我国优秀双人滑男运动员落冰及模仿训练肌电特征研究

李 骥，赵金平，华立君，王 旭

我国优秀双人滑男运动员落冰及模仿训练肌电特征研究

李 骥1，赵金平2，华立君1，王 旭1

目的：探讨花样滑冰跳跃动作落冰过程中肌肉的工作特征及相关陆地模仿的训练效果。方法：以我国优秀双人滑男运动员张某为研究对象，利用Mega ME6000肌电测试仪对其完成后外点冰两周跳、陆地两周跳、凳上跃起动作落地过程支撑腿落地后0.8 s内双侧胫骨前肌、腓肠肌外侧头、股直肌、股二头肌、臀大肌、竖脊肌、腹外斜肌和腹直肌的表面肌电信号进行采集，通过MegaWin2.4对原始数据进行处理分析。结果：完成专项动作时积分面积较大的8块肌肉依次为右侧股二头肌、右侧股直肌、右侧腓肠肌外侧头、左侧股二头肌、右侧胫骨前肌、右侧臀大肌、左侧臀大肌和右侧竖脊肌，多数工作肌的积分肌电峰值出现在落冰后的0.4 s左右；完成专项动作各肌肉积分面积与凳上跃起动作具有较高相关性（r=0.578，P=0.019），与陆地两周跳动作不相关；肌肉贡献度较大的肌肉中，专项动作与两种陆地模仿动作相比，支撑腿股二头肌、股直肌和腓肠肌外侧头的平均积分肌电值明显偏高，积分肌电峰值出现时间不同。结论：完成后外点冰两周跳落冰动作的主要工作肌为支撑腿各肌群、同侧竖脊肌及摆动腿的股二头肌、臀大肌；凳上跃起和陆地两周跳两种陆地模仿练习的肌肉工作特征与专项动作有一定差异，可作为辅助训练手段，但不宜过多采用。

花样滑冰；落冰；陆地模仿；表面肌电

落冰是花样滑冰中最易出现失误的关键技术环节。随着花样滑冰运动水平不断提高，跳跃动作的难度不断加大，跃起速度快，旋转周数多，对运动员的落冰稳定性提出了更大的挑战。近年来，我国高水平花样滑冰运动员在国内外重要赛事中出现落冰动作失误的现象屡见不鲜，直接影响比赛成绩[1]。如何有效增强运动员的肌肉控制能力，提高落冰稳定性是亟待解决的问题。目前，陆地模仿是花样滑冰运动员普遍采用的训练方法[2]，提高训练的专门性，使之与专项技术动作相符合是有效发挥训练效果的重要途径。

通过比较花样滑冰运动员在完成跳跃动作及2种陆地模仿动作时的动作特点和表面肌电（sEMG）特征，分析影响运动员落冰稳定性的关键因素，探讨陆地模仿训练与专项技术动作的差异，为改进花样滑冰跳跃动作的训练方法提供理论依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

研究对象为我国现役优秀双人滑运动员张某，国际级健将，1984年出生，身高181 cm，体重85 kg。

1.2 研究方法

1.2.1 试验法 （1）试验仪器。Mega ME6000（Mega Electronics Ltd，Finland）16通道表面肌电仪，SONY-1 000E数码摄像机，一次性Ag/AgCl皮肤表面电极（北京市天润伟业医用设备厂产YH-1型）。

（2）试验方案。试验在北京首都体育馆国家花样滑冰训练中心进行，测试内容及时间安排见表1。根据花样滑冰跳跃动作的动作特点[3]，选取双侧胫骨前肌（TA）、腓肠肌外侧头（LG）、股直肌（RF）、股二头肌（BF）、臀大肌（GM）、竖脊肌（ES）、腹外斜肌（EO）和腹直肌（RA）共16块肌肉作为表面肌电测试对象。

表1 测试内容及时间安排Table1 Testing contents and time arrangement

（3）sEMG信号的采集与分析。采用双电极法采集sEMG信号。表面电极直径0.5 cm，参照SENIAM提出的标准，贴放于肌腹最隆起处，放置方向与肌纤维长轴走向一致，电极中心相距2 cm，参照电极置于探测电极内侧3 cm处，放置电极前用75%酒精棉球清理皮肤表面[4]。连续采集运动员跳起至落地后身体恢复静止状态的sEMG信号，采样频率1 000 Hz，带通滤波20～500 Hz，摄像机同步采集视频。将落地过程划分为8个阶段，从支撑腿着陆瞬间开始，每0.1 s为一个阶段（见图1）。利用MegaWin2.4分别将3种动作的原始肌电数据转换为积分肌电（iEMG）并运算。

图1 陆地模仿2周跳动作的原始肌电及视频截图Figure1 Raw EMG and the corresponding video shots about action of imitation for double toeloop jump

1.2.2 数理统计法 利用spss16.0对试验数据进行相应的统计学分析。

2 结果

2.1 完成动作的基本情况

3项测试中运动员的动作有如下特点（见图2）。（1）运动员均以右腿为支撑腿，左腿为浮腿，各肌肉的用力程度和发力顺序不同。（2）完成专项落冰动作时，支撑腿屈髋、屈膝、踝关节背屈，在身体重心下降至最低点后转为蹬伸；摆动腿交叉于支撑腿前方，从髋关节屈、外旋位顺势打开呈外展、后伸位，膝关节随之伸直；躯干保持前倾。（3）完成陆地落地动作时，躯干在动作后半阶段完全挺直，身体其他各运动环节动作基本同专项动作。落地约0.4 s时，由于旋转惯性，且足底与地面摩擦力大，支撑腿发生一次小跳以调整身体方向。（4）完成凳上落地动作时，由于距地面垂直高度增加，身体重心下降幅度加大；因跃起时无转体动作，不存在转动惯量，落地时身体未发生旋转运动；摆动腿运动仅发生于矢状面内。（5）3项测试中，身体重心变化节奏有所不同。身体旋转90°时，完成动作中各阶段用时见表2。

图2 完成3种落地动作视频截图Figure2 The corresponding video shots about three kinds of actions

表2 完成动作用时/sTable2 Duration of completing action/s

2.2 积分面积及肌肉做功百分比

2.2.1 积分面积 积分面积反映肌肉完成动作中的做功，张某完成3种动作的积分面积（0.8 s）见表3。完成陆地动作时，做功大于专项动作及与专项动作接近的肌肉均为3块，凳上模仿动作时各为5块。利用Bivariate-pearson检验对专项动作与陆地、凳上动作的积分面积值分别进行比较，完成凳上动作各肌肉做功与专项动作具有较高相关性（r=0.578，P=0.019），而完成陆地动作各肌肉做功与专项动作不相关。

表3 完成3种动作过程中的积分面积Table3 Integral area in process of completing three kinds of actions

2.2.2 肌肉做功百分比 肌肉做功百分比也称肌肉活动贡献度，能够客观反映肌肉在完成动作某阶段内发挥作用的大小[5]。张某完成3种落地动作时，0.8 s内的肌肉做功百分比见图3。

图3 完成专项、陆地和凳上动作时各工作肌做功百分比Figure3 Each working muscle acting percentage during completing specialty，land and bench action

完成专项动作时，16块肌肉按贡献度依次为：右侧股二头肌＞右侧股直肌＞右侧腓肠肌外侧头＞左侧股二头肌＞右侧胫骨前肌＞右侧臀大肌＞左侧臀大肌＞右侧竖脊肌＞左侧股直肌＞左侧腹直肌＞右侧腹外斜肌=左侧腓肠肌外侧头＞右侧腹直肌=左侧腹外斜肌＞左侧竖脊肌＞左侧胫骨前肌。贡献度最大的前8块肌肉中有6块为右侧肌肉，可见，支撑腿一侧的肌肉在完成落冰动作时发挥的作用最为重要。

与完成专项动作贡献度最大的前8块肌肉相比，陆地动作和凳上动作各有6块工作肌与之相同，为右侧股二头肌、右侧股直肌、右侧腓肠肌外侧头、右侧胫骨前肌、左侧臀大肌和右侧竖脊肌。

2.3 iEMG值

2.3.1 专项动作主要工作肌iEMG值 将完成动作时，活动贡献度最大的前8块肌肉定义为主要工作肌。张某在落冰的0.8 s内，主要工作肌iEMG值随时间变化趋势见图4。

图4 专项动作主要工作肌积分肌电值Figure4 Integrated EMG values of main working muscle in specific action

积分肌电（iEMG）大小反映了肌肉的用力程度[6]，曲线中的最高点代表肌肉的工作强度峰值。（1）右侧股二头肌、右侧腓肠肌外侧头、右侧胫骨前肌、右侧竖脊肌和左侧臀大肌5块肌肉工作强度峰值出现在落冰后的第4个0.1 s内，右侧股直肌在此时段肌肉收缩程度也明显增强，说明这一阶段是落冰动作过程的最关键时期。观察视频发现，此阶段身体重心由最低点开始上升，支撑腿肌肉的主要工作从离心缓冲转为向心收缩，左腿臀大肌和股二头肌先后发力，摆动腿以左髋关节为发力点，从体侧开始向后外方加速打开。（2）在落冰瞬间，右侧股二头肌、右侧股直肌、右侧臀大肌和左侧股二头肌即出现较高的工作强度，此后用力程度又有所下降，说明上述肌肉在身体接冰时提前做出了准备，这种现象是否存在普遍规律及其对完成落冰动作的影响尚需进一步探讨（见图4）。

2.3.2 冰陆动作主要工作肌iEMG值 平均iEMG值代表肌肉在完成动作中的平均工作强度。完成专项、陆地和凳上3种动作6块主要工作肌的平均iEMG值及组间非参数检验结果显示，6块工作肌中，右侧股二头肌的平均iEMG值在专项动作与2种陆地模仿动作之间的差异有统计学意义，其他5块肌肉的差异不具有统计学意义，但仍存在不同程度的数值偏差，特别是右侧股直肌和右侧腓肠肌外侧头在完成专项动作中的工作强度远远高于陆地模仿动作（见表4）。

表4 6块主要工作肌平均iEMG值（M±SD）Table4 iEMG valueof 6 main working muscles（M±SD）

2.3.3 冰陆动作主要工作肌工作强度随时间变化趋势 6块主要工作肌在完成不同动作时工作强度随时间的变化曲线显示：专项动作的6块肌肉工作强度变化表现出较高的一致性，曲线呈抛物线状，峰值出现时间比较接近；陆地动作时，各肌肉工作强度变化规律不明显，曲线呈现单峰、双峰和波浪形；凳上动作时，右侧股二头肌、右侧股直肌、左侧臀大肌和右侧竖脊肌4块肌肉工作强度变化趋势与专项动作较为接近，在工作强度大小和峰值出现时间上略有不同（见图5）。

3 讨论与分析

花样滑冰跳跃动作的质量主要体现在动作的高、飘、快、稳4个方面[7]。起跳时，人体需获得较大的垂直速度和水平速度，并在空中沿人体纵轴进行高速旋转，因此，为了确保落冰期动作的稳定性，人体必须对由此产生的惯量进行有效控制，这有赖于上、下肢和躯干肌肉的协调有序工作[8]。落冰时，支撑腿髋、膝、踝关节周围肌肉通过拉长收缩控制人体重心的下降速度和幅度，这些肌肉工作强度较大，在控制身体平衡方面起到决定性作用；摆动腿、上肢和躯干通过特定的动作和姿势，共同参与保持身体平衡。本研究虽然更多的关注于贡献度最大的几块肌肉，但应指出，其他工作肌所发挥的作用也同样不可忽视。

陆地模仿训练的主要目的是强化相关工作肌的力量和协调能力，练习动作的设计必须符合专门性原则，即在动作形式、力量、速度、节奏等方面应尽可能与专项技术动作相接近[9]。本研究中的2种陆地练习是我国花样滑冰训练中经常采用的辅助训练方法，通过对比，2种陆地训练的动作节奏与专项动作较为吻合，动作均在0.6 s内基本完成，落地缓冲（重心下降阶段）用时在0.2 s左右，其中凳上动作落地缓冲用时比专项动作略长，这与其起跳的垂直高度更高有关。陆地2周跳在动作形式上与专项动作更为接近，区别主要在落地后脚掌与地面间存在较大摩擦力，不同于冰上的滑行动作。正是由于这个原因，这项模仿练习中肌肉的工作特征与专项动作差异较大，如能将支撑面设计成可旋转式，或将使肌肉的工作特征更接近于实际。

比较完成动作时肌肉的平均iEMG值发现，专项动作中支撑腿股二头肌、股直肌和腓肠肌的工作强度都要高于陆地模仿动作，显然，专项动作对肌肉力量的要求更高，陆地模仿练习难以满足，这主要由于落冰时是以冰刀的刀刃接冰，接触面更小，身体重心不易控制，这就需要肌肉发挥更强的肌力确保身体平衡。

图5 主要工作肌iEMG值随时间的变化曲线Figure5 Curve that iEMG value of main working muscle changes with time

4 结论与建议

4.1 结 论

（1）张某完成点冰2周跳落冰动作中贡献度最大的前8块肌肉依次为右侧股二头肌、右侧股直肌、右侧腓肠肌外侧头、左侧股二头肌、右侧胫骨前肌、右侧臀大肌、左侧臀大肌、右侧竖脊肌。

（2）落冰时，支撑腿肌肉对完成动作具有重要作用，各肌群在离心缓冲到向心蹬伸的过渡期工作强度达到最高。

（3）在落冰瞬间，右侧股二头肌、右侧股直肌、右侧臀大肌和左侧股二头肌即出现较高的工作强度，此后用力程度又有所下降，说明上述肌肉在支撑腿接冰时提前做出了准备。

（4）2种陆地模仿练习中，凳上跃起落地比陆地后外点冰2周跳落地时的肌肉工作特征更接近于专项动作，但各肌肉的贡献度大小、用力程度和发力顺序与专项动作仍有一定差异，可作为辅助训练手段，但不宜过多采用。

4.2 建 议

陆地模仿训练可以作为专项训练的辅助手段，但动作的专门性需得到进一步提高。针对完成专项动作中主要工作肌，专门的力量训练必不可少。

[1]许水生，杨帆，吴月滨，等.2009世界花样滑冰锦标赛双人滑比赛分析：备战2010年冬奥会的训练策略[J].冰雪运动，2009，31（4）：14-17.

[2]杜彦明，张洪波.对花样滑冰运动员身体训练的探讨［J］.哈尔滨体育学院学报，2006，24（4）：24-26．

[3]纪仲秋，姜桂萍.花样滑冰点冰跳跃动作的运动学研究[J].北京师范大学学报：自然科学版，2009，45（1）：107-110.

[4]崔玉鹏，洪峰.表面肌电图在人体运动研究中的应用［J］.首都体育学院学报，2005，17（1）：102-104.

[5]吴洪，冉春风.表面肌电图在运动训练中的应用［J］.组织工程研究与临床康复，2008，12（39）：7739-7743.

[6]高强，尹吟青.表面肌电图自动分析的应用［J］.中国运动医学杂志，1985，4（2）：95-101.

[7]樋口豊，太田由希奈，野口美恵.花样滑冰-美的技能[M].东京：日本新书馆出版社，2011.

[8]纪仲秋，高芸，姜桂萍.花样滑冰跳跃动作起跳与落地运动生物力学研究［J］.北京体育大学学报，2009，32（3）：63-66.

[9]邓树勋，王健，乔德才.运动生理学[M].北京：高等教育出版社，2005.

Electromyography Characteristics of Landing Jumps and Imitation Training of Chinese Excellent Male Pairs SkatingAthlete

LI Ji1，ZHAO Jinping2，HUA Lijun1，WANG Xu1

（1.School of Sports Science，Harbin Normal University，Harbin 150025，China；2.School of Winter Olympics，Harbin Institute of Physical Education，Harbin 150008，China）

Objective：To observe the working characteristics of muscles during the falling ice in the jumping actions of figure skating and the training effect of landing imitation.Methods：With the excellent Chinese pairs skating male athlete Zhang as the research object，the surface electromyogram signals of 0.8s af⁃ter supporting leg fall down to the ground of the tibialis anterior，caput laterale，rectus femoris，biceps femoris，gluteus maximus，erector spinae，external oblique and rectus abdominis in both sides in the course of the double toeloop jump，land double toeloop jump and the leaping actions on stool were collected by Mega ME6000，and the raw datas were analyzed by MegaWin2.4.Results：The muscle of the largest integral area in completing special movement is right biceps femoris，followed by right rectus femoris，right caput laterale，left biceps femoris，right tibialis anterior，right gluteus maximus，left gluteus maximus and right erector spinae，and the integrated electromyogram peak of most working muscles appeared around 0.4s after falling on ice.When finishing the spe⁃cial actions，integral areas of each muscles have high correlation with the leaping actions on stool（r=0.578，p=0.019）and uncorrelated with the land double toeloop jump.Compared with the special actions and two land imitation actions，the average integrated electromyogram values of biceps femoris，rectus femo⁃ris and caput laterale in the muscles with the bigger contribution obviously increased and the appearing times of the integrated electromyogram peak were dif⁃ferent.Conclusions：The key muscles of completing the action of falling on ice contained each muscle for supporting leg and the biceps femoris and gluteus maximus for swinging the leg.The muscle’working characteristics of two land imitation trainings were different from the specific movement at certain extent，they can be used as an auxiliary training means，but not excessive used.

figure skating；falling on ice；land imitation；surface electromyography

2013-09-12；

2013-11-16；录用日期：2013-11-17

国家科技支撑计划资助项目（项目编号：2009BAK57B05）

李 骥（1977-），男，黑龙江齐齐哈尔人，讲师，研究方向为运动生理学。

1.哈尔滨师范大学体育科学学院，黑龙江哈尔滨150025；2.哈尔滨体育学院冬季奥林匹克学院，黑龙江哈尔滨150008。

G 804.22

A

1005-0000（2014）01-010-04