不同姿势仰卧起坐对腹直肌的表面肌电信号的影响分析

卢炎

利用表面肌电积分肌电值比较了2种不同姿势的仰卧起坐（传统直腿仰卧起坐、小腿搁凳仰卧起坐）对腹直肌锻炼的效果强度，为科学、准确筛选出最优势的仰卧起坐提供理论依据。以9名体育学院本科生为研究对象，测试每个实验对象左上腹直肌、右上腹直肌、左下腹直肌和右下腹直肌在完成上述训练时的积分肌电值，对2种不同姿势仰卧起坐间对腹部肌肉的刺激效果进行分析比较，结果表明：小腿搁凳仰卧起坐对腹直肌的刺激效果比传统直腿仰卧起坐对腹直肌的刺激效果更强烈；参与完成传统直腿仰卧起坐动作的代偿肌群比参与完成小腿搁凳仰卧起坐动作的代偿肌群更多，因此传统直腿仰卧起坐可以锻炼到更多的肌肉群。

躯干力量是表明人体躯干肌肉健康情况的一项重要指标，躯干力量的大小直接影响人体的核心稳定性、灵敏性和基本运动能力。在当前社会，随着科技的飞速发展和进步，人们的物质水平也随之不断提高，在给人们生活条件带来便利的同时也损害着人们的身体健康，导致越来越多的人出现身体肥胖等不良症状。现阶段，肥胖人口比例逐年增高，肥胖不但影响人们的外在形象，更重要的是影响人们的身体健康。在如今多静少动、体力活动日益不足、腹部肥胖高发的社会背景下，仰卧起坐作为一种独特的锻炼模式，在大众健身中也备受追捧。腹部肌肉作为躯干核心区力量训练中的主要核心肌群，它对改善人们的身体形态至关重要。仰卧起坐作为一项简单、易行的锻炼方式，不仅可以增强腹部力量，还有减少腹部脂肪的功效，从社会前景角度上讲，仰卧起坐还有着锻炼需用空间小，需用器材少，锻炼环境要求不高等优势，对于没有运动基础和运动能力较差的人群来说也能快速学会并有效完成。

完成仰卧起坐动作主要参与的肌群有腹部肌群、股四头肌、背部肌群以及身体的其他部位等，其中对腹部肌群中腹直肌的锻炼效果最为明显，然而大众所熟知的仰卧起坐有很多种，其差异多在进行仰卧起坐锻炼时上肢摆放位置不同和大腿与躯干成角角度不同上，美国研究者指出：“姿势反映了人体肌肉、骨骼、内脏器官与神经系统等各组织的力学关系。它包括静态姿势和动态姿势。”身体姿势是身体锻炼中的一部分，采用不同的身体姿势，达到的锻炼效果也不相同。为了探究大腿与躯干成角角度不同对腹直肌锻炼效果的影响，本研究选取两种大腿与躯干成角角度不同的仰卧起坐（大腿与躯干成180°角的直腿仰卧起坐、大腿与躯干成90°角的曲腿仰卧起坐。）通过分析腹直肌表面肌电指标进行比较，以期对大腿与躯干成角角度不同的仰臥起坐对腹部锻炼效果进行验证的同时，为健身者们在仰卧起坐动作的选择上提供参考意见。

1 测试对象及方法

1.1 测试对象

通过广泛宣传和招募，筛选出9名辽宁师范大学体育学院男性大学生作为受试者（表1）。

筛选标准：身体健康，无急性或慢性腰颈椎痛或疾病；具备相应的运动能力，可以正确的完成试验动作；腰腹部未见明显脂肪堆积。所以实验对象开始做实验前均精神饱满，精力充沛。

1.2 动作设计

采用两种不同仰卧起坐姿势进行实验。第一种为传统直腿仰卧起坐（平躺于地面上，固定双脚，双手交叉于胸前，起坐时双肘触及膝盖，还原仰卧时双肩胛接触地面，一起一还原为完成一次动作），第二种为小腿搁凳仰卧起坐（躯干与大腿成角及大腿与小腿成角均为90度）。根据马莉等对运动节奏问题探究的文献，本研究采用的两种仰卧起坐均以40次/min进行15次，节拍设置为60个节拍，分两拍完成动作，即1拍起，1拍落。

1.3 实验设计

利用表面肌电仪分别对9名受试者进行测试，观察其完成两种不同姿势的仰卧起坐时表面肌电仪所呈现的腹部肌肉的积分肌电iEMG值，通过实验所得的积分肌电iEMG值进行分析比较两种不同姿势的仰卧起坐对腹部肌肉的锻炼效果。

1.4 实验方法

1.4.1 实验仪器

身高/体重计，皮褶厚度计，表面肌电仪（芬兰、北京普康科健医疗设备有限公司 ME6000）

1.4.1.1 表面肌电仪

表面肌电（sEMG）是在皮肤表面通过电极引导、放大从而记录下来的神经系统在活动时生物电信号，能够实时、准确且在无损伤状态下反应肌肉活动的状态和功能状态。早期的肌电图仅能根据肌电图波形的有无、波形的规则与否、波形的密集程度来进行一些简单的判断，得出的结论仅仅是一些：肌肉是否用力；大概有哪些肌肉参与动作电位的形成；肌肉用力的大小等等。通常所获得的是一组一维时间序列信号，它的变化所参加的活动的运动单位类型、数量、放电频率以及动作电位的传导速度、皮下脂肪厚度等因素有关。由于表面肌电具有安全性高的特征，它被广泛运用于人体运动学的研究领域，用表面肌电去探测运动中肌肉表面电信号，但表面肌电也存在一定的缺点，最主要的是只能研究活动中表面肌肉的肌电特征，无法探测到深层肌肉的电活动特征。

1.4.2 实验步骤

1.4.2.1 实验准备

测试开始前，实验人员做好测试仪器的安装和调试等准备工作，受试者进行5分钟热身准备活动，调整精神状态，对实验动作进行充分熟悉，保证能正确、连贯的完成动作。

1.4.2.2 电极贴放

肌电信号的变化与所测肌肉处肌纤维的种类、数量，肌纤维的募集程度，动作电位在神经-肌肉间的传递速度，受试者之间的个体差异，电极贴放处的皮脂厚度和实验操作者等诸多因素有密切关系。所以本实验测试开始之前，先将腹直肌从上至下分为三块，并标记为I、II、III。在贴放电极片前，先剃除过长、过密毛发，然后用砂纸进行打磨皮肤，去除皮肤角质，最后用75%的医用酒精反复擦拭皮肤，待皮肤干燥后，于两排腹直肌处贴放电极片，两片记录电极片相隔2cm贴于每块肌肉隆起处，参考电极片与两片记录电极片呈等边三角形贴放。

1.4.2.3 实验流程

待受试者热身充分，仪器连接无误后，以传统直腿仰卧起坐、小腿搁凳仰卧起坐的顺序按制定节奏对每个受试者进行测试，两种姿势动作各完成15次，两种姿势动作间给予受试者充足的休息时间，待受试者完全恢复后再继续进行后续测试，记录表面肌电信号。

2 研究结果

2.1 同种姿势仰卧起坐对腹直肌各部位表面肌电信号的影响

（1）小腿搁凳仰卧起坐

由表2可知，在完成小腿搁凳仰卧起坐技术动作时，不同部位的腹直肌iEMG值有较大差异，其中腹直肌左上部和腹直肌右上部的iEMG百分比值总和为58.22%，腹直肌左下部和腹直肌右下部的iEMG百分比值总和为41.78%，说明小腿搁凳仰卧起坐对腹直肌上部的刺激比对腹直肌下部的刺激更强烈，使用小腿搁凳仰卧起坐进行锻炼时，对腹直肌上部的锻炼效果比对腹直肌下部的锻炼效果更好。

（2）传统直腿仰卧起坐

由表2可知，在完成传统直腿仰卧起坐技术动作时，不同部位的腹直肌iEMG值差异性更为明显，其中腹直肌左上部和腹直肌右上部的iEMG百分比值总和为61.44%，腹直肌左下部和腹直肌右下部的iEMG百分比值总和为38.56%，说明传统直腿仰卧起坐对腹直肌上部的刺激比对腹直肌下部的刺激更强烈，使用传统直腿仰卧起坐进行锻炼时，对腹直肌上部的锻炼效果更好。

2.2 不同种姿势仰卧起坐对腹直肌各部位表面肌电信号的影响

由表2中数据得知，小腿搁凳仰卧起坐对腹直肌上、下部的锻炼效果差异相对传统直腿仰卧起坐对腹直肌上、下部的锻炼效果差异较小，相对而言，传统直腿仰卧起坐更注重于发展腹直肌上部肌肉力量，对腹直肌下部的锻炼效果有所欠佳；观察表2中对于在两种不同姿势的仰卧起坐进行锻炼下腹直肌不同部位所表现出来的iEMG平均值总和的记录数据可发现，小腿搁凳仰卧起坐的iEMG平均值总和与传统直腿仰卧起坐的iEMG平均值总和有较大差异，进行小腿搁凳仰卧起坐对腹直肌锻炼时所测量出来的腹直肌各部位iEMG值平均值总和皆远大于进行传统直腿仰卧起坐對腹直肌锻炼时所测量出来的腹直肌各部位iEMG值平均值总和，说明相比传统直腿仰卧起坐，小腿搁凳仰卧起坐需要腹直肌做功更多，动作的难度更大，更加消耗体力，在相同组数、相同动作频率下小腿搁凳仰卧起坐对腹直肌的刺激效果比传统直腿仰卧起坐对腹直肌的刺激效果更强烈。

3 分析与讨论

仰卧起坐是锻炼腰腹部核心力量最常用的方式之一。iEMG值作为反应肌肉做功情况的重要指标之一，能良好的表现肌肉用力的特征，iEMG值与肌肉收缩力量有着对应的关系，iEMG数值越大说明肌电信号越强，说明肌肉收缩力量越大。因此，iEMG值的大小可直观反应肌肉做功的大小。本研究通过对上腹直肌、下腹直肌在传统直腿仰卧起坐和小腿搁凳仰卧起坐2种不同方式下积分肌电iEMG值进行采集分析，探究哪种姿势的仰卧起坐对腹直肌的锻炼效果更强。

毕霞等利用表面肌电分析系统测试33例年轻人在不稳定平面和稳定平面内各完成端坐、双桥运动、屈膝双桥运动、反桥运动、俯卧撑5个动作的腰腹部肌肉肌电信号，结论是腰腹部肌群在不稳定平面比在稳定平面下更容易激活。

邢瑞峰等利用表面肌电仪采集10名通过皮褶厚度筛选及无运动损伤的体育学院男大学生在不同运动节奏（匀速节奏、快起慢落节奏、慢起快落节奏三种）下完成不同种姿势仰卧起坐（直腿仰卧起坐、曲腿仰卧起坐、负重仰卧起坐和减重仰卧起坐四种）股直肌、腹直肌、股内肌和股外肌四种肌肉的表面肌电信号，采用统计学单因素方差进行分析，得出：（1）对于腹直肌的刺激，采用直腿仰卧起坐和负重仰卧起坐效果最好；对于股直肌的刺激，采用负重仰卧起坐和直腿仰卧起坐效果最好；对于股外肌的刺激，采用直腿仰卧起坐效果最好；（2）对于腹直肌的刺激，采用快起慢落的运动节奏效果最好；（3）不同身体姿势和运动节奏的仰卧起坐，不仅可以锻炼腹部肌肉，也是锻炼腿部肌肉尤其是股直肌的有效方法，可以给需要增加腿部肌肉力量的人群提供一种新的锻炼方法。因此，本研究设计了两种不同姿势的仰卧起坐（小腿搁凳仰卧起坐和传统直腿仰卧起坐），来探究哪种姿势对腹直肌会产生更好的锻炼效果。

王嵘等用表面肌电法对15名男子游泳运动员腹直肌在不同形式（小腿搁凳仰卧起坐、斜靠仰卧起坐和直腿仰卧起坐）和不同运动频率的仰卧起坐练习下的肌电特征进行了分析。3种运动频率分别设置为：（1）匀速动作频率：30次/min，每次起与落的时间为1：1；（2）加速频率：20次/min，每次起与落的时间为1：3；（3）减速频率：20次/min，每次起与落的时间为3：1。将完整的1个仰卧起坐分为向心收缩阶段和离心收缩阶段进行肌电信号分析，进而提出：（1）无论是离心收缩过程，还是向心收缩过程，斜靠仰卧起坐姿势时，腹直肌训练锻炼效果最好；（2）仰卧起坐动作练习时，在加速频率下利用斜靠仰卧起坐动作，锻炼效果较好。该研究结果表明，仰卧起坐速度越慢，肌肉收缩越接近于等长收缩，因此，本研究设计动作频率为40次/min，起与落用相同的时间。

本研究中不同方式仰卧起坐对腹直肌产生的刺激由大到小为：小腿搁凳仰卧起坐>传统直腿仰卧起坐，与所有参与实验的受试者主观难易程度一致。从运动解剖学角度来分析，选择小腿搁凳仰卧起坐姿势进行锻炼时，由于大腿与地面成90°角垂直，小腿与地面成180°角平行，所以动作完成过程中腿部肌肉很难参与发力。且在准备姿势时，由于大腿与地面垂直，迫使髋关节前屈，腹直肌被缩短发力更加困难。多种因素导致在完成小腿搁凳仰卧起坐过程中除腹直肌以外的其余代偿肌参与减少。相比传统直腿仰卧起坐，小腿搁凳仰卧起坐动作更能精准、有效的锻炼腹直肌。

4 结论与建议

（1）小腿搁凳仰卧起坐相比传统直腿仰卧起坐在锻炼腹直肌的时候更精准、有效。

（2）选用传统直腿仰卧起坐进行锻炼时相比选用小腿搁凳仰卧起坐锻炼可以锻炼到除腹直肌以外更多的肌肉（股直肌、竖脊肌等）。

鉴于躯干力量对人体健康的重要意义以及完成不同姿势的仰卧起坐对肌肉贡献率的不同，建议选择小腿搁凳仰卧起坐进行对腹部锻炼。

（作者单位：抚顺市清原满族自治县第二高级中学）