多種徒手深蹲模式下肢肌肉的肌電研究

李春軼，李慧忠，裘琴兒

(寧波大學(xué) 體育學(xué)院，浙江 寧波 315211)

徒手深蹲練習(xí)在大眾體育力量訓(xùn)練方面起到了重要作用。它具有增強(qiáng)人體美感和提高生活質(zhì)量的作用。徒手深蹲練習(xí)不需要借助輔助工具，方便簡(jiǎn)單，因此受到廣大健身愛(ài)好者的青睞。但是徒手深蹲中包含了屈髖屈膝等一系列動(dòng)作，涉及的肌肉數(shù)量多，不同深蹲動(dòng)作模式產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)效果也大不相同。而下肢蹲的深淺跟膝的空間方位(膝關(guān)節(jié)是否在腳尖前面)往往是與下肢關(guān)節(jié)相關(guān)肌肉活動(dòng)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)效果最密切的兩個(gè)因素[1]。由此可見(jiàn)，徒手深蹲的技術(shù)動(dòng)作模式探究是一個(gè)極大的關(guān)注點(diǎn)。

下肢肌肉群是人體最大的肌肉組織，它的功能好壞直接影響到人們的運(yùn)動(dòng)能力。膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)的角度變化引起關(guān)節(jié)附近的相關(guān)肌肉進(jìn)行收縮運(yùn)動(dòng)，改變了肌纖維的長(zhǎng)度[1]。本文從肌電角度[2]分析深蹲過(guò)程中下肢肌肉的激活特性，從生活中常見(jiàn)的徒手深蹲形式中簡(jiǎn)化成本文所探討的6大徒手深蹲模式，從模式間引起的激活程度和差異性問(wèn)題的探討可以進(jìn)一步完善下肢肌肉訓(xùn)練理論，并為徒手深蹲實(shí)踐提供有意義的指導(dǎo)。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

寧波大學(xué)體育學(xué)院十五名男性健身愛(ài)好者，平均年齡23.5±1.5歲，平均身高175.4±3.2cm,平均體重76.6±2.4kg。受試者下肢均未出現(xiàn)關(guān)節(jié)肌肉損傷，實(shí)驗(yàn)前24h沒(méi)有進(jìn)行劇烈運(yùn)動(dòng)，并熟悉本實(shí)驗(yàn)不同深蹲模式的各種動(dòng)作。受試者本著自愿的原則，理解實(shí)驗(yàn)意圖并積極參與實(shí)驗(yàn)，付酬并簽署知情同意書(shū)。

1.2 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)于寧波大學(xué)大健康研究院完成。實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用芬蘭產(chǎn)MEAG-6000表面肌電儀器進(jìn)行肌電數(shù)據(jù)采集。對(duì)寧波大學(xué)男性健身愛(ài)好者進(jìn)行表面肌電測(cè)試，獲得原始表面肌電圖后進(jìn)行解析,獲得所需要的相關(guān)數(shù)據(jù)。

圖1 下肢各檢測(cè)肌肉貼點(diǎn)圖

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與流程

找到肌電電極貼片的位置，然后對(duì)電極片所在區(qū)域進(jìn)行處理，通過(guò)處理體毛、打磨皮膚和酒精消毒，準(zhǔn)確粘貼電極片的位置，盡可能確保肌電信號(hào)采集的準(zhǔn)確性，臀大肌、股二頭肌、股直肌、股內(nèi)側(cè)肌電極片貼片位置如下：

為了讓受試者熟悉本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的非常規(guī)深蹲形式，安排受試者在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行多次適用性練習(xí)。同時(shí)為了保證測(cè)試的客觀性和準(zhǔn)確性，本研究參考《The ABC of EMG》 的測(cè)試方法，進(jìn)行1RM的測(cè)試以后72h再進(jìn)行肌電測(cè)試[4]。要求受試者進(jìn)行15min的準(zhǔn)備活動(dòng)以后，告知下肢最大肌力收縮的方法并進(jìn)行最大肌力測(cè)試,以便進(jìn)行各肌肉的標(biāo)準(zhǔn)化。具體測(cè)試方法：①臀大?。罕粶y(cè)試者平臥在瑜伽墊上，手臂自然前伸，測(cè)試人員緊按背部和臀部，被試勾住腳尖，整條腿向上面抬起大約與地面成20°,要求測(cè)試者緩慢增加用力，同時(shí)測(cè)試人員施加一個(gè)向下的力，達(dá)到最大力量以后保持3s。②股直肌與股內(nèi)側(cè)?。阂蟊辉囌咦谝巫由希巢烤o靠椅背，雙腳自然下垂并懸空，雙臂自然置于身體兩側(cè)。軀干與大腿成90°，右側(cè)大腿與小腿約為90°時(shí)盡最大力量伸膝關(guān)節(jié)，同時(shí)測(cè)試人員在被試腳踝上端施加阻力使其固定，對(duì)抗伸膝力量，記錄股直肌、股內(nèi)側(cè)肌的肌電信號(hào)。③股二頭肌：被試者俯臥于軟墊上，雙手自然放于身體兩側(cè)，右側(cè)膝關(guān)節(jié)彎曲，小腿與地面成20°并盡最大力量屈膝，同時(shí)測(cè)試人員于踝關(guān)節(jié)上端施加阻力使其固定對(duì)抗屈膝力量，記錄股二頭肌肌電。測(cè)試完最大肌力以后，進(jìn)行不同種動(dòng)作的下肢肌肉肌電值大小的測(cè)試。

其中，下肢蹲深淺分為淺蹲(標(biāo)準(zhǔn)是膝蓋屈曲40°)，半蹲(標(biāo)準(zhǔn)是大腿上部與地面平行，屈曲80°～90°之間)，深蹲(標(biāo)準(zhǔn)是下蹲到大腿上沿水平，大于100°)三種狀態(tài)，膝的空間方位分為膝關(guān)節(jié)位于足尖前后。下肢淺蹲并且膝關(guān)節(jié)在足尖前記為動(dòng)作模式1；下肢淺蹲并且膝關(guān)節(jié)在足尖后記為動(dòng)作模式2；下肢半蹲并且膝關(guān)節(jié)在足尖前記為動(dòng)作模式3；下肢半蹲并且膝關(guān)節(jié)在足尖后記為動(dòng)作模式4；下肢深蹲并且膝關(guān)節(jié)在足尖前記為動(dòng)作模式5；下肢深蹲并且膝關(guān)節(jié)在足尖后記為動(dòng)作模式6。受試者前面放置跳箱，控制深蹲過(guò)程中下肢關(guān)節(jié)位置。動(dòng)作的要領(lǐng)：被試站立于水平面上，雙目平視，深蹲的動(dòng)作制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，本實(shí)驗(yàn)中每一個(gè)受試者采用固定的站距1倍肩寬，足尖方向(外斜15°),以避免由于足距、腳尖方向誤差影響肌肉發(fā)力[5]。本實(shí)驗(yàn)在對(duì)深蹲動(dòng)作進(jìn)行動(dòng)作分析的基礎(chǔ)上，選取臀大肌、股二頭肌、股直肌、股內(nèi)側(cè)肌等幾塊下肢肌肉進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。如圖2所示：

圖2 徒手深蹲模式圖

1.4 數(shù)據(jù)處理

將測(cè)試得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行帶通濾波處理，帶通頻率為10-400Hz，后將濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行翻正處理，得到肌電數(shù)據(jù)的RMS值。由于實(shí)驗(yàn)對(duì)象之間的個(gè)體差異性，另外考慮到不同受試對(duì)象完成同一動(dòng)作的不精確性，為了方便比較，本研究將肌電信號(hào)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。在一個(gè)深蹲模式中，受試對(duì)象進(jìn)行重復(fù)5次的特定深蹲動(dòng)作，截取一個(gè)完整的深蹲過(guò)程，作為一個(gè)分析數(shù)據(jù)。將測(cè)試得到的肌電平均值進(jìn)行最大肌電值得百分比計(jì)算[5]。肌電的標(biāo)準(zhǔn)化采用肌肉EMGrms除以MVC中的兩次較大的EMGrms再乘以100，表示為EMGrms(%MVC)。

2 結(jié) 果

本文采用肌電儀器設(shè)備，用肌電均方根振幅(RMS)作為本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的指標(biāo)。均方根振幅被認(rèn)為與運(yùn)動(dòng)單位募集的數(shù)量和肌纖維放電的同步化水平有關(guān)，判斷肌肉活動(dòng)的開(kāi)始和停止時(shí)間，估計(jì)肌肉產(chǎn)生肌力的大小[7]。

表1 不同深蹲模式中下肢肌群EMGrms(%MVC)影響統(tǒng)計(jì)表

注：在每一塊肌肉的徒手深蹲模式的肌電數(shù)值比較中，A表示徒手深蹲模式4與徒手深蹲模式2存在顯著性差異P<0.05，B表示徒手深蹲模式6與徒手蹲模式2存在顯著性差異P<0.05，C表示徒手深蹲模式4與徒手深蹲模式3存在顯著性差異P<0.05，D表示徒手深蹲模式6與徒手深蹲模式5存在顯著性差異P<0.05，E表示徒手深蹲模式5與徒手深蹲模式2存在顯著性差異P<0.05，F(xiàn)表示徒手深蹲模式5與徒手深蹲模式4存在顯著性差異P<0.05

表2 下肢蹲深度和膝關(guān)節(jié)方位對(duì)下肢肌群的雙因素方差分析表

注：△表示股直肌在下肢蹲的深淺和膝的空間方位交互作用中具有顯著性差異P<0.05

3 討論與分析

下肢蹲深度作為單一變量來(lái)看，模式6與模式4、模式6與模式2相比較發(fā)現(xiàn)，下肢蹲深度對(duì)于臀大肌具有顯著性影響(P<0.05)；膝關(guān)節(jié)空間方位作為單一變量來(lái)看，模式4與模式3、模式6與模式5相比較發(fā)現(xiàn)，膝關(guān)節(jié)空間方位對(duì)于股內(nèi)側(cè)肌EMGrms有顯著性影響(P<0.05)；下肢蹲的深淺和膝的空間方位作為交互因素來(lái)看，模式5與模式2、模式5與模式4比較中發(fā)現(xiàn)股直肌EMGrms有顯著性差異(P<0.05)。其他徒手深蹲模式之間相比較下所檢測(cè)的肌肉沒(méi)有顯著差異性(P>0.05)。因此，下肢蹲的深淺可以顯著增加臀大肌的肌肉激活；膝關(guān)節(jié)方位可以顯著增加股內(nèi)側(cè)肌的肌肉激活。膝關(guān)節(jié)位置和下肢蹲深度的交互作用對(duì)股直肌具有顯著性影響，對(duì)其它肌肉的檢測(cè)均無(wú)顯著性影響。

3.1 下肢蹲深度作為單一變量對(duì)下肢肌肉的影響探究

在模式6與模式4，模式4與模式2之間的比較發(fā)現(xiàn)，臀大肌的顯著性差異較大(P<0.05)。在下肢蹲深蹲的時(shí)候，臀大肌在深蹲過(guò)程中表現(xiàn)出更大的激活。隨著下肢蹲深度的增加，髖角(股骨與軀干平面之間的夾角)變小，膝角(股骨與脛骨之間的夾角)變小，表現(xiàn)出髖關(guān)節(jié)的力矩減小，為了使得髖關(guān)節(jié)伸展，在深蹲的站立階段，臀大肌表現(xiàn)出更大的激活。姜世華在探究多關(guān)節(jié)主動(dòng)不足與被動(dòng)不足時(shí)發(fā)現(xiàn)[8]，當(dāng)深蹲深度達(dá)到最大，屈膝屈髖達(dá)到最小時(shí)，表現(xiàn)出如股直肌、股內(nèi)側(cè)肌等原動(dòng)肌肌力不足，在深蹲的站立階段，臀大肌的收縮提供了髖關(guān)節(jié)的穩(wěn)定，同時(shí)彌補(bǔ)了原動(dòng)肌的力量缺陷。與Caterisano[9]研究發(fā)現(xiàn)一致，在下肢蹲深度達(dá)到最大的時(shí)候，臀大肌出現(xiàn)了肌電峰值。本實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了在膝關(guān)節(jié)位置固定(膝關(guān)節(jié)深蹲時(shí)不超過(guò)腳尖)時(shí)，臀大肌的肌電值隨著下肢蹲深度的增加而變大。在淺蹲過(guò)程中，股內(nèi)側(cè)肌與股二頭肌的肌電值大小很不平衡，這導(dǎo)致缺少肌肉發(fā)力的平衡性，繼而產(chǎn)生深蹲過(guò)程的不穩(wěn)定性。在深蹲模式3、4中，我們可以看出股內(nèi)側(cè)肌、股二頭肌與其它四種下肢蹲深度比較來(lái)看,互為主動(dòng)拮抗的兩塊肌肉的肌電值沒(méi)有呈現(xiàn)出兩極化的狀態(tài)，這樣可以最大化地減少出現(xiàn)因某一塊肌肉發(fā)力過(guò)大和下蹲不平衡的發(fā)生[10],同時(shí)動(dòng)作幅度和參與的肌肉量都得到了最大化的提高。

3.2 膝的空間方位作為單一變量對(duì)下肢肌肉的影響探究

在模式4與模式3,模式6與模式5的比較過(guò)程中，股內(nèi)側(cè)肌在膝關(guān)節(jié)不過(guò)腳尖的徒手深蹲模式中顯示出了更大的肌電激活值。在所測(cè)試的下肢四塊肌肉中，股內(nèi)側(cè)肌表現(xiàn)出了最大的肌電值。說(shuō)明在練習(xí)中膝關(guān)節(jié)不超過(guò)腳尖的徒手深蹲模式中股內(nèi)側(cè)肌募集的運(yùn)動(dòng)單位的數(shù)量比膝關(guān)節(jié)超過(guò)腳尖的深蹲模式多。深蹲過(guò)程中，膝關(guān)節(jié)超過(guò)腳尖，導(dǎo)致身體前傾角度變大，身體的重心也會(huì)向前偏移，這樣就由于克服自身重力會(huì)產(chǎn)生額外的做功[11]，同時(shí)在前人的研究中表明身體過(guò)分前傾對(duì)腰椎的負(fù)載同樣也會(huì)增加。因此在訓(xùn)練中強(qiáng)調(diào)人體深蹲的重心應(yīng)垂直于腳底正中心[12,13]。股二頭肌在深蹲中的貢獻(xiàn)值相比于其它肌肉而言較小，同時(shí)在膝蓋有無(wú)超過(guò)腳尖的對(duì)比中，股二頭肌沒(méi)有表現(xiàn)出顯著相關(guān)性。從生理學(xué)解剖的角度來(lái)看，股二頭肌一頭連接在股骨上，另外較長(zhǎng)的一頭連接在坐骨結(jié)節(jié)上，只有長(zhǎng)頭所連接的那一部分肌纖維能夠發(fā)揮作用。因此在無(wú)負(fù)重深蹲的過(guò)程中，與很多文章體現(xiàn)的負(fù)重深蹲中一樣，股二頭肌產(chǎn)生了最小的肌電值。所以股二頭肌相比腘繩肌群的其他兩塊肌肉而言，其放電量占據(jù)了很小的一個(gè)部分。唐光旭[14]等人的研究中強(qiáng)調(diào)，膝關(guān)節(jié)不超過(guò)腳尖的深蹲動(dòng)作一方面減少了身體前傾帶來(lái)的脊柱負(fù)荷，另一方面也減少膝關(guān)節(jié)內(nèi)扣等不規(guī)范問(wèn)題。

3.3 下肢蹲深度和膝關(guān)節(jié)空間方位的交互作用對(duì)下肢肌肉的影響探究

下肢蹲深淺和膝的空間位置的交互作用對(duì)所測(cè)肌肉肌電的交互作用只表現(xiàn)在股直肌上。本研究發(fā)現(xiàn)在多個(gè)深蹲模式過(guò)程中，股直肌的均方根振幅值大小差異不大。原因可能是股四頭肌中的股直肌在徒手深蹲過(guò)程中參與量不夠。研究表明，深蹲深度和膝蓋位置的不斷改變，導(dǎo)致髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的角度[15]也不斷改變，股直肌的峰值力矩跟肌電值也存在較大差異。因此從動(dòng)作分析來(lái)看，在深蹲模式5中，股直肌作為下肢伸肌中的較大一塊，股直肌的長(zhǎng)度被拉伸至能產(chǎn)生最大收縮力量，股直肌的粗細(xì)肌絲同時(shí)處于最佳的折疊狀態(tài)，表現(xiàn)出最大的肌肉肌電激活。其次，由于徒手深蹲受到膝關(guān)節(jié)位置和下肢蹲深度兩個(gè)因素的影響，這兩種交互作用產(chǎn)生的共性作用也改變了地面對(duì)人體支撐的穩(wěn)定性。根據(jù)募集定律[16]來(lái)看，機(jī)體為了克服在深蹲過(guò)程中的非穩(wěn)定狀態(tài)，會(huì)激發(fā)那些深層次的小肌肉群參與，引起表面大肌肉例如股直肌的興奮性降低。深蹲模式的改變，引起了穩(wěn)定性差異不同，導(dǎo)致了股直肌在各深蹲模式之間的差異性[17],由此股直肌在各深蹲模式中激活大小的不同。同時(shí)在前人的研究中發(fā)現(xiàn)，膝關(guān)節(jié)角度在60°到80°時(shí)，膝關(guān)節(jié)角度接近于本實(shí)驗(yàn)深蹲模式5，股直肌在進(jìn)行肌肉收縮時(shí)，也表現(xiàn)出了最大的肌肉力矩[18]。由此來(lái)看，深蹲模式5對(duì)于股直肌的鍛煉效果最佳，明顯優(yōu)于其他深蹲模式。

4 結(jié) 論

4.1 深蹲過(guò)程中深度達(dá)到最大時(shí)臀大肌表現(xiàn)出了很大的放電量，在訓(xùn)練臀部的過(guò)程中髖部角度的增加，臀大肌會(huì)最大地產(chǎn)生髖部伸展的力量。半蹲位置時(shí)，徒手深蹲模式3、4可以最大化地減少出現(xiàn)因股內(nèi)側(cè)肌和股二頭肌發(fā)力過(guò)大和下蹲不平衡的發(fā)生，平衡膝角和髖角，可以使得參與運(yùn)動(dòng)的肌肉的動(dòng)作幅度和參與的肌肉量得到最大化，同時(shí)減少額外做功。

4.2 在膝關(guān)節(jié)不超過(guò)腳尖的深蹲模式中，股內(nèi)側(cè)的肌電值顯著增加。人體前傾角度減少和腰椎的負(fù)載量都極大減少，有助于維持人體的重心在腳正中心下方，減少深蹲過(guò)程中相應(yīng)的危險(xiǎn)性。

4.3 下肢蹲深度和膝關(guān)節(jié)空間方位的交互作用對(duì)股直肌的影響顯著，說(shuō)明無(wú)負(fù)重條件下變化深蹲動(dòng)作模式可以更多地激發(fā)運(yùn)動(dòng)單位參與工作，同時(shí)增加了深蹲過(guò)程中的不穩(wěn)定因素，進(jìn)一步強(qiáng)化了股直肌的訓(xùn)練。

5 建 議

臀大肌的力量強(qiáng)化適合用徒手深蹲模式6完成；股內(nèi)側(cè)的力量強(qiáng)化適合用徒手深蹲模式6、4完成；徒手深蹲模式3、4的無(wú)負(fù)重訓(xùn)練有利于下肢主動(dòng)肌和拮抗肌的協(xié)調(diào)發(fā)展；徒手深蹲模式5對(duì)股直肌的鍛煉效果最佳。由于本研究中設(shè)備的局限性，下肢肌肉只能選擇具有代表性的幾塊肌肉，不能對(duì)包括髖關(guān)節(jié)附近的腘繩肌、內(nèi)收肌等作出更為詳細(xì)的數(shù)據(jù)研究。并且本文采用的是徒手深蹲練習(xí)，負(fù)重深蹲沒(méi)有進(jìn)行詳細(xì)的研究分析。同時(shí)，不同的徒手深蹲模式對(duì)不同肌肉的影響是不一樣的，因此本文建議健身愛(ài)好人群要選擇性地應(yīng)用各類深蹲動(dòng)作，嘗試學(xué)習(xí)一些解剖與生理的知識(shí)，為自己帶來(lái)更好的運(yùn)動(dòng)收益。