的推动力，合理增大后蹬距离，提高竞走比赛速度[12]。从表7来看，中速时左、右后蹬距离基本接近，高速时后蹬距离均值略高于中速，运动员左后蹬距离略小于右后蹬距离；中速和高速时部分运动员的后蹬不充分。这主要与左右腿部肌肉力量、足部力量不均衡等有关。因此，在以后的训练中需加强左右腿力量的均衡性练习，针对后蹬不足建议在竞走练习中一方面优化髋部始动运动技术节奏，加强后摆阶段“髋部放得松”技术，形成自由钟摆运动，加快重心的跟进速度，减小大腿后部肌肉群紧张造成的阻力，避免下肢的过早用力，另一方面加强胫骨前肌的力量和踝关节柔韧性。

表7 中速和高速后蹬距离（cm）

前摆距离是决定步长的一个重要因素，也是决定成绩的一个重要因素[7]。前摆距离的增加对步长的增大有一定作用。因此，运动员在前摆过程中，要加强送款，髋关节越放松，前摆距离越大，有利于步长的增加，对运动员技术的规范性和经济性具有积极的影响，也符合当前竞走技术规则的要求。从表8来看，青少年女子运动员前摆距离中速低于高速，左右前摆距离稍有差距，两种速度下均为左前摆距离大于右前摆距离，均值相差1 cm左右，可能与左右下肢力量不均衡有关。

表8 中速和高速前摆距离（cm）

两大腿夹角从侧面的反映运动员髋关节的灵活程度[13]，在竞走运动中起着尤为重要的作用，众所周知竞走运动是一项以髋为轴的周期性运动，而衡量髋是否灵活、运用得是否合理有效的标准即是看两大腿夹角，在日常训练中要积极进行送髋动作技术练习，让髋关节更加放松、灵活。从表9来看，运动员两大腿夹角都较为适中。中速时左右两大腿夹角相差不大，左大腿夹角比右大腿夹角小1°左右；高速时左右两大腿夹角相差稍大一些，右大腿夹角比左大腿夹角大2°左右，两种速度情况下表明右髋比左髋更为灵活。两大腿夹角小，说明髋部还不够灵活，沉髋技术有待提高。在平时的训练中应加强臀大肌、胫骨前肌、腹外斜肌和三角肌力量练习，为运动员创造强有力的肌肉力量，从而支撑技术动作的有效发挥。

表9 中速和高速两大腿夹角（°）

2.2 不同速度下运动员肌电学指标分析

2.2.1 运动员不同速度下均方根振幅分析

均方根振幅（RMS）[14]是放电有效值，其大小决定于肌电幅值的变化，一般认为与运动单位募集和兴奋节律有关。其计算公式为：

其中，N为采样点个数；Xi为每一点的肌电数据（幅值）；单位为微伏（μV）。

表10 中速RMS（μV）

表11 高速RMS（μV）

青少年女子运动员中速和高速都是臀大肌、腹外斜肌、胫骨前肌和三角肌后束RMS激活程度较高，臀大肌、腹外斜肌、三角肌后束以及胫骨前肌在竞走过程中发挥着主要的作用。中速时臀大肌激活程度最高，臀大肌在竞走过程中激活程度竞走运动员髋部灵活性起着至关重要的作用，而臀大肌具有“伸髋”的功能，因此在平时训练中可以加强竞走运动员的臀大肌来加强髋部力量。高速时三角肌后束激活程度最高，竞走过程中摆臂不容小觑，上肢摆动技术可以协调下肢摆动形成协调的运动节奏，在平时训练中应重视队员的摆臂技术。胫骨前肌在竞走过程中支撑后蹬和摆动，所以胫骨前肌激活程度也比较高。腹外斜肌支撑着核心的稳定，在整个过程中必不可少。中速和高速所测肌群激活程度的顺序虽然有些差异，但是都是这几块肌肉激活程度较高。上半身的腹外斜肌和三角肌后束被激活得较高，下半身的臀大肌和胫骨前肌被激活得较高。

2.2.2 运动员不同速度下积分肌电值分析

积分肌电值（IEMG）反映一定时间内肌肉中参与运动的运动单位放电总量，其值的大小在一定程度上反映参加工作的运动单位数量多少和每个运动单位的放电大小，是评价肌纤维参与多少的重要指标，也是评价肌肉贡献率的指标[15]。其计算公式为：

其中，N1为积分起点；N2为肌电终点；X（t）为肌电曲线函数值；dt为采样的时间间隔，单位为微伏·秒（μV·s）。

表12 中速IEMG（μV·s）

表13 高速IEMG（μV·s）

运动员在竞走过程中臀大肌的参与是最多的，中速均值为111.32μV·s，高速均值为170.35μV·s，所测肌群高速IEMG均值均大于中速，中速时肌肉参与由高到低顺序为：臀大肌—腹外斜肌肌—三角肌后束—胫骨前肌—股二头肌—股直肌—三角肌前束—腓肠肌，高速时肌肉积分肌电值由高到低顺序为：臀大肌—三角肌后束—腹外斜肌—胫骨前肌—股二头肌—股直肌—腓肠肌—三角肌前束。中速和高速所测肌群参与程度不一致，但总体趋势走向是差不多的，都是臀大肌、腹外斜肌、胫骨前肌和三角肌后束参与多，股直肌、股二头肌、腓肠肌和三角肌前束参与少。

3 结论

1.中速和高速时运动员重心起伏较小，高速略高于中速；两种速度下腾空距离偏大，高速腾空距离明显高于中速。两种速度下，着地角、着地膝角、摆动腿膝角较为适中；高速时的步长、后蹬距离明显大于中速；中速和高速的前摆距离、后蹬角、两大腿夹角相差较小。

2.中速和高速时均为臀大肌、腹外斜肌、三角肌后束和胫骨前肌被激活的程度较高；中速和高速时臀大肌、三角肌后束、腹外斜肌和胫骨前肌在竞走过程中参与较多。