多种徒手深蹲模式下肢肌肉的肌电研究

李春轶，李慧忠，裘琴儿

(宁波大学 体育学院，浙江 宁波 315211)

徒手深蹲练习在大众体育力量训练方面起到了重要作用。它具有增强人体美感和提高生活质量的作用。徒手深蹲练习不需要借助辅助工具，方便简单，因此受到广大健身爱好者的青睐。但是徒手深蹲中包含了屈髋屈膝等一系列动作，涉及的肌肉数量多，不同深蹲动作模式产生的运动效果也大不相同。而下肢蹲的深浅跟膝的空间方位(膝关节是否在脚尖前面)往往是与下肢关节相关肌肉活动产生运动效果最密切的两个因素[1]。由此可见，徒手深蹲的技术动作模式探究是一个极大的关注点。

下肢肌肉群是人体最大的肌肉组织，它的功能好坏直接影响到人们的运动能力。膝关节、髋关节的角度变化引起关节附近的相关肌肉进行收缩运动，改变了肌纤维的长度[1]。本文从肌电角度[2]分析深蹲过程中下肢肌肉的激活特性，从生活中常见的徒手深蹲形式中简化成本文所探讨的6大徒手深蹲模式，从模式间引起的激活程度和差异性问题的探讨可以进一步完善下肢肌肉训练理论，并为徒手深蹲实践提供有意义的指导。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

宁波大学体育学院十五名男性健身爱好者，平均年龄23.5±1.5岁，平均身高175.4±3.2cm,平均体重76.6±2.4kg。受试者下肢均未出现关节肌肉损伤，实验前24h没有进行剧烈运动，并熟悉本实验不同深蹲模式的各种动作。受试者本着自愿的原则，理解实验意图并积极参与实验，付酬并签署知情同意书。

1.2 实验地点与实验设备

实验于宁波大学大健康研究院完成。实验设备采用芬兰产MEAG-6000表面肌电仪器进行肌电数据采集。对宁波大学男性健身爱好者进行表面肌电测试，获得原始表面肌电图后进行解析,获得所需要的相关数据。

图1 下肢各检测肌肉贴点图

1.3 实验设计与流程

找到肌电电极贴片的位置，然后对电极片所在区域进行处理，通过处理体毛、打磨皮肤和酒精消毒，准确粘贴电极片的位置，尽可能确保肌电信号采集的准确性，臀大肌、股二头肌、股直肌、股内侧肌电极片贴片位置如下：

为了让受试者熟悉本次实验设计的非常规深蹲形式，安排受试者在实验前进行多次适用性练习。同时为了保证测试的客观性和准确性，本研究参考《The ABC of EMG》 的测试方法，进行1RM的测试以后72h再进行肌电测试[4]。要求受试者进行15min的准备活动以后，告知下肢最大肌力收缩的方法并进行最大肌力测试,以便进行各肌肉的标准化。具体测试方法：①臀大肌：被测试者平卧在瑜伽垫上，手臂自然前伸，测试人员紧按背部和臀部，被试勾住脚尖，整条腿向上面抬起大约与地面成20°,要求测试者缓慢增加用力，同时测试人员施加一个向下的力，达到最大力量以后保持3s。②股直肌与股内侧肌：要求被试者坐在椅子上，背部紧靠椅背，双脚自然下垂并悬空，双臂自然置于身体两侧。躯干与大腿成90°，右侧大腿与小腿约为90°时尽最大力量伸膝关节，同时测试人员在被试脚踝上端施加阻力使其固定，对抗伸膝力量，记录股直肌、股内侧肌的肌电信号。③股二头肌：被试者俯卧于软垫上，双手自然放于身体两侧，右侧膝关节弯曲，小腿与地面成20°并尽最大力量屈膝，同时测试人员于踝关节上端施加阻力使其固定对抗屈膝力量，记录股二头肌肌电。测试完最大肌力以后，进行不同种动作的下肢肌肉肌电值大小的测试。

其中，下肢蹲深浅分为浅蹲(标准是膝盖屈曲40°)，半蹲(标准是大腿上部与地面平行，屈曲80°～90°之间)，深蹲(标准是下蹲到大腿上沿水平，大于100°)三种状态，膝的空间方位分为膝关节位于足尖前后。下肢浅蹲并且膝关节在足尖前记为动作模式1；下肢浅蹲并且膝关节在足尖后记为动作模式2；下肢半蹲并且膝关节在足尖前记为动作模式3；下肢半蹲并且膝关节在足尖后记为动作模式4；下肢深蹲并且膝关节在足尖前记为动作模式5；下肢深蹲并且膝关节在足尖后记为动作模式6。受试者前面放置跳箱，控制深蹲过程中下肢关节位置。动作的要领：被试站立于水平面上，双目平视，深蹲的动作制定相应的标准，本实验中每一个受试者采用固定的站距1倍肩宽，足尖方向(外斜15°),以避免由于足距、脚尖方向误差影响肌肉发力[5]。本实验在对深蹲动作进行动作分析的基础上，选取臀大肌、股二头肌、股直肌、股内侧肌等几块下肢肌肉进行实验测试。如图2所示：

图2 徒手深蹲模式图

1.4 数据处理

将测试得到的数据进行带通滤波处理，带通频率为10-400Hz，后将滤波后的数据进行翻正处理，得到肌电数据的RMS值。由于实验对象之间的个体差异性，另外考虑到不同受试对象完成同一动作的不精确性，为了方便比较，本研究将肌电信号进行标准化处理。在一个深蹲模式中，受试对象进行重复5次的特定深蹲动作，截取一个完整的深蹲过程，作为一个分析数据。将测试得到的肌电平均值进行最大肌电值得百分比计算[5]。肌电的标准化采用肌肉EMGrms除以MVC中的两次较大的EMGrms再乘以100，表示为EMGrms(%MVC)。

2 结 果

本文采用肌电仪器设备，用肌电均方根振幅(RMS)作为本实验数据采集的指标。均方根振幅被认为与运动单位募集的数量和肌纤维放电的同步化水平有关，判断肌肉活动的开始和停止时间，估计肌肉产生肌力的大小[7]。

表1 不同深蹲模式中下肢肌群EMGrms(%MVC)影响统计表

注：在每一块肌肉的徒手深蹲模式的肌电数值比较中，A表示徒手深蹲模式4与徒手深蹲模式2存在显著性差异P<0.05，B表示徒手深蹲模式6与徒手蹲模式2存在显著性差异P<0.05，C表示徒手深蹲模式4与徒手深蹲模式3存在显著性差异P<0.05，D表示徒手深蹲模式6与徒手深蹲模式5存在显著性差异P<0.05，E表示徒手深蹲模式5与徒手深蹲模式2存在显著性差异P<0.05，F表示徒手深蹲模式5与徒手深蹲模式4存在显著性差异P<0.05

表2 下肢蹲深度和膝关节方位对下肢肌群的双因素方差分析表

注：△表示股直肌在下肢蹲的深浅和膝的空间方位交互作用中具有显著性差异P<0.05

3 讨论与分析

下肢蹲深度作为单一变量来看，模式6与模式4、模式6与模式2相比较发现，下肢蹲深度对于臀大肌具有显著性影响(P<0.05)；膝关节空间方位作为单一变量来看，模式4与模式3、模式6与模式5相比较发现，膝关节空间方位对于股内侧肌EMGrms有显著性影响(P<0.05)；下肢蹲的深浅和膝的空间方位作为交互因素来看，模式5与模式2、模式5与模式4比较中发现股直肌EMGrms有显著性差异(P<0.05)。其他徒手深蹲模式之间相比较下所检测的肌肉没有显著差异性(P>0.05)。因此，下肢蹲的深浅可以显著增加臀大肌的肌肉激活；膝关节方位可以显著增加股内侧肌的肌肉激活。膝关节位置和下肢蹲深度的交互作用对股直肌具有显著性影响，对其它肌肉的检测均无显著性影响。

3.1 下肢蹲深度作为单一变量对下肢肌肉的影响探究

在模式6与模式4，模式4与模式2之间的比较发现，臀大肌的显著性差异较大(P<0.05)。在下肢蹲深蹲的时候，臀大肌在深蹲过程中表现出更大的激活。随着下肢蹲深度的增加，髋角(股骨与躯干平面之间的夹角)变小，膝角(股骨与胫骨之间的夹角)变小，表现出髋关节的力矩减小，为了使得髋关节伸展，在深蹲的站立阶段，臀大肌表现出更大的激活。姜世华在探究多关节主动不足与被动不足时发现[8]，当深蹲深度达到最大，屈膝屈髋达到最小时，表现出如股直肌、股内侧肌等原动肌肌力不足，在深蹲的站立阶段，臀大肌的收缩提供了髋关节的稳定，同时弥补了原动肌的力量缺陷。与Caterisano[9]研究发现一致，在下肢蹲深度达到最大的时候，臀大肌出现了肌电峰值。本实验进一步验证了在膝关节位置固定(膝关节深蹲时不超过脚尖)时，臀大肌的肌电值随着下肢蹲深度的增加而变大。在浅蹲过程中，股内侧肌与股二头肌的肌电值大小很不平衡，这导致缺少肌肉发力的平衡性，继而产生深蹲过程的不稳定性。在深蹲模式3、4中，我们可以看出股内侧肌、股二头肌与其它四种下肢蹲深度比较来看,互为主动拮抗的两块肌肉的肌电值没有呈现出两极化的状态，这样可以最大化地减少出现因某一块肌肉发力过大和下蹲不平衡的发生[10],同时动作幅度和参与的肌肉量都得到了最大化的提高。

3.2 膝的空间方位作为单一变量对下肢肌肉的影响探究

在模式4与模式3,模式6与模式5的比较过程中，股内侧肌在膝关节不过脚尖的徒手深蹲模式中显示出了更大的肌电激活值。在所测试的下肢四块肌肉中，股内侧肌表现出了最大的肌电值。说明在练习中膝关节不超过脚尖的徒手深蹲模式中股内侧肌募集的运动单位的数量比膝关节超过脚尖的深蹲模式多。深蹲过程中，膝关节超过脚尖，导致身体前倾角度变大，身体的重心也会向前偏移，这样就由于克服自身重力会产生额外的做功[11]，同时在前人的研究中表明身体过分前倾对腰椎的负载同样也会增加。因此在训练中强调人体深蹲的重心应垂直于脚底正中心[12,13]。股二头肌在深蹲中的贡献值相比于其它肌肉而言较小，同时在膝盖有无超过脚尖的对比中，股二头肌没有表现出显著相关性。从生理学解剖的角度来看，股二头肌一头连接在股骨上，另外较长的一头连接在坐骨结节上，只有长头所连接的那一部分肌纤维能够发挥作用。因此在无负重深蹲的过程中，与很多文章体现的负重深蹲中一样，股二头肌产生了最小的肌电值。所以股二头肌相比腘绳肌群的其他两块肌肉而言，其放电量占据了很小的一个部分。唐光旭[14]等人的研究中强调，膝关节不超过脚尖的深蹲动作一方面减少了身体前倾带来的脊柱负荷，另一方面也减少膝关节内扣等不规范问题。

3.3 下肢蹲深度和膝关节空间方位的交互作用对下肢肌肉的影响探究

下肢蹲深浅和膝的空间位置的交互作用对所测肌肉肌电的交互作用只表现在股直肌上。本研究发现在多个深蹲模式过程中，股直肌的均方根振幅值大小差异不大。原因可能是股四头肌中的股直肌在徒手深蹲过程中参与量不够。研究表明，深蹲深度和膝盖位置的不断改变，导致髋关节和膝关节的角度[15]也不断改变，股直肌的峰值力矩跟肌电值也存在较大差异。因此从动作分析来看，在深蹲模式5中，股直肌作为下肢伸肌中的较大一块，股直肌的长度被拉伸至能产生最大收缩力量，股直肌的粗细肌丝同时处于最佳的折叠状态，表现出最大的肌肉肌电激活。其次，由于徒手深蹲受到膝关节位置和下肢蹲深度两个因素的影响，这两种交互作用产生的共性作用也改变了地面对人体支撑的稳定性。根据募集定律[16]来看，机体为了克服在深蹲过程中的非稳定状态，会激发那些深层次的小肌肉群参与，引起表面大肌肉例如股直肌的兴奋性降低。深蹲模式的改变，引起了稳定性差异不同，导致了股直肌在各深蹲模式之间的差异性[17],由此股直肌在各深蹲模式中激活大小的不同。同时在前人的研究中发现，膝关节角度在60°到80°时，膝关节角度接近于本实验深蹲模式5，股直肌在进行肌肉收缩时，也表现出了最大的肌肉力矩[18]。由此来看，深蹲模式5对于股直肌的锻炼效果最佳，明显优于其他深蹲模式。

4 结 论

4.1 深蹲过程中深度达到最大时臀大肌表现出了很大的放电量，在训练臀部的过程中髋部角度的增加，臀大肌会最大地产生髋部伸展的力量。半蹲位置时，徒手深蹲模式3、4可以最大化地减少出现因股内侧肌和股二头肌发力过大和下蹲不平衡的发生，平衡膝角和髋角，可以使得参与运动的肌肉的动作幅度和参与的肌肉量得到最大化，同时减少额外做功。

4.2 在膝关节不超过脚尖的深蹲模式中，股内侧的肌电值显著增加。人体前倾角度减少和腰椎的负载量都极大减少，有助于维持人体的重心在脚正中心下方，减少深蹲过程中相应的危险性。

4.3 下肢蹲深度和膝关节空间方位的交互作用对股直肌的影响显著，说明无负重条件下变化深蹲动作模式可以更多地激发运动单位参与工作，同时增加了深蹲过程中的不稳定因素，进一步强化了股直肌的训练。

5 建 议

臀大肌的力量强化适合用徒手深蹲模式6完成；股内侧的力量强化适合用徒手深蹲模式6、4完成；徒手深蹲模式3、4的无负重训练有利于下肢主动肌和拮抗肌的协调发展；徒手深蹲模式5对股直肌的锻炼效果最佳。由于本研究中设备的局限性，下肢肌肉只能选择具有代表性的几块肌肉，不能对包括髋关节附近的腘绳肌、内收肌等作出更为详细的数据研究。并且本文采用的是徒手深蹲练习，负重深蹲没有进行详细的研究分析。同时，不同的徒手深蹲模式对不同肌肉的影响是不一样的，因此本文建议健身爱好人群要选择性地应用各类深蹲动作，尝试学习一些解剖与生理的知识，为自己带来更好的运动收益。