不同壁面角度与身体姿势下攀岩者肌肉激活与力量分布的全景图谱研究

《European Journal of Applied Physiology》：Climber’s muscle excitation and force distribution at different wall angles and body positions

本研究针对攀岩研究中缺乏生态效度、肌肉监测局限等问题，通过表面肌电图（sEMG）和三轴力传感器同步采集22处上下肢肌肉激活数据及接触力，系统分析SLAB（+5°）、VERTICAL（0°）、OVERHANG（-5°）三种壁面角度下UP（屈臂伸腿）与DOWN（伸臂屈腿）两种静态姿势的动力学特征。结果揭示陡峭壁面引发足部至手部的负荷转移（UP位同侧主导，DOWN位对侧主导），且DOWN姿势普遍引发更高指屈肌（FULN/FRAD）和肱桡肌（BRAD）激活。论文为攀岩生物力学提供了迄今最全面的肌肉激活与接触力映射，为针对性训练、康复方案优化及未来实验设计奠定量化基础。

　　

当攀岩从小众运动逐渐走向奥运赛场，科学家们却面临一个尴尬的困境：尽管这项运动对肢体协调性和肌肉控制要求极高，但大多数研究仍停留在局部肌肉分析或非生态的实验环境中。以往的研究往往只关注上肢少数肌群，或在非真实攀爬条件下进行测量，难以全面揭示攀岩过程中全身肌肉的协同工作机制。这种局限性使得训练方案设计和运动损伤预防缺乏精准的生物学依据。

正是在这样的背景下，由Eleonora Bonelli领衔的研究团队在《European Journal of Applied Physiology》上发表了他们的最新成果。他们试图回答一个看似简单却至关重要的问题：当攀岩者在不同角度的墙面上保持不同姿势时，全身肌肉是如何激活的？力量在手脚之间如何分配？

为了解开这个谜题，研究团队设计了一个精巧的实验。他们招募了14名具有丰富经验的攀岩者（IRCRA等级11-23），在一面角度可调节（-10°至+10°）的攀岩墙上进行测试。实验的核心是两种典型静态姿势：UP姿势（伸直双腿、弯曲右臂）模拟攀岩者观察路线或挂快挂时的姿态，DOWN姿势（弯曲双腿、伸直右臂）则对应主动休息时的姿势。这两种姿势分别在三种墙面角度下进行：SLAB（+5°）、VERTICAL（0°）和OVERHANG（-5°）。

研究的关键技术创新在于同时使用表面肌电图（sEMG）监测22处上下肢肌肉的激活水平，并通过内置三轴力传感器的岩点精确测量手脚与岩点之间的接触力。这种多模态数据采集方式使得研究人员能够首次全面描绘攀岩静态姿势中的神经肌肉响应与力学特征。

数据处理方面，研究团队采用了两种分析方法：全区间法和2秒区间法，通过比较确保结果的可靠性。力数据标准化为体重百分比，肌电数据则通过最大自主收缩（MVE）进行标准化，使得不同受试者间的数据可以进行比较。

主要技术方法包括：使用无线表面肌电图系统采集22处肌肉活动信号，通过定制化的三轴力传感器岩点测量接触力，采用两种时间区间分析方法确保数据稳定性，并运用重复测量方差分析（RM-ANOVA）统计不同条件下各变量的差异性。

研究结果

接触力分布呈现规律性变化

研究发现，墙面角度和身体姿势对接触力分布均有显著影响。随着墙面变陡（从SLAB到OVERHANG），手上的负荷显著增加（平均差异4-17%），而双脚总负荷（TFF）相应减少（平均差异3-12%）。这种负荷转移在UP姿势中主要表现为同侧性（从右脚到右手），而在DOWN姿势中则表现为对侧性。

比较两种姿势发现，DOWN姿势导致手上的负荷显著高于UP姿势（平均差异23-32%），而双脚负荷则显著降低。值得注意的是，这种差异在SLAB条件下最为明显，随着墙面变陡而逐渐减小。

肌肉激活模式揭示攀岩动力学特征

研究获得了22处肌肉在不同条件下的激活水平全景图。在UP姿势中，只有冈下肌（ISPIN）在所有角度下激活水平均超过MVE的40%；而在VERTICAL和OVERHANG条件下，尺侧腕屈肌（FULN）、桡侧腕屈肌（FRAD）、肱桡肌（BRAD）、背阔肌（LD）和肱二头肌（BB）也达到这一阈值。

DOWN姿势中，指屈肌（FULN和FRAD）在所有角度下激活水平均超过40%，冈下肌（OVERHANG和VERTICAL）、肱桡肌和背阔肌（OVERHANG）也表现出高激活水平。

墙面角度对肌肉激活的影响普遍存在：除胸大肌（PM）、右股二头肌（RBF）和右腓肠肌内侧头（RGAM）外，所有肌肉在更陡的墙面上都表现出更高的激活水平。这种趋势在上肢肌肉中尤为明显。

姿势比较揭示意外发现

比较两种姿势的肌肉激活模式发现，DOWN姿势在所有墙面角度下都引起更高的指屈肌（FULN）和肱桡肌激活，这与传统认知形成有趣对比。同时，UP姿势在OVERHANG条件下引起更高的背阔肌和肱二头肌激活。

下肢肌肉的激活分析表明，虽然更陡的墙面引起某些下肢肌肉（左臀大肌、左股二头肌、右股直肌等）激活增加，但这并不对应更高的足部负荷，提示这些肌肉主要起稳定姿势的作用。

研究结论与意义

这项研究首次全面量化分析了不同墙面角度下攀岩静态姿势中的负荷分布特征，并完整描绘了相关浅层肌肉的激活模式。研究发现，在SLAB和VERTICAL条件下，UP姿势（屈臂伸腿）确实能让更多体重由下肢骨骼支撑，减少上肢肌肉的激活水平，这解释了攀岩者在这些角度偏好使用UP姿势进行休息或挂快挂的原因。

然而，在OVERHANG条件下，研究发现了与传统认知不同的现象：DOWN姿势虽然被攀岩者普遍认为更省力，但实际上却导致更高的指屈肌和肱桡肌激活水平。这一发现挑战了单纯以前臂肌肉激活水平来解释攀岩疲劳和休息姿势有效性的传统观点，提示背阔肌和肱二头肌等其他肌肉在攀岩疲劳积累过程中可能扮演重要角色。

研究的实践意义在于为攀岩训练和康复提供了精确的量化依据。所有被研究的肌肉（除胸大肌和右股二头肌外）在不同条件下均表现出显著的激活变化，表明它们在攀岩姿势控制中都具有重要作用。其中，肱桡肌、指屈肌、后三角肌、肱二头肌、冈下肌和背阔肌表现出最大的变异性，可作为特定场景下肌肉监测的优先选择。

这项研究建立的全面数据集为未来研究更复杂的攀岩动作奠定了坚实基础，也为探索攀岩治疗性应用提供了科学依据。通过精确量化肌肉激活与力学负荷的关系，研究人员和教练可以更科学地设计训练方案，预防运动损伤，并优化康复策略。