对铅球运动员最后用力阶段主要关节运动顺序的研究

对铅球运动员最后用力阶段主要关节运动顺序的研究中图分类号：g824 文献标识：a 文章编号：1009-9328（2012）03-000-02摘要传统上国内田径界对于铅球最后用力阶段的发力顺序有两种认识，一种认为遵循从下往上的发力顺序，另一种认为是髋部先发力。

本实验通过对几名铅球运动员进行肌电与运动学的测试，认为铅球运动员最后用力阶段的力源是髋关节，然后传到下肢，但在运动形式的表现上则可能会有所不同。

关键词铅球发力顺序肌电红外光点运动捕捉系统最后用力阶段是铅球投掷中最重要的环节之一，铅球最后速度的80-85%是在这一阶段获得的，同时该阶段也是形成超越器械姿势及调整出手角度的重要时间段，可以说运动员在最后用力阶段的表现决定整个铅球投掷的结果。

关于铅球投掷最后用力阶段运动员关节的活动顺序问题国内田径界一直有争论。

《田径》（体育院校普修通用教材1991年）中认为：正确的用力顺序从外形看来，首先是右腿的用力蹬转开始，推动右髋向投掷方向转动。

《田径运动教程》（体育院校普修通用教材1999年）认为，最后用力的顺序要遵循从下而上，从腿到髋、腰、胸，最后到臂、手的协调用力。

马霍尔德、戴森和格里盖尔卡也曾提出身体环节相互作用的理想变化理论，认为理论上来说身体环节自下而上的运动顺序是合理的。

然而也有很多人认为最后用力阶段发力方式为髋部先发力，同时向上向下传导，也就是大肌肉群先发力，小肌肉群后发力。

美国田径教练员访华团来华讲学时说：“最重要的一点是当最后用力开始首先应是右髋的发力。

这时髋的动作犹如一块石子投入水中，接着在水面上产生一圈一圈向外扩散的水波那样。

这就是说首先是右髋发力，然后动作扩大到下肢和上肢。

”扎齐奥尔斯基也曾指出：“运动员在完成击打运动、投球、掷铁饼和标枪，以及推铅球运动时，通过身体环节从近端向远端的依次积极活动，才能使物体获得最大速度。

”闫之朴等人从力学及动作合理性的角度分析，认为髋部发力的方式是较为合理的。

一、研究对象与研究方法（一）研究对象以北京体育大学铅球队3名在训队员为研究对象，年龄均为20岁，均为右手滑步投掷选手，专业从事铅球运动均达5年以上。

所有受试者均理解实验意图，自愿参与本次实验，测试前24h未进行剧烈运动。

测试时所有队员下肢及腰部均无伤病。

（二）研究方法1．实验数据的采集由于实验条件的限制，测试分为两部分进行。

第一次为在室外田径馆测试，受试者手执铅球进行投掷动作，仅采集肌电数据。

第二次在北京体育大学科研中心体能训练实验室进行，受试者不持球进行投掷动作，同时采集运动学数据。

运动学数据采用北京体育大学科学研究中心所配置motion红外光点运动捕捉系统进行采集。

肌电数据运用便携式无线遥测表面肌电测试系统进行采样，其采样频率为1000hz。

第一次测试同步摄像机采样频率为25hz。

肌肉的选取：通过分析铅球动作的过程和对北京体育大学铅球教练员及运动生物力学教研室老师的访谈，以及对与铅球和肌电相关的文献资料的归纳总结，选取投掷侧（即右侧）胫骨前肌、腓肠肌、股四头肌内侧头、股直肌、腹直肌、臀大肌、竖脊肌、腹外斜肌等八块肌肉作为被测肌肉。

反光标志点共15贴，均在右侧，分别为左右的肩、肘、腕、髋、膝、踝、足尖，同时在受试者右侧肩胛骨下缘处贴一个反光点作为判断左右侧的标志，具体贴点处参照人体骨性标志得出。

2．实验数据的处理与分析采用megawin软件进行初步分析后利用模数转化软件将肌电信号转化为数据，利用excel进行处理和分析。

红外光点所得运动学参数利用excel软件进行统计和分析。

二、结果与分析（一）最后用力阶段的划分目前国内文献和资料对于最后用力阶段的划分有所不同，本研究采用的划分方法为李诚治于1992年出版的《教练员训练指南》中所述：“最后用力阶段是指从双脚支撑开始到铅球出手为止这一动作过程。

”（二）肌电结果的分析表面肌电信号是从人体骨骼肌表面通过电极记录下来的神经肌肉活动时发放的生物电信号，它与肌肉的活动状态和功能状态之间存在着不同程度的关联性，能在一定程度上反映神经肌肉的话动。

表面肌电图技术是通过肌电图仅采集肌肉表面电信号并加以分析的方法。

利用表面积电信号判断肌肉激活时间一般有三种方法：其一是通过计算肌电信号基线时的平均数与标准差，以肌电信号超出平均加减两至三倍标准差并超过50ms作为激活标准。

其二是通过测定肌肉的mvc值，并以一个肌电信号幅值超过mvc一定的百分比作为标准。

其三是以实验中肌电信号最大值的百分比作为激活标准。

本研究选择第三种方法，即肌电幅值超过其最大值的20%作为肌肉激活的标准。

在第一次持球测试过程中，这是第一次测试其中一位运动员张某的肌电图。

经过分析可以得出的结论是，在最后用力阶段开始时丁某、张某两人所有被测肌肉都已经处于激活状态，张某某除竖脊肌以外其余各肌肉也均已处于激活状态。

这一结论符合逻辑，因为只有全身各处肌肉同时发力，才有可能给与铅球最大的能量传递，使铅球获得更大的初速度。

因此我们要看肌肉的激活时间点就必须将时间点向前推。

丁某的肌肉激活顺序为：股四头肌内侧——腹直肌——臀大肌——胫骨前肌——-股直肌——腓肠肌外侧——竖脊肌——腹外斜肌，张某的肌肉激活顺序为：股四头肌（内侧）——腹直肌——臀大肌——胫骨前肌——股直肌——腓肠肌外侧——竖脊肌——腹外斜肌，张某某的肌肉激活顺序为：股四头肌内侧——腹外斜肌——腓肠肌——腹直肌——胫骨前肌——臀大肌——竖脊肌——股直肌。

可以发现他们之间的肌肉激活顺序尽管不尽相同，但都表现出髋关节附近的大肌肉群首先被激活，踝部附近的大肌肉群激活相对滞后的特征。

（三）运动学结果的分析红外光点运动捕捉系统通过对目标上特定光点的监视和跟踪来完成运动捕捉的任务。

从理论上说，对于空间的任意一个点，只要它能同时被两台摄像机所见，则根据同一瞬间两相机所拍摄的图像和相机参数，即可以确定这一时刻该点的空间位置。

当相机以足够高的速率连续拍摄时，从图像序列中就可以得到该点的运动轨迹。

典型的光学式运动捕捉系统通常有6～8个相机，环绕场地排列，这些相机的视野重叠区域就是动作范围。

为了便于处理，通常要求表演者穿上单色的服装，在身体的关键部位，如关节、髋部、肘、腕等位置贴上一些特制的标志或发光点，称为“marker”，视觉系统只识别和处理这些标志。

为了得到准确的运动轨迹，要求相机要有较高的拍摄速率，一般要求达到每秒60帧以上。

本研究所采用的motion运动捕捉系统位于北京体育大学科学研究中心内，是由八个摄像机组成的运动捕捉系统。

图1是丁某做出整个投掷动作时的角速度-时间图像，从5.365秒开始为最后用力阶段起始时间。

在这一时间点上我们可以看到，他的髋关节和膝关节的角速度值仍然为负值，即仍处在屈曲未伸展的状态，而踝关节此时已经开始进行伸展。

因此对于丁某来说，他在投掷时最后用力阶段的实际表现为踝关节先于髋关节表现出伸展形式。

图2是张某做出整个投掷动作的角速度-时间图像，从5.315秒开始为最后用力阶段开始时间。

在他的最后用力阶段过程中，膝关节始终处于伸展的状态，而开始时髋关节与踝关节均处于收缩状态，在该阶段的后期，髋关节首先达到速度的正值，即首先表现出伸展状态，随后踝关节才达到速度正值。

由此我们可以看出，尽管铅球运动员最后用力阶段的力源都来自髋部，但由于训练年限、竞技水平和技术风格等原因，他们所表现出的关节活动顺序差异较大，其中张英杰和丁胡嘉所表现的均是踝关节先于膝关节运动，而张铮表现为髋部先于踝部运动。

三、结论（一）根据肌电结果分析，铅球运动员最后用力阶段时尽管不同队员的肌肉激活顺序有所不同，但总体来说其动作的力源均来自髋部而非踝部，髋部肌肉首先被激活后沿着身体方向向下传递。

这一结果符合生物力学原理，即大关节附近的大肌肉群先发力，然后才是小肌肉群的发力。

（二）根据运动学结果分析可知，不同运动员在最后用力阶段所表现的关节运动顺序是不同的，有的运动员会表现出髋部先于踝部，有的则表现出踝部先于髋部的运动形式。

因此我们可以说铅球运动员一般遵循的都是以髋部为力源的最后用力阶段的发力原理，只是有些运动员可能因为腰腹部肌肉所需要抵消的阻力大致使髋部落后于下肢开展运动形式，这也可能致使是有些文献和教科书得出“铅球运动应遵循从下至上的用力顺序”结论的原因。

但总体上看，铅球运动员最后用力阶段的投掷还是符合生物力学原理的。

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