基于表面肌電的中學(xué)生廣播體操運(yùn)動(dòng)對(duì)比研究

宋海燕 楊婧 王芳

摘 要：目的 研究第三套中學(xué)生廣播體操《舞動(dòng)青春》《放飛理想》兩套廣播體操運(yùn)動(dòng)過程中下肢肌肉的表面肌電信號(hào)特性，為廣播體操在動(dòng)作編排和改進(jìn)方向上提供可靠的數(shù)據(jù)和理論參考依據(jù)。方法 測(cè)試20名實(shí)驗(yàn)對(duì)象在完成廣播體操時(shí)下肢主肌肉群的表面肌電信號(hào)，將肌肉貢獻(xiàn)率作為研究指標(biāo)，利用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS 16.0對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。結(jié)果 在進(jìn)行《舞動(dòng)青春》廣播體操時(shí)，男性和女性貢獻(xiàn)率最大的肌肉均主要集中在股二頭肌；在進(jìn)行《放飛理想》廣播體操運(yùn)動(dòng)時(shí)，股二頭肌、股直肌、腓腸肌外側(cè)、脛骨前肌四塊肌肉的貢獻(xiàn)率比較均衡。

關(guān)鍵詞：表面肌電 體操運(yùn)動(dòng) 肌肉 疲勞

中圖分類號(hào)：R318.04 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2813（2017）04（a）-0009-03

A Comparative Study on the Students' Gymnastic Exercises Based on Surface Electromyography

Song Haiyan1* Yang Jing2 Wang Fang2

（1.College of Packaging and Printing Engineering， Tianjin University of Science and Technology；2.College of Mechanical Engineering， Tianjin University of Science and Technology， Tianjin， 300222， China）

Abstract： By studying on sEMG characteristics of lower limb muscle during the third sets of youth students broadcast gymnastics named “Dancing youth ” and “Flying ideal” ， to provide reliable data and theoretical reference for radio Gymnastics in the choreography and the direction of improvement. Method： Test 20 subjects in the completion of broadcast gymnastics and to obtain Surface electromyography signals from their primary muscles clusters in lower limb muscle group， the contribution rate of muscle as a research target， The data were processed by SPSS 16.0. Conclusion： when performing the “Dancing youth ” broadcast gymnastics， male and female contribution rate of the muscles are mainly concentrated in the biceps femoris muscle， and when performing the “Flying ideal ” broadcast gymnastics， the contribution rate of four muscles of the quadriceps femoris， rectus femoris， gastrocnemius muscle and tibialis anterior muscle was more balanced.

Key Words： SEMG； Gymnastics； Muscles； Fatigue

長(zhǎng)期的缺乏鍛煉會(huì)使身體健康受到威脅，適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)會(huì)起到強(qiáng)身健體的作用，因此國(guó)家大力推廣及普及廣播體操這一體育運(yùn)動(dòng)。廣播體操是一種徒手體操，不受場(chǎng)地和器械條件的限制，易于普及[1]。中學(xué)廣播體操在全國(guó)已推廣至第三套，主要有《青春的活力》《時(shí)代在召喚》《舞動(dòng)青春》《放飛理想》。

目前有很多學(xué)者致力于廣播體操的研究， 2009年，崔玉鵬[2]等人為了客觀評(píng)價(jià)第三套全國(guó)中小學(xué)生系列廣播體操的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷，對(duì)完成廣播體操運(yùn)動(dòng)過程中攝氧量、心率和主觀體力感覺等級(jí)量表等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，其結(jié)果顯示這套廣播體操運(yùn)動(dòng)負(fù)荷屬于低到中等，適合中小學(xué)生健身運(yùn)動(dòng)。2013年，徐海波[3]等人以第九套成人廣播體操為研究對(duì)象，探索動(dòng)作的差異性和共同性。大部分研究是通過攝氧量、心率、血壓等參數(shù)來評(píng)價(jià)廣播體操的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷，很少涉及廣播體操肌肉表面肌電信號(hào)特性的研究。

表面肌電信號(hào)是從皮膚表面通過電極引導(dǎo)、記錄下來的復(fù)雜的生物電信號(hào)，它與肌肉的活動(dòng)狀態(tài)和功能狀態(tài)之間存在著一定程度的相關(guān)性，因此，可以據(jù)此來反映肌肉的活動(dòng)[4]。同時(shí)，表面肌電信號(hào)的研究也已成為臨床醫(yī)學(xué)、康復(fù)醫(yī)學(xué)、生物力學(xué)、人機(jī)工效學(xué)、體育科學(xué)中的研究熱點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外已有許多關(guān)于表面肌電的研究，但是對(duì)廣播體操表面肌電的特性研究還很少。

該文主要研究第三套中學(xué)生廣播體操《舞動(dòng)青春》《放飛理想》兩套廣播體操運(yùn)動(dòng)過程中下肢肌肉的表面肌電信號(hào)特性，為廣播體操在動(dòng)作編排和改進(jìn)方向上提供可靠的數(shù)據(jù)和理論參考依據(jù)，促進(jìn)廣播體操可持續(xù)高效的發(fā)展。同時(shí)也可為拓展表面肌電圖在肌肉功能預(yù)測(cè)、診斷及人類工效學(xué)有關(guān)方面的研究提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

20名身體健康的青年人，其中男性和女性各10人，平均年齡為 （25.3±1.1）歲，男生平均體重為（68.0±4.8）kg，平均身高為（176.4±4.5）cm；女生平均體重為（54.2±4.7）kg，平均身高為（163.4±4.6）cm，受試者身體健康，上下肢沒有受傷史、急慢性疼痛及運(yùn)動(dòng)受限等影響運(yùn)動(dòng)功能的問題，并且不是敏感性皮膚。所有受試者都清楚了解實(shí)驗(yàn)的目的、方法及流程，并自愿參與該實(shí)驗(yàn)。受試者在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前的24 h內(nèi)沒有進(jìn)行劇烈的身體運(yùn)動(dòng)，沒有肌肉不適的感受。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

（1）JE-TB0810肌電采集系統(tǒng)（安徽君誠科技有限公司）。

（2）一次性使用心電電極（上海申風(fēng)醫(yī)療保健用品有限公司）。

（3）體重計(jì)。

（4）75%的醫(yī)用酒精及棉球。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 測(cè)試肌肉的確定

根據(jù)正常人體解剖學(xué)中下肢各肌肉的位置和作用，結(jié)合預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定了肌電信號(hào)較為明顯的8塊肌肉，分別是下肢左右側(cè)的股直肌、股二頭肌、脛骨前肌和腓腸肌。

1.3.2 測(cè)試電極的貼放

采用酒精擦拭貼電極部位的皮膚，等到酒精揮發(fā)、干燥后再粘貼電極。貼放位置是肌腹部分，兩個(gè)電極沿著肌纖維走向緊挨在一起，參考電極與這兩個(gè)電極成等邊三角形。

1.3.3 實(shí)驗(yàn)步驟

進(jìn)行第三套中學(xué)生廣播體操《舞動(dòng)青春》《放飛理想》兩套廣播體操的實(shí)驗(yàn)，每套體操分為8小節(jié)，采集10個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象廣播體操運(yùn)動(dòng)過程中下肢左右肌肉（股直肌、股二頭肌、脛骨前肌、腓腸肌外側(cè)），表面肌電信號(hào)平均肌電AEMG（Average electromyography）和積分肌電IEMG（Integrated electromyography）這兩個(gè)特征參數(shù)。得到原始肌電信號(hào)后，通過JANALYSIS E100C軟件處理得到評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2 結(jié)果與討論

貢獻(xiàn)率是肌肉在運(yùn)動(dòng)中做功所占的比重。分析同一小節(jié)的肌肉特征，將肌肉貢獻(xiàn)率做為研究指標(biāo)，從而揭示肌電信號(hào)特征值的特點(diǎn)，找出人體進(jìn)行《舞動(dòng)青春》《放飛理想》兩套廣播體操時(shí)的肌肉活動(dòng)特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。表1至表4為男性與女性進(jìn)行《舞動(dòng)青春》《放飛理想》兩套廣播體操時(shí)下肢肌肉群的貢獻(xiàn)率。

由表1和表2看出，男性進(jìn)行《舞動(dòng)青春》廣播體操的8小節(jié)時(shí)，除了在跳躍運(yùn)動(dòng)中貢獻(xiàn)率最大的肌肉是腓腸肌外側(cè)外，其它小節(jié)運(yùn)動(dòng)貢獻(xiàn)率最大的肌肉均是股二頭肌。貢獻(xiàn)率最小的肌肉在體側(cè)運(yùn)動(dòng)、整理運(yùn)動(dòng)小節(jié)是股直肌，在跳躍運(yùn)動(dòng)中是脛骨前肌，在其它小節(jié)運(yùn)動(dòng)中均是腓腸肌外側(cè)。男性進(jìn)行《放飛理想》廣播體操的8小節(jié)時(shí)，4塊肌肉的貢獻(xiàn)率較為均衡，貢獻(xiàn)率最大的肌肉依次是股直肌、股直肌、股二頭肌、腓腸肌外側(cè)、股直肌、股二頭肌、腓腸肌外側(cè)、腓腸肌外側(cè)。貢獻(xiàn)率最小的肌肉依次為腓腸肌外側(cè)、股二頭肌、腓腸肌外側(cè)、股直肌、腓腸肌外側(cè)、腓腸肌外側(cè)、股直肌、股直肌。

由表3和表4看出，女性進(jìn)行《舞動(dòng)青春》廣播體操的8小節(jié)時(shí)，除了在踢腿運(yùn)動(dòng)和整理運(yùn)動(dòng)中貢獻(xiàn)率最大的肌肉是脛骨前肌外，其它小節(jié)運(yùn)動(dòng)貢獻(xiàn)率最大的肌肉均是股二頭肌。貢獻(xiàn)率最小的肌肉在腹背運(yùn)動(dòng)和跳躍運(yùn)動(dòng)中分別為腓腸肌外側(cè)、脛骨前肌，在其它小節(jié)運(yùn)動(dòng)中均是股直肌。女性進(jìn)行《放飛理想》廣播體操的8小節(jié)時(shí)，貢獻(xiàn)率最大的肌肉依次為脛骨前肌、股直肌和股二頭肌、脛骨前肌、脛骨前肌、股直肌、股二頭肌、腓腸肌外側(cè)、股二頭肌。貢獻(xiàn)率最小的肌肉依次為股直肌、腓腸肌外側(cè)、股直肌、股直肌、腓腸肌外側(cè)、脛骨前肌、脛骨前肌、股直肌。

綜上所述，在進(jìn)行《舞動(dòng)青春》廣播體操時(shí)，男性和女性貢獻(xiàn)率最大的肌肉均主要集中在股二頭肌，股二頭肌受坐骨神經(jīng)支配，主要負(fù)責(zé)控制膝蓋彎曲與大腿伸展的動(dòng)作，說明《舞動(dòng)青春》廣播體操對(duì)股二頭肌能起到很好的鍛煉效果。由貢獻(xiàn)率可以看出，人體在進(jìn)行《放飛理想》廣播體操運(yùn)動(dòng)時(shí)，下肢肌肉發(fā)力情況比較均衡。

3 結(jié)論

（1）在進(jìn)行《舞動(dòng)青春》廣播體操時(shí)，男性和女性貢獻(xiàn)率最大的肌肉均主要集中在股二頭?。辉谶M(jìn)行《放飛理想》廣播體操運(yùn)動(dòng)時(shí)，股二頭肌、股直肌、腓腸肌外側(cè)、脛骨前肌4塊肌肉的貢獻(xiàn)率比較均衡。

（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果可為以后廣播體操的編排提供參考，同時(shí)可以對(duì)某些體育運(yùn)動(dòng)的技巧提供指導(dǎo)，也可以為優(yōu)化肌肉鍛煉的形式提供依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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[2] 崔玉鵬，耿培新，馬鴻濤，等.第三套全國(guó)中小學(xué)生系列廣播體操運(yùn)動(dòng)負(fù)荷評(píng)價(jià)[J].中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志，2009，12（6）：625-630.

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[4] 胡小珍，姚新苗，王健，等.sEMG在頸痛患者頸肌功能特征研究中的應(yīng)用[J].中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志，2016，31（5）：578-582.