男子铁饼运动员旋转过程主要用力肌群的表面肌电分析

目录 摘要 . 前言 . 1 选题依据 . 2 研究意义及肌电应用可行性 .21 理论意义 .22 现实意义 .23 实际应用价值 .24 可行性分析 . 3 研究思路 .31 运动员肌电测试的肌肉选取 .32 肌电测试原理图 .33 肌电测试时的工作流程 . 4 文献综述 .电及肌电图的概述 . 国外肌电技术在体育领域研究历史及现状 . 国内肌电技术在体育领域研究历史及现状 . 研究对象和研究方法 .究对象 .究方法 .21 文献资料法 .22 专家访谈法 .23 测试法 . 数理统计法 . 研究结果与讨论 . 左腿支撑旋转和腾空 阶段各肌肉肌电活动开始的时间 . 左脚支撑旋转和腾空阶段各肌肉肌电活动的结束时间 . 左脚支撑旋转和腾空阶段各肌肉肌电活动的持续时间 . 左脚支撑旋转和腾空阶段各肌肉肌电活动的均方根振幅 . 左脚支撑旋转和腾空阶段各肌肉肌电积分值和贡献率 .脚支撑旋转和腾空阶段各运动员数据分析 . 左脚支撑旋转和腾空阶段各运动员肌肉肌电活动开始顺序及分析 . 左脚支撑旋转和腾空阶段各运动员肌肉肌电活动结束顺序及分析 . 左脚支撑旋转和腾空阶段各运动员肌肉肌电活动持续时间顺序及分析 . 左脚支撑旋转和腾空阶段各运动员各肌肉贡献率及分析 .渡阶段的表面肌电特征 . 过渡阶段各肌肉肌电活动的开始时间 . 过渡阶段各肌肉肌电活动的结束时间 .渡阶段各肌肉肌电活动的持续时间 . 过渡阶段各肌肉肌电活动的均方根振幅 . 过渡阶段各肌肉 肌电活动的积分值和贡献率 .渡阶段各运动员数据分析 . 过渡阶段各运动 员肌肉肌电活动开始顺序及分析 . 过渡阶段各运动 员肌肉肌电活动结束顺序及分析 . 过渡阶段各运动员肌 肉肌电活动持续时间顺序及分析 . 过渡阶段各运动员肌肉贡献率及分析 . 结论与建议 .论 .议 .考文献 .谢 .件 .1摘要 研究目的 ： 本文主要探讨了利用表面肌电对铁饼运动员旋转阶段几大主要肌肉群进行监控并进行肌电分析,以期通过表面肌电图、 数理统计和 逻辑分析获得可以有效地判断运动员的肌肉力量和技能差异的数据, 帮助教练制定参考标准,指导运动员在技术训练中的侧重点以及需要改进的问题。 构建出我国男子铁饼运动员旋转阶段的表面肌电模式,为 以后的研究提供理论依据。找出旋转技术的优势和不足,优化我国男子铁饼运动员技术,促 进铁饼运动在我国的发展,进一步提高我国男子铁饼运动的水平。 研究方法： 选取九名优秀男子铁饼运动员，使用 携式 8导肌电仪对他们完整铁饼投掷过程中的肌电数据进行采集， 运用 电分析软件以及科学统计软件 研究内容 ：测试铁饼运动员旋转阶段的表面肌电图谱；各肌肉肌电活动的起止时间及持续时间； 肌肉肌电活动的均方根振幅平均值； 肌肉肌电活动的积分值；所测肌肉在整个动作阶段的贡献率。 研究结果： 1左脚支撑旋转和腾空阶段肌电分析发现腕 关节屈肌、斜方肌、前胫骨肌最先参与肌肉发力，肌肉肌电活动开始顺序先后为：腕关节屈肌群前胫骨肌斜方肌肱二头肌股四头肌竖脊肌三角肌股二头肌；三角肌、肱二头肌最先结束放电，肌肉肌电活动结束顺序先后为：三角肌肱二头肌腕关节屈肌群斜方肌 =竖脊肌股四头肌股二头肌 =前胫骨肌；腕关节屈肌、斜方肌、前胫骨肌肌肉放电持续时间最长，肌肉肌电活动持续时间的长短顺序为：腕关节屈肌群前胫骨肌斜方肌股四头肌竖脊肌股二头肌肱二头肌三角肌。左脚支撑旋转和腾空阶段肌肉的贡献率情况：三角肌、斜方肌、竖脊肌最大，其次是股二头肌、腕关节屈肌、前胫骨肌，最小的是肱二头肌、股四头肌。 2旋转阶段过渡部分肌电分析发 现腕关节屈肌、股二头肌、斜方肌、前胫骨肌、竖脊肌、股四头肌最先参与肌肉发力，肌肉肌电活动开始顺序先后为：腕关节屈肌群=股二头肌斜方肌 竖脊肌前胫骨肌股四头肌三角肌肱二头肌；三角肌、股四头肌最后结束放电，肌肉肌电活动结束顺序先后为：三角肌股四头肌竖脊肌前胫骨肌肱二头肌 斜方肌腕关节屈肌群=股二头肌；腕关节屈肌、股二头肌、斜方肌、前胫骨肌肌肉放电持续时间最长，肌肉肌电活动持续时间的长短顺序为：腕关节屈肌群 =股二头肌斜方肌前胫骨肌竖脊肌肱二头肌=股四头肌三 角肌。旋转阶段过渡部分肌肉的贡献率情况：斜方肌、腕关节屈肌最大，其次是股二头肌、竖脊肌，最小的是股四头肌、肱二 2 头肌、前胫骨肌和三角肌。 3整个掷铁饼旋转阶段，前胫骨 肌、腕关节屈肌、斜方肌在肌肉用力方面作用最大，发力持续时间最长，在今后的训练中，应注重这几块肌肉的全面力量训练；同时股四头肌、前胫骨肌、竖脊肌、斜方肌在肌肉收缩速度方面要求也较高，在训练中应加强这几块肌肉的快速力量训练。 关键词： 铁饼 旋转加速阶段 表面肌电图 积分肌电图 3 to of of MG of in of to of MG of be of of to be To s MG to a of to of s s s to to to s s MG of in MG to of of MG of MG of of in 1. MG in in he of of in to of of of as of of by 2. of of MG in MG of of in to of of in of of of of by is 4 3. in of in on a of of in be 5 男子铁饼运动员旋转过程的表面肌电分析 1 前言 11 选题依据 我国是一个体育大国,但并非体育强国,体育 大国和体育强国这两个概念,已经被提及了很多年,而我们的国家 也一直努力将自己的形象从体育大国过渡到体育强国。08年北京奥运会上，我国以 51枚金牌历史性的位列金牌榜第一；并以100枚奖牌列奖牌榜第二。光鲜成绩的背后，我们细看这些奖牌的分布，不难看出，我国在田径项目上的整体竞争力趋势相对较低。但是，在普遍低迷之中，我们依旧看到了希望，在铁饼项目中，我国的运动员宋爱民以 60米 51的成绩获得了女子铁饼项目的第四名，2010 年广州亚运会,我国运动员李艳凤凭借 60 米 79的成绩获得冠军,2011年韩国大邱世锦赛,李艳凤凭借66米52的成绩技压群芳,获得冠军。利用新的技术和新的理念，一方面完善我们的优势项目，另一方面弥补我们在田径场上的不足，是我们从事田径教学研究的人应该坚持的一个方向。所以，本文我选择了在近几年我国运动员取得不错成绩的铁饼，作为我研究的项目。对于投掷类项目的文献，很多学者更注重 最后用力阶段的研究,对于旋转加速这一阶段的研究并不多见。旋转阶段是为了给最后用力积累人体转动的动量，为铁饼的出手产生预先速度，并为最后用力形成大幅度加速用力的身体姿势，即超越器械, 通过旋转，可以增加铁饼出手时的初始速度，根据统计，优秀运动员可以为铁饼增加 10M掷远度增加 1015M，这也是一个重要的衡量旋转质量的标志。 所以对这一阶段的技术进行改良， 及对身体机能进行研究，有助于帮助运动员减少伤病，提高成绩。 这些年，关于铁饼运动的研究多集中在运动学层面，更为注重动作技术方面的研究。这类研究，主要是结合部分运动员的技术特点和动作技术原理，对运动员的外部运动进行分析，而使运动员改变运动技术的原因却无法解释。动作的产生和形成，源于神经系统的支配和肌肉的收缩，从而可以得出结论：运动员技术动作的改变，取决于参加运动的肌肉活动的变化。 本研究全程采用肌电图仪及摄像手段，旨在利 用表面肌电图对运动员投掷过程中旋转加速阶段动作的主要肌群进行全程监测和机能分析， 从而揭示不同运动员技术动作特点与肌肉活动特性之间的联系。 为运动员在以后的训练中提供一定的理论依据。 6 12 研究意义及肌电应用可行性 121 理论意义 伴随着新理念的出现，以及高新技术的运用，社会间各个领域的交融日益增多。如今肌电技术已经广泛应用于运动医学、临床学等领域，并逐渐成为非常重要的研究手段；而在体育一些项目中也已经得到了较多的运用，并收到了不错的效果。本研究将肌电图引入铁饼旋转阶段技术的研究当中，试图构建铁饼投掷技术旋转加速阶段的肌电图模式，以全新的角度 来阐明铁饼投掷技术的科学合理性， 为今后铁饼的力量以及技术训练提供理论依据， 促进铁饼运动在我国的发展。 122 现实意义 很多研究资料表明：科学研究介入到运动项目中，可以对运动成绩的提高起到巨大的推动作用。本文将表面肌电技术应用于铁饼技术的研究，通过对不同运动员的数据进行比较和分析，得出结论，改善运动员不好的发力习惯，避免身体各部位发力方向不一致导致的发力分散，减少 力量的浪费,并在一定程度上可以帮助运动员减少伤病的可能性。 123 实际应用价值 本研究结果可以帮助铁饼运动员改进旋转加速阶段的技术动作， 为该阶段的技术训练提供参考和指导意见，并对培育体育人才有着重要的现实意义，为创建优秀铁饼运动员旋转加速技术阶段的表面肌电图模式奠定了基础。 124 可行性分析 目前 ,国内外学者对体育技术动作进行表 面肌电分析，无论是从表面肌电信号的采集还是肌电图像的分析，都已经进入了一个相对稳定的阶段，可以说表面肌电在这一领域的应用已经相对比较成熟。 目前国内学者采用表面肌电技术对体育领域的研究主要表现在以下几方面： 1肌肉活动直观图，即说明完成某一动作时 ，某一肌群或某一块肌肉的活动情况。 2肌肉参与活动的时间顺序、运动顺序以及贡献率； 3检测运动员肌纤维类型，对运动损伤、运 动性疲劳实时监控，并制定康复计划等。 7 目前国内运用肌电技术对铁饼运动员技术动作的研究尚不多见， 通过肌电技术对铁饼运动动作进行研究，有助于检测各阶段肌肉的发力顺序及贡献率，从而有针对性的改进铁饼运动员的肌肉力量训练，并且完善技术，增加技术动作的实效性和经济性，进而提高运动成绩。 13 研究思路 131 运动员肌电测试的肌肉选取 首先，本研究征求相关专家的意见与建议，选取三名铁饼二级运动员全身20块肌肉进行肌电测试，得出铁饼项目运动过程中身体各部位主要用力的肌群，并对相关数据进行分析，根据肌肉的对称性及大肌肉群带动小肌肉群原理，结合对铁饼投掷过程中的技术动作，从上肢、下肢和躯干三个部位，选出对不同项目各运动阶段贡献率相对较大的 8块肌肉，作为测试肌肉：上肢 3块（腕关节屈肌群、肱二头肌、三角肌） ；躯干 2块（斜方肌、竖脊肌） ；下肢 3块（股二头肌、股四头肌、前胫骨肌） ；选取的测试肌肉均为右侧肌肉。 132 肌电测试原理图 图 1 肌电测试原理图 肌电电极 信号放大采集器 肌电仪器 同步器 信号转换器 无线接收器 计算机 摄像机 数据存储与处理部分 打印机 同步器 肌电仪器遥控器 8 133 肌电测试时的工作流程 图 2 肌电测试工作流程 14 文献综述 1电及肌电图的概述 肌电是神经、肌肉兴奋发放生物电的结果 ，它是产生肌肉力的电信号根源。在 1666 年 现肌肉可以产生电活动，19世纪末有了肌电图用于研究的报告。表面肌电产生的机制，根本原因在于人类细胞体内的各种离子选择性吸收能力是不同的，从而形成人体细胞中离 子浓度内部和外部环境失衡的情况。在安静的条件下，由于浓度梯度，电位梯度和细胞膜通透性，使钾离子流出的速度远远超过在钠离子内流速度，这种形式 下,外界正离子浓度高于细胞内正离子浓度，从而导致静息时细胞的内负外正跨膜电位，称为静息电位，当肌肉细胞受到刺激或接受神经冲动传递，就会导致细胞膜钠离子通透性突然增大，钠离子快速流动，使静息电位去极化，细胞膜突变为外负内正，称为动作电位动作电位。沿肌纤维膜，动作电位可以迅速传导，引起整个肌纤维兴奋，导致肌肉收缩。肌肉收缩和动作电位之间存在密切耦合关系，记录肌肉收缩时的动作电位的变化就是肌电图， 利用肌电图可以解释哪一块肌肉或肌肉的哪一部分参与了活动，包括其强度的大小，顺序，活动时间等。加拿大著名的生物学家 说过， 用肌电信号来测定肌肉产生的力是机能解剖学家和运动生物力学家长久以来的梦想。因此，在肌电图中寻找能反映肌肉紧张，肌肉力矩，肌肉初始长度，角度，及肌肉收缩速度大小的有效指标是表面肌电测量的一个非常重要的任务。 多通道表面肌电图检测是一种无创电检测方法，这种测验分析方式广泛应用 刘汉扬 ,陈家琦 ,王锦雯 . 运动生理学 ,人民体育出版社 1990 苑廷刚 ,王向东 ,张戈 . 肌电测量方法及其在体育科研中的应用 ,第十届全国运动生物力学学术交流大会 石家庄 2002 A. of 990 开机 输入受试者信息 选择肌电测试程序 选择采样频率设置及指标 记录测试动作的肌电情况 运动员做准备活动 贴电极 肌电图存盘 肌电数据分析 9 于临床诊断和康复医学，以及运动医学。肌电图在运动科学的研究应用较晚，主要用于肌肉力量和肌肉疲劳的诊断， 并逐渐从基础理论研究， 上升为实践。 现在，肌电技术在运动科学研究中得到了更广泛的应 用，如用表面肌电控制假肢 ，用表面肌电作为功能电刺激的控制信号 ，而达到某种反馈调节的作用 ，试图通过表面肌电的谱分析判断肌肉疲劳程度 ， 通过平均积分电位研究人的工作负荷等。 早期的肌电图仅根据肌肉波形报告图的形状规则，以及波形密集程度来做定性分析。例如用尺规测量峰 峰间距 ，再折合成微伏。用计算器积分算面积 ，肉眼数出现多少棘波算频率等。这种粗略的方法很难满足实际需要。 70 年代以后 ，随着计算机的广泛应用 ，对肌电图的定量分析也越来越普遍 ，常用有以下指标：积分肌电图 （ 、振幅 （ 均方根振幅 （ 、时程 （ 、面积 （ 、上升时间 （ 、相位变化、肌电功率谱分析以及由此派生的平均功率频率 （ 、 中心频率 （ 、 频谱中值频率 （ 。由于表面肌电图反应的是数个肌肉运动单 位在同一时间内的电位变化 ，一般不作单个运动单位电位 （ 析。外肌电技术在体育领域研究历史及现状 1666 年个意大利科学家 电鳗进行研究， 发现它的放电产生源为肌肉。 1791 年 名的青蛙腿实验，最早的阐述了关于电和肌肉收缩的关联关系， 实验的过程中， 他将青蛙腿通过接触金属棒达到去极化效果，来证明这种关联的存在，当时他的 “动物电 ”理论引起了整个欧洲的关注，并在同一时间，被广泛认为是神经生理学的诞生的标志。两年后， 其理论提出质疑， 证明了不同金属与电解质接触会产生电流。 不久， 一个神经自由端放在肌肉上，但并不与金属相接触，也同样可以产生肌肉收缩， 这让他对自己的理论有了重新的认识； 但是受制于 影响力， 在之后的 80 年中， “动物电 ”理论被人们普遍认为是毫无意义的。1838 年， 过改进检查流量计，证明了电流产生的来源为肌肉。1840 年法国的 早检测出肌肉的独立收缩可以产生电信号， 并在第一时间发现并描述了骨骼的运动和肌肉放电活动是联系在一起的。 1874，1877， 出一个令人信服的肌肉放电活动原理，并命名为动作电位。 国外的肌电图研究中， 自行车测力计上系统研究了运动的左股四头肌表面肌电图；发现在最大摄氧量 20%至 40%的强度下，均方根振幅随时间增加的趋势不明显，但在最大摄氧量 60100%强度下， 增加的幅度较为明显 汤晓芙 . 临床肌电图学 北京 :北京医科大学中国协和医科大学联合出版社 ,1995,23 刘磊 ,等 . 神经肌电图原理 北京 :科学出版社 ,1993,95 10 。 过实验，研究了左二头肌分别在 20%， 40%， 60%和 80%负荷下，从静态工作到疲劳的表面肌电特性，发现随着时间的增加，积分肌电值得变化率与运动强度无关，积分值的是衰竭状态值的 。对腰部肌肉的表面肌电变化进行描述，发现中心频率的变化是非线性的，在一次举起放下动作中，下降与恢复时交替出现的。 排受试者分别进行两种不同工作方式的膝伸肌训练，一个是大负荷反复进行，另一个是保持前一负荷的 40%进行同样的动作，但以爆发的形式进行，通过实验，记录左股四头肌肌肉的信号，结果表明，肌电活动随着时间的减少，在早期阶段，第一组的积分肌电值减少量比第二组要大，而在中期阶段，两组的减少量相似。 观察：前臂屈肌 60%正常负荷下静态收缩直到力竭，肌电图表现为低频段能量减少，高频段持续增加，力竭后开始下降。 人通过不同负荷下进行等长收缩，离心收缩，向心收缩至力竭进行比较，发现三种性质工作的肌电图，均方根振幅随时间增加，平均功率频率随时间而下降，但平均功率频率变化率离心收缩比其他两种工作性质高。 在恒定速度仪器上对伸膝作用至疲劳过程中左股四头肌肌肉收缩的恒定电场变化进行观察，发现平均功率频率在早期出现下降，然后进入稳定阶段；均方根振幅在初始增加，随后出现波动，但总的趋势是上升的。著名运动生理学家 他的书中指出： （ 1）肌肉静态随机收缩，表面电极测定的肌电积分值和肌肉力量之间呈线性关系； （ 2）肌肉用同样速度伸长或缩短时，肌电与肌肉张力呈比例关系，但伸长时斜率下降； （ 3）张力固定，肌肉的活动随缩短的速度增加而加强;随伸长的速度增加而下降。 of MG on 1979， Vo l 4 1： 156158 ， ， of up to 1989， 66（ 4） ： 15931598 H， ， of 1998， 8(4):233245. ， ， in 1998， 77(12):176181. ,M,et of 996;19(6):715 W,of or 991;63(6):444 L, 1997;76(6):483 o of 997:102 一 104) 11 内肌电技术在体育领域研究历史及现状 利用肌电技术来研究体育领域的某些问题，在我国由来已久。很多专家与学者通过实验得到的结论 都证明了，肌电信号（ 特征与肌肉的活动特性存在一定的联系。何庆华认为，肌 电信号是产生肌肉力的电信号根源 ，它是肌肉中许多运动单元动作电位在时间和空间上的叠加 ，反映了神经和肌肉的功能状态 。 体育相关领域的肌电研究，均采用表面肌电技术，在以前，受到技术原因的影响，加之肌电活动很微弱 ，记录很困难 ，而且早期的肌电图分析采用的是人工测量 ，工作量极大 ，结果也欠准确 ，因此多数情况下 ，肌电图仅作定性分析 ，这大大限制了肌电图的应用。随着科技的进步 ，记录技术不断提高 ，计算机也用于肌电图的定量分析 ，这使肌电图的准确性和实用性大大提高 ，极大地促进了肌肉电生理的研究和发展 。 罗小兵，马建在肌电图在运动性肌肉疲劳研究中的应用现状一文中结合积分肌电图 （ 、均方根振幅 （ 、肌电功率谱分析以及由此派生的平均功率频率 （ 、中心频率 （ 、频谱中值频率 （ 基本指标，阐述了表面肌电技术在运动性肌肉疲劳康复中的应用原理。他认为，是疲劳使运动单位的收缩力量下降 ，为弥补肌收缩力量