青年男子排球運(yùn)動(dòng)員補(bǔ)強(qiáng)扣球技術(shù)動(dòng)作的表面肌電分析

青年男子排球運(yùn)動(dòng)員補(bǔ)強(qiáng)扣球技術(shù)動(dòng)作的表面肌電分析

在許多踢球技術(shù)中，觀眾最喜歡的無(wú)疑是防球手術(shù)，因?yàn)檫@是所有技術(shù)的共同分布率最高。有研究表明,強(qiáng)攻扣球在反攻中占有主要地位,女子大約占70%,男子約占80%以上,而在接發(fā)球進(jìn)攻中強(qiáng)攻扣球也占大約30%～40%,可以看出,強(qiáng)攻扣球是得分的重要手段,同時(shí)萬(wàn)京一等人認(rèn)為,揮臂擊球是扣球各項(xiàng)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵。目前,對(duì)排球扣球動(dòng)作的研究主要是通過(guò)攝像解析法單純地從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度進(jìn)行外部動(dòng)作結(jié)構(gòu)的分析,而且,多是對(duì)助跑起跳階段進(jìn)行研究。華立軍等人對(duì)男子助跑起跳階段下肢肌肉的活動(dòng)情況進(jìn)行了表面肌電分析與研究;呂品對(duì)女子排球運(yùn)動(dòng)員扣球助跑階段的起跳技術(shù)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析;Clutch和David以加拿大國(guó)家男子排球運(yùn)動(dòng)員為研究對(duì)象進(jìn)行了扣球助跑起跳技術(shù)的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究,發(fā)現(xiàn)起跳中髖關(guān)節(jié)伸展早于膝、踝關(guān)節(jié);華立軍等人對(duì)男子排球運(yùn)動(dòng)員4號(hào)位扣球動(dòng)作進(jìn)行了下肢表面肌電的分析,發(fā)現(xiàn)臀大肌、股四頭肌和小腿三頭肌等伸肌群在起跳過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。從以上的一些研究能夠看出,對(duì)扣球技術(shù)動(dòng)作的研究主要集中在助跑起跳技術(shù),而缺少對(duì)扣球揮臂動(dòng)作上肢肌肉工作原理方面的研究,本研究使用高速攝像和表面肌電儀從外部技術(shù)動(dòng)作結(jié)構(gòu)和內(nèi)部肌肉工作原理兩個(gè)方面同步研究排球揮臂扣球動(dòng)作,這對(duì)于運(yùn)動(dòng)員提高技術(shù)動(dòng)作以及提高擊球效率都具有重要的意義,同時(shí),對(duì)排球運(yùn)動(dòng)員上肢肌肉專項(xiàng)力量訓(xùn)練也具有重要作用。1研究對(duì)象和方法1.1犯罪年齡、運(yùn)動(dòng)年限本研究選取浙江省青年排球隊(duì)的7名男子運(yùn)動(dòng)員為受試者,受試者身高為190.4±3.15cm,體重75.9±5.1kg,年齡16.9±1.5歲,運(yùn)動(dòng)年限2.7±1.3年。1.2學(xué)習(xí)方法1.2.1監(jiān)測(cè)機(jī)及儀器兩臺(tái)美國(guó)生產(chǎn)的troubleshooter高速攝像機(jī)、芬蘭Mega公司生產(chǎn)的8通道ME6000遙測(cè)表面肌電儀、Ag-cl表面電極、酒精棉球、彈性繃帶、三角架、三維框架、500W照明燈、皮尺、排球10個(gè)。1.2.2全民族過(guò)人扣球動(dòng)作的階段劃分在測(cè)試開(kāi)始之前每名受試者進(jìn)行15min的熱身活動(dòng),同時(shí)向受試者講清楚實(shí)驗(yàn)的程序,整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程得到受試者的允許。由1名二傳手在3號(hào)位傳球,令受試者在在排球場(chǎng)地4號(hào)位起跳做強(qiáng)攻扣球動(dòng)作,由于配合問(wèn)題可能不會(huì)保證二傳手每一次傳球都能使4號(hào)位起跳有最佳扣球效果,因此,每名運(yùn)動(dòng)員做5次扣球動(dòng)作,最后再由專家確定最佳的一次扣球動(dòng)作為研究對(duì)象,為了保證每一名選手都有相近的扣球動(dòng)作,令受試者將球扣在對(duì)面的5號(hào)位。動(dòng)作階段劃分,根據(jù)以往一些學(xué)者的研究將扣球動(dòng)作分為助跑期、起跳期、空中擊球期和落地期4個(gè)部分(圖1)。本研究的重點(diǎn)為空中扣球階段,而且通過(guò)反復(fù)觀察攝像發(fā)現(xiàn),這個(gè)階段根據(jù)動(dòng)作結(jié)構(gòu)不同還應(yīng)該劃分3個(gè)期:1.引臂后拉期,此期特點(diǎn)是起跳開(kāi)始后上臂上提一定程度后外旋并且后拉至最大位置。2.甩臂擊打期,從引臂后拉期結(jié)束到手接觸球階段。3.擊打作用期,手與球開(kāi)始接觸到球離開(kāi)手。1.2.3數(shù)據(jù)收集和處理1.2.3.肌電幅值的標(biāo)準(zhǔn)化分析選取受試對(duì)象的三角肌前束、三角肌后束、肱二頭肌、肱三頭肌、胸大肌、背闊肌、前臂腕屈肌群、前臂伸肌群為測(cè)試肌肉,使用雙極測(cè)試方法,這樣可以降低信號(hào)串線(crosstalk),兩個(gè)記錄電極放在肌肉隆起的正中線上,兩記錄電極之間的距離為2cm,參考電極放在附近的骨性突起處。粘貼電極之前用砂紙打磨皮膚,然后用酒精擦凈,以降低測(cè)量時(shí)候由皮膚碎屑引起的高阻抗。用彈性繃帶將電極線捆綁在肢體周圍,以防止因?yàn)殡姌O線抖動(dòng)引起基線漂移,采用遙測(cè)方式對(duì)扣球揮臂動(dòng)作時(shí)肌肉的電活動(dòng)進(jìn)行記錄,采樣頻率設(shè)置為1000Hz。在正式記錄肌電信號(hào)之前,首先進(jìn)行幅值標(biāo)準(zhǔn)化處理(normalization),最大幅值測(cè)試方法采用PeterKonrad中使用的方法對(duì)肌電信號(hào)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,即將每一個(gè)人需要測(cè)試的每一塊肌肉在扣球過(guò)程中的肌電振幅除以該塊肌肉在等長(zhǎng)最大隨意收縮下的最大肌電幅值,用%MVC來(lái)表示,這樣可以消除一些生理和測(cè)量干擾因素,為了減少誤差,最大肌電幅值測(cè)試進(jìn)行3次,取3次最大值的平均值作為基準(zhǔn)參考值。對(duì)采集到的原始肌電信號(hào)進(jìn)行10～500Hz的帶通濾波,然后使用均方根法(公式1)進(jìn)行全波整流,再使用移動(dòng)平均窗法(movingaveragewindow)進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑(公式2),窗口寬度定為0.01s,步長(zhǎng)為2個(gè)采樣點(diǎn),圖2為三角肌前束整流后平滑效果。RMSvalue[I]=∑i=nn+N?1|DataRaw[i]|2N????????????ue001?ue000(1)RΜSvalue[Ι]=∑i=nn+Ν-1|DataRaw[i]|2Ν(1)I為均方根振幅的指數(shù),i為第幾個(gè)原始數(shù)據(jù),n=[1,N+1,2N+1,…],N為計(jì)算均方根的點(diǎn)數(shù)。Yi=avg(Xi?k??,Xi,?,Xi+k)?i∈Z(2)Yi=avg(Xi-k??,Xi,?,Xi+k)?i∈Ζ(2)Yi為經(jīng)過(guò)移動(dòng)平均窗法平滑后的時(shí)間序列,Xi為整流后的時(shí)間序列,K為正整數(shù),移動(dòng)平均窗法是對(duì)整流后的時(shí)間序列每2k+1或者2k個(gè)觀測(cè)值取平均值,最后輸出的序列就是平滑后的時(shí)間序列Yi。表面肌電學(xué)相關(guān)指標(biāo)定義:肌肉激活程度,將所測(cè)試的某塊肌肉某一段劃分時(shí)期內(nèi)的均方根振幅值平均值除以該塊肌肉等長(zhǎng)最大隨意收縮時(shí)最大幅值,用%MVC表示,同一塊肌肉在不同階段時(shí)期的比較可以反映該塊肌肉的激活程度,該值越大表明激活程度越高。1.2.3.影像照片的拍攝方法高速攝像機(jī)的拍攝速度設(shè)置為250fps,快門速度為1/1000。首先給運(yùn)動(dòng)員扣球側(cè)的肢體關(guān)節(jié)處貼上熒光膠布,這樣做是為了便于解析技術(shù)動(dòng)作時(shí)數(shù)字化描點(diǎn)。兩臺(tái)troubleshooter高速攝像機(jī)分別放在運(yùn)動(dòng)員扣球手的側(cè)面和正面進(jìn)行三維拍攝,正面攝像機(jī)放在受試者的背面以防止網(wǎng)的遮擋,兩臺(tái)攝像機(jī)的主光軸大約成95°,調(diào)整兩臺(tái)攝像機(jī)到運(yùn)動(dòng)平面的距離直至將運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作全部收錄進(jìn)去,x軸正方向?yàn)榍斑M(jìn)運(yùn)動(dòng)方向,y軸為垂直方向,z軸為左右橫移方向。使用美國(guó)的APAS運(yùn)動(dòng)解析軟件將收集到的影像圖片數(shù)據(jù)進(jìn)行解析,人體模型選擇日本松井秀治模型,再添加附加點(diǎn)作為球的模型,采用6Hz截止頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑,得到位移、速度、角度、角速度等參數(shù)。運(yùn)動(dòng)學(xué)相關(guān)指標(biāo)定義:背弓角,空中擊球動(dòng)作期間,肩關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)三點(diǎn)連線形成的最小夾角。揮臂角,空中跳起引臂后拉預(yù)備擊球時(shí),肘關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)三點(diǎn)連線形成的最大夾角。揮臂速度,擊球瞬間手指末端的三維合速度。球出手速度,球脫離手后產(chǎn)生的三維合速度。1.2.3.工機(jī)前拍攝的三機(jī)同步點(diǎn)通過(guò)遙測(cè)表面肌電儀的外發(fā)觸發(fā)器觸發(fā)兩個(gè)燈源,這兩個(gè)燈源分別放在兩臺(tái)高速攝像機(jī)前面,在啟動(dòng)肌電儀記錄開(kāi)始后,按下mark鍵可以產(chǎn)生觸發(fā)過(guò)程,第一個(gè)mark標(biāo)志表示動(dòng)作開(kāi)始點(diǎn),第二個(gè)mark標(biāo)志表示動(dòng)作結(jié)束點(diǎn),肌電中出現(xiàn)mark點(diǎn)時(shí)刻和兩臺(tái)攝像機(jī)同時(shí)拍攝到的燈源時(shí)刻就是三機(jī)的同步點(diǎn)。1.2.4計(jì)分析過(guò)程使用SPSS11.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,所有數(shù)據(jù)用Xˉˉˉ±SDXˉ±SD表示,采用皮爾遜相關(guān)分析方法進(jìn)行相關(guān)分析,顯著性檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為a=0.05。2結(jié)果與分析2.1等長(zhǎng)并蓄的肌肉電活動(dòng)分析從表1中能看出,在跳起扣球的引臂后拉期三角肌前束的電活動(dòng)最強(qiáng),為39.8±22.4%MVC,說(shuō)明在此階段神經(jīng)系統(tǒng)動(dòng)員較多的支配三角肌前束的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元,三角肌前的主要作用是完成上臂在肩關(guān)節(jié)處的前屈,完成引臂動(dòng)作。而作為其拮抗肌的三角肌后束電活動(dòng)要低于三角肌前束,這樣可能是為了保證主動(dòng)肌積極發(fā)揮作用,順利完成上臂及前臂的揮擺,而提拉上臂之后,上臂后拉動(dòng)作則主要依靠三角后束收縮來(lái)完成,因此,三角肌后束的電活動(dòng)水平也比較高,為28.1%±9.8%MVC。在此階段,肱二頭肌也表現(xiàn)出較高的電活動(dòng)水平,為24.5%±16.7%MVC,原因是肱二頭肌有兩個(gè)功能,肱二頭肌長(zhǎng)頭肌可以使上臂在肩關(guān)節(jié)處前屈,這也正符合這個(gè)階段的動(dòng)作特點(diǎn);另一個(gè)功能是肱二頭肌短頭肌可以使前臂屈曲,前臂靠近上臂,肱二頭肌短頭腱使肘關(guān)節(jié)屈曲實(shí)際是通過(guò)牽張反射作用,為下一個(gè)階段前臂在肘關(guān)節(jié)處伸蓄能,以至于在下一個(gè)階段產(chǎn)生更強(qiáng)的伸肘動(dòng)作,同樣,它的拮抗肌肱三頭肌在這個(gè)階段電活動(dòng)水平較弱,體現(xiàn)了一種協(xié)調(diào)性。由于胸大肌具有使上臂屈曲的功能,所以,在這個(gè)階段也體現(xiàn)出一定的電活動(dòng)水平,而背闊肌主要參與引臂后的后拉上臂動(dòng)作,因此,也產(chǎn)生一定的電活動(dòng)。同時(shí),還發(fā)現(xiàn)在這個(gè)階段前臂屈腕肌群和伸腕肌群電活動(dòng)水平較弱,說(shuō)明此時(shí)腕關(guān)節(jié)處于一種放松狀態(tài)。在甩臂擊打期,我們能看到前臂的屈腕肌群和伸腕肌群電活動(dòng)水平比上臂前拉期明顯增大,說(shuō)明此階段要加固腕關(guān)節(jié),而且,屈腕肌群的電活動(dòng)水平要明顯高于伸腕肌群,說(shuō)明腕關(guān)節(jié)處于屈曲狀態(tài),這樣有利于擊球。在這個(gè)階段肱三頭肌電活動(dòng)強(qiáng)烈,因?yàn)殡湃^肌積極收縮可以使前臂在肘關(guān)節(jié)處充分伸展,有利于擊球。背闊肌表現(xiàn)為較高的電活動(dòng)水平,是因?yàn)楸抽熂∈湛s可以使上臂帶動(dòng)前臂后伸,而胸大肌在肩關(guān)節(jié)角度超過(guò)一定范圍后,可以使上臂后伸,這樣兩者共同的作用是使上臂在肩關(guān)節(jié)處積極后伸從而帶動(dòng)前臂甩動(dòng),再加上肱三頭肌的作用,最終使手關(guān)節(jié)像一個(gè)鞭稍一樣鞭打,這從內(nèi)部肌肉工作原理方面解釋了排球扣球動(dòng)作屬于鞭打動(dòng)作。在擊打作用期各塊肌肉電活動(dòng)水平進(jìn)一步增加,肱三頭肌、前臂伸腕肌群、前臂屈腕肌群電活動(dòng)都已經(jīng)超過(guò)了等長(zhǎng)最大隨意收縮時(shí)的水平,分別為114.7%±67.4%、120.5%±75.3%、112.3%±100.3%,這可能超出了線形評(píng)估肌肉電活動(dòng)水平的范圍,出現(xiàn)放電水平高于等長(zhǎng)最大隨意收縮的水平,還有一種可能就是受試者在做等長(zhǎng)最大隨意測(cè)試的時(shí)候并沒(méi)有發(fā)揮出最大力量,也可能會(huì)造成該值過(guò)于偏大,如果受試者在做等長(zhǎng)最大隨意測(cè)試的時(shí)候確實(shí)是發(fā)揮了最大力量,說(shuō)明在動(dòng)力性下做最大隨意收縮會(huì)比在靜力性下做最大隨意收縮下產(chǎn)生更大的肌電幅值,那么,在最大等長(zhǎng)收縮下產(chǎn)生的肌電幅值作為標(biāo)準(zhǔn)化的基準(zhǔn)幅值方法可能受到質(zhì)疑,所以,在該方面的研究還有待于進(jìn)一步探討。但是,本研究中肱二頭肌和肱三頭肌電活動(dòng)水平增加的結(jié)果也符合蔡豐任的研究結(jié)論,即預(yù)追求擊球瞬間的最大力量,必須強(qiáng)化肱二頭肌和肱三頭肌的力量訓(xùn)練。在擊打作用階段前臂伸腕肌群和前臂屈腕肌群電活動(dòng)水平進(jìn)一步增強(qiáng),可以大大增強(qiáng)腕關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性,從而能對(duì)抗擊球瞬間球的反作用力,最終對(duì)球產(chǎn)生一個(gè)很大的沖量。另外,從圖5中可以清楚地看出,在各個(gè)階段拮抗肌都有電活動(dòng),當(dāng)然,所有拮抗肌的電活動(dòng)水平都比主動(dòng)肌弱,這體現(xiàn)出高水平運(yùn)動(dòng)員在完成扣球揮臂動(dòng)作時(shí)肌肉的協(xié)調(diào)性。主動(dòng)肌電活動(dòng)水平高,從而使主動(dòng)肌強(qiáng)烈收縮,這樣可以保證揮臂動(dòng)作有一個(gè)動(dòng)力來(lái)源,而拮抗肌在不同階段都表現(xiàn)出不同的電活動(dòng)水平,從而保證拮抗肌在每個(gè)階段都有不同程度的收縮,而拮抗肌積極收縮可以提供反向力矩,研究表明,在鞭打動(dòng)作中要使末端環(huán)節(jié)獲得較大的速度,近端環(huán)節(jié)必須要有起制動(dòng)作用的反向力矩,本研究中三角肌后束、肱二頭肌以及前臂伸肌群這些拮抗肌收縮能夠在肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)以及腕關(guān)節(jié)處提高關(guān)節(jié)反向力矩,這樣使相應(yīng)的環(huán)節(jié)能夠及時(shí)制動(dòng),從而使運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)表現(xiàn)為依次加速-制動(dòng)的特征。另外,郭峰等人對(duì)高水平拳擊運(yùn)動(dòng)員后手直拳技術(shù)動(dòng)作的研究,發(fā)現(xiàn)上肢拮抗肌積極收縮與防止關(guān)節(jié)損傷有關(guān),因此,本研究中拮抗肌表現(xiàn)出強(qiáng)烈的電活動(dòng)也可能與防止運(yùn)動(dòng)員揮臂扣球時(shí)上肢損傷有關(guān)。2.2水平風(fēng)速變化分析從表2中能夠看出,在所調(diào)查的7名優(yōu)秀男子青年排球運(yùn)動(dòng)員中,在空中姿勢(shì)變量中,背弓角為130.2°±4.7°,揮臂角為113.2°±6.1°,最后出手球速為23.5±0.7m/s,目前,國(guó)內(nèi)針對(duì)女子排球運(yùn)動(dòng)員扣球揮臂動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析數(shù)據(jù)較多,而男子方面的研究較少,本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果與這些學(xué)者報(bào)道的數(shù)據(jù)相近。在排球扣球動(dòng)作中,胸向前挺出,上下肢向后屈曲,這種姿勢(shì)是為了維持身體在空中的平衡,因?yàn)樾叵蚯巴Τ鍪谷梭w重心向前,而下肢和上肢向后屈曲可以彌補(bǔ)重心向前引起的不穩(wěn),這稱為補(bǔ)償性平衡,這是背弓角的一個(gè)重要意義。另外從表2中能看出在擊球瞬間,肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、手的三維合速度分別為4.1±0.4m/s、6.5±0.9m/s、11.3±1.9m/s、23.5±0.7m/s,表現(xiàn)為各個(gè)關(guān)節(jié)的速度依次增加,這是動(dòng)量傳遞的結(jié)果。根據(jù)鞭打原理,各個(gè)環(huán)節(jié)依次制動(dòng)加速,作為鞭梢的手最后速度最大。從環(huán)節(jié)角速度看,肩關(guān)節(jié)角速度、肘關(guān)節(jié)角速度、腕關(guān)節(jié)角速度分別為811.7±125.5°/s、1123.6±156.7°/s、1276.9±346.1°/s,符合角動(dòng)量傳遞原理,可見(jiàn),無(wú)論是關(guān)節(jié)的線速度還是環(huán)節(jié)的角速度,都是從近端關(guān)節(jié)向遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)逐漸增加,這體現(xiàn)出高水平運(yùn)動(dòng)員扣球揮擺技術(shù)動(dòng)作良好的協(xié)調(diào)性。從表3中結(jié)果可知,球出手速度與背弓角、揮臂角以及揮臂速度的相關(guān)系數(shù)r分別為-0.512(P<0.05)、0.484(P<0.05)、0.611(P<0.01)。背弓角越小,最后球出手速度越快,正如前面所定義的背弓角是空中擊球動(dòng)作期間,肩關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)3點(diǎn)連線形成的最小夾角,當(dāng)起跳后準(zhǔn)備扣球過(guò)程中,首先是胸部向前挺起,下肢和上肢向后拉伸,人體在空中形成一個(gè)即將彈射的“弓”形,在這個(gè)過(guò)程中胸腹部、肩部肌肉被充分拉長(zhǎng),根據(jù)牽長(zhǎng)-收縮循環(huán)原理(stretchshorteningcycleSSC),在隨后發(fā)生的收腹、揮臂、甩腕過(guò)程中儲(chǔ)存在胸腹部和肩部肌肉被充分拉長(zhǎng)的勢(shì)能就會(huì)釋放出來(lái),再加上腹部和上肢肌肉自身收縮產(chǎn)生的力量,最終會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬間極大的爆發(fā)力,那么,這個(gè)角越小,“弓”就拉得越滿,最后產(chǎn)生的效果也就越明顯。因此,背弓角對(duì)于最后的鞭打效果至關(guān)重要。對(duì)于揮臂角來(lái)說(shuō),與球出手速度的相關(guān)系數(shù)r為0.484(P<0.0