运用表面肌电测量和分析方法与运动学、动力学的测量和分析方法实现多机同步测量,是研究和解决运动员体能和技能问题的有效手段,也是运动生物力学在竞技体育中应用的发展趋势。特别是现代无线技术的快速发展,为实现多机无线同步测量奠定了坚实的基础。
肌电图学在竞技体育中探讨的重点内容是肌肉的激活特征、肌肉的收缩强度、神经-肌肉支配模式、肌肉内协调、肌肉间协调、肌肉疲劳、肌电与肌力的关系等。通过检测运动员运动过程中的表面肌电信号特征,能及时反映出其肌肉的兴奋和疲劳状态,有助于建立科学的训练方法。
图4-1为生物力学研究领域中几种常用的方法,其中包含了肌电图学,后者主要研究完成运动动作时某些肌肉的活动状态和功能状态,以及借助其实施技术训练、心理诊断等。
图4-1 运动生物力学研究中常用的测量分析方法
图4-2是在体育科学研究的不同领域运用表面肌电的案例,如肌力测试、步态分析、爆发力测试、力量训练和动作分析等领域。
图4-3记录的是步行过程中一个复步中不同阶段各肌肉的工作情况。从图中可以看出,各肌肉在支撑与摆动中的作用,以及肌肉间的相互协调(放松与紧张)关系。从图中肌肉还可以推断出该测试使用的是针电极采集的结果,如股薄肌(gracilis)、缝匠肌(sartorius)、半腱肌(semitendinosus)、股二头肌短头(biceps femoris short head)等深层肌肉。
图4-2 表面肌电图在不同领域中的应用示意图
图4-3 步行中支撑腿部各肌肉的激活、失活及时程示意图
图4-4是股二头肌、股直肌、胫骨前肌、腓肠肌内侧头在步行过程中的肌电信号图,从中可以看出各肌肉之间是协调工作的关系。但是,需指出的是尽管两篇论文都是步态测试的结果,但是相同的肌肉在测试中表现出了不同的工作特征。笔者推断导致此现象的原因可能主要有两个:其一是受试者群体的差异,即是否存在习惯动作等;其二是步行的速度控制,即在速度要求上不同个肌肉的激活特征也存在一定的差异性。这也是今后分析肌电图运动学需要考虑的现实问题。
图4-4 步态分析中各肌肉在不同阶段中的表面肌电[1]
Sekir等[2]将受试者随机分为控制组、静力性牵拉组和动力性牵拉组,通过对3种放松模式下膝关节向心收缩和离心收缩的峰值力矩、表面肌电特征的研究,指出:动力性牵拉练习后可以有效地提高肌肉的收缩效率,即肌肉的收缩峰值力矩显著增加,而表面肌电值反而显著下降(表4-1~表4-4)。
表4-1 大腿前群肌牵拉前后膝关节不同速度向心和离心收缩的峰值力矩比较
(续表)
表4-2 大腿后群肌牵拉前后膝关节不同速度向心和离心收缩的峰值力矩比较
表4-3 股四头肌牵拉前后的激活程度比较
表4-4 股后肌群各肌肉牵拉前后的激活程度比较
【注释】
[1]Jacquelin P.The contribution of dynamic electromyography to gait analysis.The gait analysis in the science of rehabilitation[M].US:Veterans health administration,1998:33-48.
[2]Sekir U,Arabaci R,Akova B,et al.Acute effects of static and dynamic stretching on leg flexor and extensor isokinetic strength in elite women athletes[J].Scand J Med Sci Sports,2010,20:268-281.
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