洪 揚(yáng)，劉瑞東，陳小平

?

基于肌電均方根和包絡(luò)線的穩(wěn)定與多級非穩(wěn)定條件下徒手與負(fù)重深蹲的肌電特征研究

洪 揚(yáng)，劉瑞東，陳小平

運(yùn)用肌電圖的幅值均方根計(jì)算和包絡(luò)線方法，對19名無專業(yè)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練經(jīng)歷的健康男性大學(xué)生在穩(wěn)定與不同非穩(wěn)定條件下的徒手和負(fù)重(30%1RM)深蹲，軀干和下肢8塊主要參與肌肉的多肌活動(dòng)進(jìn)行研究，分析和比較穩(wěn)定和非穩(wěn)定之間、不同非穩(wěn)定之間徒手與負(fù)重下蹲與蹲起階段，肌肉的收縮力值和多肌用力模式的變化。研究結(jié)果表明，徒手或30%1RM負(fù)重深蹲時(shí)，大部分測試肌肉的肌電均方根值和包絡(luò)線在穩(wěn)定與非穩(wěn)定(硬支撐面)條件下，均未發(fā)生顯著性變化(P>0.05；r>0.5，P<0.01)，表明硬支撐面的非穩(wěn)定訓(xùn)練并不能顯著改變肌肉的活性和用力模式。部分肌肉尤其是位于軀干的腹直肌、豎脊肌和小腿的脛骨前肌在穩(wěn)定和非穩(wěn)定條件下的均方根值和包絡(luò)線出現(xiàn)不一致變化，表明在進(jìn)行變換肌肉工作條件的訓(xùn)練時(shí)，不僅要考慮參與肌肉力量活性的變化，也要注意其用力模式的改變。部分肌肉的活性和用力模式對橡膠墊軟支撐的非穩(wěn)定條件顯示出顯著性變化(P<0.05；r<0.5，P>0.05)，表明支撐面的質(zhì)地會(huì)對非穩(wěn)定訓(xùn)練產(chǎn)生重要影響。在同一穩(wěn)定或非穩(wěn)定條件下，與徒手深蹲比較，30%1RM負(fù)重使得大部分所測肌肉的均方根值出現(xiàn)顯著增加(P<0.05)，表明“負(fù)重”是提高參與工作肌肉活性的重要因素。

非穩(wěn)定；深蹲；肌電；RMS；用力模式

1 問題的提出

近年來，尤其是在2012年倫敦奧運(yùn)會(huì)周期，以功能性力量訓(xùn)練和核心力量訓(xùn)練為代表的一些新的力量訓(xùn)練方法和手段開始在世界范圍內(nèi)興起。與傳統(tǒng)的抗阻力量訓(xùn)練相比，這些力量訓(xùn)練方法更加突出小肌群的訓(xùn)練，更加重視人體軀干和關(guān)節(jié)部位的穩(wěn)定，更加強(qiáng)調(diào)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)對多塊肌肉協(xié)調(diào)用力的支配和控制。然而，功能性力量訓(xùn)練和核心力量訓(xùn)練這一源于康復(fù)醫(yī)學(xué)的力量訓(xùn)練方法在國內(nèi)、外被用于競技訓(xùn)練的時(shí)間較短，所以在理論研究和實(shí)際應(yīng)用方面還存在諸多不完善的地方。

“穩(wěn)定”和“非穩(wěn)定”以及“穩(wěn)定與非穩(wěn)定之間的動(dòng)態(tài)變換”是人體運(yùn)動(dòng)過程中最基本的形式和狀態(tài)，也是決定人體運(yùn)動(dòng)功效的關(guān)鍵要素[7]。當(dāng)前的功能性力量訓(xùn)練和核心力量訓(xùn)練非常強(qiáng)調(diào)非穩(wěn)定條件下的穩(wěn)定性(能力)訓(xùn)練，并將其視為與傳統(tǒng)的抗阻力量訓(xùn)練之間最顯著的差別[3]。但是，一方面，根據(jù)本研究的調(diào)研，目前對非穩(wěn)定條件下的徒手和負(fù)重訓(xùn)練是否能夠改善人體的力量能力或穩(wěn)定性的相關(guān)研究較少，即使在該領(lǐng)域研究發(fā)展較好的美國，這些新興的力量訓(xùn)練仍主要是以變革“方法和手段”為先導(dǎo)的研究，其訓(xùn)練主要還是建立在教練員與運(yùn)動(dòng)員的主觀感受和認(rèn)可的基礎(chǔ)之上，缺乏科學(xué)研究依據(jù)，尤其是生物學(xué)基礎(chǔ)研究的依據(jù)[2，4，5，16，23]；另一方面，功能性力量訓(xùn)練和核心力量訓(xùn)練的出現(xiàn)也帶來對傳統(tǒng)抗阻力量訓(xùn)練的沖擊和質(zhì)疑，傳統(tǒng)的抗阻力量訓(xùn)練是否仍能夠發(fā)揮其作用，以及新興力量訓(xùn)練與傳統(tǒng)力量訓(xùn)練之間的關(guān)系等問題，都亟需進(jìn)行科學(xué)的研究和判定。

因此，本研究運(yùn)用生物力學(xué)、運(yùn)動(dòng)生理學(xué)、肌電圖檢測分析技術(shù)和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的理論與方法對穩(wěn)定與不同非穩(wěn)定條件的徒手和負(fù)重深蹲時(shí)的多肌活動(dòng)進(jìn)行研究，并且分析和比較穩(wěn)定和非穩(wěn)定之間、不同非穩(wěn)定之間徒手與負(fù)重下蹲時(shí)，主要參與肌肉的收縮力值(肌電均方根，Root Mean Square,RMS)和多肌用力模式(包絡(luò)線，Linear Envelope)的變化，為功能性力量和核心力量的訓(xùn)練提供相關(guān)生物學(xué)基礎(chǔ)和依據(jù)。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

本研究選取25名普通男性大學(xué)生為研究對象，他們?nèi)繛橹驹竻⑴c，并且無專業(yè)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練經(jīng)歷。受試者1年內(nèi)無骨折、肌肉拉傷等傷病，熟悉測試動(dòng)作(深蹲)，清楚知道實(shí)驗(yàn)過程中可能存在的危險(xiǎn)。由于個(gè)別實(shí)驗(yàn)對象未能完成整個(gè)測試會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)數(shù)據(jù)不全，本研究最終獲得19名受試者的測試數(shù)據(jù)(表1)。

表1 本研究研究對象基本情況一覽表

2.2 研究方法

2.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

1.三維運(yùn)動(dòng)捕捉分析系統(tǒng)(Vicon Motion Capture System)。該系統(tǒng)在本研究中主要用于實(shí)時(shí)采集膝關(guān)節(jié)角度，劃分深蹲周期以及下蹲和蹲起階段。

2.TrignoTM無線EMG系統(tǒng)(TrignoTMWireless EMG System)。該系統(tǒng)由美國Delsys公司研發(fā)，可無線同步采集16位EMG。此無線傳感器可傳輸范圍達(dá)40 m，便于受試者開展測試動(dòng)作。

3.6自由度平臺(tái)(Six Degree Platform)，也稱CAREN平臺(tái)(圖1)。該平臺(tái)通過6個(gè)液壓致動(dòng)器的同步位移，保證其在6個(gè)自由度沿任意軌跡運(yùn)動(dòng)。本研究設(shè)定的兩種硬支撐面非穩(wěn)定狀態(tài)(A、B)在該平臺(tái)上進(jìn)行，其中，非穩(wěn)定狀態(tài)A：頻率為0.8 Hz，幅度為x=10 cm，y=2 cm，z=2 cm，ax=2 cm，ay=2 cm，az=2 cm；非穩(wěn)定狀態(tài)B：頻率為0.8 Hz，幅度為x=15 cm，y=2 cm，z=2 cm，ax=2 cm，ay=2 cm，az=2 cm。

圖1 本研究6自由度平臺(tái)示意圖

4.Polar團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練系統(tǒng)(Polar Team Training System)。該系統(tǒng)可同時(shí)監(jiān)測10名受試者的實(shí)時(shí)心率，用以排除因疲勞對肌電造成的影響。

5.橡膠墊(Core stability Disk)為橡膠材質(zhì)，內(nèi)部填充空氣，用于本研究選定的軟支撐面非穩(wěn)定狀態(tài)C(圖2)。

6.其他實(shí)驗(yàn)用品。杠鈴桿、多公斤級杠鈴片、運(yùn)動(dòng)專用短褲、運(yùn)動(dòng)專用鞋、酒精、剃刀、皮膚磨砂紙等若干。

圖2 本研究橡膠墊示意圖

2.2.2 實(shí)驗(yàn)流程

在正式開始實(shí)驗(yàn)的前1周，對受試者進(jìn)行1次(共30 min)非穩(wěn)定訓(xùn)練的適應(yīng)練習(xí)，以排除因?qū)Ψ欠€(wěn)定訓(xùn)練的不熟悉造成的實(shí)驗(yàn)干擾，并在實(shí)驗(yàn)開始前的48 h對受試者進(jìn)行最大力量測試，為保證受試者安全，測試采用美國國家體能協(xié)會(huì)(NSCA)的建議測試方法，間接地測出1 RM值。

根據(jù)非穩(wěn)定狀態(tài)以及負(fù)重條件的不同，將測試狀態(tài)分為8種情況(表2)。其中，非穩(wěn)定狀態(tài)A和B是在6自由度平臺(tái)上進(jìn)行測試，C狀態(tài)是在橡膠墊上進(jìn)行測試，非穩(wěn)定程度C>B>A。

表2 本研究測試狀態(tài)一覽表

受試者測試當(dāng)天先熱身10 min，隨后被隨機(jī)安排進(jìn)行上述8種狀態(tài)的深蹲測試。為排除運(yùn)動(dòng)疲勞對肌肉活動(dòng)的影響，受試者每完成一個(gè)狀態(tài)的5次深蹲后，間歇休息2～3 min，并全程佩戴polar心率表監(jiān)控心率變化。本實(shí)驗(yàn)采用固定足距(20 cm)、足尖方向(外斜15°)和深蹲深度(下蹲到大腿上沿水平)姿勢，下蹲速度要求受試者竭盡全力。1名實(shí)驗(yàn)人員站于受試者身后，保護(hù)其安全。根據(jù)Fridlund等人[13]提供的方法對受試者進(jìn)行體毛、皮膚等處理，將Delsys無線傳感器沿肌纖維方向貼于所選肌肉的肌腹位置。參照前人關(guān)于深蹲技術(shù)動(dòng)作[20，24]和核心力量的相關(guān)研究[9，11，12，14，17，22]，本研究共選擇包括軀干和下肢肌共8塊肌肉進(jìn)行測試(圖3)：腹直肌(RA)、下腰部豎脊肌(ES)、闊筋膜張肌(TF)、臀中肌(GMe)、臀大肌(GMa)、股直肌(RF)、股二頭肌(BF)和脛骨前肌(TA)。

圖3 本研究各肌肉貼片位置示意圖

2.2.3 數(shù)據(jù)處理

1.肌電均方根(RMS)

通過Delsys EMGworks 4.0(Delsys，USA)肌電分析軟件，將肌電原始信號經(jīng)過帶通濾波(截止頻率10～400 Hz)、移動(dòng)平均處理以及絕對值計(jì)算后，依據(jù)Vicon Nexus 1.7.1(Vicon，UK)采集的膝關(guān)節(jié)角度劃分深蹲周期，計(jì)算所測8塊肌肉在8種狀態(tài)下，下蹲以及蹲起階段相應(yīng)RMS值。以徒手穩(wěn)定(S0)狀態(tài)各肌肉的下蹲、蹲起階段RMS值為基準(zhǔn)，對其余7種狀態(tài)各肌肉RMS值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理[15]。

利用SPSS 17.0軟件，對徒手條件下穩(wěn)定和多級非穩(wěn)定各肌肉RMS相對值進(jìn)行單因素(穩(wěn)定程度)方差分析，同時(shí)，對負(fù)重條件下穩(wěn)定和多級非穩(wěn)定各肌肉RMS相對值進(jìn)行單因素(穩(wěn)定程度)方差分析，以及對穩(wěn)定和相同非穩(wěn)定條件下徒手與負(fù)重各肌肉RMS相對值進(jìn)行單因素(負(fù)重程度)方差分析。

2.肌肉間協(xié)調(diào)問題的量化處理

目前，國內(nèi)、外有關(guān)肌肉用力模式的研究多集中于簡單的定性分析，本研究根據(jù)曹輝等人[1]的分析方法，在劉瑞東等人[8]的研究基礎(chǔ)上通過對同步肌肉包絡(luò)線的相關(guān)性分析，比較不同狀態(tài)肌肉用力模式變化。使用Delsys EMG works 4.0(Delsys，USA)肌電分析軟件，對肌電原始信號進(jìn)行低通濾波(5 Hz)和去零點(diǎn)漂移的預(yù)處理，剔除因測量系統(tǒng)不穩(wěn)定造成的測量值零點(diǎn)漂移誤差；依據(jù)Vicon Nexus 1.7.1(Vicon，UK)采集的膝關(guān)節(jié)角度劃分深蹲周期，檢驗(yàn)肌電波形，并計(jì)算肌電信號絕對值，最終提取各肌肉8種狀態(tài)包絡(luò)線。

由于每位受試者深蹲周期不盡相同，且肌電幅值受粘貼位置、皮脂厚度等影響可比性差，所以，對每個(gè)狀態(tài)所測的肌肉肌電信號進(jìn)行時(shí)間和幅值歸一化處理，膝關(guān)節(jié)角度只進(jìn)行時(shí)間歸一處理，得到包含100個(gè)取值點(diǎn)的多肌電數(shù)組，再經(jīng)疊加平均后,得到受試者8種狀態(tài)的多肌電標(biāo)準(zhǔn)包絡(luò)線信號。為保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，剔除每個(gè)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)包絡(luò)線信號與其多肌電數(shù)組呈中低相關(guān)的受試者。

利用SPSS 17.0軟件，對徒手條件下穩(wěn)定和多級非穩(wěn)定各肌肉標(biāo)準(zhǔn)包絡(luò)線信號、負(fù)重條件下穩(wěn)定和多級非穩(wěn)定各肌肉標(biāo)準(zhǔn)包絡(luò)線信號，以及穩(wěn)定和相同非穩(wěn)定條件下徒手與負(fù)重各肌肉標(biāo)準(zhǔn)包絡(luò)線信號分別進(jìn)行相關(guān)性分析。相關(guān)系數(shù)的絕對值越接近1，代表不同狀態(tài)肌肉用力模式相似程度越高；反之，則代表不同狀態(tài)肌肉用力模式相似度越低。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 穩(wěn)定與非穩(wěn)定條件下徒手深蹲不同階段各肌肉活性和用力模式變化

圖4和圖5分別是穩(wěn)定與非穩(wěn)定條件下徒手深蹲的下蹲階段和蹲起階段所有測試肌肉的相對均方根值的變化。均方根(RMS)是肌電時(shí)域分析的常用指標(biāo)，主要反映肌肉活性，即肌肉參與運(yùn)動(dòng)的程度(muscle activity)[19]。

本研究結(jié)果顯示，在下蹲階段，除腹直肌的RMS值在橡膠墊非穩(wěn)定條件(C0)下出現(xiàn)顯著性差異(P<0.05)之外，其余肌肉的RMS值均沒有顯著性變化。在蹲起階段，腹直肌、豎脊肌和脛骨前肌同樣出現(xiàn)在橡膠墊非穩(wěn)定條件(C0)下的顯著性差異(P<0.05)，其余所測試肌肉未表現(xiàn)出顯著性差異。該結(jié)果表明，在不負(fù)重的情況下，大部分測試肌肉，尤其是臀大肌、股直肌和股二頭肌等下肢大肌肉的活性，并沒有由于從穩(wěn)定到非穩(wěn)定支撐條件的變化而出現(xiàn)改變。腹直肌、豎脊肌和脛骨前肌的活性只在穩(wěn)定與橡膠墊非穩(wěn)定(C0)支撐之間出現(xiàn)了顯著性變化，而在同樣硬支撐面的穩(wěn)定與非穩(wěn)定之間也沒有出現(xiàn)變化，說明非穩(wěn)定支撐面的質(zhì)地(硬或軟的支撐面)也許是影響部分軀干和踝關(guān)節(jié)肌肉活性的一個(gè)重要原因。

Anderson等[10]比較研究了穩(wěn)定與非穩(wěn)定(橡膠墊)條件下徒手深蹲軀干肌與下肢肌肌肉活性變化，結(jié)果顯示，在橡膠墊上的練習(xí)，腹直肌與上、下腰部豎脊肌以及下肢的比目魚肌的肌肉活性明顯高于穩(wěn)定條件徒手深蹲的肌肉活性，這一研究結(jié)果與本研究中穩(wěn)定和橡膠墊非穩(wěn)定(C0)徒手深蹲狀態(tài)下的結(jié)果基本一致。

注：*表示P<0.05，具有顯著性差異，下同。

圖4 穩(wěn)定與非穩(wěn)定條件下徒手深蹲的下蹲階段各肌肉活性示意圖

Figure 4. The Value of Relative RMS under Stable (S0) and Various Unstable Surfaces (A0/B0/C0) with Bodyweight on Eccentric Stage

圖5 穩(wěn)定與非穩(wěn)定條件下徒手深蹲的蹲起階段各肌肉活性示意圖

為了進(jìn)一步比較穩(wěn)定和不同級別非穩(wěn)定條件下各測試肌肉用力的動(dòng)態(tài)變化，本研究運(yùn)用肌電的包絡(luò)線分析方法對徒手深蹲時(shí)的下蹲、蹲起階段的肌肉用力模式進(jìn)行分析(其原理見研究方法)?！坝昧δＪ健敝饕侵讣∪庠谕瓿赡骋贿\(yùn)動(dòng)過程中所表現(xiàn)出來的某種特定的動(dòng)態(tài)激活方式[21]。

表3是穩(wěn)定與不同級別非穩(wěn)定條件下徒手深蹲的下蹲和蹲起階段各肌肉的相關(guān)系數(shù)，相關(guān)系數(shù)越高表明其動(dòng)作模式的相似性越高，相關(guān)系數(shù)越低則相反。結(jié)果顯示，在下蹲階段，股直肌、股二頭肌、闊筋膜張肌和臀大肌等肌肉在下蹲階段的包絡(luò)線相關(guān)系數(shù)均為中度或高度相關(guān)(相關(guān)系數(shù)r>0.5，P<0.01)，腹直肌和臀中肌在穩(wěn)定與非穩(wěn)定狀態(tài)之間表現(xiàn)出低度相關(guān)(相關(guān)系數(shù)r<0.5，P>0.05)，脛骨前肌和豎脊肌只在穩(wěn)定與橡膠墊(C0)之間出現(xiàn)低度相關(guān)，而在其他各狀態(tài)之間均為高度相關(guān)。在蹲起階段，股直肌、股二頭肌、臀大肌、闊筋膜張肌以及豎脊肌等肌肉均為中度以上相關(guān)，腹直肌、臀中肌在穩(wěn)定與各非穩(wěn)定狀態(tài)之間仍呈現(xiàn)較低相關(guān)(相關(guān)系數(shù)r<0.5，P>0.05)，脛骨前肌除仍在橡膠墊(C0)狀態(tài)表現(xiàn)出低程度相關(guān)外，在其他非穩(wěn)定狀態(tài)(A0，B0)均為顯著高度相關(guān)。

表3 穩(wěn)定與非穩(wěn)定條件下徒手深蹲周期各肌肉相關(guān)系數(shù)一覽表

上述研究結(jié)果說明，在下蹲和蹲起兩個(gè)不同的運(yùn)動(dòng)階段中，無論是肌肉的活性還是各肌肉的運(yùn)動(dòng)模式均表現(xiàn)出較為一致的規(guī)律。

1.位于髖關(guān)節(jié)的臀大肌、闊筋膜張肌、股直肌和股二頭肌等肌肉的活性和用力模式在穩(wěn)定與各不同級別的非穩(wěn)定之間沒有出現(xiàn)顯著性變化，表明不穩(wěn)定條件下的徒手深蹲訓(xùn)練對這些肌肉的力量和用力模式并不構(gòu)成影響。

2.腹直肌、豎脊肌、脛骨前肌和臀中肌的肌肉活性與用力模式出現(xiàn)不一致的變化，腹直肌、豎脊肌和脛骨前肌的活性在同樣支撐面的穩(wěn)定與非穩(wěn)定之間沒有顯著性改變，僅在橡膠墊非穩(wěn)定(C0)條件下表現(xiàn)出明顯增大，而腹直肌和臀中肌的用力模式在穩(wěn)定與各非穩(wěn)定條件之間則出現(xiàn)顯著性變化。該結(jié)果說明，在肌肉完成某一運(yùn)動(dòng)時(shí)，其活性(力量)和用力模式并不具有一致性，在進(jìn)行變換肌肉工作條件的訓(xùn)練時(shí)，例如，由穩(wěn)定變?yōu)榉欠€(wěn)定條件時(shí)，不僅要考慮參與肌肉力量活性的變化，也要注意其用力模式的改變。在某種程度上，肌肉活性的改變顯示出肌肉的動(dòng)員和興奮水平(力量的大小)，而肌肉用力模式的變化則預(yù)示著肌肉工作方式的轉(zhuǎn)變(力量的分布)，這兩種變化對神經(jīng)-肌肉力量的訓(xùn)練均具有重要作用。

3.位于小腿的脛骨前肌和軀干的腹直肌、豎脊肌在活性和用力模式上分別僅對橡膠墊不穩(wěn)定支撐面表現(xiàn)出顯著性變化，表明非穩(wěn)定支撐面的質(zhì)地是影響訓(xùn)練效果的一個(gè)重要因素。該結(jié)果提示，在訓(xùn)練中，尤其在非穩(wěn)定條件下的訓(xùn)練中，不僅要考慮不穩(wěn)定的程度，而且要注重不穩(wěn)定支撐面的材質(zhì)。

3.2 穩(wěn)定與非穩(wěn)定條件下負(fù)重深蹲不同階段各肌肉活性和用力模式變化

為了研究穩(wěn)定與非穩(wěn)定工作條件下負(fù)重深蹲時(shí)肌肉活性和用力模式的變化，本研究對受試者8塊肌肉在上述工作條件下的RMS值和包絡(luò)線數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和比較分析(圖6～圖11)。

圖6 穩(wěn)定與非穩(wěn)定條件下負(fù)重深蹲的下蹲階段各肌肉活性示意圖

圖7 穩(wěn)定與非穩(wěn)定條件下負(fù)重深蹲的蹲起階段各肌肉活性示意圖

結(jié)果顯示，穩(wěn)定與非穩(wěn)定條件下負(fù)重深蹲的下蹲階段所測肌肉的相對RMS值均無顯著差異(P>0.05)，而在蹲起階段僅有腹直肌、豎脊肌、脛骨前肌的相對RMS值在橡膠墊負(fù)重(C30)與穩(wěn)定負(fù)重(S30)狀態(tài)間具有顯著差異(P<0.05)，其他所測肌肉均無明顯差異。同時(shí)，包絡(luò)線的分析也表明，在下蹲階段，股直肌、闊筋膜張肌、脛骨前肌、臀大肌、臀中肌的肌肉包絡(luò)線在穩(wěn)定與各不同穩(wěn)定條件的比較均呈中度或高度相關(guān)(r>0.5，P<0.01)，豎脊肌、股二頭肌只在負(fù)重穩(wěn)定(S30)與負(fù)重橡膠墊(C30)狀態(tài)之間出現(xiàn)低度相關(guān)(r<0.5，P>0.05)，在其他狀態(tài)下均為顯著高度相關(guān)(r>0.8，P<0.01)，而腹直肌則在穩(wěn)定與非穩(wěn)定狀態(tài)之間表現(xiàn)出低度相關(guān)或不相關(guān)(r<0.5，P>0.05)。在蹲起階段，臀大肌、脛骨前肌、股二頭肌在負(fù)重不同穩(wěn)定條件下為中度或高度相關(guān)(r>0.5，P<0.01)，股直肌、闊筋膜張肌、豎脊肌、臀中肌在負(fù)重穩(wěn)定(S30)與負(fù)重橡膠墊(C30)狀態(tài)之間肌肉包絡(luò)線呈低度相關(guān)(r<0.5，P>0.05)，各肌肉均與C30狀態(tài)的相關(guān)系數(shù)低于其他負(fù)重狀態(tài)間的相關(guān)系數(shù)，腹直肌在穩(wěn)定與各非穩(wěn)定狀態(tài)之間均為低度相關(guān)或不相關(guān)(r<0.5，P>0.05)。

上述研究結(jié)果表明，大部分肌肉30% 1RM負(fù)重深蹲的肌肉力量(RMS值)和用力模式(包絡(luò)線)在穩(wěn)定與各不同級別非穩(wěn)定狀態(tài)之間沒有出現(xiàn)顯著性差異，說明盡管增加了負(fù)重因素，但是，非穩(wěn)定條件仍然不是造成肌肉力量和用力模式改變的原因，該結(jié)果也與Wahl等人[25]、黎涌明等人[6]和劉瑞東等人[8]對有訓(xùn)練經(jīng)驗(yàn)的受試者(運(yùn)動(dòng)員和體育大學(xué)生)的研究結(jié)果類似，本研究與他們的不同點(diǎn)在于受試對象為沒有受過訓(xùn)練的普通大學(xué)生。同時(shí)，負(fù)重深蹲也顯示出與徒手深蹲相似的結(jié)果，腹直肌、豎脊肌和脛骨前肌等位于軀干和小腿的肌肉活性對橡膠墊不穩(wěn)定(C30)條件表現(xiàn)出顯著性差異(增長)，這進(jìn)一步說明，不穩(wěn)定支撐面的質(zhì)地(硬或軟支撐面)對參與肌肉的力量具有不同的影響。另外，包絡(luò)線的分析也表明，多塊肌肉在下蹲和蹲起階段的用力模式出現(xiàn)不一致的變化，例如，腹直肌對所有非穩(wěn)定支撐條件均顯現(xiàn)出顯著性變化，豎脊肌在下蹲和蹲起階段對橡膠墊不穩(wěn)定條件均表現(xiàn)出用力模式的變化，而股直肌、闊筋膜張肌和臀中肌的用力模式則只在蹲起階段對橡膠墊非穩(wěn)定條件表現(xiàn)出顯著性改變。

通過對肌肉活性以及肌肉用力模式規(guī)律的分析發(fā)現(xiàn)，在穩(wěn)定與非穩(wěn)定負(fù)重實(shí)驗(yàn)條件下共出現(xiàn)以下4種情況：1)肌肉的相對RMS值無顯著差異，同時(shí)該肌肉用力模式也沒有發(fā)生顯著變化，如圖8所示的S30與B30條件蹲起階段的股直?。?)肌肉的相對RMS值具有顯著性差異，同時(shí)該肌肉用力模式也出現(xiàn)顯著性變化，如圖9所示的S30與C30條件下的豎脊?。?)肌肉的相對RMS值沒有發(fā)生顯著差異，而該肌肉用力模式卻具有顯著變化，如圖10所示的S30與A30條件下蹲階段的腹直??；4)肌肉的相對RMS值具有顯著性差異，但該肌肉用力模式基本沒發(fā)生改變，如圖11所示的S30與C30條件的脛骨前肌。

上述結(jié)果表明，在進(jìn)行力量訓(xùn)練時(shí)，負(fù)荷的設(shè)定(例如徒手或負(fù)重)和工作條件的改變(例如穩(wěn)定與非穩(wěn)定)可以引起參與肌肉在活性和用力模式上的不同變化，其中，應(yīng)引起特別注意的是，肌肉的活性和用力模式會(huì)出現(xiàn)不一致的變化，即可能出現(xiàn)肌肉活性(力量)不變的情況下肌肉的用力模式發(fā)生變化，或出現(xiàn)肌肉力量發(fā)生變化而其用力模式卻未改變的情況。這說明，在進(jìn)行力量訓(xùn)練時(shí)，尤其是進(jìn)行輕負(fù)荷非穩(wěn)定條件下的力量訓(xùn)練時(shí)，不僅要注意肌肉力量的改變，同時(shí)也應(yīng)該注意肌肉用力模式的變化，該變化也許可以反映肌肉之間協(xié)作能力的變化。雖然，本研究所采用的研究手段還難以進(jìn)一步甄別和界定這些變化的規(guī)律和區(qū)別，但無疑為今后的研究提出了問題和方向。

圖8 S30/B30蹲起階段股直肌包絡(luò)線示意圖

圖9 S30/C30蹲起階段豎脊肌包絡(luò)線示意圖

圖10 S30/A30下蹲階段腹直肌包絡(luò)線示意圖

圖11 S30/C30蹲起階段脛骨前肌包絡(luò)線示意圖

3.3 徒手與負(fù)重深蹲各肌肉活性和肌肉用力模式在同一非穩(wěn)定條件下的變化

為了進(jìn)一步了解徒手和負(fù)重因素在同一工作條件下對肌肉的影響,本研究對徒手和負(fù)重深蹲在非穩(wěn)定條件下的肌肉活性和用力模式進(jìn)行了比較研究。

圖12為下蹲階段非穩(wěn)定狀態(tài)的徒手與負(fù)重條件下各肌肉相對RMS值的變化率。結(jié)果顯示，非穩(wěn)定狀態(tài)(A0/A30、B0/B30、C0/C30)下除腹直肌、闊筋膜張肌、脛骨前肌3塊肌肉的相對RMS值變化率無明顯差異(P>0.05)外，其他所測肌肉相對RMS值的變化率在該3種情況下均出現(xiàn)顯著增加(P>0.05)。

圖12 非穩(wěn)定狀態(tài)徒手與負(fù)重條件深蹲動(dòng)作下蹲階段各肌肉相對RMS值變化率示意圖

圖13為蹲起階段非穩(wěn)定狀態(tài)徒手與負(fù)重條件下各肌肉相對RMS值的變化率。結(jié)果表明，非穩(wěn)定狀態(tài)(A0/A30、B0/B30、C0/C30)下腹直肌、闊筋膜張肌和脛骨前肌的相對RMS值的變化率與下蹲階段一樣仍出現(xiàn)非顯著性變化(P>0.05)，其他所測肌肉的相對RMS值的變化率在該3種情況下均表現(xiàn)出顯著性增加(P>0.05)。

圖13 非穩(wěn)定狀態(tài)徒手與負(fù)重條件深蹲動(dòng)作蹲起階段各肌肉相對RMS值變化率示意圖

表4為同一穩(wěn)定或非穩(wěn)定狀態(tài)徒手與負(fù)重條件下深蹲不同階段各肌肉關(guān)系，該表顯示，下蹲階段腹直肌和臀中肌肌電包絡(luò)線各狀態(tài)之間基本不相關(guān)，其他所測肌肉包絡(luò)線除在穩(wěn)定狀態(tài)(S0/S30)和非穩(wěn)定狀態(tài)(A0/A30、B0/B30)呈顯著中度或高度相關(guān)(r>0.5,P<0.01)外，在橡膠墊非穩(wěn)定狀態(tài)(C0/C30)上所測肌肉均為中度或低度相關(guān)(r<0.5,P>0.05)。

表4 非穩(wěn)定狀態(tài)徒手與負(fù)重條件下深蹲周期各肌肉相關(guān)系數(shù)一覽表

上述結(jié)果表明，在同一穩(wěn)定或非穩(wěn)定狀態(tài)(A、B)下，30% 1RM負(fù)重使得大部分所測肌肉的力量增加，對比徒手與負(fù)重在穩(wěn)定和非穩(wěn)定條件下RMS值并沒有出現(xiàn)顯著性變化的結(jié)果，進(jìn)一步說明，“負(fù)重”是提高參與工作肌肉力量的一個(gè)重要因素，而“非穩(wěn)定”在徒手和30% 1RM負(fù)重時(shí)并不能明顯改變參與運(yùn)動(dòng)肌肉的活性。該結(jié)果提示，在進(jìn)行核心力量或功能性力量的訓(xùn)練中，非穩(wěn)定的訓(xùn)練并不能有效提高運(yùn)動(dòng)員的肌肉力量，而針對肌肉力量改善的訓(xùn)練也許還應(yīng)將重點(diǎn)轉(zhuǎn)向“負(fù)重”的層面，遵從Henneman[16]的肌肉募集原則(The Size Principle)，即不同大小的運(yùn)動(dòng)單位隨著肌肉負(fù)荷的增加而出現(xiàn)由小到大的募集。因此，徒手或負(fù)重在同一條件下，肌肉的募集即使在不穩(wěn)定的條件下也沒有出現(xiàn)顯著的活性變化，而“負(fù)重”才是肌肉興奮性(活性)變化的主要因素。同時(shí)，本研究包絡(luò)線的分析表明，大部分肌肉活性的變化并沒有引起其肌肉用力模式的改變，而在橡膠墊非穩(wěn)定狀態(tài)(C)上的負(fù)重與徒手比較不僅增加了肌肉的收縮力量，也改變了肌肉的用力模式，進(jìn)一步說明，非穩(wěn)定支撐面的質(zhì)地是影響肌肉力量和用力模式的重要因素。

4 結(jié)論

1.在同樣徒手或30% 1RM負(fù)重條件下，大部分測試肌肉的RMS值和包絡(luò)線在穩(wěn)定與非穩(wěn)定(硬支撐面)之間以及不同非穩(wěn)定級別(硬支撐面)之間，均未發(fā)生顯著性變化，表明硬支撐面的非穩(wěn)定訓(xùn)練并不能顯著改變肌肉的活性和用力模式。

2.部分肌肉，尤其是位于軀干的腹直肌、豎脊肌和小腿的脛骨前肌在穩(wěn)定和非穩(wěn)定條件下的RMS值和包絡(luò)線出現(xiàn)不一致變化，表明在進(jìn)行變換肌肉工作條件的訓(xùn)練時(shí)，不僅要考慮參與肌肉力量活性的變化(力量的大小)，而且要注意其用力模式的改變(力量的分布)，這兩種變化對神經(jīng)-肌肉力量的訓(xùn)練均具有重要作用。

3.在穩(wěn)定與非穩(wěn)定條件下的徒手或30% 1RM負(fù)重深蹲測試結(jié)果表明，部分肌肉的活性和用力模式對橡膠墊軟支撐的非穩(wěn)定條件顯示出顯著性變化，表明支撐面的質(zhì)地會(huì)對非穩(wěn)定訓(xùn)練產(chǎn)生重要影響。所以，在進(jìn)行非穩(wěn)定訓(xùn)練時(shí)，不僅要關(guān)注非穩(wěn)定的程度，同時(shí)也要關(guān)注非穩(wěn)定支撐面的材料質(zhì)地。

4.在同一穩(wěn)定或非穩(wěn)定條件下，30% 1RM負(fù)重使得大部分所測肌肉的RMS值出現(xiàn)顯著增加，表明“負(fù)重”是提高參與工作肌肉活性的重要因素。

[1]曹輝,王子羲,季林紅,等.速滑中腿部肌肉協(xié)調(diào)性同步肌電分析[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005,45(8):1072-1075.

[2]曹森.我國技巧啦啦操運(yùn)動(dòng)員核心穩(wěn)定性訓(xùn)練的研究[D].北京：北京體育大學(xué),2011.

[3]陳小平.論運(yùn)動(dòng)技術(shù)和技術(shù)訓(xùn)練——我國訓(xùn)練理論和實(shí)踐中存在的問題及對策[J].體育科研,2006,27(5):35-45.

[4]姜宏斌.人體運(yùn)動(dòng)核心區(qū)域穩(wěn)定性與核心力量訓(xùn)練的本質(zhì)及理論探討[J].首都體育學(xué)院學(xué)報(bào),2015,27(3):257-263.

[5]李春雷,夏吉祥.田徑核心力量訓(xùn)練研究[J].北京體育大學(xué)學(xué)報(bào),2009,32(4):108-112.

[6]黎涌明,曹春梅,陳小平.非穩(wěn)定支撐面上自由負(fù)重練習(xí)的肌電分析[J].體育科學(xué),2012,32(6):39-43.

[7]黎涌明,于洪軍,資薇,等.論核心力量及其在競技體育中的訓(xùn)練——起源·問題·發(fā)展[J].體育科學(xué),2008,28(4):19-29.

[8]劉瑞東,洪揚(yáng),陳小平.穩(wěn)定與多級非穩(wěn)定條件下徒手與負(fù)重深蹲的肌電特征研究及其對當(dāng)前力量訓(xùn)練的啟示[J].體育科學(xué),2015,35(8):45-51.

[9]ANDERSON K G,BEHM D G.Maintenance of EMG activity and loss of force output with instability[J].J Strength Cond Res,2004,18(3):637-640.

[10]ANDERSON K,BEHM D G.Trunk muscle activity increases with unstable squat movements[J].Can J Appl Physiol,2005,30(1):33-45.

[11]CRESSEY E M,WEST C A,TIBERIO D P,etal.The effects of ten weeks of lower-body unstable surface training on markers of athletic performance[J].J Strength Cond Res Allen Press Publish,2007,21(2):561-567.

[12]DRINKWATER E J,PRITCHETT E J,BEHM D G.Effect of instability and resistance on unintentional squat-lifting kinetics.[J].Int J Sports Physiol Perform,2008,2(4):400-413.

[13]FRIDLUND A J,CACIOPPO J T.Guidelines for human electromyographic research[J].Psychophysiol,1986,23(5):567-589.

[14]GOODMAN C A,PEARCE A J,NICHOLES C J,etal.No difference in 1RM strength and muscle activation during the barbell chest press on a stable and unstable surface[J].J Strength Cond Res,2008,22(1):88-94.

[15]GOWLAND C,DEBRUIN H,BASMAJIAN J V,etal.Agonist and antagonist activity during voluntary upper-limb movement in patients with stroke[J].Phys Ther,1992,7(1):624-633.

[16]HENNEMAN E.Relation between size of neurons and their susceptibility to discharge[J].Sci,1957,126(3287):1345-1347.

[17]KIBELE A,CLASSEN C,MUEHLBAUER T,etal.Metastability in plyometric training on unstable surfaces:A pilot study[J].Bmc Sports Sci Med Rehabi,2014,6:1-11.

[18]KNUTSON L M,SODERBERG G L,BTBAWR C.A study of various normalization procedures for within day electromyographic data[J].J lromyograhy Nology,1994,(1):47-59.

[19]LUCA C J D.Physiology and mathematics of myoelectric signals[J].IEEE Trans Biomed Eng,1979,26(6):313-325.

[20]MCCAW S T,MELROSE D R.Stance width and bar load effects on leg muscle activity during the parallel squat[J].Med Sci Sports Exe,1999,31(3):428-436.

[21]MCGILL S M,GRENIER S,KAVCIC N,etal.Coordination of muscle activity to assure stability of the lumbar spine[J].J Electromyogr Kinesiol,2003,13(4):353-359.

[22]NISELL R，EKHOLM J.Joint load during the parallel squat in powerlifting and force analysis of in vivo bilateral quadriceps tendon rupture[J].Scand J Sports Sci,1986,(8):63-70.

[23]SAETERBAKKEN A H,ROLAND V D T,Seiler S.Effect of core stability training on throwing velocity in female handball players[J].J Strength Cond Res,2011,25(3):712-718.

[24]SCHOENFELD B J.Squatting kinematics and kinetics and their application to exercise performance[J].J Strength Cond Res,2010,24(12):3497-3506.

[25]WAHL M J,BEHM D G.Not all instability training devices enhance muscle activation in highly resistance-trained individuals[J].J Strength Cond Res,2008,22(4):1360-1370.

Muscle Activation on Stable and Various Unstable Surfaces with Bodyweight and 30%1RM Weight during Deep Squat with Methods of RMS and Linear Envelope

HONG Yang,LIU Rui-dong,CHEN Xiao-ping

The purpose of the study was to analyze and compare muscle activaty of leg and trunk muscles during deep squat on stable and various unstable surfaces with the method of RMS value and Linear Envelope for nineteen healthy male volunteers. No difference was in the RMS value and power mode of most selected muscles with bodyweight or 30%1RM weight during stable and unstable platform (hard bearing surface). The RMS value of some selected muscles, such as rectus abdominis, erector spinae, tibialis anterior, in variable condition changed, which differ from power mode. On the rubber disk, which is the soft support surfaces, the RMS value and power mode of some muscles were significantly changed. Most muscle activitation was greater as the external load increased in stable and the same instable state.

unstable;deepsquat;EMG;RMS;powermode

1000-677X(2016)03-0067-07

10.16469/j.css.201603008

2015-11-23；

2016-02-26

國家社會(huì)科學(xué)基金資助項(xiàng)目(13BTY049)。

洪揚(yáng)(1991-)，女，回族，山東臨清人，在讀碩士研究生，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)人體科學(xué)，E-mail:hongyang1910@163.com；劉瑞東(1990-)，男，山東淄博人，在讀碩士研究生，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，E-mail:763689088@qq.com；陳小平(1956-)，男，山東武城人，教授，博士，博士研究生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，Tel：(0574)87600227，E-mail：chenxiaoping@nbu.edu.cn。

寧波大學(xué) 體育學(xué)院，浙江 寧波 315211 Ningbo University,Ningbo 315211,China.

G804.2

A