發布時間：2020-02-21所屬分類：醫學職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要背景：Anybody 肌肉骨骼建模系統，使用數學建模技術模擬人體骨骼、肌肉和環境的關系，可對人體的逆向動力學進行研究，得出下肢三關節最大肌肉力等指標。目的：研究 24 名不同體質量指數男大學生在坐瑞士球一個動作周期的下肢肌肉力值，及受試者在坐瑞士
摘要背景：Anybody 肌肉骨骼建模系統，使用數學建模技術模擬人體骨骼、肌肉和環境的關系，可對人體的逆向動力學進行研究，得出下肢三關節最大肌肉力等指標。目的：研究 24 名不同體質量指數男大學生在坐瑞士球一個動作周期的下肢肌肉力值，及受試者在坐瑞士球與平凳的均方根肌電平均值對比情況。方法：將 24 名男大學生按體質量指數分為正常組、超重組、肥胖組，用 BTS 三維紅外動作捕捉系統、Kistler 三維測力臺、BTS 表面肌電測試系統，同步記錄動力學和肌電參數，以單因素方差分析定性比較不同組間肌力和肌電參數差異，用定量差異分析法對比均值差異。結果與結論：①肌肉力量方面，由坐到站過程中，正常組與肥胖組相比，股直肌、半膜肌、股二頭肌長頭、腘肌、比目魚肌、脛骨前肌差異顯著(P < 0.05，0.47≤QD<0.80)，股方肌與恥骨肌的兩組肌肉力差異極其顯著(P < 0.01，QD≥0.80);超重組與肥胖組肌肉力相比，股方肌具有顯著性差異(P < 0.05，0.47≤QD<0.80)，由站到坐過程中，正常組與肥胖組相比，縫匠肌、拇長伸肌、腓腸肌肌肉力差異顯著(P < 0.05，0.47≤ QD<0.80);②均方根肌電值方面，坐平凳狀態下，由坐到站過程中，正常組與肥胖組相比，股二頭肌和腓腸肌差異顯著(P < 0.05，0.47≤QD<0.80)，由站到坐過程中，正常組與肥胖組相比，股直肌差異顯著(P < 0.05，0.47≤QD<0.80);坐瑞士球狀態下，由坐到站過程中，正常組與肥胖組相比，脛骨前肌、股二頭肌差異顯著(P < 0.05，0.47≤QD<0.80);由站到坐過程中，正常組與肥胖組相比，腓腸肌、右豎脊肌肌電值差異顯著(P < 0.05，0.47≤QD<0.80)。提示：①各組由坐到站過程中主導發力肌肉是臀中肌、股外側肌、股二頭肌長頭、股直肌、腓腸肌、脛骨前肌、比目魚肌，由站到坐過程中下肢臀中肌、股外側肌和股二頭肌長頭、腓腸肌、脛骨前肌、比目魚肌主導發力;②與坐平凳相比，受試者在坐瑞士球時脛骨前肌、股直肌、股二頭肌、腓腸肌均方根肌電值高。
關鍵詞：仿真;均方根肌電;瑞士球;定量差異;大學生;男;肌肉;體重指數
0 引言 Introduction
瑞士球(Swiss ball)于1989年引進美國，以PVC材料制成，彈性十足，鍛煉人群以坐姿、撐姿、俯臥及仰臥姿在球上運動，使球產生形變，提高人體在非穩定狀態身體核心區穩定性及活動能力。在國內外研究中，瑞士球常應用于幫助鍛煉者在無固定支撐條件下，提高力量和協調能力，使全身肌群參加活動，最有助于穩定骨盆及脊柱功能，提高人體本體感覺、姿勢控制能力及穩定程度，鍛煉軀干核心區肌肉力量，改善站姿、坐姿[1-4]。現階段，關于以仿真和肌電測試方式對不同體質量指數(body mass index，bMI)男大學生瑞士球動作生物力學研究的相關研究極少。有學者認為，其他墊上練習等非穩定性練習比瑞士球更能鍛煉身體[5-6]，但是瑞士球由坐到站和由站到坐的動作周期是每個瑞士球鍛煉者必須經歷的，以瑞士球為基礎的練習能更好地促進墊上練習及其他關于促進協調性及靈敏性的練習。
文章旨在通過研究不同BMI男大學生坐瑞士球由坐到站至由站到坐一個周期的肌群肌肉力和同等高度平凳對比的肌電變化，為不同BMI瑞士球鍛煉者練習提供鍛煉建議。考慮到能量消耗帶來的誤差性，研究選擇由坐到站至由站到坐為一個動作周期，而非由站到坐至由坐到站，否則瑞士球的彈力會助受試者更容易站起來，影響數據的準確性及真實性。
1 對象和方法 Subjects and methods
1.1 設計 生物力學測試。
1.2 時間及地點 測試時間為2018-12-23/2019-03-20，測試地點為北京師范大學科技樓運動生物力學實驗室。
1.3 對象 在北京師范大學以招募的方式選擇男性大學生自愿作為受試者，同時要填寫患者姓名、出生日期、身高、體質量等基本信息的知情同意書。
入選標準：①男性大學生;②3個月內未定期鍛煉;③ 能正常溝通;④排除身體運動功能障礙，無平衡能力缺失、無吸煙酗酒習慣、無心腦血管疾病、無呼吸系統疾病史、無眼部疾病史、無腰部損傷史者，能正常運動。
排除標準：①日常定期頻繁鍛煉者;②無法正常交流者;③健康狀況受損，有眼部疾病、腰部疾病、心腦血管疾病、呼吸系統疾病、運動功能障礙。
此次研究共篩選了北京師范大學37名男大學生，其中
24人符合標準，并且配合完成了研究。
常見的評價肥胖人群的指標有體質量、BMI、腰圍、腰臀比、體脂百分比[7]，此次研究選取前4種，以體質量、 BMI、腰圍、腰臀比進行分類而判定肥胖。BMI可體現人體全身肥胖率，計算方式為體質量與身高平方之比[8]，研究將BMI不同的大學生分為3組(正常：18.5-23.9 kg/m2;超重：24.0-27.9 kg/m2;肥胖：≥28.0 kg/m2 )，每組8 人。腰圍(WAITE CIRCUMSTANCE)為衡量人體肥胖的重要指標，可體現人體脂肪分布參數，與中心性肥胖率有關，中心性肥胖者由于腰腹部脂肪堆積過多，不利于糖脂代謝發展，增加慢性病風險，因此腰圍還常作為有效預測心血管疾病的指標，按照中國肥胖工作組劃分，男性腰圍≥90 cm視為肥胖，< 90 cm視為非肥胖[9]。腰臀比(WAIST TO HIP RATIO)，即腰圍(cm)/臀圍(cm)，男性腰臀比< 0.9為正常，≥0.9為中心性肥胖[10]。研究人員測試前受過嚴格培訓，對受試者體質量、身高、腰圍、腰臀比指標進行測量。測量體質量用電子體重計，量程 0-150 kg之間，精確度選取0.1 kg;測量身高用身高計，量程在0-2.0 m之間，精確度選取0.1 cm;測量腰圍、臀圍用軟尺，量程在0-1.5 m之間，精確度選取0.1 cm。3 組基本情況見表1。
1.4 方法
1.4.1 動力學測試 使用BTS SMART DX 600紅外動作捕捉系統(Elite，Bioengineering Technology and System， Milano，Italy)，用SMART CAPTURE軟件高速捕捉受試者身上的骨性標記點即25個Mark反光球標記點(直徑是 1.4 cm，表2)的運動軌跡。8臺高速攝像機拍攝，1 000 Hz 頻率，分辨率為640 dpix480 dpi。通過產于瑞士，型號為 9287B的KISTLER 測力臺進行動力學測試，測力臺內部有信號放大器，實時收集動態參數，保證靜態誤差要低于0.5%。 BTS VIXTA數字攝像裝置用來還原實驗畫面的真實性。
在開始實驗前，測量受試者大腿、脛骨、足長、骨盆寬度、頭部和軀干高度。受試者換指定服裝被貼點標記，并且調整測力臺和兩腳之間的位置，保證受試者清楚坐瑞士球從測試開始到測試結束的動作要領，直至受試者調整好自己的動作與測力臺在之間的適宜位置，做動作時，受試者盡量保持左右側對稱。
1.4.2 肌電測試 RMS是表示肌肉動作電位量最常用參數之一。RMS表示在一段周期內，參加肌肉活動的肌肉瞬間肌電圖振幅均方根值，通過平方及開根號后取平均值，是一定時間內肌電位值平方和的平方根。
1.4.3 數據處理 Anybody是丹麥沃爾堡大學的專門用來計算人體工程的軟件，計算肌肉力值精度較高。此次研究建立數據采集的個性化模型，用Anybody7.1.2仿真計算軟件對下肢肌肉力數據計算，比較不同狀態指標值。對 Anybody中Standing Model進行修改，處理受試者一個動作周期的數據(見圖2)，研究選擇受試者由坐到站到由站至坐一個周期作為一次有效測試，如果實驗數據采集有問題，比如受試者動作不標準、一側腳未完全踏在測力臺上、有標記點散點的情況，視為一次無效測試，整個測試重新開始，重復以上步驟。以BTS SMART Analyzer對肌電信號處理，經過高通、低通的濾波器進行濾波后，對肌電數據通過進行整流，處理均方根振幅值。
1.5 主要觀察指標 3組男大學生坐瑞士球動作周期的發力腿中髖、膝、踝三關節下肢肌肉力及代表性肌肉進行表面肌電測試，計算肌肉力值和RMS平均值。
1.6 數理統計 定性比較可檢驗數據的真實性，統計結果分析可作為主要參考的研究過程，但應用上普遍存在局限。為此假設檢驗和P值的局限性限定了科研數據的正確分析。定量差異分析在統計學比傳統P值計算有優勢，因為傳統P值可定性比較兩組數據的數字差異，卻無法定量計算，劉承宜等[11]建構定量差異統計方法，提供嚴謹性、準確性、科學性的定量分析。
自相似為系統聯動過程[12]，兩參數相似關系用冪函數表達：
ya/yb=(xa/xb)SSE(a，b) (1)
SSE是自相似指數，如下是兩參數在幾種不同條件下以0.618作為底數，計算對數的過程[11，13-15]。
ly(a,b)=logτ(yb/ya)，lx(a，b)=logτ(xb/xa) (2)
將(1)式代入(2)式，
SSE(a，b)=ly(a，b)/lx(a，b) (3)
上述求對數的過程，體現SSE聯系參數的聯動過程，表現出系統整體功能穩定性，即為定量差異過程[16]。
QD以(α，β，γ)3種閾值體現關系，Weber定律指出 QD最小值為α，正則曲線平臺期為β，QD兩點高于閾值β 或γ表明具有顯著性或極其顯著性差異[17]。據自定義常數 ∑，將閾值劃分成細胞分子機能、組織器官機能、整體機能和高級機能，且數值高閾值小。∑< 0.27，0.27≤ ∑<0.47，0.47≤∑<0.80，∑≥0.80，體現無差異、少許差異、顯著差異、極其顯著性差異，基于此次研究主體為肌肉力及肌電測試，屬于組織器官機能，QD值選取0.47 和0.80作為差異閾值。
以SPSS 20.0與Excel 10.0正版軟件對數據進行定性分析、定量比較，采用單因素方差分析比較不同組間由坐到站和由站到坐各肌肉力值和肌電值，差異水平顯著為P < 0.05，極其顯著性差異是P < 0.01。工學統計的自相似一般為隨機自相似，亦稱為統計自相似，自相似常數以常用阿拉伯數字表示、黃金分割常數0.618表示[18]，指不同數之間的度量，其對數稱為黃金指數，2個數之比的黃金對數為過程對數[19]，以0.47≤QD<0.80和QD≥0.80分別代表肌肉值和肌電值達到顯著性差異閾值和非常顯著差異閾值。
2 結果 Results
2.1 參與者數量分析 24名3組男大學生均完成測試，數據進入結果分析。
2.2 下肢肌肉仿真結果 由表3-5可知，整體由坐到站比由站到坐所表現的肌肉力值更大，因為考慮到重力的原因所在，由坐到站的力大于由站到坐的力。
如表3所示，由坐到站過程中，超重組與肥胖組的股方肌具有顯著性差異(P=0.017 < 0.05，0.47≤QD=0.50 < 0.80)，肥胖組與正常組相比，需要募集更大的力，其中股方肌(P=0.000 < 0.01，QD=0.81≥0.80)與恥骨肌(P=0.000 < 0.01，QD=0.89≥0.80)的兩組具有極其顯著性差異，各組主導發力肌肉為臀中肌。由站到坐過程中，各肌肉力無顯著性差異，兩過程最大發力肌肉均為臀中肌。
由表4可知，整體相同肌肉由坐到站比由站到坐所表現的力值略有差別，表現為由坐到站的力大于由站到坐的力。由坐到站過程中，正常組與肥胖組的股直肌(P=0.012 < 0.05，0.47≤QD=0.48 < 0.80)、半膜肌(P=0.013 < 0.05， 0.47≤QD=0.473 < 0.80)、股二頭肌長頭(P=0.016 < 0.05， 0.47≤QD=0.501 < 0.80)具有顯著性差異，用力較大的肌肉為股外側肌、股二頭肌長頭、股直肌。由站到坐過程中，正常組與肥胖組相比，需要募集更大的力，其中使膝關節屈的縫匠肌具有顯著性差異(P=0.014 < 0.05，0.47≤QD=0.50 < 0.80)，用力較大的為股外側肌和股二頭肌長頭。
由表5可知，與髖關節和膝關節趨勢相同，由坐到站比由站到坐所表現的肌肉力值更大，由坐到站的力整體略大于由站到坐的肌肉力。由坐到站過程中，正常組與肥胖組的腘肌(P=0.045 < 0.05，0.47≤QD=0.54 < 0.80)、比目魚肌(P=0.014 < 0.05，0.47≤QD=0.48 < 0.80)、脛骨前肌 (P=0.045 < 0.05，0.47≤QD=0.61 < 0.80)具有顯著性差異，用力較大的肌肉依次為腓腸肌、脛骨前肌、比目魚肌。由站到坐過程中，正常組與肥胖組相比，需要募集更大的力，其中使踝關節屈的拇長伸肌(P=0.046 < 0.05，0.47≤ QD=0.77 < 0.80) 、 腓 腸 肌 (P=0.011 < 0.05 ， 0.47 ≤ QD=0.50 < 0.80)具有顯著性差異，用力較大的為脛骨前肌、腓腸肌、比目魚肌。
2.3 RMS肌電結果 由表6可知，在坐平凳狀態下，受試者由坐到站過程中，肥胖組股二頭肌和腓腸肌均方根肌電值大于正常者和超重者，正常組與肥胖組相比，股二頭肌 (P=0.012 < 0.05 ， 0.47 ≤ QD=0.51 < 0.80) 和 腓 腸 肌 (P=0.017 < 0.05，0.47≤QD=0.58 < 0.80)具有顯著性差異。由站到坐過程中，肥胖組股直肌、雙側豎脊肌均方根肌電值大于正常組、超重組，正常組股直肌(P=0.015 < 0.05，0.47≤QD=0.50 < 0.80)與肥胖組相比，具有顯著性差異。其余肌肉均方根肌電值則是正常組大于肥胖組、超重組，并且組間無顯著性差異。
經過統計檢驗和定量差異比較的表7可知[17]，在由坐到站至由站到坐2個過程中，正常組脛骨前肌具有顯著性差異，肥胖組股二頭肌具有顯著性差異，其余肌肉差異不明顯。
由表8可知，在坐瑞士球狀態下，受試者由坐到站過程中，肥胖組脛骨前肌和股二頭肌均方根肌電值大于正常組和超重組，正常組脛骨前肌(P=0.023 < 0.05，0.47≤ QD=0.50 < 0.80)、股二頭肌(P=0.020 < 0.05，0.47≤ QD=0.49 < 0.80)與肥胖組具有顯著性差異，其余肌肉均方根肌電平均值則是正常組大于超重組、肥胖組，并且組間無顯著性差異。由站到坐過程中，肥胖組脛骨前肌、腓腸肌、雙側豎脊肌均方根肌電值大于正常組、超重組，正常組腓腸肌(P=0.016 < 0.05，0.47≤QD=0.51 < 0.80)、右豎脊肌(P=0.021 < 0.05，0.47≤QD=0.48 < 0.80)與肥胖組具有顯著性差異，其余肌肉均方根肌電平均值則是正常組大于超重組、肥胖組，并且組間無顯著性差異。經過統計檢驗和定量差異比較的表9可知，在受試者瑞士球狀態的由坐到站至由站到坐兩個過程中，正常組脛骨前肌、股直肌、股二頭肌具有顯著性差異，超重組股直肌、右豎脊肌具有顯著性差異，肥胖組的雙側豎脊肌、腓腸肌、股直肌差異顯著，其余肌肉無顯著性差異。受試者在整體兩種由坐到站的方式豎脊肌放電值均為正常組大于肥胖組、超重組，由站到坐的方式則是肥胖組大于正常組和超重組。坐瑞士球狀態下，脛骨前肌、股直肌、股二頭肌、腓腸肌放電更多，說明瑞士球可以減輕肌肉負荷，增加肌肉激活程度，有鍛煉下肢力量的重要作用。
期刊推薦：《現代臨床醫學》(雙月刊)曾用刊名：成都醫藥，1975年創刊，屬綜合性醫學期刊。報道醫學各專業以及相關學科的科研成果，臨床醫學各科診療經驗，醫院管理經驗，醫學教育與繼續教育研究與經驗，開展國內外學術交流，促進醫藥衛生事業的發展。主要刊登醫學專業和相關學科的臨床研究成果，以及與臨床聯系緊密的基礎研究、實驗研究成果與進展。有投稿需求的作者，可以咨詢期刊天空在線編輯。
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