稳定与非稳定条件下不同负重对人体肌群表面肌电RMS的影响——基于对保加利亚深蹲3种负荷的设计

袁雷，董德朋

稳定与非稳定条件下不同负重对人体肌群表面肌电RMS的影响
——基于对保加利亚深蹲3种负荷的设计

袁雷，董德朋

目的：为了探讨稳定与非稳定条件下不同负重对人体肌群RMS的影响。方法：运用实验法、测试法及肌电分析等方法，对12名田径运动员在稳定与非稳定条件下不同负重（0%RM、30%RM及60%RM）的保加利亚深蹲有关肌群（11块）进行了肌电测试与分析。结果：1）通过方差分析发现，负重因素影响肌肉的数量最多（P＜0.05，P＜0.001），且贡献值也均大于其他因素；2）不考虑负重因素时，稳定与非稳定条件下产生的总体效果相差不大，但是，肌群的用力模式组合存在差异，非稳定条件突出了后部肌群（竖脊肌、股二头肌、腓肠肌），而稳定条件突出了腿前部的股四头肌（股直肌、股内侧肌、股外侧肌），在考虑负重因素时，仅在0%RM时，非稳定较稳定刺激了更多的肌肉；3）随着负重的提升，稳定与非稳定条件下的大部分肌肉活性均显著性提高；4）0%RM时，非稳定条件产生的效果优于稳定条件（P＜0.05），而当负重达到30%RM时，则表现为稳定条件更优（P＜0.05），当负重提高到60%RM时，两者没有太大差异（P＞0.05）。结论：1）不同条件的自由负重练习不仅要关注参与肌肉活性的改变，也应考虑用力模式的不同；2）随着负荷的增加，负重成为影响人体肌肉训练效果的主要因素；3）稳定-非稳定条件、负重与人体肌肉RMS存在一种交叉曲线关系，但它们并非对立，预示着非稳定练习应是一种有效辅助手段。

非稳定；肌电；用力模式；关系；均方根振幅

1 前言

随着学者们对运动专项的本质性认识，发现人体在运动中所展现的大多数动作均是在一种非稳定状态下完成的。基于此，人们针对“非稳定”这一特征设计了各种训练方法与手段来提高人体的稳定性力量。这是我国大多数运动队提高运动员稳定性力量的重要途径之一，并将其视为与传统的抗阻力量训练之间的差别所在［2］。其实，稳定支撑面上的自由负重练习由于没有训练器材所涉及的轨迹和幅度限制，同时，又是多关节、多肌肉协调参与人体的多维度运动，因此，该训练方式也同样有着非稳定性因素的存在。Hamlyn等［16］、Baechle等［11］指出，稳定支撑面的自由负重在一定程度上能够提高人体肌肉之间的稳定性和协调性，不仅能够刺激核心部位肌肉［16］，而且是促进传统力量向专项力量迁移的重要手段［11］。因此，稳定支撑面和非稳定支持面上的力量练习逐渐成为运动训练中争议的焦点之一［4］。

同时，在各种稳定和非稳定支撑条件的实验设计中，众多学者根据自己的研究需要均设计了不同的负重，Willardson等［28］通过在稳定与非稳定支撑面上50%RM深蹲，发现稳定与非稳定支撑面对各肌肉积分肌电产生的变化不存在显著性差异；黎涌明等［4］分别设计了徒手、30%RM及60%RM的深蹲，并认为3种负重下，非稳定支撑面均增加了大部分肌肉的活动量，但并无显著性差异（P＞0.05），而负重引起的肌肉活动量则具有显著性（P＜0.05）。但目前对于非稳定条件下的徒手、中低负重的研究仍然处于起步阶段［5，22］，尤其是缺乏基础理论研究的支撑。

本研究通过对人体在稳定与非稳定条件下保加利亚深蹲（以下简称“深蹲”）的不同负重设计，以及对相关肌群进行表面肌电测试与分析，进一步探讨人体在稳定与非稳定条件下不同负重对肌群RMS的影响及其之间的关系。

2 研究对象与方法

2.1 研究对象

考虑到需要在非稳定支撑面上设计一定的负荷，本研究选取受试者标准：1）无急性、慢性伤病史，1年内未出现肌肉拉伤、骨折等伤病情况；2）在最近3年内一直坚持训练；3）熟悉保加利亚单腿深蹲，并能规范的完成预测试。通过对体育学院田径队学生的调查与讲解动作要求，采取自愿报名的方式进行统计与预实验，并签署了实验协议。最终确定12名大一、大二、大三的田径运动员进行测试，均为男性，包括4名一级运动员，8名二级运动员。受试对象年龄为20.50±2.12岁，身高为178.72±5.63 cm，体重为70.65±8.37 kg。选取测试肌肉包括竖脊肌、臀中肌、臀大肌、股二头肌、腓肠肌、股直肌、股内侧肌、股外侧肌、胫骨前肌、腓骨长肌以及比目鱼肌11块肌肉。

2.2 研究方法

2.2.1 实验器材

1.为了结合实际应用，贴合实际训练，本研究采用被训练队广泛应用的平衡盘（品牌：KeepFit）作为非稳定支撑面，其直径为33 cm，重量为1.24 kg。

2.采用美国Delsys公司生产的Delsys Trigno Mobile全无线GPS表面肌电测试仪，由于无凌乱的导线，减少了对受试者的影响，包括1个Trigno个人检测器（123 mm×69 mm× 20 mm，157 g；16个肌电图频道；48个加速器频道），16个Trigno传感器（37 mm×26 mm×15 mm，14 g），每个Trigno传感器里面带有放大器、封装电极以及3个加速度计通道，EMG信号分辨率为16 bit，4 000 Hz的采样率。

3.Vicon三维运动捕捉分析系统:由于膝关节角度具有明确的直观意义，因此，本研究主要采用该系统对膝关节角度进行实时采集，便于后面分析时划分周期。

4.其他：polar心率表-RS800CX（排除疲劳产生的影响）、节拍器（控制深蹲节奏：站立、蹲下以及蹲起均为1 s）、杠铃杆、多公斤级杠铃片、剃须刀、脱脂棉、笔记本电脑、长凳（高45 cm）以及棉球等。

2.2.2 实验设计

实验一：采用重复次数与最大力量关系［8］，结合MC-neely等［23］推荐的方法，对受试者进行最大力量间接测试（表1）。考虑需要避免最大力量测试给实验结果带来的影响，将其安排在正式肌电测试前2周进行。

最大力量测试：1）运动员在测试之前，进行15 min的热身活动，尤其是腰背部、膝、踝关节等，然后进行15 kg负重（稳定：地面）和10 kg负重（非稳定：平衡盘）的保加利亚单腿深蹲，提高适应性；2）积极休息5 min；3）稳定与非稳定条件下的初始蹲起重量分别为30 kg和20 kg，如果受试者次数超过10次，则休息10～15 min，将重量提升5 kg或10 kg再次测试（受试者按照自己的实际体验情况选择提升重量）；4）统计每名受试者负荷重量，以及在该负荷下最大完成次数，根据表1公式，进行最大力量计算，计算结果见表2；5）依据稳定与非稳定下的最大力量数值，计算稳定与非稳定下的30%RM和60%RM所对应的负重值。

实验二：肌电测试：1）基于对受试者最大力量的计算，本研究对受试者在稳定与非稳定条件下分别设计了0% RM（徒手）、30%RM（力量练习定义的最小负重）以及60%RM（考虑安全性和研究的需要）的负荷；2）动作标准：目视前方，深蹲深度要达到在下蹲最低点时，大腿上沿与水平面平行，上半身一直保持与地面垂直，膝盖与脚尖同方向，前脚向前，后脚向后下方；3）正式测试当天，确保受试者24 h内未进行剧烈运动，关闭移动通信设备，测试前受试者进行10～15 min的准备活动及适应性练习；4）实验人员对受试者进行相关肌肉部分的体毛处理和酒精消毒（75%乙醇），待干燥后，选取肌肉肌腹中部最隆起处进行Trigno传感器粘贴固定，具体位置参考了《康复医学肌电使用指导手册》［19］，每个传感器（图1）背面有一箭头，其安置标准为箭头应与肌纤维平行，且保证粘贴在肌腹中心，远离肌肉边缘与肌腱，确保获取肌电信号的精确性；5）受试者在正式测试时，每种情况重复5次，节拍器控制节奏，负荷从小到大依次进行。为了减少疲劳产生的影响，每种情况之间间歇 5～10 min，期间采用 polar心率表（RS800CX）检测受试者的恢复程度（低于100次/min时才进行下一轮深蹲），基本保障受试者能够完全恢复，（图1，为了便于拍摄，让两边保护受试者深蹲的辅助人员短时离开屏幕视野）。

表1 本研究最大力量间接测试方法Table 1 The List of Greatest Force Indirect Test Methods in This Study

表2 受试者最大力量以及负重百分比计算结果Table 2 The List for Calculation Results of the Maximum Force and Weight Percentage

2.2.3 数据处理

将测试数据保存，通过EMGworks Analysis软件进行滤波与整流处理，滤波中采用Butterworth带通滤波器，频率10～400 Hz，整流采用全波整流方式，从而保留了原始肌电信号的所有信息。通过plot as subplots分析，绘制肌电图，通过调整X轴、Y轴位置使其最大化。依据Vicon MX13采集的膝关节角度划分周期，计算与统计每名受试者各状态下深蹲的肌肉RMS值（均方根振幅是指将棘波平方所得，通常用来反映一定时间内肌肉放电的平均水平，判断发力起止点，从而确定肌肉的发力顺序［7］）。通过SPSS 16.0软件录入稳定与非稳定条件下不同负重的RMS值，并以稳定条件下0%RM（徒手）状态时的各肌肉RMS为基准，对其他状态进行标准化处理［18］。本研究采用倍数来表示相对数（纵坐标由原先的uV变成相对值，因此，在后面的雷达图、柱状折线图分析时无量标），即标准化RMS=RMS（各状态）/RMS（稳定条件下0%RM状态）。例如，稳定条件下30%RM状态时的标准化RMS=RMS（稳定条件下30%RM状态）/RMS（稳定条件下0%RM状态）。通过对数据进行标准化处理，进一步减少了由于受试者个体差异、皮脂厚度以及传感器粘贴位置等因素带来的影响。同时，本研究还对部分运动员数据进行了积分分析，N1、N2表示积分的起点和终点、X（t）表示肌电曲线，dt表示采样的时间间隔［6］］和包络线分析，来进一步佐证本研究的部分观点。

图1 受试者深蹲测试例图Figure1.Squat Test Illustration of Subject in This Study

3 结果与分析

3.1 稳定-非稳定条件、负重双因素对人体肌群表面肌电RMS影响的方差分析

本研究采用有交互作用的双因素方差分析将条件、负重2个因素对人体肌群RMS的影响进行了探索，通过选择全模型、平方和分解方法选择Type III，多重比较选择最小显著差数法，同时也对描述性统计、方差齐性检验等进行了选定（表3）。从表3可知，条件、负重以及两者之间的交互均对人体不同肌肉的RMS存在显著性影响，但影响肌肉的多少、各个肌肉的贡献值存在一定的差异。在影响肌肉的多少方面：1）负重影响的肌肉最多，对人体深蹲时的各肌肉均存在显著性影响；2）条件与负重的交互影响的肌肉数量次之，主要影响的9块肌肉包括竖脊肌、臀中肌、臀大肌、腓肠肌、股直肌、股内侧肌、股外侧肌、腓骨长肌以及比目鱼肌；3）稳定-非稳定条件影响最少，主要包括臀中肌、臀大肌、股二头肌、腓肠肌、股直肌、股内侧肌、股外侧肌7块肌肉。在影响的各肌肉贡献大小方面：1）负重影响的贡献均大于条件、条件与负重交互的影响（负重E2ta大于其他影响因素）；2）条件、条件与负重交互的影响贡献则在不同的肌肉中贡献大小有别，如不同条件影响的股二头肌（E2ta=0.085，E2ta=0.002）、股直肌（E2ta=0.373，E2ta=0.094）、股内侧肌（E2ta=0.471，E2ta=0.211）及股外侧肌（E2ta=0.518，E2ta= 0.099）肌肉贡献值大于条件与负重交互的影响，而交互影响的臀中肌（E2ta=0.137，E2ta=0.094）、臀大肌（E2ta=0.185， E2ta=0.175）及腓肠肌（E2ta=0.248，E2ta=0.151）肌肉贡献值大于条件的影响。

从整体效果来看，负重是影响人体肌群RMS变化的主要因素，而稳定-非稳定条件以及与负重之间的交互是影响人体肌群RMS变化的次要因素，它们均在一定程度上对人体肌群的RMS值存在一定的影响。

表3 稳定-非稳定条件、负重对人体肌群表面肌电RMS影响的方差分析结果Table 3 Variance Analysis Results for Effects of Stable-unstable Condition and Loading on the Surface Electromyography RMS of Human Muscle Groups

3.2 稳定与非稳定对人体肌群表面肌电RMS的影响

通过对稳定-非稳定条件、负重进行有交互作用的双因素方差分析表明，无论是不同条件，不同负重，还是条件与负重的交互作用，均对人体深蹲时各肌肉的RMS值具有不同程度的影响。基于此，本研究进一步探讨稳定与非稳定条件下对深蹲各肌肉RMS的影响，包括不考虑条件与负重的交互、考虑条件与负重的交互情况。不考虑交互的情况下（图2），稳定与非稳定条件影响的显著性肌肉数量并无太大差异，但影响的具体肌肉存在不同。稳定较非稳定影响较大的肌肉为：股直肌（1.87±0.59，1.38±0.32）、股内侧肌（1.29±0.28，1.088±0.20）及股外侧肌（1.41±0.32，1.15±0.19）；非稳定较稳定影响较大的肌肉为：竖脊肌（2.64±0.43，2.34±0.38）、股二头肌（1.93±0.32，1.67±0.27）及腓肠肌（2.02±0.38，1.51±0.21）。股二头肌、腓肠肌均为腿部的后部肌群，而股直肌、股外侧肌以及股内侧肌均为股四头肌的主要肌群，其作为人体最大、最有力的肌肉之一，在深蹲中起着至关重要的作用。但是，从雷达图中数值的大小来看，稳定性深蹲较非稳定性深蹲刺激较大的是腿部的前部肌群（股四头肌），而非稳定性深蹲刺激较大的是腿部的后部肌群，因此，用力模式存在差异。

综合来看，稳定与非稳定所影响的整体效果相差不大，这从稳定与非稳定雷达图的面积也可得以证实，但影响的具体肌肉用力模式存在差异，稳定条件重点影响了人体深蹲时的股四头肌，而非稳定条件则对腿部的后部肌群具有较大的刺激。

在考虑条件与负重的交互影响情况下，本研究重点探讨0%RM负重时、30%RM负重时以及60%RM负重时稳定与非稳定的比较（图3～图5）。图3为考虑0%RM负重时的雷达图，此时，人体在稳定与非稳定条件下各肌肉均表现出了显著性差异，且非稳定条件刺激了更多的肌肉，包括竖脊肌（1.71±0.31）、臀中肌（1.18±0.20）、股二头肌（1.23±0.17）、腓肠肌（2.28±0.48）、胫骨肠肌（1.39±0.27）以及比目鱼肌（1.48± 0.21）。从雷达图的面积来看，非稳定条件下的面积也明显大于稳定条件下的面积。由此看来，在徒手状态下，非稳定较稳定表现了较大的优势，刺激了更多的肌肉活性。

在30%RM负重时（图4），人体在稳定条件下较非稳定条件下刺激了更多的肌肉：股直肌（1.68±0.48）、股外侧肌（1.37±0.15）、股内侧肌（1.34±0.11）以及臀大肌（1.57± 0.15），而非稳定仅在竖脊肌（1.72±0.41）、股二头肌（1.87± 0.17）以及腓肠肌（1.74±0.43）上具有更大的刺激。从雷达图面积来看，稳定条件下的面积也明显大于非稳定条件下的面积。也就是说，在30%RM负重时，稳定条件较非稳定条件具有较大的优势。

在60%RM负重时（图5），无论是从刺激肌肉的数量，还是从雷达图的面积来看，两者差距并不是太大，重点差异在臀中肌、股直肌、胫骨前肌以及比目鱼肌上。稳定在股直肌（3.21±0.45）以及比目鱼肌（2.66±0.0.40）上具有较大的优势，而非稳定在臀中肌（2.29±0.31）、胫骨前肌（1.92± 0.36）上具有更大的刺激。

图2 稳定与非稳定条件下的人体各肌肉相对RMS雷达图（不考虑负重）Figure 2.The Rader Graph for the Relative RMS of Human Body Muscles in Stable and Unstable Condition（Without Consideration of Loading）

图3 稳定与非稳定条件下的人体各肌肉相对RMS雷达图（负重0%RM）Figure 3.The Rader Graph for the Relative RMS of Human Body Muscles in Stable and Unstable Condition（Loading0%RM）

图4 稳定与非稳定条件下的人体各肌肉相对RMS雷达图（负重30%RM）Figure 4.The Rader Graph for the Relative RMS of Human Body Muscles in Stable and Unstable Condition（Loading30%RM）

图5 稳定与非稳定条件下的人体各肌肉相对RMS雷达图（负重60%RM）Figure 5.The Rader Graph for the Relative RMS of Human Body Muscles in Stable and Unstable Condition（Loading60%RM）

3.3 不同负重对人体肌群表面肌电RMS的影响

通过稳定-非稳定条件、负重对人体肌肉RMS的双因素方差分析显示，负重是影响人体肌群RMS变化的主要因素。基于此，本研究进一步对交互和不交互两种情况进行了对比分析（图6～图8）。可以看出，无论是否考虑稳定-非稳定条件，负重对人体肌肉RMS均具有较大的影响。在不考虑稳定-非稳定条件情况下（图6），0%RM与30%RM比较时，除竖脊肌（1.35±0.29，1.57±0.37，P＞0.05）、腓肠肌（1.57±0.40，1.64±0.51，P＞0.05）的相对RMS无显著性差异外，其余各肌肉的相对RMS均存在显著性差异。0%RM与60%RM比较时，所有肌肉的相对RMS均存在显著性差异。30%RM与60%RM比较时，除胫骨前肌（1.67±0.35，1.75±0.31，P＞0.05）、腓骨长肌（1.39±0.27，1.42±0.32，P＞0.05）无显著性差异外，其余各肌肉的相对RMS均存在显著性差异（P＜0.001）。

图6 不同负重下人体各肌肉的相对RMS雷达图（不考虑稳定-非稳定条件）Figure 6.The Rader Graph for the Relative RMS of Human Body Muscles under Different Loading（Without Consideration of Stability and Instability）

在考虑稳定条件下的0%RM与30%RM比较中（图7），除竖脊肌无显著性差异外（P＞0.05），其他各肌肉的相对RMS均存在显著性差异。在30%RM与60%RM比较时，除胫骨前肌（1.57±0.15，1.91±0.41，P＞0.05）无显著性差异外，其他肌肉的RMS均表现出了显著性差异。在0% RM与60%RM的比较中，各肌肉均存在不同程度的显著性差异。在考虑非稳定条件下的0%RM与30%RM对比中（图8），仅竖脊肌、股外侧肌、比目鱼肌无显著性差异，0%RM与60%RM比较时，仅腓肠肌无显著性差异，而在30%RM与60%RM比较中，则腓肠肌和腓骨长肌均无显著性差异，且以上均表现出负重高者对肌肉的刺激更大。

从以上结果可以推测，负重对人体肌群RMS具有较高的影响，大部分肌肉均遵循随着负重的增加，肌肉活性增加这一关系，且从雷达图的形状、大小来看，均能够佐证这一结论。

3.4 稳定-非稳定条件、负重与人体肌群表面肌电RMS的关系

为了探讨不同条件、负重与人体肌群RMS的关系，明确稳定与非稳定条件下，RMS随负重增加而具有何种变化的整体特征。本研究对每名受试者不同条件下的各肌肉相对RMS值进行了总和计算，并对各负重下的稳定与非稳定条件的相对RMS总和进行了t检验（图9）：1）0%RM（低负重）状态下，稳定与非稳定所对应的相对RMS值总和存在显著性差异（P＜0.05），表现为非稳定条件对肌群RMS具有更大的影响（13.484±1.516）；2）随着负荷的增加，即稳定条件从0 kg增加到25 kg，非稳定条件从0 kg增加到20 kg，表现出了负重对人体肌肉活性具有更大的影响价值（稳定条件：16.689±3.040）；3）当稳定与非稳定条件均达到60%RM时，此时两种条件的负荷均达到40 kg以上，人体肌肉为了应对这一负荷，表现出了相似的肌肉活性特征（26.562±2.865，25.567±2.451，P＞0.05）。

通过以上分析，本研究认为：1）随着负重的增加，稳定与非稳定条件下的人体肌肉RMS值均增加2）随着负重的增加，人体在高、低负重时所表现出来的主要影响因素发生了变化，即低负荷时非稳定条件为主要影响因素，高负荷时负重为主要影响因素。同时，考虑到每个人体所承受的负重均存在一定的极限（在一定时间内），即越趋向于1 RM，人体所表现的肌肉活性越趋向于1 RM所反映的肌肉RMS值。基于这样的认识，本研究绘制了不同条件、负重与肌肉RMS值的关系构图（图10）。图10基本符合了以上有关稳定-非稳定条件、负重与RMS的主要特征和几个分关系，同时，也反映了它们并非是一种单纯的线性关系，而是存在一种较为复杂的交叉曲线关系。

基于以上特征，研究认为，稳定-非稳定条件、负重与人体肌肉RMS的关系应该是：随着负重的增加，人体肌肉RMS的主要影响因素从非稳定因素，逐渐转变为负重因素，而当负荷提高到一定强度时，负荷量的影响值将完全覆盖非稳定因素所产生的影响值。

图7 不同负重下人体各肌肉的相对RMS雷达图（稳定）Figure 7.The Rader Graph for The Relative RMS of Human Body Muscles under Different Loading（Stability）

图8 不同负重下人体各肌肉的相对RMS雷达图（非稳定）Figure 8.The Rader Graph for The Relative RMS of HumanBody Muscles under Different Loading（Instability）

图9 稳定与非稳定条件下不同负荷的相对RMS值总和变化Figure 9.The Histogram and Line Diagram for Variations of Relative RMS Value Total under Different Loads in Stable and Unstable Condition

图10 稳定-非稳定、负重与肌肉RMS值的关系Figure 10.The Composition for Relationships of Stableunstable Condition，Loading and Muscles RMS Value

4 讨论

4.1 不同条件的自由负重练习不仅要关注参与肌肉活性的改变，也应考虑用力模式的不同

通常，稳定性能力训练需要营造一种非稳定环境来实现，这种环境可以是改变支撑面的稳定性或大小，也可以是改变阻力矩或施加未预期的外力，我国运动队中主要是通过改变支撑面的稳定性来实现的。正是由于非稳定支撑面给运动员带来了不稳定因素，从而可能较稳定支撑面更容易刺激肌肉。毕霞等［1］通过对33名青年人在稳定与非稳定条件下完成俯卧撑、反桥运动、屈膝双桥运动、双桥运动及端坐5个动作进行了表面肌电测试与分析，发现非稳定条件比稳定条件更容易激活腰腹部肌群。Vera-garcia等［26］的研究也发现，非稳定性支撑使得相关肌群的肌电值反应高于固定支撑时的肌群肌电值，这可能是由于这种非稳定性支撑练习能够促使运动员通过神经系统的持续性调节和肌肉系统的持续性反馈，来维持动作的平衡与稳定，从而反应了更高的肌电值。

本研究分析发现，仅在0%RM（徒手）时非稳定条件较稳定条件刺激了更多的肌肉（竖脊肌、臀中肌、股二头肌、腓肠肌、胫骨前肌、比目鱼肌）。有研究认为，徒手、30% RM及60%RM下的非稳定条件练习（硬支撑面）均不能有效的增加身体表层肌肉的刺激程度［4］。其差异的主要原因可能在于采用的非稳定支撑面质地不同，针对不同的支撑面。Wahl等［27］比较了在平衡气囊、BOSU、平衡板以及瑞士球4种非稳定器材上进行站立和蹲立时肌肉的活动量，发现BOSU不能引起所有被测肌肉活动量的显著变化。洪扬等［3］的研究也认为，在软支撑面上的非稳定练习能够有效刺激肌肉活性（P＜0.05），而硬支撑面上的非稳定性练习却不能显著提高肌肉活性（P＞0.05）。因此，支撑面的质地会对非稳定训练的效果产生重要影响，本研究的研究结论也进一步验证了这一观点。同时，研究还认为，这种非稳定支撑面的练习仅在低负重时较稳定支撑面练习能够刺激更多的肌肉，在高负重时并未表现出优于稳定性支撑面练习这一特征。但是，根据Behm等［14］的研究，非稳定支撑面上的练习能够提高人体不同姿势调整时的神经肌肉的预判能力、核心部位肌肉的协调能力，来进一步提升身体的稳定性，这一特性又是有效展现运动技术的重要保证。因此，低负重时的非稳定性练习仍然具有自身的价值存在。

有研究认为，小于30%RM的负重力量练习可能不能有效提高人体的力量能力［20］。本研究通过分析稳定与非稳定对人体肌肉RMS的影响（分为考虑负重和不考虑负重）发现，非稳定支撑面上自由负重练习的用力模式与稳定支撑面练习的用力模式其实是不同的，非稳定支撑面练习对腿部的后部肌群（本研究显示具有显著性效果的肌肉是股二头肌、腓肠肌）具有较大刺激，而稳定支撑面练习对腿部的前部肌群，尤其是对股四头肌（本研究显示具有显著性效果的肌肉是股直肌、股内侧肌、股外侧肌）具有较大的刺激，而这正是肌肉组合用力模式的不同表现。尽管高负荷更有利于人体的力量能力的提升，但是，也应考虑不同条件下用力模式的变化。用力模式是指肌肉在完成某一运动过程中所表现出来的某种特定的动态激活方式［3］，因此，用力模式不仅存在于肌肉与肌肉之间，在单块肌肉中也存在特定的模式特征。人体在运动中，不同肌肉的用力模式存在一定差异，相关研究指出［3］，肌肉活性和用力模式存在4种情况，本研究通过对某名运动员在30%RM时的稳定与非稳定条件下的4块肌肉进行包络线分析（图11），进一步验证了这4种用力模式的存在：1）RMS无差异，模式无差异；2）RMS无差异，模式有差异；3）RMS有差异，模式无差异；4）RMS有差异，模式有差异。

因此，研究认为，人体用力模式存在两个大分类：1）肌肉组合用力模式，这种用力模式是某种特定运动方式的肌肉组合所产生的某一特征，人体是一个复杂的系统，要抓住主要特征来解决重点问题，而针对该深蹲动作，稳定与非稳定状态下所表现出来的肌肉组合用力模式差异在于肌群组合的关系及用力特点的不同；2）单个肌肉用力模式的不同，即以上论述的4种情况。基于以上认识，研究认为，在稳定与非稳定条件下的自由负重练习时，不仅要注重参与肌肉活性的改变，也应考虑用力模式的不同。

4.2 随着负荷的增加，负重成为影响人体肌肉训练效果的主要因素

由于自由负重练习没有训练器材所设计的轨迹与幅度的限制，因此，该练习方式同样存在着非稳定性因素（影响人体稳定因素有重心到支撑面距离、支撑面大小以及重心垂线到支撑面边缘的距离［25］）。例如，自由负重（如杠铃）使原先的人体系统重心提升到人体和器材系统重心，增加了重心到地面的距离，提高了非稳定性。同时，它还是多关节、多肌肉协调参与的多维度运动，训练者需要在保持身体整体稳定的前提下协调发力，Hamlyn等［16］认为，该练习方式同样可以有效刺激核心部位肌肉。因此，目前针对稳定性力量训练的争议焦点便是自由负重训练与非稳定支撑面练习所带来影响的效应。有研究通过对核心力量练习和80%RM的负重深蹲所影响的相关肌肉的肌电值进行比较，发现负重更有利于提高躯干肌肉的肌肉力量［16］。Willardson等［28］的研究也认为，稳定支撑面上的75%RM的深蹲和硬拉对肌肉的刺激，要大于非稳定支撑面50%RM所产生的效果。但是，在稳定和非稳定练习效果对比时，应该控制在同一最大力量百分比之下，尽管非稳定支撑面明显增加了人体的不稳定性，也必然应承受的负荷要小于稳定支撑面［13］。但是，这需要通过设计实验，合理制定同样的最大力量百分比，减少对稳定与非稳定之间比较时带来的影响。

图11 30%RM状态下稳定与非稳定中4块肌肉激活程度包络线（以某名运动员为例）Figure 11.The Linear Envelope of Four Muscles under 30%RM in Stable and Unstable Condition

本研究也正是基于这一点，对稳定性与非稳定性支撑面上的不同负重（徒手、30%RM、60%RM）进行了RMS比较，来探讨影响人体肌肉RMS变化的主要因素。通过对考虑或不考虑稳定-非稳定条件下的不同负重比较发现，无论是否考虑，负重对人体肌肉RMS均具有较大的影响，且从数值与雷达图面积来看，随着负重的增加，人体肌肉的RMS值越高。这也正符合了Henneman的募集定律，即随着运动强度的提升，肌肉的运动单位会依次得到募集［17］。同时，本研究通过对稳定-非稳定条件、负重双因素对人体肌群RMS影响的方差分析发现，从整体效果来看，负重是影响人体肌肉RMS变化的主要因素。由此认为，负重成为影响人体肌肉训练效果的主要因素，是随着负荷的增加逐渐体现出来的。

当然，这并不是说非稳定支撑面的练习方式不重要，毕竟它能够较稳定状态下动员更多的肌肉，尤其是那些位于骨骼肌深层的小肌肉群，从而进一步提高人体肌肉群的衔接性与协调性，为各种运动技术的完成提供重要保障。但也正因如此，在这些肌群中的拮抗肌和辅助肌的兴奋度也相应提高，而主动肌为了适应拮抗肌、辅助肌以及新动员肌群的合力，从而适当减小了自身的兴奋性，进而出现“短板”效应。基于此，本研究认为，随着负荷的增加，负重成为影响人体肌肉训练效果的主要因素这一观点，并不与非稳定支撑面练习存在对立关系，而是应该在运动训练中区别对待，共同服务于运动员的科学训练之中。

4.3 稳定-非稳定条件、负重与人体肌肉RMS存在一种交叉曲线关系

目前，大多数研究集中在探讨非稳定、负重对人体肌肉活性的单纯性影响方向，针对三者之间的更深层次关系研究尚显不足。尽管有研究探讨过它们之间的关系问题，也主要是集中在对肌电与肌力的关系分析上，有的研究者认为它们是线性关系，如Lippold［21］，也有的研究者认为它们是非线性关系，如Vredenbregt等［9］，观点并不一致。因此，用肌电分析来得到人体肌电与肌力的关系问题仍未明确，探索非稳定、负重与人体肌肉肌电的关系更是处于起步阶段。

本研究分析了稳定与非稳定条件下不同负重的肌电特征，从而描述了它们的关系问题，认为稳定-非稳定条件、负重与人体肌肉RMS的关系应该存在一种交叉曲线关系（图10）。在0%RM时，非稳定支撑面练习较稳定支撑面练习表现了对人体肌肉更大的刺激，Anderson等［10］通过设计稳定与非稳定条件（橡胶垫）下的徒手深蹲实验发现，橡胶垫上的练习较稳定条件下练习更明显的刺激了人体的肌肉活性，这一点与本研究结论相似。而当负重达到30%RM时，由于稳定支撑面负荷增加到25 kg，而非稳定支撑面负荷增加到20 kg，从而表现出了稳定支撑面较非稳定支撑面对人体肌肉产生了更大的刺激，即负重成为主要影响因素。这一点与Behm等［12］的研究相一致，在负重升高时，非稳定条件较稳定条件的比目鱼肌肌电值下降2.9%，股四头肌肌电值下降44.3%。这可能是由于改变用力模式所致，有的肌肉活性被动员，也有的肌肉活性被消减，从而形成了新的工作关系，改变了肌肉表现特征。而当达到60%RM时，此时无论是非稳定支撑面练习，还是稳定支撑面练习，其负荷均达到40 kg以上（单腿），而人体为了应对负荷的增大，两种状态表现出了相似的肌电特征。这与Willardson等［28］的研究结果相似，他们通过设计受试者在稳定与非稳定支撑面上50%RM深蹲，发现稳定与非稳定支撑面对各肌肉积分肌电产生的变化不存在显著性差异（P＞0.05）。通过绘制柱形折线图，进一步发现了它们之间存在着一种交叉曲线关系，这一观点与Chaffin等的研究存在相似之处（图12-1）。Chaffin等［15］指出，无论是40%最大肌力以下强度收缩，还是60%最大肌力以上强度收缩，其肌电和肌力均呈线性关系，而60%以上最大肌力时直线斜率较大。但是，与之不同的是，他们的研究并未考虑人的极限问题，而本研究认为，人体所承受的负重均存在一定的极限（在一定时间内），即越趋向于1 RM，人体所表现的肌肉RMS值越趋向于1 RM所反映的肌肉RMS值。Petrofsky等［24］让受试者的抓握肌采用20%～70%最大肌力做等长收缩时，发现RMS随最大肌力的提升而提高，但在70%最大肌力时，提高幅度逐渐减小。从侧面表达了越趋向于100%最大肌力，其肌电值越趋向于某一极限这一特征。同时，本研究为了进一步对该结论进行佐证以及便于与Chaffin所采用的指标IEMG进行对比，通过EMG works Analysis软件得到了IEMG结果，并对各肌肉的IEMG进行了标准化处理与总和计算，绘制了稳定与非稳定条件下不同负荷的相对IEMG值总和变化柱状折线图（图12-2）。基于此，研究认为，稳定-非稳定条件、负重与人体肌肉RMS存在一种交叉曲线关系，而并非对立，非稳定条件练习也应是提升运动员力量素质的一种有效辅助手段。

5 结论

1.稳定与非稳定条件下的自由负重练习（不考虑负重）对人体相关肌群影响的整体效果相差不大，但不同条件下的肌肉用力模式却存在差异。研究表明，非稳定条件对人体深蹲时腿部的后部肌群影响较大（股二头肌、腓肠肌），而稳定条件则对腿部的前部肌群具有较大刺激（股直肌、股内侧肌、股外侧肌），这是不同肌肉的组合用力模式的差异，同时，不同的单块肌肉用力模式也存在不同情形。因此，不同条件的自由负重练习不仅要关注参与肌肉活性的改变，也应考虑用力模式的不同。

图12 本研究等研究结果与Chaffin等研究结果的比较Figure 12. The Results of This Study Compared with The Results of Chaffin’s Study

2.从稳定-非稳定条件、负重双因素对人体肌群RMS影响的方差分析中发现，负重是影响人体肌群RMS变化的主要因素。通过进一步分析不同条件、负重对人体肌群表面肌电RMS的影响可知，人体肌肉RMS值是随着负重的增加而逐步提高的，低负荷时，非稳定条件存在一定优势，但是，随着负荷的增加，负重这一因素表现的优势愈加突出。研究认为，随着负荷的增加，负重成为影响人体肌肉训练效果的主要因素。

3.稳定-非稳定条件、负重与人体肌肉RMS存在一种交叉曲线关系，即随着负重的增加，人体肌肉RMS的主要影响因素从非稳定因素，逐渐转变为负重因素。

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Effect of Different Loads under Stable and Unstable Conditions on RMS of Human Body Muscles—Based on Design of Three Kinds of Load in Bulgaria Squat

YUAN Lei，DONG De-peng

Objective：In order to investigate the effects of different loads under stable and unstable conditions on RMS of the human body muscles.Method：The study tested and analyzed the related muscles of Bulgaria Squat of different loads under the stable and unstable conditions to 12 athletes by using experiment，test method and EMG analysis method.Results：1）Load factors influence the largest muscle numbers（P＜0.05，P＜0.001），and the contribution values were greater than other factors by variance analysis.2）When the load factor is not considered，the overall effect of stable and unstable conditions is similar，but there is a difference between force mode combinations of the muscle groups.Unstable conditions highlighted the back muscle group（Erector Spinae，Biceps Femoris，Gastrocnemius），and stable condition highlights the quadriceps（Rectus Femoris，Vastus Muscle，Vestus Lateralis）.When taking into account the load factor，unstable condition stimulate more muscle than stable condition only occurs on the 0%RM.3）with the increase of load，most of muscle activity was significantly increased under stable and unstable condition.4）When the load in 0%RM，effects of unstable condition are better than stable condition（P＜0.05）；When the load is increased to 30%RM，the stable condition is better（P＜0.05）；When the load is increased to 60% RM，both not too big difference（P＞0.05）.Conclusion:1）We should not only pay attention to the changes of muscle activity，but also the changes of force mode in free weight exercise with different conditions.2）With the increase of load，the load becomes the main factor that influencing the human body muscle training effect.3）There is a intersecting curve relationship among stable-unstable condition，load and RMS，but they are not opposite，which indicates that the unstable exercise should be an effective assistant method.

unstable；EMG；force mode；relationship；RMS

1002-9826（2017）02-0033-10

10.16470/j.csst.201702005

G804.63

：A

2016-07-06；

：2017-01-10

国家体育总局奥运攻关项目（2015HT032）。

袁雷，男，教授，博士，博士研究生导师，主要研究方向为专项竞技运动理论与方法，E-mail:yuanlei_jlu@ 126.com。

吉林大学，吉林长春130012 Jilin University，Changchun 130012，China.