基于肌電均方根和包絡(luò)線的不同蹲起動作的肌電特征研究

崔永霞，孫 科

(1.河北工程大學(xué) 體育部， 河北 邯鄲 056038；2.北京體育科學(xué)研究所， 北京 100075)

基于肌電均方根和包絡(luò)線的不同蹲起動作的肌電特征研究

崔永霞1，孫 科2

(1.河北工程大學(xué) 體育部， 河北 邯鄲 056038；2.北京體育科學(xué)研究所， 北京 100075)

目的：探討不同蹲起動作對肌肉的刺激效果。方法：對 8 名體育專業(yè)男大學(xué)生3種蹲起動作進(jìn)行表面肌電測試。結(jié)果：正確蹲起動作脛骨前肌的肌電值比膝關(guān)節(jié)前傾蹲起動作的高 50%(P<0.01)，股四頭肌外側(cè)的肌電值低 8.11%(P<0.01)。股四頭肌外側(cè)、脛骨前肌的包絡(luò)線不具有相關(guān)性。相對于股四頭肌發(fā)力蹲起動作，臀肌發(fā)力蹲起動作的臀大肌、臀中肌、脛骨前肌的肌電均方根平均值較高(P<0.01)，臀大肌、脛骨前肌、臀中肌的包絡(luò)線不具有相關(guān)性。結(jié)論：正確的蹲起動作與膝關(guān)節(jié)前傾蹲起動作相比，僅脛骨前肌和臀大肌的均方根肌電數(shù)值表現(xiàn)出顯著性差異，臀中肌、股四頭肌、腓腸肌和股二頭肌豎脊肌均未表現(xiàn)出顯著性差異。實(shí)際力量訓(xùn)練中，深蹲訓(xùn)練的蹲起過程中要強(qiáng)調(diào)臀部肌肉的主動收縮，才能達(dá)到激活臀肌，更好的提高臀肌力量的作用。

深蹲；肌電；均方根；力量

深蹲的蹲起動作是提高下肢肌肉力量主要練習(xí)手段之一，是運(yùn)動員提高力量的有效方法。在下肢力量訓(xùn)練實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)：深蹲的蹲起動作有三種不同的動作模式，在不同的動作模式下最終的訓(xùn)練效果存在差異。第一種常見的動作模式：蹲起過程中膝關(guān)節(jié)前突、內(nèi)扣的不規(guī)范動作。這種練習(xí)動作增加了髕骨和內(nèi)側(cè)副韌帶損傷的風(fēng)險。第二種動作模式是現(xiàn)代體能訓(xùn)練中強(qiáng)調(diào)的規(guī)范的深蹲的蹲起動作，即蹲起過程中膝關(guān)節(jié)不超過腳尖，并保持在腳的正上方，不能有內(nèi)扣等錯誤動作。但在實(shí)際的訓(xùn)練中發(fā)現(xiàn)在蹲起時的發(fā)力點(diǎn)又存在不同。多數(shù)情況下，運(yùn)動員習(xí)慣以大腿伸肌群(股四頭肌為主)主動收縮，完成蹲起動作，另一種情況是蹲起時的發(fā)力點(diǎn)在髖部伸肌群(臀大肌、臀中肌為主)主動收縮，完成蹲起動作。

本研究通過對上述三種不同的蹲起模式進(jìn)行了肌電測試，探討不同模式下動作的合理性，為今后力量訓(xùn)練中運(yùn)用規(guī)范的深蹲動作指導(dǎo)訓(xùn)練提供理論依據(jù)。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

選取某高校體育專業(yè)男大學(xué)生 8 名(21±0.9 yrs，176.0±4.2 cm)，受試者均無下肢運(yùn)動損傷史，基本情況見表1。

表1 測試人數(shù)據(jù)基本情況(N=8)

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

sEMG 數(shù)據(jù)信號采集選用芬蘭產(chǎn) MEGA6000 表面肌電儀。信號采樣頻率為 1 000 Hz，增益值為 1 000，輸入阻抗小于 10 GΩ，濾波為 1 KHz。肌電片選用 Ag-AgC1 引導(dǎo)電極，電極直徑 0.5 cm，電極間距 2 cm。

1.3 測試方法

測試前，均對受試者進(jìn)行熱身活動，時間為 15 分鐘。受試者進(jìn)行三種模式無負(fù)重深蹲的蹲起動作：膝前位深蹲、膝中位股四頭肌發(fā)力深蹲蹲起、膝中位臀肌發(fā)力深蹲蹲起(表 2)，每個模式做 10 次。采用MEGA6000肌電測試系統(tǒng)對受試者右側(cè)臀大肌、臀中肌、股四頭肌外側(cè)、股二頭肌、脛骨前肌、腓腸肌外側(cè)以及腰部豎脊肌 7 塊肌肉進(jìn)行表面肌電測試。安放電極前均對測試肌肉反對應(yīng)的皮膚進(jìn)行處理(刮去體毛、打磨皮膚、酒精脫酯)[1-3]。

表2 三種蹲起動作模式動作特征

圖1 測試動作表面肌電測試圖(A：模式一蹲起動作，B：模式二、三蹲起動作)

1.4 數(shù)據(jù)處理

測試數(shù)據(jù)用 SPSS20.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，用平均值與標(biāo)準(zhǔn)差表示，均方根組間比較采用多因素方差分析，多重比較選用 LSD 法。對每個蹲起動作模式下的肌電數(shù)據(jù)進(jìn)行時間和幅值歸一化處理，對多肌電數(shù)據(jù)組進(jìn)行疊加平均，得到三種動作模式的多肌電標(biāo)準(zhǔn)包絡(luò)線信號，包絡(luò)線組間進(jìn)行皮爾遜相關(guān)分析。

2 結(jié)果

2.1 蹲起動作模式一與模式二肌電數(shù)據(jù)對比

均方根是肌電時域分析的常用指標(biāo)，反映骨骼肌活性，即骨骼肌參與的程度。蹲起動作模式二脛骨前肌的肌電值比模式一的高 50%(P<0.01)，說明同等負(fù)荷下膝中位股四頭肌發(fā)力深蹲動作對脛骨前肌的鍛煉效果明顯高于膝前位蹲起動作。蹲起動作模式二的下蹲和蹲起的過程中，由于髖關(guān)節(jié)有向后移動的動作，身體為保持平衡，加強(qiáng)脛骨前肌的收縮力量，肌電數(shù)值也相應(yīng)增加。蹲起動作模式二股四頭肌外側(cè)的肌電值比模式一的低 8.11%(P<0.01)，說明同等負(fù)荷下膝中位股四頭肌發(fā)力深蹲蹲起動作對股四頭肌外側(cè)收縮力低于膝前位動作，膝關(guān)節(jié)，尤其是髕骨承擔(dān)負(fù)荷較低，而前位深蹲提高了膝關(guān)節(jié)，尤其是髕骨的損傷風(fēng)險(表3)。

為進(jìn)一步比較蹲起動作模式一與模式二肌肉用力的動態(tài)變化，本研究運(yùn)用肌電的包絡(luò)線分析法對肌肉運(yùn)力模式進(jìn)行分析[4]。臀大肌、豎脊肌、股二頭肌、腓腸肌外側(cè)、臀中肌的包絡(luò)線具有高度相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)均在 0.8 以上(P<0.01)，但股四頭肌外側(cè)、脛骨前肌的包絡(luò)線不具有相關(guān)性。說明兩種深蹲的蹲起動作肌肉的用力模式存在差異(表 4)。

在力量訓(xùn)練中，深蹲動作是增加下肢肌肉力量的主要練習(xí)方式。然而，在我國的業(yè)余體育訓(xùn)練甚至高水平的專業(yè)隊(duì)訓(xùn)練中，深蹲動作并不合理，下蹲過程中常常出現(xiàn)膝關(guān)節(jié)向前突，并有內(nèi)扣的動作，同時軀干直立，沒有屈髖動作。這種不正確的下蹲動作對運(yùn)動員的膝關(guān)節(jié)造成了許多負(fù)面影響，是發(fā)生髕骨或內(nèi)側(cè)副韌帶慢性勞損的主要原因。在現(xiàn)代體能訓(xùn)練中非常注重運(yùn)動員在下蹲過程中髖、膝和踝關(guān)節(jié)間的位置。強(qiáng)調(diào)膝關(guān)節(jié)保持在腳的正上方，不能內(nèi)扣，軀干前傾，屈髖下蹲[5-7]。這種下蹲方式與中國武術(shù)的基本功“馬步”的動作要求一致，在武術(shù)的基本功練習(xí)中，非常注重下肢動作的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定控制，這一點(diǎn)非常值得體能訓(xùn)練中借鑒。

表3 不同深蹲蹲起動作模式肌電均方根(μv)

注：** 表示與模式一比較，P<0.01；ΔΔ表示與模式二比較，P<0.01。

表4 不同深蹲蹲起動作模式肌電相關(guān)系數(shù)

注：** 表示具有相關(guān)性，P<0.01。

2.2 深蹲蹲起動作模式二與模式三肌電數(shù)據(jù)對比

相對于模式二動作，模式三臀大肌、臀中肌、脛骨前肌的肌電均方根平均值較高(P<0.01)，而豎脊肌、股四頭肌外側(cè)、股二頭肌、腓腸肌外側(cè)差異不具有顯著性(P>0.05)(表 3)。豎脊肌、股四頭肌外側(cè)、股二頭肌、腓腸肌外側(cè)的包絡(luò)線具有高度相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)均在 0.8以上(P<0.01)，但臀大肌、脛骨前肌、臀中肌的包絡(luò)線不具有相關(guān)性。說明兩種深蹲蹲起動作肌肉的用力模式差異較大(表 4)。

深蹲蹲起動作模式二與模式三在外部的動作結(jié)構(gòu)上一致。區(qū)別是蹲起時通過神經(jīng)系統(tǒng)的有意識控制，分別由膝關(guān)節(jié)的股四頭肌主動收縮完成蹲起動作，另一種是髖關(guān)節(jié)的臀大肌和臀中肌主動收縮完成蹲起動作[8]。從本次實(shí)驗(yàn)的肌電數(shù)據(jù)看，兩種深蹲的蹲起動作中臀大肌、臀中肌以及脛骨前肌的肌電數(shù)值表現(xiàn)出了差異，說明在動作結(jié)構(gòu)完全一致的動作中，如果沒有神經(jīng)系統(tǒng)的有意識控制會產(chǎn)生不同的動作表現(xiàn)，從而對于下肢的力量訓(xùn)練效果產(chǎn)生差異。

下肢的蹲起動作是由膝、髖關(guān)節(jié)共同的作用完成的，在這種多關(guān)節(jié)參與的動作中，很容易產(chǎn)生“代償”動作。如果沒有大腦神經(jīng)系統(tǒng)的有意識參與與控制，多關(guān)節(jié)的收縮主動作性就會存在差異?，F(xiàn)代競技體育研究認(rèn)為：臀肌是人們身體中的第一動作力肌群，但如果沒有大腦神經(jīng)系統(tǒng)的有意識控制與參與，臀肌是很難在訓(xùn)練中被調(diào)動，處于激活狀態(tài)。這與現(xiàn)代體能訓(xùn)練中，強(qiáng)調(diào)“臀肌激活”的理念是一致的。

另外，有經(jīng)驗(yàn)的教練員在指導(dǎo)運(yùn)動員進(jìn)行專項(xiàng)動作訓(xùn)練中，經(jīng)常強(qiáng)調(diào)“發(fā)力點(diǎn)”[9]。多數(shù)的項(xiàng)目中的“發(fā)力點(diǎn)”是指臀部肌肉[10,11]。而在下肢的力量訓(xùn)練過程，卻較少有人注重蹲起時的發(fā)力點(diǎn)控制。在運(yùn)動實(shí)踐中，無論是技術(shù)訓(xùn)練的“發(fā)力點(diǎn)”還是力量訓(xùn)練中的“發(fā)力點(diǎn)”都有一致性，都屬于在神經(jīng)系統(tǒng)的控制下的肌肉關(guān)節(jié)表現(xiàn)出的正確的動作模式，二者存在互相遷移的生理學(xué)基礎(chǔ)。因此，在力量訓(xùn)練中，尤其是青少年的力量訓(xùn)練中必須要必須要強(qiáng)調(diào)正確的動作模式學(xué)習(xí)，掌握準(zhǔn)確的動作“發(fā)力點(diǎn)”。也就是本次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果展示的：在力量訓(xùn)練中，除了要強(qiáng)調(diào)深蹲動作結(jié)構(gòu)的正確外，必須要向運(yùn)動員提示蹲起的動作要由臀肌主動發(fā)力完成。

3 結(jié)論

3.1 正確的深蹲動作與錯誤的相比，僅脛骨前肌和臀大肌的均方根肌電數(shù)值表現(xiàn)出顯著性差異，臀中肌、股四頭肌、腓腸肌和股二頭肌豎脊肌均未表現(xiàn)出顯著性差異。

3.2 在深蹲訓(xùn)練中要強(qiáng)調(diào)臀部肌肉的主動收縮，才能達(dá)到激活臀肌，更好地提高臀肌力量的作用。

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Contrastive study of EMG in different squat posture with methods of RMS and linear envelope

CUI Yong-xia1，SUN Ke2

(1.DepartmentofPhysicalEducation,HebeiUniversityofEngineering,Handan056038,China；2.BeijingInstituteofSportsScience,Beijing100075,China)

The study is to investigate the electromyographic effect caused by three types of different squat. Eight male students from sports college volunteered to participate in this study. Surface electromyographic signals of gluteus maximus(GM)，upper limbar erector spifemoris(ULES)，quadriceps of the lateral(QL)，biceps femoris(BF)，tibialis anterior(TA)，lateral head of gastrocnemius(LHOGE)and gluteus medius(GM)were measured in different squat. The results showed a significant difference between the posture of knee joint anterior process mean while within the knee buckles and no more than a toe of knee joint while not bendy the trunk in the area of tibialis anterior, and the quadriceps of the lateral exist differences(P<0.01) and the linear envelope was uncorrelated. The sigal of gluteus maximus muscle force model is significantly greater than that of no more than a toe of knee joint while not bendy the trunk in the area of gluteus maximus, gluteus mediusa and tibialis anterior (P<0.01) and the linear envelope was uncorrelated. It has been shown not only the training of power was ineffective, but also possible to cause the injury of knee joint. Compared to no more than a toe of knee joint while not bendy the trunk，gluteus maximus muscle force model could both strengthen the power of vastus ateralis and better develop the power of gluteus maximus and gluteus medius, which showed a better training effect, and a better accordance with the actual actions.

squat；EMG；RMS；strength

2016-10-08

崔永霞(1978-)，女，碩士，講師，研究方向運(yùn)動人體科學(xué)。

G804.22

A

1009-9840(2016)06-0058-03