直立位強(qiáng)腹式呼吸腹直肌表面肌電特征研究

華雪娟，劉 超

（淮北師范大學(xué) 體育學(xué)院，安徽 淮北 235000）

0 引言

為了更好地訓(xùn)練腹部肌肉，筆者通過實(shí)驗(yàn)探討直立位強(qiáng)腹式呼吸時(shí)腹直肌表面的肌電特征，為其訓(xùn)練方法提供扎實(shí)的科學(xué)依據(jù).骨胳肌在興奮時(shí)，會(huì)由肌纖維動(dòng)作電位的傳導(dǎo)和擴(kuò)布，而發(fā)生動(dòng)作電位變化，這種動(dòng)作電位變化稱為肌電.用適當(dāng)?shù)姆椒▽⒐歉旒∨d奮時(shí)發(fā)生的電位變化引導(dǎo)、記錄得到的圖形，稱為肌電圖［1］.表面肌電圖評(píng)估技術(shù)是主要研究神經(jīng)肌肉系統(tǒng)電信號(hào)，具有實(shí)時(shí)客觀、動(dòng)態(tài)敏感的特點(diǎn)，在控制良好的條件下，肌電信號(hào)活動(dòng)的變化很大程度上能定量反映肌肉功能變化、肌力水平、肌肉的協(xié)同收縮功能［2-3］.表面肌電信號(hào)（surface electromyography signal，sEMG）是從肌肉表面通過電極引導(dǎo)、記錄下來的神經(jīng)肌肉系統(tǒng)活動(dòng)時(shí)的一維時(shí)間序列信號(hào)，其變化與參與活動(dòng)的運(yùn)動(dòng)單位數(shù)量、運(yùn)動(dòng)單位活動(dòng)模式和代謝狀態(tài)等因素有關(guān)，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地在非損傷狀態(tài)下反映肌肉活動(dòng)狀態(tài)和功能狀態(tài)［4］.而肌肉在持續(xù)的收縮過程中，會(huì)逐漸進(jìn)入疲勞狀態(tài)，肌肉疲勞特性的研究在康復(fù)醫(yī)學(xué)、運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有重要作用［5］.腹直肌功能強(qiáng)大，能協(xié)同腹內(nèi)外斜肌及腹橫肌維持腹內(nèi)壓，在力量訓(xùn)練中使訓(xùn)練者更好維持核心穩(wěn)定，下固定向心收縮使人體軀干做屈伸動(dòng)作，上固定向心收縮使人體骨盆后傾［6］.腹直肌與腹外斜肌、腹內(nèi)斜肌等是位于腹部和脊柱附近的最主要的核心肌肉，對(duì)人體運(yùn)動(dòng)有非常重要的作用.吳紀(jì)饒?jiān)?4名從事體育專項(xiàng)訓(xùn)練的學(xué)生為研究對(duì)象，通過腹直肌表面肌電圖和積分肌電圖得出，在做仰臥起坐時(shí)上體前屈至40～60度是增進(jìn)腹肌力量的最有效角度；發(fā)展腹直肌力量，屈膝仰臥起坐的效果要優(yōu)于直腿仰臥起坐；舉腿收腹時(shí)，懸掛舉腿收腹或者身體斜位仰臥舉腿收腹效果更佳［7］.張瑾俐的碩士論文中，比較不同身體角度的瑜伽體式對(duì)腹直肌表面肌電的影響，得出如何才能更規(guī)范、更有效地利用瑜伽來加強(qiáng)腹直肌的鍛煉［8］.表面肌電在體育領(lǐng)域的運(yùn)用十分廣泛，可通過表面肌電的特征一定程度上反映出神經(jīng)肌肉的活動(dòng)特征.本文利用無線電技術(shù)探索在不同體位，采用強(qiáng)腹式呼吸時(shí)腹直肌表面的肌電特征，其研究意義在于為腹直肌的訓(xùn)練提供方法，為大眾健身提供理論指導(dǎo).

1 研究對(duì)象與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

本研究以安慶師范大學(xué)體育學(xué)院19名志愿者為研究對(duì)象，其中其男性9名，平均年齡（23±1）歲、平均身高（175±8）cm、平均體重（70±14）kg；女性10名，平均年齡（23±1）歲、平均身高（164±5）cm，平均體重（60±14）kg.本實(shí)驗(yàn)均選擇右側(cè)最上的腹直肌目標(biāo)肌，避免不同肌肉帶來不同的影響.且能夠保證19名受試者身體狀況良好，半年內(nèi)沒有腹肌損傷等病史，實(shí)驗(yàn)前24 h內(nèi)正常生活，未進(jìn)行過劇烈運(yùn)動(dòng)，從而排除肌肉疲勞的癥狀，且每位受試者在測(cè)試前1 h內(nèi)未進(jìn)食.

1.2 研究方法

1.2.1 文獻(xiàn)資料法

在安慶師范大學(xué)圖書館中查閱大量有關(guān)腹直肌、肌電、肌電圖和表面肌電方面的書籍3本，通過體育學(xué)院閱覽室，中國知網(wǎng)，學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)等途徑閱覽近年來公開發(fā)表的50多篇相關(guān)文獻(xiàn)資料，并通過詢問大學(xué)老師了解相關(guān)知識(shí).通過歸納和總結(jié)加深對(duì)表面肌電的理解，為本研究的實(shí)驗(yàn)提供很多有價(jià)值的意見和建議.

1.2.2 實(shí)驗(yàn)法

實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2019年3月.實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：安慶師范大學(xué)體育學(xué)院實(shí)驗(yàn)室.實(shí)驗(yàn)器材：無線表面肌電測(cè)試儀Wave plus、倒立機(jī)、75%酒精、剃須刀、棉球和電極片.

測(cè)試過程：本研究選取體育學(xué)院在19名健康的大學(xué)生（9男10女），男生編號(hào)1-9，女生編號(hào)1-10.分2個(gè)批次，男生第一批，女生第二批.每個(gè)人按照事先定好的直立位角度依次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)順序?yàn)橹绷⑽蛔畲髲?qiáng)腹式呼吸、直立位強(qiáng)腹式呼吸、平臥位強(qiáng)腹式呼吸、倒立30°強(qiáng)腹式呼吸和倒立90°強(qiáng)腹式呼吸.所有實(shí)驗(yàn)對(duì)象均記錄右側(cè)最上方的腹直肌肌電信號(hào).實(shí)驗(yàn)前先用75%的酒精清潔被選定的右側(cè)腹直肌處的表面皮膚，用剃須刀清除表面汗毛、體表油脂、汗液等一些可能會(huì)影響肌電信號(hào)采集的異物，隨之在清潔好的腹肌隆起處貼上電極片，兩片電極平行放置，電極間距為2 cm，鏈接儀器.然后觀察接收到的信號(hào)是否正常，若正常則繼續(xù)試驗(yàn).首先測(cè)試最大強(qiáng)腹式呼吸時(shí)腹直肌的表面肌電特征，然后依次進(jìn)行4種體位時(shí)的強(qiáng)腹式呼吸，每種體位測(cè)試之間間歇2～3 min且倒立位時(shí)每次間歇時(shí)間使受試者回到平臥位進(jìn)行休息.觀察受試者在設(shè)定一定的體位情況下強(qiáng)腹式呼吸對(duì)腹直肌表面肌電的影響.測(cè)試完畢，記錄數(shù)據(jù).

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖：圖1實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖，圖2為人體貼放電極片的位置圖.

圖1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖

圖2 人體貼放電極片位置圖

1.2.3 觀察法

在對(duì)安慶師范大學(xué)體育學(xué)院的19名大學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程中，仔細(xì)觀察在實(shí)驗(yàn)過程中各位受試者的動(dòng)作是否規(guī)范，是否按照規(guī)定的體位完成正確的強(qiáng)腹式呼吸動(dòng)作（倒立時(shí)可能會(huì)變換成胸式呼吸）.在實(shí)驗(yàn)過程中要求測(cè)試人員和受試對(duì)象保持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，在實(shí)驗(yàn)過程中不要玩笑打鬧以免影響受試者的測(cè)試過程，從而影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的代表性，準(zhǔn)確采集并妥善保存受試者在實(shí)驗(yàn)時(shí)的肌電數(shù)據(jù).

在每一個(gè)人的實(shí)驗(yàn)完成后，實(shí)驗(yàn)工作者會(huì)對(duì)受試者進(jìn)行簡(jiǎn)單的訪問，關(guān)于不同體位時(shí)實(shí)驗(yàn)者的呼吸困難程度、以及生理方面引起的不適等.通過總結(jié)與歸納，受試者在各個(gè)體位進(jìn)行強(qiáng)腹式呼吸時(shí)的難度差別不是很大，只有在倒立位90°時(shí)感覺腦袋充血、眼睛酸脹等反應(yīng)，經(jīng)過分析，斷定這是正常的生理反應(yīng)，對(duì)強(qiáng)腹式呼吸時(shí)腹直肌的表面肌電特征幾乎不造成影響.

1.2.4 數(shù)理統(tǒng)計(jì)法

對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行基本的整理后，利用wps和office對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到中心頻率、均方根振幅.T檢驗(yàn)和P值（設(shè)P＜0.05，差別具有顯著性；P＜0.01，差別具有高度顯著性；P＜0.001，差別具有極其顯著性）［9］；利用origin2017對(duì)積分肌電進(jìn)行處理，最后采用得出的數(shù)值對(duì)不同負(fù)荷對(duì)腹直肌的表面肌電的變化進(jìn)行研究.

2 結(jié)果與分析

表1記錄的是男、女大學(xué)生的積分肌電值、中心頻率值、中心頻率值的平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差.

表1 男、女大學(xué)生的積分肌電值、中心頻率值、中心頻率值

2.1 腹直肌積分肌電值以及標(biāo)準(zhǔn)化值的變化

肌電積分常被用于分析肌肉在單位時(shí)間內(nèi)的收縮特性［10］.其中（積分肌電）IEMG值的變化趨勢(shì)總體都呈現(xiàn)先下降后上升態(tài)勢(shì)，其中雖然上升的幅度和數(shù)值變化波動(dòng)不同但趨勢(shì)十分明顯.關(guān)于積分肌電數(shù)值變化總體趨勢(shì)相同，波動(dòng)幅度各不相同，可能的原因是由于受試者是隨機(jī)請(qǐng)來的班級(jí)同學(xué)，在這之前并未對(duì)他們的肌肉進(jìn)行系統(tǒng)的力量訓(xùn)練，還有他們體型、力量、習(xí)慣的用力方式等不一樣，導(dǎo)致最后所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在一些細(xì)節(jié)上并未出現(xiàn)非常一致的變化［11］，但是這些并不影響實(shí)驗(yàn)的最后結(jié)論.根據(jù)目前已知的研究結(jié)果，比如IEMG這種時(shí)域指標(biāo)，它在肌肉活動(dòng)過程中有明顯的變化，可是它們的變化曲線并不是表現(xiàn)出很一致的波動(dòng)，所以從嚴(yán)格意義上來說它們的基本特點(diǎn)呈現(xiàn)出不穩(wěn)定變化［12］.目前的研究結(jié)論證明，在肌肉不斷運(yùn)動(dòng)過程中IEMG表現(xiàn)出來的數(shù)值增加是由于運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)在不斷地募集更多的肌纖維參與收縮所致［13］.

標(biāo)準(zhǔn)化就是每個(gè)體位的數(shù)據(jù)平均值與直立位最大強(qiáng)腹式呼吸的比值，積分肌電的標(biāo)準(zhǔn)化值，無論男性女性，總體都呈現(xiàn)“V”字型變化與積分肌電值本身的變化如出一轍，而對(duì)于積分肌電值本身來說，標(biāo)準(zhǔn)化的值最大的區(qū)別就是女性的值普遍變得比男性的值要大，這是因?yàn)榕员旧淼淖畲髲?qiáng)腹式呼吸的值就較小，比值相對(duì)就大，男性最大強(qiáng)腹式呼吸值較大，得到的比值就較小.

2.2 腹直肌中心頻率值以及標(biāo)準(zhǔn)化值的變化

中心頻率值男生總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，尤其在倒立位30°時(shí)出現(xiàn)明顯的上升，女生呈現(xiàn)平穩(wěn)下降趨勢(shì).在直立位和平臥位時(shí)，中心頻率值（CF）男性表現(xiàn)出2個(gè)最小值，可能是由于在直立位上做強(qiáng)腹式呼吸時(shí)男生能夠輕松的完成此動(dòng)作，腹直肌的做功相對(duì)較小.隨著體位的變化，男性腹直肌的肌肉需要做更大的功來完成此動(dòng)作，故呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì).而對(duì)于女性來說，在直立位時(shí)就已經(jīng)需要很大的功率做功，當(dāng)體位變化時(shí)，可能已經(jīng)沒有能力來完成強(qiáng)腹式呼吸的動(dòng)作，從而已經(jīng)有一半的胸式呼吸參與，胸大肌幫助腹肌來完成工作，故導(dǎo)致中心頻率值呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì).

女性腹直肌的標(biāo)準(zhǔn)化值的變化趨勢(shì)較為穩(wěn)定，略有下降趨勢(shì)，與積分肌電值保持一致.男性的波動(dòng)較大，在平臥位轉(zhuǎn)換到倒立位30°時(shí)有明顯的下降，原因同積分肌電值.

2.3 腹直肌均方根振幅值以及標(biāo)準(zhǔn)化值的變化

均方根振幅值在直立位和平臥位采用強(qiáng)腹式呼吸時(shí)幾乎沒有什么變化.從倒立位30°開始，男生呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，女生呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但男生的均方根值還是普遍大于女生，總體都表現(xiàn)出“V”字型變化.與積分肌電值和中心頻率值的標(biāo)準(zhǔn)化值一樣，均方根振幅的標(biāo)準(zhǔn)化值最大的變化就是女性的值變得大于男性，但男女總體變化趨勢(shì)還是呈現(xiàn)“V”字型.

由表1得出，直立位時(shí)，積分肌電值、中心頻率值與均方根振幅值的P值分別為0.21、0.15、0.08，均大于0.05，男女生之間的差別不具顯著性；平臥位時(shí)，積分肌電值的P值為0.01，0.01＜P＜0.05，男女生之間的差別具顯著性，中心頻率和均方根振幅值得P值分別為0.07、0.09，均大于0.05，男女生之間的差別不具備顯著性；倒立位30°，3個(gè)P值分別為0.1、0.59、0.78，都大于0.05，差別不具備顯著性；倒立位90°時(shí)，積分肌電值和均方根振幅值得P值為0.01、0.01，0.01＜P＜0.05，差別具有顯著性.

3 研究局限

3.1 胸式呼吸與腹式呼吸控制能力的欠缺

在實(shí)驗(yàn)過程中很多大學(xué)生在腹式呼吸的控制方面有待提高，換句話說，也是在平時(shí)的生活中缺乏對(duì)腹肌的鍛煉，腹肌力量薄弱也就很難在繼續(xù)用腹式呼吸而摻雜著胸式呼吸，從而導(dǎo)致在實(shí)驗(yàn)過程中不能很好地完成實(shí)驗(yàn)要求，使得最后的數(shù)據(jù)變化波動(dòng)較大.

3.2 實(shí)驗(yàn)的局限性

在進(jìn)行不同體位強(qiáng)腹式呼吸對(duì)腹直肌表面肌電特征的影響的實(shí)驗(yàn)過程中，場(chǎng)地器材有限，尤其是實(shí)驗(yàn)人數(shù)有限，實(shí)驗(yàn)者的數(shù)量太過龐大工作量太大，幾個(gè)學(xué)生工作者無法完成，因此得到的結(jié)果誤差較大，數(shù)據(jù)波動(dòng)也較大.在貼電極片的時(shí)候請(qǐng)同學(xué)進(jìn)行的表面油脂處理，有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)表面不潔而影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).在實(shí)驗(yàn)過程中各測(cè)試對(duì)象強(qiáng)腹式呼吸動(dòng)作不能完全一致.受試對(duì)象難免存在個(gè)體差異性，導(dǎo)致存在一定的誤差［14-15］.在實(shí)驗(yàn)過程中由于進(jìn)行一系列的測(cè)試導(dǎo)致部分受試對(duì)象有出汗的情況，難免會(huì)對(duì)肌電信號(hào)的采集有影響.在實(shí)驗(yàn)之前，同學(xué)們或多或少做過一些運(yùn)動(dòng)對(duì)實(shí)驗(yàn)時(shí)肌肉的收縮舒張都會(huì)產(chǎn)生一些影響.整個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)試過程中盡管要求學(xué)生態(tài)度認(rèn)真，盡自己最大努力完成測(cè)試，但也可能存在個(gè)別學(xué)生沒有盡最大努力完成測(cè)試，對(duì)數(shù)據(jù)的精確性產(chǎn)生一定的誤差.

4 結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)得到，積分肌電值男女生隨直立位、平臥位、倒立30°、倒立90°四種體位的變化總體呈“V”字型變化.中心頻率男生呈現(xiàn)上升趨勢(shì)變化，女生呈現(xiàn)下降趨勢(shì).均方根振幅男女生隨體位的變化總體呈現(xiàn)“V”字型變化.倒立位90°的各項(xiàng)指標(biāo)以及平臥位的積分肌電值男女性都呈現(xiàn)顯著性差異，因此在采取倒立位的腹直肌訓(xùn)練時(shí)男女性不可一視同仁，另外，由各項(xiàng)指標(biāo)的變化呈現(xiàn)“V”字型變化來看，直立位與倒立位的體位對(duì)于腹直肌的訓(xùn)練效果最佳.