短跑道速滑起跑动作及肌电图分析

俞劲楠,伊藤章,吉井健悟

（1.大阪体育大学运动科学研究科,日本大阪 5900496;2.平成医疗学院,日本大阪 5731136）

短跑道速滑起跑动作及肌电图分析

俞劲楠1,伊藤章1,吉井健悟2

（1.大阪体育大学运动科学研究科,日本大阪 5900496;2.平成医疗学院,日本大阪 5731136）

运用三台高速摄影机对三名优秀女子短道速度滑冰运动员起跑动作进行解析分析。研究表明:在起跑过程中股关节始终保持着外转位,在整个身体倾斜的状态下发挥着蹬冰力,臀中肌在这样的动作中起到了决定性的作用。在肌电图的解析中,利用足关节的屈曲动作既完成了移动身体重心又保持了身体前倾,在这样的状态下进行蹬冰的过程中,胫骨前肌起到了极其重要的作用。因此,对臀中肌及胫骨前肌,应采取积极的训练。

短道速度滑冰;肌电图;三次元动作分析

1 研究目的

短跑道速度滑冰（下略短道速滑）是一项以顺位先后决定胜负的冬季体育项目。特别是500m这一项目,起跑后的占位对最后胜负的结果起着重要的影响。500m项目作为中国冬季奥运会重点项目,起跑练习受到很多运动员的关注[1～3],通过生物力学的手段对起跑技术动作进行科学性的分析,希望这样尝试性的研究,能对短道速滑教练员及运动员,在提高竞技水平的课题上有所帮助。

2 研究对象

属于日本国上流水平俱乐部的女子大学生选手三名,基本情况见表1。

本次试验是在对教练员及运动员进行详细说明并得到同意后进行的。

表1 运动员基本情况

3 研究方法及数据处理

本次试验实施于2004年9月15日,长野县冈谷市强化集训期间。试验使用（DSR-PD150;SONY制）三次元动作分析用固定摄像机两台及水平移动摄像机一台,以每秒60帧速度进行了拍摄。两台固定摄像机分别放置于冰场护墙外,受验者的正面及左侧面,水平移动摄像机设置在后左侧面。为了计算三次元坐标值,在实验前对72个即知的三次元坐标值进行了拍摄。即而,前进方向的右侧为X轴,前进方向为Y轴,垂直上方为Z轴。同时,使用（WEB-5500;日本光电社制）遥测式肌电计（EMG）,在实施褪皮质及消毒过程后,将间隔20mm的表面电极固定,对电极间抵抗值（5kΩ以下）进行确认,采用双曲诱导法导出并收录了右下肢8处肌肉的活动状况。试技距离为一周半,并且在试技后收录了8处肌肉的最大肌肉出力EMG[4]。

图1 关节角度的定义

运动员录像资料使用动作分析软件（F-D I AS;DKH）对身体24点坐标值计测,进行剪片、打点,运用DLT（Direct Linear TransformationMethod）方法进行三维合成及数据平滑处理。角度定义见图1。本次试验把着冰开始到离冰结束期间定为接冰期,离冰开始到再次着冰期间定为离冰（空运）期。从已有数据中,分别对重心水平速度、步幅、螺距（pitch）及股关节、膝关节、足关节的角度变化进行了分析,并绘成了曲线图。对EMG数据进行了20Hz的High-pass filter全波整流处理。并分别对接冰期与离冰期进行了积分处理,再计算出平均振幅,然后利用最大肌肉出力EMG得出的平均振幅计算出试技中的肌肉出力（%E MG）。

4 研究结果

4.1 滑走速度、步幅、螺距

随着步数的增加三名受验者几乎同样都达到了5m/s的速度（见图2）。步幅从第一步（约0.35m）到第五步（1.35m）逐渐增长,第一步的螺距数值较高（6.5步/秒）,之后则维持在（3.5步/秒）的状态（见图3）。

图2 起跑步数和滑跑速度的关系

图3 起跑步幅与起跑速度的变化

4.2 三次元动作

股关节在接冰期一直保持着屈曲、外转、外旋位,同时进行伸展。离冰期同样保持着屈曲和外转位以屈曲结束,离冰期的中间段发生内旋动作。膝关节在接冰期以伸展动作完成,离冰期则以前期的屈曲动作及后期的伸展动作完成。足关节在接冰期相对上述两关节角度变化较小,只有在接冰与离冰的交接段发生了屈曲后再伸展的动作（见图4）。

4.3 %EMG

图4 右下肢关节角度变化式样

图5 起跑时肌肉放电式样（右下肢）

通过E MG的数据观察到,[5]在接冰期臀中肌、股外侧肌、胫骨前肌有比较明显的放电。其中,决定股关节伸展运动的主要肌肉中,臀中肌的放电量明显显著于臀大肌,这一现象说明,股关节在保持外转和外旋位的同时,进行伸展这一动作,臀中肌的作用力要大于臀大肌。臀中肌活动可以视为短道速滑有特征性的肌肉活动。其次,在决定膝关节伸展运动的主要肌肉中,股外侧肌有较强的放电,相对比股直肌的放电量较弱。这一现象可以解释为,股外侧肌是只参与膝关节伸展的肌肉,而股直肌则既参与膝关节的伸展又参与股关节的屈曲的肌肉。如果股直肌在膝关节伸展过程中过于积极活动,有可能抑制股关节的伸展,因此在训练过程中要考虑到伴随着股关节伸展动作的膝关节伸展肌群训练。胫骨前肌和腓肠肌是参与足关节运动的主要肌肉,为了保持身体前倾姿势,足关节在接冰期始终保持着屈曲位的状态,离

冰期则为防止极端的冰刀尖触冰而产生摔倒,在离冰的瞬间伸展后马上又回到了刀刃与冰面接近水平位的屈曲动作,于是在这一过程中胫骨前肌的放电量极其显著,而腓肠肌的放电量则极其微弱。因此可以认为胫骨前肌在这个动作前进过程中起着重要的作用（见图5）。

4.4 骨盆水平回旋角度与足向角

起跑出发后的每一步都是以足外展的动作着冰,随着蹬冰前进足外展角度逐渐增大,蹬冰足侧的骨盆也同时随之向后方进行了水平回旋,这说明不仅是下肢肌群发挥了蹬冰力,骨盆运动也积极参加了蹬冰前进的工作。所以参与骨盆运动的体干肌群也应视为训练的重点。

5 结论

通过对试验结果的分析,对短道速滑起跑动作及肌肉活动的特征有了初步的认识,尝试着为训练手段提供了一些建议。在起跑动过程中股关节始终保持着外转位,在整个身体倾斜的状态下发挥着蹬冰力,臀中肌在这样的动作中起到了决定性的作用。因此,臀中肌的作用可以视为短道速滑起跑动作中具有特征性的肌肉,是应采取针对性训练的对象之一。

在膝关节伸肌群的训练中,应考虑到股关节和膝关节同时伸展的动作,如果股直肌在膝关节伸展过程中过于积极活动,有可能抑制股关节的伸展,因此,在训练过程中要考虑到伴随着股关节伸展动作的膝关节伸展肌群的训练。

为了能更有效地发挥蹬冰力,可以利用足关节的屈曲动作,既能完成移动身体中心,又能保持身体前倾,在这样的状态下进行蹬冰的过程中,胫骨前肌起到了极其重要的作用。因此,对保持足关节在蹬冰过程中屈曲动作的胫骨前肌,应加强训练,以提高运动员的技术水平。

[1] de BoerRW.,Schermerhorn P.,Gademan J.,et al.Characteristic stroke mechanics of elite and trained male speed skaters[J]. Int J SportBiomechanics,1986,2:175～185.

[2] de Boer RW.,Nilsen K.The gliding and push-off technique of male and female olympic speed skaters[J].IntJ SportBiomechanics,1998,5:119-134..

[3] 平野裕一.シヨート?トラツク?スピードスケート[J].バイオメカニクス研究,1998,2（4）,263～267.

[4] 井川正治,小松秀司,野村直司,他.EMGと16mm映画撮影によるスピードスケート模擬トレーニングの検討[A].日本体育学会大会号[C].1980,31,596.

[5] 伊藤章,斉藤昌久,淵本隆文.スタートダツシユにおける下肢関節のピツクトルクとピツクパワ-、および筋放電パターンの変化[J].体育研究,1997,42（2）,71～83.

Kinematic and EM G Analysis of Start in short track Speed Skating

YU Jin-nan,ITO Akira,YOSH II Kengo
（Osaka University of Health and Sport Sciences,Osaka 5900496,Japan）

This research clarifies the distinct features ofmovement and muscular activity in short track speed skating and thereby attempts to provide infor mation useful for physical training,and proposals regarding training specific to short track.The electromyogram was divided into a kick period and a swingperiod,andwe calculated the relative value of average amplitude（%aEMG）to that duringmaximalmuscular exertion,respectively.High muscular activity was observed at the tibialis anterior muscle.It is thought that,in the swing period,this acted to lift the toe of blade while bringing the foot forward.In thisway,therewas a strong electrical discharge at the tibialis anteriormuscle during both the kick period and s wing period,and it is likely that thismuscle should be focused on during training aswell.

short track speed skating;electromyograms（EMG）;3-di mensionalmovement analysis

G822.1

A

1008-8571（2010）01-0119-03

2009-11-04

俞劲楠（1976—）,女,黑龙江哈尔滨人,硕士,研究方向:运动生物力学。

伊藤章（1948—）,男,日本大阪人,教授,博士生导师,研究方向:运动生物力学。

古井健悟（1975—）,男,日本大阪人,讲师,博士,研究方向:运动生物力学。