艺术体操难度动作“侧倒平衡”sEMG对比研究

宋海明,杨金柱,段晓敏

(陕西省体育科学研究所，陕西西安 710068)

艺术体操的难度动作在《体操大辞典》中的概念定义为：对身体素质有一定要求、有一定技术价值以及合理地操纵各种器械的单个动作[1]艺术体操集体项目要求场上五名队员随着音乐节奏完成成套动作，过程中各名队员之间要协调配合，完成动作在时间上要高度一致，空间上要求高度统一。之前为我省艺术体操运动员做运动生物力学科研服务主要集中在运动学层面上，运动学研究是通过对动作表象外部运动学特征进行定性与定量分析，推断技术合理性但并不能直接解释技术动作产生变化的原因。引起运动状态改变的力来源于神经系统支配下的肌肉活动变化，动作技术的变化决定于参与动作的肌肉活动变化，进而表现为人体外部运动表象的变化。故而要进一步解释技术动作特征及变化就应对运动过程中肌肉活动情况进行了解和分析。

针对陕西省艺术体操主教练的科研需求,集体项目五名队员中有一名队员杨某完成难度动作 “侧倒平衡”存在动站不稳，双腿打开角度不合理等问题。应用运动生物力学研究方法,采用摄像和表面肌电图仪同步测试手段进行研究，选取队伍中完成“侧倒平衡”难度动作质量最好的常某为参照对象。对二人完成难度动作“侧倒平衡”过程中参与动作的主要肌肉的肌电图(SEMG)进行测试和分析，研究肌肉活动过程的特征，进一步揭示肌肉活动情况与技术特征及之间的关系，进行运动生物力学对比分析。找出两名队员完成动作的生物力学指标特征差异，发现杨某存在的技术缺陷与问题。为教练员进行训练提供科研服务与理论支撑、帮助陕西省艺术体操队创造优异成绩。

1. 研究对象与方法

1.1 研究对象

以我省两名一线艺术体操运动员为研究对象，对她们完成难度动作“侧倒平衡”过程肌肉用力特征进行研究。

表1 测试对象基本情况表

1.2 研究方法

文献资料法：通过中国知网检索国内艺术体操运动员技术动作的运动学分析以及肌肉sEMG方面研究的文献和报告做为本研究的参考。

专家访谈法：长期跟队做科研工作，访问省队总教练、主教练及每一名运动员进一步理解艺术体操难度动作要求和运动员技术特点，为制定测试方案提供参考。

实验法：1.测试方法：运动芬兰产的16导遥测肌电仪MegaWin6000对艺术体操运动员的8块肌肉进行测试，记录下运动员完成难度动作“侧倒平衡”过程中肌肉的表面肌电图(sEMG)，同时用一台摄像机(Casio FH-100)同步记录动作视频，sEMG 采样频率为1000HZ，摄像机的拍摄频率为120fps。

测试肌肉选择：

根据“侧倒平衡”动作结构特点和人体解剖学结构，结合教练与运动员在实践认识，选择测试肌肉。

表2 sEMG测试肌肉一览表

数据处理：

运用芬兰MegaWin肌电分析软件记录八块肌肉的原始sEMG信号,并进行分析,通过对SEMG信号的处理,得到平均肌电图(均方根振幅,RMS)和积分肌电值(IEMG)等时域指标,获得肌肉活动(用力)的强度和活动顺序等.同时从同步获得的视频影像中得到“侧倒平衡”动作各技术阶段的特征画面,以此来确定动作的时间以及与肌肉活动之间的关系。

统计分析：对SEMG的定量结果进行常规统计学处理,获得肌肉活动的SEMG的RMS和IEMG的定量指标,对肌肉活动的情况关系进行分析。

2. 研究结果与分析讨论

2.1 侧倒平衡动作各阶段与动作时相

为进行动作技术分析,根据完整的侧倒平衡难度动作技术要求对侧倒平衡的动作技术时相与阶段划分做如下说明:

动作时相说明与动作各阶段的定义

在天津市人民医院收集合并组和单纯CRC组患者术前空腹血液标本和健康查体者血液标本各3 mL，3 500 r/min离心10 min(r=15 cm)，室温，取上层血清，-80 ℃低温冰箱保存待查。

①时刻：侧倒平衡开始时刻

②时刻：摆动腿最高点时刻

③时刻：侧倒平衡结束时刻

各动作阶段定义为:①-②：侧倒平衡上摆阶段.②-③：侧倒平衡下落阶段

图1 动作时相与动作各阶段划分图

2.2.完成难度动作侧倒平衡的肌肉肌电整体描述

为适应艺术体操评分规则不断的修改，该项目正向着更复杂、更多样、更难的方向发展，要求运动员的技术水平更加完美。一直以来影响比赛得分的重要因素之一是完成难度动作的技术水平。平衡类身体难度动作与转体类、跳跃类动作共同构成艺术体操身体难度动作，是艺术体操难度动作之一。身体难度是艺术体操训练中不能忽视的重要环节，平衡类身体难度动作以其特殊的技能特征在艺术体操身体难度动作中所占比例一直是艺术体操运动员专项技术训练中需攻克的难题。

杨某①-②阶段所用时间明显长于②-③阶段所用时间，常某这两个阶段所用时间则较接近。第一阶段杨某与常某所用时间接近，第二阶段杨某所用时间明显小于常某所用时间。第一阶段与第二阶段常某用时间较为对称、杨某则表现的极为不对称。

L胫骨前肌：杨某在右腿达到最高点后即刻收缩达到最强之后开始减弱。常某在右腿达到最高点前即刻收缩达到第一个高峰，在右脚着地前即刻收缩达到第二个高峰且比第一个峰尖高。之后开始减弱。L腓肠肌：杨某与常某肌电图形类似，但收缩强度最大值杨某明显小于常某。L臀大肌：杨某与常某肌电图形类似，但收缩强度最大值杨某明显大于常某。L股二头肌：杨某与常某肌电图形类似，收缩最大值接近，杨在右腿达到最高点时收缩达到最强，常则最强收缩时间比杨来的更早。R腑外斜肌：杨某与常某肌电图形类似，但收缩强度最大值杨某大于常某。R背阔肌：杨某收缩强度最大值明显大于常某，杨某从左脚着地到右腿上抬直到右脚着地整个过程持续收缩且在右脚着地后即刻收缩达强度达到最强。常某则在右腿上抬达到最高后即刻收缩强度达到最强且之后开始减弱。R大腿肌膜张肌：杨某收缩强度最大值大于常某，杨某与常某肌电图形类似，均为双峰状。但是在双峰中间的低谷杨某的高低幅度变化是常某的两倍多。收缩与放松变化幅度大不利于稳定。R股外侧肌：杨某收缩强度最大值大于常某，图形杨某成单峰状而常某成双峰状。杨某在右脚着地即刻收缩强度达到最强之后开始减弱。常某在右腿上抬达到最高点前收缩强度达到第一个高峰。在右脚下落过程中段时收缩强度达到第二次峰值。

图2 侧倒平衡各阶段时相与平滑处理后的肌电图

2.3 肌肉激活顺序分析

表3 测试肌肉激活顺序一览表

在完成各项运动动作人体对应环节链应按一定顺序先后进行，那么就需要对应参与的肌肉按照一定顺序发力，合理的肌肉先后用力顺序直接影响着技术动作的完成质量。数据显示动作过程八块肌肉发力先后顺序杨为：L胫骨前肌,L股二头肌, L臀大肌, R大腿肌膜张肌, R腹外斜肌,L腓肠肌外侧, R股外侧肌, R背阔肌。常八块肌肉发力先后顺序为：L胫骨前肌，L股二头肌，L腓肠肌外侧，L臀大肌，R腹外斜肌，R股外侧肌，R背阔肌，R大腿肌膜张肌。在整个动作过程中常某的肌肉发力顺序表现为左侧支撑腿先发力，右侧摆动推后发力。左侧支撑腿先发力为良好的稳定平衡创造了条件。在左侧支撑稳定的前提下进行右侧腿的摆动是较为合理的。杨某左侧支撑腿腓肠肌发力不积极落后于右侧摆动作用的肌肉，而右侧大腿肌膜张肌发力提前了。在左侧支撑腿还没有积极支撑右侧摆动肌肉已经开始活动不利于动作的稳定。

2.4 做功与负荷分析

2.4.1 ①-②阶段作功与负荷所占比例对比分析

完成动作过程中肌肉放电作功与负荷反映出每块肌肉在动作过程中的放电作功的比例大小。不同运动员之间进行比较可以找出较差的运动员在完成动作过程中所有肌肉的放电作功特点与优秀运动员之间的差异。

表4 ①-②阶段作功与负荷所占比例一览表

所谓平衡是在各种外界环境与条件下，肌肉用力保持身体姿势稳定的一种能力，从运动生物力学的角度分析，平衡类动作是以身体的某一部位作为支撑，做到并保持某种身体姿态的动作。实现平衡的首要条件是身体重心投影需要在支撑面内，影响平衡的要素则是身体重心、支撑面及所有方向上的力与速度。身体重屯、越低、支撑面越大，各方向的合力于速度越小，平衡的稳定性就越好。要准确的完成平衡类动作，需要遵循以上基本原理[4]。

动作过程中肌肉放电的作功与负荷比例由大到小排序，常的排序为：L腓肠肌外侧，L胫骨前肌，L股二头肌，L臀大肌，R腹外斜肌，R股外侧肌，R大腿肌膜张肌，R背阔肌，杨的排序为：L臀大肌，L胫骨前肌，L腓肠肌外侧，L股二头肌，R腹外斜肌，R大腿肌膜张肌，R股外侧肌，R背阔肌。在左脚着地至右腿最高阶段左右侧肌肉做功与负荷对比杨与常二人较为一致、均为左侧肌肉大于右侧肌肉。就各肌肉而言左侧胫骨前肌、腓肠肌外侧肌肉杨某要小于常某。左侧臀大肌则杨大于常。右侧腹外斜肌、大腿肌膜张肌杨某大于常某、右侧股外侧肌杨小于常。建议杨某在此阶段加大左侧胫骨前肌、腓肠肌外侧的收缩。放松右侧臀大肌的收缩程度。适当放松右侧腹外斜肌而加强股外侧肌的收缩。

2.2 ②-③阶段作功与负荷所占比例对比分析

表5 ②-③阶段作功与负荷所占比例一览表

平衡类身体难度动作充分展示运动员的柔韧性和控制能力。2013-2016版规则将跳跃、平衡、旋转、柔初波浪调整为跳跃、平衡、旋转类身体难度动作，将旧版规则中的柔初波浪难度归纳到平衡类难度动作中。新版评分规则要求平衡类动作应具备以下特点：用脚掌、全脚、或者身体的不同部位来完成动作，姿态要准确清晰而固定(结束姿势)、动作幅度大、平衡难度一旦形成就要与器械结合。但规则不允许用膝部支撑、臂部支撑、及＂哥萨克＂姿势完成的慢转动作等有损运动员健康的动作。

动作过程中肌肉放电作功与负荷比例由大到小排序，常的排序为：L腓肠肌外侧，L胫骨前肌，L臀大肌，R腹外斜肌，R股外侧肌，R大腿肌膜张肌，L股二头肌，R背阔肌。杨的排序为：L臀大肌，L腓肠肌外侧，L胫骨前肌，L股二头肌，R腹外斜肌，R股外侧肌，R背阔肌，R大腿肌膜张肌在右腿最高至右脚着地阶段左侧胫骨前肌、腓肠肌外侧、臀大肌均为杨与常的主要用力参与肌肉。各肌肉而言：杨的左侧胫骨前肌、腓肠肌外侧小于常，右侧腹外斜肌、股外侧肌、股外侧肌小于常。

2.3 ①-③阶段作功与负荷所占比例对比分析

表6 ①-③阶段做功与负荷所占比例一览表

运动技术是所有运动员竞技能力构成的核心所在，艺术体操运动员也不例外。艺术体操项目的运动技巧对比赛成绩起决定性的影响作用。动作编排的难度与创新性及结合运动技巧实现对身体的美是艺术体操项目所强调的。同时重视将美的艺术化与技巧的竞技化相结合。运动员在比赛中要力求无失误完成第一个动作，身体难度在艺术体操分值中占很大的部分，是得分的关键。

动作过程中肌肉放电的做功与负荷比例由大到小排序，常的排序为：L腓肠肌外侧，L胫骨前肌，L臀大肌，R腹外斜肌，L股二头肌，R股外侧肌，R大腿肌膜张肌，R背阔肌。杨的排序为：L臀大肌，L胫骨前肌，L腓肠肌外侧，L股二头肌，R腹外斜肌，R大腿肌膜张肌，R股外侧肌，R背阔肌在左脚着地至右脚着地的整个动作过程中左侧胫骨前肌、腓肠肌外侧、臀大肌均为杨与常的主要发力参与肌群。其中左侧胫骨前肌、腓肠肌外侧和右侧的股外侧肌杨小于常。左侧臀大肌，左侧股二头肌收缩杨大于常。

建议杨要明显加强左侧胫骨前肌、腓肠肌外侧的收缩强度，同时适当放松臀大肌。

3. 研究结论

3.1 杨某肌肉激活顺序不合理，左侧腓肠肌激活滞后，而右侧大腿肌膜张肌激活提前。

3.2 左侧胫骨前肌、腓肠肌参与收缩的程度明显不足。 左侧臀大肌参与收缩的程度过于强烈。

3.3 杨某完成动作时间分配不合理，右脚下落阶段时间过短。左侧胫骨前肌与右侧股外侧肌收缩持续时间不足。

3.4 杨某右侧背阔肌收缩过于强烈。右侧大腿肌膜张肌收缩与放松变化幅度范围过大。