3～6岁幼儿侧滑步动作发展与下肢肌电活动特征的研究

吴升扣，陆 峰

（中国人民大学体育部，北京 100872）

幼儿处于动作发展的敏感期，是人类学习、掌握多种基本动作技能（fundamental motor skills，FMS）的关键时期。基本动作技能被认为是复杂动作技能的基础，发展基本动作技能对熟练掌握各类体育活动、竞技比赛和舞蹈至关重要。目前，我国有关幼儿动作发展的研究主要使用调查问卷与量表、录像观察等行为科学方法，对幼儿的粗大动作发展特征进行观察和评价，很少使用神经生理方法，如采用肌电、核磁共振测试等研究人体内部的生理活动与外部动作的联系，深入分析幼儿粗大动作发展特征与规律。表面肌电图（surface electromyography，sEMG）最初主要用于运动学研究，分析运动时各肌肉收缩的时序和对运动贡献的大小，了解运动中各肌肉是否协调收缩，也可用于生物反馈，增加运动的选择性和协调性，加速运动功能的恢复。表面肌电图检测技术具有安全、简便、无创等特点，容易被受试者所接受，国内外有不少关于儿童的表面肌电图测试的案例，证明了对幼儿进行表面肌电图测试是可行的。侧滑步动作属于典型的基本动作技能，且连续的侧滑步动作属于周期性运动，在分析下肢肌电活动时便于进行阶段的划分。因此，本研究通过录像以及记录侧滑步时下肢肌电活动，分析幼儿侧滑步的动作发展序列与下肢肌电活动特征，探索不同年龄幼儿侧滑步时的技术合理性与各肌肉协调状况，从神经生理的角度为深入分析幼儿动作发展提供借鉴。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

采用随机抽样法，选取北京市城区某公立幼儿园小、大班共38人为测试对象，其中3岁组幼儿22人，5岁组幼儿16人。本研究3岁组的幼儿包含了3周岁以上4周岁以下的儿童；5岁组幼儿包含了5周岁以上6周岁以下的儿童。同年龄组的男、女童在身高、体重、身体质量指数（BMI）上差异不具有显著性。

1.2 下肢肌电活动测试

下肢肌电活动测试仪器为美国Noraxon公司生产的Noraxon表面肌电测试系统。采用表面电极双极导联法，暴露受试者下肢待检测肌群部位皮肤，测试前先用去脂酒精棉球对电极安放位置的皮肤进行去脂处理，沿着肌纤维走向将双极表面电极粘贴于肌腹中心处，两电极间相距2cm。测试动作为连续4次向左和向右的测滑步，测试部位为双侧下肢胫骨前肌（TA）、腓肠肌（内侧头）（Gas）、股直肌（RF）和股二头肌（BF）8块肌肉。

使用美国Noraxon表面肌电仪器自带的MR-XP Master软件，对原始肌电信号进行全波整流、滤波（带通滤波10Hz-450Hz）和平滑（RMS，50ms）处理。分析指标包括：肌肉募集起始时间、积分肌电（iEMG），并计算肌肉积分肌电贡献率和下肢各环节协同收缩率。为了能够更加客观地反映受试者的滑步动作能力，揭示滑步动作的肌肉放电情况，本研究将滑步动作划分为三个阶段进行表面肌电活动的分析：阶段一为右脚着地瞬间至左脚离地瞬间；阶段二为左脚离地瞬间至左脚着地瞬间；阶段三为左脚着地瞬间至右脚再次落地瞬间。

1.3 数据处理与检验方法

使用SPSS 20.0软件包，对所得数据进行描述性分析、独立样本T检验，显著性水平为P＜0.05。

2 幼儿侧滑步不同时相中下肢各肌肉积分肌电贡献率的比较

积分肌电值（integrated electromyography，iEMG）是指对所得sEMG信号进行整流、滤波后单位时间内曲线下面积的总和，其数值的高低反映运动时参与肌肉收缩的肌纤维数目和每个运动单位的放电大小。目前iEMG已成为研究肌肉功能活动的一个常用指标。

肌肉积分肌电贡献率是指运动的某个阶段内特定肌肉发力与所有肌肉发力的比值。我们用某块肌肉积分肌电与所有单侧腿测试肌肉的积分肌电比值来表示，以胫骨前肌（右）为例：胫骨前肌（右）积分肌电贡献率=胫骨前肌（右）iEMG/（胫骨前肌（右）iEMG+腓肠肌（右）iEMG+股直肌（右）iEMG+股二头肌（右）iEMG）。

对3岁组和5岁组幼儿下肢肌肉的积分肌电贡献率进行独立样本T检验，结果如表1所示。侧滑步第一时相中，幼儿右腿4块肌肉的积分肌电贡献率均不存在显著的年龄组间差异（P＞0.05），左腿股直肌、股二头肌积分肌电贡献率也不存在年龄组间的差异（P＞0.05），而左腿胫骨前肌、腓肠肌的积分肌电贡献率出现了显著的年龄组间差异（P＜0.01）。随着年龄的增加，左腿胫骨前肌的积分肌电贡献率逐渐下降，而腓肠肌的积分肌电贡献率却逐渐上升。另外，侧滑步第一时相中，右腿股二头肌的积分肌电贡献率最大，平均超过30%；股直肌积分肌电贡献率最小，平均不超过20%；胫骨前肌和腓肠肌的贡献率在20%～30%。总体来说，右腿大腿肌群的积分肌电贡献率较大，超过50%，小腿肌群的积分肌电贡献率较小，小于50%。相比之下，左腿腓肠肌的积分肌电贡献率最大，5岁组的幼儿甚至高达43%；而股二头肌积分肌电贡献率最小，5岁组的幼儿只有16%。左腿大腿肌群的积分肌电贡献率较小，平均为40%；而左腿小腿肌群的积分肌电贡献率较大，平均为60%。

侧滑步第二时相中，幼儿右腿腓肠肌、股二头肌的积分肌电贡献率存在显著的年龄组间差异（P＜0.05）。随着年龄的增加，右腿腓肠肌的积分肌电贡献率逐渐上升，而右腿股二头肌的积分肌电贡献率逐渐下降。幼儿左腿腓肠肌积分肌电贡献率也存在显著的年龄组间差异（P＜0.01），随着年龄的增加，左腿腓肠肌的积分肌电贡献率逐渐上升。在第二时相中，其他肌肉的积分肌电贡献率均不存在显著的年龄组间差异（P＞0.05）。另外，侧滑步第二时相中，右腿胫骨前肌和腓肠肌的贡献率都较大，平均达30%。因此，右腿小腿肌群的积分肌电贡献率较大，超过了50%，5岁组幼儿高达65%；大腿肌群的积分肌电贡献率较小，5岁组幼儿低达35%。相比之下，左腿大腿与小腿各肌肉的积分肌电贡献率数值差距不大，但也表现出了小腿肌群的积分肌电贡献率大于大腿肌群积分肌电贡献率的趋势。

侧滑步第三时相中，幼儿右腿胫骨前肌、股二头肌的积分肌电贡献率出现了显著的年龄组间差异（P＜0.05），随着年龄的增加，右腿胫骨前肌的积分肌电贡献率逐渐上升，而5岁组幼儿的右腿股二头肌的积分肌电贡献率显著小于3岁组幼儿。幼儿左腿腓肠肌的积分肌电贡献率存在显著的年龄组间差异（P＜0.05），随着年龄的增加，左腿腓肠肌的积分肌电贡献率逐渐上升，其他肌肉的积分肌电贡献率均不存在显著的年龄组间差异（P＞0.05）。对比第三时相中幼儿大腿肌群与小腿肌群的积分肌电贡献率，结果显示，左、右大腿肌群与小腿肌群的积分肌电贡献率差异不大，5岁组幼儿小腿的积分肌电贡献率超过了50%，高于大腿肌群的积分肌电贡献率。

3～6岁是人类动作发展的敏感期，国外大量的研究显示，此时期幼儿粗大动作发展水平在迅速提高。从幼儿侧滑步时下肢肌肉放电情况来看，存在显著的年龄组间差异。不同年龄组幼儿在三个时相中的下肢肌肉放电情况实际上反映了幼儿侧滑步的协调与动作发展成熟程度。从动力学的角度来看，侧滑步第一时相中，右腿处于缓冲支撑状态，左腿处于蹬伸状态，右侧腓肠肌、股直肌、左侧腓肠肌、股直肌作为滑步时的主动肌，在此时相中应该较为活跃。因此，第一时相中5岁组幼儿左腿腓肠肌iEMG高于3岁组是更加合理的。第二时相中，右腿处于蹬伸状态，左腿处于内收状态。右腿腓肠肌、股直肌在此时应最活跃，而左腿此时并没有任何蹬伸与缓冲动作，左腿腓肠肌、股直肌、胫骨前肌、股二头肌应该处于较为放松的状态。5岁组幼儿右腿肌肉iEMG高于3岁组幼儿正好符合此阶段的动作特征。第三时相中，右腿处于外展状态，没有任何蹬伸与缓冲动作，左腿处于缓冲阶段，左腿腓肠肌、股直肌此时应该较为活跃，而右腿腓肠肌、股直肌、胫骨前肌、股二头肌应较为放松。此时相下，3岁组幼儿右腿腓肠肌、股直肌、股二头肌，左腿胫骨前肌的iEMG显著高于5岁组幼儿，放松的肌肉仍处于较活跃的状态，可能反映了低龄幼儿动作的不协调。

表1 幼儿侧滑步不同时相中下肢主要肌群贡献率比较

3 结 语

虽然幼儿下肢肌电活动变化较成年人更加复杂，但仍旧可以看出幼儿腓肠肌的积分肌电贡献率随着年龄的增加而不断升高，小腿肌群的积分肌电贡献率逐渐增加，而大腿肌群的积分肌电贡献率逐渐降低的现象。幼儿滑步时主动肌积分肌电贡献率的增加可以看作是中枢神经系统对主动肌与拮抗肌协调控制能力增强，动作效率提高，侧滑步动作发展正在逐渐成熟。

参考文献：

[1]Jane E.Clark，Jill Whitall.What is motor development？The lessons of history[J].Quest，1989，41（3）：183-202.

[2]吴升扣，姜桂萍，张首文，等.3～6岁幼儿静态平衡能力特征及粗大动作发展水平研究[J].中国运动医学杂志，2014，33（7）：651-657.

[3]吴洪，冉春风.表面肌电图在运动训练中的应用[J].中国组织工程研究与临床康复，2008，12（39）：7739-7743.

[4]应灏，罗义，袁颖，等.4～6岁正常儿童下肢表面肌电参数特征的研究[J].北京生物医学工程，2011，30（3）：278-282.

[5]刘述芝，吴瑛，李玉章.我国部分优秀男子跳远运动员起跳环节肌肉用力特征[J].上海体育学院学报，2011，35（2）：61-65.

[6]付海峰.平板卧推动作肌肉工作特征的研究[D].北京：北京体育大学，2006.