投掷手榴弹动作的表面肌电特点分析＊

周　阳，郭延龄，常　祺

投掷手榴弹动作的表面肌电特点分析＊

周阳，郭延龄，常祺

［摘要］目的利用表面肌电分析投弹运动过程中参与肌群的特点。方法将电极贴于腹直肌、股四头肌、胫前肌、小腿三头肌、腘绳肌、臀大肌、竖脊肌、斜方肌、背阔肌、三角肌、肱二头肌、肱三头肌、腕曲肌、腕伸肌、胸大肌肌腹处，得出各个肌肉主要发力区间时间和RMS值。结果通过表面肌电信号图结合录像分析，得出各个肌群的发力大小与发力区间。结论各个肌群随着投弹动作的发生协调发力，每个肌肉都有其特定的时相和大小，这为建立标准投弹模型提供了参考。

［关键词］表面肌电；投弹；均方根（RMS）

投掷手榴弹是部队军事训练的一项重要科目，谢喜强等研究表明投掷手榴弹是军事训练伤的多发科目［1］，怎样科学施训来避免军事训练伤是现今军事训练领域的一个热点问题。投掷手榴弹动作是一种多肌肉群参与的全身性运动。本文利用表面肌电这种特异性良好的无创性检查来分析投弹过程中各个肌群的发力规律与特点，为预防投弹训练伤提供参考。

1　对象与方法

1.1测试对象西安通信学院男学员1名，年龄20岁，身高172 cm，体重67.5 kg。被试者身体状况良好，24 h内未从事剧烈运动，无肌肉疲劳状态。

1.2测试仪器和材料表面肌电仪为加拿大Thought公司生产的FlexComp表面肌电分析系统，Ag-Agcl表面电极。

1.3方法测试在室外训练场进行，对学员腹直肌、股四头肌、胫前肌、小腿三头肌、腘绳肌、臀大肌、腰部竖脊肌、斜方肌、背阔肌、三角肌、肱二头肌、肱三头肌、腕曲肌、腕伸肌、胸大肌的肌腹的最丰满处进行定位，用酒精棉球进行充分脱脂后，将电极片与采样肌肉纤维的长轴平行。之后在教练员指导下进行标准投弹练习，共投弹五次，以此采集肌电信号时域范围的均方根（Root mean square，RMS），同时通过参照图像信息找到每个阶段的时间和各个肌肉的最大用力区间。

1.4指标分析记录各个肌肉在进行投弹时的RMS值和各个时间点，所得RMS值以（±s）表示。

2　结　果

将投弹过程分为2个阶段：引弹-转体-投弹，引弹-转体时间：0～0.331 s，转体-投弹时间：0.331～0.460 s。投弹过程中各个肌肉的RMS值见表1，各个肌群用力对比见表2，各个肌群主要发力区间见表3。

表1　各个肌肉的RMS值

表2　各个肌群用力对比

表3　各个肌群主要发力区间

3　讨　论

投弹动作是军事训练的基本训练科目之一。自夏季征兵以来，据全军军事训练伤研究所统计，2014年投弹骨折的发生率相对于往年提高了3～4倍，这引起了对投弹训练伤合理防治的大讨论。刘大雄等通过对采用运动分析仪测定投弹运动过程的姿态及各关节点速度峰值时的手臂角、肩臂角、躯干角、躯干上臂夹角等，以此得出投弹骨折主要出现在投掷臂从肩侧“撇弹”这个动作，此时因产生的力矩都作用于肱骨的垂直轴或垂直轴附近，如果此时手臂角度>90°，肱骨所受力矩超过极限就会造成投弹骨折［2］。忻鼎亮等研究表明骨折最危险的时刻在前臂加速运动过程中各个运动学参数同时过大造成的［3］。投弹运动作为一种整体性技巧性运动，各个肌肉群在投弹过程中的特点和相互关系也是一个非常重要研究内容。Herzmark等［4］认为投掷性骨折的发生是因为各个肌群之间发力不协调。本文利用表面肌电尝试分析在投弹过程中各个肌群的发力特点。

表面肌电（surface electromyogmphy，sEMG）信号是神经肌肉系统在进行随意性和非随意性活动时的生物电变化经表面电极引导、放大、显示和记录所获得的一维电压时间序列信号，其振幅约为0～5000 μV，频率30～350 Hz。信号形态具有较强的随机性和不稳定性。与传统的针式肌电图（needle electromyography，NEMG）相比，sEMG的空间分辨率相对较低，但是探测空间较大，无创伤，在运动领域被广泛应用。基础研究表明，sEMG信号源于大脑运动皮质控制之下的脊髓α运动神经元的生物电活动，形成于众多外周运动单位电位在时间和空间上的总和，信号的振幅和频率特征变化取决于不同肌肉活动水平和功能状态下的运动单位活动同步化、肌纤维募集和肌纤维兴奋传导速度下降等生理性因素以及探测电极位置、信号串线、皮肤温度、肌肉长度、肌肉收缩方式等测量性因素的共同作用。在控制良好的条件下，上述sEMG信号活动的变化在很大程度上能够定量反映肌肉活动的局部疲劳程度、肌力水平、肌肉激活模式、运动单位兴奋传导速度、多肌群协调性等肌肉活动和中枢控制特征的变化规律。RMS是一段时间内瞬间肌电图振幅平方平均值的平方根，是放电有效值，取决于肌肉负荷性因素和肌肉本身的生理生化过程之间的内在联系，主要反映肌肉活动时运动单位激活的数量、参与活动的运动单位的类型以及同步化程度，与中枢控制功能有关［5，6］。Kim等［7］的研究表明，RMS可以作为评估肌张力的指标。

投弹骨折的发生一方面是因为不正确的投弹动作，另一方面是因为大量重复性训练造成的运动性疲劳加剧造成的损伤积累。研究表明，投弹时肱骨发生螺旋形骨折的时相可能是：（1）肘关节加速度最大值；（2）腕关节加速度最大值；（3）前臂与投掷方向夹角加速度最大值；（4）肘加速度为最小值［2］。关节的运动速度大小与其相关功能肌群的功能密切相关，如果这些肌群出现问题，投弹动作就不可避免地出现偏差，从而造成投弹训练伤。本文从各个肌群在投弹过程中的肌电信号的变化入手，以此证明了投弹运动是一个全身性协调运动，每块肌肉出现问题都会对投弹动作造成影响，初步得出了各个肌群的主要发力区间，为以后建立标准化投弹模型提供参考。

参考文献

［1］谢喜强，杨少锋，林云，等.某部新兵军事训练伤的规律及预防对策［J］.海军医学杂志，2009，30（1）：1-3.

［2］刘大雄，黄诚.投弹的运动学分析和投弹骨折的预防［J］.中华创伤杂志，2005，21（6）：455-458.

［3］忻鼎亮.投弹骨折的力学机理的研究［J］.体育科学，2005，25 （7）：43-45.

［4］Herzmark MH，Klune RF.Ball thnowing fracture of the humerus［J］.Med Ann DC，1957，21：196.

［5］穆景颂，倪朝民.表面肌电图在脑卒中康复评定中的应用［J］.中国康复，2009，24：53-55.

［6］郑洁皎，胡佑红，俞卓伟.表面肌电图在神经肌肉功能评定中的应用［J］.中国康复理论与实践，2007，13（8）：741-742.

［7］Kim KS，Seo JH，Song CG.Portable measurement system for the objective evaluation of the spasticity of hemiplegic patients based on the tonic stretch reflex threshold［J］.Med Eng Phys，2011，33：62-69.

［2015-08-20收稿，2015-09-21修回］［本文编辑：韩松］

The surface-electromyographic analysis of Grenade throwing

ZHOU Yang，GUO Yan-ling，CHANG Qi.

Institute of Military Training Related Medical Science of Chinese PLA，Luoyang，Henan 471031，China

［Abstract］ObjectiveTo analyse the characteristics of muscles in the grenade throwing with surface electricity.MethodsThis study choose a sergeancy of good performance in grenade throwing，the surfaceelectomyographic（sEMG）signals of the subjects' rectus abdominis，quadriceps femoris，tibialis anterior，gastrocnemiussoleus，hamstring muscle，gluteus maximus，erector spinae，musculus trapezius，latissimus dorsi，deltoid，biceps brachii，triceps brachii，musculusflexor，wrist extensor，ectopectoralis were recorded during throwing grenade，through the sEMG to get the RMS and times of major exerting period.Results Through the sEMG and videotape，the RMS and the times of muscles' contraction were obtained.ConclusionAll muscles coordinate to contract，each muscle has specific time phase and quantity，the results provide the reference about the standards-based norm of grenade throwing.

［Key words］surface electromyogram（sEMG）；Grenade throwing；root mean square（RMS）

［中图分类号］R337.5

［文献标志码］A

［基金项目］济南军区后勤立项课题：强化体能训练所致运动系统组织功能结构塑形改建及其损伤修复机理的研究（JN11L035）

［作者单位］471031河南洛阳，解放军150医院全军军事训练医学研究所（周阳，郭延龄，常祺）

DOI：10.14172/j.issn1671-4008.2016.02.003