人体自由负重深蹲在稳定与非稳定条件下肌肉iEMG比较研究

董德朋 ，袁 雷，赵 扬 ，刘士龙

人体自由负重深蹲在稳定与非稳定条件下肌肉iEMG比较研究

董德朋1，2，袁 雷1，2，赵 扬1，刘士龙3

为了进一步区别人体自由负重在稳定与非稳定条件下对浅层肌肉放电的影响差异及不同条件下负重与肌肉活性之间的关系，本研究对12名田径运动员在不同条件下的保加利亚单腿深蹲相关肌肉（11块）进行了表面肌电测试。结果表明：（1）随着负重的提升，人体肌肉iEMG值显著提高（P＜0.05，P＜0.01，P＜0.001）；（2）非稳定支撑面练习仅在低负重（0%RM）时较稳定支撑面练习对人体肌肉刺激更大（P＜0.05）；（3）人体在稳定与非稳定条件下自由负重深蹲练习的不同肌肉之间的组合用力模式不同，稳定条件主要刺激了人体的前部肌群，非稳定条件则主要刺激了后部肌群。研究认为：（1）人体在稳定与非稳定条件下的自由负重练习，负重是刺激浅层肌肉活性的主要变量；（2）人体在稳定与非稳定条件下的自由负重练习，肌肉活性与用力模式均需得到关注，应根据实际需求，合理选择训练方法；（3）稳定与非稳定条件下负重与人体肌肉的iEMG存在一种“S”型非线性曲线关系。

自由负重；稳定；非稳定；积分机电

“稳定”、“非稳定”以及“它们之间的动态变换”是人体运动过程中最基本的形式和状态，也是决定人体运动功效的关键要素[1]。为了提高运动员的稳定性，我们通常营造一种非稳定环境（支撑面的大小或稳定性、施加未预期的外力、限制反馈刺激以及改变阻力矩等）来实现。而我国主要是以改变支撑面的稳定性作为外源刺激，以“不稳定”条件下的徒手或负重为手段对运动员进行针对性训练，从而达到增强肌肉之间的协调配合，强化身体或部位的稳定性这一目的。

其实，在稳定支撑面上的自由负重练习由于没有训练器上对轨迹与幅度的固定设计，也存在非稳定性因素[2]，例如：自由负重（杠铃）使人体的重心有所提升（人体的重心提升到人体和器材系统的重心），从而提高非稳定性。因此，正是由于稳定与非稳定支撑面的自由负重练习均存在不稳定性因素对人体的肌肉力量产生不同影响，从而探讨它们对人体肌肉产生的影响差异也就成为目前研究的一个重要方向。SUNDSTRUP[3]、LEHMAN等[4]通过比较人体在稳定界面与瑞士球上的仰卧起坐、俯卧撑练习时的肌肉肌电值，发现在瑞士球上练习时的人体腹直肌、腹斜肌产生的肌电活动更强。而国内则有研究指出，人体在稳定与非稳定条件下0%RM、30%RM及60%RM的深蹲时，非稳定支撑面均增加了大部分肌肉的活动量，但是并无显著性差异（P＜0.05）[5]。导致国内、外不同差异的因素很多，如：非稳定支撑面的材质不同、负重不同以及动作形式不同等。但是，无论如何，从这些方面我们可以认识到，针对稳定支撑面（稳定条件）与非稳定支撑面（非稳定条件）的自由负重练习对人体肌肉影响的差别认识仍然处于起步阶段。

基于此，本研究以保加利亚单腿深蹲为例（以下简称“深蹲”），对人体自由负重在稳定与非稳定条件下肌肉（本研究主要针对人体的浅层肌群）iEMG值及其它们之间的关系进行比较与分析，从而进一步认识人体自由负重在2种状态下的差异效果，厘清“非稳定”与“负重”在自由负重训练中的理论机理，为今后2种状态下的自由负重练习提供理论基础。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

选取某高校体育学院田径专业男子运动员为试验对象，共12名（一级运动员4名，二级运动员8名，见表1）。受试者必须在3年内一直坚持训练，且熟悉保加利亚单腿深蹲测试，1年内无骨折、肌肉拉伤等伤病，并自愿签署实验协议。本研究选取的肌群包括：腓骨长肌、臀中肌、臀大肌、腓肠肌、股直肌、股外侧肌、竖脊肌、股二头肌、胫骨前肌、股内侧肌以及比目鱼肌等11块肌肉。

表1 试验对象基本情况一览表Table1 List of Basic Situation of Subjects

1.2 试验方法

1.2.1 测试设备 （1）美国Delsys公司生产的Delsys Trigno Mobile全无线GPS表面肌电测试仪；（2）Vicon三维运动捕捉分析系统（对膝关节角度进行实时采集，便于后面分析时对周期划分）；（3）KeepFit平衡盘：直径为33 cm，重量为1.24 kg；（4）其他：心率表（RS800CX），节拍器、杠铃片、杠铃杆、脱脂棉、长凳、剃须刀、棉球及剃须刀等。

1.2.2 试验流程 第一，最大力量试验。最大力量计算原理：本研究对受试者进行最大力量测试主要依据MCCAY等人的推荐方法（[（0.033x重复次数）×重量]+重量）[6]结合重复次数与最大力量关系（阻力%-次数：100-1、95-2～3、90-5～6、85-7～8、80-10～12、75-12～16）[7]对其进行间接测试，然后计算其均值。

最大力量测试步骤（正式实验前2周进行）：（1）热身：运动员需要在测试前做15 min的热身；（2）适应性练习：分别在地面和平衡盘上进行保加利亚单腿深蹲适应性练习，地面：15 kg负重，平衡盘：10 kg负重，并积极休息5 min；（3）测试：稳定条件的初始蹲起重量为30 kg，非稳定条件下的初始蹲起重量为20 kg，若蹲起次数超过10次，则休息10～15 min，提升5或10 kg，运动员按照自己体验情况选择，再次测试；（4）记录：统计负荷重量和完成最大次数，根据最大力量计算原理，分别计算稳定与非稳定条件下的30%RM和60%RM所对应的负重值；（5）计算结果：稳定条件的最大力量均值为77.084 kg，30%和60%的最大力量的负重为23.125 kg和44.471 kg，根据需要选取25 kg和45 kg作为30%和60%的最大力量负重。非稳定条件最大力量均值为63.813 kg，30%和60%的最大力量的负重为19.144 kg和38.288 kg，根据需要选取20 kg和40 kg作为30%和60%的最大力量负重。

第二，肌电试验。（1）测试负重：0%RM（徒手）、30%RM以及60%RM；（2）动作标准：目视前方，身体垂直于地面，膝盖与脚尖同方向，前脚向前，后脚向后下方，根据节拍器的节奏（1 s）开始下蹲，以大腿与水平面平行为标准判定达到下蹲最低点；（3）准备活动：受试者进行10～15 min的准备活动及适应性练习；（4）对受试者的测试肌肉部位进行体毛处理和酒精消毒，干燥后，参考《康复医学肌电使用指导手册》选取肌肉肌腹中部最隆起处粘贴Trigno传感器并固定[8]；（5）受试者每种条件下的负重测试均重复5次（负荷从小到大），每种情况间歇时间：5～10 min，polar心率表（RS800CX）检测受试者心率。

1.2.3 数据处理 本研究采用EMGworks Analysis软件对收集到的数据依次进行滤波（Butterworth带通滤波，10～400 Hz）、整流（全波整流）、plot as subplots分析等操作。同时，依据Vicon MX13采集的膝关节角度划分周期，从而计算深蹲肌肉iEMG值（是指在一定时间内肌肉中参与活动的运动单位放电总量[9]）。采用SPSS16.0软件对iEMG数据进行整理，为了减小个体差异带来的影响，以0%RM状态下的测试肌肉iEMG为基准，对其他状态进行了标准处理[10]。

2 结 果

2.1 稳定与非稳定条件下不同负重深蹲的人体肌肉iEMG比较

2.1.1 不考虑稳定与非稳定条件时不同负重的肌肉iEMG比较 通过对不考虑稳定与非稳定条件时不同负重的浅层肌肉iEMG值进行比较，结果见图1。从中可以发现，人体在自由负重深蹲时各肌肉均表现为随着负重的提高，iEMG显著性提高。当然，不同负重的iEMG对比存在差异，0%RM与30%RM的比较时，除ES（竖脊肌）、GM（腓肠肌）不存在显著性差异外（P＞0.05），其他各肌肉的相对iEMG值均存在显著性差异（P＜0.05，P＜0.01，P＜0.001），且均表现为30%RM负重时的肌肉相对iEMG值更大；30%RM与60%RM的比较时，除GM（腓肠肌）和PL（腓骨长肌）无显著性差异外，其他各浅层肌肉存在显著性差异，60%RM负重时肌肉相对iEMG值更高；0%RM与60%RM的比较时，各浅层肌肉的相对iEMG值则均存在显著性差异（P＜0.05，P＜0.001），也均为高负重时肌肉的相对iEMG值更高。

由此来看，在不考虑稳定与非稳定形式时，人体浅层肌肉的iEMG值随着负重的提高逐渐提升。

图1 不同负重的人体肌肉iEMG值比较（不考虑稳定-非稳定形式）Figure1 Comparison of iEMG Values of Human Muscles with Different Loading（Without Stable and Unstable Conditions）

2.1.2 考虑稳定与非稳定条件时不同负重深蹲的肌肉iEMG比较 仅考虑稳定形式时（见图2），在0%RM与30%RM的比较、0%RM与60%RM的比较中，各浅层肌肉的相对iEMG值均存在显著性差异（P＜0.01，P＜0.001），且负重越高，肌肉相对iEMG值越大；在30%RM与60%RM的比较时，仅VM（股内侧肌）、TA（胫骨前肌）不存在显著性差异（P＞0.05），其他肌肉均存在显著性（P＜0.01，P＜0.001），60%RM负重时的肌肉相对iEMG值更高。在仅考虑非稳定形式下（见图3），0%RM与30%RM的比较时，臀中肌（1.022±0.262，1.379±0.233）、臀大肌（0.867±0.227，1.389±0.252）、股二头肌（1.169±0.297，2.022±0.381）、股直肌（0.723±0.161，1.226±0.149）、股内侧肌（0.745±0.142，1.075±0.134）、股外侧股（0.736±0.161，1.040±0.154）及胫骨前肌（1.081±0.420，1.541±0.585）均存在显著性差异，30%RM负重时的肌肉相对iEMG值显著高于0%RM；30%RM与60%RM的比较时，除GM和PL不存在差异外，其他各肌肉均存在显著性差异；0%RM与60%RM的比较时，除GM外，其他各肌肉均存在显著性差异（P＜0.05，P＜0.001），且均为高负重所对应的肌肉相对iEMG更高。

由此看来，无论是考虑稳定条件，还是考虑非稳定条件，其人体浅层肌肉的iEMG值均表现出随负重的提升而增高的特征。结合对不考虑稳定与非稳定条件时的分析，发现，在稳定与非稳定条件下的人体自由负重练习时，在各种情况下（不考虑稳定与非稳定情况、考虑稳定情况、考虑非稳定情况），均表现为随着负重的增加，人体肌肉iEMG值提高，因此，负重与人体肌肉活性的关系并不受稳定与非稳定条件的影响。

图2 不同负重的人体肌肉iEMG值比较（考虑稳定形式）Figure2 Comparison of iEMG Values of Human Muscles with Different Loading（Stability）

图3 不同负重的人体肌肉iEMG值比较（考虑不稳定形式）Figure3 Comparison of iEMG Values of Human Muscles with Different Loading（Instability）

2.2 不同负重条件下稳定与非稳定深蹲的肌肉iEMG的比较

2.2.1 不考虑负重时稳定与非稳定深蹲的肌肉iEMG的比较本研究对不考虑负重时人体自由负重在稳定与非稳定条件下的iEMG值进行了比较分析（见图4）。结果发现，稳定与非稳定条件下存在显著性差异的肌肉主要有：ES（竖脊肌）、BF（股二头肌）、GM（腓肠肌）、RF（股直肌）、VM（股内侧肌）、VL（股外侧肌）以及TA（胫骨前肌）。其中，稳定较不稳定条件刺激较大的是：股直肌（1.762±0.471，1.426±0.382）、股内侧肌（1.318±0.295，1.169±0.331）、股外侧肌（1.452±0.320，1.199±0.338）；不稳定较稳定条件刺激较大的是：竖脊肌（2.582±0.471，2.211±0.430）、股二头肌（1.984±0.489，1.666±0.468）、腓肠肌（2.00±0.461，1.517±0.433）以及胫骨前肌（1.575±0.373，1.339±0.301）。由此看来，非稳定较稳定刺激了更多的浅层肌群，且在人体深蹲动作中，更多的是刺激了后部肌群，而稳定形式更多的是刺激了前部肌群。

图4 稳定与非稳定下的相对iEMG值比较示意图（不考虑负重）Figure4 Comparison of Relative iEMG Values Under Stability and Instability（Without Loading）注：稳定与非稳定比较，*表示P＜0.05，**表示P＜0.01，***表示P＜0.001（下同）。

2.2.2 考虑负重时稳定与非稳定深蹲的肌肉iEMG比较 图5为0%RM时稳定与非稳定下的相对iEMG值比较，它们之间存在著性差异的浅层肌肉为：ES（竖脊肌）、GMa（臀大肌）、BF（股二头肌）、GM（腓肠肌）、RF（股直肌）、VM（股内侧肌）、VL（股外侧肌）、PL（腓骨长肌）以及SO（比目鱼肌）。其中，稳定较不稳定形式刺激较大的肌肉是：臀大肌（1.000±0.135，0.869±0.227）、股直肌（1.000±0.181，1.623±0.161）、股内侧肌（1.000±0.123，0.735±0.141）、股外侧肌（1.000±0.130，0.736±0.160）；不稳定较稳定形式刺激较大的肌肉是：竖脊肌（1.325±0.331，1.000±0.218）、股二头肌（1.169±0.297，1.000±0.120）、腓肠肌（1.569±0.461，1.000±0.166）、腓骨长肌（1.296±0.315，1.000±0.182）以及比目鱼肌（1.371±0.323，1.000±0.161）。因此，0%RM时的稳定与非稳定下的人体肌肉相对iEMG特征，与不考虑负重时的结果相似，均表现出不稳定刺激了更多的浅层肌群，且主要以后部肌群为主，而稳定形式重点刺激了大腿前部的股四头肌。

图5 稳定与非稳定下的相对iEMG值比较示意图（负重-0%RM）Figure5 Comparison of Relative iEMG Values Under Stability and Instability（0%RM）

图6 为30%RM时稳定（25 kg）与非稳定（20 kg）下的人体浅层肌肉相对iEMG值比较，它们之间存在着显著差异的肌肉为：GMe（臀中肌）、GMa（臀大肌）、BF（股二头肌）、GM（腓肠肌）、RF（股直肌）、VM（股内侧肌）及VL（股外侧肌）。其中，稳定较不稳定形式刺激较大的肌肉是：臀中肌（1.549±0.235，0.379±0.233）、臀大肌（1.748±0.191，1.390±0.213）、股直肌（1.747±0.487，1.126±0.149）、股内侧肌（1.497±0.237，1.075±0.134）、股外侧肌（1.526±0.250，1.040±0.154）。不稳定较稳定刺激较的肌肉是：股二头肌（1.806±0.250，2.023±0.281）、腓肠肌（1.583±0.304，1.892±0.402）。由此可以发现，随着负重的提高，稳定与非稳定形式对iEMG值的影响出现了一定的变化，由于稳定是在25 kg负重下完成的，而非稳定是在20 kg负重下完成的。因此，负荷重量的增加所产生的刺激效果，逐渐强于非稳定支撑面所产是的刺激效果，影响了更多的浅层肌群，但是不难发现，30%RM时的非稳定条件仍然在腿的后部肌群产生了积极影响。

图6 稳定与非稳定下的相对iEMG值比较示意图（负重-30%RM）Figure6 Compa6rison of Relative iEMG Values Under Stability and Instability（30%RM）

图7 为60%RM时稳定（45 kg）与非稳定（40 kg）下的相对iEMG值比较，它们之间存在著性差异的浅层肌肉明显较之前情况有所减少，仅出现在GMe（臀中肌）、GMa（臀大肌）、BF（股二头肌）、PL（腓骨长肌）及SO（比目鱼肌）。且稳定形式重点影响了小腿部肌肉，如：腓骨长肌、比目鱼肌等（P＜0.05，P＜0.001）。非稳定形式重点影响了人体的核心部位周围的肌群，如：臀大肌、臀中肌以及股二头肌（P＜0.01），其他受测肌肉表现出了相似的影响结果（P＞0.05）。

由此可见，随着负荷的增加，当负重提升到40 kg时，负重所产生的肌肉iEMG值逐渐掩盖了非稳定支撑面所产生的效果。也就是说，当负荷增加到一定程度时，其人体自由负重深蹲的浅层肌群变化效果主要由负重影响。

图7 稳定与非稳定下的相对iEMG值比较示意图（负重-60%RM）Figure7 Comparison of Relative iEMG Values Under Stability and Instability（60%RM）

2.3 稳定与非稳定条件下不同负重与人体肌肉iEMG的关系比较

本研究为了探讨在稳定与非稳定条件下，不同负重与人体肌肉活性的关系及它们之间的差异，计算了稳定—非稳定条件、负重下的人体各浅层肌肉iEMG值总和（见表2），从而进一步探索人体在不同条件（稳定、非稳定）下，负重逐渐增加时（0%RM→30%RM→60%RM）与iEMG值总和的整体变化关系。根据表2，本研究绘制了图8，图8包括如下几个关系特征比较：（1）稳定与非稳定条件下，均表现为随着负重的增加，人体各肌肉相对iEMG值总和也逐渐提高；（2）随着负重的增加，稳定与非稳定条件下的人体肌肉相对iEMG值总和差异情况不同，在0%RM时，非稳定条件下产生的iEMG值总和较稳定条件大（12.393±3.151，11.000±1.202，P＜0.05），而在30%RM时，稳定条件下产生的iEMG值总和更大（17.652±2.448，15.947±2.449，P＜0.05），但是当负重提升到60%RM时，两者之间的差异显著性消失了。

这主要是由于当负重为0%RM时，由于平衡盘的不稳定性刺激，影响了人体浅层肌肉产生更多的放电，较地面而言，不稳定因素主导了肌肉的放电效果。而当负重增加到30%RM时（稳定形式：地面+25 kg；非稳定形式：平衡盘+20 kg），人体在稳定条件下表现了更大的肌肉放电特征，此时，负荷重量因素主导了人体浅层肌群的放电。而随着负重的进一步提高，达到60%RM时，此时，无论哪种形式，其负荷重量均已达到40 kg以上（单腿），人体为了应对这一负荷重量的急剧增加，在不同形势下所表现出的肌肉放电特征相似，并未出现显著性差异（P＞0.05），此时负重所产生的浅层肌群放电效果以基本掩盖了平衡盘产生的效果。

综上来看，稳定与非稳定条件下不同负重与人体肌肉iEMG的关系的相似之处在于，均是随着负重的增加，人体各浅层肌肉相对iEMG值逐渐提高；不同之处在于随着负重的提高，稳定与非稳定条件下人体浅层肌肉所产生的iEMG存在差异变化。

表2 不同负重条件下稳定与非稳定形式的比较结果一览表Table2 Comparison of Stable and Unstable Forms Under Different Loading Conditions

图8 稳定与非稳定形式下不同负荷的iEMG变化柱状折线图Figure8 The Histogram and Line Diagram for iEMG of Different Loads in Stable and Unstable Condition

3 讨论与分析

3.1 在稳定与非稳定条件下的自由负重练习，负重是刺激肌肉活性的主要变量

通过对研究结果进行整理分析，我们首先整理了如下几个特征：（1）在本文所讨论的各种情况下（不考虑稳定与非稳定情况、考虑稳定情况、考虑非稳定情况），人体浅层肌肉的iEMG值均随着负重的增加而显著性提高；（2）低负重时（0%RM），非稳定支撑面条件下对人体浅层肌肉活性具有更高的刺激，而随着负荷的提升，负重对其活性产生了更大的影响。因此，本研究认为，在稳定与非稳定条件下，负重是刺激人体浅层肌群活性的主要变量。

为了进一步验证这一结论，本研究采用SPSS16.0对稳定—非稳定、负重对人体浅层肌肉iEMG的影响进行了双因素方差分析，结果见表3。从表中可知，无论是稳定—非稳定、负重，还是两者之间的交互，均对人体浅层肌肉的iEMG具有显著性影响，但影响肌肉的多少和贡献大小存在差异。稳定与非稳定形式对6块浅层肌肉有显著性影响，其中影响贡献最大的是股内侧肌（E2ta=0.771）。而负重对所测试的11块浅层肌肉均存在不同程度的显著性影响，影响贡献最大的是股直肌（E2ta=0.874）。稳定—非稳定与负重的交互除对人体肌肉的竖脊肌无显著性影响外，对其他浅层肌肉均存在不同程度的影响（P＜0.05；P＜0.01；P＜0.001），其贡献最大的是股内侧肌（E2ta=0.428）。由此可见，负重无论是从影响人体表面肌肉的数量上，还是从影响人体表面肌肉的贡献大小上，均是主要的影响因素，即：人体在稳定与非稳定条件下的自由负重练习，负重是刺激人体浅层肌群活性的主要变量。

这也进一步验证了以往学者的研究，如：刘瑞东，陈小平等人通过对人体在稳定与多级非稳定条件下徒手和30%RM负重深蹲时的肌肉肌电测试，发现负重因素对肌肉发力的影响明显大于非稳定因素[11-12]；国外学者WILLARDSON等人的研究也认为，在非稳定支撑面上进行50%RM的深蹲和硬拉练习对肌肉所产生的效果要小于在稳定支撑面上75%RM所产生的效果[13]。但是，在这里需要说明的是，这些研究及本研究均是以人体浅层肌群为测试部位而展开的，其实，非稳定支撑面作为一种外源性刺激，能够更有效的促进中枢神经系统发出的调节性指令，使一些潜在的、深层的小肌肉群被激活，从而更容易提高肌肉发力的经济性与肌肉力量效果[14]。因此，非稳定支撑面可能在人体深层小肌群上具有更大的影响，其与人体在稳定支撑面上的自由负重练习时对人体深层肌群影响的差异问题，还需要今后学者们做进一步针对性探索。但是，无论如何，尽管非稳定支撑面条件下的练习可能动员更多潜在的、深层小肌群，而针对人体深蹲时主要发力源的浅层大肌群来说却不占主导，研究认为，负重才是人体浅层肌群的主要影响因素。

表3 本研究双因素方差分析一览表Table3 List of Variance Analysis Results for the Study

3.2 在稳定与非稳定支撑面的自由负重练习中，肌肉活性与用力模式均需得到关注

我们普遍认为，非稳定支撑面的不稳定性因素，会更容易对人体肌肉产生刺激，如国外VERA-GARCIA等人的研究发现，不稳定性支撑使得相关肌群的肌电反应高于固定支撑时的肌群肌电值[15]。本研究也进一步验证了这一结论，但是，这一结论仅在低负重时（0%RM）表现的较为明显，在30%RM及60%RM下表现并不突出。与之不同的是，我国有关研究认为，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浅层肌肉的刺激程度[5]。通过分析原因，发现重点在于研究所采用的支撑面质地存在区别。洪扬、陈小平等人的研究发现，在软支撑面上的非稳定练习较稳定支撑面练习更容易刺激肌肉活性（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）[16]。ANDERSON等人通过对人体在稳定与非稳定（橡胶垫）条件下徒手深蹲时的躯干肌和下肢肌肌肉肌电测试，发现非稳定支撑面练习更高的刺激了人体的竖脊肌、腹直肌以及比目鱼肌的活性[17]。而本研究正是采用了软支撑面材质的平衡盘作为非稳定条件进行的测试，其结果也进一步验证了以上学者的观点。其实，无论如何，依BEHM等人的观点，由于非稳定支撑面练习能够提高人体在不同姿势调整时的神经肌肉预判能力，肌肉与肌肉之间的协调能力以及呼吸与肌肉用力的协调配合能力，进而为展现高水平的运动技术提供保障[18]。因此，尽管本研究发现仅在低负重时非稳定支撑面自由负重练习表现出对浅层肌群产生更大的刺激，但它仍具有自身的价值所在，理应关注它对人体肌肉活性的影响变化。

当然，在稳定与非稳定条件下所表现出浅层肌群活性相似的情况下，是否他们的用力模式也相同，还有待于进一步探讨。“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动态激活方式[19]。通常，用肌肉活性的变化来代表肌肉的兴奋与动员水平，而肌肉的用力模式的变化则预示着肌肉的工作方式的转变，即力量的分布[16]。由此可见，肌肉的用力模式即存在肌肉与肌肉之间的组合激活特征，也存在单块肌肉自身所表现出来的动态激活特征。在单块肌肉自身用力模式方面，洪扬、刘瑞东等人的研究提出了单块肌肉活性与用力模式组合的4种情况，即：（1）RMS值无差异、用力模式无差异；（2）RMS值无差异、用力模式有差异；（3）RMS值有差异、用力模式无差异；（4）RMS值有差异、用力模式有差异[15]。而本研究所得到的结论主要是针对肌肉与肌肉之间的组合用力模式特征，研究通过对不同负重条件下稳定与非稳定支撑面深蹲的浅层肌肉iEMG值比较，发现非稳定支撑面练习主要刺激了人体的竖脊肌、股二头肌以及腓肠肌，而稳定支撑面主要刺激了人体的股直肌、股内侧肌以及股外侧肌。由此可知，非稳定支撑面练习重点刺激了人体深蹲时的后部肌群，而稳定支撑面练习重点刺激了前部肌群（股四头肌）。因此，人体在稳定与非稳定条件下自由负重深蹲练习时的肌肉组合用力模式特征是不同的。

基于此，研究认为人体在稳定与非稳定条件下的自由负重深蹲练习的浅层肌肉用力模式是存在差异的，这种差异不仅表现在单块肌肉的用力模式不同，同样也表现在不同肌肉之间的组合用力模式的不同。因此，人体在稳定与非稳定支撑面上的自由负重练习，肌肉活性与用力模式均需得到关注，根据实际需求，合理选择训练方法。

3.3 稳定与非稳定条件下负重与人体肌肉的iEMG存在一种“S”型非线性曲线关系

目前，针对稳定与非稳定条件下负重与人体肌肉的iEMG的关系性探讨，并无一致结论，有的研究者认为它们是线性关系（Lippold，直线）[20]，也有的研究者认为它们是非线性关系（Vredenbregt，非直线），因此，关系性观点有待于进一步明确[21]。基于此，本研究根据研究结果进一步探讨稳定与非稳定条件下负重与人体肌肉的iEMG的关系问题。根据对图8的几个关系描述特征，即：（1）无论是稳定条件还是非稳定条件，人体各浅层肌肉相对iEMG总和均随着负重的增加而提升；（2）在0%RM时，非稳定形势下产生的iEMG总和较稳定形式更大，而在30%RM时，稳定形式下产生的iEMG总和较大，当负重提升到60%RM时，两者之间的差异无显著性。基于以上特征，结合CHAFFIN等人的观点[22]，即：在40%以下最大肌力和60以上最大肌力的强度收缩时，均呈线性关系，但是后者的直线斜率较大。因此，本研究进一步绘制了稳定与非稳定条件下负重与人体肌肉的iEMG的关系构图（见图9）。

图9 本研究与CHAFFIN的研究对比示意图Figure9 Comparison Diagram of This Study and Chaffin’s Study

图中还展现了由于人体所能承受的负荷存在一定的极限，当人体所承受的负荷趋向于1RM时，其浅层肌肉放电值也逐渐趋向于一个极值。就像PETROFSKY等人的研究结果那样，当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[23]，这正是从侧面表现了越趋向于100%RM，肌电值越趋向于某一极限（在一定时间内）。由图9-2可见，稳定与非稳定条件下负重与人体肌肉的iEMG存在一种“S”型非线性曲线关系。该关系构图在基本满足了以上特征的同时，还反映了在低负重时，非稳定形式对人体的浅层肌群刺激占主导，表现出更大的肌肉放电，随着负重的提高，增加的30%RM时，负荷重量逐渐表现出对人体浅层肌群刺激的主导作用，其效果逐渐超过非稳定形式。这与BEHM等人的研究结果相似[24]，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%。究其原因，主要是由于非稳定状态下随着负重的提高，肌肉工作条件发生变化，深层的小肌肉群逐渐被动员，同时，相关辅助肌、拮抗肌等肌群也提高了兴奋性，而部分人体浅层的主动肌为了与它们产生新的平衡，从而降低了自身的兴奋性，进而出现“短板效应”。而当负荷均达到了40 kg以上时，人体肌肉为了应对较高的负重（单腿），“短板效应”消失，逐渐表现出了相似的肌电特征，且随着负重的继续提高，人体肌肉iEMG值将趋向于某一固定值。

基于以上分析，由于外界条件（稳定与非稳定、负重）与内在因素（肌肉类型与募集数量、神经类型以及同步化程度等）的共同作用，导致稳定与非稳定条件下负重与人体肌肉的iEMG并非是一种简单的线性关系，而是存在一种“S”型非线性曲线关系。

4 结论

（1）通过对人体自由负重在稳定与非稳定条件下浅层肌肉iEMG的测试与比较，以及采用稳定—非稳定、负重对人体肌肉iEMG影响的双因素方差分析作以验证，研究认为在稳定与非稳定条件下的自由负重练习，负重是刺激人体浅层肌群活性的主要变量。

（2）研究发现，在低负重时（0%RM）的非稳定支撑面的自由负重练习对人体浅层肌群产生的刺激要高于稳定支撑面的自由负重练习，因此，在训练中理应关注它对人体肌肉活性的影响变化。同时，人体在稳定与非稳定条件下自由负重深蹲练习的肌肉用力模式是存在差异的，这种差异不仅表现在单块肌肉的用力模式上的区别，也表现在不同肌肉之间的组合用力模式的不同。基于此，研究认为：人体在稳定与非稳定支撑面上的自由负重练习，肌肉活性与用力模式均需得到关注，根据实际需求，合理选择训练方法。

（3）由于外界条件（稳定与非稳定、负重）与内在因素（肌肉类型与募集数量、神经类型以及同步化程度等）的共同作用，导致稳定与非稳定条件下负重与人体肌肉的iEMG并非是一种简单的线性关系，更是存在一种“S”型非线性曲线关系。

[1]黎涌明，于洪军，资薇，等.论核心力量及其在竞技体育中的训练——起源·问题·发展[J].体育科学，2008，28（4）：19-29.

[2]POLLOCK A S，DURWARD B R，ROWE P J，et al.What is balance?[J].Clinical Rehabilitation，2000，14（4）：402-406.

[3]SUNDSTRUP E，JAKOBSEN M D，ANDERSEN C H，et al.Swiss ball abdominal crunch with added elastic resistance is an effective alterna⁃tive to training machines[J].International Journal of Sports Physical Therapy，2012，7（4）：372-380.

[4]LEHMAN G J，MACMILLAN B，MACINTYRE L，et al.Shoulder mus⁃cle EMG activity during push up variations on and off a Swiss ball[J].Dynamic Medicine，2006，5（1）：1-7.

[5]黎涌明，曹春梅，陈小平.非稳定支撑面上自由负重练习的肌电分析[J].体育科学，2012，32（6）：39-43.

[6]MCCAW S T，MELROSE D R.Stance width and bar load effects on leg muscle activity during the parallel squat[J].Medecine and Science Sports and Exercise，1999，31（3）：428-436.

[7]万德光.现代力量训练[M].北京：人民体育出版社，2003.

[8]KASMAN G，WOLF S.Surface emg made easy：a beginner’s guide for rehabilitation clinicians[M].Arizona：Inc.Scottsdale，2002.

[9]李玉章.表面肌电在体育中的应用[M].上海：复旦大学出版社，2015.

[10]董德朋.我国男子自由跤运动员力量训练中的几种关系探究[D].长春：吉林大学，2016.

[11]刘瑞东，洪扬，陈小平.稳定与多级非稳定条件下徒手与负重深蹲的肌电特征研究及其对当前力量训练的启示[J].体育科学，2015，35（8）：45-51.

[12]刘瑞东，陈小平.功能性力量训练对肌肉募集特征和身体素质的影响[J].上海体育学院学报，2016，40（5）：73-79.

[13]WILLARDSON J M，FONTANA F E，BRESSEL E.Effect of surface stability on core muscle activity for dynamic resistance exercises[J].In⁃ternational Journal of Sports Physiology Performance，2009，4（1）：97-109.

[14]尹军.核心部位肌群力量训练实验研究[M].北京：北京体育大学出版社，2012.

[15]VERA-GARCIA F J，GRENIER S G，MCGILL S M.Abdominal mus⁃cle response during curl-ups on both stable and labile surfaces[J].Physical Therapy，2000，80（6）：564-569.

[16]洪扬，刘瑞东，陈小平.基于肌电均方根和包络线的稳定与多级非稳定条件下徒手与负重深蹲的肌电特征研究[J].体育科学，2016，36（3）：67-73.

[17]ANDERSON K，BEHM D G.Trunk muscle activity increases with un⁃stable squat movements[J].Canadian Journal of Applied Physiology，2005，30（1）：33-45.

[18]BEHM D G，DRINKWATER E J，WILLARDSON J M，et al.The role of instability rehabilitative resistance training for the core musculature[J].Strength&Conditioning Journal，2011，33（3）：72-81.

[19]MCGILL S M，GRENIER S，KAVCIC N，et al.Coordination of muscle activity to assure stability of the lumbar spine[J].Journal of Electromy⁃ography&Kinesiology Official Journal of the International Society of Electrophysiological Kinesiology，2003，13（4）：353-359.

[20]LIPPOLD O C.The relation between integrated action potentials in a human muscle and its isometric tension[J].The Journal of Physiology，1952，117（4）：492-499.

[21]董德龙，刘文明，SEAMUS K.归属、规模、规制：对中国体育学科发展的认识——一种学科方向探究[J].体育科学，2015，35（3）：83-89.

[22]CHAFFIN D B，LEE M，FREIVALD A.Muscle strength assessment from EMG analysis[J].Medicine and Science in Sports and Exercise，1980，12（3）：205-211.

[23]PETROFSKY J S.Computer analysis of the surface EMG during iso⁃metric exercise[J].Computers in Biology and Medicine，1980，10（2）：83-95.

[24]BEHM D G，ANDERSON K，CURNEW R S.Muscle force and activa⁃tion under stable and unstable conditions[J].The Journal of Strength Conditioning Research，2002，16（3）：416-422.

Comparative Study on Muscles’iEMG of Body Free Load Squat under Stable and Unstable Conditions

DONG Depeng1，2，YUAN Lei1，2，ZHAO Yang1，LIU Shilong3
（1.School of PE，Jilin University，Changchun 130012，China；2.School of Philosophy and Society，Jilin University，Changchun 130012，China；3.Dept.of Sports Health and Art Education，Chengde Petroleum College，Chengde 067000，China）

The purpose of this study is to distinguish the difference of effect of free load on superficial muscle discharge under stable and unstable conditions，and explore the relationship between load and muscle activity under different conditions.Related muscles of the Bulgarian single leg squat in different condi⁃tions were tested by EMG testing instrument for 12 athletes.Results showed：1）The IEMG value of the human muscles was significantly increased with the in⁃crease of load（P＜0.05，P＜0.01，P＜0.001）；2）The exercise of the unstable support surface that compared with the stable support surface has a greater stimula⁃tion to human muscles only when low load（P＜0.05）；3）The combined force modes of the different muscles are different under stable and unstable conditions，and stability exercise stimulates mainly the body’s anterior muscle group and the instability exercise mainly stimulates the body’s posterior muscle group.In conclusions，load is the main variable to stimulate superficial muscle activity under free load exercise of stable and unstable conditions.Muscle activity and force mode of human body need to pay attention when free load exercise under stable and unstable conditions，and we should choose the training methods ac⁃cording to the actual demand.There is a kind of“S”type nonlinear curve relationship between the load and the iEMG under the stable and unstable conditions.

free load；stability；non-stability；iEMG

G 804.2

A

1005-0000（2017）02-162-07

10.13297/j.cnki.issn1005-0000.2017.02.011

2016-09-26；

2017-01-10；录用日期：2017-01-11

国家体育总局奥运攻关项目（项目编号：2013A019）；国家体育总局奥运攻关项目（项目编号：2015HT032）

董德朋（1988-），男，山东潍坊人，在读博士研究生，研究方向为专项竞技运动理论与方法、体育社会学；通信作者：袁 雷（1968-），男，吉林集安人，教授，博士，博士研究生导师，研究方向为专项竞技运动理论与方法、体育社会学。

1.吉林大学体育学院，吉林长春130012；2.吉林大学哲学社会学院，吉林长春130012；3.承德石油高等专科学校体育健康与艺术教育部，河北承德067000。