高水平射箭运动员动觉感受性的实验研究

2013-12-03王丽岩李安民

中国体育科技 2013年1期

王丽岩，李安民

1 前言

动觉（Kinesthesis）也称运动觉或本体感觉，它负责将身体运动的信息传入大脑，使个体对身体各部位的位置和运动有所觉知［9］。射箭运动属于间接竞技类准确性项目，其竞技能力的核心是准确性和稳定性。准确性要求运动员在做动作过程中的一致性和协调性，稳定性则要求运动员在动作过程中肢体特别是上肢良好的本体感觉，射箭的基本部分划分为举弓、开弓、靠弦、持续用力、瞄准、撒放几个阶段，每个阶段都需要上肢做动作［10］；由于射箭运动员在竞技过程中大部分时间处于“引而不发，跃如也”的状态［1］，要保证准确性和稳定性就要求运动员的上肢本体感觉更加精细。对于这种双臂协调对抗用力的静力性平衡项目，上肢关节的动觉本体感觉体现在精细的肌肉紧张感和运动幅度感。“动觉是对身体各部分位置变化与肌肉张力变化的感觉。动觉的感受器包括肌梭、腱梭与关节小体。其中，肌梭、腱梭是反映肌肉张力变化的感受器，关节小体是提供关节活动范围与速度方面信息的感受器”［6］。动觉作为精细本体感觉的代表，在射箭运动中没有受到足够的认识，尽管何洋等（2008）在对我国高水平射箭运动员选材指标与标准的研究中指出了肘关节的用力感与准确性是作为射箭运动员选才的重要指标，但是，并没有系统的研究上肢动觉感受性对射箭运动员成绩的影响［3］。上肢的力量和敏感性对于追求稳准项目来讲至关重要，但是，运动员双臂长时间的不同分工可能在动觉感受性上会有所差异，特别是对于双臂协调用力的射箭项目，如果持弓臂与拉弓臂在动觉敏感程度差异较大的话，可能会影响出箭的稳定性；同时，也会降低运动员利用动觉自我修正与调整能力。肩、肘、腕关节动觉感受性反映了中枢神经系统对上肢肌肉动作方式和肌肉动作力量的记忆和肌肉精细调节能力。本研究采用专家－新手研究范式，对高水平射箭运动员的腕关节、肘关节和肩关节的动觉感受性进行比较研究，预期假设为：射箭运动员的训练程度影响动觉感受性，运动员的持弓臂与拉弓臂的动觉感受性存在差异。

2 方法

2.1 被试

实验被试由7名国家队运动员和25名吉林省队运动员组成。根据研究需要，将被试按运动水平分为优秀组与一般组。优秀组包括国家级健将与一级运动员16人，其中，男、女运动员各8人；一般组包括国家二级与无等级运动员16人，其中，男、女运动员各8人。优秀组运动员平均年龄为25.56±4.78岁，平均训练年限为10.76±3.46年。一般组运动员平均年龄为18.52±2.66岁，平均训练年限为4.74±2.44年。实验后予以被试一定报酬。

2.2 设计

腕关节、肘关节和肩关节实验分别采用22双因素混合实验设计。自变量为运动水平以及持拉弓臂。其中，运动水平为组间变量，持拉弓臂为组内变量。因变量为被试关节的肌肉紧张感与运动幅度感（于晶，2005）［7］。其中，肌肉紧张感用真实标准力量刺激与复制力量刺激的误差来衡量（单位：g），运动幅度感用真实角度刺激与复制角度刺激的误差来衡量（单位：°）。

2.3 仪器

腕关节运动幅度感测试采用北京大学仪器厂生产的BD－Ⅱ－309型手腕动觉方位辨别仪，参数指标为：一个半圆仪和一个与半圆仪圆心处的轴相连的手托板。8个制止器，用主试的食指在半圆仪的周围上把它托起来或者放下去，它在圆周上的位置从30°到150°，各间隔20°。对各度数的标记共有两行，都是从0°到180°。上边一行的数字是按顺时针方向增加的，下边一行是按逆时针方向增加的；一个手掌支架；半圆仪的直径为190mm。仪器的尺寸为380250100mm。

肘关节和肩关节运动幅度感测试采用北京大学仪器厂生产的BD－Ⅱ－301型动觉方位辨别仪，参数指标为：一个半圆仪和一个与半圆仪圆心处的轴相连的一个鞍座。8个制止器，用实验者的食指在半圆仪的圆周上把它托起来或者放下去，它在圆周上的位置从30°到150°，各间隔20°。对各度数的标记共有两行，都是从0°到180°，上边一行的数字是按顺时针方向增加的，下边一行是按逆时针方向增加的；一个手臂支架，支架前端为位置可调的手指夹杆；半圆仪的直径为600mm，仪器尺寸为730340110mm，重量为6.3kg。

腕关节、肘关节和肩关节的肌肉紧张感测试采用北京大学仪器厂生产的BD－Ⅱ－602A型重量鉴别器，参数指标为：标准刺激重量块（1）：100g，外径 Φ50mm，高20mm；标准刺激重量块（2）：100g，外径Φ63mm，高20mm；标准刺激重量块3：100g，外径Φ40mm，高20mm；重量块第1组：112g、108g、104g、100g、96g、92g、88g共7件，外径均为Φ50mm，高20mm；重量块第2组：109g、106g、103g、100g、97g、94g、91g共7件，外径均为 Φ50mm，高20mm；重量块重量误差：±0.1g；重量块安放在仪器盒内。仪器盒尺寸：290290175mm。

2.4 程序

2.4.1 腕关节动觉感受性的测试

1.运动幅度感测试：在测试之前进行适度的热身运动，待心率达到安静心率时开始测试。在安静的房间内，将被试的肘关节和肩关节固定，被试戴上遮眼罩，根据实验要求将某个度数上的制止器从下方托起来。要求被试把他的手掌平放在支架上，从半圆仪的0°处摆动手腕直到碰到制止器为止。这一摆动的幅度为标准幅度。主试移去制止器，并将被试手腕复归到0°处，要求被试复制出他刚才摆动的幅度。记录实际幅度与标准幅度的偏差值，其偏差值就是被试的手腕动觉方位能力。如用右手必须按顺时针方向摆动，如用左手则按逆时针方向摆动。要求左、右手腕各做15次，标准幅度由主试在0°～180°之间任选。在正式实验之前，所有被试练习2次，以让被试熟悉过程。

2.肌肉紧张感测试：在安静的房间内，将被试的肘关节和肩关节固定，并戴上遮眼罩。采用重量鉴别器中的重量块第2组：共7件，重量分别为109g、106g、103g、100 g、97g、94g和91g，外径均为 Φ50mm，高20mm。要求被试坐在桌旁，手心朝上。将各刺激块的重量标签面朝下放置在桌面上。被试一对一对地比较其物体的重量，主试将一圆块放在实验手中，注意保持其重量感觉，2s后，拿下该圆块并放上另一块，与前面一块做重量比较，根据你对第2块对比第1块的轻重感觉，做出判断是“轻多少克”、“重多少克”还是“相等”，共做60次，左、右手各30次。实验时注意每次操作的时间距要求不超1s，以免第一感觉消失，两对间距要求不低于5s，以免各次产生比较干扰。

2.4.2 肘关节动觉感受性的测试

1.运动幅度感测试：在测试之前进行适度的热身运动，待心率达到安静心率时开始测试。在安静的房间内，将被试的腕关节和肩关节固定，被试戴上遮眼罩，主试根据实验要求将某个度数上的制止器从下方托起来。要求被试把他的前臂平放在鞍座与支架上，并用手指夹紧支架上手指夹杆（可依前臂长度调节此杆位置），从半圆仪的0°处摆动他的前臂直到碰到制止器为止。这一摆动的幅度为标准幅度。主试移去制止器，并将被试前臂复归到0°处。要求被试复制出他刚才摆动的幅度。记录实际幅度与标准幅度的偏差值，其偏差值就是被试肘关节的动觉方位能力。如用右臂必须按顺时针方向摆动，如用左臂则按逆时针方向摆动。实验一般要求左右臂各做15次，标准幅度由主试在0°～180°之间任选。在正式实验之前，所有被试练习2次，以让被试熟悉过程。

2.肌肉紧张感测试：在安静的房间内，将被试的腕关节和肩关节固定，并戴上遮掩罩。采用重量鉴别器中的重量块1组：共7件，重量分别为112g、108g、104g、100g、96g、92g和88g共7件，外径均为Φ50mm，高20mm。要求被试坐在桌旁，手心朝上，呈自然形状。将各刺激块的重量标签面朝下放置在桌面上。被试一对一对地比较其物体的重量，主试将一圆块放在被试实验前臂上，注意保持其重量感觉，2s后，拿下该圆块并放上另一块，与前面一块做重量比较，根据你对第2块对比第1块的轻重感觉做出判断：“轻多少克”、“重多少克”或“相等”，共做60次，左、右前臂各30次。实验时，注意每次操作的时间距要求不超2s以免第一感觉消失，两对间距要求不低于6 s，以免各次产生比较干扰。

2.4.3 肩关节动觉感受性的测试

1.运动幅度感测试：在测试之前进行适度的热身运动，待心率达到安静心率时开始测试。在安静的房间内，将被试的腕关节和肘关节固定，被试戴上遮眼罩，主试根据实验要求将某个度数上的制止器从下方托起来。要求被试把他的胳膊平放在鞍座与支架上，并用手指夹紧支架上手指夹杆（可依胳膊长短调节此杆位置），从半圆仪的0°处摆动他的胳膊直到碰到制止器为止。这一摆动的幅度为标准幅度。主试移去制止器，并将被试胳膊复归到0°处。要求被试复制出他刚才摆动的幅度。记录实际幅度与标准幅度的偏差值，其偏差值就是被试肩关节的动觉方位能力。如用右臂必须按顺时针方向摆动，如用左臂则按逆时针方向摆动。实验一般要求左右臂各做15次，标准幅度由主试在0°～180°之间任选。在正式实验之前，所有被试练习2次，以让被试熟悉过程。

2.肌肉紧张感测试：在安静的房间内，将被试的腕关节和肩关节固定，并戴上遮掩罩。采用重量鉴别器中的重量块第1组和第2组：每组7件，重量分别为112g、108 g、104g、100g、96g、92g、88g、109g、106g、103g、100 g、97g、94g和91g，共14件，外径均为 Φ50mm，高20 mm。要求被试坐在桌旁，手心朝上，呈自然形状。将各刺激块的重量标签面朝下放置在桌面上。被试一对一对地比较其物体的重量，主试将两个圆块组合悬挂在被试实验上臂上，注意保持其重量感觉，2s后，拿下该组块并放上另一组，与前面一组做重量比较，被试根据对第2块对比第1块的轻重感觉，做出判断是“轻多少克”、“重多少克”或“相等”的判断，共做60次，左右胳膊各30次。实验时注意每次操作的时间距要求不超3s以免第一感觉消失，两对间距要求不低于8s，以免各次产生比较干扰。

2.5 实验控制

动觉属于精细的本体感觉，因此对实验控制要求较高。在安静、整洁，温度和光度适中的实验室环境。被试的身体状况等尽量做到对等，对于生病或前一天饮酒或睡眠不足的被试延期测试。同时，要测试出精细本体感觉，整个测试期间，全体被试都佩戴遮眼罩。在测试中，为了避免在测试过程中产生练习效应，所有被试都练习相等的次数。同时，为了避免长时间测试拉弓臂或持弓臂使被试产生厌烦情绪或持久效应，被试在测试过程中左右臂以分组轮换形式进行。

2.6 数据处理

应用SPSS 18.0统计分析软件对数据进行处理，采用重复测量方差分析方法对数据进行统计分析。

3 结果

3.1 腕关节动觉感受性测试结果

3.1.1 腕关节运动幅度感测试结果

表1显示了腕关节运动幅度感测试结果，不同运动水平的运动员存在显著性差异，拉弓臂与持弓臂之间也存在显著性差异，但二者的交互作用不显著。

上述结果表明，优秀运动员（M＝0.98，SD＝0.05）腕关节运动幅度感误差得分明显低于一般运动员（M＝1.92，SD＝0.05）误差得分，说明优秀运动员腕关节运动幅度感优于一般运动员；而运动员拉弓臂（M＝1.29，SD＝0.04）的腕关节运动幅度感误差得分明显低于持弓臂（M＝1.60，SD＝0.04）误差得分，说明不管优秀运动员还是一般运动员，拉弓臂的腕关节运动幅度感优于持弓臂。

3.1.2 腕关节肌肉紧张感测试结果

表2显示了腕关节运动肌肉紧张感测试结果，不同运动水平的运动员存在显著性差异，拉弓臂与持弓臂之间也存在显著性差异，但二者的交互作用不显著。

上述结果表明，优秀运动员（M＝4.63，SD＝0.21）腕关节肌肉紧张感误差得分明显低于一般运动员（M＝6.32，SD＝0.21）误差得分，说明优秀运动员腕关节肌肉紧张感优于一般运动员；而运动员拉弓臂（M＝5.07，SD＝0.15）的腕关节肌肉紧张感误差得分明显低于持弓臂（M＝5.88，SD＝0.15）误差得分，说明不管优秀运动员还是一般运动员，拉弓臂的腕关节肌肉紧张感优于持弓臂。

表1 运动员腕关节运动幅度感方差分析一览表Table 1 Effects of ANOVA for the Range of Joint Sense of Athlete’s Wrist

表2 运动员腕关节肌肉紧张感方差分析一览表Table 2 Effects of ANOVA for the Muscle Tension of Athlete’s Wrist

3.2 肘关节动觉感受性测试结果

3.2.1 肘关节运动幅度感测试结果

表3显示了肘关节运动幅度感测试结果，不同运动水平的运动员存在显著性差异，拉弓臂与持弓臂之间也存在显著性差异，但二者的交互作用不显著。

上述结果表明，优秀运动员（M＝2.60，SD＝0.11）肘关节运动幅度感误差得分明显低于一般运动员（M＝4.02，SD＝0.11）误差得分，说明优秀运动员肘关节运动幅度感优于一般运动员；而运动员拉弓臂（M＝3.08，SD＝0.07）的肘关节运动幅度感误差得分明显低于持弓臂（M＝3.53，SD＝0.10）误差得分，说明不管优秀运动员还是一般运动员，拉弓臂的肘关节运动幅度感优于持弓臂。

表3 运动员肘关节运动幅度感方差分析一览表Table 3 Effects of ANOVA for the Range of Joint Sense of Athlete’s Elbow

3.2.2 肘关节肌肉紧张感测试结果

Study on the causes and prediction of summer precipitation in the Huanghuai area on different time scales

表4显示了肘关节运动肌肉紧张感测试结果，不同运动水平的运动员存在显著性差异，拉弓臂与持弓臂之间也存在显著性差异。但二者的交互作用不显著。

上述结果表明，优秀运动员（M＝5.40，SD＝0.20）肘关节肌肉紧张感误差得分明显低于一般运动员（M＝7.19，SD＝0.20）误差得分，说明优秀运动员肘关节肌肉紧张感优于一般运动员；而运动员拉弓臂（M＝5.71，SD＝0.16）的肘关节肌肉紧张感误差得分明显低于持弓臂（M＝6.88，SD＝0.14）误差得分，说明不管优秀运动员还是一般运动员，拉弓臂的肘关节肌肉紧张感优于持弓臂。

3.3 肩关节动觉感受性测试结果

3.3.1 肩关节运动幅度感测试结果

表5显示了肩关节运动幅度感测试结果，不同运动水平的运动员存在显著性差异，拉弓臂与持弓臂之间也存在显著性差异，但二者的交互作用不显著。

上述结果表明，优秀运动员（M＝3.20，SD＝0.11）肩关节运动幅度感误差得分明显低于一般运动员（M＝4.12，SD＝0.11）误差得分，说明优秀运动员肘关节运动幅度感优于一般运动员；而运动员拉弓臂（M＝4.03，SD＝0.15）的肩关节运动幅度感误差得分明显高于持弓臂（M＝3.36，SD＝0.08）误差得分，说明在肩关节运动幅度感觉测试中，并没有像腕关节和肩关节一样拉弓臂优于持弓臂，而出现了不管优秀运动员还是一般运动员，持弓臂的肘关节运动幅度感优于拉弓臂的现象。

3.3.2 肩关节肌肉紧张感测试结果

表6显示了肩关节关节运动肌肉紧张感测试结果，不同运动水平的运动员存在显著性差异，拉弓臂与持弓臂之间也存在显著性差异，但二者的交互作用不显著。

上述结果表明，优秀运动员（M＝5.03，SD＝0.18）肩关节肌肉紧张感误差得分明显低于一般运动员（M＝6.65，SD＝0.18）误差得分，说明优秀运动员肩关节肌肉紧张感优于一般运动员；而运动员拉弓臂（M＝6.24，SD＝0.16）的肩关节肌肉紧张感误差得分明显低于持弓臂（M＝5.43，SD＝0.14）误差得分，说明在肩关节肌肉紧张感测试中并没有像腕关节和肩关节一样拉弓臂优于持弓臂，而出现了不管优秀运动员还是一般运动员，持弓臂的肩关节运动幅度感优于拉弓臂的现象。

表4 运动员肘关节肌肉紧张感方差分析一览表Table 4 Effects of ANOVA for the Muscle Tension of Athlete’s Elbow

表5 运动员肩关节运动幅度感方差分析一览表Table 5 Effects of ANOVA for the Range of Joint Sense of Athlete’s Shoulder

表6 运动员肩关节肌肉紧张感方差分析一览表Table 6 Effects of ANOVA for the Muscle Tension of Athlete’s Shoulder

4 讨论

射箭运动核心竞技能力表现在上肢稳定性和协调性。人体上肢中腕关节2个自由度，肘关节1个自由度，肩关节2个自由度，整个上肢在射箭运动中是个多关节多自由度的运动链，增加了上肢灵活性的同时，也为上肢的运动控制增加困难；射箭运动要保持稳定性和协调性的同时还要保持静力性平衡，这对上肢的3个大关节的本体感觉要求很高。

本研究验证了预期假设，研究结果表明，射箭运动员在动觉感受性上存在运动水平之间的差异，优秀运动员在腕关节、肘关节和肩关节的动觉感受性上显著优于一般运动员，人类的运动反馈和技能学习主要依靠两方面的信息反馈系统，一个是视觉信息系统，另一个就是动觉信息系统。通常做动作时，主要依靠视觉信息系统，但对于射箭运动来说，通过本研究结果也可以确定，动觉的感受性与运动训练的程度有关，训练程度越高，动觉感受性越高。动觉信息反馈系统可能对于优秀射箭运动员来讲是一个非常重要的条件。Carl P.Gabbard（2000）指出，虽然动觉信息不是确定各种活动模式的惟一决定因素，但它确提供了身体所处状况和动作姿势的相关信息。这种感觉是所有活动的基础，并与视觉等一起调节运动技能的学习与获得［11］。石岩等（2000）的研究同样表明了动觉感受性的提高对于射箭绩效的提高作用，即通过夜间训练，减少视觉信息系统的参与，增加了射箭运动员的动觉感受性，从而提高了射箭成绩［4］。早在1964年，许尚侠（1964）就对上肢关节动觉感受性与运动训练之间的关系进行了研究，不同项目、不同水平运动员的上肢动觉感受性存在明显差异［5］。本研究与许尚侠的研究相一致，优秀运动员的动觉感受性明显优于一般运动员。于晶（2008）对摔跤运动员的动觉感受性进行了研究，得出同样的结论，即优秀运动员颈部和腰部的动觉感受性比之一般运动员更为敏感［8］。尽管她的研究是关于大关节运动的动觉感受性的，一般来讲，关节越小，动觉感受性的敏感性越强，就本研究来讲，可能动觉感受性对于射箭运动员比之摔跤运动员更为重要。

但是，肩关节并没有像腕关节与肘关节一样，拉弓臂动觉感受性优于持弓臂。相反，在肩关节的动觉感受性上，持弓臂动觉感受性明显优于拉弓臂的动觉感受性。在射箭运动中，持弓臂伸直近似于刚体，而作用力主要在拉弓臂上。持弓臂的腕关节近似固定，而拉弓臂的腕关节则需要每次都进行调整以增加控制稳定性和协调性。因此，拉弓臂的腕关节动觉感受性优于持弓臂。对于肘关节可以做同样的解释。对于肩关节来说，持弓臂负荷的力不仅包括水平方向的拉弓臂的牵拉，而且还包括弓箭等器械的所产生的重力。可以说，整个射箭动作所产生的负荷几乎都加在了持弓臂上，在整个持弓臂伸直的过程中，还要克服本身所产生的力矩。对持弓臂肩关节以及背部肌肉要求更高。关节小体在持续的刺激作用下可能更为敏感。

这一研究结果提示，在对射箭运动员上肢力量进行训练的同时，可以增加提高动觉感受性的训练，特别是似动训练。黄强等（2003）研究认为，动觉训练的早期介入提高了动作记忆信息贮存的编码一致性，避免了以视觉监督为主转化为以动觉监督为主过程中编码混乱的干扰，从而提高了动作链的熟练程度，即动作链的长时性记忆水平并能够提高肌肉工作记忆的一致性［2］。良好的手段是屏蔽对视觉等外部感觉的依赖，增加本体感觉的练习量和练习强度，比如夜训或带眼罩训练；同时，应该加强持弓臂肩关节的动觉感受性的训练，增加持弓臂对“弓箭”等器械的敏感程度，以提高动作的一致性和稳定性。