不同形式振动训练中下肢肌群的神经肌肉激活特征

李玉章

不同形式振动训练中下肢肌群的神经肌肉激活特征

李玉章

探讨半蹲姿势下，垂直振动和多维振动刺激所引起的下肢不同肌群的神经肌肉激活特征。结果表明，两种振动刺激均能诱发激活更多的运动单位参与募集，增加肌肉的EMGrms值，但多维组合振动改变同群肌肉内和前后肌群间的支配比例关系，为科学运用振动训练法提供理论依据。

振动训练；表面肌电测试；神经肌肉激活特征

运动生理学中指出了提高肌肉力量的两条途径，一是增加肌肉的横断面积，二是改善肌肉内和肌肉间的协调性。然而，对于大多数的体育项目运动员来讲增加横断面积是不可取的，因此，后者便作为其力量训练的突破口，促使人们不断地进行探索，以期达到提高竞技水平的目的。20世纪80年代初，原苏联的一些专家在探索新的力量训练手段时提出了“振动训练（vibration training）”。20世纪90年代后，该方法在国外众多领域得到广泛应用。近年来，振动训练在运动训练实践中的应用已经受到重视。目前，文献中大多数相关研究主要探讨了单维垂直振动训练对人体的最大力量、爆发力量、柔韧性等方面的即时性影响和对骨骼密度（成分）、内分泌系统等方面的长期适应性影响[1-9]。但是，当其产生的规则的正弦振动波与人体内脏器官的自振频率较接近时，容易产生共振，使练习者出现头晕、恶心等不适症状。同时，依据神经生理学原理，人体神经肌肉系统对规则的刺激容易适应，产生的后效作用会降低。为此，德国Scisens公司借助多位力量训练专家，经过多年的研究和实践，于2004年成功研制出SRT-Sports多维组合振动训练台，改变了以往单一的正弦波垂直振动模式，实现了在X、Y、Z 3个维度上任意随机的组合振动模式，且处于低频率振动范围之内。然而，目前有关人体下肢肌肉对多维振动刺激的反应规律，特别是在多维振动过程中不同振动条件所诱发的神经肌肉活动支配规律，尚不清楚。因此，本研究采用试验法和比较研究法，探讨由两种振动模式组成的8种不同振动条件中下肢肌肉的激活特征及其引发的训练学意义，以期为科学运用振动训练提供一定的理论依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

20名男性大学生，年龄（21.2±1.5）岁，身高（177.9±5.2）cm，体重（67.9±6.7）kg。所有受试者均无振动训练禁忌症。

1.2 研究方法

1.2.1 试验法（1）试验时间和地点。2007年5月24日至6月5日在首都体育学院机能测试中心进行试验。

（2）试验器材。振动台采用德国SRT-Sport-Zeptoring多维组合振动台（见图1左）和韩国特波声波单维垂直振动台（TURBO SONIC-TT-2590L，见图1中）。

图1 受试者在SRT-Sports和Turbo sonic振动训练仪上的站位姿势及测试的肌群图示Figure 1 The Standing Posture and Tested Muscles for Subjects on the SRT-Sports and Turbo sonic Vibration Platform

表面肌电图测试采用美国产Noraxon Telemyo 2400T无线遥测系统，分析软件采用系统专用MyoResartch XP Master1.06.54版，采样频率为3000 Hz/通道。电极粘贴的方法参考Edward F.Delagi等和欧盟推荐的表面肌电电极粘贴标准[9]进行电极定位、粘贴和固定，所测肌群见图1右。操作使用中参阅User Manual of SRT-Sports Professiona、The ABC of EMG[9]、MyoResearch XP Master Manual等操作手册。

（3）试验设计。膝关节角度控制在120°（见图1）。振动频率选用了6 Hz、8 Hz、10 Hz、12 Hz 4个振动频率；文中和图例中的SRT－6、SRT－8、SRT－10、SRT－12表示组合振动的4种条件，TB－6、TB－8、TB－10、TB－12表示垂直振动的4种条件。Static表示静止半蹲姿势（屈膝120°）。试验要求每种条件重复2次，每次持续35 s，次间歇2 min，组间歇5 min。

测试肌群：下肢前群（股内侧肌/VMO、股直肌/RF、股外侧肌/VLO、胫骨前肌/TA），下肢后群（半腱肌/SEM、股二头肌长头/BF、腓肠肌内侧头/MG和外侧头/LG）。

1.2.2 数据处理信号的噪音控制方法与判定方法同文献[10]，噪音控制检测结果符合肌电基线标准的要求[11]。

表面肌电的信号采集和数据处理：从第4 s开始连续记取3个10 s，分别记为F10 s、M10 s、L10 s；以各肌群静态半蹲时中间一个10 s（M10 s）的表面肌电均方根值为基准（作为100%），对各种振动条件下所测肌群的激活程度进行标准化处理，称为相对激活百分比。

采用SPSS 12.0建立数据库，对所得数据进行统计分析。采用单因素方差分析和LSD检验，对各因素间的差异性进行多重比较分析，**表示P＜0.01，*表示P＜0.05。

1.3 概念界定

本研究中的神经肌肉激活特征主要指振动过程中，振动刺激所诱发的肌肉激活程度、肌肉间或肌群间的协调支配比例。

2 结果与分析

2.1 静力性屈膝半蹲姿势中被测肌肉的激活特征

研究结果表明，静力性屈膝120°半蹲时，髋、膝、踝3关节屈曲引起了被测肌肉的工作方式发生变化，有的被拉长（如股四头肌、胫骨前肌等），有的相对放松（如股二头肌等），与之对应的肌肉放电程度也发生了相应的变化（见图2）。图2为两次测试的结果，形状非常相似，统计结果表明相关程度非常高，r=0.941**，即重复测量的一致性很高。

图2 静力性屈膝半蹲时下肢被测肌肉的激活特征Figure 2 The Activation Characteristics of the Lower Limb's Tested Muscles during Static Squat

从图2中可以看出，静力性屈膝半蹲时，股内肌、股外肌、股直肌的激活程度显著增大，即主要发挥伸膝作用的股四头肌运动单位的放电量出现显著增加。就本研究测试对象而言，在静力性120°半蹲中，大腿前群以股内肌、股外肌为主，股直肌并不占据主要地位；后群中股二头肌的EMGrms值要大于半腱肌，但差异不显著，说明此时二者发挥的作用一致；小腿肌群同样表现为胫骨前肌的激活程度要高于腓肠肌，主要是由关节弯曲牵拉诱发了更多运动单位被激活所致。图2也可以直观地反映出静力性半蹲中大、小腿前后肌群的支配关系，大腿显著高于小腿，前群肌肉的激活显著高于后群，发挥主要作用。这说明静力性半蹲中下肢被动员的主要肌群为前群，特别是大腿前群，因此，半蹲对提高大腿前群肌力是很好的锻炼手段。

2.2 不同振动条件下大腿前群被测肌肉的激活特征

由图3可以看出，不同频率振动刺激对大腿前群被测肌肉的激活程度存在区别。各种条件的振动刺激对股直肌的影响最明显（P＜0.01），激活程度也大于股内侧肌和股外侧肌。本研究结果表明，肌肉激活程度与振动强度密切相关，伴随振动强度的递增所诱发的激活程度呈现明显的阶梯式递增。因此，振动过程中各肌肉对振动具有一定的选择性激活特性。在振动中，当远端的振动波传递至大腿时，会直接引起被测肌肉产生高速SSC收缩，促使被测肌肉中更多的高阈值运动单位产生募集，进而形成了较高的肌肉激活，可以达到高于静力性半蹲状态的5倍之多（P＜0.01）。因此，振动训练手段能够使肌肉产生较高的诱发激活，对提高肌肉力量是非常有益的。由此可以看出，单维垂直振动和多维组合振动都能促使运动单位产生更大激活与募集，在某些条件下单维垂直振动激活度可能还大于多维组合振动。其主要原因是，单维垂直振动主要引起了膝关节的屈伸，诱发大腿前群产生了大幅度的快速SSC收缩；而多维组合振动中，不仅存在膝关节的快速屈伸，促使股内肌、股直肌和股外肌进行SSC收缩，而且踝关节的屈伸和控制前后移动，诱发小腿相关肌肉也进行应变性SSC收缩。

图3 大腿前群被测肌肉在不同振动条件下的相对激活比例Figure 3 The Relative EMG Activation of the Tested Anterior Thigh Muscles during Different Vibration

为了分析振动刺激对同组被测肌肉间相互协调关系的影响，我们将大腿前群作为一个整体（100%），对不同振动条件下半蹲中各肌肉的放电量（EMGrms）比例进行了比较，结果见图4。

图4 大腿前群被测肌肉在不同振动条件下对维持平衡的贡献率Figure 4 The Contribution Rate of Tested Anterior Thigh Muscles for balance during Different Vibration

由图4可以看出，在多维组合振动中，随着振动强度增加，股内侧肌和股外侧肌的放电量所占比例逐渐缩小，而股直肌所占比例逐渐增大，即三块肌肉的贡献率逐渐趋向均衡发展，说明多维组合振动对改善同组肌群中肌肉间的协调化、同步化工作能力是一种有效的训练手段，有利于改善肌肉内和肌肉间的相互协调作用，促进同步激活，进而能有效地提高最大力量、快速力量和力量耐力。而在单维垂直振动条件中，同组肌群中被测肌肉间的相对支配比例变化不大，差异不显著（P＞0.05）。此结论与“训练形成的神经性适应，使肌肉的激活水平提高，使肌肉的激活更加同步化”[12]这一结论的内涵相一致。

2.3 不同振动条件下大腿后群被测肌肉的激活特征

虽然安静状态下，大腿后群几乎不参与工作，EMGrms值较小，但是从图5可以看出振动过程中，振动强度与大腿后群肌肉的诱发激活程度呈正相关关系（P＜0.01），即振动强度越大，肌肉被激活程度也越高，最高值可达静力性半蹲时的7倍左右。但不同振动强度对大腿后群两块肌肉的激活程度稍有不同，也不像大腿前群那样肌肉间存在明显差异，说明由于受解剖学的影响，这两块肌肉在功能上较一致，受振动刺激诱发的激活程度也较一致，都动员了肌群中更多的高阈值运动单位。

图5 大腿后群被测肌肉在不同振动条件下的相对激活比例Figure 5 The Relative Activation Proportion of Tested Posterior Thigh Muscles during Different Vibration

图6可以看出，在多维组合振动条件下，这两块肌肉的支配比例随振动强度增加有均衡发展的趋向，而在单维垂直振动中，此特征不明显。这个结果进一步证明了振动刺激不会完全改变半腱肌和股二头肌在各种振动条件下的神经肌肉支配关系，但组合振动较垂直振动在改善肌肉间协调用力的调整作用上更有效，可以作为改善神经肌肉间的协调支配以提高肌肉力量的手段[13－14]。

图6 大腿后群被测肌肉在不同振动条件下对维持平衡的贡献率Figure 6 The Contribution Rate of Tested Posterior Thigh Muscles for Balance during Different Vibration

2.4 不同振动条件下小腿被测肌肉的激活特征

本研究中选取了小腿肌群中的胫骨前肌、腓肠肌内侧头和外侧头3块肌肉。图7显示，在振动条件下小腿被测肌肉的激活程度显著增大（P＜0.05），且随振动强度的增强而增加，最大激活程度可以达到静力性半蹲的近30倍，具有显著性差异（P＜0.01）。对胫骨前肌的激活程度显著高于腓肠肌的内、外侧头（P＜0.05）。在相同振动频率下，就腓肠肌的被激活程度而言，内侧头又高于外侧头。这主要是受振动模式和振动传递率的影响所致[14]。文献也指出：在多维组合振动中，振动台面存在着上下、前后、左右的多维度随机变化[11，15]，通过大、小腿的振动传递，促使小腿肌肉产生了随机的、不规则的SSC收缩，激活了肌肉中更多的运动单位参与募集和同步工作，因此，其激活程度随着振动强度的增加形成了明显的梯度；在单维垂直振动中，台面是以规则的正弦波上下运动，被测肌肉的SSC收缩形式相对稳定，其运动单位的募集模式较单一，但踝关节屈伸角度变化幅度较大，因此，同频率下的激活程度可能较组合振动大，但最大激活EMGrms值比组合振动峰值时要小。

图7 小腿肌群中被测肌肉在不同振动条件下的相对激活比例Figure 7 The Relative Activation Proportion of Tested Calf Muscles during Different Vibration

上述结果表明，采用多维组合振动台时，通过选择和设定不同的振动频率，能够满足不同人群对不同肌群实施训练的需求，以及不同训练阶段对训练强度（负荷刺激强度）的需求；而垂直振动台由于在振动频率和实际振动强度间对应关系的不一致性，即振动强度梯度没有采用组合振动台时那样明显，因此在实施不同负荷的针对性训练时有可能效果不理想。

由图8可以看出，不同振动条件下小腿前、后肌群的被激活比例不同。相对于安静状态而言，在单维垂直振动中，对小腿后群肌肉的激活程度比前群肌肉更大，但不规律；而在多维组合振动中，随着振动强度的加强，前、后肌群的激活比例发生了明显变化，如振动频率在6 Hz、8 Hz时对前群肌肉（胫骨前肌）的激活程度较大，而随着振动频率的增加（如在10 Hz、12 Hz），逐渐增大了对后群肌肉（腓肠肌内侧头和外侧头）的激活。这一结果充分证明了多维组合振动具有较强的针对性训练的使用价值，即如果重点训练小腿前群肌肉，采用低频率多维刺激就能达到高激活目的；相反，如果重点训练小腿后群肌肉，则需要采用较高的振动频率刺激才能达到高激活效果。

图8 小腿前后群被测肌肉在不同振动条件下对维持平衡的贡献率Figure 8 The Contribution Rate of Tested Calf Muscles for Balance during Different Vibration

2.5 振动训练的训练学意义

综上，我们认为振动训练尤其是多维组合振动训练，在运动员的专项力量训练和康复性体能训练中具有较好的应用前景，主要体现在以下几个方面。

（1）振动训练通过反复地快速SSC收缩刺激，动员了参与工作的屈伸肌群中更多的高阈值运动单位参与募集程度增加，表现为EMGrms值增大，进而改变肌肉的做功能力。

（2）许多力量训练研究结果表明，高水平运动员快速力量的提高主要取决于其具有良好的肌肉内和肌肉间的协调能力，而本研究证明了多维组合振动训练能够改善肌肉内协调和肌肉间协调，具有促进同步激活的功能，有利于改善神经—肌肉的适应性，这一点对运动训练来讲是非常重要和有意义的。

（3）振动训练的刺激形式存在着多样性，振动的形式较多、刺激频率的变化范围较大，避免了神经肌肉系统过早地产生适应。其中，采用多维组合振动训练，可在各种振动条件下产生明显的刺激强度梯度，符合运动训练对负荷递增性原则的要求，且有利于实施针对性力量训练。

3 结论与建议

（1）尽管各种振动都能够改善神经肌肉系统的适应性。但是，振动刺激的多种模式对下肢各肌群的激活特征存在差异，在改进肌肉内和肌肉间的同步激活方面，多维组合振动优于单维垂直振动。（2）不同振动刺激改变了下肢同组肌群以及屈伸肌群中各肌肉的支配比例关系，这一刺激促进了肌肉间的协调激活和同步化工作，有利于肌肉力量的提高。（3）多维组合振动训练通过改善神经肌肉系统功能，来促进神经肌肉控制的协调性增加，符合现代力量训练的要求，是一种很好的力量训练手段，特别是对于实施针对性力量训练更具可操作性意义。

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Neuromuscular Activation Characteristic of the Leg during Different Forms of Vibration Training

LI Yuzhang
（School of PE and Sports Training，Shanghai University of Sport，Shanghai 200438，China）

This study was to discuss the neuromuscular dominating mode of lower limb muscles in the vertical vibration and combination vibration training through electromyography test at squat.The results showed that the two forms vibration stimuli could increase muscular discharge，but coordination mode of activation during multi-dimensional combination vibration was superior to single-dimensional vertical vibration.It provides us theoretical basis for understanding the function of vibration training and its usage correctly in the future.

vibration training；electromyography test；neuromuscular activation characteristic

G 804.4

A

1005-0000（2011）01-0030-04

2010-08-01；

2010-10-25；录用日期：2010-11-22

上海市教委科研项目（项目编号：06IZ001）；上海市教委第五期重点学科建设资助项目（项目编号：J51001）

李玉章（1975-），男，河北石家庄人，副教授，博士，研究方向为运动训练监控理论与方法。

上海体育学院体育教育训练学院，上海200438。