直立位强腹式呼吸腹直肌表面肌电特征研究

华雪娟，刘 超

（淮北师范大学 体育学院，安徽 淮北 235000）

0 引言

为了更好地训练腹部肌肉，笔者通过实验探讨直立位强腹式呼吸时腹直肌表面的肌电特征，为其训练方法提供扎实的科学依据.骨胳肌在兴奋时，会由肌纤维动作电位的传导和扩布，而发生动作电位变化，这种动作电位变化称为肌电.用适当的方法将骨胳肌兴奋时发生的电位变化引导、记录得到的图形，称为肌电图［1］.表面肌电图评估技术是主要研究神经肌肉系统电信号，具有实时客观、动态敏感的特点，在控制良好的条件下，肌电信号活动的变化很大程度上能定量反映肌肉功能变化、肌力水平、肌肉的协同收缩功能［2-3］.表面肌电信号（surface electromyography signal，sEMG）是从肌肉表面通过电极引导、记录下来的神经肌肉系统活动时的一维时间序列信号，其变化与参与活动的运动单位数量、运动单位活动模式和代谢状态等因素有关，能够实时、准确地在非损伤状态下反映肌肉活动状态和功能状态［4］.而肌肉在持续的收缩过程中，会逐渐进入疲劳状态，肌肉疲劳特性的研究在康复医学、运动医学领域具有重要作用［5］.腹直肌功能强大，能协同腹内外斜肌及腹横肌维持腹内压，在力量训练中使训练者更好维持核心稳定，下固定向心收缩使人体躯干做屈伸动作，上固定向心收缩使人体骨盆后倾［6］.腹直肌与腹外斜肌、腹内斜肌等是位于腹部和脊柱附近的最主要的核心肌肉，对人体运动有非常重要的作用.吴纪饶曾以14名从事体育专项训练的学生为研究对象，通过腹直肌表面肌电图和积分肌电图得出，在做仰卧起坐时上体前屈至40～60度是增进腹肌力量的最有效角度；发展腹直肌力量，屈膝仰卧起坐的效果要优于直腿仰卧起坐；举腿收腹时，悬挂举腿收腹或者身体斜位仰卧举腿收腹效果更佳［7］.张瑾俐的硕士论文中，比较不同身体角度的瑜伽体式对腹直肌表面肌电的影响，得出如何才能更规范、更有效地利用瑜伽来加强腹直肌的锻炼［8］.表面肌电在体育领域的运用十分广泛，可通过表面肌电的特征一定程度上反映出神经肌肉的活动特征.本文利用无线电技术探索在不同体位，采用强腹式呼吸时腹直肌表面的肌电特征，其研究意义在于为腹直肌的训练提供方法，为大众健身提供理论指导.

1 研究对象与方法

1.1 实验对象

本研究以安庆师范大学体育学院19名志愿者为研究对象，其中其男性9名，平均年龄（23±1）岁、平均身高（175±8）cm、平均体重（70±14）kg；女性10名，平均年龄（23±1）岁、平均身高（164±5）cm，平均体重（60±14）kg.本实验均选择右侧最上的腹直肌目标肌，避免不同肌肉带来不同的影响.且能够保证19名受试者身体状况良好，半年内没有腹肌损伤等病史，实验前24 h内正常生活，未进行过剧烈运动，从而排除肌肉疲劳的症状，且每位受试者在测试前1 h内未进食.

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料法

在安庆师范大学图书馆中查阅大量有关腹直肌、肌电、肌电图和表面肌电方面的书籍3本，通过体育学院阅览室，中国知网，学术期刊网等途径阅览近年来公开发表的50多篇相关文献资料，并通过询问大学老师了解相关知识.通过归纳和总结加深对表面肌电的理解，为本研究的实验提供很多有价值的意见和建议.

1.2.2 实验法

实验时间：2019年3月.实验地点：安庆师范大学体育学院实验室.实验器材：无线表面肌电测试仪Wave plus、倒立机、75%酒精、剃须刀、棉球和电极片.

测试过程：本研究选取体育学院在19名健康的大学生（9男10女），男生编号1-9，女生编号1-10.分2个批次，男生第一批，女生第二批.每个人按照事先定好的直立位角度依次进行实验，实验顺序为直立位最大强腹式呼吸、直立位强腹式呼吸、平卧位强腹式呼吸、倒立30°强腹式呼吸和倒立90°强腹式呼吸.所有实验对象均记录右侧最上方的腹直肌肌电信号.实验前先用75%的酒精清洁被选定的右侧腹直肌处的表面皮肤，用剃须刀清除表面汗毛、体表油脂、汗液等一些可能会影响肌电信号采集的异物，随之在清洁好的腹肌隆起处贴上电极片，两片电极平行放置，电极间距为2 cm，链接仪器.然后观察接收到的信号是否正常，若正常则继续试验.首先测试最大强腹式呼吸时腹直肌的表面肌电特征，然后依次进行4种体位时的强腹式呼吸，每种体位测试之间间歇2～3 min且倒立位时每次间歇时间使受试者回到平卧位进行休息.观察受试者在设定一定的体位情况下强腹式呼吸对腹直肌表面肌电的影响.测试完毕，记录数据.

实验现场图：图1实验现场图，图2为人体贴放电极片的位置图.

图1 实验现场图

图2 人体贴放电极片位置图

1.2.3 观察法

在对安庆师范大学体育学院的19名大学生的实验过程中，仔细观察在实验过程中各位受试者的动作是否规范，是否按照规定的体位完成正确的强腹式呼吸动作（倒立时可能会变换成胸式呼吸）.在实验过程中要求测试人员和受试对象保持严谨的态度，在实验过程中不要玩笑打闹以免影响受试者的测试过程，从而影响实验数据的代表性，准确采集并妥善保存受试者在实验时的肌电数据.

在每一个人的实验完成后，实验工作者会对受试者进行简单的访问，关于不同体位时实验者的呼吸困难程度、以及生理方面引起的不适等.通过总结与归纳，受试者在各个体位进行强腹式呼吸时的难度差别不是很大，只有在倒立位90°时感觉脑袋充血、眼睛酸胀等反应，经过分析，断定这是正常的生理反应，对强腹式呼吸时腹直肌的表面肌电特征几乎不造成影响.

1.2.4 数理统计法

对实验数据进行基本的整理后，利用wps和office对数据进行处理，得到中心频率、均方根振幅.T检验和P值（设P＜0.05，差别具有显著性；P＜0.01，差别具有高度显著性；P＜0.001，差别具有极其显著性）［9］；利用origin2017对积分肌电进行处理，最后采用得出的数值对不同负荷对腹直肌的表面肌电的变化进行研究.

2 结果与分析

表1记录的是男、女大学生的积分肌电值、中心频率值、中心频率值的平均数±标准差.

表1 男、女大学生的积分肌电值、中心频率值、中心频率值

2.1 腹直肌积分肌电值以及标准化值的变化

肌电积分常被用于分析肌肉在单位时间内的收缩特性［10］.其中（积分肌电）IEMG值的变化趋势总体都呈现先下降后上升态势，其中虽然上升的幅度和数值变化波动不同但趋势十分明显.关于积分肌电数值变化总体趋势相同，波动幅度各不相同，可能的原因是由于受试者是随机请来的班级同学，在这之前并未对他们的肌肉进行系统的力量训练，还有他们体型、力量、习惯的用力方式等不一样，导致最后所得的实验数据在一些细节上并未出现非常一致的变化［11］，但是这些并不影响实验的最后结论.根据目前已知的研究结果，比如IEMG这种时域指标，它在肌肉活动过程中有明显的变化，可是它们的变化曲线并不是表现出很一致的波动，所以从严格意义上来说它们的基本特点呈现出不稳定变化［12］.目前的研究结论证明，在肌肉不断运动过程中IEMG表现出来的数值增加是由于运动神经系统在不断地募集更多的肌纤维参与收缩所致［13］.

标准化就是每个体位的数据平均值与直立位最大强腹式呼吸的比值，积分肌电的标准化值，无论男性女性，总体都呈现“V”字型变化与积分肌电值本身的变化如出一辙，而对于积分肌电值本身来说，标准化的值最大的区别就是女性的值普遍变得比男性的值要大，这是因为女性本身的最大强腹式呼吸的值就较小，比值相对就大，男性最大强腹式呼吸值较大，得到的比值就较小.

2.2 腹直肌中心频率值以及标准化值的变化

中心频率值男生总体呈现上升趋势，尤其在倒立位30°时出现明显的上升，女生呈现平稳下降趋势.在直立位和平卧位时，中心频率值（CF）男性表现出2个最小值，可能是由于在直立位上做强腹式呼吸时男生能够轻松的完成此动作，腹直肌的做功相对较小.随着体位的变化，男性腹直肌的肌肉需要做更大的功来完成此动作，故呈现逐渐上升的趋势.而对于女性来说，在直立位时就已经需要很大的功率做功，当体位变化时，可能已经没有能力来完成强腹式呼吸的动作，从而已经有一半的胸式呼吸参与，胸大肌帮助腹肌来完成工作，故导致中心频率值呈现逐渐下降趋势.

女性腹直肌的标准化值的变化趋势较为稳定，略有下降趋势，与积分肌电值保持一致.男性的波动较大，在平卧位转换到倒立位30°时有明显的下降，原因同积分肌电值.

2.3 腹直肌均方根振幅值以及标准化值的变化

均方根振幅值在直立位和平卧位采用强腹式呼吸时几乎没有什么变化.从倒立位30°开始，男生呈现下降趋势，女生呈现上升趋势，但男生的均方根值还是普遍大于女生，总体都表现出“V”字型变化.与积分肌电值和中心频率值的标准化值一样，均方根振幅的标准化值最大的变化就是女性的值变得大于男性，但男女总体变化趋势还是呈现“V”字型.

由表1得出，直立位时，积分肌电值、中心频率值与均方根振幅值的P值分别为0.21、0.15、0.08，均大于0.05，男女生之间的差别不具显著性；平卧位时，积分肌电值的P值为0.01，0.01＜P＜0.05，男女生之间的差别具显著性，中心频率和均方根振幅值得P值分别为0.07、0.09，均大于0.05，男女生之间的差别不具备显著性；倒立位30°，3个P值分别为0.1、0.59、0.78，都大于0.05，差别不具备显著性；倒立位90°时，积分肌电值和均方根振幅值得P值为0.01、0.01，0.01＜P＜0.05，差别具有显著性.

3 研究局限

3.1 胸式呼吸与腹式呼吸控制能力的欠缺

在实验过程中很多大学生在腹式呼吸的控制方面有待提高，换句话说，也是在平时的生活中缺乏对腹肌的锻炼，腹肌力量薄弱也就很难在继续用腹式呼吸而掺杂着胸式呼吸，从而导致在实验过程中不能很好地完成实验要求，使得最后的数据变化波动较大.

3.2 实验的局限性

在进行不同体位强腹式呼吸对腹直肌表面肌电特征的影响的实验过程中，场地器材有限，尤其是实验人数有限，实验者的数量太过庞大工作量太大，几个学生工作者无法完成，因此得到的结果误差较大，数据波动也较大.在贴电极片的时候请同学进行的表面油脂处理，有时候会出现表面不洁而影响实验数据.在实验过程中各测试对象强腹式呼吸动作不能完全一致.受试对象难免存在个体差异性，导致存在一定的误差［14-15］.在实验过程中由于进行一系列的测试导致部分受试对象有出汗的情况，难免会对肌电信号的采集有影响.在实验之前，同学们或多或少做过一些运动对实验时肌肉的收缩舒张都会产生一些影响.整个实验测试过程中尽管要求学生态度认真，尽自己最大努力完成测试，但也可能存在个别学生没有尽最大努力完成测试，对数据的精确性产生一定的误差.

4 结论

通过实验得到，积分肌电值男女生随直立位、平卧位、倒立30°、倒立90°四种体位的变化总体呈“V”字型变化.中心频率男生呈现上升趋势变化，女生呈现下降趋势.均方根振幅男女生随体位的变化总体呈现“V”字型变化.倒立位90°的各项指标以及平卧位的积分肌电值男女性都呈现显著性差异，因此在采取倒立位的腹直肌训练时男女性不可一视同仁，另外，由各项指标的变化呈现“V”字型变化来看，直立位与倒立位的体位对于腹直肌的训练效果最佳.