篮球运动员跳投肌电及足底压力的同步研究

齐春燕，王来东，李成梁

篮球运动员跳投肌电及足底压力的同步研究

齐春燕1，王来东1，李成梁2

以辽宁青年男篮和沈阳体育学院男篮为研究对象，采用8通道ME6000型肌电测量仪、Foot-scan insole足底压力测量仪和运动录像，对运动员跳投时腹背及下肢肌的IEMG、肌肉做功负荷百分比、肌肉的激活顺序以及足底压力参数进行分析。研究结果显示：不同的肌肉在跳投的不同阶段发挥着不同的作用；不同位置篮球运动员的IEMG、RMS存在差异；腹直肌的做功/负荷百分比相对于其他的肌肉较低；不同位置队员跳投时各肌肉被激活的顺序不同；跳投蹬地阶段足底压力中心基本在一条直线上移动，且变化比较均匀，波动比较小。建立了篮球运动员跳投过程中肌电信号和足底压力曲线的同步测量模型，以此加深教练员对跳投运动规律的认识，指导运动员进行科学的跳投训练。

篮球运动员；跳投；肌电；足底压力

跳投是进攻队员在快速移动中接球或运球突破时，用急停的突然性，快速起跳增加出手高度来摆脱防守队员封阻的一种投篮方法。跳投是现代篮球比赛中应用较多的一种攻击性很强的投篮方式，跳投命中率的高低在一定程度上决定着球队比赛的输赢[1]。影响跳投命中率的因素很多，从腹背及下肢肌肉协调用力角度进行研究的却很少，作者认为有必要从腹背及下肢肌肉的工作情况以及足底压力的运动学特征的角度，对人体内部与外部各项参数连续变化的同步工作情况进行研究，深层次了解腹背及下肢肌肉和足底压力协调用力的情况，挖掘影响跳投命中率的内在因素，旨在加深教练员对跳投动作规律的认识，为教练员有针对性地安排跳投训练提供理论上的支持。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

辽宁省青年男子篮球队队员（一级以上水平运动员）、沈阳体育学院男子篮球队员（二级运动员），共16名，其中前锋和后卫各6名，中锋4名，且都是球队中的主力队员，所有研究对象均身体健康，发育良好，并受过系统的专业训练（见表1）。

表1 研究对象的基本情况Table 1 Condition of basketball athletes

1.2 研究方法

1.2.1 测量法 （1）肌电测量。本试验选用8通道ME6000型肌电测量仪进行肌电的测量，并使用其仪器的配套软件MegaWin进行分析。ME6000型肌电仪原始数据采集频率为1 000 Hz，使用SOLAR一次性表面电极。（2）足底压力测量。Foot-scan insole足底压力测试仪信号采样频率为500 Hz，压强范围（N/cm2）0.7～155，重复性误差小于1%。（3）录像法。采用SONY DCR TRV-940E数码摄像机对跳投动作实行同步录像。（4）测量过程。选取腹背及下肢左右对称的腹直肌、股直肌、臀大肌和竖脊肌8块肌肉作为肌电测量部位，电极安放前用酒精对相应部位进行消毒、清洁处理，晾干后，将透气电极片粘到每块肌肉收缩时肌腹最隆起的部位，测量电极沿肌纤维方向安放，参考电极与其呈等腰三角形，电极间相距20 mm。足底压力鞋垫放在运动员的鞋内。同时将自行研制的信号转换器固定在运动员的背后，此信号转换器可以实现肌电测量仪和足底压力测量仪的同步工作。运动员做跳投动作时肌电、足底压力以及视频等同时进行采集。

作者单位：1.南开大学体育部，天津300071；2.沈阳体育学院运动训练系篮球教研室，辽宁沈阳110102。

1.2.2 数理统计法 MegaWin信号和Foot-scan insole信号在各自相应的统计软件中进行处理，导出到Excell和SPSS12．0中进行图形分析和显著性检验。通过录像对应的时间关系找出肌电和足底压力不同阶段的分界点，对跳投动作进行阶段划分，进行同步分析。

2 结果与分析

2.1 篮球运动员跳投肌电参数的研究与分析

2.1.1 篮球运动员跳投的原始肌电图的研究与分析 原始肌电图包含有最基本的肌电活动信息，利用它可以直接评定肌肉是否被激活、肌肉活动的时程长短、肌电活动的强度以及肌肉的协调模式[2-3]。跳投的整个技术动作可以分成4个阶段：急停接球阶段（1～2）、蹬地起跳阶段（2～3）、腾空阶段（3～4）和落地阶段（4～5）（见图1）。急停接球阶段，由于运动员所采用的急停方式不同，因此主动肌的放电情况有所差异。蹬地起跳阶段，所测的各块肌肉都有不同程度的放电现象，且振幅是跳投完整动作过程中最高的，股直肌、臀大肌和竖脊肌振幅比腹直肌明显。腾空后保持人体平衡主要取决于肌肉的协调用力，此时各肌肉放电现象相对减弱，竖脊肌和腹直肌振幅较明显，身体到最高点下落时腹直肌明显收缩放电。落地技术主要是缓冲人体下落时的身体重力影响，以便准备下一动作，由图1看出此时腹直肌振幅降低，股直肌、竖脊肌振幅升高，臀大肌变化不明显。利用原始肌电图只能定性的说明肌肉肌电活动的时程长短和振幅的强弱。

图1 篮球运动员接球跳投原始肌电图Figure 1 lnitial lEMG of jump shoot for basketball athlete

2.1.2 篮球运动员跳投肌电参数的比较与分析 篮球比赛中不同位置的队员承担着不同的职责和攻守任务，不同位置队员在长期的训练过程中身体形态、心理、技术结构及综合能力会形成一定的专项特征[4]。对肌电活动进行更深一步的定量分析，是基于全波整流肌电图完成的。积分肌电（IEMG）是肌电信号经整流滤波后曲线下面积的总和，反映肌肉在运动中单位募集数量和同步化程度。从表2看出，跳投过程中IEMG的平均值和标准差在前锋和中锋队员之间存在着不同，左侧臀大肌、右侧竖脊肌以及左右侧腹直肌上存在着显著性的差异（P＜0．01）。前锋和后卫的比较中发现，两侧竖脊肌和腹直肌存在着显著性差异（P＜0．01）。中锋与后卫两侧竖脊肌和腹直肌的IEMG也存在着显著性的差异（P＜0．01）。从不同位置运动员IEMG 的比较结果来看，竖脊肌和腹直肌两块肌肉上存在着较大的差异，这可能与不同位置的运动员在训练和比赛中使用的技术种类及力量训练的方式有关。

表2 不同位置运动员跳投lEMG的比较结果Table 2 Comparison of lEMG of different position basketball athletes

RMS反映的是一段时间内肌肉放电的平均水平，既能反映出最大用力的先后顺序，又能反映出最大用力的间隔时间[5-6]。由表3看出，不同位置运动员跳投的过程中股直肌的RMS峰值都最高，说明股直肌是跳投的主要原动肌。跳投蹬地阶段股直肌的运动单位募集量最高，并且放电的幅值最高，教练员在训练中应该加强股四头肌以及臀大肌的训练，以提高运动员跳起的高度。

表3 不同位置运动员跳投RMS峰值比较结果Table 3 Comparison of RMS of different position basketball athletes

2.1.3 篮球运动员跳投肌肉做功/负荷百分比的比较与分析 跳投过程中，不同位置运动员的做功/负荷百分比存在着差异，由图2看出，中锋左右侧竖脊肌的做功/负荷百分比最高，达到25%和19%，前锋右侧腹直肌的做功/负荷百分比最高为18%，后卫的左侧竖脊肌与右侧股直肌的做功/负荷百分比较高，分别为22%与20%。而做功/负荷百分比最低的都为腹直肌。跳投的整个过程中，腹直肌的放电幅值比较小，因此做功/负荷百分比相对于其他的肌肉较低，这与每块肌肉在接球跳投的过程中的作用不同有关。腹直肌在整个动作中的做功/负荷百分比虽然较小，在控制身体平衡起着比较重要的作用。运动员跳到最高点时腹部肌群和背部肌群的收缩来控制身体平衡。由图2可知队员腹肌力量普遍较弱，发展运动员腹部的肌肉力量，提高队员的协调能力对队员的技战术的发挥是很重要的。

2.1.4 篮球运动员跳投时肌肉激活顺序的研究与分析 从表4中可以看出，前锋完成接球跳投的过程中，肌肉被激活的顺序依次为左侧股直肌、左侧竖脊肌、右侧竖脊肌、右侧股直肌、左侧臀大肌、右侧臀大肌、右侧腹直肌和左侧腹直肌。中锋肌肉被激活的顺序为左侧竖脊肌、右侧臀大肌、左侧臀大肌、右侧股直肌、左侧股直肌、左侧腹直肌、右侧腹直肌、右侧竖脊肌。而后卫的激活顺序为左侧股直肌、左侧臀大肌、右侧臀大肌、左侧竖脊肌、右侧竖脊肌、右侧腹直肌、左侧腹直肌、右侧股直肌。不同位置的队员做接球跳投时，各个肌肉被激活的顺序不同，然而同一队员做跳投时，肌肉被激活的顺序基本相同，这与曹辉的研究结果相同[7]。笔者认为产生这种情况的原因与个人的用力习惯、先天掌握运动技能的能力以及神经调节方式有关。考虑到专项力量训练的要求，肌肉的这一工作特点必须引起教练员和运动员的重视。

图2 不同位置篮球运动员接球跳投做功百分比Figure 2 Percentage of load for different position basketball athletes

表4 不同位置篮球运动员跳投肌肉激活时间表Table 4 Discharging time of muscle for different position basketball athletes

2.2 篮球运动员接球跳投的足底压力参数的比较与分析

2.2.1 篮球运动员跳投过程中足底压力中心在双脚上的轨迹比较与分析 对篮球运动员接球跳投过程中足底压力中心的研究发现，跳投蹬地阶段以左脚作为中枢脚，足底压力中心基本在一条直线上移动，且变化比较均匀，波动比较小（见图3）。足底压力中心一定程度上反映出身体重心的变化水平，分析结果充分说明了运动员经过科学系统的训练，控制身体稳定性的能力强，维持自身平衡能力的水平也高。有关研究表明：跳投命中率与动作协调平衡的能力有很大的关系。从右脚的轨迹图看出，前掌着地后，与左脚同时蹬地，足底压力中心在右脚上的变化范围不大。

图3 篮球运动员足底压力中心轨迹图Figure 3 Orbit of foot gravity center for basketball athletes

2.2.2 篮球运动员跳投过程中足底受力情况的分析与研究 从运动员完成接球跳投过程的受力曲线图可以看出（见图4），队员跨步接球时左脚首先落地，足底压力迅速上升，出现一个峰值，随后有一个平台期或者压力稍有下降的过程。从左脚落地到右脚落地的时间差约为0.2 s。蹬地起跳阶段，身体由单脚支撑变为双脚支撑，左脚足底压力随之下降，右脚足底压力上升，此时足底压力的波峰都比单脚支撑时低。足底压力最小时是腾空阶段，从图中看出腾空时间在0.40～0.55 s之间。腾空时间越长跳起的高度也就相对较高，在空中就有更多的时间调整投篮动作以确保投篮命中率。落地阶段是双脚同时落地，足底压力迅速上升。

图4 篮球运动员跳投中垂直方向上的受力与时间的关系Figure 4 Relation of the perpendicular pressure and time for basketball athletes in jump shoot

2.3 跳投过程中原始肌电与足底压力同步图的研究与分析

2.3.1 跳投急停接球阶段原始肌电与足底压力同步图的研究与分析 由录像中看出，图5的运动员在跳投的过程中使用了跨步急停动作接球。运动员的左脚跨出形成单脚支撑，时间轴上看出其左脚接触地面足底压力迅速上升，右脚比左脚晚0.345 s出现足底压力。由肌电信号看出左侧腹直肌首先出现肌电信号和峰值，左侧臀大肌、左侧股直肌依次放电，右侧的臀大肌和股直肌比左侧的收缩放电晚，与左右脚落地的时间差相符，而左、右侧的竖脊肌和腹直肌几乎同时收缩放电。左脚的足底压力曲线在达到峰值之前有一个平台期，运动员跨步接球时，足后跟蹬地制动身体向前运动的惯性，足底压力迅速上升，膝关节弯曲身体重心下降，足底由后向前滚动接触地面过程中压力没有明显的变化，只是压力的转移而出现一个平台。随着身体重心停止下降，左脚足底压力又迅速上升达到峰值，左侧臀大肌、股直肌离心收缩的肌电数据也达到峰值。随着身体重心的右移，左脚足底压力缓慢下降，左侧股直肌的肌电图振幅也迅速降低其数据趋近为零，左侧股直肌收缩完成一个肌电收缩时程。随着单脚支撑的结束，右脚触地双脚支撑阶段开始，右脚的足底压力迅速上升，与左脚一样出现一个缓冲平台，这样接球缓冲阶段随之结束，左右脚的足底压力同时达到峰值，右脚的足底压力高于左脚，通过录像看出与身体重心移向右侧有关。

图5 原始肌电与足底压力中心曲线同步图Figure 5 Synchronizing form of the lEMG and foot pressure

2.3.2 跳投起跳阶段原始肌电与足底压力同步图的研究与分析蹬地起跳过程中肌肉呈现出瞬间爆发式集中收缩的发力模式，股直肌和臀大肌向心收缩，右、左侧股直肌的肌电振幅值瞬间依次达到峰值，臀大肌和腹直肌的肌电幅值也达到峰值，与其相反的是蹬地阶段竖脊肌的肌电振幅却相对下降。腾空之前，竖脊肌持续放电，足底压力迅速下降，肌电振幅值也迅速下降，脚离开地面之前竖脊肌的肌电完成一个收缩时程，竖脊肌收缩时程较长，这是否与多数运动员的腰肌劳损有关有待研究证明。由图5看出腹直肌在左脚触地和双脚蹬地时有明显的幅值变化，其他时间段的原始肌电曲线比较平滑。

2.3.3 跳投腾空阶段原始肌电与足底压力同步图的研究与分析腾空阶段足底压力数值几乎为零，腾空时间接近0.6秒。肌电图显示左侧股直肌、臀大肌原始肌电曲线始终比较平滑，右侧股直肌、竖脊肌在离开地面瞬间有一个明显的收缩时程。通过录像看出，在接球后身体有含胸收腹的动作，腾空后身体完全伸展开，背部肌肉收缩，竖脊肌出现一个收缩时程。身体腾空到最高点下落瞬间腹直肌又首先开始收缩，其原始肌电振幅上升，以控制身体躯干的平衡。

2.3.4 跳投落地阶段原始肌电与足底压力同步图的研究与分析落地阶段股直肌和竖脊肌有明显的放电，臀大肌放电不明显，腹直肌放电结束。左右脚底压力都迅速上升，且升幅基本相同，由此看出腹直肌主要控制身体平衡，在落地缓冲过程中作用不明显。

3 结论和建议

（1）跳投的整个技术动作可以分成急停接球阶段、蹬地起跳阶段、腾空阶段和落地阶段，不同的肌肉在跳投的不同阶段发挥着不同的作用，表现出不同的肌电参数与足底压力的变化特点。

（2）在跳投的过程中，运动员跳到最高点时腹部肌群和背部肌群的收缩控制身体平衡，同时与足底反作用力相互协调用力，增加跳投动作的稳定性。发展运动员腹背部肌肉力量，提高队员的协调能力对跳投战术的发挥是很重要的，应该引起教练员的重视。

（3）建立了反应动作内部信息的肌电信号和反应外部特征的足底压力信号的同步测量模型，挖掘影响跳投命中率的内在因素，以此加深教练员对跳投运动规律的认识，为指导运动员进行跳投训练提供理论基础。

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[5]陆爱云.不同重量下男子抓举动作的生物力学特征[J].上海体育学院学报，2000，（24）3：58-61.

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Synchronizel Study on IEMG and Foot Pressure of Jump Shoot for Young Basketball Athletes

QI Chunyan1，WANG Laidong1，LI Chengliang2
（1.Dept.of PE，Nankai University，Tianjin 300071，China；2.Section of Basketball Teaching and Studying，Dept.of Coaching，Shenyang Institute of Physical Education，Shenyang 110102，China）

Using the measurement of IEMG，foot-scan insole and video，the IEMG and foot pressure of jump shoot for young basketball athletes who come from Liaoning young male basketball team and basketball team of Shenyang Institute of Physical Education were tested.The results showed that each muscle played different role during the jump shoot；There existed obvious difference in IEMG of erector spinae and rectus abdminis for different position；The percentage of load was different when the athletes in different position jumped and shoot；The sequence of the discharging was different for different position athletes；The foot center of gravity of high grade athletes moved on the straight line and changed evenly.The synchronizing form of the IEMG and foot pressure can make us recognize deeply action rule.

basketball athletes；jump shoot；IEMG；foot pressure

G 804.63

A

1005-0000（2010）05-0422-03

2009-10-13；

2010-09-03；录用日期：2010-09-10

齐春燕（1976-），女，山东德州人，讲师，在读博士研究生，研究方向为体育教学训练。