11.23不同着地方式跑步的神经肌肉调谐规律——基于地面反作用力的时频分析
<p>[TOC]</p>
<h3>不同着地方式跑步的神经肌肉调谐规律——基于地面反作用力的时频分析不同着地方式跑步的神经肌肉调谐规律——基于地面反作用力的时频分析</h3>
<p><strong>文章出处</strong>：体育学刊 第29卷 第3期 2022年5月
<strong>研究目的</strong>：本研究旨在通过 CWT 分析 FFS、MFS和 RFS 3 种着地方式跑步过程中垂直地面反作力的时频特征，并结合下肢刚度和下肢肌肉激活水平，进一步探讨不同着地方式跑步着地缓冲时神经肌肉调谐规律，为广大跑步者采用适合的着地姿势提供参考依据，并为预防可能因着地方式而导致的运动损伤提供理论和实践依据。
<strong>文章框架：</strong>
1 研究对象与方法
1.1实验对象
选取某高校健康男大学生 17 名，无专项运动训经历，下肢关节肌肉在 3 个月内没有发生运动损伤，各个关节活动度正常，近期无大负荷运动，测试前一天休息良好，自愿参与本实验并保证完成。筛选后最受试者为 16 名，年龄(21.33±0.91)岁、身高(176.87±6.34)cm、体重(76.15±13.46)kg。
1.2实验方法
实验对象热身完毕后，采用自然步频在指定跑道上分别进行 FFS、MFS 和 RFS 3 种着地方式跑步，采用测速仪(Smartspeed，Fusion Sport)进行跑速监测，使跑步速度控制在 1.4~1.6 m/s 之间。
测试前将测力台(KISTLER-3D，采样频率为 1 000Hz)平放于地板上，并在测力台的两端铺上延长步道，以记录跑步时支撑相的 GRF 情况。同时，采用 Trigno™无线肌肉运动信息采集系统采集实验对象右足(实验对象的优势侧均为右侧)的股外侧肌、股内侧肌、股直股、胫骨前肌、腓肠肌外侧头和腓肠肌内侧头的肌电活动情况，并通过同步触发盒与测力台同时进行采集。
1.3 数据分析
1)地面反作用力的频域分析。
使用 MATLAB(Mathworks，Inc.，Natick，MA)对垂直地面反作用力进行连续小波变换(CWT)。
2)下肢刚度。
下肢刚度指的是身体所受的垂直地面反作用力和下肢形变的比值，人体的下肢刚度会受到许多因素的影响，如骨骼、肌肉、肌腱和韧带等。
在实验对象的髂前上棘贴上标志点，以记录在跑步过程中下肢运动链在垂直地面方向上的位移情况。
根据下肢垂直刚度计算公式： K = F max ÷∆y( K 为下肢垂直刚度， F max 为最大垂直地面反作用力，∆y 为下肢链的最大垂直位移)，来计算跑步时整个支撑相的下肢垂直刚度，然后取平均值。
3)生物电数据(EMG)。
所有肌电数据均在 Delsys 的 EMG 分析软件下处理
1.4 数据统计
实验数据均采用 SPSS 18.0 进行统计学处理，实验结果均用平均数±标准差表示。采用单因素重复测量方差分析和事后多重比较法检验不同着地方式下 P max 、P sum 、PF max 、 S max 、下肢刚度和 EMG 的差异性，统计结果均表示为 P <0.05 具有统计学显著差异
2 结果
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3 种不同着地姿势下跑步的 P max 未表现出明显差异，FFS 的 P sum 明显低于 RFS；FFS 的 PF max 也明显较小，MFS 明显小于 RFS；PF max 出现的时间(即 S max )，表现为 FFS 明显较 MFS 和RFS 晚。
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3 种不同着地姿势下跑步的 P max 和 P sum 未表现出明显差异；FFS 的PF max 明显较 RFS 小，其 S max 也明显较 RFS 晚出现。
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VL:股外侧肌 VM：股内侧基础 RF:股直肌 TA：胫骨前肌 GL：腓肠肌外侧头 GM：腓肠肌内侧头
GL、TA、VL 和VM 的平均 RMS 在 3 种不同着地方式下均未表现出明显差异，但从趋势上发现 FFS 下肢肌肉的 RMS 均较高。MFS 的 GM 平均 RMS 明显较 RFS 高( P <0.05)，FFS的 VL 平均 RMS 明显较 MFS 高( P <0.05)。
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支撑相 0~17％阶段，RFS 的 GM 激活水平明显低于 FFS 和 MFS( P <0.05)，而 RFS 的 TA 激活水平则明显高于 FFS 和 MFS( P <0.05)。此外，FFS 的 RF 激活水平明显低于 MFS( P <0.05)。支撑相 33％~50％阶段，RFS的 GL 激活水平明显高于 MFS( P <0.05)，GM 的激活水平 MFS 明显高于 FFS( P <0.05)；FFS 的 VL 激活水平明显高于 MFS 和 RFS( P < 0 .05)；VM 激活水平 RFS 明显高于 FFS( P <0.05)。支撑相 50％~83％阶段，RFS 的 TA激活水平明显低于 FFS 和 MFS( P <0.05)
3 结果分析
3.1 3种着地方式下跑步的频域特征
3.2 3种着地方式下跑步的神经肌肉调谐
人类下肢软组织的固有频率范围约为 10~50 Hz，因此在跑步时有引起软组织共振的潜在风险。然而，人体通过增加肌肉激活程度可增加阻力以避免软组织发生共振，此现象称为“肌肉调谐”。
本研究结果显示，RFS 具有明显较 FFS 高输入频率的同时，TA 和 RF 在支撑相前17％阶段也表现出明显较FFS高的肌肉激活程度。该研究认为，这是由于 FFS 跑步主要通过跖屈肌的离心收缩来缓冲冲击力所导致的。
4 结论
本研究通过结合跑步时的冲击频率、下肢刚度和肌肉激活情况来比较不同着地方式的着地缓冲特征发现，跑者通过改变着地方式可调整着地时的冲击频率，在跑速为 1.4~1.6 m/s 时与 MFS 和 RFS 相比，FFS 的冲击频率和下肢刚度均较小，不利于下肢弹性能的储存和利用，而且其较高的下肢肌肉激活水平易引起疲劳。因此，本研究不建议长跑爱好者采用 FFS。
<strong>建议：</strong>研究者在研究冲击力对人体影响时，可把冲击力的时频特征也考虑其中。
<strong>思考</strong>：不同跑速是否会导致不同着地姿势与能量消耗间的差异关系</p>