負重全身振動刺激對下肢肌肉激活的影響

摘要：【目的】探尋負重半蹲起全身振動對下肢神經肌肉激活的最佳振動頻率和負重量。【方法】（1）18名受試者；（2）負重半蹲起，4種振動頻率；（3）測試下肢肌肉7塊。【結果】（1）0%負重，4個振動頻率對脛骨前肌和腓腸肌內側激活有顯著性變化（P＜0.05），股內側肌和股外側肌激活非常顯著（P＜0.01）；（2）30%負重，4個振動頻率對股內側肌、股外側肌和腓腸肌內側激活有顯著性變化（P＜0.05），40Hz振動對腓腸肌激活非常顯著（P＜0.01）；（3）50%負重，肌肉激活隨振動頻率增加而增加，股四頭肌有顯著性（P＜0.05），40Hz振動對腓內側肌激活非常顯著（P＜0.01）；（4）0Hz刺激，3種負重股內側肌和股外頭肌激活水平較高（P＜0.05），其中30%負重下肢肌肉激活效果較好；（5）30Hz刺激，無負重對脛骨前肌較明顯（P＜0.05），30%負重和50%負重對下肢其他肌肉激活水平有增加趨勢；（6）40Hz刺激，30%負重股內側肌、股二頭肌和腓內側外激活較好，50%負重激活其他下肢肌肉水平較好；（7）50Hz刺激，30%負重對股內側肌、股二頭肌和腓內側肌激活較好，50%負重激活脛骨前肌較好，但無負重對腓腸肌內側激活效果較好。【結論】（1）隨著負重量增加，下肢肌肉群激活有增強的趨勢，股四頭肌最為明顯，且振動頻率在40Hz左右效果較好；（2）在低頻振動下，大負重對下肢肌肉激活較好，隨著振動頻率的增加，小負重對下肢激活效果較好。

關鍵詞：負重振動；半蹲起；下肢肌肉群；表面肌電

全身振動（WBV）是一種神經肌肉訓練方法，在康復、醫療、健康等領域的研究由來已久。近年來，WBV治療神經和肌肉骨骼疾病是研究熱點，可改善肌肉性能、肌肉力量和功率、柔韌性，然而，對WBV對神經肌肉激活的影響尚未完全了解。全身振動是一種使用外部驅動來刺激肌肉的訓練形式，這種外部驅動及其調整（頻率、振幅和姿勢）對肌肉的反應影響不同。大量研究結果表明，短期WBV訓練可增強下肢肌肉力量、功率、骨密度和功能性移動，以及有效預防骨骼肌肉疾病患者跌倒。全身振動對神經肌肉激活影響的因素主要有振動頻率、振幅、姿勢、身體部位以及負重量等，這些因素對神經肌肉激活影響仍存在眾多爭議。本實驗研究目的是觀察下蹲起下肢肌肉的激活情況，使用指標是表面肌電EMGrms（%MVC），探討下蹲起過程中負重和頻率對下肢肌肉激活的影響，為WBV訓練方案（頻率、振幅和振動方式）制定提供參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

18名受試者，有運動習慣，下肢近一年無損傷史。半蹲起動作。股直肌、股內側肌、股外側肌、股二頭肌、半腱肌、脛骨前肌和腓腸肌內外側頭。

1.2 研究方法

1.2.1 實驗法

1.2.1.1器材設備：振動臺，Noraxon無線表面肌電測試儀，表面電極片，關節角度計，節拍器（采樣頻率2000 Hz），杠鈴，杠鈴片。

1.2.1.2 實驗地點：上海體育學院運動技能實驗室。

1.2.1.3 實驗步驟：本研究采用雙因素（負重和頻率）實驗設計，3個負重量為：0%體重、30%體重和50%體重，4個振動頻率為：0 Hz、30 Hz、40 Hz、50 Hz。

（1）測試體重。熱身10 min，牽拉3 min，測試肌肉MVC，記錄肌電。30 Hz的振動適應體驗20 s，休息3 min。

（2）受試者安放關節角度計于右膝關節，兩腳開立略寬于肩，標記第一次站立位置，要求每組測試時，站立于標記位置。在振動臺上進行半蹲練習，熟悉并掌握動作要領。被試無負重在振動臺上完成3×4組半蹲起，每次振動30 s，每次休息2 min，每個循環間歇5 min，循環次序如下：

①0%體重：0 Hz、30 Hz、40 Hz、50 Hz；

②30%體重：0 Hz、30 Hz、40 Hz、50 Hz；

③50%體重：0 Hz、30 Hz、40 Hz、50 Hz。

（3）半蹲起動作要領的確定。被試站在振動臺上，雙目平視，腳趾向前，下蹲至膝關節角度120度后，快速蹲起，蹲起要求髖、膝同時伸展，最后有提踵動作（踝關節跖屈）。關節角度計測定并監控運動中被試關節角度，用于口頭提醒被試。被試通過多次練習熟悉并掌握動作要領后開始正式實驗。

（4）肌電電極片的貼放部位與要求。選取右側大腿股直肌、股內側肌、股外側肌、股二頭肌，小腿脛骨前肌和腓腸肌內外側頭為測試肌群，對皮膚進行清潔，刮除汗毛，用砂紙清除皮膚角質，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，兩電極片中心點相距2 cm。采用肌電儀配套繃帶對電極和傳感器進行固定，避免因振動引起的干擾。

（5）動作節奏的控制。通過預試驗，確定半蹲起的動作節奏為3秒/次，被試完成半蹲起運動過程中，使用節拍器控制下蹲起節奏。

（6）下肢肌肉最大等長收縮MVC肌電測試方法。股直肌、股外側肌、股內側肌、股二頭肌、脛骨前和腓腸肌內外側頭，進行2次最大靜力收縮，同時記錄對應肌肉表面肌電。每次測定過程中要求被試緩慢增加用力，3 s后達到最大力量并持續最大用力5 s，肌肉緩慢放松3 s到安靜狀態。每塊肌肉測試做2次，每次間隔1 min。選取第2次下蹲開始到第11次下蹲 （10個下蹲起周期），共計30 s的肌電圖。

1.2.2數理統計法

對采集的原始肌電數據進行整流、濾波、平滑和標準化處理，進行均方根肌電 EMGrms 計算。肌電的標準化采用肌肉EMGrms 除以MVC測試2次中的較大EMGrms再乘以100，表示為 EMGrms（%MVC）。

2 結果

2.1 0%體重、30%體重和50%體重不同頻率振動后下肢肌群EMGrms（%MVC）的變化

圖1為無負重不同頻率振動下肢肌肉激激活統計。由圖1可知，無負重不同頻率振動，除股內側肌外，其他下肢肌肉激活比較顯著（P＜0.05），尤其是脛骨前肌、腓內側肌和腓外側肌非常顯著（P＜0.01）。圖2為30%負重不同頻率振動下肢肌肉激活統計。由圖2可知，30%負重不同頻率振動，除股二頭肌、股內側肌和股外側肌，其他下肢肌肉激活比較明顯（P＜0.05），尤其是腓內側肌、腓外側肌和脛骨前肌最為明顯（P＜0.01）。振動頻率30 Hz、40 Hz、50 Hz時腓腸肌內側激活較明顯（P＜0.01）。圖3為50%負重不同頻率振動下肢肌肉激活統計。由圖3可知，50%負重不同頻率振動，隨著負重振動頻率的增加，下肢肌肉激活水平總體成增加趨勢，其中股四頭肌增加較明顯（P＜0.05），腓腸肌內側最顯著（P＜0.01），但股二頭肌增加不明顯。50%體重主要激活大腿前側肌群，小腿肌肉激活相對較小。

2.2 無振動、30 Hz振動和50 Hz振動不同負重量下肢肌群EMGrms（%MVC）的變化

無振動不同負重量下肢肌肉激活統計見圖4，無振動情況下，無負重、30%負重和50%負重股內側肌和股外頭肌激活顯著（P＜0.05），股二頭肌和腓外側肌激活水平最低。無振動時，30%負重下肢肌肉激活效果較好（P＜0.05），無負重和50%負重激活下肢肌肉水平較低。30 Hz振動不同負重量下肢肌肉激活統計見圖5，30 Hz振動刺激下，除脛骨前肌和腓內側外，30%負重和50%負重對下肢其他肌肉激活有顯著性（P＜0.05），且30%負重有非常顯著性（P＜0.01）。30 Hz振動刺激對股內側肌和股外側肌激活非常顯著，股二頭肌激活較小。40 Hz振動不同負重量下肢肌肉激活統計見圖6，40 Hz振動刺激下，30%負重股內側肌、股二頭肌和腓內側外激活有顯著性（P＜0.01），50%負重對股外側肌和腓外側肌激活有非常顯著性（P＜0.05），但無負重對腓腸肌內側激活有顯著性（P＜0.01）。40 Hz條件下，30%負重和50%負重對下肢肌肉激活較好（P＜0.05）。50 Hz振動不同負重量下肢肌肉激活統計見圖7，50 Hz振動刺激下，30%負重股內側肌、股二頭肌和腓內側肌激活有顯著性（P＜0.05），50%負重下肢其他肌肉激活顯著（P＜0.05）。50 Hz條件下，30%負重和50%負重對下肢肌肉激活較好，這與40 Hz振動刺激條件下，下肢肌肉激活結果相似。

3 分析討論

3.1 不同負重振動刺激對下肢肌肉群肌電的影響

全身振動刺激皮膚和關節感受器產生興奮，興奮傳入到γ運動系統，增加肌梭的敏感性和反應能力。肌肉激活水平提高后附加振動刺激，可以增加Ia傳入神經的敏感性。負重30%1RM半蹲起振動刺激可提高小腿肌肉的激活程度，無論是否負重，45 Hz的振動刺激可以顯著增加小腿肌肉激活。4周單雙腿負重振動訓練均可提升下肢爆發力且下蹲跳成績提升顯著。負重振動刺激可提高下肢主動肌的力量和肌肉激活水平，對抗肌激活不明顯，這與前人研究有矛盾。本實驗結果顯示，負重和頻率無交互作用，30%負重和50%負重對下肢腓腸肌激活較明顯。負重半蹲起運動中腓腸肌是被動肌，肌電增加說明對抗負荷力量的增加，這與前人研究的結果似乎有矛盾。負重振動訓練股四頭肌是主動肌，均方根肌電明顯增加，說明負重振動可有效提高下肢主動肌的激活水平，且負重量越大效果越好。

Martin等研究表明，全身振動刺激可誘導肌電激活增加，且運動單位激活程度依賴振動頻率。這與本研究結果不吻合，可能是不同頻率負重振動運動中身體姿勢或質心變化移動造成的。

3.2 不同頻率振動刺激對下肢肌肉群肌電的影響

有研究發現，與頻率25～35 Hz相比較，35～50 Hz振動刺激對最大力量、肌肉功率、爆發力的訓練效果更顯著。與40 Hz，50 Hz振動頻率比較，30 Hz振動頻率股外側肌EMGrms有顯著影響。袁艷等人研究表明，下蹲起負重量30% 1RM可提高部分下肢肌肉的激活水平，與其他頻率比較，50 Hz振動可顯著增加大腿肌肉激活。本研究表明，無振動條件下，3種負重量股內側肌和股外頭肌激活水平較高，30%負重下肢肌肉激活效果最好。30 Hz振動條件下，無負重對脛骨前肌較明顯，30%負重和50%負重對下肢其他肌肉激活水平較高。40 Hz振動條件下，30%負重股內側肌、股二頭肌和腓腸肌內側外激活較好，50%負重激活下肢其他肌肉水平較好，這表明30%負重振動刺激有利于激活主動肌，大負重量激活對抗肌，這與Cardinale等人研究結果相似。50 Hz振動條件下，30%負重對股內側肌、股二頭肌和腓內側肌激活較好，50%負重激活下肢其他肌肉水平較好，尤其是脛骨前肌，但無負重對腓腸肌內側激活效果較好，這表明50 Hz振動，小負重量有利于激活主動肌激活水平，大負重激活了對抗肌，這與袁艷等人的研究基本吻合。Lisa等人研究表明，振動頻率與肌肉激活在小腿肌肉更明顯，在遠端大腿肌肉則不明顯，與本實驗結果下蹲起大腿激活水平偏高不吻合，可能與負重量有關。

綜上述，振動頻率和負重量對下肢肌肉激活水平受多種因素影響，負重量和頻率可能有交互作用，負重量不同造成人體下蹲起時身體姿勢的改變或質心改變也可影響下肢肌肉群的激活程度，尤其是在下蹲起姿勢不穩定改變肌肉發力順序或主動肌和對抗肌的發力大小發生變化。因此，負重下蹲起實驗時一定要強調動作的統一性和規范性。

4 結論

負重振動條件下隨著負重量的增加，下肢肌肉群激活有增強的趨勢，股四頭肌最為明顯，且振動頻率在40 Hz左右效果較好。變化振動頻率的刺激條件下，在低的振動頻率下，小負荷負重對下肢肌肉激活較好，隨著振動頻率的增加，大負荷負重對下肢激活效果較好。

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