基于肌電均方根和包絡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 體育部， 河北 邯鄲 056038；2.北京體育科學研究所， 北京 100075)

基于肌電均方根和包絡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 體育部， 河北 邯鄲 056038；2.北京體育科學研究所， 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 名體育專業男大學生3種蹲起動作進行表面肌電測試。結果：正確蹲起動作脛骨前肌的肌電值比膝關節前傾蹲起動作的高 50%(P<0.01)，股四頭肌外側的肌電值低 8.11%(P<0.01)。股四頭肌外側、脛骨前肌的包絡線不具有相關性。相對于股四頭肌發力蹲起動作，臀肌發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、臀中肌的包絡線不具有相關性。結論：正確的蹲起動作與膝關節前傾蹲起動作相比，僅脛骨前肌和臀大肌的均方根肌電數值表現出顯著性差異，臀中肌、股四頭肌、腓腸肌和股二頭肌豎脊肌均未表現出顯著性差異。實際力量訓練中，深蹲訓練的蹲起過程中要強調臀部肌肉的主動收縮，才能達到激活臀肌，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手段之一，是運動員提高力量的有效方法。在下肢力量訓練實踐過程中發現：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練效果存在差異。第一種常見的動作模式：蹲起過程中膝關節前突、內扣的不規范動作。這種練習動作增加了髕骨和內側副韌帶損傷的風險。第二種動作模式是現代體能訓練中強調的規范的深蹲的蹲起動作，即蹲起過程中膝關節不超過腳尖，并保持在腳的正上方，不能有內扣等錯誤動作。但在實際的訓練中發現在蹲起時的發力點又存在不同。多數情況下，運動員習慣以大腿伸肌群(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力點在髖部伸肌群(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，為今后力量訓練中運用規范的深蹲動作指導訓練提供理論依據。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

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

表1 測試人數據基本情況(N=8)

1.2 實驗設備

sEMG 數據信號采集選用芬蘭產 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，均對受試者進行熱身活動，時間為 15 分鐘。受試者進行三種模式無負重深蹲的蹲起動作：膝前位深蹲、膝中位股四頭肌發力深蹲蹲起、膝中位臀肌發力深蹲蹲起(表 2)，每個模式做 10 次。采用MEGA6000肌電測試系統對受試者右側臀大肌、臀中肌、股四頭肌外側、股二頭肌、脛骨前肌、腓腸肌外側以及腰部豎脊肌 7 塊肌肉進行表面肌電測試。安放電極前均對測試肌肉反對應的皮膚進行處理(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 數據處理

測試數據用 SPSS20.0 統計軟件進行分析，用平均值與標準差表示，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據進行時間和幅值歸一化處理，對多肌電數據組進行疊加平均，得到三種動作模式的多肌電標準包絡線信號，包絡線組間進行皮爾遜相關分析。

2 結果

2.1 蹲起動作模式一與模式二肌電數據對比

均方根是肌電時域分析的常用指標，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)，說明同等負荷下膝中位股四頭肌發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，由于髖關節有向后移動的動作，身體為保持平衡，加強脛骨前肌的收縮力量，肌電數值也相應增加。蹲起動作模式二股四頭肌外側的肌電值比模式一的低 8.11%(P<0.01)，說明同等負荷下膝中位股四頭肌發力深蹲蹲起動作對股四頭肌外側收縮力低于膝前位動作，膝關節，尤其是髕骨承擔負荷較低，而前位深蹲提高了膝關節，尤其是髕骨的損傷風險(表3)。

為進一步比較蹲起動作模式一與模式二肌肉用力的動態變化，本研究運用肌電的包絡線分析法對肌肉運力模式進行分析[4]。臀大肌、豎脊肌、股二頭肌、腓腸肌外側、臀中肌的包絡線具有高度相關性，相關系數均在 0.8 以上(P<0.01)，但股四頭肌外側、脛骨前肌的包絡線不具有相關性。說明兩種深蹲的蹲起動作肌肉的用力模式存在差異(表 4)。

在力量訓練中，深蹲動作是增加下肢肌肉力量的主要練習方式。然而，在我國的業余體育訓練甚至高水平的專業隊訓練中，深蹲動作并不合理，下蹲過程中常常出現膝關節向前突，并有內扣的動作，同時軀干直立，沒有屈髖動作。這種不正確的下蹲動作對運動員的膝關節造成了許多負面影響，是發生髕骨或內側副韌帶慢性勞損的主要原因。在現代體能訓練中非常注重運動員在下蹲過程中髖、膝和踝關節間的位置。強調膝關節保持在腳的正上方，不能內扣，軀干前傾，屈髖下蹲[5-7]。這種下蹲方式與中國武術的基本功“馬步”的動作要求一致，在武術的基本功練習中，非常注重下肢動作的結構與穩定控制，這一點非常值得體能訓練中借鑒。

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系數

注：** 表示具有相關性，P<0.01。

2.2 深蹲蹲起動作模式二與模式三肌電數據對比

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、股二頭肌、腓腸肌外側差異不具有顯著性(P>0.05)(表 3)。豎脊肌、股四頭肌外側、股二頭肌、腓腸肌外側的包絡線具有高度相關性，相關系數均在 0.8以上(P<0.01)，但臀大肌、脛骨前肌、臀中肌的包絡線不具有相關性。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構上一致。區別是蹲起時通過神經系統的有意識控制，分別由膝關節的股四頭肌主動收縮完成蹲起動作，另一種是髖關節的臀大肌和臀中肌主動收縮完成蹲起動作[8]。從本次實驗的肌電數據看，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值表現出了差異，說明在動作結構完全一致的動作中，如果沒有神經系統的有意識控制會產生不同的動作表現，從而對于下肢的力量訓練效果產生差異。

下肢的蹲起動作是由膝、髖關節共同的作用完成的，在這種多關節參與的動作中，很容易產生“代償”動作。如果沒有大腦神經系統的有意識參與與控制，多關節的收縮主動作性就會存在差異。現代競技體育研究認為：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系統的有意識控制與參與，臀肌是很難在訓練中被調動，處于激活狀態。這與現代體能訓練中，強調“臀肌激活”的理念是一致的。

另外，有經驗的教練員在指導運動員進行專項動作訓練中，經常強調“發力點”[9]。多數的項目中的“發力點”是指臀部肌肉[10,11]。而在下肢的力量訓練過程，卻較少有人注重蹲起時的發力點控制。在運動實踐中，無論是技術訓練的“發力點”還是力量訓練中的“發力點”都有一致性，都屬于在神經系統的控制下的肌肉關節表現出的正確的動作模式，二者存在互相遷移的生理學基礎。因此，在力量訓練中，尤其是青少年的力量訓練中必須要必須要強調正確的動作模式學習，掌握準確的動作“發力點”。也就是本次實驗的結果展示的：在力量訓練中，除了要強調深蹲動作結構的正確外，必須要向運動員提示蹲起的動作要由臀肌主動發力完成。

3 結論

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值表現出顯著性差異，臀中肌、股四頭肌、腓腸肌和股二頭肌豎脊肌均未表現出顯著性差異。

3.2 在深蹲訓練中要強調臀部肌肉的主動收縮，才能達到激活臀肌，更好地提高臀肌力量的作用。

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

[2]曲峰.運動員表面肌電信號與分形[M].北京: 北京體育大學出版社，2008: 48-60.

[3]Clark D, Lambert MI, Hunter AM，etal. Reliability of Trunk Muscle Electromyography in the Loaded Back Squat Exercise[J]. Int J Sports Med. 2016, 37(6):448-56.

[4]洪揚,劉瑞東,陳小平. 基于肌電均方根和包絡線的穩定與多級非穩定條件下徒手與負重深蹲的肌電特征研究[J]. 體育科學, 2016,36(3):67-73.

[5]Yoshimoto T, Takai Y, Fukunaga Y,etal. Effects of school-based squat training in adolescent girls[J]. J Sports Med Phys Fitness. 2016, 56(6):678-83.

[6]Munera M, Bertucci W, Duc S,etal. Transmission of whole body vibration to the lower body in static and dynamic half-squat exercises[J]. Sports Biomech. 2016, 15(4):409-28.

[7]Slater LV, Hart JM. Muscle Activation Patterns During Different Squat Techniques[J]. J Strength Cond Res. 2016 Jan 19.[Epub ahead of print]

[8]Contreras B, Vigotsky AD, Schoenfeld BJ,etal. A Comparison of Gluteus Maximus, Biceps Femoris, and Vastus Lateralis Electromyographic Activity in the Back Squat and Barbell Hip Thrust Exercises[J]. J Appl Biomech. 2015, 31(6):452-8.

[9]宮本莊.通過下肢肌電觀察對短跑途中跑技術和專門力量訓練中一些問題的探討[J].田徑，1985，15(2): 52-55.

[10]章國峰. 短跑運動員途中跑與部分力量練習手段的下肢肌電特征對比分析[D]//北京: 北京體育大學， 2009: 18-24.

[11]魏書濤.短跑過程中下肢動作控制和股后肌損傷機制的環節互動動力學研究[D].上海: 上海體育學院,2011: 55-56.

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，研究方向運動人體科學。

G804.22

A

1009-9840(2016)06-0058-03