負(fù)重全身振動(dòng)刺激對(duì)下肢肌肉激活的影響

摘要：【目的】探尋負(fù)重半蹲起全身振動(dòng)對(duì)下肢神經(jīng)肌肉激活的最佳振動(dòng)頻率和負(fù)重量。【方法】（1）18名受試者；（2）負(fù)重半蹲起，4種振動(dòng)頻率；（3）測(cè)試下肢肌肉7塊。【結(jié)果】（1）0%負(fù)重，4個(gè)振動(dòng)頻率對(duì)脛骨前肌和腓腸肌內(nèi)側(cè)激活有顯著性變化（P＜0.05），股內(nèi)側(cè)肌和股外側(cè)肌激活非常顯著（P＜0.01）；（2）30%負(fù)重，4個(gè)振動(dòng)頻率對(duì)股內(nèi)側(cè)肌、股外側(cè)肌和腓腸肌內(nèi)側(cè)激活有顯著性變化（P＜0.05），40Hz振動(dòng)對(duì)腓腸肌激活非常顯著（P＜0.01）；（3）50%負(fù)重，肌肉激活隨振動(dòng)頻率增加而增加，股四頭肌有顯著性（P＜0.05），40Hz振動(dòng)對(duì)腓內(nèi)側(cè)肌激活非常顯著（P＜0.01）；（4）0Hz刺激，3種負(fù)重股內(nèi)側(cè)肌和股外頭肌激活水平較高（P＜0.05），其中30%負(fù)重下肢肌肉激活效果較好；（5）30Hz刺激，無負(fù)重對(duì)脛骨前肌較明顯（P＜0.05），30%負(fù)重和50%負(fù)重對(duì)下肢其他肌肉激活水平有增加趨勢(shì)；（6）40Hz刺激，30%負(fù)重股內(nèi)側(cè)肌、股二頭肌和腓內(nèi)側(cè)外激活較好，50%負(fù)重激活其他下肢肌肉水平較好；（7）50Hz刺激，30%負(fù)重對(duì)股內(nèi)側(cè)肌、股二頭肌和腓內(nèi)側(cè)肌激活較好，50%負(fù)重激活脛骨前肌較好，但無負(fù)重對(duì)腓腸肌內(nèi)側(cè)激活效果較好。【結(jié)論】（1）隨著負(fù)重量增加，下肢肌肉群激活有增強(qiáng)的趨勢(shì)，股四頭肌最為明顯，且振動(dòng)頻率在40Hz左右效果較好；（2）在低頻振動(dòng)下，大負(fù)重對(duì)下肢肌肉激活較好，隨著振動(dòng)頻率的增加，小負(fù)重對(duì)下肢激活效果較好。

關(guān)鍵詞：負(fù)重振動(dòng)；半蹲起；下肢肌肉群；表面肌電

全身振動(dòng)（WBV）是一種神經(jīng)肌肉訓(xùn)練方法，在康復(fù)、醫(yī)療、健康等領(lǐng)域的研究由來已久。近年來，WBV治療神經(jīng)和肌肉骨骼疾病是研究熱點(diǎn)，可改善肌肉性能、肌肉力量和功率、柔韌性，然而，對(duì)WBV對(duì)神經(jīng)肌肉激活的影響尚未完全了解。全身振動(dòng)是一種使用外部驅(qū)動(dòng)來刺激肌肉的訓(xùn)練形式，這種外部驅(qū)動(dòng)及其調(diào)整（頻率、振幅和姿勢(shì)）對(duì)肌肉的反應(yīng)影響不同。大量研究結(jié)果表明，短期WBV訓(xùn)練可增強(qiáng)下肢肌肉力量、功率、骨密度和功能性移動(dòng)，以及有效預(yù)防骨骼肌肉疾病患者跌倒。全身振動(dòng)對(duì)神經(jīng)肌肉激活影響的因素主要有振動(dòng)頻率、振幅、姿勢(shì)、身體部位以及負(fù)重量等，這些因素對(duì)神經(jīng)肌肉激活影響仍存在眾多爭(zhēng)議。本實(shí)驗(yàn)研究目的是觀察下蹲起下肢肌肉的激活情況，使用指標(biāo)是表面肌電EMGrms（%MVC），探討下蹲起過程中負(fù)重和頻率對(duì)下肢肌肉激活的影響，為WBV訓(xùn)練方案（頻率、振幅和振動(dòng)方式）制定提供參考。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

18名受試者，有運(yùn)動(dòng)習(xí)慣，下肢近一年無損傷史。半蹲起動(dòng)作。股直肌、股內(nèi)側(cè)肌、股外側(cè)肌、股二頭肌、半腱肌、脛骨前肌和腓腸肌內(nèi)外側(cè)頭。

1.2 研究方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)法

1.2.1.1器材設(shè)備：振動(dòng)臺(tái)，Noraxon無線表面肌電測(cè)試儀，表面電極片，關(guān)節(jié)角度計(jì)，節(jié)拍器（采樣頻率2000 Hz），杠鈴，杠鈴片。

1.2.1.2 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：上海體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)技能實(shí)驗(yàn)室。

1.2.1.3 實(shí)驗(yàn)步驟：本研究采用雙因素（負(fù)重和頻率）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，3個(gè)負(fù)重量為：0%體重、30%體重和50%體重，4個(gè)振動(dòng)頻率為：0 Hz、30 Hz、40 Hz、50 Hz。

（1）測(cè)試體重。熱身10 min，牽拉3 min，測(cè)試肌肉MVC，記錄肌電。30 Hz的振動(dòng)適應(yīng)體驗(yàn)20 s，休息3 min。

（2）受試者安放關(guān)節(jié)角度計(jì)于右膝關(guān)節(jié)，兩腳開立略寬于肩，標(biāo)記第一次站立位置，要求每組測(cè)試時(shí)，站立于標(biāo)記位置。在振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行半蹲練習(xí)，熟悉并掌握動(dòng)作要領(lǐng)。被試無負(fù)重在振動(dòng)臺(tái)上完成3×4組半蹲起，每次振動(dòng)30 s，每次休息2 min，每個(gè)循環(huán)間歇5 min，循環(huán)次序如下：

①0%體重：0 Hz、30 Hz、40 Hz、50 Hz；

②30%體重：0 Hz、30 Hz、40 Hz、50 Hz；

③50%體重：0 Hz、30 Hz、40 Hz、50 Hz。

（3）半蹲起動(dòng)作要領(lǐng)的確定。被試站在振動(dòng)臺(tái)上，雙目平視，腳趾向前，下蹲至膝關(guān)節(jié)角度120度后，快速蹲起，蹲起要求髖、膝同時(shí)伸展，最后有提踵動(dòng)作（踝關(guān)節(jié)跖屈）。關(guān)節(jié)角度計(jì)測(cè)定并監(jiān)控運(yùn)動(dòng)中被試關(guān)節(jié)角度，用于口頭提醒被試。被試通過多次練習(xí)熟悉并掌握動(dòng)作要領(lǐng)后開始正式實(shí)驗(yàn)。

（4）肌電電極片的貼放部位與要求。選取右側(cè)大腿股直肌、股內(nèi)側(cè)肌、股外側(cè)肌、股二頭肌，小腿脛骨前肌和腓腸肌內(nèi)外側(cè)頭為測(cè)試肌群，對(duì)皮膚進(jìn)行清潔，刮除汗毛，用砂紙清除皮膚角質(zhì)，用75%的酒精擦拭，去除皮膚表面的油脂。表面電極片安放于肌肉肌腹最高處，順著肌纖維的走向貼放，兩電極片中心點(diǎn)相距2 cm。采用肌電儀配套繃帶對(duì)電極和傳感器進(jìn)行固定，避免因振動(dòng)引起的干擾。

（5）動(dòng)作節(jié)奏的控制。通過預(yù)試驗(yàn)，確定半蹲起的動(dòng)作節(jié)奏為3秒/次，被試完成半蹲起運(yùn)動(dòng)過程中，使用節(jié)拍器控制下蹲起節(jié)奏。

（6）下肢肌肉最大等長(zhǎng)收縮MVC肌電測(cè)試方法。股直肌、股外側(cè)肌、股內(nèi)側(cè)肌、股二頭肌、脛骨前和腓腸肌內(nèi)外側(cè)頭，進(jìn)行2次最大靜力收縮，同時(shí)記錄對(duì)應(yīng)肌肉表面肌電。每次測(cè)定過程中要求被試緩慢增加用力，3 s后達(dá)到最大力量并持續(xù)最大用力5 s，肌肉緩慢放松3 s到安靜狀態(tài)。每塊肌肉測(cè)試做2次，每次間隔1 min。選取第2次下蹲開始到第11次下蹲 （10個(gè)下蹲起周期），共計(jì)30 s的肌電圖。

1.2.2數(shù)理統(tǒng)計(jì)法

對(duì)采集的原始肌電數(shù)據(jù)進(jìn)行整流、濾波、平滑和標(biāo)準(zhǔn)化處理，進(jìn)行均方根肌電 EMGrms 計(jì)算。肌電的標(biāo)準(zhǔn)化采用肌肉EMGrms 除以MVC測(cè)試2次中的較大EMGrms再乘以100，表示為 EMGrms（%MVC）。

2 結(jié)果

2.1 0%體重、30%體重和50%體重不同頻率振動(dòng)后下肢肌群EMGrms（%MVC）的變化

圖1為無負(fù)重不同頻率振動(dòng)下肢肌肉激激活統(tǒng)計(jì)。由圖1可知，無負(fù)重不同頻率振動(dòng)，除股內(nèi)側(cè)肌外，其他下肢肌肉激活比較顯著（P＜0.05），尤其是脛骨前肌、腓內(nèi)側(cè)肌和腓外側(cè)肌非常顯著（P＜0.01）。圖2為30%負(fù)重不同頻率振動(dòng)下肢肌肉激活統(tǒng)計(jì)。由圖2可知，30%負(fù)重不同頻率振動(dòng)，除股二頭肌、股內(nèi)側(cè)肌和股外側(cè)肌，其他下肢肌肉激活比較明顯（P＜0.05），尤其是腓內(nèi)側(cè)肌、腓外側(cè)肌和脛骨前肌最為明顯（P＜0.01）。振動(dòng)頻率30 Hz、40 Hz、50 Hz時(shí)腓腸肌內(nèi)側(cè)激活較明顯（P＜0.01）。圖3為50%負(fù)重不同頻率振動(dòng)下肢肌肉激活統(tǒng)計(jì)。由圖3可知，50%負(fù)重不同頻率振動(dòng)，隨著負(fù)重振動(dòng)頻率的增加，下肢肌肉激活水平總體成增加趨勢(shì)，其中股四頭肌增加較明顯（P＜0.05），腓腸肌內(nèi)側(cè)最顯著（P＜0.01），但股二頭肌增加不明顯。50%體重主要激活大腿前側(cè)肌群，小腿肌肉激活相對(duì)較小。

2.2 無振動(dòng)、30 Hz振動(dòng)和50 Hz振動(dòng)不同負(fù)重量下肢肌群EMGrms（%MVC）的變化

無振動(dòng)不同負(fù)重量下肢肌肉激活統(tǒng)計(jì)見圖4，無振動(dòng)情況下，無負(fù)重、30%負(fù)重和50%負(fù)重股內(nèi)側(cè)肌和股外頭肌激活顯著（P＜0.05），股二頭肌和腓外側(cè)肌激活水平最低。無振動(dòng)時(shí)，30%負(fù)重下肢肌肉激活效果較好（P＜0.05），無負(fù)重和50%負(fù)重激活下肢肌肉水平較低。30 Hz振動(dòng)不同負(fù)重量下肢肌肉激活統(tǒng)計(jì)見圖5，30 Hz振動(dòng)刺激下，除脛骨前肌和腓內(nèi)側(cè)外，30%負(fù)重和50%負(fù)重對(duì)下肢其他肌肉激活有顯著性（P＜0.05），且30%負(fù)重有非常顯著性（P＜0.01）。30 Hz振動(dòng)刺激對(duì)股內(nèi)側(cè)肌和股外側(cè)肌激活非常顯著，股二頭肌激活較小。40 Hz振動(dòng)不同負(fù)重量下肢肌肉激活統(tǒng)計(jì)見圖6，40 Hz振動(dòng)刺激下，30%負(fù)重股內(nèi)側(cè)肌、股二頭肌和腓內(nèi)側(cè)外激活有顯著性（P＜0.01），50%負(fù)重對(duì)股外側(cè)肌和腓外側(cè)肌激活有非常顯著性（P＜0.05），但無負(fù)重對(duì)腓腸肌內(nèi)側(cè)激活有顯著性（P＜0.01）。40 Hz條件下，30%負(fù)重和50%負(fù)重對(duì)下肢肌肉激活較好（P＜0.05）。50 Hz振動(dòng)不同負(fù)重量下肢肌肉激活統(tǒng)計(jì)見圖7，50 Hz振動(dòng)刺激下，30%負(fù)重股內(nèi)側(cè)肌、股二頭肌和腓內(nèi)側(cè)肌激活有顯著性（P＜0.05），50%負(fù)重下肢其他肌肉激活顯著（P＜0.05）。50 Hz條件下，30%負(fù)重和50%負(fù)重對(duì)下肢肌肉激活較好，這與40 Hz振動(dòng)刺激條件下，下肢肌肉激活結(jié)果相似。

3 分析討論

3.1 不同負(fù)重振動(dòng)刺激對(duì)下肢肌肉群肌電的影響

全身振動(dòng)刺激皮膚和關(guān)節(jié)感受器產(chǎn)生興奮，興奮傳入到γ運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，增加肌梭的敏感性和反應(yīng)能力。肌肉激活水平提高后附加振動(dòng)刺激，可以增加Ia傳入神經(jīng)的敏感性。負(fù)重30%1RM半蹲起振動(dòng)刺激可提高小腿肌肉的激活程度，無論是否負(fù)重，45 Hz的振動(dòng)刺激可以顯著增加小腿肌肉激活。4周單雙腿負(fù)重振動(dòng)訓(xùn)練均可提升下肢爆發(fā)力且下蹲跳成績(jī)提升顯著。負(fù)重振動(dòng)刺激可提高下肢主動(dòng)肌的力量和肌肉激活水平，對(duì)抗肌激活不明顯，這與前人研究有矛盾。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，負(fù)重和頻率無交互作用，30%負(fù)重和50%負(fù)重對(duì)下肢腓腸肌激活較明顯。負(fù)重半蹲起運(yùn)動(dòng)中腓腸肌是被動(dòng)肌，肌電增加說明對(duì)抗負(fù)荷力量的增加，這與前人研究的結(jié)果似乎有矛盾。負(fù)重振動(dòng)訓(xùn)練股四頭肌是主動(dòng)肌，均方根肌電明顯增加，說明負(fù)重振動(dòng)可有效提高下肢主動(dòng)肌的激活水平，且負(fù)重量越大效果越好。

Martin等研究表明，全身振動(dòng)刺激可誘導(dǎo)肌電激活增加，且運(yùn)動(dòng)單位激活程度依賴振動(dòng)頻率。這與本研究結(jié)果不吻合，可能是不同頻率負(fù)重振動(dòng)運(yùn)動(dòng)中身體姿勢(shì)或質(zhì)心變化移動(dòng)造成的。

3.2 不同頻率振動(dòng)刺激對(duì)下肢肌肉群肌電的影響

有研究發(fā)現(xiàn)，與頻率25～35 Hz相比較，35～50 Hz振動(dòng)刺激對(duì)最大力量、肌肉功率、爆發(fā)力的訓(xùn)練效果更顯著。與40 Hz，50 Hz振動(dòng)頻率比較，30 Hz振動(dòng)頻率股外側(cè)肌EMGrms有顯著影響。袁艷等人研究表明，下蹲起負(fù)重量30% 1RM可提高部分下肢肌肉的激活水平，與其他頻率比較，50 Hz振動(dòng)可顯著增加大腿肌肉激活。本研究表明，無振動(dòng)條件下，3種負(fù)重量股內(nèi)側(cè)肌和股外頭肌激活水平較高，30%負(fù)重下肢肌肉激活效果最好。30 Hz振動(dòng)條件下，無負(fù)重對(duì)脛骨前肌較明顯，30%負(fù)重和50%負(fù)重對(duì)下肢其他肌肉激活水平較高。40 Hz振動(dòng)條件下，30%負(fù)重股內(nèi)側(cè)肌、股二頭肌和腓腸肌內(nèi)側(cè)外激活較好，50%負(fù)重激活下肢其他肌肉水平較好，這表明30%負(fù)重振動(dòng)刺激有利于激活主動(dòng)肌，大負(fù)重量激活對(duì)抗肌，這與Cardinale等人研究結(jié)果相似。50 Hz振動(dòng)條件下，30%負(fù)重對(duì)股內(nèi)側(cè)肌、股二頭肌和腓內(nèi)側(cè)肌激活較好，50%負(fù)重激活下肢其他肌肉水平較好，尤其是脛骨前肌，但無負(fù)重對(duì)腓腸肌內(nèi)側(cè)激活效果較好，這表明50 Hz振動(dòng)，小負(fù)重量有利于激活主動(dòng)肌激活水平，大負(fù)重激活了對(duì)抗肌，這與袁艷等人的研究基本吻合。Lisa等人研究表明，振動(dòng)頻率與肌肉激活在小腿肌肉更明顯，在遠(yuǎn)端大腿肌肉則不明顯，與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果下蹲起大腿激活水平偏高不吻合，可能與負(fù)重量有關(guān)。

綜上述，振動(dòng)頻率和負(fù)重量對(duì)下肢肌肉激活水平受多種因素影響，負(fù)重量和頻率可能有交互作用，負(fù)重量不同造成人體下蹲起時(shí)身體姿勢(shì)的改變或質(zhì)心改變也可影響下肢肌肉群的激活程度，尤其是在下蹲起姿勢(shì)不穩(wěn)定改變肌肉發(fā)力順序或主動(dòng)肌和對(duì)抗肌的發(fā)力大小發(fā)生變化。因此，負(fù)重下蹲起實(shí)驗(yàn)時(shí)一定要強(qiáng)調(diào)動(dòng)作的統(tǒng)一性和規(guī)范性。

4 結(jié)論

負(fù)重振動(dòng)條件下隨著負(fù)重量的增加，下肢肌肉群激活有增強(qiáng)的趨勢(shì)，股四頭肌最為明顯，且振動(dòng)頻率在40 Hz左右效果較好。變化振動(dòng)頻率的刺激條件下，在低的振動(dòng)頻率下，小負(fù)荷負(fù)重對(duì)下肢肌肉激活較好，隨著振動(dòng)頻率的增加，大負(fù)荷負(fù)重對(duì)下肢激活效果較好。

參考文獻(xiàn)

[1] JOHNSTON R M， BISHOP B， COFFEY G H.Mechanical vibration of skeletal muscles[J].Physical Therapy，

1970，50（4）：499-505.

[2]GREEN J G， STANNARD S R.Active recovery strategies and handgrip performance in trained vs. untrained climbers[J].Journal of Strength and Conditioning Research，2010，24（2）：494-501.

[3]ROELANTS M，DELECLUSE C，VERSCHUEREN S.Whole-body vibration training increases knee-extension strength and speed of movement in older women[J].J Am Geriatr Soc， 2004，52（6）：901-908.

[4] REES S， MURPHY A， WATSFORD M.Effects of whole-body vibration exercise on lower-extremity muscle strength and power in an older population： A randomized clinical trial[J].Phys Ther， 2008，88（4）：462-470.

[5]KINSER A， RAMSEY M， O’BRYANT H， et al.Vibration and stretching effects on flexibility and explosive strength in young gymnasts[J].Med Sci Sports Exerc，2008，40（1）：133-140.

[6]COCHRANE D， STANNARD S. Acute whole body vibration training increases vertical jump and flexibility performance in elite female field hockey players[J].Br J Sports Med，2005，39（11）：860-865.

[7]RITTWEGER J .Vibration as an exercise modality： how it may work， and what its potential might be. Eur J Appl Physiol，2010（108）：877-904.

[8]WILCOCK I M， WHATMAN C， HARRIS N，et al.Vibration training： could it enhance the strength， power， or speed of athletes[J].Strength Cond Res 2009（23）：593-603

[9]CARDINALE M，LIM J. Electromyography activity of vastus lateralis muscle during whole- body vibrations of different frequencies[J].Joural of Strength and Conditioning Research，2003，17（3）：621-624.

[10]MARTIN B J，PARK H S. Analysis of the tonic vibration reflex：influence of vibration variables on motor unit synchronization and fatigue[J].Eur J Appl Physiol Occup Physiol，1997，75（6）：504-511.

[11]袁艷，吳貽剛，蘇彥炬，等.不同頻率振動(dòng)刺激和負(fù)重條件下半蹲運(yùn)動(dòng)中小腿肌群表面肌電活動(dòng)特征研究[J].天津體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，27（4）：287-291.

[12]趙慶海.負(fù)重抗阻振動(dòng)訓(xùn)練對(duì)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練專業(yè)學(xué)生下肢爆發(fā)力影響研究[D].上海：上海體育學(xué)院，2021.

[13]李盈盈，彭莉.負(fù)重與振動(dòng)刺激下的半蹲起踵練習(xí)對(duì)下肢爆發(fā)力的即時(shí)影響及其作用機(jī)制研究[J]. 西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，263（2）：123-128.

[14]任滿迎.同振幅下不同頻率振動(dòng)刺激對(duì)肌肉力量訓(xùn)練效果的對(duì)比研究[D].石家莊：河北師范大學(xué)，2007.

[15]CARDINALE M，LIM J. Electromyography activity of vastus lateralis muscle during whole-body vibrations of different frequencies[J].Strength Cond Res. 2003，17（3）：621-624.

[16]袁艷，吳貽剛，蘇彥炬，等.不同頻率振動(dòng)刺激和負(fù)重條件下半蹲運(yùn)動(dòng)中小腿肌群表面肌電活動(dòng)特征研究[J].天津體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，27（4）：287-291.

[17]ZAIDELL L N， POLLOCK R D， JAMES D C， et al. Lower Body Acceleration and Muscular Responses to Rotational and Vertical Whole-Body Vibration at Different Frequencies and Amplitudes[J].Dose-Response，2019， 17（1）：1-10.

[18]LISA N. ZAIDEL L L， ROSS D，et al.The influence of vibration type， frequency， body position and additional load on the neuromuscular activity during whole body vibration[J].European Journal of Applied Physiology，2013，113（1）：1-11.