基于三維攝像和表面肌電的臥推動訓練模式研究

基于三維攝像和表面肌電的臥推動訓練模式研究

根據(jù)之前文獻的記錄，國內外對力訓練的研究比較多，主要集中在力訓練的研究、權力訓練頻率、負荷、動作速度和振幅的研究、不同專業(yè)能力培養(yǎng)的研究、不同群體能力培養(yǎng)的研究、不同肌肉收縮的研究等方面。綜上所述,關于力量訓練動作技巧細節(jié)及相似動作之間差異性的研究較少,而很多的技術動作分析都集中在專項技術動作上。其實相似力量訓練動作之間的差異性研究十分缺乏,訓練動作之間的細微差別,會對目標肌肉的訓練效果產(chǎn)生很大影響。不了解每個動作的優(yōu)勢及相似動作之間的差別,會使得訓練效果事倍功半。而相似訓練動作之間差異性的研究,也會提高訓練目的的準確性。以臥推系列動作為例,運用攝像測量和表面肌電測試技術,分析相似動作下的肌肉工作狀況,尋求相似訓練動作之間的差異性及其對訓練效果的影響;并提供一套研究力量訓練的新方法、新思路,為今后能夠進一步研究力量訓練動作的細節(jié)提供參考。1研究對象和方法1.1研究主題以8名有訓練經(jīng)驗的25歲左右男性為實驗對象。(選取的對象經(jīng)常從事力量訓練,能夠標準完成實驗中要求的力量訓練動作)1.2學習方法1.2.1文獻與法查閱了大量相關資料,研究了表面肌電技術、紅外測試技術及力量訓練方面的相關文獻。1.2.2試驗預防試驗通過對我國生物力學專家和力量訓練專家的詢訪。獲取大量的相關資料,增加試驗的可行性;預防并發(fā)現(xiàn)試驗中出現(xiàn)的問題,增強試驗的可操作性;全面的、深刻的總結試驗成果,提高試驗的可應用性。1.2.3紅外光高速成像測量方法采用Qualisys紅外跟蹤測試系統(tǒng),拍攝整個技術動作,采集相關運動環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù),以便從力學的角度去分析動作。1.2.4表面肌肉電測量方法通過表面電極獲取訓練動作中主要原動肌及相關肌群的肌電信號,來分析動作過程中各部肌肉的工作狀況,尋求動作的實效性。2結果與分析2.1地模式2.2動作形態(tài)根據(jù)文獻歸納總結的常規(guī)平板臥推動作,作為參照動作,其他四個動作是與之相似的臥推動作參照組,具體的動作形態(tài)描述如下:常規(guī)標定平板臥推動作:起始動作:躺在平板上,挺胸收腹,盡量使背部緊貼在平板上,雙腳放在地面上,握距與肩同寬,保持手腕正直,上臂盡量外展但不要超過肩;開始動作:杠鈴位于胸的中部垂直上下,動作速度保持4s/次(圖1)。上斜板臥推動作:起始動作:躺在板上,挺胸收腹,盡量使背部緊貼在上斜板上,雙腳放在地面上,握距與肩同寬,保持手腕正直,上臂盡量外展但不要超過肩;開始動作:杠鈴位于胸的中部垂直上下,動作速度保持4s/次(圖2)。下斜板臥推動作:起始動作:躺在下斜板上,挺胸收腹,盡量使背部緊貼在下斜板上,雙腳放在地面上,握距與肩同寬,保持手腕正直,上臂盡量外展但不要超過肩;開始動作:杠鈴位于胸的中部垂直上下,動作速度保持4s/次(圖3)。加寬握距臥推動作:起始動作:躺在平板上,挺胸收腹,盡量使背部緊貼在平板上,雙腳放在地面上,采用兩倍肩寬的握距,保持手腕正直,上臂盡量外展但不要超過肩;開始動作:杠鈴位于胸的中部垂直上下,動作速度保持4s/次(圖4)?？焖倥P推動作:起始動作:躺在平板上,挺胸收腹,盡量使背部緊貼在平板上,雙腳放在地面上,握距與肩同寬,保持手腕正直,上臂盡量外展但不要超過肩;開始動作:杠鈴位于胸的中部垂直上下,動作速度保持1.2s/次(動作形態(tài)同常規(guī)標定平板臥推動作,圖1)。我們將上面的每種臥推動作都分為克制工作和退讓工作兩個階段,以便更好的分析技術動作,并以人體解剖軸為依據(jù),建立三維坐標系:其中設垂直軸為x軸,額狀軸為y軸,矢狀軸為z軸。2.2胸徑大肌等原動肌的訓練效果上斜臥推是訓練者經(jīng)常采用的一種臥推動作,與常規(guī)平板臥推動作相比較,胸大肌等原動肌的訓練效果有所不同。為了說明這兩種相似動作形態(tài)對原動肌訓練效果的差異性,本實驗設計了上斜臥推動作組,將從運動學和肌電學雙方面與常規(guī)平板臥推動作進行分析比較。2.2.1中肌肉纖維收縮的變化當杠鈴上升到最高點時,上臂與身體垂直軸(x軸)的角度,定義為α角。依據(jù)胸大肌的解剖學構造(圖5),胸大肌分為鎖骨部、胸肋部和腹部三部分,各部分肌肉的起點和肌纖維的方向有所不同,其中鎖骨部肌纖維收縮,使肩關節(jié)水平屈和屈;胸肋部肌纖維收縮,使肩關節(jié)水平屈;而腹部肌纖維收縮,使肩關節(jié)水平屈和伸。因此,從某種意義上說,α角的大小,標志著胸大肌三部分的收縮狀況。標準平板臥推動作時,α角的平均值為93.9°,說明上臂與身體垂直軸近似垂直,整個運動過程中上臂在肩關節(jié)處做了水平屈的運動;而上斜臥推動作時,α角的平均值為56.8°,說明整個運動過程中上臂在肩關節(jié)處做了水平屈和屈的運動(表1)?？梢?與平板臥推動作相比,上斜臥推動作中上臂在肩關節(jié)處的運動方式不僅有水平屈,還有屈的軌跡,這樣可以推測上斜臥推動作對胸大肌的鎖骨部肌纖維刺激效果增強。2.2.2角肌前束的肌電特征表1與常規(guī)平板臥推動作相比,上斜板臥推動作中各原動肌均方根肌電值的變化有所不同:其中,胸大肌的RMS值減小,而且有非常顯著性差異(P<0.01),這可能是因為表面電極貼在靠近胸大肌胸肋部的緣故(電極貼在胸大肌的中部是為了最大程度反映肌纖維的收縮狀況),上斜臥推使鎖骨部肌纖維收縮加強,而減弱了胸肋部肌纖維的收縮效果;三角肌前束的RMS值增大,而且均有非常顯著性差異(P<0.01),這是因為三角肌前束的肌纖維方向與胸大肌的鎖骨部肌纖維方向極為相似,因此三角肌前束肌纖維的收縮也同樣被加強了。由于RMS值一定程度上反應了目標肌肉肌力的大小,因此可以推斷上斜臥推動作使得整個胸大肌(特別是胸肋部肌纖維)的肌力下降,三角肌前束的肌力上升。通過分析運動學和肌電學的參數(shù),發(fā)現(xiàn)上斜臥推動作更符合胸大肌鎖骨部肌纖維的收縮軌跡,雖然對胸大肌的整體刺激效果略有下降,但鎖骨部肌纖維和三角肌前束肌纖維的刺激效果明顯增強,這也解釋了很多人做上斜臥推動作時,肩部感覺明顯的現(xiàn)象。因此,上斜板臥推動作是平板臥推動作的補充,特別是加強了胸大肌鎖骨部肌纖維的訓練效果,是針對發(fā)展整個胸大肌上部的有效力量訓練動作。2.3平板臥推和上斜臥推下斜臥推也是比較常見的一種臥推動作,與平板臥推和上斜臥推同稱為三大經(jīng)典臥推動作。同樣,我們將從運動學和肌電學雙方面,探討下斜臥推動作對胸大肌等原動肌的訓練效果。2.3.1板臥推動作時與上斜臥推動作分析相同,要考核杠鈴上升到最高點時,上臂與身體垂直軸(x軸)的角度(α角)。與標準平板臥推動作時α角93.9°的平均值相比,下斜臥推動作時α角的平均值為120.1°(表1),說明整個運動過程中上臂在肩關節(jié)處做了水平屈和伸的合成運動?？梢?下斜臥推動作中上臂在肩關節(jié)處的運動方式不僅有水平屈,還有伸的軌跡,依據(jù)胸大肌的解剖學構造(圖5),可以認為下斜臥推動作對胸大肌的腹部肌纖維刺激效果明顯增強。2.3.2角肌的肌力與常規(guī)平板臥推動作相比,下斜板臥推動作中各原動肌均方根肌電值的變化有所不同:其中,胸大肌和三角肌前束的RMS值減小,有非常顯著性差異(P<0.01),胸大肌RMS值的減小可能是因為表面電極貼在胸大肌的中部,無法精確表現(xiàn)胸大肌下部腹部肌纖維束的收縮狀況;而三角肌前束的RMS值減小是因為三角肌前束肌纖維收縮,會使上臂在肩關節(jié)處屈,下斜臥推動作大大減弱了上臂在肩關節(jié)處屈的效果,因此三角肌前束的肌力減弱。綜上所述,可以推斷下斜臥推動作使得整個胸大肌和三角肌前束的肌力下降,肱三頭肌的肌力上升,作為肱三頭肌頡抗肌的肱二頭肌的肌力有所提高,但無統(tǒng)計學意義的差異。通過分析運動學和肌電學的參數(shù),發(fā)現(xiàn)下斜板臥推動作減弱了三角肌前束和胸大肌中上部肌纖維束的刺激效果,但增強了胸大肌下部腹部肌纖維束的收縮效果,是訓練胸大肌外緣和下緣的最佳訓練動作。2.4延長握力促進和傳統(tǒng)水平躺促進之間的差異眾所周知,不同握距的臥推動作會針對目標肌群的刺激效果不同,我們來探討分析不同握距下,目標肌肉的工作狀況具體有哪些差異。2.4.1拓展壓力下臥推動作對比為了便于分析,查閱相關文獻,引入“肩水平屈伸角”的概念。所謂“肩水平屈伸角”是指在標準的臥推動作姿態(tài)下,上臂在身體水平面上的投影與身體矢狀軸所成的角度,它代表手臂水平屈伸的程度,從某種程度上反映了胸大肌收縮和拉伸的幅度。在臥推動作的最大拉伸時刻,加寬握距動作與常規(guī)平板臥推動作的肩水平屈伸角的最大值無顯著性的差異變化(P>0.05);而在臥推動作的頂峰收縮時刻,加寬握距動作的最小肩水平屈伸角角度明顯增加,有非常顯著性差異(P<0.01),這說明與常規(guī)平板臥推動作相比,加寬握距動作中胸大肌的頂峰收縮效果有所下降。同時,加寬握距動作中肩水平屈伸角的整個活動范圍也明顯減小,同樣呈現(xiàn)非常顯著性差異(P<0.01),這說明整個加寬握距臥推動作過程,給予了肌肉更多的拉伸刺激,使肌肉在最大拉伸狀態(tài)下收縮可以更好的訓練胸大肌的內側緣。2.4.2角肌的肌力及肌肉特性分析在寬握距臥推動作中,胸大肌的RMS值比常規(guī)平板臥推動作中有所增加,而且有非常顯著性差異(P<0.01),如圖6所示,兩種不同握距動作中肘關節(jié)在x軸上的坐標變化,反應了肩關節(jié)外展的幅度變化,因此寬握距臥推動作中最大拉伸時刻上臂在肩關節(jié)的外展幅度的加大,造成了胸大肌收縮的初長度增大、肌肉拉力角變小,肌肉的肌力增加;三角肌前束的RMS值小幅度下降,但無統(tǒng)計學意義上的差異,可能是因為寬握距臥推動作中肩關節(jié)的外展幅度加大,使得上臂的運動軌跡更貼近身體的水平面,圍繞著身體的垂直軸,而三角肌前束收縮主要使上臂在矢狀面內圍繞額狀軸運動,因此臥推動作中肩外展的幅度越大,三角肌前束的刺激效果越弱;肱二頭肌的RMS值顯著上升,有非常顯著性差異(P<0.01),在臥推動作中,從肘關節(jié)周圍肌群分析,肱二頭肌作為肱三頭肌的對抗肌存在,而從肩關節(jié)周圍肌群分析,肱二頭肌作為原動肌中的次動肌存在,因此寬握距可能增大了肱二頭肌收縮的初長度,使得其肌力明顯的加強了。通過以上運動學參數(shù)、肌電學參數(shù)的分析,可見隨著臥推握距的加寬,主要原動肌胸大肌的肌力加強,肱二頭肌的肌力也增強,而三角肌前束的肌力略有減弱。在胸大肌最大拉伸時刻(即杠鈴下放到最低點),加寬握距的臥推動作更能刺激內側胸大肌的發(fā)力。2.5速度變化對于力量訓練效果的影響很多文獻中提到訓練動作的速度變化,也會對目標肌群的訓練效果產(chǎn)生影響。在相同的平板臥推技術動作下,我們采用1.2s/次的快速組作為參照,通過比較各主要肌肉的均方根肌電值的差異性,來分析速度變化對于力量訓練效果的影響。如表3中所示,臥推動作的速度變快了,各肌群的RMS值也提高了,其中三角肌前束的RMS值提升最快,胸大肌的RMS值平穩(wěn)上升,基本呈線形遞增,肱三頭肌RMS值的上升速度比胸大肌略快,而肱二頭肌RMS值的變化最慢,如圖7。可以推斷,訓練動作速度加快會使各肌肉募集肌纖維的數(shù)量增加,快速動作的訓練可以發(fā)展肌肉的爆發(fā)力。3結論和建議3.1增強和發(fā)展肌肉上斜臥推和下斜臥推,對胸大肌整體的刺激效果下降,但對局部胸大肌的訓練效果增強,上斜臥推增強了胸大肌鎖骨部肌纖維束訓練強度,而下斜臥推則增強了胸大肌腹部肌纖維束的訓練強度,更有利于發(fā)展胸大肌的下緣和外緣;加寬握距的臥推動作更能刺激內側胸大肌的發(fā)力;訓練動作速度加快會使各肌肉募集肌纖維的數(shù)量增加,快速動作的訓練可以發(fā)展肌肉的爆發(fā)力。因此,每種臥推動作都有各自的