优秀男子散打运动员鞭腿技术运动学分析及表面肌电特征研究

陈玉民

(中国民航飞行学院,四川 广汉 618301)

优秀男子散打运动员鞭腿技术运动学分析及表面肌电特征研究

陈玉民

(中国民航飞行学院,四川 广汉 618301)

采用三维录像解析法和表面肌电(sEMG)分析法,探讨8名男子散打健将鞭腿动作时,鞭打腿下肢的关节速度、角度等运动学参数和主要肌群积分肌电、参与百分比等。发现优秀男子散打运动员鞭腿技术的运动学及主要参与肌群的生物学规律,为运动员科学训练提供定量依据。

散打；鞭腿；运动学分析；表面肌电

鞭腿是散打技术中最具有威力的腿法之一[1],因动作突然性强、力量大、速度快、打击范围广,是散打运动员在比赛中最重要的得分手段之一[2]。通过查阅文献[3-6]和录像统计,了解近5年(2008-2013)全国重要散打赛事中优秀运动员腿法使用情况,发现“鞭腿”是运用相对多的技术,在所有腿法中占有比重最大(80％以上),且成功率最高(39.5％以上)。目前关于散打鞭腿技术的研究主要在技战术统计[4-6]和动作的运动学分析[1,2,7]方面,只有一篇文献使用表面肌电报道散打运动员下肢主要肌群的放电情况[8],且缺乏较大的样本。为此,本研究选取8名优秀男子散打运动员为研究对象,从运动学和表面肌电角度对“鞭腿”技术进行量化,探究其内在的运动学和生物学规律,将丰富和发展散打的理论知识。

1 研究对象与方法

1.1研究对象

以山东省8名优秀散打运动员为研究对象,年龄23.52±2.80岁,身高179.06±3.79cm,体重73.40±8. 17kg,运动等级均为国家级健将。8名受试者的鞭打腿无明显关节、肌肉损伤,且自愿完成本次测试。

1.2研究方法

1.2.1 三维录像解析法

两台德国产Basler 602f高速摄像机(拍摄频率100Hz)从不同角度(两台摄像机主光轴夹角为90°)拍摄了8名受试者在训练中完成的鞭腿动作,每名受试者正确完成3次,使用德国SIMI解析系统对拍摄的录像进行解析,选用日本松井秀治男子人体模型(16个环节,22个关节点),截断频率为8Hz的低通数字滤波对原始数据进行平滑处理,获取8名受试者鞭打腿运动学参数。

1.2.2 表面肌电分析法

采用芬兰产Mega win T8通道表面肌电测试仪(采样频率1000Hz),收集8名受试者鞭打腿的臀大肌(GM)、股直肌(RF)、股外侧肌(VL)、股二头肌(BF)、缝匠肌(S)、阔筋膜张肌(TFL)、腓肠肌(GC)和胫骨前肌(TA)八块肌肉的电信号。用酒精棉球清洁电极粘贴部位的皮肤,使用上海申风产一次性电极片(型号932F35),三电极导出方式。两个标准表面肌电电极粘贴于每块测试肌肉的肌腹,间隔约3cm。在专门的实验人员操作下,利用Mega系统自带的同步装置把三维录像和肌电采集信号进行同步,以保证试验的可靠性以及准确性。

2 研究结果

为了便于问题的讨论,本研究把一个完整的鞭腿动作划分为五个时刻(a.预备姿势时刻、b.鞭打腿离地时刻、c.膝角开始增大时刻、d.击中目标时刻、e.鞭打腿落地时刻),四个阶段(上步送髋阶段a-b、提膝转髋阶段b-c、鞭打阶段c-d和收腿阶段d-e)。本研究只分析上步送髋、提膝转髋和鞭打三个阶段。对8名受试者鞭腿技术分析结果见表1-4和图1。

表1 受试者鞭打腿下肢关节速度

表2 受试者鞭打腿髋、膝关节角度

表3 受试者鞭腿过程中鞭打腿肌群积分肌电

表4 受试者鞭腿过程中鞭打腿肌群参与百分比

图1 鞭腿过程中受试者鞭打腿肌群参与百分比(％)

3 讨论

3.1上步送髋阶段

运动员在起动上步时需积极送髋,躯干尽可能超越下肢,使原动肌拉长,储备一定的弹性势能,以提高肌肉收缩能力。同时腿部肌肉的收缩使下肢环节产生较大的动能。该阶段从解剖学上分析,运动员鞭打腿的髋、膝和踝关节在做快速屈的同时伴有内旋动作,为提膝转髋的快速完成奠定基础。

表1、2数据显示,受试者的鞭打腿离地时刻膝关节运动速度(相对髋、踝关节)最大(4.23±0.30 m/s)。力学原理显示,膝关节折叠靠前(122.5±13.2°),处在髋和踝关节的前端,这样增加了膝关节相对髋和踝关节的转动半径,进而增大了膝关节线速度。

目前的研究认为[9]人体肌肉活动时,增加了运动单位电位的放电频率,表现为频谱高移。随着力量的逐渐增大,进一步增加募集的运动单位的数量。另外还发现,积分肌电与肌力之间存在高度相关,积分肌电越大说明肌肉参与做功越多[10]。表3、4表面肌电数据显示,受试者的股直肌、股二头肌、缝匠肌、腓肠肌和阔筋膜张肌的积分肌电和肌肉贡献率较大。而股直肌、股二头肌主要是屈髋、屈膝肌群,小腿屈曲需要腓肠肌的收缩做功,髋内旋需要缝匠肌、阔筋膜张肌主动用力,符合关节运动特点。

3.2提膝转髋阶段

提膝转髋阶段是鞭腿动作技术的主要部分[1],鞭打腿的快速蹬地和积极屈髋、屈膝为鞭打提供能量来源。受试者的鞭打腿离地后,屈髋、屈膝缩短了下肢转动半径,减小转动惯量,使转髋更加容易,因而从技战术上表现出动作突然性强。解剖学分析,该阶段受试者鞭打腿近固定,使屈膝上提,快速收缩做屈髋、转髋运动。同时主动发力屈膝,此阶段受试者收缩速度应快。

表1、2数据发现,膝角开始增大时刻,受试者鞭打腿关节速度表现为髋＜膝＜踝,根据动量传递原理[10],人体大腿制动使动量传递给小腿,而小腿的质量相对小,其速度会增加,从而提高了小腿的鞭打速度,说明已经在为鞭打阶段做准备。同时,髋关节屈曲(110.2 ±12.6°)和膝关节(65.4±18.2°)折叠,一方面增加了下肢的弹性势能,另一方面有利于下肢的扭转和鞭打。刘存忠[7]的研究认为,在提膝转髋阶段阶段,受试者鞭打腿髋关节角度的减小时间迟于膝关节。作者解释,散打运动员在提膝时,鞭打腿膝关节先弯曲,之后大腿便带动小腿绕髋关节转动。本研究受试者膝关节角度持续小到最小值(122.5±13.2°—65.4±18.2°)与上述结论一致。

表3、4表面肌电数据显示,受试者的阔筋膜张肌参与百分比最大(占33.5±5.6％),这是转髋的主要肌群,说明该阶段阔筋膜张肌起到主导作用。完成股直肌、缝匠肌、股二头肌、腓肠肌也积极参与其中。刘存忠[7]研究了5名散打运动员下肢表面肌电,也发现了类似的规律,在提膝转髋阶段受试者进攻腿阔筋膜张肌放电量最大,与本研究结果一致。

3.3鞭打阶段

人体在做下肢鞭打时,应该遵循关键顺序原理,即大关节带动小关节,不仅有利于动量矩的传递,而且能充分动员各个环节的发力效果,因此运动员下肢呈鞭打运动模式,生物力学原理认为,在鞭打过程中,髋、膝、踝的最大速度应该依次增大。而当击中目标时刻,髋、膝关节的速度应及时制动,下降到较小的值,这样形成的鞭打才最有利。

表1数据显示,受试者在鞭打腿击中目标时刻下肢关节速度表现为,髋＜膝＜踝,并依此增大(1.16±0. 12 m/s、2.16±0.75 m/s、13.92±2.55 m/s),符合鞭打末端速度最大的力学原理。另外,曹华[11]的研究发现,在击中目标时刻人体膝关节并没有完全伸直,作者解释认为这是条件反射自我保护,避免膝关节的震荡损伤,另外适度的膝关节弯曲,可以减小鞭打腿的回转半径,减小转动惯量。在同样大小的髋关节肌肉力矩的情况下,会获得越大的摆腿角速度,打击效果会越好。本研究数据显示(表2)受试者在击中目标时刻膝关节角度为165.8±16.1°,符合上述观点。

另外,有学者[12]研究发现动作的速度和力量大小,与发力关节主动肌的收缩快慢和对抗肌的放松程度有很大关系,这在利用sEMG分析其他动作时已被证实。人体关节主动肌的收缩能加快动作的速度,拮抗肌起着阻碍的作用。因此,拮抗肌适当的放松可减小关节肌群间过多的的对抗,进而提高动作的速度,使动作变得更快、打击更有力。表3、4数据进一步论证了上述观点。本研究受试者大腿环节的股直肌(89.4 ±18.2 uVs)、股外侧肌(91.2±15.6 uVs)积分肌电大,而股二头肌(8.3±2.0 uVs)积分肌电较小。同样小腿环节中腓肠肌(67.4±12.9 uVs)和胫骨前肌(6.1±1.2 uVs)也表现出类似的规律。

表3、4显示,在鞭打阶段,受试者的鞭打腿股直肌、股外侧肌和腓肠肌积分肌电变化非常明显,尤其是大腿前群肌,说明鞭打动作完成主要与大腿前群肌有关。表面肌电结合动作特点分析,大腿近固定,前群肌收缩完成伸膝动作,腓肠肌收缩完成踝关节屈,鞭击前主动快速扣膝,形成击打动作。在整个鞭打阶段,人体需要屈髋、提膝、转体挺腰、扣膝、带动小腿向内侧前上方鞭打[9]。

4 结论

鉴于以上的讨论发现,优秀男子散打运动员鞭腿技术的鞭打腿应具备以下特点和规律：

(1)鞭打腿离地时刻到击中目标时刻,髋关节角度变化为152°-110.2°-146°,膝关节角度变化为122. 2°-65.4°-165.8°；髋关节速度表现为依次减小,膝关节表现为小—大—小,踝关节则表现为依次增大,符合鞭打原理。

(2)上步送髋阶段优秀男子散打运动员的股直肌、股二头肌、缝匠肌和腓肠肌起主要作用；提膝转髋阶段阔筋膜张肌、股直肌和缝匠肌蹬起主要作用；鞭打阶段股直肌、股外侧肌和腓肠肌参与急剧上升,而股二头肌、胫骨前肌需适度放松,有利于鞭打。提示需要增强大腿前群和小腿后群肌的爆发力练习。

[1]刘存忠,李玉刚,严发本.武汉体育学院优秀男子散打运动员鞭腿技术动作髋、膝关节速度和角度特征分析[J].武汉体育学院学报,2009,43(7)：87-90.

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[3]毛爱华,崔浩澜.世界男子大级别散打运动员攻、反技术运用的特点[J].体育学刊,2008,15(1)：95-99.

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Kinematics and sEMG Characteristics of Excellent M ale Sanda Athletes'"Side Leg Kick"Skill

CHEN Yu-min
(Civil Aviation Flight University of China,Guanghan Sichuan,618301)

Using 3d video analytic method and sEMG analysis,the paper intends to investigate the kinematic parameters ofwhip-kick joint in terms of the speed and angle,themain muscle groups`involvement percentage of eight excellent sanda athletes,the purpose ofwhich is to detect the kinematics parameters and the biological law of the involvement percentage of themain muscle groups,thus providing quantitative basis for scientific training.

sanda；whip-kick；kinematics analysis；sEMG

G852.4

：A

：1001-9154(2014)05-0063-04

G852.4

：A

：1001-9154(2014)05-0063-04

陈玉民(1979-),男,汉,山东临沂人,讲师,硕士研究生,主要从事武术散打和太极拳教学。

2014-01-05