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摘 要: 目的:运用肌电测试系统来记录太极推手初学者与优秀武术运动员之间的肌电图(EMG) 的变化,然后进行比较与分析,从而能够为教学和训练提供科学的理论依据。方法:6名太 极推手初学者和6名优秀武术运动员进行太极推手运动,用肌电测试系统记录其EMG变化情况 。结果:太极推手过程中初学者技术动作不协调,表现为部分上肢肌肉、躯干肌肉和下肢肌 肉同时开始放电,而优秀的武术运动员为部分下肢肌肉和腰腹肌肉率先放电,技术动作协调 、连贯;初学者主要发力肌群为上肢肌群,下肢肌群用力相对较少。结论:优秀太极推手运 动员表现为力由下肢而生,传递于腰腹,最后达于上肢的过程。
关键词:太极推手;肌电图;技术分析
中图分类号:G804.23文献标识码:A文章编 号:1007-3612(2010)07-0055-05
Electromyography Analysis of Taiji Pushing Hand Skill
NIU Jianhua
(Wushu Institute, Jiaozuo University, Jiaozuo 454003, HenanChina)
Abstract: Purpose: This experiment recorded the changes of EMG between Taiji beginners andexcellent Wushu players by electromyography test system. And then,the paper c ompares and analyzes the result in hope of providing scientific theory for teach ing and training. Methods: 6 Taiji beginners and 6 excellent Wushu players werecalled to do Taiji pushing hand, and meanwhile the EMG of certain muscles arerecorded. Result: the beginner’s motion is lack of coordination. Some of thei r upper limb muscles, trunk muscles and lower extremities muscles discharge atthe same time. In comparison, for the excellent players, their lower limb mu scles and abdominal muscles discharge firstly. It means that their motion is co ordinated. The beginner’s major force is the upper limb muscles, and their lo wer limb muscles strength is relatively small. Conclusion: The strength of exce llent Wushu players is born from the lower limb, delivered in the waist, and i t finally reaches in the upper limb.
Key words: Taiji pushing hand; EMG; skill analysis
太极拳是中国武术的杰出代表,目前在世界上的影响已经远远超出其拳种的个体意义, 成为中国武术的代称,在国际上提到中国的武术,都自然会提到太极拳。太极拳不仅可以提 高机体的心肺机能、免疫力等[1],同时也可以提高了人体神经肌肉的控制能力, 如Wu[2]研究认结果提示太极拳可以提高平衡能力和协调能力,并且可以减少老年人跌倒的危险。在学习太极拳的过程中,可以利于太极推手更快的掌握太极拳的动作特点。太极拳是体 用兼备之术,太极拳架是体,太极推手是用[3]。太极推手也称推手、打手、揉手 、揭手, 是太极拳的双人徒手对抗练习,与太极拳套路是体与用的关系,互相补充,在太极拳的教学 中占有重要地位。目前在对太极推手的教学与研究中仅对其技术动作特点本身进行了探讨, 而从神经肌肉方面对太极推手技术动作进行研究尚未多见。表面肌电图(sEMG)可以无创伤评 价肌肉功能,它的运用为探讨各运动项目的运动规律,科学的指导运动训练提供了依据[4]。
本文旨在通过表面肌电图来比较与分析初学者与优秀武术运动员在太极推手技术动作中各肌 肉用力特点,从神经肌肉方面探讨与揭示太极推手的运动规律,为太极拳及太极推手技术动 作的改进和合理化提供理论依据,从而更好的为教学与训练提供科学的指导与服务。
1 研究对象与方法
1.1 研究对象 受试者12名,其6名太极推手初学者为普通大学生,平均年龄(24.50±1.62)岁,平均身 高(1.75±1.10)m,平均体重(64.30±6.76)kg,6名优秀武术运动员包括武英级运动 员2名,一级武士3名,二级武士1名,平均年龄(20.20±2.38)岁,平均(1.68±0.64)m ,平均体重(66.40±5.45)kg,训练年限为5～12 a。
1.2 研究方法
1.2.1 推手技术动作要求 动作阶段划分参考张山(1999)[5]的论述,划分为:
推按阶段:受试者左手松开,按至腰间。重心前移,右腿前弓,同时右手内旋,掌心帖 扶在对方右腕外侧,向对手胸推按。
回绷阶段:受试者顺着对手的推按劲,重心稍后移至左腿,上体微右转,右手内旋,屈 臂于右胸前,掌心向内。
投稿日期:2009-04-23
作者简介:牛建华,副教授,硕士研究生,研究方向人体运动科学,体 育教育训练学。发劲阶段:受试者左脚蹬地,使力向上传导通过膝、胯、腰催动手臂向前迅速按出,力 达右手,掌心斜向下。
1.2.2 肌电图测试方法实验主要仪器为RM6240B/C生理记录仪 (成都仪器厂)、数码摄像机和一次性表面电极。 两电极之间距离为2 cm。所测肌肉上肢为肱桡肌、肱三头肌和三角肌;躯干肌肉为斜方肌、 腹外斜肌和背阔肌;下肢肌肉(左腿)为股外肌、胫骨前肌和腓肠肌。由于RM6240B/C生理记录仪一次只能记录四块肌肉肌电活动的情况,且受试者在每次推 手过程中完成动作的时间不完全相同,因此测试时每次除使用同一块肌肉作为校标对照外, 还用完成推手动作的总时间来标准化各块肌肉肌电活动顺序、持续时间以及积分肌电值,以 便测试结果具有可比性。分次测试误差在5%以内,能够满足测试分析要求。
1.2.3 数据统计处理采用生理记录仪自带的生物信号采集处理系统软件对肌电图进行分析,然后用SPSS13.0统 计软件对数据进行One-way ANOVA分析,数据分析用(X±S)表示。
2 实验结果
2.1 推按和回绷阶段各块肌肉肌电活动顺序以及积分肌电情况推按和回绷阶段各块肌肉肌电活动顺序以及积分肌电情况见表1,单因素方差分析表明,初 学者与运动员相比,在推按和回绷阶段,肱三头肌放电活动的iEMG明显较大(p<0.05 ) ,肱桡肌iEMG则差异非常显著(p<0.01),腹外斜肌放电持续时间明显较长(p<0.05 )。表1 运动员与初学者在推按和回绷阶段主要肌肉活动情况
初学者 开始时间/s 结束时间/s 持续时间/s iEMG/mV•s-1 肌肉贡献率/% 运动员 开始时间/s 结束时间/s 持续时间/s iEMG/mV•s-1 肌肉贡献率/% 肱桡肌0.00±0.000.76±0.190.76±0.310.09±0.0314.06 ±0.090.05±0.130.89±0.190.82±0.190.03±0.02** 8.33±0.08肱三头肌0.08±0.130.73±0.130.64±0.140.10±0.0415. 63±0.12 0.08±0.150.85±0.130.76±0.180.04±0.02*11.11±0.11三角肌0.13±0.160.85±0.070.72±0.180.10±0.0415.63 ±0 .120.15±0.180.90±0.070.75±0.160.07±0.0319.44± 0.19斜方肌0.10±0.100.93±0.390.83±0.160.11±0.0917.19 ± 0.270.07±0.170.65±0.390.58±0.350.03±0.018.33± 0.08背阔肌0.00±0.000.92±0.220.92±0.190.05±0.037.81 ± 0.090.01±0.020.91±0.220.90±0.250.03±0.018.33± 0.08腹外斜肌0.00±0.000.54±0.280.54±0.250.03±0.034.6 9±0 .090.14±0.330.43±0.280.29±0.06*0.02±0.015.56± 0.06股外侧肌0.13±0.310.69±0.190.56±0.260.09±0.0414. 06±0 .120.00±0.000.71±0.190.71±0.190.08±0.0322.22± 0.22胫骨前肌0.00±0.000.76±0.390.76±0.340.05±0.027.8 1± 0.060.00±0.000.51±0.390.51±0.290.03±0.028.33± 0.08腓肠肌0.19±0.210.76±0.330.57±0.240.02±0.013.13 ±0.03 0.02±0.050.72±0.330.70±0.310.03±0.018.33±0.08注:运动员与初学者相比同名肌肉* p<0.05,** p<0.01。2.1.1 推按和回绷阶段初学者和优秀武术运动员肌肉活动的开始顺序 从表1和图1可知,初学者在推按和回绷阶段胫骨前肌、腹外斜肌、背阔肌以及肱桡 肌最 先开始放电,随后放电顺序由先到后依次为肱三头肌、斜方肌、股外侧肌、三角肌以及腓肠 肌;优秀武术运动员在推按和回绷阶段胫骨前肌以及股外侧肌最先开始放电,推手过程中三 角肌放电最晚。肌肉活动的开始顺序由先到后依次为胫骨前肌、股外侧肌、背阔肌、腓肠肌 、肱桡肌、斜方肌、肱三头肌、腹外斜肌、三角肌。对比推按和回绷阶段初学者与优秀武术 运动员的肌肉活动顺序时发现,两者的肱三头肌、背阔肌和胫骨前肌放电顺序大致相同,而 肱桡肌、腹外斜肌、股外侧肌和腓肠肌的放电顺序则有相差甚大的趋势。
图1 推按和回绷阶段肌肉活动的开始顺序比较2.1.2 推按和回绷阶段初学者和优秀武术运动员肌肉活动的结束顺序表1和图2表明,初学者在推按和回绷阶段肌肉的结束顺序由先到后为腹外斜肌、股外侧 肌、肱三头肌、腓肠肌、胫骨前肌、肱桡肌、三角肌、背阔肌、斜方肌;优秀武术运动员在 推按和回绷阶段中,腹外斜肌最先结束放电,而三角肌和背阔肌最后结束放电。优秀武术运 动员在推按和回绷阶段肌肉活动的结束顺序由先到后依次为腹外斜肌、胫骨前肌、斜方肌、 股外侧肌、腓肠肌、肱三头肌、肱桡肌、三角肌、背阔肌。其中两者的斜方肌与胫骨前肌的 结束顺序有相差较大趋势,其余各肌肉相差较小。
图2 推按和回绷阶段肌肉活动的结束顺序比较2.1.3 推按和回绷阶段初学者和优秀武术运动员肌肉活动的持续时间 由表1与图3得知,初学者在推按和回绷阶段背阔肌放电持续的时间最长;腹外斜肌放电 持续的时间最短。肌肉肌电活动持续时间长短顺序为腹外斜肌、股外侧肌、腓肠肌、肱三头 肌、三角肌、胫骨前肌、肱桡肌、斜方肌、背阔肌;优秀武术运动员在推按和回绷阶段肱桡 肌和背阔肌放电持续的时间最长,腹外斜肌放电持续的时间最短。肌肉肌电活动持续时间长 短顺序为腹外斜肌、胫骨前肌、斜方肌、腓肠肌、股外侧肌、三角肌、肱三头肌、肱桡肌、 背阔肌。在推按和回绷阶段中,初学者和优秀武术运动员的腹外斜肌的持续时间存在着显著 性差异(p<0.05)。
2.1.4 推按和回绷阶段初学者和优秀武术运动员各块肌肉活动的iEMG以及肌肉贡献率情 况由表1和图4可知,初学者在推按和回绷阶段中肱三头肌、三角肌和斜方肌的iEMG值最大 ,肌肉的贡献率也最高,分别为15.63%、15.63%和17.19%。初学者在推按和回绷阶段各 块肌 肉活动的iEMG以及肌肉贡献率从小到大依次为腓肠肌、腹外斜肌、背阔肌、胫骨前肌 、股外 侧肌、肱桡肌、肱三头肌、三角肌、斜方肌;优秀武术运动员在推按和回绷阶段三角肌和股 外侧肌的iEMG值最大,肌肉的贡献率也最高,分别为19.44%和22.22%。优秀武术运动员在 推按和回绷阶段各块肌肉活动的iEMG以及肌肉贡献率从小到大依次为腓肠
图3 推按和回绷阶段肌肉活动的持续时间比较 肌、腹外斜肌 、背阔 肌、胫骨前肌、股外侧肌、肱桡肌、肱三头肌、三角肌、斜方肌。初学者和优秀武术运动员 在推按和回绷阶段肱桡肌和肱三头肌的iEMG差异性显著,其中肱桡肌的差异性非常显著(p <0 .01)。从图4也可得知,在推按和回绷阶段初学者上肢肌肉的贡献率明显高于下肢,而运动 员上、下肢的肌肉贡献率情况大致相同。
2.2 发劲阶段初学者和优秀武术运动员各块肌肉肌电活动顺序以及积分肌电情况 发劲阶段初学者和优秀武术运动员各块肌肉肌电活动顺序以及 积分肌电情况见表2,初学者表现出比优秀武术运动员在肱三头肌、肱桡肌、三角肌、斜方 肌等更大(p<0.05或p<0.01)的放电量(iEMG)。
图4 推按和回绷阶段肌肉贡献率比较 表2 初学者与运动员在发劲阶段肌肉活动情况
初学者 开始时间/s 结束时间/s 持续时间/s iEMG/mV•s-1 肌肉贡献率/% 运动员 开始时间/s 结束时间/s 持续时间/s iEMG/mV•s-1 肌肉贡献率/% 肱桡肌0.00±0.000.90±0.250.90±0.250.13±0.2110.86 ±0.170.13±0.251.00±0.000.87±0.250.06±0.02**7. 57±0.06肱三头肌0.27±0.211.00±0.000.73±0.210.21±0.0917. 41±0.070.10±0.181.00±0.000.90±0.180.10±0.04*13 .64±0.13三角肌0.11±0.231.00±0.000.90±0.230.22±0.0517.99 ±0.040.20±0.251.00±0.000.60±0.250.13±0.04**17 .74±0.13斜方肌0.26±0.241.00±0.000.74±0.240.17±0.0713.49 ±0.060.06±0.150.95±0.130.88±0.180.05±0.00**6. 97±0.00背阔肌0.11±0.261.00±0.000.89±0.260.09±0.677.19 ±0.530.02±0.040.94±0.150.92±0.190.04±0.015.06 ±0.03腹外斜肌0.00±0.000.83±0.210.83±0.210.08±0.046.3 6±0.030.11±0.270.89±0.120.78±0.240.09±0.0611. 29±0.19股外侧肌0.00±0.001.00±0.001.00±0.000.18±0.0814. 91±0.060.00±0.000.87±0.170.87±0.170.12±0.0515 .35±0.16胫骨前肌0.25±0.360.92±0.190.67±0.350.09±0.037.3 8±0.020.19±0.321.00±0.000.81±0.320.11±0.0614. 47±0.19腓肠肌0.10±0.150.91±0.140.81±0.180.05±0.024.40 ±0.020.08±0.130.95±0.100.87±0.160.06±0.037.91 ±0.10注:运动员与初学者相比同名肌肉* p<0.05,** p<0.01。
2.2.1 发劲阶段初学者和优秀武术运动员肌肉活动的开始顺序由表2和图5可得知,初学者在发劲阶段股外侧肌、腹外侧肌和肱桡肌最先开始放电,随 后依次为腓肠肌、背阔肌、三角肌、胫骨前肌、斜方肌和肱三头肌;优秀武术运动员在发劲 阶段股外侧肌最先开始放电,随后依次为背阔肌、斜方肌、腓肠肌、肱三头肌、腹外斜肌、 肱桡肌、胫骨前肌和三角肌。两者腹外斜肌和肱桡肌肉在放电时间上有相差较大的趋势。
图5 发劲阶段肌肉活动的开始顺序比较 图6 发劲阶段肌肉活动的结束顺序比较2.2.2 发劲阶段初学者和优秀武术运动员肌肉活动的结束顺序 从表2和图6可以得出,初学者在发劲阶段各块肌肉的发力结束顺序为腹外斜肌、肱桡肌 、腓肠肌和胫骨前肌,而肱三头肌、三角肌、斜方肌、背阔肌和股外侧肌最后结束放电;优 秀武术运动员发劲阶段各块肌肉的发力结束顺序股外侧肌、腹外斜肌、背阔肌、腓肠肌、斜 方肌,而胫骨前肌、三角肌、肱三头肌和肱桡肌最后结束放电。
2.2.3 发劲阶段初学者和优秀武术运动员肌肉活动的持续时间 由表2和图7可得知,在发劲阶段初学者的股外侧肌放电持续时间最长,初学者在发劲阶 段各块肌肉活动持续时间从小到大依次为胫骨前肌、肱三头肌、斜方肌、腓肠肌、腹外斜肌 、三角肌、背阔肌、肱桡肌和股外侧肌;优秀运动员在发劲阶段肌肉活动持续时间由小到大 的顺序为腹外斜肌、三角肌、胫骨前肌、腓肠肌、肱桡肌、股外侧肌、斜方肌、肱桡肌和背 阔肌。
图7 发劲阶段肌肉活动的持续时间比较 图8 发劲阶段肌肉贡献率比较2.2.4 发劲阶段初学者和优秀武术运动员各块肌肉活动的iEMG以及肌肉贡献率情况由表2和图8可知,初学者在发劲阶段肱三头肌和三角肌iEMG值最大,肌肉的贡献率也最 高,分别为17.41%和17.99%。其余各块肌肉活动的iEMG以及肌肉贡献率从小到大依次为腓 肠 肌、腹外斜肌、背阔肌、胫骨前肌、肱桡肌、斜方肌、股外侧肌、肱三头肌和三角肌;优秀 武术运动员在发劲阶段三角肌iEMG值最大,肌肉的贡献率也最高,为17.74%。优秀武术运 动 员在发劲阶段各块肌肉活动的iEMG以及肌肉贡献率从小到大依次为背阔肌、斜方肌、肱桡肌 、腓肠肌、腹外斜肌、肱三头肌、胫骨前肌、股外侧肌和三角肌。初学者和优秀武术运动员 在发劲阶段肱三头肌的iEMG差异性显著,且肱桡肌、三角肌和斜方肌的差异性非常显著( p< 0.01)。从图8也可知,在发劲阶段初学者上肢肌肉的贡献率明显高于下肢,而运动员上、 下肢的肌肉贡献率情况大致相同。
3 讨 论
积分肌电图iEMG代表肌肉工作时放电量的多少,是所测试肌群在完成动作过程中运动单 位募集程度,与肌群工作时的紧张程度有关。对不同肌肉群收缩时序性的分析可以反映完成 动作时各肌肉群的协调性情况[6]。
3.1 推按和回绷阶段肌肉用力情况在对受试者推按和回绷阶段动作EMG的分析中发现,初学者在推按和回绷阶段胫骨前 肌 、腹外斜肌、背阔肌以及肱桡肌四块肌肉同时开始放电,腹外斜肌最先结束放电,背阔肌放 电持续的时间最长,肱桡肌、三角肌和斜方肌的iEMG值最大。而优秀武术运动员为胫骨前肌 以及股外侧肌最先开始放电,腹外斜肌最先结束放电,肱桡肌和背阔肌放电持续的时间最长 ,三角肌和股外侧肌的iEMG值最大。在推按和回绷阶段初学者上肢肌肉的贡献率明显高于下 肢,而优秀武术运动员上、下肢的肌肉贡献率情况大致相同。这说明初学者在推按和回绷阶 段技术动作顺序不协调,主要发力肌群为上肢肌群,躯干肌群和下肢肌群发力相对较小。林 清[7]以现代力学观点分析了太极推手中的各种劲力特点,认为太极推手的用手要 张弛交替 ,劳逸结合,以逸待劳,不妄发击,充分利用人体重力和势能作用,要不失时机地利用运动 的惯性用力。蔡金明[8]运用力学公式:Ft=m(v-v0),讨论分析了太极推手 的力学过程 。认为以柔化著称的吴氏太极拳术,比较侧重对延长力作用时间的追求,侧重对化之至长, 打之至深的追求。太极推手是一个十分讲究得机得势用巧劲儿不是用蛮力和绝对力的过程。 优秀武术运动员在推按、回绷阶段,上肢肌肉放电量较少也说明其肌肉更多的处于放松 状态下,这有利于对对手发力的感知,即体现出太极推手的“听劲”特点。而当骨骼肌处于 紧张的收缩状态时,其对外力的感觉敏感度下降,这将不利于及早发现对手的发劲进攻[9,10]。初学者的斜方肌放电较多,说明做动作时肩背部紧张度较高。没能体现出太极 拳“沉肩坠肘”的要求特点。
3.2 推手发劲阶段肌肉用力情况在发劲阶段初学者股外侧肌、腹外斜肌和肱桡肌最先开始放电,腹外斜肌最先结束放电 ,背阔肌放电持续的时间最长,三角肌的iEMG值最大。而优秀武术运动员股外侧肌最先开始 放电,也最先结束放电,背阔肌放电持续的时间最长,股外侧肌的iEMG值最大。与太极推按 和回绷阶段相比,在发劲阶段同样显现出初学者上肢肌肉的贡献率明显高于下肢,而优秀武 术运动员上、下肢的肌肉贡献率情况大致相同的特点。这表明在发劲阶段初学者主要发力肌 群为上肢肌群,下肢肌群放电相对较少,而优秀的武术运动员力来源于下肢,传递于腰腹, 最后达于上肢,上肢用力相对较少,这与武师描述的“起之于足,行之于腿,主宰于腰,行 之于手”的说法相符。不同流派的太极拳在下肢肌肉用力时肌电图差异并不明显[11]。同时于宁等[12]发现太 极拳在不同步法演练过程中,复杂多样的支撑变化使下肢肌肉收缩呈多样性,极大的提高了 下肢肌肉力量、收缩协调性和肌肉的控制能力。Mao等[13]认为太极拳具有更多的 双腿支撑 ,不同于一般走路的单侧支撑。太极拳的支撑时间较长,而支撑之间的变换较慢。同一方向 的步伐时间短,而方向变化较频繁。这比一般性走路更有利于发展在日常活动中的各种步态 要求。当然在下肢发力的练习过程中要循序渐进、方法得当,以免发生损伤。当步法虚实转换 不得法,使膝关节超出其内、外旋的活动范围,重心前移过快又伴有伸膝提高重心的动作时 ,易造成膝关节半月板撕裂,以及十字韧带或内侧副韧带的拉伤[14],这是初习者 需要注意的问题。
3.3 对训练与教学的启示 李梁, 葛敏雁[15]提出练习推手不要急于求成,练习时应遵守循序渐进的原则,先学定 推手,再学活步推手等等。并提出要遵循“舍己从人”“分清虚实”“化劲”等拳理。但对 本研究结果的分析认为,初学者在不能很好的体会拳理的时候,运用解剖学知识,强调肌肉 用力的感觉更有利于学习。通过分析对比初学者和优秀武术运动员在推手中的肌肉肌电情况 ,得出太极推手优秀运动员在推按和回绷过程中斜方肌紧张性较低的显著特点。因此初学者 在练习时要时刻注意“沉背坠肘”的练习习要领。太极推手的优秀运动员在发劲的过程中主 要发力肌群为躯干肌群和下肢肌群,是力从下肢传递于腰腹,最后达于上肢的过程。因此练 习者在进行太极推手练习时也要注意拳架练习,系统地拳架练习可以有效地训练下肢力量, 为太极推手打下良好的下盘功夫[16]。初学者在练习推手动作的同时,还应有针对 性的加强 躯干肌群、腰以及下肢肌群力量和协调性的训练,尤其应增强腹外斜肌、背阔肌、股外侧肌 以及胫骨前肌的训练,并且可以结合自己的实际情况采取相应的训练手段。
4 结 论
1) 太极推手过程中初学者技术动作不协调,表现为部分上肢肌肉、躯干肌肉和下肢肌肉同 时开始放电,而优秀的武术运动员为部分下肢肌肉和腰腹肌肉率先开始放电,技术动作协调 、连贯。2) 太极推手过程中初学者主要发力肌群为上肢肌群,下肢肌群用力相对较少,而优秀的武 术运动员则表现为力由下肢而生,传递于腰腹,最后达于上肢的过程。
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关键词:太极推手;肌电图;技术分析
中图分类号:G804.23文献标识码:A文章编 号:1007-3612(2010)07-0055-05
Electromyography Analysis of Taiji Pushing Hand Skill
NIU Jianhua
(Wushu Institute, Jiaozuo University, Jiaozuo 454003, HenanChina)
Abstract: Purpose: This experiment recorded the changes of EMG between Taiji beginners andexcellent Wushu players by electromyography test system. And then,the paper c ompares and analyzes the result in hope of providing scientific theory for teach ing and training. Methods: 6 Taiji beginners and 6 excellent Wushu players werecalled to do Taiji pushing hand, and meanwhile the EMG of certain muscles arerecorded. Result: the beginner’s motion is lack of coordination. Some of thei r upper limb muscles, trunk muscles and lower extremities muscles discharge atthe same time. In comparison, for the excellent players, their lower limb mu scles and abdominal muscles discharge firstly. It means that their motion is co ordinated. The beginner’s major force is the upper limb muscles, and their lo wer limb muscles strength is relatively small. Conclusion: The strength of exce llent Wushu players is born from the lower limb, delivered in the waist, and i t finally reaches in the upper limb.
Key words: Taiji pushing hand; EMG; skill analysis
太极拳是中国武术的杰出代表,目前在世界上的影响已经远远超出其拳种的个体意义, 成为中国武术的代称,在国际上提到中国的武术,都自然会提到太极拳。太极拳不仅可以提 高机体的心肺机能、免疫力等[1],同时也可以提高了人体神经肌肉的控制能力, 如Wu[2]研究认结果提示太极拳可以提高平衡能力和协调能力,并且可以减少老年人跌倒的危险。在学习太极拳的过程中,可以利于太极推手更快的掌握太极拳的动作特点。太极拳是体 用兼备之术,太极拳架是体,太极推手是用[3]。太极推手也称推手、打手、揉手 、揭手, 是太极拳的双人徒手对抗练习,与太极拳套路是体与用的关系,互相补充,在太极拳的教学 中占有重要地位。目前在对太极推手的教学与研究中仅对其技术动作特点本身进行了探讨, 而从神经肌肉方面对太极推手技术动作进行研究尚未多见。表面肌电图(sEMG)可以无创伤评 价肌肉功能,它的运用为探讨各运动项目的运动规律,科学的指导运动训练提供了依据[4]。
本文旨在通过表面肌电图来比较与分析初学者与优秀武术运动员在太极推手技术动作中各肌 肉用力特点,从神经肌肉方面探讨与揭示太极推手的运动规律,为太极拳及太极推手技术动 作的改进和合理化提供理论依据,从而更好的为教学与训练提供科学的指导与服务。
1 研究对象与方法
1.1 研究对象 受试者12名,其6名太极推手初学者为普通大学生,平均年龄(24.50±1.62)岁,平均身 高(1.75±1.10)m,平均体重(64.30±6.76)kg,6名优秀武术运动员包括武英级运动 员2名,一级武士3名,二级武士1名,平均年龄(20.20±2.38)岁,平均(1.68±0.64)m ,平均体重(66.40±5.45)kg,训练年限为5～12 a。
1.2 研究方法
1.2.1 推手技术动作要求 动作阶段划分参考张山(1999)[5]的论述,划分为:
推按阶段:受试者左手松开,按至腰间。重心前移,右腿前弓,同时右手内旋,掌心帖 扶在对方右腕外侧,向对手胸推按。
回绷阶段:受试者顺着对手的推按劲,重心稍后移至左腿,上体微右转,右手内旋,屈 臂于右胸前,掌心向内。
投稿日期:2009-04-23
作者简介:牛建华,副教授,硕士研究生,研究方向人体运动科学,体 育教育训练学。发劲阶段:受试者左脚蹬地,使力向上传导通过膝、胯、腰催动手臂向前迅速按出,力 达右手,掌心斜向下。
1.2.2 肌电图测试方法实验主要仪器为RM6240B/C生理记录仪 (成都仪器厂)、数码摄像机和一次性表面电极。 两电极之间距离为2 cm。所测肌肉上肢为肱桡肌、肱三头肌和三角肌;躯干肌肉为斜方肌、 腹外斜肌和背阔肌;下肢肌肉(左腿)为股外肌、胫骨前肌和腓肠肌。由于RM6240B/C生理记录仪一次只能记录四块肌肉肌电活动的情况,且受试者在每次推 手过程中完成动作的时间不完全相同,因此测试时每次除使用同一块肌肉作为校标对照外, 还用完成推手动作的总时间来标准化各块肌肉肌电活动顺序、持续时间以及积分肌电值,以 便测试结果具有可比性。分次测试误差在5%以内,能够满足测试分析要求。
1.2.3 数据统计处理采用生理记录仪自带的生物信号采集处理系统软件对肌电图进行分析,然后用SPSS13.0统 计软件对数据进行One-way ANOVA分析,数据分析用(X±S)表示。
2 实验结果
2.1 推按和回绷阶段各块肌肉肌电活动顺序以及积分肌电情况推按和回绷阶段各块肌肉肌电活动顺序以及积分肌电情况见表1,单因素方差分析表明,初 学者与运动员相比,在推按和回绷阶段,肱三头肌放电活动的iEMG明显较大(p<0.05 ) ,肱桡肌iEMG则差异非常显著(p<0.01),腹外斜肌放电持续时间明显较长(p<0.05 )。表1 运动员与初学者在推按和回绷阶段主要肌肉活动情况
初学者 开始时间/s 结束时间/s 持续时间/s iEMG/mV•s-1 肌肉贡献率/% 运动员 开始时间/s 结束时间/s 持续时间/s iEMG/mV•s-1 肌肉贡献率/% 肱桡肌0.00±0.000.76±0.190.76±0.310.09±0.0314.06 ±0.090.05±0.130.89±0.190.82±0.190.03±0.02** 8.33±0.08肱三头肌0.08±0.130.73±0.130.64±0.140.10±0.0415. 63±0.12 0.08±0.150.85±0.130.76±0.180.04±0.02*11.11±0.11三角肌0.13±0.160.85±0.070.72±0.180.10±0.0415.63 ±0 .120.15±0.180.90±0.070.75±0.160.07±0.0319.44± 0.19斜方肌0.10±0.100.93±0.390.83±0.160.11±0.0917.19 ± 0.270.07±0.170.65±0.390.58±0.350.03±0.018.33± 0.08背阔肌0.00±0.000.92±0.220.92±0.190.05±0.037.81 ± 0.090.01±0.020.91±0.220.90±0.250.03±0.018.33± 0.08腹外斜肌0.00±0.000.54±0.280.54±0.250.03±0.034.6 9±0 .090.14±0.330.43±0.280.29±0.06*0.02±0.015.56± 0.06股外侧肌0.13±0.310.69±0.190.56±0.260.09±0.0414. 06±0 .120.00±0.000.71±0.190.71±0.190.08±0.0322.22± 0.22胫骨前肌0.00±0.000.76±0.390.76±0.340.05±0.027.8 1± 0.060.00±0.000.51±0.390.51±0.290.03±0.028.33± 0.08腓肠肌0.19±0.210.76±0.330.57±0.240.02±0.013.13 ±0.03 0.02±0.050.72±0.330.70±0.310.03±0.018.33±0.08注:运动员与初学者相比同名肌肉* p<0.05,** p<0.01。2.1.1 推按和回绷阶段初学者和优秀武术运动员肌肉活动的开始顺序 从表1和图1可知,初学者在推按和回绷阶段胫骨前肌、腹外斜肌、背阔肌以及肱桡 肌最 先开始放电,随后放电顺序由先到后依次为肱三头肌、斜方肌、股外侧肌、三角肌以及腓肠 肌;优秀武术运动员在推按和回绷阶段胫骨前肌以及股外侧肌最先开始放电,推手过程中三 角肌放电最晚。肌肉活动的开始顺序由先到后依次为胫骨前肌、股外侧肌、背阔肌、腓肠肌 、肱桡肌、斜方肌、肱三头肌、腹外斜肌、三角肌。对比推按和回绷阶段初学者与优秀武术 运动员的肌肉活动顺序时发现,两者的肱三头肌、背阔肌和胫骨前肌放电顺序大致相同,而 肱桡肌、腹外斜肌、股外侧肌和腓肠肌的放电顺序则有相差甚大的趋势。
图1 推按和回绷阶段肌肉活动的开始顺序比较2.1.2 推按和回绷阶段初学者和优秀武术运动员肌肉活动的结束顺序表1和图2表明,初学者在推按和回绷阶段肌肉的结束顺序由先到后为腹外斜肌、股外侧 肌、肱三头肌、腓肠肌、胫骨前肌、肱桡肌、三角肌、背阔肌、斜方肌;优秀武术运动员在 推按和回绷阶段中,腹外斜肌最先结束放电,而三角肌和背阔肌最后结束放电。优秀武术运 动员在推按和回绷阶段肌肉活动的结束顺序由先到后依次为腹外斜肌、胫骨前肌、斜方肌、 股外侧肌、腓肠肌、肱三头肌、肱桡肌、三角肌、背阔肌。其中两者的斜方肌与胫骨前肌的 结束顺序有相差较大趋势,其余各肌肉相差较小。
图2 推按和回绷阶段肌肉活动的结束顺序比较2.1.3 推按和回绷阶段初学者和优秀武术运动员肌肉活动的持续时间 由表1与图3得知,初学者在推按和回绷阶段背阔肌放电持续的时间最长;腹外斜肌放电 持续的时间最短。肌肉肌电活动持续时间长短顺序为腹外斜肌、股外侧肌、腓肠肌、肱三头 肌、三角肌、胫骨前肌、肱桡肌、斜方肌、背阔肌;优秀武术运动员在推按和回绷阶段肱桡 肌和背阔肌放电持续的时间最长,腹外斜肌放电持续的时间最短。肌肉肌电活动持续时间长 短顺序为腹外斜肌、胫骨前肌、斜方肌、腓肠肌、股外侧肌、三角肌、肱三头肌、肱桡肌、 背阔肌。在推按和回绷阶段中,初学者和优秀武术运动员的腹外斜肌的持续时间存在着显著 性差异(p<0.05)。
2.1.4 推按和回绷阶段初学者和优秀武术运动员各块肌肉活动的iEMG以及肌肉贡献率情 况由表1和图4可知,初学者在推按和回绷阶段中肱三头肌、三角肌和斜方肌的iEMG值最大 ,肌肉的贡献率也最高,分别为15.63%、15.63%和17.19%。初学者在推按和回绷阶段各 块肌 肉活动的iEMG以及肌肉贡献率从小到大依次为腓肠肌、腹外斜肌、背阔肌、胫骨前肌 、股外 侧肌、肱桡肌、肱三头肌、三角肌、斜方肌;优秀武术运动员在推按和回绷阶段三角肌和股 外侧肌的iEMG值最大,肌肉的贡献率也最高,分别为19.44%和22.22%。优秀武术运动员在 推按和回绷阶段各块肌肉活动的iEMG以及肌肉贡献率从小到大依次为腓肠
图3 推按和回绷阶段肌肉活动的持续时间比较 肌、腹外斜肌 、背阔 肌、胫骨前肌、股外侧肌、肱桡肌、肱三头肌、三角肌、斜方肌。初学者和优秀武术运动员 在推按和回绷阶段肱桡肌和肱三头肌的iEMG差异性显著,其中肱桡肌的差异性非常显著(p <0 .01)。从图4也可得知,在推按和回绷阶段初学者上肢肌肉的贡献率明显高于下肢,而运动 员上、下肢的肌肉贡献率情况大致相同。
2.2 发劲阶段初学者和优秀武术运动员各块肌肉肌电活动顺序以及积分肌电情况 发劲阶段初学者和优秀武术运动员各块肌肉肌电活动顺序以及 积分肌电情况见表2,初学者表现出比优秀武术运动员在肱三头肌、肱桡肌、三角肌、斜方 肌等更大(p<0.05或p<0.01)的放电量(iEMG)。
图4 推按和回绷阶段肌肉贡献率比较 表2 初学者与运动员在发劲阶段肌肉活动情况
初学者 开始时间/s 结束时间/s 持续时间/s iEMG/mV•s-1 肌肉贡献率/% 运动员 开始时间/s 结束时间/s 持续时间/s iEMG/mV•s-1 肌肉贡献率/% 肱桡肌0.00±0.000.90±0.250.90±0.250.13±0.2110.86 ±0.170.13±0.251.00±0.000.87±0.250.06±0.02**7. 57±0.06肱三头肌0.27±0.211.00±0.000.73±0.210.21±0.0917. 41±0.070.10±0.181.00±0.000.90±0.180.10±0.04*13 .64±0.13三角肌0.11±0.231.00±0.000.90±0.230.22±0.0517.99 ±0.040.20±0.251.00±0.000.60±0.250.13±0.04**17 .74±0.13斜方肌0.26±0.241.00±0.000.74±0.240.17±0.0713.49 ±0.060.06±0.150.95±0.130.88±0.180.05±0.00**6. 97±0.00背阔肌0.11±0.261.00±0.000.89±0.260.09±0.677.19 ±0.530.02±0.040.94±0.150.92±0.190.04±0.015.06 ±0.03腹外斜肌0.00±0.000.83±0.210.83±0.210.08±0.046.3 6±0.030.11±0.270.89±0.120.78±0.240.09±0.0611. 29±0.19股外侧肌0.00±0.001.00±0.001.00±0.000.18±0.0814. 91±0.060.00±0.000.87±0.170.87±0.170.12±0.0515 .35±0.16胫骨前肌0.25±0.360.92±0.190.67±0.350.09±0.037.3 8±0.020.19±0.321.00±0.000.81±0.320.11±0.0614. 47±0.19腓肠肌0.10±0.150.91±0.140.81±0.180.05±0.024.40 ±0.020.08±0.130.95±0.100.87±0.160.06±0.037.91 ±0.10注:运动员与初学者相比同名肌肉* p<0.05,** p<0.01。
2.2.1 发劲阶段初学者和优秀武术运动员肌肉活动的开始顺序由表2和图5可得知,初学者在发劲阶段股外侧肌、腹外侧肌和肱桡肌最先开始放电,随 后依次为腓肠肌、背阔肌、三角肌、胫骨前肌、斜方肌和肱三头肌;优秀武术运动员在发劲 阶段股外侧肌最先开始放电,随后依次为背阔肌、斜方肌、腓肠肌、肱三头肌、腹外斜肌、 肱桡肌、胫骨前肌和三角肌。两者腹外斜肌和肱桡肌肉在放电时间上有相差较大的趋势。
图5 发劲阶段肌肉活动的开始顺序比较 图6 发劲阶段肌肉活动的结束顺序比较2.2.2 发劲阶段初学者和优秀武术运动员肌肉活动的结束顺序 从表2和图6可以得出,初学者在发劲阶段各块肌肉的发力结束顺序为腹外斜肌、肱桡肌 、腓肠肌和胫骨前肌,而肱三头肌、三角肌、斜方肌、背阔肌和股外侧肌最后结束放电;优 秀武术运动员发劲阶段各块肌肉的发力结束顺序股外侧肌、腹外斜肌、背阔肌、腓肠肌、斜 方肌,而胫骨前肌、三角肌、肱三头肌和肱桡肌最后结束放电。
2.2.3 发劲阶段初学者和优秀武术运动员肌肉活动的持续时间 由表2和图7可得知,在发劲阶段初学者的股外侧肌放电持续时间最长,初学者在发劲阶 段各块肌肉活动持续时间从小到大依次为胫骨前肌、肱三头肌、斜方肌、腓肠肌、腹外斜肌 、三角肌、背阔肌、肱桡肌和股外侧肌;优秀运动员在发劲阶段肌肉活动持续时间由小到大 的顺序为腹外斜肌、三角肌、胫骨前肌、腓肠肌、肱桡肌、股外侧肌、斜方肌、肱桡肌和背 阔肌。
图7 发劲阶段肌肉活动的持续时间比较 图8 发劲阶段肌肉贡献率比较2.2.4 发劲阶段初学者和优秀武术运动员各块肌肉活动的iEMG以及肌肉贡献率情况由表2和图8可知,初学者在发劲阶段肱三头肌和三角肌iEMG值最大,肌肉的贡献率也最 高,分别为17.41%和17.99%。其余各块肌肉活动的iEMG以及肌肉贡献率从小到大依次为腓 肠 肌、腹外斜肌、背阔肌、胫骨前肌、肱桡肌、斜方肌、股外侧肌、肱三头肌和三角肌;优秀 武术运动员在发劲阶段三角肌iEMG值最大,肌肉的贡献率也最高,为17.74%。优秀武术运 动 员在发劲阶段各块肌肉活动的iEMG以及肌肉贡献率从小到大依次为背阔肌、斜方肌、肱桡肌 、腓肠肌、腹外斜肌、肱三头肌、胫骨前肌、股外侧肌和三角肌。初学者和优秀武术运动员 在发劲阶段肱三头肌的iEMG差异性显著,且肱桡肌、三角肌和斜方肌的差异性非常显著( p< 0.01)。从图8也可知,在发劲阶段初学者上肢肌肉的贡献率明显高于下肢,而运动员上、 下肢的肌肉贡献率情况大致相同。
3 讨 论
积分肌电图iEMG代表肌肉工作时放电量的多少,是所测试肌群在完成动作过程中运动单 位募集程度,与肌群工作时的紧张程度有关。对不同肌肉群收缩时序性的分析可以反映完成 动作时各肌肉群的协调性情况[6]。
3.1 推按和回绷阶段肌肉用力情况在对受试者推按和回绷阶段动作EMG的分析中发现,初学者在推按和回绷阶段胫骨前 肌 、腹外斜肌、背阔肌以及肱桡肌四块肌肉同时开始放电,腹外斜肌最先结束放电,背阔肌放 电持续的时间最长,肱桡肌、三角肌和斜方肌的iEMG值最大。而优秀武术运动员为胫骨前肌 以及股外侧肌最先开始放电,腹外斜肌最先结束放电,肱桡肌和背阔肌放电持续的时间最长 ,三角肌和股外侧肌的iEMG值最大。在推按和回绷阶段初学者上肢肌肉的贡献率明显高于下 肢,而优秀武术运动员上、下肢的肌肉贡献率情况大致相同。这说明初学者在推按和回绷阶 段技术动作顺序不协调,主要发力肌群为上肢肌群,躯干肌群和下肢肌群发力相对较小。林 清[7]以现代力学观点分析了太极推手中的各种劲力特点,认为太极推手的用手要 张弛交替 ,劳逸结合,以逸待劳,不妄发击,充分利用人体重力和势能作用,要不失时机地利用运动 的惯性用力。蔡金明[8]运用力学公式:Ft=m(v-v0),讨论分析了太极推手 的力学过程 。认为以柔化著称的吴氏太极拳术,比较侧重对延长力作用时间的追求,侧重对化之至长, 打之至深的追求。太极推手是一个十分讲究得机得势用巧劲儿不是用蛮力和绝对力的过程。 优秀武术运动员在推按、回绷阶段,上肢肌肉放电量较少也说明其肌肉更多的处于放松 状态下,这有利于对对手发力的感知,即体现出太极推手的“听劲”特点。而当骨骼肌处于 紧张的收缩状态时,其对外力的感觉敏感度下降,这将不利于及早发现对手的发劲进攻[9,10]。初学者的斜方肌放电较多,说明做动作时肩背部紧张度较高。没能体现出太极 拳“沉肩坠肘”的要求特点。
3.2 推手发劲阶段肌肉用力情况在发劲阶段初学者股外侧肌、腹外斜肌和肱桡肌最先开始放电,腹外斜肌最先结束放电 ,背阔肌放电持续的时间最长,三角肌的iEMG值最大。而优秀武术运动员股外侧肌最先开始 放电,也最先结束放电,背阔肌放电持续的时间最长,股外侧肌的iEMG值最大。与太极推按 和回绷阶段相比,在发劲阶段同样显现出初学者上肢肌肉的贡献率明显高于下肢,而优秀武 术运动员上、下肢的肌肉贡献率情况大致相同的特点。这表明在发劲阶段初学者主要发力肌 群为上肢肌群,下肢肌群放电相对较少,而优秀的武术运动员力来源于下肢,传递于腰腹, 最后达于上肢,上肢用力相对较少,这与武师描述的“起之于足,行之于腿,主宰于腰,行 之于手”的说法相符。不同流派的太极拳在下肢肌肉用力时肌电图差异并不明显[11]。同时于宁等[12]发现太 极拳在不同步法演练过程中,复杂多样的支撑变化使下肢肌肉收缩呈多样性,极大的提高了 下肢肌肉力量、收缩协调性和肌肉的控制能力。Mao等[13]认为太极拳具有更多的 双腿支撑 ,不同于一般走路的单侧支撑。太极拳的支撑时间较长,而支撑之间的变换较慢。同一方向 的步伐时间短,而方向变化较频繁。这比一般性走路更有利于发展在日常活动中的各种步态 要求。当然在下肢发力的练习过程中要循序渐进、方法得当,以免发生损伤。当步法虚实转换 不得法,使膝关节超出其内、外旋的活动范围,重心前移过快又伴有伸膝提高重心的动作时 ,易造成膝关节半月板撕裂,以及十字韧带或内侧副韧带的拉伤[14],这是初习者 需要注意的问题。
3.3 对训练与教学的启示 李梁, 葛敏雁[15]提出练习推手不要急于求成,练习时应遵守循序渐进的原则,先学定 推手,再学活步推手等等。并提出要遵循“舍己从人”“分清虚实”“化劲”等拳理。但对 本研究结果的分析认为,初学者在不能很好的体会拳理的时候,运用解剖学知识,强调肌肉 用力的感觉更有利于学习。通过分析对比初学者和优秀武术运动员在推手中的肌肉肌电情况 ,得出太极推手优秀运动员在推按和回绷过程中斜方肌紧张性较低的显著特点。因此初学者 在练习时要时刻注意“沉背坠肘”的练习习要领。太极推手的优秀运动员在发劲的过程中主 要发力肌群为躯干肌群和下肢肌群,是力从下肢传递于腰腹,最后达于上肢的过程。因此练 习者在进行太极推手练习时也要注意拳架练习,系统地拳架练习可以有效地训练下肢力量, 为太极推手打下良好的下盘功夫[16]。初学者在练习推手动作的同时,还应有针对 性的加强 躯干肌群、腰以及下肢肌群力量和协调性的训练,尤其应增强腹外斜肌、背阔肌、股外侧肌 以及胫骨前肌的训练,并且可以结合自己的实际情况采取相应的训练手段。
4 结 论
1) 太极推手过程中初学者技术动作不协调,表现为部分上肢肌肉、躯干肌肉和下肢肌肉同 时开始放电,而优秀的武术运动员为部分下肢肌肉和腰腹肌肉率先开始放电,技术动作协调 、连贯。2) 太极推手过程中初学者主要发力肌群为上肢肌群,下肢肌群用力相对较少,而优秀的武 术运动员则表现为力由下肢而生,传递于腰腹,最后达于上肢的过程。
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