不同姿勢仰臥起坐對腹直肌的表面肌電信號的影響分析

盧炎

利用表面肌電積分肌電值比較了2種不同姿勢的仰臥起坐（傳統直腿仰臥起坐、小腿擱凳仰臥起坐）對腹直肌鍛煉的效果強度，為科學、準確篩選出最優勢的仰臥起坐提供理論依據。以9名體育學院本科生為研究對象，測試每個實驗對象左上腹直肌、右上腹直肌、左下腹直肌和右下腹直肌在完成上述訓練時的積分肌電值，對2種不同姿勢仰臥起坐間對腹部肌肉的刺激效果進行分析比較，結果表明：小腿擱凳仰臥起坐對腹直肌的刺激效果比傳統直腿仰臥起坐對腹直肌的刺激效果更強烈；參與完成傳統直腿仰臥起坐動作的代償肌群比參與完成小腿擱凳仰臥起坐動作的代償肌群更多，因此傳統直腿仰臥起坐可以鍛煉到更多的肌肉群。

軀干力量是表明人體軀干肌肉健康情況的一項重要指標，軀干力量的大小直接影響人體的核心穩定性、靈敏性和基本運動能力。在當前社會，隨著科技的飛速發展和進步，人們的物質水平也隨之不斷提高，在給人們生活條件帶來便利的同時也損害著人們的身體健康，導致越來越多的人出現身體肥胖等不良癥狀。現階段，肥胖人口比例逐年增高，肥胖不但影響人們的外在形象，更重要的是影響人們的身體健康。在如今多靜少動、體力活動日益不足、腹部肥胖高發的社會背景下，仰臥起坐作為一種獨特的鍛煉模式，在大眾健身中也備受追捧。腹部肌肉作為軀干核心區力量訓練中的主要核心肌群，它對改善人們的身體形態至關重要。仰臥起坐作為一項簡單、易行的鍛煉方式，不僅可以增強腹部力量，還有減少腹部脂肪的功效，從社會前景角度上講，仰臥起坐還有著鍛煉需用空間小，需用器材少，鍛煉環境要求不高等優勢，對于沒有運動基礎和運動能力較差的人群來說也能快速學會并有效完成。

完成仰臥起坐動作主要參與的肌群有腹部肌群、股四頭肌、背部肌群以及身體的其他部位等，其中對腹部肌群中腹直肌的鍛煉效果最為明顯，然而大眾所熟知的仰臥起坐有很多種，其差異多在進行仰臥起坐鍛煉時上肢擺放位置不同和大腿與軀干成角角度不同上，美國研究者指出：“姿勢反映了人體肌肉、骨骼、內臟器官與神經系統等各組織的力學關系。它包括靜態姿勢和動態姿勢。”身體姿勢是身體鍛煉中的一部分，采用不同的身體姿勢，達到的鍛煉效果也不相同。為了探究大腿與軀干成角角度不同對腹直肌鍛煉效果的影響，本研究選取兩種大腿與軀干成角角度不同的仰臥起坐（大腿與軀干成180°角的直腿仰臥起坐、大腿與軀干成90°角的曲腿仰臥起坐。）通過分析腹直肌表面肌電指標進行比較，以期對大腿與軀干成角角度不同的仰臥起坐對腹部鍛煉效果進行驗證的同時，為健身者們在仰臥起坐動作的選擇上提供參考意見。

1 測試對象及方法

1.1 測試對象

通過廣泛宣傳和招募，篩選出9名遼寧師范大學體育學院男性大學生作為受試者（表1）。

篩選標準：身體健康，無急性或慢性腰頸椎痛或疾病；具備相應的運動能力，可以正確的完成試驗動作；腰腹部未見明顯脂肪堆積。所以實驗對象開始做實驗前均精神飽滿，精力充沛。

1.2 動作設計

采用兩種不同仰臥起坐姿勢進行實驗。第一種為傳統直腿仰臥起坐（平躺于地面上，固定雙腳，雙手交叉于胸前，起坐時雙肘觸及膝蓋，還原仰臥時雙肩胛接觸地面，一起一還原為完成一次動作），第二種為小腿擱凳仰臥起坐（軀干與大腿成角及大腿與小腿成角均為90度）。根據馬莉等對運動節奏問題探究的文獻，本研究采用的兩種仰臥起坐均以40次/min進行15次，節拍設置為60個節拍，分兩拍完成動作，即1拍起，1拍落。

1.3 實驗設計

利用表面肌電儀分別對9名受試者進行測試，觀察其完成兩種不同姿勢的仰臥起坐時表面肌電儀所呈現的腹部肌肉的積分肌電iEMG值，通過實驗所得的積分肌電iEMG值進行分析比較兩種不同姿勢的仰臥起坐對腹部肌肉的鍛煉效果。

1.4 實驗方法

1.4.1 實驗儀器

身高/體重計，皮褶厚度計，表面肌電儀（芬蘭、北京普康科健醫療設備有限公司 ME6000）

1.4.1.1 表面肌電儀

表面肌電（sEMG）是在皮膚表面通過電極引導、放大從而記錄下來的神經系統在活動時生物電信號，能夠實時、準確且在無損傷狀態下反應肌肉活動的狀態和功能狀態。早期的肌電圖僅能根據肌電圖波形的有無、波形的規則與否、波形的密集程度來進行一些簡單的判斷，得出的結論僅僅是一些：肌肉是否用力；大概有哪些肌肉參與動作電位的形成；肌肉用力的大小等等。通常所獲得的是一組一維時間序列信號，它的變化所參加的活動的運動單位類型、數量、放電頻率以及動作電位的傳導速度、皮下脂肪厚度等因素有關。由于表面肌電具有安全性高的特征，它被廣泛運用于人體運動學的研究領域，用表面肌電去探測運動中肌肉表面電信號，但表面肌電也存在一定的缺點，最主要的是只能研究活動中表面肌肉的肌電特征，無法探測到深層肌肉的電活動特征。

1.4.2 實驗步驟

1.4.2.1 實驗準備

測試開始前，實驗人員做好測試儀器的安裝和調試等準備工作，受試者進行5分鐘熱身準備活動，調整精神狀態，對實驗動作進行充分熟悉，保證能正確、連貫的完成動作。

1.4.2.2 電極貼放

肌電信號的變化與所測肌肉處肌纖維的種類、數量，肌纖維的募集程度，動作電位在神經-肌肉間的傳遞速度，受試者之間的個體差異，電極貼放處的皮脂厚度和實驗操作者等諸多因素有密切關系。所以本實驗測試開始之前，先將腹直肌從上至下分為三塊，并標記為I、II、III。在貼放電極片前，先剃除過長、過密毛發，然后用砂紙進行打磨皮膚，去除皮膚角質，最后用75%的醫用酒精反復擦拭皮膚，待皮膚干燥后，于兩排腹直肌處貼放電極片，兩片記錄電極片相隔2cm貼于每塊肌肉隆起處，參考電極片與兩片記錄電極片呈等邊三角形貼放。

1.4.2.3 實驗流程

待受試者熱身充分，儀器連接無誤后，以傳統直腿仰臥起坐、小腿擱凳仰臥起坐的順序按制定節奏對每個受試者進行測試，兩種姿勢動作各完成15次，兩種姿勢動作間給予受試者充足的休息時間，待受試者完全恢復后再繼續進行后續測試，記錄表面肌電信號。

2 研究結果

2.1 同種姿勢仰臥起坐對腹直肌各部位表面肌電信號的影響

（1）小腿擱凳仰臥起坐

由表2可知，在完成小腿擱凳仰臥起坐技術動作時，不同部位的腹直肌iEMG值有較大差異，其中腹直肌左上部和腹直肌右上部的iEMG百分比值總和為58.22%，腹直肌左下部和腹直肌右下部的iEMG百分比值總和為41.78%，說明小腿擱凳仰臥起坐對腹直肌上部的刺激比對腹直肌下部的刺激更強烈，使用小腿擱凳仰臥起坐進行鍛煉時，對腹直肌上部的鍛煉效果比對腹直肌下部的鍛煉效果更好。

（2）傳統直腿仰臥起坐

由表2可知，在完成傳統直腿仰臥起坐技術動作時，不同部位的腹直肌iEMG值差異性更為明顯，其中腹直肌左上部和腹直肌右上部的iEMG百分比值總和為61.44%，腹直肌左下部和腹直肌右下部的iEMG百分比值總和為38.56%，說明傳統直腿仰臥起坐對腹直肌上部的刺激比對腹直肌下部的刺激更強烈，使用傳統直腿仰臥起坐進行鍛煉時，對腹直肌上部的鍛煉效果更好。

2.2 不同種姿勢仰臥起坐對腹直肌各部位表面肌電信號的影響

由表2中數據得知，小腿擱凳仰臥起坐對腹直肌上、下部的鍛煉效果差異相對傳統直腿仰臥起坐對腹直肌上、下部的鍛煉效果差異較小，相對而言，傳統直腿仰臥起坐更注重于發展腹直肌上部肌肉力量，對腹直肌下部的鍛煉效果有所欠佳；觀察表2中對于在兩種不同姿勢的仰臥起坐進行鍛煉下腹直肌不同部位所表現出來的iEMG平均值總和的記錄數據可發現，小腿擱凳仰臥起坐的iEMG平均值總和與傳統直腿仰臥起坐的iEMG平均值總和有較大差異，進行小腿擱凳仰臥起坐對腹直肌鍛煉時所測量出來的腹直肌各部位iEMG值平均值總和皆遠大于進行傳統直腿仰臥起坐對腹直肌鍛煉時所測量出來的腹直肌各部位iEMG值平均值總和，說明相比傳統直腿仰臥起坐，小腿擱凳仰臥起坐需要腹直肌做功更多，動作的難度更大，更加消耗體力，在相同組數、相同動作頻率下小腿擱凳仰臥起坐對腹直肌的刺激效果比傳統直腿仰臥起坐對腹直肌的刺激效果更強烈。

3 分析與討論

仰臥起坐是鍛煉腰腹部核心力量最常用的方式之一。iEMG值作為反應肌肉做功情況的重要指標之一，能良好的表現肌肉用力的特征，iEMG值與肌肉收縮力量有著對應的關系，iEMG數值越大說明肌電信號越強，說明肌肉收縮力量越大。因此，iEMG值的大小可直觀反應肌肉做功的大小。本研究通過對上腹直肌、下腹直肌在傳統直腿仰臥起坐和小腿擱凳仰臥起坐2種不同方式下積分肌電iEMG值進行采集分析，探究哪種姿勢的仰臥起坐對腹直肌的鍛煉效果更強。

畢霞等利用表面肌電分析系統測試33例年輕人在不穩定平面和穩定平面內各完成端坐、雙橋運動、屈膝雙橋運動、反橋運動、俯臥撐5個動作的腰腹部肌肉肌電信號，結論是腰腹部肌群在不穩定平面比在穩定平面下更容易激活。

邢瑞峰等利用表面肌電儀采集10名通過皮褶厚度篩選及無運動損傷的體育學院男大學生在不同運動節奏（勻速節奏、快起慢落節奏、慢起快落節奏三種）下完成不同種姿勢仰臥起坐（直腿仰臥起坐、曲腿仰臥起坐、負重仰臥起坐和減重仰臥起坐四種）股直肌、腹直肌、股內肌和股外肌四種肌肉的表面肌電信號，采用統計學單因素方差進行分析，得出：（1）對于腹直肌的刺激，采用直腿仰臥起坐和負重仰臥起坐效果最好；對于股直肌的刺激，采用負重仰臥起坐和直腿仰臥起坐效果最好；對于股外肌的刺激，采用直腿仰臥起坐效果最好；（2）對于腹直肌的刺激，采用快起慢落的運動節奏效果最好；（3）不同身體姿勢和運動節奏的仰臥起坐，不僅可以鍛煉腹部肌肉，也是鍛煉腿部肌肉尤其是股直肌的有效方法，可以給需要增加腿部肌肉力量的人群提供一種新的鍛煉方法。因此，本研究設計了兩種不同姿勢的仰臥起坐（小腿擱凳仰臥起坐和傳統直腿仰臥起坐），來探究哪種姿勢對腹直肌會產生更好的鍛煉效果。

王嶸等用表面肌電法對15名男子游泳運動員腹直肌在不同形式（小腿擱凳仰臥起坐、斜靠仰臥起坐和直腿仰臥起坐）和不同運動頻率的仰臥起坐練習下的肌電特征進行了分析。3種運動頻率分別設置為：（1）勻速動作頻率：30次/min，每次起與落的時間為1：1；（2）加速頻率：20次/min，每次起與落的時間為1：3；（3）減速頻率：20次/min，每次起與落的時間為3：1。將完整的1個仰臥起坐分為向心收縮階段和離心收縮階段進行肌電信號分析，進而提出：（1）無論是離心收縮過程，還是向心收縮過程，斜靠仰臥起坐姿勢時，腹直肌訓練鍛煉效果最好；（2）仰臥起坐動作練習時，在加速頻率下利用斜靠仰臥起坐動作，鍛煉效果較好。該研究結果表明，仰臥起坐速度越慢，肌肉收縮越接近于等長收縮，因此，本研究設計動作頻率為40次/min，起與落用相同的時間。

本研究中不同方式仰臥起坐對腹直肌產生的刺激由大到小為：小腿擱凳仰臥起坐>傳統直腿仰臥起坐，與所有參與實驗的受試者主觀難易程度一致。從運動解剖學角度來分析，選擇小腿擱凳仰臥起坐姿勢進行鍛煉時，由于大腿與地面成90°角垂直，小腿與地面成180°角平行，所以動作完成過程中腿部肌肉很難參與發力。且在準備姿勢時，由于大腿與地面垂直，迫使髖關節前屈，腹直肌被縮短發力更加困難。多種因素導致在完成小腿擱凳仰臥起坐過程中除腹直肌以外的其余代償肌參與減少。相比傳統直腿仰臥起坐，小腿擱凳仰臥起坐動作更能精準、有效的鍛煉腹直肌。

4 結論與建議

（1）小腿擱凳仰臥起坐相比傳統直腿仰臥起坐在鍛煉腹直肌的時候更精準、有效。

（2）選用傳統直腿仰臥起坐進行鍛煉時相比選用小腿擱凳仰臥起坐鍛煉可以鍛煉到除腹直肌以外更多的肌肉（股直肌、豎脊肌等）。

鑒于軀干力量對人體健康的重要意義以及完成不同姿勢的仰臥起坐對肌肉貢獻率的不同，建議選擇小腿擱凳仰臥起坐進行對腹部鍛煉。

（作者單位：撫順市清原滿族自治縣第二高級中學）