三种深蹲动作模式肌电特征的研究

唐光旭，赵 丽，董蘅葵

三种深蹲动作模式肌电特征的研究

唐光旭1,2，赵 丽2，董蘅葵1

目的：对3种不同深蹲模式进行肌电测试，以期探讨不同模式下动作的合理性，为教学、训练提供一定的理论依据。方法：本文运用文献资料法、实验法和数理统计法对不同模式的肌电测试进行对比分析研究。结果：动作模式1与动作模式2相比，股内侧肌、股直肌、股外侧肌、臀大肌有非常显著性差异（P＜0.01），股二头肌有显著性差异（P＜0.05）。动作模式1与动作模式3相比，股内侧肌、股直肌、股外侧肌、臀大肌有非常显著性差异（P＜0.01），股二头肌有显著性差异（P＜0.05）。动作模式2与动作模式3相比，股内侧肌、臀大肌有非常显著性差异（P＜0.01），股直肌、股外侧肌有显著性差异（P＜0.05），股二头肌没有显著性差异（P＞0.05）。结论：3种不同模式深蹲动作的股外侧肌、股直肌、股内侧肌、股二头肌、臀大肌的积分肌电数值表现出显著性差异，动作模式3优于其它两种动作模式。在深蹲训练中强调臀部肌肉的主动收缩，才能更好的提高下肢力量的作用。

深蹲动作；肌电特征；研究

在体育运动中力量是运动员完成运动技能必不可少的身体素质，也是其他身体素质的基础，力量素质是指人体某一部分肌肉工作时克服阻力的能力，它也是人体完成各种动作的动力来源。力量练习主要是抗阻力训练，就是要克服一定的阻力努力提高人体的力量。力量的产生，在很大程度上受阻力的影响。一般认为，阻力训练可以使肌肉体积发生改变以及使神经系统的活性提高而使力量得以增加。力量具有专门性，测试和评价的手段与方法也要具有专门性。负重深蹲是力量训练中最常见的一种练习手段，是运动员发下肢肌肉力量的有效方法。在力量训练实践过程中，深蹲动作有3种不同的动作模式。第1种常见的动作模式是：深蹲过程，膝关节前突，内扣等不规范动作。第2种动作模式是现代体能训练中强调的规范的深蹲，即下蹲过程中膝关节不超过脚尖，并保持在脚的正上方，无内扣等错误动作，在蹲起时的发力点在大腿伸肌群（股四头肌为主）主动收缩，完成蹲起动作。第3种动作模式建立在正确的深蹲动作基础上，蹲起时的发力点在骸部伸肌群（臀大肌、臀中肌为主）主动收缩，完成蹲起动作[1]。力量练习的目的就是要通过克服一定的阻力努力提高人体爆发力，获得好的效果。爆发力的产生，在很大程度上受阻力大小的影响。因此，力量训练的方法和负荷一直是教练员、运动员和科研人员关注的问题[2]。

肌电是神经、肌肉兴奋发放生物电的结果。神经—肌肉系统的最小机能单位是运动单位，它由一个运动神经元与其支配的所有肌纤维组成。肌肉的肌电活动是肌肉运动单位在收缩时所产生的生物电活动的集合。肌电的测试有针电极和表面电极分别适用于不同情况的测量，针电极更适合于对肌肉病理的临床测量，表面电极则更适合于对运动的人体进行测量[3]。表面肌电（surface electromyography，sEMG）信号是从肌肉表面引导和记录到的肌肉活动时神经肌肉系统生物电变化的一维时间序列信号，可以反映电极所触及的多个运动单位生物电活动在时间和空间上的总和，具有一定的肌肉代表性，适合于局部肌肉功能评价，且其检测具有非损伤性[4]。表面肌电图（sEMG）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程度的关联性，因而能在一定的程度上反映神经肌肉的活动。积分肌电是指一定时间内肌肉中参与活动的运动单位放电总量，即在时间不变的前提下其值的大小在一定程度上反映了参加工作的运动单位的数量多少和每个运动单位的放电大小[5]，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[6]。由于积分肌电信号变化与肌肉活动状态及功能状态之间存在较好的关联，且积分肌电信号的获取与分析具有实时性、客观性、敏感性及灵活性等特点，故积分肌电信号分析常被用于人的肌肉工作相关性研究。肌电活动和肌肉功能之间必然存在某种关系，肌电图仪所获得的肌电图信号是一维时间序列信号，它是表面引导电极所触及的多个运动单位活动时所产生的肌电变化在时间和空间上迭加的结果，与不同机能状态和活动状态下参加活动的运动单位数量、不同运动单位的放电频率、运动单位活动的同步化程度、运动单位募集模式以及表面电极放置位置等因素有关。因此通过采集和分析肌肉产生的电信号可以探讨肌肉功能，这类研究对神经肌肉疾病诊断、肌肉功能评价，肌肉工作的工效学分析等都有参考价值。在体育科学方面，通过肌电图分析可以发现肌肉激活时序和时程，不同肌肉间协调模式等。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

实验对象为随机抽取河西学院体育学院12级10名体育教育专业男性大学生。受试者身体健康，自愿接受本实验并理解实验意图，近期无伤病，实验前24h未进行剧烈运动见表1。

表1 实验人员基本情况

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料法 通过查阅有关肌电的专著和期刊，力量训练、运动生物力学、运动解剖学等相关的资料，为实验设计、测试、研究、奠定了理论依据和实践基础。

1.2.2 实验法 （1）测试负重量：在实际训练当中运用最多的是以马特维也夫为代表的最大力量的百分数法，它是以肌肉克服最大负荷重量的百分比来确定发展不同性质力量素质的负荷重量，一般认为快速力量的负荷强度应采用最大负荷重量的60％～75％（最大力量80％～100％，力量耐力40％～50％）[7][8]。

（2）实验器材：成都泰盟BL-820S科研生物机能实验系统、杠铃、电脑笔记本（中文Windows XP系统）、75％浓度酒精、脱脂棉、Ag-Cl 表面电极、弹性绷带、医用胶布、剪子、体表肌肉图。

（3）肌肉的选择：选取下肢的5块肌肉：股外侧肌、股直肌、股内侧肌、股二头肌、臀大肌。肌肉选择依据：依据运动解剖学、生物力学知识和动作特征、暴露于体表易于肌电电极的粘贴，运动项目肌电测试研究中常被作为特征代表的肌肉[9]。

（4）测试步骤：电极贴法：用酒精棉球拭去皮肤表面油脂，电极贴在被测试肌肉肌腹肌电分析最隆起处两个记录电极片中心连线与肌纤维走向一直，电极片之间不留空隙，参考电极贴在记录电极的垂直方向，距离2.0～3.0cm左右防止动作剧烈电极片脱离，用医用胶布加固电极片与皮肤的连接防止运动中导线缠绕身体，用绷带将导线固定在电极片附近的肢体上，留出足够肢体伸展的长度。测试方法：①动作模式1：下蹲过程，膝关节前突、内扣等不规范动作。

②动作模式2：现代体能训练中强调的规范的深蹲，即下蹲过程中膝关节不超过脚尖，并保持在脚的正上方，无内扣等错误动作，在蹲起时的发力点分在大腿伸肌群（股四头肌为主）主动收缩，完成蹲起动作。

（5）测试要求：受试者身体健康，并理解实验意图，近期无伤病，实验前24h未进行剧烈运动；每位受试者每个动作模式测试3次，每个动作模式间相隔24h。

1.2.3 数理统计法 数据处理应用EgaWin 肌电分析软件，截取动作阶段，将原始肌电信号转换为积分肌电数据。采用以平均值±标准差（Mean±SD）来表示，运用Microsoft Excel 2003 和SPSS19.0软件包对实验数据进行统计处理。采用Paired－Samples T test，P＜0.05，说明有显著性差异，P＜0.01，说明有非常显著性差异。

2 结果与讨论

2.1 三种不同动作模式肌肉积分肌电

表2 三种不同动作模式积分肌电对比 单位：mv.s

2.2 讨 论

肌电信号发源于作为中枢神经一部分的脊髓中的运动神经元。表面肌电图是从活动肌肉的皮肤表面所记录到的一维时间序列信号，它虽不能选择性地记录单个运动单位或深部肌肉运动单位的活动，但可反映电极所触及的多个运动单位生物电活动。在不同强度和不同类型的运动中，一块肌肉并非所有的肌纤维都收缩，也不是单根肌纤维独立的收缩，而是不同数目的肌纤维有序地交替参加工作，并且以一定数量的肌纤维作为一个个集体进行全或无的收缩。而积分肌电正是反映参加工作的运动单位的动作电位的总和，其值的高低反映参加工作的运动单位的多少。由于积分肌电信号变化与肌肉活动状态及功能状态之间存在较好的关联，且积分肌电信号的获取与分析具有实时性、客观性、敏感性及灵活性等特点，故积分肌电信号分析常被用于人的肌肉工作相关性研究，如肌肉工作技能协调性和合理性分析、步态分析、肌肉活动状态及疲劳状态分析，它们同体力负荷的心理主观评价一道共同构成体力负荷能力的整体评价指标体系。

表2中得出，股内侧肌在模式1的积分肌电平均值±标准差是238.21±67.96，模式2的积分肌电平均值±标准差是255.37±68.07，与模式1相比有非常显著性差异（P＜0.01），模式3的积分肌电平均值±标准差是261.51±70.06，与模式1和模式2相比都有非常显著性差异（P＜0.01）。股直肌在模式1的积分肌电平均值±标准差是241.08±65.07，模式2的积分肌电平均值±标准差是268.73±67.83，与模式1相比有非常显著性差异（P＜0.01），模式3的积分肌电平均值±标准差是281.44±69.02，与模式1相比有非常显著性差异（P＜0.01），与模式2相比有显著性差异（P＜0.05）。股外侧肌在模式1的积分肌电平均值±标准差是234.03±78.14，模式2的积分肌电平均值±标准差是249.80±83.04，与模式1相比有非常显著性差异（P＜0.01），模式3的积分肌电平均值±标准差是271.93±79.40，与模式1相比有非常显著性差异（P＜0.01），与模式2相比有显著性差异（P＜0.05）。股二头肌在模式1的积分肌电平均值±标准差是171.53±64.95，模式2的积分肌电平均值±标准差是190.83±63.11，与模式1相比有显著性差异（P＜0.05），模式3的积分肌电平均值±标准差是213.97±92.15，与模式1相比有显著性差异（P＜0.05），与模式2相比没有显著性差异（P＞0.05）。臀大肌在模式1的积分肌电平均值±标准差是155.85±52.12，模式2的积分肌电平均值±标准差是169.12±57.52，与模式1相比有非常显著性差异（P＜0.01），模式3的积分肌电平均值±标准差是178.30±57.36，与模式1和模式2相比都有非常显著性差异（P＜0.01）。

3 结 论

深蹲动作模式1的积分肌电数值与动作模式2相比，股内侧肌、股直肌、股外侧肌、臀大肌有非常显著性差异（P＜0.01），股二头肌有显著性差异（P＜0.05）。 动作模式2的积分肌电数值与动作模式3相比，股内侧肌、臀大肌有非常显著性差异（P＜0.01），股直肌、股外侧肌有显著性差异（P＜0.05），股二头肌没有显著性差异（P＞0.05）。动作模式1的积分肌电数值与动作模式3相比，股内侧肌、股直肌、股外侧肌、臀大肌有非常显著性差异（P＜0.01），股二头肌有显著性差异（P＜0.05）。

研究表明，正确的深蹲动作与传统的不规范动作相比，不同模式的积分肌电数值表现出显著性差异，通过本次实验说明，在深蹲训练中要强调臀部肌肉的主动收缩，能更好的提高下肢力量的作用。

4 建 议

运动员长期进行正确的力量训练，能够形成稳定的肌肉协调模式，这是提高运动成绩的必要条件。在下肢力量训练中强调的规范的深蹲，即两脚与肩同宽，下蹲过程中膝关节不超过脚尖，并保持在脚的正上方，无内扣等，并强调臀部肌肉主动收缩，能激活臀部肌肉，更好的提高下肢肌肉力量的作用。在每组训练的间隙，进行些腰腹柔韧、灵活协调训练素质等，这样能加速基础力量向运动力量的转化。

本文中所研究的力量训练方法，还有待于参数化描述、训练参数设定、运动员训练监控和反馈等问题进行更加深入的研究与完善。同时，该方法和设备也可以应用到其他部位力量训练、以及人体深层肌肉的力量训练中，具有广泛的应用前景。

[1]师玉涛，黄 晨，孙 科，刘 颖.三种半蹲动作模式的肌电特征测试研究[R].第十五届全国运动生物力学学术交流大会，南京，2012.

[2]刘耀荣，周 里.不同阻力收缩时骨骼肌力量、爆发力与SEMG交互特征[C].全国博士生学术论坛（体育学）论文集，北京，2008，257～271.

[3]李世明.肌电测量技术的应用[J].中国临床康复，2006，10（41）：150.

[4]王 健.sEMG信号分析及其应用研究进展[J].体育科学，2000，20（4）：56～60.

[5]罗 璇.不同形式跑台运动过程中下肢肌表面肌电图的变化特征[D]. 江苏：苏州大学，2009.

[6]菀延刚，王向东，张 戈.肌电测量方法及其在体育科研中的应用[R].第十届全国运动生物力学学术交流大会，石家庄，2002.

[7]李良标.影片解析中人体测量点的确定方法[J].体育科学，1991，（3）：38～43.

[8]郑锦武.爆发力训练理论的研究探讨[J].广东科技，2011，7（14）：54～55.

[9]温爱玲.24式太极拳下肢肌肉肌电特征分析[D]. 北京：北京体育大学，2010.

Electromyography Characteristics of the Three Squats Action Modes

TANG Guang-xu1, 2, ZHAO Li2, DONG Heng-kui1

Objective: EMG tests on three different squat modes to explore the rationality of action in different modes, to provide a theoretical basis for teaching and training. Methods: In this paper, use documents, experiments and mathematical statistics EMG test comparison of different modes to analysis. Results: The first operation mode and second operation mode compared to the vastus medialis, rectus femoris, vastus lateralis, gluteus maximus very significant difference （P ＜0.01）, biceps femoris significant difference （P ＜0.05）. The first operation mode and third operation mode compared to the vastus medialis, rectus femoris, vastus lateralis, gluteus maximus very significant difference （P ＜0.01）, biceps femoris significant difference （P ＜0.05）. The second operation mode and third operation mode compared to the vastus medialis, gluteus maximus very significant difference （P ＜0.01）, rectus femoris, vastus lateralis significant difference （P ＜0.05）, biceps femoris no significant difference （P＞ 0.05）. Conclusion: Three different modes of squat vastus lateralis, vastus medialis, biceps femoris, gluteus maximus integrated EMG values showed significant differences, the third operation mode is better than the other two operation modes. Squat stressed that the hip active contraction of the muscles in order to enhance the role of the lower extremity strength.

Squats action; Electromyography characteristics; Research

1007―6891（2014）03―0031―04

G804.63

A

2013-10-23

2013年度甘肃省体育社会科学研究项目。项目编号：GST201334；甘肃省2013年度甘肃省体育社会科学研究项目各1项河西学院校长基金项目XZ2013-08;十二五科技支撑计划课题：体育锻炼促进体质健康机理的研究（课题编号：2012BAK21B03）。

1.河西学院体育学院，甘肃 张掖，734000；2.北京体育大学运动人体科学学院，北京，100084。

1.Deparment of P.E., Hexi University, Gansu Zhangye, 734000, China; 2.Beijing Sports University, Beijing, 100084, China.