中長跑運動員跑臺跑與場地跑下肢肌肉工作情況的比較分析

趙曉光，周君一，陳 琳

（1.北京體育大學 研究生院，北京 100084；2.河北體育科學研究所，河北 石家莊 050011）

中長跑運動員跑臺跑與場地跑下肢肌肉工作情況的比較分析

趙曉光1，周君一2，陳 琳2

（1.北京體育大學 研究生院，北京 100084；2.河北體育科學研究所，河北 石家莊 050011）

目的：通過EMG記錄分析跑臺跑和場地跑肌肉用力情況特征，比較這兩種狀態跑時肌肉用力方式的各自特點。方法：11名中長跑運動員，每名運動員分兩天測試，隨機讓其以10 km／h、12 km／h、14 km／h、16 km／h、18 km／h的速度在場地和跑臺（0%、5%、10%坡度）運動6min，每種速度跑之間間歇10min。使用便攜式Megawin ME－6000肌電儀記錄其下肢肌群（臀大肌、股外側肌、股二頭肌、腓腸肌內側頭、脛骨前肌）EMG變化情況。結果表明：在肌肉用力方面，5%坡度的跑臺跑可以模擬場地跑，而10%坡度的跑臺跑則可以給予下肢肌群更強的刺激，以滿足訓練的需要；跑臺跑時，脛骨前肌需要比在場地跑時動員更多的運動單位參與工作，而跑臺的坡度和速度增加對動員更多的運動單位影響不大。

中長跑運動員；跑臺跑；場地跑；肌電圖；積分肌電；平均功率頻率

近年來，運用跑臺來進行訓練方興未艾。跑臺一方面不受外部天氣和溫度條件的影響，另一方面它占用的面積很小且可以定速、定時、定距、定坡度，一些高水平的中長跑運動員甚至將跑臺訓練作為一種創新的訓練方法。跑臺除了研究受試者在不同跑速下的運動方式和特征之外［1－5］，還可以監控心肺和代謝的情況來評估中長跑高水平運動員的能量消耗和其他一些生理學指標［6－10］。隨著表面肌電技術的不斷發展與完善，我們可以通過表面肌電圖來比較與分析受試者在跑臺運動過程中肌肉活動變化的情況［11－16］。那么，跑臺上進行運動與在實際場地上運動所獲得的運動效果在肌肉用力方面是否一致？對此，國內外許多研究人員和學者進行了大量的實驗研究。但有關這兩種運動方式的用力方式是否相同存在著爭議［11－17］。本研究通過測定跑臺跑和場地跑肌肉用力情況特征，闡明這兩種運動方式的相關與不同，比較不同狀態跑時肌肉用力方式的各自特點，從而使跑臺的實驗測試和訓練能夠更好地服務于運動訓練之中，科學地指導運動與訓練實踐。

1 研究對象和方法

1.1 研究對象

男性中長跑二級運動員11名，年齡17.29±3.55歲，身高175.71±3.59 cm，體重61.29±2.14 kg。實驗前24 h內沒有進行劇烈的運動，無肌肉疲勞現象。

1.2 研究方法

1.2.1 肌電測試

采用便攜式Megawin ME－6000肌電儀與佳能攝像機對跑臺跑和場地跑進行測試；采用Megawin肌電分析軟件對跑臺跑和場地跑下肢的肌肉活動狀態進行EMG分析。

肌電圖測試所測量的肌群為優勢腿的下肢各屈伸肌群，包括臀大肌、股外側肌、股二頭肌、腓腸肌內側頭、脛骨前肌。

場地測試在室外標準的400m塑膠田徑跑道上測試；跑臺測試在實驗室內進行。每次測試前預熱測試儀器，同時受試者先做15－20min的準備活動，休息5min后戴上便攜式肌電儀并有攝像機同步記錄。每名受試者實驗分兩天進行，隨機讓其以10km／h、12km／h、14km／h、16km／h、18km／h的速度在場地上和坡度為0%、5%、10%的跑臺上跑6min，每種速度跑之間間歇10min。記錄每組的EMG并保存數據。

1.2.2 數據收集與處理

數據收集均采用肌電儀自帶的分析軟件進行分析并收集保存。實驗數據采用SPSS13.0軟件進行統計學處理。對相關的肌電變量參數進行統計學配對T檢驗（雙側），顯著性水平P＜0.05。

2 實驗結果

2.1 場地跑時跑速增加對下肢肌群的影響

在場地跑時，下肢肌群的IEMG一般都存在隨著跑速的增加而逐漸增大的趨勢。由表1可知，脛骨前肌、股外側肌、股二頭肌以及臀大肌的IEMG均隨著跑速的增加而逐漸增大。僅腓腸肌內側頭不存在這樣的趨勢，腓腸肌內側頭的IEMG在跑速為14km／h時達到最大值，之后隨著跑速的增加，其IEMG不再高于此值。

由表2可知，脛骨前肌和股外側肌在場地跑時，隨著跑速的增加，MPF逐漸減小。

表1 不同跑速下跑臺和場地跑下肢肌群IEMG情況 uVs

2.2 跑臺跑時跑速增加對下肢肌群的影響

在各個坡度跑臺跑過程中，腓腸肌內側頭、股外側肌、股二頭肌和臀大肌的IEMG均隨著跑速的增加而逐漸增大。脛骨前肌在0%以及5%坡度跑臺跑時，IEMG也隨著跑速的增加而逐漸增大。但在10%坡度跑臺跑時，其IEMG在跑速為14km／h時達到最大值，之后隨著跑速的增加IEMG不再增大。

跑臺跑過程中，所測肌群的MPF隨著跑速的增加規律性變化不明顯。

2.3 跑臺跑時坡度增加對下肢肌群的影響

跑臺跑時，腓腸肌內側頭、股外側肌、股二頭肌和臀大肌在所測的各個跑速跑中，其IEMG均隨著坡度的增加而逐漸增大。而脛骨前肌在較慢速（10－14km／h）跑臺跑時，其IEMG也隨著坡度的增加而增大。但當跑速在16km／h以上時，IEMG隨著跑臺坡度的增加而不再增大；同時發現下肢大多數肌群都有其場地跑時的IEMG均高于0%坡度的跑臺跑的趨勢。僅臀大肌與之相反。

跑臺跑時，跑臺坡度的增加對下肢肌群MPF的規律性變化不明顯。

3 分析與討論

3.1 場地跑和跑臺跑時受試者IEMG的變化

表面積分肌電（IEMG）是對肌電圖上的肌電變化曲線與時間橫軸之間所包繞面積的積分，可以反映一段時間內肌肉的肌電活動強弱。許多學者研究發現［18－20］，肌肉張力與IEMG存在線性關系，即隨著肌肉用力或是產生肌張力的增加，肌電信號的IEMG也會隨之增加。本研究結果也證明了這一點，大多數下肢肌群不論是在場地還是跑臺跑，均隨著跑速或者跑臺坡度的增加而逐漸增大。同時發現，在場地跑時，14km／h的跑速可以最大程度的激發腓腸肌內側頭參與工作。在10%坡度的跑臺跑時，14km／h的跑速也可最大程度的激發腓腸肌內側頭參與工作；在跑速相同的情況下，雖然未發現其有顯著性差異，但所測下肢肌群（除臀大肌外）其場地跑時的IEMG均高于0%坡度的跑臺跑，此結果與Murrar［16］等人的觀點相駁 （Murrar等人認為0%坡度跑臺跑的IEMG大于場地跑）。此結果也說明脛骨前肌、腓腸肌內側頭、股外側肌、股二頭肌在場地跑時比在0%坡度跑臺跑募集更多的運動單位參與工作，一般來說，在跑速相同的情況下，人體在0%坡度的跑臺上跑比在場地上跑要輕松一些；但當跑臺坡度為5%時，所測得的下肢肌群（臀大肌除外）的IEMG值與場地跑值相當，說明5%坡度跑臺在肌肉用力方面可以模擬場地跑。而10%坡度的跑臺跑則可以給下肢肌群更強的刺激，使肌肉承受的負荷更大，有利于肌肉對更大負荷的適應，以達到訓練的目的。

表2 不同跑速下跑臺和場地跑下肢肌群MPF情況 Hz

3.2 場地跑和跑臺跑時受試者MPF的變化

在肌電圖的頻域分析方面，將EMG信號進行快速傅里葉轉換（FFT），可獲得EMG信號的頻譜或功率譜。肌電圖功率譜（頻譜）及其代表值平均功率頻率（MPF）和中心頻率（MF）的研究一般集中在肌肉工作至疲勞時的功率譜左移，即低頻成分增加和高頻率成分減少，一般認為快肌運動單位先疲勞，從而要募集更多的慢肌運動單位所致［18－20］。研究發現，在場地跑時，脛骨前肌和股外側肌隨著跑速的增加MPF逐漸減小，說明它們要募集更多的運動單位參與工作。在跑臺跑時，下肢肌群的MPF并未隨著速度或者坡度的增加而發生明顯變化；腓腸肌內側頭、股外側肌、股二頭肌、臀大肌在0%坡度跑臺跑時的MPF高于場地跑，脛骨前肌則相反，說明脛骨前肌在跑臺跑時需要募集更多的運動單位參與工作。

4 結論

（1）在肌肉用力方面，5%坡度的跑臺跑可以模擬場地跑，而10%坡度的跑臺跑則可以給予下肢肌群更強的刺激，以滿足訓練的需要。

（2）跑臺跑時，脛骨前肌需要比在場地跑時動員更多的運動單位參與工作，而跑臺的坡度和速度增加對動員更多的運動單位影響不大。

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Comparison of working of lower limb muscles in treadmill running and court running of middle and long distance race athletes

ZHAO Xiao－guang1，ZHOU Jun－yi2，CHEN Lin2
（1.Graduate Dept.，Beijing Sport Univ.，Beijing 100084，China；2.Hebei Sports Science Research Inst.，Shijiazhuang 050011，China）

goal：the paper compares the muscle power features of the treadmill running and court running with EMG record.Method：11 middle and long distance race athletes are tested for two days with the speeds of 10，12，14，16 and 18km／h on the treadmill and court respectively.Each test lasts for 6 minutes with 10 minutes intervals.The portable megawin ME－6000 myoelectricapparatus was used to record the EMG changes of their lower limb muscle groups.The paper reveals that the treadmill running with 5%slope can be simulated as the court running and the 10%slope can give more stimulation to the lower limb muscles.There are more demand on the shinbone muscle in treadmill running than court running while the slope and the speed of the treadmill has little influence on the demand of the sports units.

middle and long distance race athlete；treadmill running；court running；electromyography；IEMC；average power frequency

G804.23

A

1672-268X（2011）06-040-03

（2011-08-14收稿）