趙曉光，周君一，陳 琳

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

中長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員跑臺(tái)跑與場(chǎng)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(xué) 研究生院，北京 100084；2.河北體育科學(xué)研究所，河北 石家莊 050011）

目的：通過EMG記錄分析跑臺(tái)跑和場(chǎng)地跑肌肉用力情況特征，比較這兩種狀態(tài)跑時(shí)肌肉用力方式的各自特點(diǎn)。方法：11名中長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員，每名運(yùn)動(dòng)員分兩天測(cè)試，隨機(jī)讓其以10 km／h、12 km／h、14 km／h、16 km／h、18 km／h的速度在場(chǎng)地和跑臺(tái)（0%、5%、10%坡度）運(yùn)動(dòng)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(cè)肌、股二頭肌、腓腸肌內(nèi)側(cè)頭、脛骨前肌）EMG變化情況。結(jié)果表明：在肌肉用力方面，5%坡度的跑臺(tái)跑可以模擬場(chǎng)地跑，而10%坡度的跑臺(tái)跑則可以給予下肢肌群更強(qiáng)的刺激，以滿足訓(xùn)練的需要；跑臺(tái)跑時(shí)，脛骨前肌需要比在場(chǎng)地跑時(shí)動(dòng)員更多的運(yùn)動(dòng)單位參與工作，而跑臺(tái)的坡度和速度增加對(duì)動(dòng)員更多的運(yùn)動(dòng)單位影響不大。

中長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員；跑臺(tái)跑；場(chǎng)地跑；肌電圖；積分肌電；平均功率頻率

近年來，運(yùn)用跑臺(tái)來進(jìn)行訓(xùn)練方興未艾。跑臺(tái)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(shí)、定距、定坡度，一些高水平的中長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員甚至將跑臺(tái)訓(xùn)練作為一種創(chuàng)新的訓(xùn)練方法。跑臺(tái)除了研究受試者在不同跑速下的運(yùn)動(dòng)方式和特征之外［1－5］，還可以監(jiān)控心肺和代謝的情況來評(píng)估中長(zhǎng)跑高水平運(yùn)動(dòng)員的能量消耗和其他一些生理學(xué)指標(biāo)［6－10］。隨著表面肌電技術(shù)的不斷發(fā)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(tái)運(yùn)動(dòng)過程中肌肉活動(dòng)變化的情況［11－16］。那么，跑臺(tái)上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)與在實(shí)際場(chǎng)地上運(yùn)動(dòng)所獲得的運(yùn)動(dòng)效果在肌肉用力方面是否一致？對(duì)此，國(guó)內(nèi)外許多研究人員和學(xué)者進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究。但有關(guān)這兩種運(yùn)動(dòng)方式的用力方式是否相同存在著爭(zhēng)議［11－17］。本研究通過測(cè)定跑臺(tái)跑和場(chǎng)地跑肌肉用力情況特征，闡明這兩種運(yùn)動(dòng)方式的相關(guān)與不同，比較不同狀態(tài)跑時(shí)肌肉用力方式的各自特點(diǎn)，從而使跑臺(tái)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試和訓(xùn)練能夠更好地服務(wù)于運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練之中，科學(xué)地指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)與訓(xùn)練實(shí)踐。

1 研究對(duì)象和方法

1.1 研究對(duì)象

男性中長(zhǎng)跑二級(jí)運(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)前24 h內(nèi)沒有進(jìn)行劇烈的運(yùn)動(dòng)，無肌肉疲勞現(xiàn)象。

1.2 研究方法

1.2.1 肌電測(cè)試

采用便攜式Megawin ME－6000肌電儀與佳能攝像機(jī)對(duì)跑臺(tái)跑和場(chǎng)地跑進(jìn)行測(cè)試；采用Megawin肌電分析軟件對(duì)跑臺(tái)跑和場(chǎng)地跑下肢的肌肉活動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行EMG分析。

肌電圖測(cè)試所測(cè)量的肌群為優(yōu)勢(shì)腿的下肢各屈伸肌群，包括臀大肌、股外側(cè)肌、股二頭肌、腓腸肌內(nèi)側(cè)頭、脛骨前肌。

場(chǎng)地測(cè)試在室外標(biāo)準(zhǔn)的400m塑膠田徑跑道上測(cè)試；跑臺(tái)測(cè)試在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。每次測(cè)試前預(yù)熱測(cè)試儀器，同時(shí)受試者先做15－20min的準(zhǔn)備活動(dòng)，休息5min后戴上便攜式肌電儀并有攝像機(jī)同步記錄。每名受試者實(shí)驗(yàn)分兩天進(jìn)行，隨機(jī)讓其以10km／h、12km／h、14km／h、16km／h、18km／h的速度在場(chǎng)地上和坡度為0%、5%、10%的跑臺(tái)上跑6min，每種速度跑之間間歇10min。記錄每組的EMG并保存數(shù)據(jù)。

1.2.2 數(shù)據(jù)收集與處理

數(shù)據(jù)收集均采用肌電儀自帶的分析軟件進(jìn)行分析并收集保存。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理。對(duì)相關(guān)的肌電變量參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)配對(duì)T檢驗(yàn)（雙側(cè)），顯著性水平P＜0.05。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 場(chǎng)地跑時(shí)跑速增加對(duì)下肢肌群的影響

在場(chǎng)地跑時(shí)，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(shì)。由表1可知，脛骨前肌、股外側(cè)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(nèi)側(cè)頭不存在這樣的趨勢(shì)，腓腸肌內(nèi)側(cè)頭的IEMG在跑速為14km／h時(shí)達(dá)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(cè)肌在場(chǎng)地跑時(shí)，隨著跑速的增加，MPF逐漸減小。

表1 不同跑速下跑臺(tái)和場(chǎng)地跑下肢肌群IEMG情況 uVs

2.2 跑臺(tái)跑時(shí)跑速增加對(duì)下肢肌群的影響

在各個(gè)坡度跑臺(tái)跑過程中，腓腸肌內(nèi)側(cè)頭、股外側(cè)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(tái)跑時(shí)，IEMG也隨著跑速的增加而逐漸增大。但在10%坡度跑臺(tái)跑時(shí)，其IEMG在跑速為14km／h時(shí)達(dá)到最大值，之后隨著跑速的增加IEMG不再增大。

跑臺(tái)跑過程中，所測(cè)肌群的MPF隨著跑速的增加規(guī)律性變化不明顯。

2.3 跑臺(tái)跑時(shí)坡度增加對(duì)下肢肌群的影響

跑臺(tái)跑時(shí)，腓腸肌內(nèi)側(cè)頭、股外側(cè)肌、股二頭肌和臀大肌在所測(cè)的各個(gè)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(tái)跑時(shí)，其IEMG也隨著坡度的增加而增大。但當(dāng)跑速在16km／h以上時(shí)，IEMG隨著跑臺(tái)坡度的增加而不再增大；同時(shí)發(fā)現(xiàn)下肢大多數(shù)肌群都有其場(chǎng)地跑時(shí)的IEMG均高于0%坡度的跑臺(tái)跑的趨勢(shì)。僅臀大肌與之相反。

跑臺(tái)跑時(shí)，跑臺(tái)坡度的增加對(duì)下肢肌群MPF的規(guī)律性變化不明顯。

3 分析與討論

3.1 場(chǎng)地跑和跑臺(tái)跑時(shí)受試者IEMG的變化

表面積分肌電（IEMG）是對(duì)肌電圖上的肌電變化曲線與時(shí)間橫軸之間所包繞面積的積分，可以反映一段時(shí)間內(nèi)肌肉的肌電活動(dòng)強(qiáng)弱。許多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)［18－20］，肌肉張力與IEMG存在線性關(guān)系，即隨著肌肉用力或是產(chǎn)生肌張力的增加，肌電信號(hào)的IEMG也會(huì)隨之增加。本研究結(jié)果也證明了這一點(diǎn)，大多數(shù)下肢肌群不論是在場(chǎng)地還是跑臺(tái)跑，均隨著跑速或者跑臺(tái)坡度的增加而逐漸增大。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在場(chǎng)地跑時(shí)，14km／h的跑速可以最大程度的激發(fā)腓腸肌內(nèi)側(cè)頭參與工作。在10%坡度的跑臺(tái)跑時(shí)，14km／h的跑速也可最大程度的激發(fā)腓腸肌內(nèi)側(cè)頭參與工作；在跑速相同的情況下，雖然未發(fā)現(xiàn)其有顯著性差異，但所測(cè)下肢肌群（除臀大肌外）其場(chǎng)地跑時(shí)的IEMG均高于0%坡度的跑臺(tái)跑，此結(jié)果與Murrar［16］等人的觀點(diǎn)相駁 （Murrar等人認(rèn)為0%坡度跑臺(tái)跑的IEMG大于場(chǎng)地跑）。此結(jié)果也說明脛骨前肌、腓腸肌內(nèi)側(cè)頭、股外側(cè)肌、股二頭肌在場(chǎng)地跑時(shí)比在0%坡度跑臺(tái)跑募集更多的運(yùn)動(dòng)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(tái)上跑比在場(chǎng)地上跑要輕松一些；但當(dāng)跑臺(tái)坡度為5%時(shí)，所測(cè)得的下肢肌群（臀大肌除外）的IEMG值與場(chǎng)地跑值相當(dāng)，說明5%坡度跑臺(tái)在肌肉用力方面可以模擬場(chǎng)地跑。而10%坡度的跑臺(tái)跑則可以給下肢肌群更強(qiáng)的刺激，使肌肉承受的負(fù)荷更大，有利于肌肉對(duì)更大負(fù)荷的適應(yīng)，以達(dá)到訓(xùn)練的目的。

表2 不同跑速下跑臺(tái)和場(chǎng)地跑下肢肌群MPF情況 Hz

3.2 場(chǎng)地跑和跑臺(tái)跑時(shí)受試者M(jìn)PF的變化

在肌電圖的頻域分析方面，將EMG信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉轉(zhuǎn)換（FFT），可獲得EMG信號(hào)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(shí)的功率譜左移，即低頻成分增加和高頻率成分減少，一般認(rèn)為快肌運(yùn)動(dòng)單位先疲勞，從而要募集更多的慢肌運(yùn)動(dòng)單位所致［18－20］。研究發(fā)現(xiàn)，在場(chǎng)地跑時(shí)，脛骨前肌和股外側(cè)肌隨著跑速的增加MPF逐漸減小，說明它們要募集更多的運(yùn)動(dòng)單位參與工作。在跑臺(tái)跑時(shí)，下肢肌群的MPF并未隨著速度或者坡度的增加而發(fā)生明顯變化；腓腸肌內(nèi)側(cè)頭、股外側(cè)肌、股二頭肌、臀大肌在0%坡度跑臺(tái)跑時(shí)的MPF高于場(chǎng)地跑，脛骨前肌則相反，說明脛骨前肌在跑臺(tái)跑時(shí)需要募集更多的運(yùn)動(dòng)單位參與工作。

4 結(jié)論

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

（2）跑臺(tái)跑時(shí)，脛骨前肌需要比在場(chǎng)地跑時(shí)動(dòng)員更多的運(yùn)動(dòng)單位參與工作，而跑臺(tái)的坡度和速度增加對(duì)動(dòng)員更多的運(yùn)動(dòng)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）