袁 艷 ，吳貽剛 ，蘇彥炬 ，李玉章

全身振動訓(xùn)練指在振動訓(xùn)練臺上進(jìn)行訓(xùn)練，振動訓(xùn)練臺放置于地面，可供雙腳站立，被試的腳部接受振動刺激[1]，是一種較新的提高體能的訓(xùn)練形式。近10年，國內(nèi)外大量研究集中在全身振動訓(xùn)練對最大力量、快速力量、力量耐力訓(xùn)練效果的影響[2－8]，而振動刺激對神經(jīng)肌肉激活的影響研究較少。國內(nèi)外僅有的研究多見于在靜態(tài)、不負(fù)重的力量訓(xùn)練中附加振動刺激對肌肉激活的影響[9－13]，對于在動態(tài)、負(fù)重力量訓(xùn)練中附加振動刺激對肌肉激活的文章較少。目前國內(nèi)下肢振動訓(xùn)練形式多采用負(fù)重半蹲起[3－7]，在動態(tài)半蹲運(yùn)動中附加振動刺激對腿部肌肉激活會產(chǎn)生怎樣的影響？輕負(fù)荷負(fù)重對肌肉的激活水平影響程度如何？振動刺激和輕負(fù)荷負(fù)重對肌肉激活的影響是否存在交互作用？這些問題的研究可以完善振動訓(xùn)練的機(jī)制并對運(yùn)動實(shí)踐有指導(dǎo)價值。

振動刺激頻率是影響振動訓(xùn)練強(qiáng)度的主要參數(shù)之一，不同的振動頻率引起肌肉激活的程度不同，振動頻率的選擇通常會影響訓(xùn)練的效果。全身振動訓(xùn)練中，振動刺激在人體會自下而上衰減，小腿離振動臺較近，受振動刺激影響較大。肌肉表面肌電可以反映肌肉激活特征，因此，本研究以肌肉表面肌電為觀測指標(biāo)，以半蹲起運(yùn)動中相關(guān)小腿肌群的神經(jīng)激活變化為觀察對象，探討不同振動頻率刺激，并比較不負(fù)重和輕負(fù)荷負(fù)重對這一神經(jīng)激活的影響，為負(fù)重振動訓(xùn)練提供理論依據(jù)和振動頻率的選擇提供參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

上海體育學(xué)院 10 名男性大學(xué)生，平均年齡（20．3±1．6）歲，平均身高（173．5±5．3）cm，平均體重（69．6±6．5）kg。受試者下肢均無關(guān)節(jié)肌肉損傷、無心血管疾病、無皮膚過敏等振動訓(xùn)練禁忌癥。

1.2 試驗地點(diǎn)與試驗器材

試驗于2011年12月在上海體育學(xué)院完成。振動訓(xùn)練儀為臺灣期美公司生產(chǎn)，型號ZenPro TVR－5 930，振動模式為垂直振動，振幅2 mm，振動頻率25～50 Hz。表面肌電測試采用美國Noraxon公司生產(chǎn)的無線肌電遙測系統(tǒng)，該系統(tǒng)硬件采用前置放大器，本身具有無線波（50/60 Hz）濾波器，基線噪音＜1μVrms，輸入阻抗＞100 MΩ，采樣頻率為1 000 Hz。表面電極片采用上海勵圖醫(yī)療設(shè)備有限公司生產(chǎn)的銀/氯化銀一次性電極片。關(guān)節(jié)角度控制采用美國Noraxon公司生產(chǎn)的Biometric角度信號采集系統(tǒng)。同時，采用Panasonic數(shù)碼攝像機(jī)（型號為NV－GS400）通過USB線與肌電遙測系統(tǒng)實(shí)施同步（30 Hz）采集。杠鈴和杠鈴片一套。筆記本兩臺。

1.3 試驗設(shè)計

采用雙因素（是否負(fù)重和振動頻率）試驗設(shè)計，其中是否負(fù)重分為不負(fù)重和負(fù)重30%最大力量兩種，振動頻率分為7種：不振動、25、30、35、40、45、50 Hz。

1.3.1 半蹲起動作要領(lǐng)的確定 被試站立于振動臺上，雙目平視，腳趾向前，下蹲至膝關(guān)節(jié)角度120°后，快速蹲起，蹲起要求髖、膝同時伸展，最后有提踵動作（踝關(guān)節(jié)跖屈）。關(guān)節(jié)角度計測定并監(jiān)控運(yùn)動中被試關(guān)節(jié)角度，用于口頭提醒被試。被試通過多次練習(xí)熟悉并掌握動作要領(lǐng)后開始正式試驗。

1.3.2 肌電電極片的貼放部位與要求 選取右側(cè)小腿的腓腸肌外側(cè)頭、腓腸肌內(nèi)側(cè)頭和脛骨前肌為測試肌群。依據(jù)The ABC of EMG[14]安放電極，安放前對皮膚進(jìn)行清潔，刮除汗毛，用砂紙清除皮膚角質(zhì)，再用75%的酒精擦拭，去除皮膚表面的油脂。表面電極片安放于肌肉肌腹最高處，順著肌纖維的走向貼放，兩電極片中心點(diǎn)相距2 cm。采用肌電儀配套繃帶對電極和放大器進(jìn)行固定，避免因振動引起的干擾。

1.3.3 動作節(jié)奏的控制 通過預(yù)試驗，確定半蹲起的動作節(jié)奏為3 s/次，被試完成半蹲起運(yùn)動過程中，前方放置一臺筆記本電腦，每3 s播放下蹲幻燈片一張，被試根據(jù)幻燈片的提示掌握半蹲起節(jié)奏。

1.3.4 試驗過程 被試最大力量采用1 RM測試。在進(jìn)行1 RM的測試后72 h進(jìn)行肌電測試試驗。被試進(jìn)行15 min準(zhǔn)備活動后，告知試驗流程并安放好電極片進(jìn)行最大靜力收縮（MVC，Maximum Voluntary Contraction）。被試在測定過程中緩慢增加用力，3 s后達(dá)到最大力量并持續(xù)5 s。腓腸?。嚎棺杼狨?，做2次，每次間隔1 min；脛骨前?。耗_尖抗阻，做勾腳尖動作，做2次，每次間隔1 min。

測試過程連續(xù)記錄肌電，取肌肉連續(xù)最大靜力收縮5 s肌電進(jìn)行分析。休息5 min后，被試站立于振動臺上，安放關(guān)節(jié)角度計于膝關(guān)節(jié)，兩腳開立略寬于肩，標(biāo)記第一次站立位置，要求每組測試時，站立于標(biāo)記位置。在振動臺上進(jìn)行半蹲練習(xí)，熟悉并掌握動作要領(lǐng)。被試不負(fù)重在振動臺上完成7組半蹲起，每組10次，組間休息3 min。7組控制條件依次如下：（1）不附加振動刺激；（2）附加頻率為25 Hz的振動刺激；（3）附加頻率為30 Hz的振動刺激；（4）附加頻率為35 Hz的振動刺激；（5）附加頻率為40 Hz的振動刺激；（6）附加頻率為 45 Hz的振動刺激；（7）附加振動頻率為50 Hz的振動刺激。休息5 min后，被試站立于振動臺上，以負(fù)重30%IRM負(fù)荷完成7組相同控制條件的半蹲起，組間休息5 min。下蹲起完成過程中進(jìn)行同步攝像，肌電的采集信號與視頻同時儲存。

1.3.5 振動臺是否干擾肌電測試 肌電測試當(dāng)日，被試肌肉放松靜坐于振動儀旁，采集表面肌電信號10 s。開啟振動訓(xùn)練儀頻率依次調(diào)試到 25、30、35、40、45、50 Hz，每個刺激頻率采集表面肌電信號10 s。分別計算各次測試肌電的EMGrms值并進(jìn)行多重比較分析，結(jié)果顯示，各組間均無顯著性差異。由此證明振動儀器本身及其頻率調(diào)節(jié)對表面肌電均不產(chǎn)生影響。

1.4 肌電數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

根據(jù)試驗同步攝像，選取第2次下蹲開始到第10次下蹲開始（8個下蹲起周期）共計24 s的肌電圖。采用MyoResearch XP 1．07 Master Edition儀器配套分析軟件對原始肌電數(shù)據(jù)進(jìn)行整流、濾波、平滑和標(biāo)準(zhǔn)化處理，進(jìn)行EMGrms計算。肌電的標(biāo)準(zhǔn)化采用肌肉MVC測試時對應(yīng)肌電處理，表示為EMGrms（%MVC）。

運(yùn)用SPSS17．0統(tǒng)計軟件進(jìn)行分析，經(jīng)檢驗，數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布且具有方差齊性。采用雙因素方差分析考察振動刺激和負(fù)重對各肌肉激活的影響。之后，采用LSD法進(jìn)行均值多重比較，分析不同振動刺激頻率之間的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 振動刺激和負(fù)重對半蹲起練習(xí)中小腿肌群的肌電影響

肌電均方根振幅（RMS）反映一定時間內(nèi)肌肉放電的平均水平，被認(rèn)為與運(yùn)動單位參與的數(shù)量和肌纖維放電的同步化有關(guān)，因此，被用來測量肌肉活動的時間，判斷肌肉活動的開始和停止時間，以及估計肌肉產(chǎn)生肌力的大小[15]。在半蹲起運(yùn)動中，振動刺激和負(fù)重對小腿肌群的肌電影響結(jié)果見表1。在不振動條件下，附加30%1RM重量后，腓腸肌外側(cè)頭EMGrms（%MVC）增加9．5%；腓腸肌內(nèi)側(cè)頭增加10．8%。在不負(fù)重條件下，振動刺激頻率為45 Hz時腓腸肌外側(cè)頭肌電增加9．2%；腓腸肌內(nèi)側(cè)頭肌電增加12．3%。負(fù)重與附加45 Hz振動刺激對腓腸肌肌電增加值相近，表明輕負(fù)荷的負(fù)重與振動刺激對小腿肌肉激活影響有相近的效果。對于那些因為關(guān)節(jié)肌肉損傷不能進(jìn)行負(fù)重訓(xùn)練的、處于康復(fù)中的運(yùn)動員和不適合進(jìn)行負(fù)重的鍛煉者，振動訓(xùn)練可以替代負(fù)重訓(xùn)練，對肌肉產(chǎn)生相近的激活效果。在負(fù)重條件下，附加振動刺激能增加腓腸肌的EMGrms（%MVC），腓腸肌外側(cè)頭最大增加10．1%，腓腸肌內(nèi)側(cè)頭最大增加14．6%，說明在常規(guī)負(fù)重訓(xùn)練基礎(chǔ)上附加振動刺激可以提高小腿肌肉的激活，這可能是負(fù)重振動訓(xùn)練比常規(guī)負(fù)重訓(xùn)練產(chǎn)生更好力量訓(xùn)練效果的原因之一，為科學(xué)的振動力量訓(xùn)練提供了理論依據(jù)。

表1 振動刺激和負(fù)重對半蹲起練習(xí)中小腿肌群EMGrms（%MVC）影響（n=10）Table 1 Summary data of the EMGrms（%MVC）of lower leg for load and unloadeddyna micsquats during different vibration frequencies（n=10）

由表2可見，經(jīng)雙因素方差分析，振動刺激對脛骨前肌、腓腸肌外側(cè)頭和腓腸肌內(nèi)側(cè)頭EMGrms（%MVC）均有顯著影響（P＜0．05）；負(fù)重對腓腸肌 EMGrms（%MVC）有非常顯著的影響（P＜0．05）；振動刺激和負(fù)重的交互作用不顯著（P＞0．05）。因此，振動刺激可以顯著增加腓腸肌和脛骨前肌肌肉激活；負(fù)重可以極顯著增加腓腸肌肌肉激活，但對脛骨前肌無顯著影響；振動刺激和負(fù)重的交互作用對各被檢測肌肉的激活影響均無顯著性。

表2 振動刺激和負(fù)重對小腿肌群肌電影響的雙因素方差分析（n=10）Table 2 The two- f act or analysis of variance of EMGRMS（%MVC）of lower leg for load and unloaded dynamic squats during different vibrat ion frequencies（n=10）

從生理學(xué)的角度看，全身振動訓(xùn)練儀產(chǎn)生的振動刺激使梭外肌長度發(fā)生改變，通過肌梭內(nèi)的感覺神經(jīng)末梢Ia傳入，改變單個運(yùn)動單位的活動，表面肌電振幅增加，這種反應(yīng)類似于振動性張力反射（Tonic vibration reflex）[16]。振動性張力反射是指振動刺激作用于局部肌肉和肌腱所引起肌肉的不隨意反射性收縮[17]。振動刺激還可能刺激皮膚和關(guān)節(jié)感受器產(chǎn)生興奮，興奮傳入到γ運(yùn)動系統(tǒng)，增加肌梭的敏感性和反應(yīng)能力[16，18]。MARTIN的研究表明，肌肉激活水平提高后附加振動刺激，可以增加Ia傳入神經(jīng)的敏感性[19]。本研究結(jié)果顯示，負(fù)重可以增加腓腸肌肌肉激活，但是本研究雙因素方差分析結(jié)果表明負(fù)重和振動刺激交互作用不顯著，這可能提示：振動訓(xùn)練時附加30%1 RM的重量可能不能增加Ia傳入神經(jīng)的敏感性。更大的負(fù)重負(fù)荷是否能夠增加Ia傳入神經(jīng)的敏感性還有待于進(jìn)一步的研究。從生物力學(xué)的角度看，力等于質(zhì)量乘以加速度，振動刺激增加了身體加速度，負(fù)重增加了質(zhì)量，它們都可以導(dǎo)致身體運(yùn)動的阻力增加。在完成半蹲起運(yùn)動中，腓腸肌必須產(chǎn)生更大的力量對抗阻力。雖然肌電不能直接估量力量的大小，但是肌電的增加可以反映對抗負(fù)荷力量的增加。本試驗結(jié)果顯示：負(fù)重提踵的主動肌——腓腸肌的肌電振幅增加，這反映了腓腸肌產(chǎn)生的力量增加。

2.2 不同頻率振動刺激對半蹲起練習(xí)中小腿肌群的影響

2.2.1 不同頻率振動刺激對腓腸肌肌電的影響 經(jīng)過多重比較，在不負(fù)重條件下，振動頻率為40、45、50 Hz與不振動時腓腸肌外側(cè)頭肌電比較有顯著性差異，其他頻率振動刺激與不振動比較，肌電雖然有增加，但差異不顯著；在負(fù)重條件下，頻率為45 Hz振動刺激與不振動時腓腸肌外側(cè)頭肌電比較有極顯著差異，頻率為50 Hz振動刺激與不振動時比較腓腸肌外側(cè)頭肌電有顯著差異（見圖1）。

圖1 不同頻率振動刺激對腓腸肌外側(cè)頭肌電影響比較Figure1 The EMGrms（%MVC）of Lat.Gastrocnemius during different vibration frequencies

經(jīng)過多重比較，在不負(fù)重條件下，振動頻率為45 Hz與不振動比較，腓腸肌內(nèi)側(cè)頭肌電有顯著性差異，其他頻率振動刺激肌電雖然有增加，但差異不顯著；在負(fù)重條件下，頻率為40、45、50 Hz振動刺激與不振動比較，腓腸肌內(nèi)側(cè)頭肌電有顯著性差異（見圖2）。

MARTIN的研究表明：振動導(dǎo)致肌電激活的增加和運(yùn)動單位同步化程度依賴于振動頻率[19]。本研究結(jié)果表明：無論是否負(fù)重，隨著振動頻率的增加，腓腸肌肌電激活呈增加趨勢，在較高頻率振動刺激中出現(xiàn)顯著差異；腓腸肌內(nèi)側(cè)頭和外側(cè)頭的變化稍有不同，原因可能是不同頻率測試時運(yùn)動中身體姿勢控制稍有差異導(dǎo)致重心移動造成的。

目前全身振動訓(xùn)練儀的頻率調(diào)節(jié)范圍在20～50 Hz之間，不同的刺激頻率產(chǎn)生的訓(xùn)練效果不同。任滿迎研究表明：45 Hz振動刺激對運(yùn)動員蹲跳（SJ）和下蹲跳（CMJ）兩種模式的縱跳能力的訓(xùn)練效果顯著高于30 Hz[4]，原因可能是不同的振動頻率對肌肉激活的程度不同，但該研究沒有進(jìn)行肌電的觀察。MESTER通過肌電測試與分析表明：腓腸肌激活隨振動頻率（5、10、15、20、25 Hz）的增加而增加[20]。然而，CARDINALE 研究觀察了 30、40、50 Hz不同振動頻率時的EMGrms，結(jié)果表明：30 Hz振動對股外側(cè)肌的EMGrms影響最大，且顯著高于其他振動頻率[16]。MESTER和CARDINALE兩者研究結(jié)果不一致的原因之一，是因為前者采用的是Galileo2000，后者采用的是Bosco-system振動訓(xùn)練儀，他們選擇的振動范圍也不同。由此可見，不同的振動訓(xùn)練儀由于振動模式和振幅的不同，振動頻率和肌電激活的關(guān)系可能不相同。本研究結(jié)果表明：在振幅為2 mm的垂直振動模式條件下，頻率為45 Hz的振動刺激對于無論是負(fù)重還是不負(fù)重的半蹲起，都顯著增加了腓腸肌激活，這為科學(xué)運(yùn)用振動訓(xùn)練提供了實(shí)踐指導(dǎo)。

2.2.2 不同頻率振動刺激對脛骨前肌肌電影響 經(jīng)過多重比較，在不負(fù)重條件下，振動頻率為45、50 Hz與不振動比較，脛骨前肌肌電有顯著差異，其他頻率振動刺激，肌電雖然有增加，但差異不顯著；在負(fù)重條件下，頻率為45、50 Hz與不振動比較脛骨前肌肌電有顯著性差異（見圖3）。研究結(jié)果與MESTER肌電觀測脛骨前肌激活變化趨勢相一致[20]。

圖2 不同頻率振動刺激對腓腸肌內(nèi)側(cè)頭肌電影響比較Figure 2 The EMGRMS（%MVC）of Med.gastrocnemius during different vibration frequencies

圖3 不同頻率振動刺激對脛骨前肌肌電影響比較Figure 3 The EMGRMS（%MVC）of Tibialis Anterior during different vibration frequencies

脛骨前肌是小腿前面的肌肉，是腓腸肌的對抗肌。本研究結(jié)果顯示：負(fù)重不能增加脛骨前肌的肌肉激活，也就是說常規(guī)負(fù)重力量訓(xùn)練在發(fā)展主動肌力量時，不能很好的同步發(fā)展對抗肌力量，這種發(fā)展的不均衡可能造成肌肉拉傷和運(yùn)動成績停滯不前等現(xiàn)象。許以誠對上肢拉力器訓(xùn)練的研究表明：附加振動刺激時，除了主動肌肌電增大，對抗肌肌電也顯著增大；該研究還觀察到振動訓(xùn)練增加主動肌力量的同時，對抗肌力量也增加[21]。彭春政研究了振動訓(xùn)練對下肢肌肉力量的影響，得到了相同的結(jié)果，但該研究沒有觀察肌電的變化[1]。本研究通過肌電觀察發(fā)現(xiàn)：在垂直振動模式、振幅為2 mm的條件下，頻率為45 Hz的振動刺激對無論是負(fù)重還是不負(fù)重的半蹲起，都明顯增加了脛骨前肌的激活。說明振動刺激不僅提高了主動肌的激活，同時也提高了對抗肌的激活，同時附加振動刺激的半蹲起運(yùn)動增強(qiáng)了神經(jīng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，提高了小腿肌肉的反應(yīng)能力和協(xié)調(diào)能力。

3 結(jié) 論

（1）在半蹲起運(yùn)動中，附加振動刺激可以顯著提高腓腸肌和脛骨前肌肌肉激活，負(fù)重30%最大力量可以顯著提高腓腸肌肌肉激活，不能提高脛骨前肌肌電激活，負(fù)重和振動刺激的交互作用不顯著。

（2）不負(fù)重或負(fù)重30%最大力量半蹲起時，振幅為2 mm、振動頻率為45 Hz的垂直振動刺激可以顯著增加腓腸肌和脛骨前肌的激活。這為全身振動訓(xùn)練的頻率選擇提供參考。

（3）在負(fù)重條件下，附加振幅為2 mm、振動頻率為45 Hz或50 Hz的垂直振動刺激可以顯著增加腓腸肌的激活程度，證明了在常規(guī)負(fù)重訓(xùn)練中附加振動刺激可以誘發(fā)激活更多的運(yùn)動單位參與工作，為振動力量訓(xùn)練提供了理論依據(jù)。

（4）在半蹲起運(yùn)動中，振幅為2 mm、振動頻率為45 Hz或50 Hz的垂直振動刺激在增加主動肌激活的同時增加了對抗肌的激活，提示頻率為45 Hz或50 Hz的振動訓(xùn)練有利于主動肌和對抗肌力量的協(xié)調(diào)發(fā)展。

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