女子短距离速滑途中滑髋关节伸肌肌电特征及对实践训练的启示

吴新炎，陈月亮，李芙蓉

女子短距离速滑途中滑髋关节伸肌肌电特征及对实践训练的启示

吴新炎，陈月亮，李芙蓉

运用芬兰ME6000-T16肌电测试系统和TM-6710CL高速摄像机同步测试，采集运动员臀大肌、股二头肌和半腱肌原始肌电图，进行RMS时域转化和均化处理。通过分析途中滑单步周期肌肉肌电特征，探索单步周期髋关节伸肌两组肌肉的协同－拮抗关系，探讨其对实践训练的启示。结果发现：臀大肌在左直道单步周期蹬冰阶段中前期出现有效电活动，右直道单步周期蹬冰阶段后期出现有效电活动，弯道单步周期无有效电活动；两组髋关节伸肌在右直道单步周期出现相似振幅曲线，协同关系明显，在左直道单步周期无相似振幅曲线，协同关系不明显；途中滑跑臀大肌肌肉贡献远小于股二头肌和半腱肌，髋关节伸展在蹬冰阶段不是单一动作模式。结论：短距离速度滑冰项目途中滑跑直道蹬冰阶段臀大肌存在明显的肌电活动，但弯道滑跑阶段肌电活动不显著；直道左、右单步蹬冰阶段臀大肌、股二头肌、半腱肌肌电及其协同—拮抗关系的不同，提示运动员左、右腿蹬冰存在技术差异，改善右单步周期蹬冰阶段的动作结构，可能有利于两腿力量平衡，改善比赛后程动作发散的问题。

速度滑冰；单步周期；肌电特征；髋关节伸展；实践训练

臀大肌是人体最大的肌肉，主要功能为髋关节伸展，也是髋关节伸展的主要肌肉，是运动员下肢发力链重要构成部分，臀大肌收缩发力与否可以判断髋关节是否存在伸展动作。臀大肌是下肢屈伸动作的主要动力源，在跑、跳等项目上臀大肌对运动成绩起决定性作用［9，11］，因此，田径项目特别重视臀大肌的力量发展。速度滑冰项目力量训练方法很多都是从田径项目上移植过来，训练理念也受田径项目影响，又缺乏技术手段探究速度滑冰技术细节，对训练理论和技术细节把握不准，造成了教练员们照搬了田径项目对臀大肌的认识，同样重视臀大肌力量的发展，一直认为臀大肌是蹬冰动作的主要做功肌肉之一。在实践过程中，安排有大量以杠铃蹲屈为主的发展臀大肌力量训练，教练员普遍把臀大肌力量列入专项力量重要指标，强健发达的臀大肌一度是优秀运动员的标志。最近的观点颠覆了传统的认识，有研究采集了运动员途中滑跑单步周期时腿部8块肌肉的肌电数据，发现臀大肌参与蹬冰动作的力度最小，对蹬冰动作的贡献几乎没有，认为在途中滑跑单步周期中髋关节不存在伸展动作，在实践训练中不用过于重视发展臀大肌的力量［5，12］。本研究运用表面遥控肌电系统和高速摄像机同步测试，采集臀大肌和股二头肌、半腱肌的肌电图形和数据。通过分析单步周期中髋关节伸展的这两组主要用力肌肉协同－拮抗关系，探索臀大肌在单步周期中的动作模式、发力特征和专项特征。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

以我国速滑国家队张虹等6名女子运动员为实验对象，以运动员途中滑弯、直道单步周期臀大肌和股二头肌、半腱肌两组髋关节伸肌肌电为研究对象。实验前运动员24 h无剧烈运动、无伤病。提前向运动员讲解实验目的和流程，使其了解实验意图，实验过程中运动员较好地完成了实验各环节，确保了实验数据的有效性。

1.2 研究方法

1.2.1 实验器材

采集肌电学数据使用芬兰ME6000-T16肌电测试系统，频率1 000 Hz，硬件滤波带通范围8～500 Hz，模数转换14 bit。使用TM-6710CL高速摄像机进行同步。

1.2.2 选取肌肉

这部戏是厅里的一部重点剧目，入选2018年福建省舞台艺术精品工程重点剧目，今年作为福建的第一号作品申报文化和旅游部“全国优秀现实题材舞台艺术作品展演”，真诚地希望能够得到各位专家的帮助和支持，以进一步提高剧目整体水平。

腿部肌电贴片肌肉为髋关节伸肌两组肌肉股二头肌、半腱肌和臀大肌，下肢两侧共6块肌肉。

1.2.3 实验方法及流程

测试前先布置好测试器材并进行调试，然后清洁运动员下肢贴片肌肉处皮肤，进行贴片。实验首先采集6名运动员第1弯道第2～6步连续5次单步周期原始肌电数据，高速摄像机机高设置1.2 m，直线拍摄距离20 m；然后采集6名运动员第2直道第2～6步连续5次单步周期原始肌电数据，机高不变，直线距离12 m。

1.2.4 同步方法与动作时相划分

sEMG和视频通过外接无线信号器进行同步，系统自带的MEGA WIN软件可以实现0.02 s的sEMG数据平滑，从而实现sEMG与视频同步（图1）。按照前期研究［7，12］把单步周期划分为收腿阶段、落腿阶段、重心转移阶段和蹬冰阶段4个动作时相。

1.2.5 数据处理

首先截取6名运动员第1弯道和第2直道第2～6个连续sEMG进行RMS时域转化，对每个运动员5次RMS进行均化处理（图2），然后再对6名运动员数据进行均化处理。运用肌电测试系统自带分析软件进行数据处理，获取相关肌电参数。

1.2.6 数理统计与分析

利用Spss 17.0软件分析数据，根据研究需要，主要采用描述统计和双侧配对样本T-检验等统计方法进行数据分析，获得相关参数。取P＜0.05为显著性水平，P＜0.01为非常显著性水平。

2 结果与分析

2.1 臀大肌振幅曲线与有效电活动时间分析

RMS振幅曲线反映肌肉在动作过程中的电活动特征，振幅的静态数据一定程度上可以描述动作过程中肌肉有效电活动特征［10］。Kleine等［17］认为，肌肉在静息状态下也会有轻微的电活动存在，低于300μ V的动作电位与肌肉收缩关联不大，对运动模式的构成没有影响。从表1可以看出，直道单步周期时运动员臀大肌振幅峰值在300μ V以上，表明臀大肌是构成直道单步周期动作模式肌肉之一。从图3可以看出，臀大肌在直道右单步周期有10%左右时间电活动处于300μV以上的有效状态，结合前期研究［8］可以看出，臀大肌有效放电时间段的动作时相处于蹬冰阶段后期，表明臀大肌在直道右单步周期蹬冰阶段后期有发力。从图3还可以看出，臀大肌在直道左单步周期有20%左右时间电活动处于300μ V以上的有效状态，结合前期研究［8］可以看出，臀大肌有效放电时间段的动作时相处于蹬冰阶段中前期，表明臀大肌在直道左单步周期蹬冰阶段中前期有发力。从表1和图3都可以看出，弯道单步周期时运动员臀大肌电活动全程都在300μV以下。表明臀大肌在弯道单步周期没有对动作模式起作用的有效电活动，这与黄达武等［6］的观点一致，臀大肌在弯道单步周期全程处于静息状态。

图1 运动员视频与肌电同步Figure 1 The Synchronized Video and EMG

图2 臀大肌RMS均化处理流程Figure 2 The Gluteus Maximus’ RMS and Homogenization Treatment

表1 单步周期腿部肌肉振幅峰值 （μ V）Table 1 The Legs Muscles Peak Amplitude in the Single-step Cycle

2.2 髋关节伸肌振幅曲线比较分析

几个动作主要用力肌肉相同，各肌肉RMS基本一致，且主要用力肌肉贡献率无显著性差异，可认定这几个动作为同一动作模式。同一动作模式下不同肌肉振幅曲线地比较能反映肌肉间的协调和联动关系，可以判断动作模式的构成和肌肉的收缩模式［5］。臀大肌和股二头肌、半腱肌是髋关节伸展的两组主要用力肌肉。单一关节动作时，几组用力肌肉肌电放电顺序具有规律性，RMS会出现类似的振幅曲线，几组肌肉在此动作时具有协同性，多关节共同构成动作模式时，肌肉可能受多个关节动作作用，作用于单关节的几组肌肉的放电顺序不具有规律性、RMS会出现不同的振幅曲线，不具有单关节肌肉协同性。在单一的髋关节伸展动作模式下，2组肌肉作为协同—拮抗肌处于平衡状态，两者的肌电活动应该在RMS振幅曲线上表现出关联性。图4显示，直道右单步周期蹬冰阶段后期臀大肌处于有效电活动状态，半腱肌该阶段也处于有效电活动，两者RMS振幅在此阶段出现一致的倒“u”形曲线，表现出高度的相似性，表明直道右单步周期髋关节可能存在单独的伸展动作模式。同时，臀大肌与半腱肌电活动强度基本相当，两者电活动处于平衡状态，表明髋关节伸展动作为蹬冰阶段后期主要动作模式。图5显示，直道左单步周期蹬冰阶段中前期臀大肌处于有效电活动状态，股二头肌和半腱肌此阶段也处于有效电活动状态，但二者电活动强度都远大于臀大肌电活动强度，且两组肌肉RMS振幅曲线没有相似性，没有明显的协同性，原因可能是在蹬冰中期运动员动作模式是由膝关节伸展和髋关节外展共同构成。运动员蹬冰阶段膝关节伸展，股四头肌快速收缩，电活动剧烈造成拮抗肌股二头肌和半腱肌出现“共激活”现象，从而出现剧烈电活动［13］，蹬冰阶段中前期臀大肌和股二头肌、半腱肌电活动振幅曲线没有明显相似性可能与此有关。另外，蹬冰阶段中前期髋关节动作模式为外展、伸展共存，臀大肌与股二头肌、半腱肌2组肌肉在伸展动作时处于不平衡状态，因此在振幅曲线上就反映出了不协同的现象。弯道单步周期臀大肌没有有效电反映，全程处于静息状态，表明弯道单步周期髋关节没有伸展动作，可能与弯道滑跑全程借助弯道离心力，重心没有主动前移有关。

图3 臀大肌单步周期弯、直道RMSFigure 3 The Gluteus Maximus’ RSM in the Curve and the Straight during the Single-step Cycle

图4 直道右腿3块肌肉RMSFigure 4 The 3 Muscles’ RSM of the Right Leg in the Straight

图5 直道左腿3块肌肉RMSFigure 5 The 3 Muscles’ RSM of the Left Leg in the Straight

2.3 肌肉IEMG分析

IEMG是RMS振幅曲线包围的面积，可以反映单步周期臀大肌、股二头肌和半腱肌在单步周期中的放电总量。IEMG与肌肉收缩方式、肌肉类型、肌肉疲劳程度等等都有关联，不同肌肉的IEMG值不具可比性。但是有研究发现［15，18］，同一动作模式下，肌肉不同速度和用力程度收缩时，各肌肉IEMG比例没有显著性差异，因此，构成同一动作模式的不同肌肉的IEMG值可以反映肌肉的用力大小和肌肉对动作完成的贡献度［4，16］。本研究所采用的ME6000-T16肌电测试系统在测试完毕后会自动给出各块肌肉的做功贡献度，本研究选取臀大肌、股二头肌和半腱肌只是单步周期主要用力肌肉的一部分，系统给出的做功贡献度没有意义，但是，比较3块肌肉的IEMG依然可以判断3块肌肉对单步周期动作模式完成的贡献差异，进而推断髋关节伸展动作在单步周期动作模式中的重要性。表2显示，女子短距离速度滑冰途中滑单步周期中臀大肌IEMG与股二头肌、半腱肌存在显著性差异，臀大肌在单步周期动作模式的贡献度远远小于股二头肌和半腱肌。臀大肌和股二头肌、半腱肌是髋关节伸展的主要肌肉，如果单步周期髋关节伸展是动作主体的话，2组肌肉应该处于平衡状态，两者贡献度应该基本相当。股二头肌和半腱肌还是单步周期蹬冰阶段膝关节伸展主要用力肌肉，这可能是臀大肌肌肉贡献度远小于股二头肌和半腱肌的主要原因。臀大肌在弯道单步周期全程处于静息状态，没有有效放电时间，表明在弯道单步周期不存在髋关节伸展动作，或伸展动作对单步周期动作模式的完成没有作用。臀大肌在直道单步周期蹬冰阶段出现有效放电，表明在直道单步周期存在髋关节伸展动作。股二头肌和半腱肌任一块肌肉的贡献度都远远大于臀大肌，表明在直道单步周期髋关节伸展发力的作用远远小于膝关节伸展发力的作用。

表2 单步周期IEMG（μ Vs）Table 2 IEMG in the Single-cycle（μVs）

3 讨论

臀大肌作为人体最大的肌肉，主要功能是髋关节向后伸展，在完成跑、跳和上坡等动作时起着重要的作用。臀大肌上部肌纤维在髋关节外展时起作用，但本研究臀大肌肌电贴片选点在臀大肌中部，因此，臀大肌肌肉电活动主要描述髋关节伸展动作模式。研究结果显示，臀大肌仅在直道单步周期蹬冰阶段出现有效电活动，表明女子短距离速滑运动员仅在直道单步周期蹬冰阶段出现髋关节伸展动作，在腾空期收腿阶段和落腿阶段，以及蹬冰期重心转移阶段髋关节都没有出现伸展动作。比较臀大肌和股二头肌、半腱肌的RMS振幅曲线和肌肉贡献率后，发现髋关节伸展发力较小，这可能与短距离速滑运动员滑跑姿势重心过低，限制了髋关节向后伸展幅度有关。

单步周期蹬冰功率是决定运动员滑跑成绩的主要因素［1］。受传统冰刀技术理论影响，过去一直认为，蹬冰功率主要取决于运动员髋、膝关节横向伸展功率，传统冰刀蹬冰时踝关节伸展受限，导致膝关节在150°～180°的伸展几乎不做功［2］，因此在蹬冰过程髋关节不会出现纵向伸展动作。新式冰刀活动刀托的出现解放了踝关节，使其能充分拓屈伸展，膝关节完全伸展都能有效做功，且运动员蹬冰阶段重心前移速度也成为提高蹬冰功率的重要因素［3］。蹬冰阶段膝关节充分伸展和重心快速前移做功使髋关节伸展发力成为可能，虽然运动员低蹲屈滑跑姿势限制了髋关节的伸展幅度，但是，理论上纵向上髋、膝关节同时伸展的下肢发力链对蹬冰功率的提升远大于膝关节单独伸展发力。陈月亮等［14］研究认为，臀大肌在速度滑冰单步周期中作用可忽略，蹬冰阶段髋关节运动主要是外展动作，而实践过程中忽视了髋关节横向外展能力训练，发展臀中肌等髋关节外展肌群力量是蹬冰功率提升新的增长点。因为对技术细节把握不准和力量训练认识模糊，实践训练过程中选用大量的垂直面纵向杠铃蹲屈练习，忽略了横向髋关节外展功能的训练是客观存在的。发展臀中肌等髋关节外展肌群力量，使之成为蹬冰功率新的增长点十分必要，但是，本研究结果发现了直道单步周期蹬冰阶段髋关节伸展动作的存在，可能只是因为低蹲屈姿势限制了髋关节伸展幅度，才导致了髋关节伸展发力过小，对蹬冰功率影响不大的结果，所以说发展臀大肌，发展髋关节伸展功能对提升蹬冰功率十分必要。现在，我们在实践中发展的是没有受限的臀大肌力量，与速度滑冰受限的髋关节伸展动作不匹配。如果选用合适的训练方法，增强低姿势髋关节伸展时臀大肌的力量，使之适合滑跑技术实际，可能运动员蹬冰功率会有提升。

综上所述，短距离速度滑冰项目发展低蹲屈姿势髋关节受限的髋关节伸展力量依然重要，不能忽视。

臀大肌在直道单步周期蹬冰阶段出现有效放电，表明髋关节在蹬冰阶段有伸展发力。研究结果发现，短距离速滑运动员在左、右单步周期蹬冰阶段髋关节伸展发力时间点并不一致。左单步周期时髋关节伸展发力在蹬冰阶段的中前期，髋关节外展肌、伸肌同时发力，与膝关节伸展动作实现联动形成完整的发力链。这种技术动作有利于在蹬冰阶段开始就形成更大加速度，使蹬冰效果更佳，而且蹬冰阶段开始髋关节就有伸展动作，代表运动员蹬冰开始身体就有向前的动作，这也有利于实现更好的蹬冰效果。右单步周期时髋关节伸展发力在蹬冰阶段的后期，且2组髋关节伸肌出现相似的RMS振幅曲线，表明因为膝关节快速伸展出现的股前肌群和股后肌群共激活现象消失，力度减弱，膝、髋关节没有形成很好的伸展发力链，蹬冰效果可能不如左单步周期。蹬冰阶段中前期并没有髋关节伸展发力，表明运动员右单步周期开始阶段身体并没有向前动作，直到蹬冰阶段后期才出现身体向前动作，蹬冰阶段身体横、纵两个方向没有很好的形成合力，可能不利于实现理想的蹬冰效果。直道左、右单步周期髋关节伸展发力的差异，表明左、右单步周期蹬冰阶段动作模式不同，左单步周期动作模式可能更合理，可以达到更理想的蹬冰功率。右单步周期动作模式可能与弯道技术迁移有关，具体情况有待下一步继续研究。左、右腿蹬冰阶段动作模式的差异可能会造成运动员在比赛过程中两腿力量失衡或者比赛后程疲劳程度的不同，这可能是我国短距离速滑运动员容易在比赛后程动作发散的原因之一。实践训练中应该改进右单步周期蹬冰阶段模式，在蹬冰开始阶段身体向前，髋关节伸展发力，使左、右单步周期蹬冰动作平衡，可能有利于提升运动员直道滑跑成绩和改善两腿力量、技术不平衡的问题。

4 结论

短距离速度滑冰项目途中滑跑直道蹬冰阶段臀大肌存在明显的肌电活动，但弯道滑跑阶段肌电活动不显著；直道左、右单步蹬冰阶段臀大肌、股二头肌、半腱肌肌电及其协同—拮抗关系的不同，提示，运动员左右腿蹬冰存在技术差异，改善右单步周期蹬冰阶段的动作结构，可能有利于两腿力量平衡，改善比赛后程动作发散的问题。

［1］ 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 m项目为例［M］.北京：北京体育大学出版社，2009.

［2］ 陈民盛，张云，覃晓红. Clap冰刀蹬冰技术动作原理的探讨［J］.中国体育科技，2003，39(10)：26-28.

［3］ 陈民盛，覃晓红，刘波.关于速滑蹬冰中伸膝压踝技术的研究［J］.体育科学，2002，22(6)：124-126.

［4］ 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.

［5］ 黄达武. 优秀女子500 m速度滑冰运动员速度节奏及专项力量肌肉用力特征研究［D］.上海：上海体育学院，2013.

［6］ 黄达武，刘露，吴瑛，等. 优秀速度滑冰运动员冰上直道专项肌肉用力特征对比分析［J］ .中国运动医学杂志，2015，34(2)：154-163.

［7］ 李芙蓉，陈月亮，吴新炎.我国优秀短距离速滑运动员直道滑冰腿部肌肉肌电特征研究［J］.天津体育学院学报，2014，29(1)：14-18.

［8］ 李芙蓉，陈月亮，吴新炎.我国优秀短距离速滑运动员直道滑冰腿部肌肉肌电特征研究［J］.天津体育学院学报，2014，29(1)：14-18.

［9］ 刘述芝，吴瑛，李玉章. 我国部分优秀男子跳远运动员起跳环节肌肉用力特征［J］.上海体育学院学报，2011，35（2）：61-65.

［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］ 魏书涛.短跑过程中下肢动作控制和股后肌群损伤机制的生物力学研究［D］. 上海：上海体育学院博，2011.

［12］ 吴新炎，陈月亮.我国优秀短距离速滑运动员弯道滑冰腿部肌电特征研究［J］.北京体育大学学报，2014，37（10）：77-82.

［13］ 吴新炎，陈月亮，李芙蓉.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［J］.天津体育学院学报，2012，27(6)：515-518.

［14］ 吴胡宁，崔性赫，陈月亮.优秀速滑运动员弯道滑跑与陆上模拟肌电特征及其对训练的启示［J］.天津体育学院学报，2015，30(2)：115-120

［15］ 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.

［16］ 张 杰，吴瑛，康文峰.高水平短跑运动员途中跑摆动技术表面肌电(sEMG) 特征［J］.成都体育学院，2011，39(9)：51-54.

［17］ KLEINE B U，VAN DIJK J P，LAPATKI B G，et al.2007.Using two-dimensional patial in formation indeeom position of surface EMG signals［J］.J Electrorny ogr Kinesiol，17(5)：535-548

［18］ BERGER R A．Effects of the Tonic Neck Ref l ex in the Bench Press［EB/OL］. http：// journals.lww.com /nsca-jscr /.

Study about the Hip extensor EMG features of the Woman’s Short Distance Speed Skating Athletes when skating on the way and Theirs Enlightenment to the Practice Training

WU Xin-yan，CHEN Yue-liang，LI Fu-rong

By using the synchronous testing technology with the Finland’s ME6000-T16 EMG test system and TM-6710CL high-speed camera，the original EMG of the athletes’ gluteus maximus，biceps femoris muscle and the semitendinosus muscle were collected，then they were transformed into RMS time domain and carried out by the homogenization treatment. This paper analyzed the EMG features of the athletes in single-step cycle during the sliding on the way，explored the synergistic and antagonistic relationship between two groups muscles of the hip extensor in single-step cycle，discussed their enlightenment to the practice training. The results showed that the effective electrical activity of the gluteus maximus appeared in the early and medium stage of the pedaling ice when the left leg skating in the straight during the single-step cycle，the effective electrical activity of the gluteus maximus appeared in the later stage of the pedaling ice when the right leg skating in the straight during the single-step cycle，the effective electrical activity of the gluteus maximus did not appeared in the single-step cycle when the athletes skating in the curve-path；The two groups muscles’ amplitude curve of the hip extensor were similar and their synergy was obvious when the right leg skating in the straight during the single-step cycle，but their amplitude curve was not similar and their synergy was not obvious when the left leg skating in the straight during the single-step cycle；The gluteus maximus muscle contribution is far less than the biceps femoris muscle and the semitendinosus muscle when the athletes skating on the way，the action mode of the hip extension in the pedaling ice stage is not a single one. The research showed that in the short track speed skating，electrical activity of gluteus maximus is obvious in the pedaling ice stage when the athletes skating on the straight way while not obvious in the curve-path. The electrical activity of the athletes’ gluteus maximus，biceps femoris muscle，the semitendinosus muscle and synergistic and antagonistic relationship are different. Knowing the technological difference at the stage of the pedaling ice and changing the action mode at the stage of the pedaling ice when the right leg is skating during the single-step cycle，athletes could balance the power of the two legs and improve the action divergence problem.

speed skating；single-step cycle；EMG features；hip extension；practice training

G861.1

A

1002-9826（2017）03-0134-06

10. 16470/j. csst. 201703019

2016-09-18；

2017-03-24

国家体育总局奥运攻关项目(2016HT128)。

吴新炎，男，副教授，硕士，主要研究方向为运动训练学，E-mail：wxy7902@126.com。

湖北理工学院 体育部，湖北 黄石 435000

Hubei Polytechnic University，Huangshi 435000，China.