递增负荷下短跑运动员全蹲时臀部肌肉与股二头肌表面肌电变化特征研究

乔柱

(郑州大学体育学院，河南郑州 450044)

递增负荷下短跑运动员全蹲时臀部肌肉与股二头肌表面肌电变化特征研究

乔柱

(郑州大学体育学院，河南郑州 450044)

运用表面肌电测试仪器，对部分短跑运动员递增负荷下全蹲训练进行测试，对所测表面肌电现象进行分析。测试结果:随着负荷的递增，股二头肌的IEMG随着负荷的递增而逐步增加，臀中肌、臀大肌IEMG、IEMG/S和RMS随负荷的增加而增大。股二头肌、臀中肌、臀大肌随着负荷的递增而最大振幅也逐步增大，振幅最大时的膝关节角度范围分别为:88.94～106.33°，101.345～121.667°，88.779～101.591°;平均角度分别为 99.77°，113.157°，93.917°。

递增负荷;全蹲;臀部肌肉;股二头肌;表面肌电

短跑是体能主导类速度性项目［1］。在实际训练时，教练员为了进一步提高运动员的速度，负重全蹲是最常用的训练手段之一。通过不同负荷对运动员的肌肉达到一定的刺激，提高下肢肌肉在高强度下的适应能力。大部分人也知道通过这个手段可以提高下肢的力量，但是，有些教练员对这个训练手段的认识在某些方面不深刻，在实际训练中，经常遇见运动员的下肢肌肉的拉伤，很大一部分原因就是因为运动员的下肢肌肉之间的力量不平衡，当强度比较大时，相对肌肉力量比较弱的容易受伤。这也说明了，负重全蹲练习对下肢所有肌肉的刺激并不完全一样。在什么样的负重下，对肌肉的刺激最大;在什么样的角度下，肌肉出现最大振幅等一些问题需要进一步的研究。通过查阅大量资料发现，在递增负荷下全蹲时表面肌电的研究不是太多，笔者将借助表面肌电的测试仪器，对递增负荷下下肢肌肉的肌电变化进行研究，从宏观与微观，定性与定量的不同角度对臀部肌肉和股二头肌的表面肌电现象进行对比分析。

1 研究对象与方法

1.1 研究与测试对象

选取郑州大学体育学院9名二级和一级的短跑运动员，受试对象均为男性，年龄在(22.11±0.78)岁，身高(178± 4.53)cm，体重(69.89±5.40)kg。身体健康，无重大病史，目前状态下下肢肌肉未受伤，运动能力良好，实验测试前24h内没有从事剧烈运动，没有肌肉疲劳感觉。

1.2 研究方法

1.2.1 测试仪器和辅助工具 美国产 NORAXON 16通道表面遥测肌电仪，记录符合动作要求的股二头肌(BICEPS FEM)、臀中肌(GLUT MED)、臀大肌(GLUT MAX)肌电图;应用表面遥测肌电仪附件角度计同步记录角度;运用JVC普通摄像机进行运动录像。胶带、医用绷带、剃刀、酒精等物品，以及杠铃和相关的杠铃片等器械。

1.2.2 动作规格和测试方法 在训练前，教练先做示范动作，然后运动员进行热身练习，模拟练习并熟悉动作。运动员分别按照先后顺序以50kg、60kg、70kg、80kg、90kg杠铃负荷深蹲起，每级负荷连续做三次，间歇时间为3～5分钟，按要求动作进行。

使用皮肤表面Ag-AgCl电极，电极直径为1cm，两电极中心相距约2cm，沿肌纤维走向粘贴电极，表面电极所贴位置为所测肌肉的肌腹部分最隆起处，贴电极之前用酒精棉球擦拭处理局部皮肤处后，用剃须刀刮去皮肤表面汗毛，然后再用酒精擦拭干净，等皮肤表面酒精挥发干净后用医用弹力绷带固定好带有导电膏的电极。

1.2.3 肌电图测量 在实验前进行10分钟的固定准备活动之后进行仪器设备的信号检测。按照动作要求开始采集并记录肌电信号，采样率为1500Hz。

1.2.4 肌电的分析处理 取每级负荷连续运动中第二个动作的原始肌电图进行全波整流法处理后进行时域的分析研究，选取指标为IEMG(积分肌电)、RMS(均方根振幅)、最大振幅、角度、每秒积分。

1.2.5 数理统计法 使用SPSS 11.5软件包对所测肌电数据进行统计分析和处理。

2 结果与分析

股二头肌(BICEPS FEM)位于大腿的后外侧浅层，为梭形肌，有长、短两个头。长头起自坐骨结节，短头起自股骨粗线外侧唇下半部，止于腓骨头。臀部肌肉主要指的是臀大肌和臀中肌。臀大肌(GLUT MAX)起于髂骨翼外面及骶、尾骨背面，止于臀肌粗隆和髂胫束，肌纤维很粗。臀中肌(GLUT MED)起于髂骨翼外面，止于股骨大转子，臀中肌的后部位于臀大肌的深层，而臀小肌位于臀中肌的深层，表面肌电无法测试到［2］。限于仪器设备的原因，仅探讨本次试验的股二头肌、臀中肌和臀大肌。股二头肌、臀中肌、臀大肌也是人体下肢肌重要的非常重要的肌群。

2.1 BICEPS FEM、GLUT MED、GLUT MAX的IEMG的对比分析

表面肌电信号是从皮肤表面通过电极引导，记录下来的神经肌肉系统活动时的生物电信号，它与肌肉的活动状态和功能状态之间存在着不同的关联性，因而能在一定的程度上反映神经肌肉的活动［3］。

表面积分肌电(IEMG)是对肌电图上的肌电变化曲线与时间横轴之间所包绕面积的积分，可以反映一段时间内肌肉的肌电活动强弱。由于肌肉的肌电信号是肌肉收缩过程中伴随发生的生理电信号，是肌肉收缩的必要条件，所以，肌电特征与肌力之间的对应关系一直是人们最为关注的事情。许多研究者的研究结果表明:肌肉的表面积分肌电与肌力之间存在高度相关关系［4］。动作电位的振幅和放电的频率影响IEMG大小，动作电位的振幅代表放电的强度，决定于参加收缩的肌纤维数量;放电频率的多少，主要决定于运动机能单位兴奋活动的强弱。IEMG综合反应上述两个因素［5］。

由图1可知，随着负荷的递增，股二头肌、臀中肌、臀大肌的IEMG的整体趋势是逐渐增大的现象。但是，在50～70kg之间股二头肌的IEMG值增加的幅度不是太大，在70～90kg之间，股二头肌的IEMG增加幅度相对来说比较大。造成这种现象的原因可能是，在50～70kg之间运动员的肌肉的兴奋性不是太高，动用的肌纤维不多。随着负荷的递增，到了70～90kg时更多的肌纤维被募集，以完成更大的负荷。臀中肌在50～60kg之间，其IEMG值相对来说比较小，70～90kg之间IEMG值又逐渐的升高。臀大肌的IEMG值其整体趋势与股二头肌的趋势类似。这种现象说明在进行全蹲训练时，运动员适应以后，在运动员承受的范围内建议进行大负荷练习，给肌肉更深的刺激，达到更好的训练效果。理论上正好验证了教练在实际训练中对全蹲的认识。

在同一个负荷状态下，股二头肌、臀中肌、臀大肌的IEMG的变化什么情况呢?仔细观察各表的数据以及图1的趋势图，50～60kg状态下，三块肌肉的IEMG值的平均数表现为臀大肌＞股二头肌＞臀中肌，说明在负重相对比较小时，臀大肌的放电要高于两块肌肉的放电情况，在70kg状态下，IEMG值表现为臀大肌＞臀中肌＞股二头肌;80kg状态下，表现为臀大肌＞股二头肌＞臀中肌;90kg状态下，表现为臀大肌＞臀中肌＞股二头肌。在本实验条件下的50～90kg之间，臀大肌的IEMG值始终是最大，臀大肌在全蹲过程中用力最大或者是在整个动作过程中作用时间最长。股二头肌和臀中肌是出于交替递增现象。从生理的角度来看，臀大肌是人体中肌纤维数量比较多的肌肉块之一，受到负荷的刺激后，能调动更多的肌纤维来参与运动。尤其是短跑运动员，更应该注重臀大肌的训练。短跑运动员在跑动过程中，是通过肌纤维的拉长－缩短周期的不断的进行肌丝滑行释放能量，来带动人体的骨骼进行快速的周期运动，在平时的训练中，只有进行反复的大强度训练才能建立运动员在跑步过程中的肌肉感觉。从上面的分析可知，建议在训练时，进行不同的负荷训练。在不同的负荷下会对不同的肌肉有不同的刺激深度，以此来提高运动员的实战比赛的需要。

图1 递增负荷下9名测试者股二头肌、臀中肌、臀大肌的IEMG趋势图

在递增负荷过程中，有的运动员表现的股二头肌IEMG数值比较大，比如，钟XX，在50kg时，就已经达到了119uv* s，在90kg时，达到了338uv*s。但是，在表2中发现，钟XX臀中肌的IEMG数据相对来说比较小，在90kg时才达到了167uv*s;表3中，钟XX臀大肌的IEMG数据相对其他人来说比较大，在50kg时就达到了138uv*s，90kg时达到了359uv*s。在同样的递增负荷下出现的这种差异，可能是钟XX存在着肌肉力量之间的不平衡，相对于他来说，臀中肌的力量有些弱。其他运动员也有这种现象，在股二头肌、臀中肌和臀大肌三块肌肉中，其中的某一块肌肉的IEMG值比较大，而其他的相对来说比较小，可能和运动员的肌肉力量不平衡有关。运动员之间比较发现存在着个体差异，有的运动员在整个测试过程中数据相对比较小。出现这种现象可能和运动员神经的兴奋性、训练年限、以及肌肉的运动感觉等方面有关。有些运动员在相邻的两个递增负荷中出现的IEMG值没有随着递增负荷的增加而变大，还需后续实验进一步研究。

2.2 BICEPS FEM、GLUT MED、GLUT MAX的每秒积分肌电(IEMG/s)的对比分析

根据测试到的EMG数据处理后得到整个负重全蹲过程中的IEMG，那么用IEMG数据除以所用的时间就会得到每秒的IEMG。根据杨静宜等人的研究，在等速运动中，运用IEMG/s进行分析不受运动速度差异的影响，能进一步反映出单位时间内的IEMG值。虽然在实验前给运动员讲明了动作要求，但是运动员之间受训练习惯等因素的影响，在做动作的过程中可能存在着运动速度的差异。

由图2可知，在递增负荷过程中，股二头肌、臀中肌、臀大肌的IEMG/S值的总体趋势是随着负荷的递增而逐步增加。50～60kg之间，股二头肌、臀中肌、臀大肌IEMG/S值都趋于上升。在60～70kg之间股二头肌的值有所下降，另外两块肌肉趋于上升。70～90kg之间，臀大肌、臀中肌的值趋于升高。而股二头肌在80kg时上升，到了90kg时又趋于下降。股二头肌在50～80kg的递增负荷下出现的IEMG/s增高、降低、再增高。根据队员的测试表现，在80～90kg阶段再降低的现象可能是由于疲劳造成的，在50～60kg负荷下，三者的IEMG/S值为臀大肌＞股二头肌＞臀中肌;70kg负荷下，臀大肌＞臀中肌＞股二头肌;80kg负荷下，股二头肌＞臀大肌＞臀中肌;90kg负荷下，臀大肌＞股二头肌＞臀中肌。IEMG/S能进一步说明在同样的负荷下，肌电值的差异，肌肉之间的力量不平衡，在本实验条件下，臀大肌的IEMG/S的比较大。

图2 递增负荷下9名测试者股二头肌、臀中肌、臀大肌IEMG/S趋势图

2.3 BICEPS FEM、GLUT MED、GLUT MAX的最大振幅以及对应的角度分析

振幅(Amplitude)可以表明运动中单位募集的数量、肌肉激活的程度。在肌肉收缩过程中，若需要力量较大，则需动员较多的运动单位参与工作，在一定范围内肌力与参与工作的运动单位数量成正比，运动单位数量又与幅值成正比［6］。在整个全蹲训练过程中，人体的膝关节、髋关节随着动作的变化而有所改变，从运动生物力学来看，不同的角度下，各个肌肉承受的力不一样，动用的肌纤维数量会不同，各个肌肉的最大振幅也会有差异。我们将重点讨论股二头肌、臀中肌、臀大肌的最大振幅出现时所对应的角度是多大，以及三者之间的差异，为今后的力量训练提供一定的参考价值。

由图3可知，递增负荷训练过程中，股二头肌最大振幅的范围为 350.88～2794.7uv，角度的范围为 88.94～106.33°。观察图3会发现，在50～80kg之间，股二头肌的最大振幅变化不是太大，在90kg条件下，人体的最大振幅迅速达到一定的数值，可以认为在本实验中，递增负荷状态下，股二头肌的最大振幅随着负荷的递增而增加。在不同的负荷状态下，膝关节所对应的角度也有所变化，但膝关节变化幅度不大，平均角度为99.77°。在实际的训练过程中，想达到理想的训练效果，应该进行不同的递增负荷，同时膝关节的角度应该在99.77°附近变化，这样能进一步提高股二头肌的最大振幅，加大对股二头肌的刺激，从而募集更多的运动单位。

图3 9名测试者BICEPS FEM的最大振幅及角度的平均数趋势图

图4显示了臀中肌在递增负荷过程中，最大振幅和对应角度的变化情况。臀中肌的最大振幅范围为301.934～691.793uv，对应角度范围为 101.345～121.667°，平均为113.157°。在本实验过程中，臀中肌的最大振幅也是随着负荷的递增而增大，角度的变化范围相对股二头肌来说是增加的。最大振幅随着角度的减小，而最大振幅变大。了解了这一现象之后，在实际的训练过程中，有所侧重地对不同的肌肉进行训练，以达到预期的训练效果。

图4 9名测试者GLUT MED的最大振幅及角度的平均数趋势图

图5显示了臀大肌在递增负荷下最大振幅和对应角度的变化情况。臀大肌最大振幅的范围为 363.068～641.799uv，角度范围为88.779～101.591°，平均为93.917°。臀大肌在本次实验过程中的整体趋势随着负荷的递增最大振幅逐步增大。相对于股二头肌、臀中肌来说，臀大肌的最大振幅出现的角度偏小。股二头肌、臀中肌、臀大肌之间的最大振幅的出现存在着不一致现象，同样的负荷下最大振幅有差异。在实际的训练过程中，为了避免运动员肌肉拉伤，就应该在训练过程中尽量减小肌肉之间的力量差异，使得在不同的强度下，每个肌肉都能承受。在同样的负荷下，角度相对较小时，对臀大肌的刺激较大，角度增大时，对股二头肌的刺激增大，角度更大时，对臀中肌的刺激更大。在一次完整的全蹲过程中，并不是单单对某一个肌肉的刺激，而是随着全蹲动作的改变，角度的变化，训练的侧重点不同。特别是短跑运动员，要更加注重不同肌肉之间力量平衡的练习，避免肌肉的拉伤。

图5 9名测试者GLUT MAX的最大振幅及角度的平均数趋势图

2.4 BICEPS FEM、GLUT MED、GLUT MAX的RMS分析

均方根振幅(RMS)用来描述一段时间内肌电的平均变化特征，指此段时间内所有振幅的均方根值。疲劳时肌电信号的振幅增高，势必引起RMS的增加。可以通过比较不同时期的RMS，确定疲劳发生的时间和疲劳的程度［7］。也反映的是一定时间内的肌肉放电的平均水平［8］。RMS与运动单位的募集以及兴奋性有关系。

图6 9名测试者RMS平均数的趋势图

有图6可知，在50kg条件下，表现为臀大肌＞股二头肌＞臀中肌;在60kg条件下，表现为股二头肌＞臀大肌＞臀中肌;70kg条件下，表现为臀大肌＞臀中肌＞股二头肌;80kg、90kg分别和60kg、50kg条件下相似。对比发现，图7的整体趋势，与三者之间的每秒积分肌电相似。在递增负荷下，股二头肌的整体趋势是上升的，但是在70kg时，RMS值有所下降，在80kg时又迅速上升。而臀中肌和臀大肌整个趋势就是上升，但是整个臀大肌的RMS值要高于臀中肌，造成这种现象可能是和两者之间的肌纤维数量多少有关，臀大肌的整个肌纤维数量要远远大于臀中肌的数量。在同样的负荷下，臀大肌所受到的刺激要高于臀中肌。因此，在实际的训练过程中，根据三者之间的差异进行侧重点不同的训练。

3 结论

1)随着负荷的递增，运动员的股二头肌的IEMG随着负荷的递增而逐步增加，臀中肌、臀大肌IEMG、IEMG/S和RMS随负荷的增加而增大。

2)股二头肌、臀中肌、臀大肌随着负荷的递增最大振幅也逐步增大，递增负荷的状态下，股二头肌振幅最大时的膝关节角度范围为88.94～106.33°时相对比较合适，平均角度为99.77°。臀中肌最大振幅时对应的膝关节角度范围为101.345～121.667°时相对比较合理，平均角度为113.157°。臀大肌最大振幅时膝关节角度范围为88.779～101.591°时相对合理，平均角度为93.917°。

［1］田麦久．运动训练学［M］．北京:人民体育出版社，2000:36．

［2］全国体育院校教材委员会审定．运动解剖学［M］．北京:人民体育出版社，2000:121－122，125．

［3］张 原．400m跑下肢肌电活动规律探讨［J］．武汉体育学院学报，2008(6):86．

［4］郭建龙．跳深时下肢肌肉的表面积分肌电值及其平均功率频率值的变化特征研究［J］．山东体育学院学报，2007，12(6):69．

［5］杨静宜，王瑞元．股四头肌等速向心收缩肌电图测定与分析［J］．北京体育大学学报，1995，11(4):31．

［6］吴翠娥，刘建春．速向心运动中膝关节屈伸肌群的sEMG［J］．体育与科学，2008(11):20－23．

［7］王 奎，刘建红．sEMG技术在评价运动性疲劳方面的方法与应用［J］．安徽体育科技，2004，9(3):49－51．

［8］卢德明．运动生物力学测量方法［M］．北京体育大学出版社，2001:90－91．

Change Characteristics of Sprinters’EMG of Hip-muscle and Biceps Femoris of Full Squat under Incremental Load

QIAO Zhu
(Physical Education College of Zhengzhou University，Zhengzhou 450044，Henan，China)

With surface electromyography test equipment，the author tested sprinters＇full squat training under some incremental load，and analyzed the phenomenon of surface electromyography measured．Results:As the load increases，IEMG of BICEPS FEM is increments，GLUT MED、GLUT MAX of IEMG、IEMG/S、RMS are increments．The maximum amplitude of BICEPS FEM，GLUT MED、GLUT MAX also gradually increases as the load increases．The largest amplitude when the knee angle in the range of 88.94～106.33°，101.345～121.667°，88.779～101.591°;the average angles are 99.77°，113.157°，93.917°respectively．

incremental load;full squat;Hip-muscle;Biceps Femoris;EMG

G804.53

A

1004－0560(2011)04－0078－04

2011-06-12;

2011-07-16

乔 柱(1970－)，男，副教授，主要研究方向为体育健康与教学。

责任编辑:乔艳春

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