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 體育學院，浙江 寧波 315211)

徒手深蹲練習在大眾體育力量訓練方面起到了重要作用。它具有增強人體美感和提高生活質量的作用。徒手深蹲練習不需要借助輔助工具，方便簡單，因此受到廣大健身愛好者的青睞。但是徒手深蹲中包含了屈髖屈膝等一系列動作，涉及的肌肉數量多，不同深蹲動作模式產生的運動效果也大不相同。而下肢蹲的深淺跟膝的空間方位(膝關節是否在腳尖前面)往往是與下肢關節相關肌肉活動產生運動效果最密切的兩個因素[1]。由此可見，徒手深蹲的技術動作模式探究是一個極大的關注點。

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動能力。膝關節、髖關節的角度變化引起關節附近的相關肌肉進行收縮運動，改變了肌纖維的長度[1]。本文從肌電角度[2]分析深蹲過程中下肢肌肉的激活特性，從生活中常見的徒手深蹲形式中簡化成本文所探討的6大徒手深蹲模式，從模式間引起的激活程度和差異性問題的探討可以進一步完善下肢肌肉訓練理論，并為徒手深蹲實踐提供有意義的指導。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

寧波大學體育學院十五名男性健身愛好者，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關節肌肉損傷，實驗前24h沒有進行劇烈運動，并熟悉本實驗不同深蹲模式的各種動作。受試者本著自愿的原則，理解實驗意圖并積極參與實驗，付酬并簽署知情同意書。

1.2 實驗地點與實驗設備

實驗于寧波大學大健康研究院完成。實驗設備采用芬蘭產MEAG-6000表面肌電儀器進行肌電數據采集。對寧波大學男性健身愛好者進行表面肌電測試，獲得原始表面肌電圖后進行解析,獲得所需要的相關數據。

圖1 下肢各檢測肌肉貼點圖

1.3 實驗設計與流程

找到肌電電極貼片的位置，然后對電極片所在區域進行處理，通過處理體毛、打磨皮膚和酒精消毒，準確粘貼電極片的位置，盡可能確保肌電信號采集的準確性，臀大肌、股二頭肌、股直肌、股內側肌電極片貼片位置如下：

為了讓受試者熟悉本次實驗設計的非常規深蹲形式，安排受試者在實驗前進行多次適用性練習。同時為了保證測試的客觀性和準確性，本研究參考《The ABC of EMG》 的測試方法，進行1RM的測試以后72h再進行肌電測試[4]。要求受試者進行15min的準備活動以后，告知下肢最大肌力收縮的方法并進行最大肌力測試,以便進行各肌肉的標準化。具體測試方法：①臀大?。罕粶y試者平臥在瑜伽墊上，手臂自然前伸，測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°,要求測試者緩慢增加用力，同時測試人員施加一個向下的力，達到最大力量以后保持3s。②股直肌與股內側肌：要求被試者坐在椅子上，背部緊靠椅背，雙腳自然下垂并懸空，雙臂自然置于身體兩側。軀干與大腿成90°，右側大腿與小腿約為90°時盡最大力量伸膝關節，同時測試人員在被試腳踝上端施加阻力使其固定，對抗伸膝力量，記錄股直肌、股內側肌的肌電信號。③股二頭?。罕辉囌吒┡P于軟墊上，雙手自然放于身體兩側，右側膝關節彎曲，小腿與地面成20°并盡最大力量屈膝，同時測試人員于踝關節上端施加阻力使其固定對抗屈膝力量，記錄股二頭肌肌電。測試完最大肌力以后，進行不同種動作的下肢肌肉肌電值大小的測試。

其中，下肢蹲深淺分為淺蹲(標準是膝蓋屈曲40°)，半蹲(標準是大腿上部與地面平行，屈曲80°～90°之間)，深蹲(標準是下蹲到大腿上沿水平，大于100°)三種狀態，膝的空間方位分為膝關節位于足尖前后。下肢淺蹲并且膝關節在足尖前記為動作模式1；下肢淺蹲并且膝關節在足尖后記為動作模式2；下肢半蹲并且膝關節在足尖前記為動作模式3；下肢半蹲并且膝關節在足尖后記為動作模式4；下肢深蹲并且膝關節在足尖前記為動作模式5；下肢深蹲并且膝關節在足尖后記為動作模式6。受試者前面放置跳箱，控制深蹲過程中下肢關節位置。動作的要領：被試站立于水平面上，雙目平視，深蹲的動作制定相應的標準，本實驗中每一個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力[5]。本實驗在對深蹲動作進行動作分析的基礎上，選取臀大肌、股二頭肌、股直肌、股內側肌等幾塊下肢肌肉進行實驗測試。如圖2所示：

圖2 徒手深蹲模式圖

1.4 數據處理

將測試得到的數據進行帶通濾波處理，帶通頻率為10-400Hz，后將濾波后的數據進行翻正處理，得到肌電數據的RMS值。由于實驗對象之間的個體差異性，另外考慮到不同受試對象完成同一動作的不精確性，為了方便比較，本研究將肌電信號進行標準化處理。在一個深蹲模式中，受試對象進行重復5次的特定深蹲動作，截取一個完整的深蹲過程，作為一個分析數據。將測試得到的肌電平均值進行最大肌電值得百分比計算[5]。肌電的標準化采用肌肉EMGrms除以MVC中的兩次較大的EMGrms再乘以100，表示為EMGrms(%MVC)。

2 結 果

本文采用肌電儀器設備，用肌電均方根振幅(RMS)作為本實驗數據采集的指標。均方根振幅被認為與運動單位募集的數量和肌纖維放電的同步化水平有關，判斷肌肉活動的開始和停止時間，估計肌肉產生肌力的大小[7]。

表1 不同深蹲模式中下肢肌群EMGrms(%MVC)影響統計表

注：在每一塊肌肉的徒手深蹲模式的肌電數值比較中，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 下肢蹲深度和膝關節方位對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看，模式6與模式4、模式6與模式2相比較發現，下肢蹲深度對于臀大肌具有顯著性影響(P<0.05)；膝關節空間方位作為單一變量來看，模式4與模式3、模式6與模式5相比較發現，膝關節空間方位對于股內側肌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看，模式5與模式2、模式5與模式4比較中發現股直肌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的肌肉沒有顯著差異性(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；膝關節方位可以顯著增加股內側肌的肌肉激活。膝關節位置和下肢蹲深度的交互作用對股直肌具有顯著性影響，對其它肌肉的檢測均無顯著性影響。

3.1 下肢蹲深度作為單一變量對下肢肌肉的影響探究

在模式6與模式4，模式4與模式2之間的比較發現，臀大肌的顯著性差異較大(P<0.05)。在下肢蹲深蹲的時候，臀大肌在深蹲過程中表現出更大的激活。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，表現出髖關節的力矩減小，為了使得髖關節伸展，在深蹲的站立階段，臀大肌表現出更大的激活。姜世華在探究多關節主動不足與被動不足時發現[8]，當深蹲深度達到最大，屈膝屈髖達到最小時，表現出如股直肌、股內側肌等原動肌肌力不足，在深蹲的站立階段，臀大肌的收縮提供了髖關節的穩定，同時彌補了原動肌的力量缺陷。與Caterisano[9]研究發現一致，在下肢蹲深度達到最大的時候，臀大肌出現了肌電峰值。本實驗進一步驗證了在膝關節位置固定(膝關節深蹲時不超過腳尖)時，臀大肌的肌電值隨著下肢蹲深度的增加而變大。在淺蹲過程中，股內側肌與股二頭肌的肌電值大小很不平衡，這導致缺少肌肉發力的平衡性，繼而產生深蹲過程的不穩定性。在深蹲模式3、4中，我們可以看出股內側肌、股二頭肌與其它四種下肢蹲深度比較來看,互為主動拮抗的兩塊肌肉的肌電值沒有呈現出兩極化的狀態，這樣可以最大化地減少出現因某一塊肌肉發力過大和下蹲不平衡的發生[10],同時動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的比較過程中，股內側肌在膝關節不過腳尖的徒手深蹲模式中顯示出了更大的肌電激活值。在所測試的下肢四塊肌肉中，股內側肌表現出了最大的肌電值。說明在練習中膝關節不超過腳尖的徒手深蹲模式中股內側肌募集的運動單位的數量比膝關節超過腳尖的深蹲模式多。深蹲過程中，膝關節超過腳尖，導致身體前傾角度變大，身體的重心也會向前偏移，這樣就由于克服自身重力會產生額外的做功[11]，同時在前人的研究中表明身體過分前傾對腰椎的負載同樣也會增加。因此在訓練中強調人體深蹲的重心應垂直于腳底正中心[12,13]。股二頭肌在深蹲中的貢獻值相比于其它肌肉而言較小，同時在膝蓋有無超過腳尖的對比中，股二頭肌沒有表現出顯著相關性。從生理學解剖的角度來看，股二頭肌一頭連接在股骨上，另外較長的一頭連接在坐骨結節上，只有長頭所連接的那一部分肌纖維能夠發揮作用。因此在無負重深蹲的過程中，與很多文章體現的負重深蹲中一樣，股二頭肌產生了最小的肌電值。所以股二頭肌相比腘繩肌群的其他兩塊肌肉而言，其放電量占據了很小的一個部分。唐光旭[14]等人的研究中強調，膝關節不超過腳尖的深蹲動作一方面減少了身體前傾帶來的脊柱負荷，另一方面也減少膝關節內扣等不規范問題。

3.3 下肢蹲深度和膝關節空間方位的交互作用對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所測肌肉肌電的交互作用只表現在股直肌上。本研究發現在多個深蹲模式過程中，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，導致髖關節和膝關節的角度[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。因此從動作分析來看，在深蹲模式5中，股直肌作為下肢伸肌中的較大一塊，股直肌的長度被拉伸至能產生最大收縮力量，股直肌的粗細肌絲同時處于最佳的折疊狀態，表現出最大的肌肉肌電激活。其次，由于徒手深蹲受到膝關節位置和下肢蹲深度兩個因素的影響，這兩種交互作用產生的共性作用也改變了地面對人體支撐的穩定性。根據募集定律[16]來看，機體為了克服在深蹲過程中的非穩定狀態，會激發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，引起了穩定性差異不同，導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。同時在前人的研究中發現，膝關節角度在60°到80°時，膝關節角度接近于本實驗深蹲模式5，股直肌在進行肌肉收縮時，也表現出了最大的肌肉力矩[18]。由此來看，深蹲模式5對于股直肌的鍛煉效果最佳，明顯優于其他深蹲模式。

4 結 論

4.1 深蹲過程中深度達到最大時臀大肌表現出了很大的放電量，在訓練臀部的過程中髖部角度的增加，臀大肌會最大地產生髖部伸展的力量。半蹲位置時，徒手深蹲模式3、4可以最大化地減少出現因股內側肌和股二頭肌發力過大和下蹲不平衡的發生，平衡膝角和髖角，可以使得參與運動的肌肉的動作幅度和參與的肌肉量得到最大化，同時減少額外做功。

4.2 在膝關節不超過腳尖的深蹲模式中，股內側的肌電值顯著增加。人體前傾角度減少和腰椎的負載量都極大減少，有助于維持人體的重心在腳正中心下方，減少深蹲過程中相應的危險性。

4.3 下肢蹲深度和膝關節空間方位的交互作用對股直肌的影響顯著，說明無負重條件下變化深蹲動作模式可以更多地激發運動單位參與工作，同時增加了深蹲過程中的不穩定因素，進一步強化了股直肌的訓練。

5 建 議

臀大肌的力量強化適合用徒手深蹲模式6完成；股內側的力量強化適合用徒手深蹲模式6、4完成；徒手深蹲模式3、4的無負重訓練有利于下肢主動肌和拮抗肌的協調發展；徒手深蹲模式5對股直肌的鍛煉效果最佳。由于本研究中設備的局限性，下肢肌肉只能選擇具有代表性的幾塊肌肉，不能對包括髖關節附近的腘繩肌、內收肌等作出更為詳細的數據研究。并且本文采用的是徒手深蹲練習，負重深蹲沒有進行詳細的研究分析。同時，不同的徒手深蹲模式對不同肌肉的影響是不一樣的，因此本文建議健身愛好人群要選擇性地應用各類深蹲動作，嘗試學習一些解剖與生理的知識，為自己帶來更好的運動收益。