3～6歲幼兒側滑步動作發展與下肢肌電活動特征的研究

吳升扣，陸 峰

（中國人民大學體育部，北京 100872）

幼兒處于動作發展的敏感期，是人類學習、掌握多種基本動作技能（fundamental motor skills，FMS）的關鍵時期。基本動作技能被認為是復雜動作技能的基礎，發展基本動作技能對熟練掌握各類體育活動、競技比賽和舞蹈至關重要。目前，我國有關幼兒動作發展的研究主要使用調查問卷與量表、錄像觀察等行為科學方法，對幼兒的粗大動作發展特征進行觀察和評價，很少使用神經生理方法，如采用肌電、核磁共振測試等研究人體內部的生理活動與外部動作的聯系，深入分析幼兒粗大動作發展特征與規律。表面肌電圖（surface electromyography，sEMG）最初主要用于運動學研究，分析運動時各肌肉收縮的時序和對運動貢獻的大小，了解運動中各肌肉是否協調收縮，也可用于生物反饋，增加運動的選擇性和協調性，加速運動功能的恢復。表面肌電圖檢測技術具有安全、簡便、無創等特點，容易被受試者所接受，國內外有不少關于兒童的表面肌電圖測試的案例，證明了對幼兒進行表面肌電圖測試是可行的。側滑步動作屬于典型的基本動作技能，且連續的側滑步動作屬于周期性運動，在分析下肢肌電活動時便于進行階段的劃分。因此，本研究通過錄像以及記錄側滑步時下肢肌電活動，分析幼兒側滑步的動作發展序列與下肢肌電活動特征，探索不同年齡幼兒側滑步時的技術合理性與各肌肉協調狀況，從神經生理的角度為深入分析幼兒動作發展提供借鑒。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

采用隨機抽樣法，選取北京市城區某公立幼兒園小、大班共38人為測試對象，其中3歲組幼兒22人，5歲組幼兒16人。本研究3歲組的幼兒包含了3周歲以上4周歲以下的兒童；5歲組幼兒包含了5周歲以上6周歲以下的兒童。同年齡組的男、女童在身高、體重、身體質量指數（BMI）上差異不具有顯著性。

1.2 下肢肌電活動測試

下肢肌電活動測試儀器為美國Noraxon公司生產的Noraxon表面肌電測試系統。采用表面電極雙極導聯法，暴露受試者下肢待檢測肌群部位皮膚，測試前先用去脂酒精棉球對電極安放位置的皮膚進行去脂處理，沿著肌纖維走向將雙極表面電極粘貼于肌腹中心處，兩電極間相距2cm。測試動作為連續4次向左和向右的測滑步，測試部位為雙側下肢脛骨前肌（TA）、腓腸肌（內側頭）（Gas）、股直肌（RF）和股二頭肌（BF）8塊肌肉。

使用美國Noraxon表面肌電儀器自帶的MR-XP Master軟件，對原始肌電信號進行全波整流、濾波（帶通濾波10Hz-450Hz）和平滑（RMS，50ms）處理。分析指標包括：肌肉募集起始時間、積分肌電（iEMG），并計算肌肉積分肌電貢獻率和下肢各環節協同收縮率。為了能夠更加客觀地反映受試者的滑步動作能力，揭示滑步動作的肌肉放電情況，本研究將滑步動作劃分為三個階段進行表面肌電活動的分析：階段一為右腳著地瞬間至左腳離地瞬間；階段二為左腳離地瞬間至左腳著地瞬間；階段三為左腳著地瞬間至右腳再次落地瞬間。

1.3 數據處理與檢驗方法

使用SPSS 20.0軟件包，對所得數據進行描述性分析、獨立樣本T檢驗，顯著性水平為P＜0.05。

2 幼兒側滑步不同時相中下肢各肌肉積分肌電貢獻率的比較

積分肌電值（integrated electromyography，iEMG）是指對所得sEMG信號進行整流、濾波后單位時間內曲線下面積的總和，其數值的高低反映運動時參與肌肉收縮的肌纖維數目和每個運動單位的放電大小。目前iEMG已成為研究肌肉功能活動的一個常用指標。

肌肉積分肌電貢獻率是指運動的某個階段內特定肌肉發力與所有肌肉發力的比值。我們用某塊肌肉積分肌電與所有單側腿測試肌肉的積分肌電比值來表示，以脛骨前肌（右）為例：脛骨前肌（右）積分肌電貢獻率=脛骨前肌（右）iEMG/（脛骨前肌（右）iEMG+腓腸肌（右）iEMG+股直肌（右）iEMG+股二頭肌（右）iEMG）。

對3歲組和5歲組幼兒下肢肌肉的積分肌電貢獻率進行獨立樣本T檢驗，結果如表1所示。側滑步第一時相中，幼兒右腿4塊肌肉的積分肌電貢獻率均不存在顯著的年齡組間差異（P＞0.05），左腿股直肌、股二頭肌積分肌電貢獻率也不存在年齡組間的差異（P＞0.05），而左腿脛骨前肌、腓腸肌的積分肌電貢獻率出現了顯著的年齡組間差異（P＜0.01）。隨著年齡的增加，左腿脛骨前肌的積分肌電貢獻率逐漸下降，而腓腸肌的積分肌電貢獻率卻逐漸上升。另外，側滑步第一時相中，右腿股二頭肌的積分肌電貢獻率最大，平均超過30%；股直肌積分肌電貢獻率最小，平均不超過20%；脛骨前肌和腓腸肌的貢獻率在20%～30%。總體來說，右腿大腿肌群的積分肌電貢獻率較大，超過50%，小腿肌群的積分肌電貢獻率較小，小于50%。相比之下，左腿腓腸肌的積分肌電貢獻率最大，5歲組的幼兒甚至高達43%；而股二頭肌積分肌電貢獻率最小，5歲組的幼兒只有16%。左腿大腿肌群的積分肌電貢獻率較小，平均為40%；而左腿小腿肌群的積分肌電貢獻率較大，平均為60%。

側滑步第二時相中，幼兒右腿腓腸肌、股二頭肌的積分肌電貢獻率存在顯著的年齡組間差異（P＜0.05）。隨著年齡的增加，右腿腓腸肌的積分肌電貢獻率逐漸上升，而右腿股二頭肌的積分肌電貢獻率逐漸下降。幼兒左腿腓腸肌積分肌電貢獻率也存在顯著的年齡組間差異（P＜0.01），隨著年齡的增加，左腿腓腸肌的積分肌電貢獻率逐漸上升。在第二時相中，其他肌肉的積分肌電貢獻率均不存在顯著的年齡組間差異（P＞0.05）。另外，側滑步第二時相中，右腿脛骨前肌和腓腸肌的貢獻率都較大，平均達30%。因此，右腿小腿肌群的積分肌電貢獻率較大，超過了50%，5歲組幼兒高達65%；大腿肌群的積分肌電貢獻率較小，5歲組幼兒低達35%。相比之下，左腿大腿與小腿各肌肉的積分肌電貢獻率數值差距不大，但也表現出了小腿肌群的積分肌電貢獻率大于大腿肌群積分肌電貢獻率的趨勢。

側滑步第三時相中，幼兒右腿脛骨前肌、股二頭肌的積分肌電貢獻率出現了顯著的年齡組間差異（P＜0.05），隨著年齡的增加，右腿脛骨前肌的積分肌電貢獻率逐漸上升，而5歲組幼兒的右腿股二頭肌的積分肌電貢獻率顯著小于3歲組幼兒。幼兒左腿腓腸肌的積分肌電貢獻率存在顯著的年齡組間差異（P＜0.05），隨著年齡的增加，左腿腓腸肌的積分肌電貢獻率逐漸上升，其他肌肉的積分肌電貢獻率均不存在顯著的年齡組間差異（P＞0.05）。對比第三時相中幼兒大腿肌群與小腿肌群的積分肌電貢獻率，結果顯示，左、右大腿肌群與小腿肌群的積分肌電貢獻率差異不大，5歲組幼兒小腿的積分肌電貢獻率超過了50%，高于大腿肌群的積分肌電貢獻率。

3～6歲是人類動作發展的敏感期，國外大量的研究顯示，此時期幼兒粗大動作發展水平在迅速提高。從幼兒側滑步時下肢肌肉放電情況來看，存在顯著的年齡組間差異。不同年齡組幼兒在三個時相中的下肢肌肉放電情況實際上反映了幼兒側滑步的協調與動作發展成熟程度。從動力學的角度來看，側滑步第一時相中，右腿處于緩沖支撐狀態，左腿處于蹬伸狀態，右側腓腸肌、股直肌、左側腓腸肌、股直肌作為滑步時的主動肌，在此時相中應該較為活躍。因此，第一時相中5歲組幼兒左腿腓腸肌iEMG高于3歲組是更加合理的。第二時相中，右腿處于蹬伸狀態，左腿處于內收狀態。右腿腓腸肌、股直肌在此時應最活躍，而左腿此時并沒有任何蹬伸與緩沖動作，左腿腓腸肌、股直肌、脛骨前肌、股二頭肌應該處于較為放松的狀態。5歲組幼兒右腿肌肉iEMG高于3歲組幼兒正好符合此階段的動作特征。第三時相中，右腿處于外展狀態，沒有任何蹬伸與緩沖動作，左腿處于緩沖階段，左腿腓腸肌、股直肌此時應該較為活躍，而右腿腓腸肌、股直肌、脛骨前肌、股二頭肌應較為放松。此時相下，3歲組幼兒右腿腓腸肌、股直肌、股二頭肌，左腿脛骨前肌的iEMG顯著高于5歲組幼兒，放松的肌肉仍處于較活躍的狀態，可能反映了低齡幼兒動作的不協調。

表1 幼兒側滑步不同時相中下肢主要肌群貢獻率比較

3 結 語

雖然幼兒下肢肌電活動變化較成年人更加復雜，但仍舊可以看出幼兒腓腸肌的積分肌電貢獻率隨著年齡的增加而不斷升高，小腿肌群的積分肌電貢獻率逐漸增加，而大腿肌群的積分肌電貢獻率逐漸降低的現象。幼兒滑步時主動肌積分肌電貢獻率的增加可以看作是中樞神經系統對主動肌與拮抗肌協調控制能力增強，動作效率提高，側滑步動作發展正在逐漸成熟。

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