發(fā)布時(shí)間：2020-02-21所屬分類：醫(yī)學(xué)職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要背景：Anybody 肌肉骨骼建模系統(tǒng)，使用數(shù)學(xué)建模技術(shù)模擬人體骨骼、肌肉和環(huán)境的關(guān)系，可對人體的逆向動力學(xué)進(jìn)行研究，得出下肢三關(guān)節(jié)最大肌肉力等指標(biāo)。目的：研究 24 名不同體質(zhì)量指數(shù)男大學(xué)生在坐瑞士球一個(gè)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(tǒng)，使用數(shù)學(xué)建模技術(shù)模擬人體骨骼、肌肉和環(huán)境的關(guān)系，可對人體的逆向動力學(xué)進(jìn)行研究，得出下肢三關(guān)節(jié)最大肌肉力等指標(biāo)。目的：研究 24 名不同體質(zhì)量指數(shù)男大學(xué)生在坐瑞士球一個(gè)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(xué)生按體質(zhì)量指數(shù)分為正常組、超重組、肥胖組，用 BTS 三維紅外動作捕捉系統(tǒng)、Kistler 三維測力臺、BTS 表面肌電測試系統(tǒng)，同步記錄動力學(xué)和肌電參數(shù)，以單因素方差分析定性比較不同組間肌力和肌電參數(shù)差異，用定量差異分析法對比均值差異。結(jié)果與結(jié)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(tài)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(tài)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(dǎo)發(fā)力肌肉是臀中肌、股外側(cè)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(cè)肌和股二頭肌長頭、腓腸肌、脛骨前肌、比目魚肌主導(dǎo)發(fā)力;②與坐平凳相比，受試者在坐瑞士球時(shí)脛骨前肌、股直肌、股二頭肌、腓腸肌均方根肌電值高。
關(guān)鍵詞：仿真;均方根肌電;瑞士球;定量差異;大學(xué)生;男;肌肉;體重指數(shù)
0 引言 Introduction
瑞士球(Swiss ball)于1989年引進(jìn)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(yùn)動，使球產(chǎn)生形變，提高人體在非穩(wěn)定狀態(tài)身體核心區(qū)穩(wěn)定性及活動能力。在國內(nèi)外研究中，瑞士球常應(yīng)用于幫助鍛煉者在無固定支撐條件下，提高力量和協(xié)調(diào)能力，使全身肌群參加活動，最有助于穩(wěn)定骨盆及脊柱功能，提高人體本體感覺、姿勢控制能力及穩(wěn)定程度，鍛煉軀干核心區(qū)肌肉力量，改善站姿、坐姿[1-4]。現(xiàn)階段，關(guān)于以仿真和肌電測試方式對不同體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，bMI)男大學(xué)生瑞士球動作生物力學(xué)研究的相關(guān)研究極少。有學(xué)者認(rèn)為，其他墊上練習(xí)等非穩(wěn)定性練習(xí)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(gè)瑞士球鍛煉者必須經(jīng)歷的，以瑞士球?yàn)榛A(chǔ)的練習(xí)能更好地促進(jìn)墊上練習(xí)及其他關(guān)于促進(jìn)協(xié)調(diào)性及靈敏性的練習(xí)。
文章旨在通過研究不同BMI男大學(xué)生坐瑞士球由坐到站至由站到坐一個(gè)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(xí)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(gè)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(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及真實(shí)性。
1 對象和方法 Subjects and methods
1.1 設(shè)計(jì) 生物力學(xué)測試。
1.2 時(shí)間及地點(diǎn) 測試時(shí)間為2018-12-23/2019-03-20，測試地點(diǎn)為北京師范大學(xué)科技樓運(yùn)動生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)室。
1.3 對象 在北京師范大學(xué)以招募的方式選擇男性大學(xué)生自愿作為受試者，同時(shí)要填寫患者姓名、出生日期、身高、體質(zhì)量等基本信息的知情同意書。
入選標(biāo)準(zhǔn)：①男性大學(xué)生;②3個(gè)月內(nèi)未定期鍛煉;③ 能正常溝通;④排除身體運(yùn)動功能障礙，無平衡能力缺失、無吸煙酗酒習(xí)慣、無心腦血管疾病、無呼吸系統(tǒng)疾病史、無眼部疾病史、無腰部損傷史者，能正常運(yùn)動。
排除標(biāo)準(zhǔn)：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(tǒng)疾病、運(yùn)動功能障礙。
此次研究共篩選了北京師范大學(xué)37名男大學(xué)生，其中
24人符合標(biāo)準(zhǔn)，并且配合完成了研究。
常見的評價(jià)肥胖人群的指標(biāo)有體質(zhì)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(zhì)量、 BMI、腰圍、腰臀比進(jìn)行分類而判定肥胖。BMI可體現(xiàn)人體全身肥胖率，計(jì)算方式為體質(zhì)量與身高平方之比[8]，研究將BMI不同的大學(xué)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(biāo)，可體現(xiàn)人體脂肪分布參數(shù)，與中心性肥胖率有關(guān)，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(fā)展，增加慢性病風(fēng)險(xiǎn)，因此腰圍還常作為有效預(yù)測心血管疾病的指標(biāo)，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(yán)格培訓(xùn)，對受試者體質(zhì)量、身高、腰圍、腰臀比指標(biāo)進(jìn)行測量。測量體質(zhì)量用電子體重計(jì)，量程 0-150 kg之間，精確度選取0.1 kg;測量身高用身高計(jì)，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(xué)測試 使用BTS SMART DX 600紅外動作捕捉系統(tǒng)(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(biāo)記點(diǎn)即25個(gè)Mark反光球標(biāo)記點(diǎn)(直徑是 1.4 cm，表2)的運(yùn)動軌跡。8臺高速攝像機(jī)拍攝，1 000 Hz 頻率，分辨率為640 dpix480 dpi。通過產(chǎn)于瑞士，型號為 9287B的KISTLER 測力臺進(jìn)行動力學(xué)測試，測力臺內(nèi)部有信號放大器，實(shí)時(shí)收集動態(tài)參數(shù)，保證靜態(tài)誤差要低于0.5%。 BTS VIXTA數(shù)字?jǐn)z像裝置用來還原實(shí)驗(yàn)畫面的真實(shí)性。
在開始實(shí)驗(yàn)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(diǎn)標(biāo)記，并且調(diào)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(jié)束的動作要領(lǐng)，直至受試者調(diào)整好自己的動作與測力臺在之間的適宜位置，做動作時(shí)，受試者盡量保持左右側(cè)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(shù)之一。RMS表示在一段周期內(nèi)，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(shí)間內(nèi)肌電位值平方和的平方根。
1.4.3 數(shù)據(jù)處理 Anybody是丹麥沃爾堡大學(xué)的專門用來計(jì)算人體工程的軟件，計(jì)算肌肉力值精度較高。此次研究建立數(shù)據(jù)采集的個(gè)性化模型，用Anybody7.1.2仿真計(jì)算軟件對下肢肌肉力數(shù)據(jù)計(jì)算，比較不同狀態(tài)指標(biāo)值。對 Anybody中Standing Model進(jìn)行修改，處理受試者一個(gè)動作周期的數(shù)據(jù)(見圖2)，研究選擇受試者由坐到站到由站至坐一個(gè)周期作為一次有效測試，如果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集有問題，比如受試者動作不標(biāo)準(zhǔn)、一側(cè)腳未完全踏在測力臺上、有標(biāo)記點(diǎn)散點(diǎn)的情況，視為一次無效測試，整個(gè)測試重新開始，重復(fù)以上步驟。以BTS SMART Analyzer對肌電信號處理，經(jīng)過高通、低通的濾波器進(jìn)行濾波后，對肌電數(shù)據(jù)通過進(jìn)行整流，處理均方根振幅值。
1.5 主要觀察指標(biāo) 3組男大學(xué)生坐瑞士球動作周期的發(fā)力腿中髖、膝、踝三關(guān)節(jié)下肢肌肉力及代表性肌肉進(jìn)行表面肌電測試，計(jì)算肌肉力值和RMS平均值。
1.6 數(shù)理統(tǒng)計(jì) 定性比較可檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性，統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析可作為主要參考的研究過程，但應(yīng)用上普遍存在局限。為此假設(shè)檢驗(yàn)和P值的局限性限定了科研數(shù)據(jù)的正確分析。定量差異分析在統(tǒng)計(jì)學(xué)比傳統(tǒng)P值計(jì)算有優(yōu)勢，因?yàn)閭鹘y(tǒng)P值可定性比較兩組數(shù)據(jù)的數(shù)字差異，卻無法定量計(jì)算，劉承宜等[11]建構(gòu)定量差異統(tǒng)計(jì)方法，提供嚴(yán)謹(jǐn)性、準(zhǔn)確性、科學(xué)性的定量分析。
自相似為系統(tǒng)聯(lián)動過程[12]，兩參數(shù)相似關(guān)系用冪函數(shù)表達(dá)：
ya/yb=(xa/xb)SSE(a，b) (1)
SSE是自相似指數(shù)，如下是兩參數(shù)在幾種不同條件下以0.618作為底數(shù)，計(jì)算對數(shù)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(shù)的過程，體現(xiàn)SSE聯(lián)系參數(shù)的聯(lián)動過程，表現(xiàn)出系統(tǒng)整體功能穩(wěn)定性，即為定量差異過程[16]。
QD以(α，β，γ)3種閾值體現(xiàn)關(guān)系，Weber定律指出 QD最小值為α，正則曲線平臺期為β，QD兩點(diǎn)高于閾值β 或γ表明具有顯著性或極其顯著性差異[17]。據(jù)自定義常數(shù) ∑，將閾值劃分成細(xì)胞分子機(jī)能、組織器官機(jī)能、整體機(jī)能和高級機(jī)能，且數(shù)值高閾值小。∑< 0.27，0.27≤ ∑<0.47，0.47≤∑<0.80，∑≥0.80，體現(xiàn)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(jī)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(shù)據(jù)進(jìn)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(xué)統(tǒng)計(jì)的自相似一般為隨機(jī)自相似，亦稱為統(tǒng)計(jì)自相似，自相似常數(shù)以常用阿拉伯?dāng)?shù)字表示、黃金分割常數(shù)0.618表示[18]，指不同數(shù)之間的度量，其對數(shù)稱為黃金指數(shù)，2個(gè)數(shù)之比的黃金對數(shù)為過程對數(shù)[19]，以0.47≤QD<0.80和QD≥0.80分別代表肌肉值和肌電值達(dá)到顯著性差異閾值和非常顯著差異閾值。
2 結(jié)果 Results
2.1 參與者數(shù)量分析 24名3組男大學(xué)生均完成測試，數(shù)據(jù)進(jìn)入結(jié)果分析。
2.2 下肢肌肉仿真結(jié)果 由表3-5可知，整體由坐到站比由站到坐所表現(xiàn)的肌肉力值更大，因?yàn)榭紤]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(dǎo)發(fā)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(fā)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(xiàn)的力值略有差別，表現(xiàn)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(cè)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(guān)節(jié)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(cè)肌和股二頭肌長頭。
由表5可知，與髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)趨勢相同，由坐到站比由站到坐所表現(xiàn)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(guān)節(jié)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(jié)果 由表6可知，在坐平凳狀態(tài)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(cè)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(jīng)過統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)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(gè)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(tài)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(cè)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(jīng)過統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)和定量差異比較的表9可知，在受試者瑞士球狀態(tài)的由坐到站至由站到坐兩個(gè)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(cè)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(tài)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(fù)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(xiàn)代臨床醫(yī)學(xué)》(雙月刊)曾用刊名：成都醫(yī)藥，1975年創(chuàng)刊，屬綜合性醫(yī)學(xué)期刊。報(bào)道醫(yī)學(xué)各專業(yè)以及相關(guān)學(xué)科的科研成果，臨床醫(yī)學(xué)各科診療經(jīng)驗(yàn)，醫(yī)院管理經(jīng)驗(yàn)，醫(yī)學(xué)教育與繼續(xù)教育研究與經(jīng)驗(yàn)，開展國內(nèi)外學(xué)術(shù)交流，促進(jìn)醫(yī)藥衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展。主要刊登醫(yī)學(xué)專業(yè)和相關(guān)學(xué)科的臨床研究成果，以及與臨床聯(lián)系緊密的基礎(chǔ)研究、實(shí)驗(yàn)研究成果與進(jìn)展。有投稿需求的作者，可以咨詢期刊天空在線編輯。
