三種深蹲動作模式肌電特征的研究

唐光旭，趙 麗，董蘅葵

三種深蹲動作模式肌電特征的研究

唐光旭1,2，趙 麗2，董蘅葵1

目的：對3種不同深蹲模式進行肌電測試，以期探討不同模式下動作的合理性，為教學(xué)、訓(xùn)練提供一定的理論依據(jù)。方法：本文運用文獻資料法、實驗法和數(shù)理統(tǒng)計法對不同模式的肌電測試進行對比分析研究。結(jié)果：動作模式1與動作模式2相比，股內(nèi)側(cè)肌、股直肌、股外側(cè)肌、臀大肌有非常顯著性差異（P＜0.01），股二頭肌有顯著性差異（P＜0.05）。動作模式1與動作模式3相比，股內(nèi)側(cè)肌、股直肌、股外側(cè)肌、臀大肌有非常顯著性差異（P＜0.01），股二頭肌有顯著性差異（P＜0.05）。動作模式2與動作模式3相比，股內(nèi)側(cè)肌、臀大肌有非常顯著性差異（P＜0.01），股直肌、股外側(cè)肌有顯著性差異（P＜0.05），股二頭肌沒有顯著性差異（P＞0.05）。結(jié)論：3種不同模式深蹲動作的股外側(cè)肌、股直肌、股內(nèi)側(cè)肌、股二頭肌、臀大肌的積分肌電數(shù)值表現(xiàn)出顯著性差異，動作模式3優(yōu)于其它兩種動作模式。在深蹲訓(xùn)練中強調(diào)臀部肌肉的主動收縮，才能更好的提高下肢力量的作用。

深蹲動作；肌電特征；研究

在體育運動中力量是運動員完成運動技能必不可少的身體素質(zhì)，也是其他身體素質(zhì)的基礎(chǔ)，力量素質(zhì)是指人體某一部分肌肉工作時克服阻力的能力，它也是人體完成各種動作的動力來源。力量練習(xí)主要是抗阻力訓(xùn)練，就是要克服一定的阻力努力提高人體的力量。力量的產(chǎn)生，在很大程度上受阻力的影響。一般認為，阻力訓(xùn)練可以使肌肉體積發(fā)生改變以及使神經(jīng)系統(tǒng)的活性提高而使力量得以增加。力量具有專門性，測試和評價的手段與方法也要具有專門性。負重深蹲是力量訓(xùn)練中最常見的一種練習(xí)手段，是運動員發(fā)下肢肌肉力量的有效方法。在力量訓(xùn)練實踐過程中，深蹲動作有3種不同的動作模式。第1種常見的動作模式是：深蹲過程，膝關(guān)節(jié)前突，內(nèi)扣等不規(guī)范動作。第2種動作模式是現(xiàn)代體能訓(xùn)練中強調(diào)的規(guī)范的深蹲，即下蹲過程中膝關(guān)節(jié)不超過腳尖，并保持在腳的正上方，無內(nèi)扣等錯誤動作，在蹲起時的發(fā)力點在大腿伸肌群（股四頭肌為主）主動收縮，完成蹲起動作。第3種動作模式建立在正確的深蹲動作基礎(chǔ)上，蹲起時的發(fā)力點在骸部伸肌群（臀大肌、臀中肌為主）主動收縮，完成蹲起動作[1]。力量練習(xí)的目的就是要通過克服一定的阻力努力提高人體爆發(fā)力，獲得好的效果。爆發(fā)力的產(chǎn)生，在很大程度上受阻力大小的影響。因此，力量訓(xùn)練的方法和負荷一直是教練員、運動員和科研人員關(guān)注的問題[2]。

肌電是神經(jīng)、肌肉興奮發(fā)放生物電的結(jié)果。神經(jīng)—肌肉系統(tǒng)的最小機能單位是運動單位，它由一個運動神經(jīng)元與其支配的所有肌纖維組成。肌肉的肌電活動是肌肉運動單位在收縮時所產(chǎn)生的生物電活動的集合。肌電的測試有針電極和表面電極分別適用于不同情況的測量，針電極更適合于對肌肉病理的臨床測量，表面電極則更適合于對運動的人體進行測量[3]。表面肌電（surface electromyography，sEMG）信號是從肌肉表面引導(dǎo)和記錄到的肌肉活動時神經(jīng)肌肉系統(tǒng)生物電變化的一維時間序列信號，可以反映電極所觸及的多個運動單位生物電活動在時間和空間上的總和，具有一定的肌肉代表性，適合于局部肌肉功能評價，且其檢測具有非損傷性[4]。表面肌電圖（sEMG）是從皮膚表面通過電極引導(dǎo)、記錄下來的神經(jīng)肌肉系統(tǒng)活動時的生物電信號，它與肌肉的活動狀態(tài)和功能狀態(tài)之間存在著不同程度的關(guān)聯(lián)性，因而能在一定的程度上反映神經(jīng)肌肉的活動。積分肌電是指一定時間內(nèi)肌肉中參與活動的運動單位放電總量，即在時間不變的前提下其值的大小在一定程度上反映了參加工作的運動單位的數(shù)量多少和每個運動單位的放電大小[5]，是對肌電圖上的肌電變化曲線與時間橫軸之間所包繞面積的積分，可以反映一段時間內(nèi)肌肉的肌電活動強弱[6]。由于積分肌電信號變化與肌肉活動狀態(tài)及功能狀態(tài)之間存在較好的關(guān)聯(lián)，且積分肌電信號的獲取與分析具有實時性、客觀性、敏感性及靈活性等特點，故積分肌電信號分析常被用于人的肌肉工作相關(guān)性研究。肌電活動和肌肉功能之間必然存在某種關(guān)系，肌電圖儀所獲得的肌電圖信號是一維時間序列信號，它是表面引導(dǎo)電極所觸及的多個運動單位活動時所產(chǎn)生的肌電變化在時間和空間上迭加的結(jié)果，與不同機能狀態(tài)和活動狀態(tài)下參加活動的運動單位數(shù)量、不同運動單位的放電頻率、運動單位活動的同步化程度、運動單位募集模式以及表面電極放置位置等因素有關(guān)。因此通過采集和分析肌肉產(chǎn)生的電信號可以探討肌肉功能，這類研究對神經(jīng)肌肉疾病診斷、肌肉功能評價，肌肉工作的工效學(xué)分析等都有參考價值。在體育科學(xué)方面，通過肌電圖分析可以發(fā)現(xiàn)肌肉激活時序和時程，不同肌肉間協(xié)調(diào)模式等。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

實驗對象為隨機抽取河西學(xué)院體育學(xué)院12級10名體育教育專業(yè)男性大學(xué)生。受試者身體健康，自愿接受本實驗并理解實驗意圖，近期無傷病，實驗前24h未進行劇烈運動見表1。

表1 實驗人員基本情況

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料法 通過查閱有關(guān)肌電的專著和期刊，力量訓(xùn)練、運動生物力學(xué)、運動解剖學(xué)等相關(guān)的資料，為實驗設(shè)計、測試、研究、奠定了理論依據(jù)和實踐基礎(chǔ)。

1.2.2 實驗法 （1）測試負重量：在實際訓(xùn)練當中運用最多的是以馬特維也夫為代表的最大力量的百分數(shù)法，它是以肌肉克服最大負荷重量的百分比來確定發(fā)展不同性質(zhì)力量素質(zhì)的負荷重量，一般認為快速力量的負荷強度應(yīng)采用最大負荷重量的60％～75％（最大力量80％～100％，力量耐力40％～50％）[7][8]。

（2）實驗器材：成都泰盟BL-820S科研生物機能實驗系統(tǒng)、杠鈴、電腦筆記本（中文Windows XP系統(tǒng)）、75％濃度酒精、脫脂棉、Ag-Cl 表面電極、彈性繃帶、醫(yī)用膠布、剪子、體表肌肉圖。

（3）肌肉的選擇：選取下肢的5塊肌肉：股外側(cè)肌、股直肌、股內(nèi)側(cè)肌、股二頭肌、臀大肌。肌肉選擇依據(jù)：依據(jù)運動解剖學(xué)、生物力學(xué)知識和動作特征、暴露于體表易于肌電電極的粘貼，運動項目肌電測試研究中常被作為特征代表的肌肉[9]。

（4）測試步驟：電極貼法：用酒精棉球拭去皮膚表面油脂，電極貼在被測試肌肉肌腹肌電分析最隆起處兩個記錄電極片中心連線與肌纖維走向一直，電極片之間不留空隙，參考電極貼在記錄電極的垂直方向，距離2.0～3.0cm左右防止動作劇烈電極片脫離，用醫(yī)用膠布加固電極片與皮膚的連接防止運動中導(dǎo)線纏繞身體，用繃帶將導(dǎo)線固定在電極片附近的肢體上，留出足夠肢體伸展的長度。測試方法：①動作模式1：下蹲過程，膝關(guān)節(jié)前突、內(nèi)扣等不規(guī)范動作。

②動作模式2：現(xiàn)代體能訓(xùn)練中強調(diào)的規(guī)范的深蹲，即下蹲過程中膝關(guān)節(jié)不超過腳尖，并保持在腳的正上方，無內(nèi)扣等錯誤動作，在蹲起時的發(fā)力點分在大腿伸肌群（股四頭肌為主）主動收縮，完成蹲起動作。

（5）測試要求：受試者身體健康，并理解實驗意圖，近期無傷病，實驗前24h未進行劇烈運動；每位受試者每個動作模式測試3次，每個動作模式間相隔24h。

1.2.3 數(shù)理統(tǒng)計法 數(shù)據(jù)處理應(yīng)用EgaWin 肌電分析軟件，截取動作階段，將原始肌電信號轉(zhuǎn)換為積分肌電數(shù)據(jù)。采用以平均值±標準差（Mean±SD）來表示，運用Microsoft Excel 2003 和SPSS19.0軟件包對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理。采用Paired－Samples T test，P＜0.05，說明有顯著性差異，P＜0.01，說明有非常顯著性差異。

2 結(jié)果與討論

2.1 三種不同動作模式肌肉積分肌電

表2 三種不同動作模式積分肌電對比 單位：mv.s

2.2 討 論

肌電信號發(fā)源于作為中樞神經(jīng)一部分的脊髓中的運動神經(jīng)元。表面肌電圖是從活動肌肉的皮膚表面所記錄到的一維時間序列信號，它雖不能選擇性地記錄單個運動單位或深部肌肉運動單位的活動，但可反映電極所觸及的多個運動單位生物電活動。在不同強度和不同類型的運動中，一塊肌肉并非所有的肌纖維都收縮，也不是單根肌纖維獨立的收縮，而是不同數(shù)目的肌纖維有序地交替參加工作，并且以一定數(shù)量的肌纖維作為一個個集體進行全或無的收縮。而積分肌電正是反映參加工作的運動單位的動作電位的總和，其值的高低反映參加工作的運動單位的多少。由于積分肌電信號變化與肌肉活動狀態(tài)及功能狀態(tài)之間存在較好的關(guān)聯(lián)，且積分肌電信號的獲取與分析具有實時性、客觀性、敏感性及靈活性等特點，故積分肌電信號分析常被用于人的肌肉工作相關(guān)性研究，如肌肉工作技能協(xié)調(diào)性和合理性分析、步態(tài)分析、肌肉活動狀態(tài)及疲勞狀態(tài)分析，它們同體力負荷的心理主觀評價一道共同構(gòu)成體力負荷能力的整體評價指標體系。

表2中得出，股內(nèi)側(cè)肌在模式1的積分肌電平均值±標準差是238.21±67.96，模式2的積分肌電平均值±標準差是255.37±68.07，與模式1相比有非常顯著性差異（P＜0.01），模式3的積分肌電平均值±標準差是261.51±70.06，與模式1和模式2相比都有非常顯著性差異（P＜0.01）。股直肌在模式1的積分肌電平均值±標準差是241.08±65.07，模式2的積分肌電平均值±標準差是268.73±67.83，與模式1相比有非常顯著性差異（P＜0.01），模式3的積分肌電平均值±標準差是281.44±69.02，與模式1相比有非常顯著性差異（P＜0.01），與模式2相比有顯著性差異（P＜0.05）。股外側(cè)肌在模式1的積分肌電平均值±標準差是234.03±78.14，模式2的積分肌電平均值±標準差是249.80±83.04，與模式1相比有非常顯著性差異（P＜0.01），模式3的積分肌電平均值±標準差是271.93±79.40，與模式1相比有非常顯著性差異（P＜0.01），與模式2相比有顯著性差異（P＜0.05）。股二頭肌在模式1的積分肌電平均值±標準差是171.53±64.95，模式2的積分肌電平均值±標準差是190.83±63.11，與模式1相比有顯著性差異（P＜0.05），模式3的積分肌電平均值±標準差是213.97±92.15，與模式1相比有顯著性差異（P＜0.05），與模式2相比沒有顯著性差異（P＞0.05）。臀大肌在模式1的積分肌電平均值±標準差是155.85±52.12，模式2的積分肌電平均值±標準差是169.12±57.52，與模式1相比有非常顯著性差異（P＜0.01），模式3的積分肌電平均值±標準差是178.30±57.36，與模式1和模式2相比都有非常顯著性差異（P＜0.01）。

3 結(jié) 論

深蹲動作模式1的積分肌電數(shù)值與動作模式2相比，股內(nèi)側(cè)肌、股直肌、股外側(cè)肌、臀大肌有非常顯著性差異（P＜0.01），股二頭肌有顯著性差異（P＜0.05）。 動作模式2的積分肌電數(shù)值與動作模式3相比，股內(nèi)側(cè)肌、臀大肌有非常顯著性差異（P＜0.01），股直肌、股外側(cè)肌有顯著性差異（P＜0.05），股二頭肌沒有顯著性差異（P＞0.05）。動作模式1的積分肌電數(shù)值與動作模式3相比，股內(nèi)側(cè)肌、股直肌、股外側(cè)肌、臀大肌有非常顯著性差異（P＜0.01），股二頭肌有顯著性差異（P＜0.05）。

研究表明，正確的深蹲動作與傳統(tǒng)的不規(guī)范動作相比，不同模式的積分肌電數(shù)值表現(xiàn)出顯著性差異，通過本次實驗說明，在深蹲訓(xùn)練中要強調(diào)臀部肌肉的主動收縮，能更好的提高下肢力量的作用。

4 建 議

運動員長期進行正確的力量訓(xùn)練，能夠形成穩(wěn)定的肌肉協(xié)調(diào)模式，這是提高運動成績的必要條件。在下肢力量訓(xùn)練中強調(diào)的規(guī)范的深蹲，即兩腳與肩同寬，下蹲過程中膝關(guān)節(jié)不超過腳尖，并保持在腳的正上方，無內(nèi)扣等，并強調(diào)臀部肌肉主動收縮，能激活臀部肌肉，更好的提高下肢肌肉力量的作用。在每組訓(xùn)練的間隙，進行些腰腹柔韌、靈活協(xié)調(diào)訓(xùn)練素質(zhì)等，這樣能加速基礎(chǔ)力量向運動力量的轉(zhuǎn)化。

本文中所研究的力量訓(xùn)練方法，還有待于參數(shù)化描述、訓(xùn)練參數(shù)設(shè)定、運動員訓(xùn)練監(jiān)控和反饋等問題進行更加深入的研究與完善。同時，該方法和設(shè)備也可以應(yīng)用到其他部位力量訓(xùn)練、以及人體深層肌肉的力量訓(xùn)練中，具有廣泛的應(yīng)用前景。

[1]師玉濤，黃 晨，孫 科，劉 穎.三種半蹲動作模式的肌電特征測試研究[R].第十五屆全國運動生物力學(xué)學(xué)術(shù)交流大會，南京，2012.

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Electromyography Characteristics of the Three Squats Action Modes

TANG Guang-xu1, 2, ZHAO Li2, DONG Heng-kui1

Objective: EMG tests on three different squat modes to explore the rationality of action in different modes, to provide a theoretical basis for teaching and training. Methods: In this paper, use documents, experiments and mathematical statistics EMG test comparison of different modes to analysis. Results: The first operation mode and second operation mode compared to the vastus medialis, rectus femoris, vastus lateralis, gluteus maximus very significant difference （P ＜0.01）, biceps femoris significant difference （P ＜0.05）. The first operation mode and third operation mode compared to the vastus medialis, rectus femoris, vastus lateralis, gluteus maximus very significant difference （P ＜0.01）, biceps femoris significant difference （P ＜0.05）. The second operation mode and third operation mode compared to the vastus medialis, gluteus maximus very significant difference （P ＜0.01）, rectus femoris, vastus lateralis significant difference （P ＜0.05）, biceps femoris no significant difference （P＞ 0.05）. Conclusion: Three different modes of squat vastus lateralis, vastus medialis, biceps femoris, gluteus maximus integrated EMG values showed significant differences, the third operation mode is better than the other two operation modes. Squat stressed that the hip active contraction of the muscles in order to enhance the role of the lower extremity strength.

Squats action; Electromyography characteristics; Research

1007―6891（2014）03―0031―04

G804.63

A

2013-10-23

2013年度甘肅省體育社會科學(xué)研究項目。項目編號：GST201334；甘肅省2013年度甘肅省體育社會科學(xué)研究項目各1項河西學(xué)院校長基金項目XZ2013-08;十二五科技支撐計劃課題：體育鍛煉促進體質(zhì)健康機理的研究（課題編號：2012BAK21B03）。

1.河西學(xué)院體育學(xué)院，甘肅 張掖，734000；2.北京體育大學(xué)運動人體科學(xué)學(xué)院，北京，100084。

1.Deparment of P.E., Hexi University, Gansu Zhangye, 734000, China; 2.Beijing Sports University, Beijing, 100084, China.