不同形式振動訓練中下肢肌群的神經肌肉激活特征

李玉章

不同形式振動訓練中下肢肌群的神經肌肉激活特征

李玉章

探討半蹲姿勢下，垂直振動和多維振動刺激所引起的下肢不同肌群的神經肌肉激活特征。結果表明，兩種振動刺激均能誘發激活更多的運動單位參與募集，增加肌肉的EMGrms值，但多維組合振動改變同群肌肉內和前后肌群間的支配比例關系，為科學運用振動訓練法提供理論依據。

振動訓練；表面肌電測試；神經肌肉激活特征

運動生理學中指出了提高肌肉力量的兩條途徑，一是增加肌肉的橫斷面積，二是改善肌肉內和肌肉間的協調性。然而，對于大多數的體育項目運動員來講增加橫斷面積是不可取的，因此，后者便作為其力量訓練的突破口，促使人們不斷地進行探索，以期達到提高競技水平的目的。20世紀80年代初，原蘇聯的一些專家在探索新的力量訓練手段時提出了“振動訓練（vibration training）”。20世紀90年代后，該方法在國外眾多領域得到廣泛應用。近年來，振動訓練在運動訓練實踐中的應用已經受到重視。目前，文獻中大多數相關研究主要探討了單維垂直振動訓練對人體的最大力量、爆發力量、柔韌性等方面的即時性影響和對骨骼密度（成分）、內分泌系統等方面的長期適應性影響[1-9]。但是，當其產生的規則的正弦振動波與人體內臟器官的自振頻率較接近時，容易產生共振，使練習者出現頭暈、惡心等不適癥狀。同時，依據神經生理學原理，人體神經肌肉系統對規則的刺激容易適應，產生的后效作用會降低。為此，德國Scisens公司借助多位力量訓練專家，經過多年的研究和實踐，于2004年成功研制出SRT-Sports多維組合振動訓練臺，改變了以往單一的正弦波垂直振動模式，實現了在X、Y、Z 3個維度上任意隨機的組合振動模式，且處于低頻率振動范圍之內。然而，目前有關人體下肢肌肉對多維振動刺激的反應規律，特別是在多維振動過程中不同振動條件所誘發的神經肌肉活動支配規律，尚不清楚。因此，本研究采用試驗法和比較研究法，探討由兩種振動模式組成的8種不同振動條件中下肢肌肉的激活特征及其引發的訓練學意義，以期為科學運用振動訓練提供一定的理論依據。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

20名男性大學生，年齡（21.2±1.5）歲，身高（177.9±5.2）cm，體重（67.9±6.7）kg。所有受試者均無振動訓練禁忌癥。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗法（1）試驗時間和地點。2007年5月24日至6月5日在首都體育學院機能測試中心進行試驗。

（2）試驗器材。振動臺采用德國SRT-Sport-Zeptoring多維組合振動臺（見圖1左）和韓國特波聲波單維垂直振動臺（TURBO SONIC-TT-2590L，見圖1中）。

圖1 受試者在SRT-Sports和Turbo sonic振動訓練儀上的站位姿勢及測試的肌群圖示Figure 1 The Standing Posture and Tested Muscles for Subjects on the SRT-Sports and Turbo sonic Vibration Platform

表面肌電圖測試采用美國產Noraxon Telemyo 2400T無線遙測系統，分析軟件采用系統專用MyoResartch XP Master1.06.54版，采樣頻率為3000 Hz/通道。電極粘貼的方法參考Edward F.Delagi等和歐盟推薦的表面肌電電極粘貼標準[9]進行電極定位、粘貼和固定，所測肌群見圖1右。操作使用中參閱User Manual of SRT-Sports Professiona、The ABC of EMG[9]、MyoResearch XP Master Manual等操作手冊。

（3）試驗設計。膝關節角度控制在120°（見圖1）。振動頻率選用了6 Hz、8 Hz、10 Hz、12 Hz 4個振動頻率；文中和圖例中的SRT－6、SRT－8、SRT－10、SRT－12表示組合振動的4種條件，TB－6、TB－8、TB－10、TB－12表示垂直振動的4種條件。Static表示靜止半蹲姿勢（屈膝120°）。試驗要求每種條件重復2次，每次持續35 s，次間歇2 min，組間歇5 min。

測試肌群：下肢前群（股內側肌/VMO、股直肌/RF、股外側肌/VLO、脛骨前肌/TA），下肢后群（半腱肌/SEM、股二頭肌長頭/BF、腓腸肌內側頭/MG和外側頭/LG）。

1.2.2 數據處理信號的噪音控制方法與判定方法同文獻[10]，噪音控制檢測結果符合肌電基線標準的要求[11]。

表面肌電的信號采集和數據處理：從第4 s開始連續記取3個10 s，分別記為F10 s、M10 s、L10 s；以各肌群靜態半蹲時中間一個10 s（M10 s）的表面肌電均方根值為基準（作為100%），對各種振動條件下所測肌群的激活程度進行標準化處理，稱為相對激活百分比。

采用SPSS 12.0建立數據庫，對所得數據進行統計分析。采用單因素方差分析和LSD檢驗，對各因素間的差異性進行多重比較分析，**表示P＜0.01，*表示P＜0.05。

1.3 概念界定

本研究中的神經肌肉激活特征主要指振動過程中，振動刺激所誘發的肌肉激活程度、肌肉間或肌群間的協調支配比例。

2 結果與分析

2.1 靜力性屈膝半蹲姿勢中被測肌肉的激活特征

研究結果表明，靜力性屈膝120°半蹲時，髖、膝、踝3關節屈曲引起了被測肌肉的工作方式發生變化，有的被拉長（如股四頭肌、脛骨前肌等），有的相對放松（如股二頭肌等），與之對應的肌肉放電程度也發生了相應的變化（見圖2）。圖2為兩次測試的結果，形狀非常相似，統計結果表明相關程度非常高，r=0.941**，即重復測量的一致性很高。

圖2 靜力性屈膝半蹲時下肢被測肌肉的激活特征Figure 2 The Activation Characteristics of the Lower Limb's Tested Muscles during Static Squat

從圖2中可以看出，靜力性屈膝半蹲時，股內肌、股外肌、股直肌的激活程度顯著增大，即主要發揮伸膝作用的股四頭肌運動單位的放電量出現顯著增加。就本研究測試對象而言，在靜力性120°半蹲中，大腿前群以股內肌、股外肌為主，股直肌并不占據主要地位；后群中股二頭肌的EMGrms值要大于半腱肌，但差異不顯著，說明此時二者發揮的作用一致；小腿肌群同樣表現為脛骨前肌的激活程度要高于腓腸肌，主要是由關節彎曲牽拉誘發了更多運動單位被激活所致。圖2也可以直觀地反映出靜力性半蹲中大、小腿前后肌群的支配關系，大腿顯著高于小腿，前群肌肉的激活顯著高于后群，發揮主要作用。這說明靜力性半蹲中下肢被動員的主要肌群為前群，特別是大腿前群，因此，半蹲對提高大腿前群肌力是很好的鍛煉手段。

2.2 不同振動條件下大腿前群被測肌肉的激活特征

由圖3可以看出，不同頻率振動刺激對大腿前群被測肌肉的激活程度存在區別。各種條件的振動刺激對股直肌的影響最明顯（P＜0.01），激活程度也大于股內側肌和股外側肌。本研究結果表明，肌肉激活程度與振動強度密切相關，伴隨振動強度的遞增所誘發的激活程度呈現明顯的階梯式遞增。因此，振動過程中各肌肉對振動具有一定的選擇性激活特性。在振動中，當遠端的振動波傳遞至大腿時，會直接引起被測肌肉產生高速SSC收縮，促使被測肌肉中更多的高閾值運動單位產生募集，進而形成了較高的肌肉激活，可以達到高于靜力性半蹲狀態的5倍之多（P＜0.01）。因此，振動訓練手段能夠使肌肉產生較高的誘發激活，對提高肌肉力量是非常有益的。由此可以看出，單維垂直振動和多維組合振動都能促使運動單位產生更大激活與募集，在某些條件下單維垂直振動激活度可能還大于多維組合振動。其主要原因是，單維垂直振動主要引起了膝關節的屈伸，誘發大腿前群產生了大幅度的快速SSC收縮；而多維組合振動中，不僅存在膝關節的快速屈伸，促使股內肌、股直肌和股外肌進行SSC收縮，而且踝關節的屈伸和控制前后移動，誘發小腿相關肌肉也進行應變性SSC收縮。

圖3 大腿前群被測肌肉在不同振動條件下的相對激活比例Figure 3 The Relative EMG Activation of the Tested Anterior Thigh Muscles during Different Vibration

為了分析振動刺激對同組被測肌肉間相互協調關系的影響，我們將大腿前群作為一個整體（100%），對不同振動條件下半蹲中各肌肉的放電量（EMGrms）比例進行了比較，結果見圖4。

圖4 大腿前群被測肌肉在不同振動條件下對維持平衡的貢獻率Figure 4 The Contribution Rate of Tested Anterior Thigh Muscles for balance during Different Vibration

由圖4可以看出，在多維組合振動中，隨著振動強度增加，股內側肌和股外側肌的放電量所占比例逐漸縮小，而股直肌所占比例逐漸增大，即三塊肌肉的貢獻率逐漸趨向均衡發展，說明多維組合振動對改善同組肌群中肌肉間的協調化、同步化工作能力是一種有效的訓練手段，有利于改善肌肉內和肌肉間的相互協調作用，促進同步激活，進而能有效地提高最大力量、快速力量和力量耐力。而在單維垂直振動條件中，同組肌群中被測肌肉間的相對支配比例變化不大，差異不顯著（P＞0.05）。此結論與“訓練形成的神經性適應，使肌肉的激活水平提高，使肌肉的激活更加同步化”[12]這一結論的內涵相一致。

2.3 不同振動條件下大腿后群被測肌肉的激活特征

雖然安靜狀態下，大腿后群幾乎不參與工作，EMGrms值較小，但是從圖5可以看出振動過程中，振動強度與大腿后群肌肉的誘發激活程度呈正相關關系（P＜0.01），即振動強度越大，肌肉被激活程度也越高，最高值可達靜力性半蹲時的7倍左右。但不同振動強度對大腿后群兩塊肌肉的激活程度稍有不同，也不像大腿前群那樣肌肉間存在明顯差異，說明由于受解剖學的影響，這兩塊肌肉在功能上較一致，受振動刺激誘發的激活程度也較一致，都動員了肌群中更多的高閾值運動單位。

圖5 大腿后群被測肌肉在不同振動條件下的相對激活比例Figure 5 The Relative Activation Proportion of Tested Posterior Thigh Muscles during Different Vibration

圖6可以看出，在多維組合振動條件下，這兩塊肌肉的支配比例隨振動強度增加有均衡發展的趨向，而在單維垂直振動中，此特征不明顯。這個結果進一步證明了振動刺激不會完全改變半腱肌和股二頭肌在各種振動條件下的神經肌肉支配關系，但組合振動較垂直振動在改善肌肉間協調用力的調整作用上更有效，可以作為改善神經肌肉間的協調支配以提高肌肉力量的手段[13－14]。

圖6 大腿后群被測肌肉在不同振動條件下對維持平衡的貢獻率Figure 6 The Contribution Rate of Tested Posterior Thigh Muscles for Balance during Different Vibration

2.4 不同振動條件下小腿被測肌肉的激活特征

本研究中選取了小腿肌群中的脛骨前肌、腓腸肌內側頭和外側頭3塊肌肉。圖7顯示，在振動條件下小腿被測肌肉的激活程度顯著增大（P＜0.05），且隨振動強度的增強而增加，最大激活程度可以達到靜力性半蹲的近30倍，具有顯著性差異（P＜0.01）。對脛骨前肌的激活程度顯著高于腓腸肌的內、外側頭（P＜0.05）。在相同振動頻率下，就腓腸肌的被激活程度而言，內側頭又高于外側頭。這主要是受振動模式和振動傳遞率的影響所致[14]。文獻也指出：在多維組合振動中，振動臺面存在著上下、前后、左右的多維度隨機變化[11，15]，通過大、小腿的振動傳遞，促使小腿肌肉產生了隨機的、不規則的SSC收縮，激活了肌肉中更多的運動單位參與募集和同步工作，因此，其激活程度隨著振動強度的增加形成了明顯的梯度；在單維垂直振動中，臺面是以規則的正弦波上下運動，被測肌肉的SSC收縮形式相對穩定，其運動單位的募集模式較單一，但踝關節屈伸角度變化幅度較大，因此，同頻率下的激活程度可能較組合振動大，但最大激活EMGrms值比組合振動峰值時要小。

圖7 小腿肌群中被測肌肉在不同振動條件下的相對激活比例Figure 7 The Relative Activation Proportion of Tested Calf Muscles during Different Vibration

上述結果表明，采用多維組合振動臺時，通過選擇和設定不同的振動頻率，能夠滿足不同人群對不同肌群實施訓練的需求，以及不同訓練階段對訓練強度（負荷刺激強度）的需求；而垂直振動臺由于在振動頻率和實際振動強度間對應關系的不一致性，即振動強度梯度沒有采用組合振動臺時那樣明顯，因此在實施不同負荷的針對性訓練時有可能效果不理想。

由圖8可以看出，不同振動條件下小腿前、后肌群的被激活比例不同。相對于安靜狀態而言，在單維垂直振動中，對小腿后群肌肉的激活程度比前群肌肉更大，但不規律；而在多維組合振動中，隨著振動強度的加強，前、后肌群的激活比例發生了明顯變化，如振動頻率在6 Hz、8 Hz時對前群肌肉（脛骨前肌）的激活程度較大，而隨著振動頻率的增加（如在10 Hz、12 Hz），逐漸增大了對后群肌肉（腓腸肌內側頭和外側頭）的激活。這一結果充分證明了多維組合振動具有較強的針對性訓練的使用價值，即如果重點訓練小腿前群肌肉，采用低頻率多維刺激就能達到高激活目的；相反，如果重點訓練小腿后群肌肉，則需要采用較高的振動頻率刺激才能達到高激活效果。

圖8 小腿前后群被測肌肉在不同振動條件下對維持平衡的貢獻率Figure 8 The Contribution Rate of Tested Calf Muscles for Balance during Different Vibration

2.5 振動訓練的訓練學意義

綜上，我們認為振動訓練尤其是多維組合振動訓練，在運動員的專項力量訓練和康復性體能訓練中具有較好的應用前景，主要體現在以下幾個方面。

（1）振動訓練通過反復地快速SSC收縮刺激，動員了參與工作的屈伸肌群中更多的高閾值運動單位參與募集程度增加，表現為EMGrms值增大，進而改變肌肉的做功能力。

（2）許多力量訓練研究結果表明，高水平運動員快速力量的提高主要取決于其具有良好的肌肉內和肌肉間的協調能力，而本研究證明了多維組合振動訓練能夠改善肌肉內協調和肌肉間協調，具有促進同步激活的功能，有利于改善神經—肌肉的適應性，這一點對運動訓練來講是非常重要和有意義的。

（3）振動訓練的刺激形式存在著多樣性，振動的形式較多、刺激頻率的變化范圍較大，避免了神經肌肉系統過早地產生適應。其中，采用多維組合振動訓練，可在各種振動條件下產生明顯的刺激強度梯度，符合運動訓練對負荷遞增性原則的要求，且有利于實施針對性力量訓練。

3 結論與建議

（1）盡管各種振動都能夠改善神經肌肉系統的適應性。但是，振動刺激的多種模式對下肢各肌群的激活特征存在差異，在改進肌肉內和肌肉間的同步激活方面，多維組合振動優于單維垂直振動。（2）不同振動刺激改變了下肢同組肌群以及屈伸肌群中各肌肉的支配比例關系，這一刺激促進了肌肉間的協調激活和同步化工作，有利于肌肉力量的提高。（3）多維組合振動訓練通過改善神經肌肉系統功能，來促進神經肌肉控制的協調性增加，符合現代力量訓練的要求，是一種很好的力量訓練手段，特別是對于實施針對性力量訓練更具可操作性意義。

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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；錄用日期：2010-11-22

上海市教委科研項目（項目編號：06IZ001）；上海市教委第五期重點學科建設資助項目（項目編號：J51001）

李玉章（1975-），男，河北石家莊人，副教授，博士，研究方向為運動訓練監控理論與方法。

上海體育學院體育教育訓練學院，上海200438。