基于表面肌电的中学生广播体操运动对比研究

宋海燕 杨婧 王芳

摘 要：目的 研究第三套中学生广播体操《舞动青春》《放飞理想》两套广播体操运动过程中下肢肌肉的表面肌电信号特性，为广播体操在动作编排和改进方向上提供可靠的数据和理论参考依据。方法 测试20名实验对象在完成广播体操时下肢主肌肉群的表面肌电信号，将肌肉贡献率作为研究指标，利用统计分析软件SPSS 16.0对其进行数据处理与分析。结果 在进行《舞动青春》广播体操时，男性和女性贡献率最大的肌肉均主要集中在股二头肌；在进行《放飞理想》广播体操运动时，股二头肌、股直肌、腓肠肌外侧、胫骨前肌四块肌肉的贡献率比较均衡。

关键词：表面肌电 体操运动 肌肉 疲劳

中图分类号：R318.04 文献标识码：A 文章编号：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

長期的缺乏锻炼会使身体健康受到威胁，适当的运动会起到强身健体的作用，因此国家大力推广及普及广播体操这一体育运动。广播体操是一种徒手体操，不受场地和器械条件的限制，易于普及[1]。中学广播体操在全国已推广至第三套，主要有《青春的活力》《时代在召唤》《舞动青春》《放飞理想》。

目前有很多学者致力于广播体操的研究， 2009年，崔玉鹏[2]等人为了客观评价第三套全国中小学生系列广播体操的运动负荷，对完成广播体操运动过程中摄氧量、心率和主观体力感觉等级量表等指标进行检测，其结果显示这套广播体操运动负荷属于低到中等，适合中小学生健身运动。2013年，徐海波[3]等人以第九套成人广播体操为研究对象，探索动作的差异性和共同性。大部分研究是通过摄氧量、心率、血压等参数来评价广播体操的运动负荷，很少涉及广播体操肌肉表面肌电信号特性的研究。

表面肌电信号是从皮肤表面通过电极引导、记录下来的复杂的生物电信号，它与肌肉的活动状态和功能状态之间存在着一定程度的相关性，因此，可以据此来反映肌肉的活动[4]。同时，表面肌电信号的研究也已成为临床医学、康复医学、生物力学、人机工效学、体育科学中的研究热点。国内外已有许多关于表面肌电的研究，但是对广播体操表面肌电的特性研究还很少。

该文主要研究第三套中学生广播体操《舞动青春》《放飞理想》两套广播体操运动过程中下肢肌肉的表面肌电信号特性，为广播体操在动作编排和改进方向上提供可靠的数据和理论参考依据，促进广播体操可持续高效的发展。同时也可为拓展表面肌电图在肌肉功能预测、诊断及人类工效学有关方面的研究提供参考。

1 实验对象和方法

1.1 实验对象

20名身体健康的青年人，其中男性和女性各10人，平均年龄为 （25.3±1.1）岁，男生平均体重为（68.0±4.8）kg，平均身高为（176.4±4.5）cm；女生平均体重为（54.2±4.7）kg，平均身高为（163.4±4.6）cm，受试者身体健康，上下肢没有受伤史、急慢性疼痛及运动受限等影响运动功能的问题，并且不是敏感性皮肤。所有受试者都清楚了解实验的目的、方法及流程，并自愿参与该实验。受试者在进行实验前的24 h内没有进行剧烈的身体运动，没有肌肉不适的感受。

1.2 实验设备

（1）JE-TB0810肌电采集系统（安徽君诚科技有限公司）。

（2）一次性使用心电电极（上海申风医疗保健用品有限公司）。

（3）体重计。

（4）75%的医用酒精及棉球。

1.3 实验方法

1.3.1 测试肌肉的确定

根据正常人体解剖学中下肢各肌肉的位置和作用，结合预实验结果，确定了肌电信号较为明显的8块肌肉，分别是下肢左右侧的股直肌、股二头肌、胫骨前肌和腓肠肌。

1.3.2 测试电极的贴放

采用酒精擦拭贴电极部位的皮肤，等到酒精挥发、干燥后再粘贴电极。贴放位置是肌腹部分，两个电极沿着肌纤维走向紧挨在一起，参考电极与这两个电极成等边三角形。

1.3.3 实验步骤

进行第三套中学生广播体操《舞动青春》《放飞理想》两套广播体操的实验，每套体操分为8小节，采集10个实验对象广播体操运动过程中下肢左右肌肉（股直肌、股二頭肌、胫骨前肌、腓肠肌外侧），表面肌电信号平均肌电AEMG（Average electromyography）和积分肌电IEMG（Integrated electromyography）这两个特征参数。得到原始肌电信号后，通过JANALYSIS E100C软件处理得到评价指标。

2 结果与讨论

贡献率是肌肉在运动中做功所占的比重。分析同一小节的肌肉特征，将肌肉贡献率做为研究指标，从而揭示肌电信号特征值的特点，找出人体进行《舞动青春》《放飞理想》两套广播体操时的肌肉活动特点和运动规律。表1至表4为男性与女性进行《舞动青春》《放飞理想》两套广播体操时下肢肌肉群的贡献率。

由表1和表2看出，男性进行《舞动青春》广播体操的8小节时，除了在跳跃运动中贡献率最大的肌肉是腓肠肌外侧外，其它小节运动贡献率最大的肌肉均是股二头肌。贡献率最小的肌肉在体侧运动、整理运动小节是股直肌，在跳跃运动中是胫骨前肌，在其它小节运动中均是腓肠肌外侧。男性进行《放飞理想》广播体操的8小节时，4块肌肉的贡献率较为均衡，贡献率最大的肌肉依次是股直肌、股直肌、股二头肌、腓肠肌外侧、股直肌、股二头肌、腓肠肌外侧、腓肠肌外侧。贡献率最小的肌肉依次为腓肠肌外侧、股二头肌、腓肠肌外侧、股直肌、腓肠肌外侧、腓肠肌外侧、股直肌、股直肌。

由表3和表4看出，女性进行《舞动青春》广播体操的8小节时，除了在踢腿运动和整理运动中贡献率最大的肌肉是胫骨前肌外，其它小节运动贡献率最大的肌肉均是股二头肌。贡献率最小的肌肉在腹背运动和跳跃运动中分别为腓肠肌外侧、胫骨前肌，在其它小节运动中均是股直肌。女性进行《放飞理想》广播体操的8小节时，贡献率最大的肌肉依次为胫骨前肌、股直肌和股二头肌、胫骨前肌、胫骨前肌、股直肌、股二头肌、腓肠肌外侧、股二头肌。贡献率最小的肌肉依次为股直肌、腓肠肌外侧、股直肌、股直肌、腓肠肌外侧、胫骨前肌、胫骨前肌、股直肌。

综上所述，在进行《舞动青春》广播体操时，男性和女性贡献率最大的肌肉均主要集中在股二头肌，股二头肌受坐骨神经支配，主要负责控制膝盖弯曲与大腿伸展的动作，说明《舞动青春》广播体操对股二头肌能起到很好的锻炼效果。由贡献率可以看出，人体在进行《放飞理想》广播体操运动时，下肢肌肉发力情况比较均衡。

3 结论

（1）在进行《舞动青春》广播体操时，男性和女性贡献率最大的肌肉均主要集中在股二头肌；在进行《放飞理想》广播体操运动时，股二头肌、股直肌、腓肠肌外侧、胫骨前肌4块肌肉的贡献率比较均衡。

（2）实验结果可为以后广播体操的编排提供参考，同时可以对某些体育运动的技巧提供指导，也可以为优化肌肉锻炼的形式提供依据。

参考文献

[1] 李淑青.浅议大众广播体操在学校中的推广[J].漯河职业技术学院学报，2011，15（2）：138-139.

[2] 崔玉鹏，耿培新，马鸿涛，等.第三套全国中小学生系列广播体操运动负荷评价[J].中国运动医学杂志，2009，12（6）：625-630.

[3] 徐海波.建国以来九套成人广播体操的比较研究[D].内蒙古：内蒙古师范大学，2013.

[4] 胡小珍，姚新苗，王健，等.sEMG在颈痛患者颈肌功能特征研究中的应用[J].中国康复医学杂志，2016，31（5）：578-582.