优秀速滑选手于静实地滑冰和陆上模拟滑冰肌电特征比较研究

吴新炎，陈月亮，李芙蓉

速度滑冰按设施条件分为陆上训练期和冰上训练期，我国速度滑冰冰上训练每年从9月中旬开始到次年3月初结束，持续时间大约6个月，冰期结束后休息调整1个月，纯非冰期陆上训练时间达5个月之久。陆上训练具有举足轻重的作用，且陆上训练的强度是冰上训练所无法达到的，从总的负荷来看，无论是在负荷量还是负荷强度上，似有陆上训练高于冰上训练的趋势[1]。要保证陆上训练期的效果在冰上训练期得以体现，纯非冰期陆上训练保持冰上滑跑的动作感觉非常重要。

访谈国家队教练员和队员，结合长期的跟队观察，发现国家队在纯非冰期陆上训练保持冰上滑跑的动作感觉主要靠陆上模拟滑跑动作来实现。于静作为我国500 m短距离速度滑冰优秀运动员，曾在哈萨克斯坦亚冬会获500 m冠军，2011-2012赛季世界锦标赛500 m冠军，且是世界上第一个500 m滑进37 s的速滑选手，其在纯非冰期陆上训练过程中长期以陆上模拟滑跑来保持滑跑感觉，尤其是力量训练以此为手段来体会动作，发展协调力量。

在国家队训练基地与冯教练和王北星、于静、张虹等运动员进行交流了解到：陆上模拟滑跑训练目的主要是在陆上训练期保持直道滑跑动作感觉并体会技术细节。为对陆上模拟滑跑训练进行科学客观的评价，本研究以速滑运动员于静为实验对象，对于静冰上途中滑跑和陆上模拟滑跑进行运动学和肌电特征比较分析，探讨陆地模拟滑冰能否达到预期训练效果。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

以中国女子速度滑冰队短距离项目一线队员于静为测试对象。运动员测试前通过辅导，理解实验意图。

1.2 研究方法

1.2.1 实验法 （1）实验相关仪器：TM－6710CL高速摄像机和芬兰MEGA电子有限公司生产的ME6000－T8肌电测试系统。

（2）实验数据采集与处理：运动学数据使用TM－6710CL高速摄像机进行采集，采样频率为120 Hz。采集范围包括冰上直道左右腿单腿动作周期和模拟滑冰左右腿单腿动作周期（从发力脚离地起到发力脚离地止为一完整周期，见图1、图2），摄像时运动员主要关节均贴有反光标志点，便于提高图像数字化的精确性。采用芬兰MEGA电子有限公司生产的ME6000－T8肌电测试系统采集半腱肌、腓肠肌外侧头、股二头肌、股四头肌内侧头、股四头肌外侧头、股四头肌直肌、胫骨前肌和臀大肌等肌肉肌电数据。

（3）实验控制：实地滑冰和模拟滑跑实验前准备活动内容、负荷一致，要求实验时竭尽全力。实地滑冰采集第1个直道4～8连续5个动作周期，在进行模拟滑跑动作前先进行模拟起跑练习，采集4～8连续5个动作周期。通过实验前和实验过程中素材选择的控制，确保实验数据峰值、积分肌电值等不受肌肉疲劳程度的影响。

图1 冰上直道左腿Figure 1 The left leg in the straight skating

图2 陆上模拟直道左腿Figure 2 The left leg on the land to simulate ice straight skating

1.2.2 数理统计法 采用SPSS17．0软件处理数据，采用统计学配对 T 检验分析得出相关参数，显著性 P＜0．05，非常显著性 P＜0．01。

2 研究结果与分析

RMS是指放电有效值，用来描述一段时间内肌电的平均变化特征，指此段时间内所有振幅的均方根值，也反映一定时间内肌肉放电的平均水平，与运动单位的募集以及兴奋性有关系[2]。本研究先对原始肌电图连续5次单步动作周期进行RMS时域转化，后对连续5次RMS平均化，最终得出实地滑冰和陆上模拟滑冰的平均肌电图（见图3、图4）。平均肌电图可以更好地评定肌肉是否参与活动、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[3－4]。

2.1 单步周期动作时相划分及各阶段用时比较分析

图3 实地滑冰RMSFigure 3 The RMS of actual skating

2.1.1 单步周期动作时相划分 速度滑冰单步动作周期起止点定义为从发力脚离地起到发力脚离地止，与图3、图4各肌肉肌电图起止点同步。本研究支撑脚的空间状态把单步动作周期划分为摆动期和蹬冰期：支撑脚处于空中状态为摆动期，处于触冰（地）状态为蹬冰期。根据膝关节运动主动肌收缩方式和角度的不同，摆动期可分为收腿阶段和落腿阶段，蹬冰期可分为重心转移阶段和蹬冰阶段。收腿阶段：股后肌群表现为向心收缩，膝关节角度逐渐减小；落腿阶段：股四头肌表现为离心收缩，膝关节角度逐渐增大；重心转移阶段：股四头肌表现为等长收缩，膝关节角度逐渐不变；蹬冰阶段：股四头肌表现为离心收缩，膝关节角度逐渐增大。

2.1.2 各阶段用时比较分析 在一个单步周期里摆动期占时30%，蹬冰期重心转移阶段占时25%～45%是一个合理的指标，个体差异较大[5]。结合单步周期各阶段膝关节主动肌用力特征，实地滑冰和模拟滑冰摆动期占时分别为37%和46%，蹬冰期重心转移阶段占时分别为31%和24%，蹬冰期蹬冰阶段占时分别为32%和30%，实地滑冰和模拟滑冰单步周期各阶段时间百分比不一致，影响速滑成绩最重要的指标是蹬冰阶段快速蹬伸功率，功率越大，成绩越好（见图3、图4）。结合陆上模拟滑跑、实地滑冰两者蹬冰阶段用时比例可以发现，两者蹬冰阶段用时存在非常显著性差异，而两者膝关节运动角度大小在实验中一致，因此，蹬冰阶段肌肉做功位移一致（见表1），依据运动学公式s=v*t，可以得出两者蹬冰阶段动作速度存在非常显著的差异。

表1 于静单步周期时间Table 1 The time of Yu jing's single-step cycle

2.2 单步周期肌肉活动各阶段振幅曲线分别比较分析

2.2.1 摆动期振幅曲线比较分析 收腿阶段模拟滑冰主动肌股后肌群半膜肌明显放电，股二头肌基本没有放电活动，实地滑冰半膜肌和股二头肌均明显放电（见图3、图4）。说明：摆动期向心收缩时两者肌肉用力方式不一致，同时拮抗肌放电也不一致，实地滑冰拮抗肌股四头肌内、外侧头和股直肌均有放电现象，而陆上模拟滑冰只股四头肌直肌有放电现象。原因在于实地滑冰需长期克服冰刀重力而产生拮抗肌整个肌群共收缩，以更好的维持关节稳定性，这种现象表明收腿阶段两者肌肉的协调模式不一致。落腿阶段实地滑冰和陆上模拟滑冰蹬伸肌群股四头肌均有放电现象，但从振幅峰值和振幅曲线上看，实地滑冰放电强度明显强于陆上模拟滑冰。

2.2.2 蹬冰期振幅曲线比较分析 实地滑冰和陆地模拟滑冰肌肉放电在蹬冰期均表现出典型的“双峰现象”，即重心转移阶段和蹬冰阶段股四头肌直肌和股四头肌内、外侧头放电均逐步增加至峰值后逐步降至最低点；拮抗肌表现出强烈的“共激活”现象，即两者肌肉的协调模式基本一致，但从振幅曲线来看，实地滑冰股四头肌和拮抗肌股后肌群放电强度明显强于陆地模拟滑冰（见图3、图4）。重心转移阶段肌肉静力做功，两者动作结构一致，动作完成时间虽然有显著性差异，但在实验条件下不应造成肌肉放电强度明显差异。考虑整体下肢的运动链条，认为主要原因应是冰刀触地面积更小，维持膝关节稳定性需要肌肉更强烈地放电。为了验证这个观点，攻关组对于静做了穿刀和不穿刀的60/s和240/s低高速等动肌力测试，发现穿刀和不穿刀的肌力比（转化率）在80%以下，同时发现肌电在穿刀时参与明显增加。蹬冰阶段两者动作速度有显著性差异，在阻力恒定条件下速度越快肌肉放电强度会更明显，穿刀也会造成肌肉放电更强烈。

蹬冰期踝关节使身体在远端固定，重心转移阶段蹬冰阶段踝关节背屈，胫骨前肌为主动肌，随着膝关节角度变大，踝关节由背屈足部变为拓屈，主动肌也由胫骨前肌变为腓肠肌，图3振幅波动符合速度滑冰这一运动学特征。蹬冰期全过程最大用力肌肉为胫骨前肌，踝关节始终保持背屈，关节运动不一致，肌肉协调模式也不一致（见图4）。

实地滑冰在单步周期各阶段，腿部主要用力，肌肉放电明显强于陆上模拟滑冰，两者各阶段肌肉用力协调模式也存在不一致，在蹬冰期踝关节运动方式都存在差异。力量训练时肌肉放电强度低于实际滑冰时的肌肉放电强度，陆上模拟滑冰不适合作为模拟完整速滑技术动作力量练习手段，肌肉用力协调模式和关节运动方式存在差异会给运动员错误的体验信息，长期练习甚至会让运动形成错误的动作定型。

2.3 单步周期肌肉活动总体比较分析

2.3.1 IEMG与IEMG/s比较分析 IEMG是指在一定时间内肌肉中参与活动的运动单位放电的总量，即在时间不变的前提下，其值的大小在一定程度上反映参加工作的运动单位的数量多少和每个运动单位的放电大小[6]。IEMG/s大，表明力量练习时刺激使神经传导的同步性增大、传导的冲动增强，使肌肉动员和参与活动的运动单位多且兴奋度高。由于IEMG/s受动作电位振幅和放电频率影响，动作电位的振幅代表放电的强度，取决于参加收缩的肌纤维或运动单位数量；放电频率主要取决于运动单位兴奋活动的强弱，IEMG则综合反映这2个因素[7]。于静实地滑冰和陆上模拟滑冰单步周期在时间上存在显著性差异，同一动作结构，不同速度和时间情况下肌肉IEMG不会有显著差异[7]。在实验条件下，陆上模拟滑冰胫骨前肌、股四头肌和半腱肌IEMG明显大于实地滑冰，有显著性差异（P＜0．05），这说明两者动作结构不一致。IEMG/s能比IEMG更好地反映肌肉收缩时动员的运动单位数量和兴奋程度，即放电强度。于静实地滑冰和陆地模拟滑冰腿部各块肌肉IEMG/s都存在非常显著的差异（P＜0．01），表明于静实地滑冰腿部各肌肉放电强度明显强于陆地模拟滑冰（见表2）。

表2 于静实地滑冰和陆地模拟滑冰腿部肌肉IEMG/sTable 2 Yu jing's leg muscles IEMG/s in actual skating and analog skating

2.3.2 肌肉贡献度比较分析 杨静宜认为，同一个体股四头肌在做离心运动时，不论运动速度快慢，股四头肌各侧头肌肉贡献百分比基本不变[7]，这说明在同一技术动作机构下，主要用力肌肉的肌肉贡献度和技术动作的速度、时间没有关联性。于静实地滑冰和陆上模拟滑冰腿部各肌肉贡献度均不一致，特别是主要用力肌肉股四头肌内侧头和股二头肌存在显著性差异（P＜0．05），说明于静实地滑冰和陆上模拟滑冰技术动作结构不一致（见表3、图5、图6）。于静实地滑冰和陆上模拟滑冰股四头肌和骨后肌群放电主要体现在蹬冰期，摆动期放电微弱，基本可以忽略不计（见图3、图4）。实地滑冰股四头肌肌肉贡献度明显小于陆上模拟滑冰，但股后肌群肌肉贡献度却明显大于陆上模拟滑冰，这说明在蹬冰期作为拮抗肌的股后肌群在实地滑冰的“共激活”现象明显强于陆上模拟滑冰，即于静实地滑冰和陆上模拟滑冰腿部肌肉协调模式存在差异（见表3、图5、图6）。

表3 于静实地滑冰和陆地模拟滑冰腿部肌肉肌电贡献值比较Tablele 3 Comparison of Yu jing's leg muscles EMG contribution value in actual skating and analog skating

图5 于静实地滑冰腿部各肌肉肌电贡献值示意图Figure 5 Yujing's legmuscles EMGcontribution value inactual skating

图6 于静陆地模拟滑冰腿部各肌肉肌电贡献值示意图Fig.6 Yujing'slegmuscles EMGcontributionvalueinanalogskating

2.3.3 肌电峰值比较分析 肌电峰值代表肌肉的最大放电强度[8－11]，可以看出肌肉的最大用力程度。于静实地滑冰腿部各块肌肉肌电峰值均大于陆地模拟滑冰，股四头肌内、外侧头存在显著性差异（P＜0．05），股二头肌和半腱肌存在非常显著性差异（P＜0．01）（见表 4）。

表4 于静实地滑冰和陆地模拟滑冰腿部肌肉肌电峰值Table 4 Yu jing's leg muscles EMG peak in actual skating and analog skating

3 讨 论

于静实地滑冰和陆地模拟滑冰单步周期摆动期和蹬冰期阶段均非常明显，动作环节构成上极其形似（见图3、图4）。但足底装备不同和运动时间的差异造成运动方式和肌肉协调模式不同，陆上模拟滑冰腿部各肌肉放电强度、最大用力均小于实地滑冰，且肌肉用力的协调模式也存在差异。表明：陆上模拟滑冰作为陆上训练期保持滑跑感觉、体验滑跑技术细节不合理，长期坚持练习对改进滑冰技术动作细节可能会有负面影响。研究结果证明：陆上模拟滑冰实现不了教练员和运动员的意图，反映我国速滑训练重视负荷，轻视技术训练，技术训练“形似神无”的问题依然存在[12]。两者蹬冰期动作结构相似，在对足底进行改进，采用合适方法控制动作完成时间后应该可以实现训练意图。日本速滑模拟直道滑跑就是采用光滑木地板两边加挡板来控制动作完成时间，我国速滑训练也要狠抓细节。

4 结 论

（1）陆地模拟滑冰单步周期各动作阶段用时明显长于实地滑冰；（2）于静实地滑冰和陆地模拟滑冰单步周期技术动作构成不一致；（3）于静实地滑冰和陆地模拟滑冰单步周期各阶段腿部肌肉放电强度存在差异，从单步周期总体来看，实地滑冰腿部各块肌肉放电强度非常明显强于陆地模拟滑冰；（4）于静实地滑冰腿部各块肌肉最大用力程度都要大于陆地模拟滑冰，其中作为蹬伸肌群的主要用力肌肉股四头肌和拮抗肌股后肌群尤其明显。

[1]朱承翼.中国教练员岗位培训教材，速滑运动[M].北京：人民体育出版社，1996.

[2]乔柱.递增负荷下短跑运动员全蹲时臀部肌肉与股二头肌表面肌电变化特征研究[J].沈阳体育学院学报，2011，30（8）：78-81.

[3]刘述芝.我国优秀男子跳远运动员起跳环节肌肉用力特征及其训练监测系统开发的研究[D].上海：上海体育学院，2011.

[4]罗炯，金季春.表面肌电的处理方法及在体育科研中应用前景[J].福建体育科技，2005，24（2）：31-34.

[5]季林红.同步肌电分析方法及其应用王子羲[J].中国康复医学杂志，2006，21（2）：169-171.

[6]李琛，刘述芝.优秀男子跳远运动员起跳动作运动学与肌电的特征[J].武汉体育学院学报，2011，45（6）：63-68.

[7]杨静宜，王瑞元.股四头肌等速向心收缩肌电图测定与分析[J].北京体育大学学报，1995，18（4）：28-41.

[8]林嘉，陈小平.肌电与足底压力同步测量在对我国优秀速滑运动员蹬冰单步周期研究中的应用[J].天津体育学院学报，2006，21（3）：201-204.

[9]王健，金小刚.表面肌电信号分析及其应用研究[J].中国体育科技，2000，36（8）：26-28.

[10]曲峰.运动员表面肌电信号与分形[M].北京：北京体育大学出版社，2008.

[11]华立君，宋吉锐.排球运动员下肢肌力与肌电特征的相关研究[J].沈阳体育学院学报，2007，26（4）：68-71.

[12]陈月亮.我国优秀短距离速滑运动员体能训练的理论与实践研究——以500米项目为例北京[M].北京：北京体育大学出版社，2009.