我国单板U型场地滑雪运动员平衡训练及肌电特征研究

白 冰

（黑龙江工程学院 体育部，黑龙江 哈尔滨 150080）



我国单板U型场地滑雪运动员平衡训练及肌电特征研究

白 冰

（黑龙江工程学院 体育部，黑龙江 哈尔滨 150080）

摘 要：运用表面肌电和摄影技术，结合功能解剖学，对我国不同运动等级的单板U型场地滑雪运动员平衡训练及肌肉的肌电特征进行了分析。结果表明：运动员在平衡训练中对身体姿态的有效调整与控制，有赖于竖脊肌、腹外斜肌和腹直肌的贡献率和协调有序的工作。虽然不同等级运动员在平衡动作控制模式和肌肉工作顺序上有所差异，但主要工作肌群趋于相同。健将级运动员之所以能对身体姿态实现高效调整与控制，不仅在于工作肌群的贡献度较高、能调动更多的肌肉参与到肌肉控制中，还在于双侧肌肉群的协调发力。而一级运动员和二级运动员由于还缺乏更好地控制肌肉的能力，致使在运动中出现了肌肉有效电活动过高或不足的状况，不仅平衡感和稳定性差、对身体平衡姿态控制不足，而且也缺乏对失衡动作的调控。

关键词：单板U型场地滑雪运动员；平衡训练；肌电；特征

平衡能力是指机体抵抗破坏平衡的外力，以保持全身处于稳定状态的能力[1]。人体的任何运动都是在维持身体平衡的状态下进行的，尤其对于体育运动来讲，运动员更需要有较好的平衡能力才能胜任。因此，近年来国内外运动领域内的专家对此进行了广泛而深入的研究。其现有的研究结果表明[2-3]：发展平衡能力有利于提高运动器官的功能和前庭器官的机能，改善中枢神经系统对肌肉组织与内脏器官的调节功能，保证身体活动的顺利进行，提高适应复杂环境的能力和自我保护的能力。这说明，运动员的平衡能力不仅是运动员竞技能力的重要组成部分，还是运动技能提升的重要环节。因此，提升运动员的平衡能力就成为科学训练的又一重要问题。但目前，在单板U型场地滑雪运动领域内国内外对运动员平衡能力的研究还相对较少。这不仅制约了运动员运动技能的提升，还制约了单板U型场地滑雪运动的发展。为此，本文通过研究我国单板U型场地滑雪运动员平衡训练及其肌电特征，目的在于探讨运动员平衡训练中的肌肉工作特征，以期为我国运动员的科学训练提供参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

本研究选取6名我国单板U型场地滑雪运动员为研究对象，其中1人为健将，2人为一级运动员，3人为二级运动员。受试者身体健康、且均为右手优势，年龄(20.22士2.01)岁，身高(168.37士6.17) cm，体重(57.130士9.09)kg，训练年限为(4.70士2.51)年。

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料法

根据研究需要，通过在期刊网和图书馆查阅了大量关于运动员身体平衡方面的相关文献资料。结果表明：人体的平衡能力不仅与骨骼、神经等系统紧密相连，同时还与不同肌肉群的工作方式密切相关。这种新的研究成果不仅为核心训练理论的发展提供了依据，同时也为不同体育运动的科学训练奠定了基础[4-5]。为此，本研究在借鉴相关研究成果的基础上，提出了对不同等级单板U场地滑雪运动员平衡训练中重要肌群进行同步测试的研究方案，意在掌握不同等级运动员平衡训练中的肌肉工作特征，为教练员把握单板U场地滑雪运动特征和运动员个体特点，制定针对性训练计划提供依据。

1.2.2 实验法

1.2.2.1 实验备品

采用Mega ME6000 16表面肌电仪、一次性电极片、酒精棉、弹力绷带、摄像机、三脚架、1394 卡及录像数据采集线、湿纸巾、平衡训练球等，记录、分析6名单板U型场地滑雪运动员平衡训练中重要肌群的运动诱发肌电。

1.2.2.2 电极安放和记录

根据单板U型场地滑雪运动的特点和平衡训练的特征，本次研究仅选取了运动员双侧臀大肌、竖脊肌、腹直肌和腹外斜肌等共8块肌肉作为表面肌电分析对象。在运用SONY-1000E数码摄像机记录运动全程的平衡训练特征的同时，测试并分析运动员的肌电特征。电极安放在每块肌肉收缩时肌腹最隆起的部位，有效电极和参考电极沿肌纤维纵轴方向安放，无关电极与其呈等腰三角形安放，电极间相距2 cm。1.2.2.3 实验设计与测试条件控制

实验在安静、无外界干扰的实验室进行，每个受试者接受3分钟的动态平衡训练测试(见图1)。在测试开始时，运动员首先要双脚站立于用于平衡训练的球上，并在球上站立保持身体平衡的相对静止状态，待测试员发出“开始”口令后测试开始。测试开始后，运动员需要打破身体原有的平衡状态，在球上模拟单板U型场地滑雪运动的技术特点，分别向前、后、左、右四个方向做模拟性的滑行晃动动作。在这一过程中，受试者不仅要尽可能的增大晃动摆幅而且不能掉下训练球，如果一旦掉下平衡训练球，就必须重新开始测试。待3 min测试时间完成后，测试员会提醒运动员测试时间到，并要求运动员重新保持身体的相对平衡静止状态时测试才算完全结束，此时运动员才能从器械上下来。在测试过程中，Mega ME600016表面肌电仪连续采集运动员腰背部的EMG信号，采样频率1 000 Hz，带通滤波20～500 Hz。

1.2.3 统计分析

利用spss16.0对实验数据进行相应的统计学分析。

2 结果与分析

2.1 我国不同等级单板U型场地滑雪运动员运动平衡特征

2.1.1 完成平衡训练测试的基本情况

图1 平衡训练测试部分人员视频截图Figure 1.The Screengrab of A Video for Part of People in Balance Training

首先，在完成过程上，只有健将级运动员一次性的完成了3 min的测试。即在测试中不仅完成模拟滑行晃动动作的平衡训练，而且没有从器械上掉下来。而一级和二级运动员都是在经过2～3次的训练测试后，才最终完成了模拟滑行晃动动作的平衡训练，且在3 min的测试中没有从器械上掉落下来；其次，在完成的滑行晃动动作数量上。健将级运动员在3 min的测试过程中完成了12个滑行晃动动作，而一级和二级运动员则分别只完成了9个和7个滑行晃动动作，其动作的完成数量明显低于健将级运动员；第三，在完成滑行晃动动作的质量上。健将级运动员完成滑行晃动动作的质量较高，不仅滑行晃动动作幅度大而且每个动作都能一次性完成，其调整和控制身体姿态的过程协调感好、动作准确。一级运动员相比健将级运动员，其完成的滑行晃动动作的质量有所降低。虽然大部分动作能做到较为准确调整和控制身体姿态，但当动作的摆幅过大时会出现动作失衡的肢体姿态紊乱状态，这不仅会延长运动员对身体姿态调控与控制的时间，还有可能导致动作失败从器械上掉落下来。二级运动员完成滑行晃动动作的质量与一级运动员相比虽然相差不大，在大部分动作训练中也能做到较为准确调整和控制身体姿态。但其动作的摆幅规格明显较小、动作完成的准确性不高，其调整和控制身体姿态过程的协调感也明显不足。这说明，虽然不同等级运动员都已经建立起了单板U型场地滑雪运动技能模式，但在平衡训练中对身体姿态调整与控制水平的高低，已经成为竞技能力差异的重要因素之一。

2.1.2 不同等级运动员的平衡特征

健将级运动员在训练过程中身体重心移动平稳、四肢配合协调，不仅能使身体姿态始终处于可控的范围之内，而且能主动的应对身体平衡姿态的破坏与重建，此外还能展现出运动动作固有的美感。这表明，健将级运动员不仅具有较强的运动平衡控制能力，而且平衡感好、稳定性强，较少出现肢体动作失衡的状态。一级运动员在训练过程中，身体重心的移动和四肢协调配合的程度要明显低于健将级运动员，虽然在训练中也能较高的控制身体姿态，但被动式的应对身体平衡姿态的破坏与重建，不仅难以表现运动动作的内在美感，而且也极容易造成身体平衡姿态的失控。这表明，一级运动员的运动平衡控制能力不仅在平衡感和稳定性上要明显低于健将级运动员，而且对高难度动作的姿态控制也稍显不足。二级运动员在在训练过程中，身体重心的移动稳定性差和四肢配合协调性不足，不仅缺乏对身体姿态的控制，而且对身体平衡姿态的破坏与重建也显得适应性不足，这直接导致动作完成较为生硬，而且多次出现身体平衡姿态的失控的现象。这表明，二级运动员对运动平衡的控制能力相比健将级和一级运动员处于全面的落后状态，不仅平衡感和稳定性差、对身体平衡姿态控制不足，而且也极度缺乏对肢体动作失衡的调控。

2.2 我国不同等级单板U型场地滑雪运动员平衡训练肌肉诱发肌电特征

2.2.1 肌肉贡献率

肌肉贡献率，是指一块肌肉在完成某一动作时积分肌电值与所测参与完成该动作所有肌肉积分肌电总和的百分比值[6]。即，可以反映每块参与活动的肌肉在完成动作中发挥作用的大小、体现动作中的主要用力肌肉。ME6000-T16肌电测试系统自带软件会自动给出所测每块肌肉的做功百分比值。

从不同等级运动员平衡训练过程中肌肉的贡献率来看(图2)：健将级运动员在平衡训练中右、左侧的竖脊肌发挥作用最大、贡献率最高，分别达到了22 %和20 %；其次为右、左侧的腹外斜肌，分别达到了19 %和18 %；然后为右、左侧的腹直肌，分别达到了7 %和6 %；最后为右、左侧的臀大肌，分别达到了5 %和3 %。这表明，右、左侧的竖脊肌和右、左侧的腹外斜肌，是健将运动员完成平衡训练的主要工作肌群。一级运动员在平衡训练中右侧竖脊肌和腹外斜肌发挥作用最大、贡献率最高，分别达到了23 % 和20 %；其次为左侧竖脊肌和腹外斜肌，分别达到了18 %和16 %；然后为右侧腹直肌和臀大肌，分别达到了8 %和6 %；最后为左侧腹直肌和臀大肌，分别为5 %和4 %。这表明，右侧竖脊肌、腹外斜肌和左侧竖脊肌、腹外斜肌，是一级运动员完成平衡训练的主要工作肌群。二级运动员在平衡训练中右侧竖脊肌和腹外斜肌发挥作用最大、贡献率最高，分别达到了23 %和21 %；其次为左侧竖脊肌和腹外斜肌，分别达到了17 %和15 %；然后为右侧腹直肌、左侧腹直肌和右侧臀大肌，分别达到了8 %、6 %和6 %；最后为左侧臀大肌，仅有4 %。这表明，右侧竖脊肌、腹外斜肌和左侧竖脊肌、腹外斜肌，是二级运动员完成平衡训练的主要工作肌群。此外，二级运动员还表现出在非主要工作肌肉群上高于健将和一级运动员的工作作用效果和贡献率。

2.2.2 电活动时间特征

肌肉有效电活动时间，是判断肌肉在运动中参与程度的重要指标[7]。但目前有研究认为，肌肉电位在300 μv以下是无效放电，不能有效判断在运动中的参与程度[8]。因此，本文根据肌肉放电振幅峰值的具体情况界定肌肉电位在300 μv以上为有效电活动时间。

图2 不同等级单板U型场地滑雪运动员IEMG及肌肉贡献度分析Figure 2.Analysis of IEMG and Contribution Rate of Muscles for Halfpipers in Different Levels

从不同等级运动员肌肉有效电活动时间来看(表2)：健将级运动员右侧竖脊肌工作时间最长，其次为右侧腹外斜肌和左侧竖脊肌，再次为右侧腹直肌、左侧腹直肌和右侧腹外斜肌，最后为右、左侧臀大肌。这表明，除右、左侧臀大肌外，其他肌肉在3 min平衡训练中的绝大部分时间里都处于做功状态，其有效放电时间不仅长而且肌肉的兴奋程度也较高。一级运动员左侧竖脊肌、右侧竖脊肌和腹外斜肌工作时间最长，其次为左侧腹直肌、右侧腹直肌和腹外斜肌，最后为右、左侧臀大肌。这表明，一级运动员虽然主要肌肉在有效电活动时间上与健将级运动员类似，但从有效电活动时间的程度来看，一级运动员各主要肌肉的工作状态和兴奋程度要明显高于健将级运动员。二级运动员右侧竖脊肌和腹直肌工作时间最长，其次为右侧腹外斜肌、左侧腹外斜肌和竖脊肌，最后为左、右侧臀大肌。这表明，二级运动员主要肌肉在有效电活动时间上也与健将和一级运动员类似，但从有效电活动时间的程度来看，二级运动员各主要肌肉的工作状态和兴奋程度要明显低于健将级运动员。此外，在非主要工作肌肉的左、右侧臀大肌上，二级运动员表现出明显高于健将和一级运动员的工作状态与兴奋性。

表1 不同等级单板U型场地滑雪运动员肌肉有效电活动时间分析Table 1 Analysis of Effective Electrical Activities of Muscles for Halfpipers in Different Levels

2.2.3 振幅峰值分析

RMS 振幅是用于表示电图(EMG)信号幅值大小的变化，反映肌肉电位活动有效值的重要指标[9]。运用该指标不仅可以明显看出肌肉电位活动的兴奋程度，还可以判断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。

从对不同等级运动员肌肉电活动振幅峰值的分析来看(表1)：首先，不同等级运动员肌肉的振幅峰值差异明显。健将级运动员右侧的腹外斜肌峰值最高，达到了2 104.8±313.1μv，左侧臀大肌峰值最小仅为406.1±27.5；一级运动员右侧的腹外斜肌峰值最高达，到了1 894.5±415.6μv，左侧臀大肌峰值最小仅为369.5±25.3；二级运动员右侧的腹外斜肌峰值最高，达到了 1 765.6±313.2μv，右侧臀大肌峰值最小仅为335.1±33.3；这表明，在平衡训练中健将级运动员和一级运动员均是右侧的腹外斜肌发力最强、左侧臀大肌发力最小，而二级运动员则是右侧的腹外斜肌发力最强、右侧臀大肌发力最小。其次，不同等级运动员主要工作肌肉振幅峰值顺序类同。健将级运动员肌肉的振幅峰值依次为右侧腹外斜肌、左侧腹外斜肌、右侧竖脊肌、左侧竖脊肌、右侧腹直肌、左侧腹直肌、右侧臀大肌和左侧臀大肌；而一级运动员和二级运动员肌肉振幅峰值与健将级运动员相比虽然存在一定差异，但肌肉肌电峰值前2名的肌肉和后2名的肌肉则基本一致。这表明，虽然不同等级运动员在平衡训练中所测肌肉的肌电振幅峰值顺序不同，但相同的运动项目和同样的训练已经使不同等级运动员在主要发力肌肉上形成了相似的发力顺序与肌电峰值特征。第三，不同等级运动员左右侧肌肉振幅峰值的对称性变化较大。健将级运动员左右侧对称肌肉的峰值差异并不明显，一级运动员在左右侧对称的腹外斜肌和竖脊肌上表现出较明显的差异，二级运动员在左右侧对称的腹外斜肌上表现出较明显的差异。这表明，健将级运动员左右侧对称主要肌肉发力协调，而一级和二级运动员左右侧对称主要肌肉协调性不足。

表2 不同等级单板U型场地滑雪运动员平衡训练中腰部肌肉振幅峰值分析 (μv)Table 2 Analysis Peak Amplitude of Lumbar Muscle in Balance Training for Halfpipers in Different Levels (μv)

3 讨论

单板U型场地滑雪运动，是一项在高速滑行中起跳腾空，在空中完成不等次数、较高难度的转体和空翻动作，其动作姿势要达到优美、准确、落地稳健等一系列评分要求，以此来取得优胜的冰雪运动项目[10-11]。作为一项以技能为主导的、以难美性表现为特点的冰雪运动，单板U型场地滑雪运动的动作完成过程及质量主要体现在高、稳、难、新、美等5个方面[12]。这主要源于，运动员需要在空中完成沿人体横轴或纵轴完成空翻或转体的高难度动作并确保落下时动作的稳定性。因此，单板U型场地滑雪运动员良好的平衡能力和身体姿态控制能力就成为完成高质量动作的关键[13]。从对不同等级单板U型场地滑雪运动员平衡特征的分析来看，运动员这种以体感为基础的姿态控制能力和平衡能力是不同肌肉共同作用的结果。虽然对人体平衡能力的现有研究成果来看，除双侧臀大肌、竖脊肌、腹直肌和腹外斜肌外，其他肌肉所发挥的作用也同样不可忽视[14]；但限于研究的能力及任务目标本次对单板U型场地滑雪运动员平衡训练肌电的分析主要针对以上8块肌肉。

本研究中的平衡训练是我国单板U型场地滑雪运动中经常采用的专项辅助陆地训练方法，目的在于通过模仿性的平衡训练提高运动员的专项平衡能力和对身体姿态的控制水平[15]。从对不同等级单板U型场地滑雪运动员平衡训练的过程和特征来看，运动员在平衡训练中对身体姿态的有效调整与控制，有赖于竖脊肌、腹外斜肌和腹直肌的贡献率和协调有序的工作。进一步对不同等级运动员肌肉的肌电分析表明，健将级运动员之所以能对身体姿态实现高效调整与控制，不仅在于工作肌群的贡献度较高、能调动更多的肌肉参与到肌肉控制中，还在于双侧肌肉群的协调发力。如，在测试中健将级女运动员的肌肉形态表征要明显弱于一级和二级男运动员，但和一级女运动员、二级女运动员相差不大。从测试的过程来看，健将级女运动员肌电振幅的最大平均峰值不仅明显高于一级和二级男、女运动员，就是其平均水平也要高于他们。此外，在对测试肌肉外表形态评估过程中还发现，健将级女运动员双侧竖脊肌存在明显的形态差异，右侧的竖脊肌明显强于左侧的竖脊肌。通过询问得知这是运动员受伤所致，是由背部肌肉损伤的恢复后而导致的修复性增长[16]。虽然由于伤病导致了肌肉形态的改变，造成双侧竖脊肌不均衡，但在运动过程中肌肉的发力是趋于相同的，这说明健将运动员能更好地控制和调整肌肉的工作状态，并以最佳的肌肉工作模式完成平衡训练。而一级运动员和二级运动员，由于还缺乏更好控制肌肉的能力，致使在运动中出现了肌肉有效电活动过高或不足的状况，这一方面造成肌肉的兴奋性过高导致肌肉过早疲劳，另一方面造成肌肉的兴奋性不足导致肌肉工作能力不足。因此说，对竖脊肌、腹直肌和腹外斜肌等主要工作肌肉的调整与控制，不仅是运动员形成良好运动技能基础，同时也是完成高质量动作的重要保障。

通过对运动员和教练员的访谈，以及训练实践的观察，结合对平衡训练肌电特征的分析发现，单板U型场地滑雪项目在肌肉力量训练实践中存在一些认知上的误区。教练员和运动员普遍认为，腰部核心区域主要用力肌肉是腹直肌和竖脊肌，认为增强这两部分的肌肉就能有效提高平衡能力和对身体姿态的控制能力[17]。但平衡训练肌电的测试结果显示，腹外斜肌在主要工作肌群中不仅贡献率较高而且振幅峰值最大，其电位活动最剧烈的阶段都出现在对平衡动作的调控阶段，特别是在模拟滑行动作摆幅越大时振幅峰值越高；而这种现象的发生，大都是在平衡训练中动作转换、重心转移和身体姿态调控阶段。这表明，腹外斜肌不仅对单板U型场地滑雪运动员的平衡能力至关重要，而且提高运动员腹外斜肌的力量水平将有助于平衡能力的提升和身体姿态的有效调控。因此说，这种对平衡训练中肌肉工作新的发现不仅对训练实践有重要的指导意义，而且能提高教练员和运动员的认知，促使其训练方法的改革与创新，以更加科学的训练手段提高我国单板U型场地滑雪运动员的技术水平与竞技能力。

4 结论

1．健将级运动员不仅具有较强的运动平衡控制能力，而且平衡感好、稳定性强，较少出现肢体动作失衡的状态。一级运动员在训练过程中，身体重心的移动和四肢协调配合的程度要明显低于健将级运动员，二级运动员不仅平衡感和稳定性差、对身体平衡姿态控制不足，而且也缺乏对失衡动作的调控。

2．从对测试肌肉的分析来看，竖脊肌、腹外斜肌和腹直肌是运动员训练中动作平衡的主要工作肌群，运动员通过对上述肌肉的调控实现对动作平衡的有效控制；而臀大肌在平衡训练中虽然也有一定的工作特征，但从肌肉有限的电变化来看，该肌肉对身体姿态的动作控制不起主要作用。虽然不同等级运动员在平衡动作控制模式和肌肉工作顺序上有所差异，但主要工作肌群趋于相同。

3．健将级运动员之所以能对身体姿态实现高效调整与控制，不仅在于工作肌群的贡献度较高、能调动更多的肌肉参与到肌肉控制中，还在于双侧肌肉群的协调发力。而一级运动员和二级运动员由于还缺乏更好控制肌肉的能力，致使在运动中出现了肌肉有效电活动过高或不足的状况，不仅平衡感和稳定性差、对身体平衡姿态控制不足，而且也缺乏对失衡动作的调控。

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中图分类号：G863.1

文献标识码：A

文章编号：1002–3488（2015）06–0019–06

收稿日期：2015–10–11；修回日期：2015–10–25

基金项目：黑龙江省自然科学基金(QC2012C098)。

作者简介：白冰(1982–)，女，黑龙江哈尔滨人，硕士，副教授，研究方向为体育教育训练学。

Study on the Balance Training and EMG Characteristics of Chinese Halfpipers

BAI Bing

（Physical Education Department of Heilongjiang Institute of Technology， Harbin 150080，China）

Abstract：Using the methods of EMG and photography technology， combined with functional anatomy，the balance training and EMG characteristics of Chinese halfpipers in different levels have been analyzed. The results show that the effective adjustment and control of posture for athletes in balance training depend on the contribution rate and coordinative work of erector spinae， external oblique and musculus rectus abdominis. Although it has difference on the control mode of balanced movements and mucle working order for athletes in different levels， main working mucles are same. Master athletes can achieve effi cient adjustment and control of body postures， not only the contribution rate of working mucles and mobilizing more muscles involved in the muscle control， but also in the bilateral muscle coordination. Because fi rstclass athletes and second-class athletes are lack of the ability to better control the muscles， so that effective electrical activity of muscles in the movements are too many or not enough， not only a sense of balance and stability are bad， balance control is insuffi cient， also lack of imbalances motions control.

Key words：halfpiper； balance training； EMG； characteristics