范洪彬，孫有平，季 瀏

基于表面肌電貢獻率的上肢不同力量素質指標年齡、性別通用性研究

范洪彬1,2,3，孫有平1,2，季 瀏1,2

目的：利用表面肌電貢獻率比較體質測試中修正(屈膝)俯臥撐、修正引體向上及90°俯臥撐3個力量素質上肢指標在不同年齡和性別因素上的通用性。方法：以6～14歲學生(共270人)為受試對象(每1歲為1個年齡水平，每個年齡水平男、女生各15人)，以表面肌電aEMG為測試指標，測試每個學生全身14塊肌肉在完成上述2或3個力量素質指標的肌電值，并標準化為表面肌電貢獻率；對6～14歲學生修正(屈膝)俯臥撐、修正引體向上所有肌肉的肌電貢獻率分別進行關于年齡和性別的雙因素方差分析；對12～14歲男生3個力量素質指標所有肌肉的肌電貢獻率分別進行關于年齡的單因素方差分析；并分別進行指標間差異的比較。結果：6～14歲學生修正(屈膝)俯臥撐對于年齡、性別及其交互作用顯著的肌肉分別為2、7、6塊，年齡效應差異顯著的年齡組成對數量男、女生共計110對，性別效應差異顯著的肌肉數量為13塊，年齡組為22個；6～14歲學生修正引體向上對于年齡、性別及其交互作用顯著的肌肉分別為3、3、6塊，年齡效應差異顯著的年齡組成對數量男、女生共計116對，性別效應差異顯著的肌肉數量為9塊，年齡組為18個；12～14歲男生修正(屈膝)俯臥撐、修正引體向上及90°俯臥撐對于年齡效應差異顯著的肌肉分別為0、2、2塊，年齡組的成對數量分別為0、2、2。結論：6～14歲學生完成修正(屈膝)俯臥撐的年齡及性別通用性優(yōu)于修正引體向上；12～14歲男生完成修正(屈膝)俯臥撐的年齡通用性優(yōu)于90°俯臥撐與修正引體向上，后兩者通用性相當。

表面肌電；肌肉貢獻率；體質測試；力量素質指標

1 前言

力量素質在日常生活、鍛煉及防治慢性疾病中的效用已被日益認可[58,60]。有前瞻性研究表明，發(fā)達的力量素質與諸多死亡率致因呈負相關[52,56]，充足的上肢力量對于身體功能執(zhí)行、日常生活及防止受傷和骨質疏松非常必要[48,55,57]。體育教育者采用力量素質測試分數記錄學生的身體健康狀況并估計其水平，可能為其成年帶來益處[38,39]。同時，確定與上肢力量素質相關的最好的具體活動(指標)，進而預測投擲成績，能夠為健康維護專家提供相關的臨床診斷信息[51]。鑒于力量素質測試的重要性及實用性，測試開發(fā)人員不斷致力于將上肢力量素質測試納入體質測試體系中[41]。

目前，世界上許多國家(地區(qū))都在開展針對本國(地區(qū))的全體或部分國民的體質測試，力量素質為其一項重要的必測內容[47]。范洪彬等[7]所查閱的當前世界上7個國家(地區(qū))的11個體質測試體系中共出現了12個上肢力量素質測試指標，顯示該部位力量素質測試指標最為豐富。雖然在不同測試體系中的力量素質指標尚未達到完全統(tǒng)一，但引體向上、俯臥撐類別指標的出現概率較大(分別出現于上述11個測試體系中的5個和6個測試體系)。同時，在針對上肢指標的研究中，對引體向上、俯臥撐類型的指標較為認可。在上述兩類指標的細化研究中，對修正引體向上、90°俯臥撐、修正(屈膝)俯臥撐的證據支持相對充分。而做好以上3項指標的優(yōu)選尚需一定的研究工作。

針對力量素質指標的研究視角，以往多集中于解剖學、生理學、生物力學及現場測試，其研究結果不但相對局限于身體局部肌肉力量的間接定性或定量描述，而且難以實現在具體動作過程中對相關肌肉的實際工作狀態(tài)或用力表現進行實時捕捉，而表面肌電技術的發(fā)展在一定程度上解決了這一問題[13,18,44]。完成針對某一身體部位力量素質的某一測試指標，必然要動用一定數量的主要和次要肌肉，考慮這些肌肉的貢獻問題，可能為區(qū)分力量素質測試指標的優(yōu)劣提供參考視角。表面肌電可以有效記錄相關肌肉在完成某一力量素質指標時的肌電信號并反映肌肉力量變化狀況，由此可計算出某一肌肉的貢獻率。肌肉對某一活動的貢獻率是指一塊肌肉在完成某一動作時的平均肌電值與所有肌肉的平均肌電值總和的百分比值，稱為貢獻率(度)，也可以稱為肌肉做功百分比[40,42,43,50]。通過積分肌電進行計算可以取得同樣的結果。它可以反映參與活動的肌肉在該動作中發(fā)揮作用的大小，以及肌肉用力的協(xié)調程度[1,26]。在體育學、工效學和康復醫(yī)學領域，表面肌電相關研究已有一定的工作和成果；在肌肉貢獻率方面，不少學者和科研人員也在進行著更為深入的探索。研究顯示，使用肌肉表面肌電貢獻率能夠判別肌肉用力、做功程度的大小，區(qū)分完成某一動作過程中的肌肉貢獻大小，對所測肌肉進行貢獻等級劃分及主次肌肉的確定，而且，其差異程度能夠說明個體在完成相同動作的一致程度或不同動作的類似程度[8,10,16,19,24,35,37]，從而為利用某一動作判定相關肌肉的力量狀況及不同個體對該動作的接受程度提供一定的證據支撐。

肌肉貢獻率是一個相對指標，每塊肌肉貢獻率的計算數值因肌肉選取的不同而有所差別，但真正反映某個具體測試動作力量狀況的目標肌肉卻相對固定，所以，選擇肌肉的代表性程度可能是影響研究結果的一個重要方面。此外，表面肌電的測試過程及被試的個體差異也會影響表面肌電原始值地獲取，準確規(guī)范測試人員的測試技術及采取相對合適的數據標準化方法可在一定程度上降低研究的不足。同時，肌肉貢獻率不能直觀反映測試肌肉真實力值的大小，只能反映同一個體不同肌肉或不同個體相同肌肉在完成某一動作貢獻程度的大小，或者在比較反映身體相同部位不同動作形式主要貢獻肌肉貢獻程度的大小(測試表面肌電時需測試包括不同動作形式主要肌肉在內的相同肌肉)。所以，使用肌肉貢獻率比較不同“動作形式”時需綜合考慮上述限制條件。

對于相同部位相似或不同的若干力量素質指標，鮮有研究從一個較長的年齡跨度及性別層面進行肌肉貢獻率差異的比較。本研究利用表面肌電(平均肌電aEMG)為相關肌肉力量測試參數，并對所測肌電數據進行標準化(貢獻率)，以年齡、性別為施加因素，對不同力量素質指標的肌肉表面肌電(aEMG)貢獻率進行年齡及性別的差異比較。以期能夠做好修正(屈膝)俯臥撐、修正引體向上及90°俯臥撐3個上肢力量素質指標通用性的區(qū)分。

通用性多用于表示某指標、標準、資源、軟件、標志等事物的適用范圍或適應使用對象的廣泛程度。對于體質測試領域中力量素質指標的選擇，根據其連貫性、可代表性及操作性原則，所選指標需要滿足少而精、適應不同年齡、性別特點等要求，使之盡可能一致，便于進行縱向和橫向研究[33]。本研究中的通用性是指力量素質指標在年齡、性別方面的適用程度，具體表現為由年齡、性別因素所引起的表面肌電貢獻率差異顯著的肌肉、年齡及年齡組的數量。所以，對于身體相同部位多個不同力量素質指標的比較，考慮到其在年齡、性別因素上的最大通用性，應致力于選擇相關肌肉貢獻率差異對年齡、性別因素的較低敏感者，即某指標肌肉貢獻率在兩因素上表現的差異越小，說明該指標通用性相對越強，適用范圍相對越廣。

在比較時，6～14歲學生的修正(屈膝)俯臥撐、修正引體向上兩個指標從年齡、性別及其交互作用整體效應所引起的差異顯著的肌肉數量，年齡效應(包括主效應與簡單效應)引起的差異顯著的年齡組對(出現年齡效應的多重比較時，比較的兩個年齡組計為1個“年齡組對”)的數量，性別效應(包括主效應與簡單效應)所引起的差異顯著的肌肉數量和年齡組(某個年齡水平出現性別簡單效應比較時，該年齡水平計為1個“年齡組”)的個數等方面進行比較。12～14歲男生的修正(屈膝)俯臥撐、90°俯臥撐、修正引體向上3個指標從年齡效應引起的差異顯著的肌肉和年齡對的數量進行比較。每個方面比較時需考慮全身肌肉和局部目標肌肉(例如上肢力量指標所側重的上肢肌肉)的差異程度。最后，綜合考慮6～14歲學生兩個指標3個方面的差異程度、12～14歲男生3個指標兩個方面的差異程度并分別做出結論，確定通用性及適用性相對較優(yōu)的指標。本研究通過以上比較，旨在進一步實現上肢力量素質指標的精選，同時可為某一身體部位不同動作的比較提供新思路。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

本實驗以上海市閔行區(qū)福山實驗學校、閔行第三中學的小學、初中生為研究對象，以1歲為年齡分組標準，隨機選取義務教育全學段小學至初中的在校學生。每年齡組選取男、女生各15人，整個研究年齡跨度共計270人。

納入標準：所有受試者無運動神經類疾病，半年內全身及局部未出現扭傷、肌肉韌帶拉傷、關節(jié)脫臼錯位、骨折骨裂等運動功能影響性傷病。測試前2天未進行過劇烈運動，肌肉無酸痛感覺。皮膚為非敏感性皮膚。所有研究對象認真閱讀本次實驗方案，理解實驗過程并愿意接受實驗，所有受試者的家長實驗前均簽署知情同意書。

正式測量前，對受試者進行基本的人體測量學指標測量，包括年齡、體重和身高。

2.2 實驗設計

對6～14歲學生進行統(tǒng)一比較的力量素質指標，即修正(屈膝)俯臥撐、修正引體向上，采用雙因素被試間設計，自變量為年齡(6～14歲，每1歲為1個水平，共9個水平)、性別(男、女兩個水平)，因變量為各力量素質指標所測試的14塊肌肉的表面肌電(aEMG)貢獻率。對12～14歲男生優(yōu)選指標即修正(屈膝)俯臥撐、90°俯臥撐、修正引體向上，采用關于年齡的單因素方差分析，自變量為年齡(12～14歲，每1歲為1個水平，共3個水平)，因變量為各力量素質指標所測試的14塊肌肉的表面肌電(aEMG)貢獻率。

計算組間因素年齡、性別對每個力量素質指標每塊肌肉貢獻率所引起的差異，比較不同力量素質指標所有肌肉或局部肌肉的貢獻率差異，進而確定力量素質指標的通用性。

2.3 實驗測試

2.3.1 測試儀器

實驗采用美國Noraxon公司生產的TeleMyo DTS(直接傳輸系統(tǒng))遙感探測多頻道無電纜sEMG系統(tǒng),Ag-AgCl心電極、計算機、攝像頭、身高體重計、酒精棉球、細紗紙、瑜伽墊、修正引體向上器械等。

兩探測電極中心間距2 cm，置于肌肉突起處并使兩者連線與該肌纖維走向平行，參考電極置于距離記錄電極中心2.5 cm處，肌電圖釆樣頻率為1 000 Hz,CMRR> 100 DB,總增益為1 000，噪聲

2.3.2 檢測肌肉

選取全身優(yōu)勢側[36]三角肌中部、肱二頭肌、前臂屈肌、肱三頭肌、前臂伸肌、胸大肌中部、背闊肌、腹直肌、腹外斜肌、豎脊肌(L3-L5)、股直肌、脛骨前肌、股二頭外側及腓腸肌外側，共計14塊肌肉，記錄完成修正(屈膝)俯臥撐、修正引體向上及90°俯臥撐的肌肉表面肌電值(aEMG)。

2.3.3 測試過程

測試開始前,實驗人員做好測試儀器的安裝調試等準備工作，受試者熟悉實驗流程，并在進行10 min的準備活動后測量身高、體重。測試人員安放表面肌電電極。6～14歲學生按照修正(屈膝)俯臥撐、修正引體向上順序進行測試，其中，12～14歲男生按照修正(屈膝)俯臥撐、修正引體向上及90°俯臥撐順序進行測試。每個測試指標均規(guī)定節(jié)奏為3 s/個，重復3次，取3次測試數據進行平均，為避免疲勞，相鄰測試指標之間休息3 min。力量素質指標測試方法見表1。

表 1 受試者上肢力量素質測試指標及測試方法

2.4 數理統(tǒng)計

2.4.1 數據標準化

在使用表面肌電信號研究神經肌肉功能活動的實踐中，由于實驗樣本的個體差異往往會對實驗結果造成較大的影響，進而影響到具體的研究結論。為消除個體間表面肌電特征值的較大差異，在數據分析前通常要對表面肌電特征值測試數據進行標準化處理。

本研究在研究不同力量素質測試指標的相關動作時，以一個動作周期內反映其肌肉運動功能狀態(tài)的若干肌肉的表面肌電參數值(aEMG)累加后的和為基準，其中，某一肌肉的表面肌電參數值(aEMG)與之比較的比值為標準化數據，即總和標準化[14,28]，標準化后的值為肌肉貢獻率[40,42,43,50]。

表面肌電信號常用的標準化方法為在肌肉等長收縮條件下將肌電信號表示為肌肉最大等長收縮(MVC)時的肌電信號的百分比。然而，肌電信號極其不穩(wěn)定，當肌肉肌電幅值超過其80%時便很難確定一個合適的參考點，而且受限于其等長收縮的肌肉工作條件而有爭議。所以，將動作周期中所測所有肌肉的肌電值相加，可為某動作條件下所有肌肉的肌電活動提供一個估計值，以此為分母，以其中某塊肌肉的肌電值為分子，可計算某塊肌肉在此動作周期中的貢獻，即肌肉貢獻率[35]。肌肉貢獻率是一個比率，已有相關研究將表面肌電幅值的比率用于肌肉募集模式的鑒別及比較[46,47]。

由于受試者個體間皮下組織厚度等因素造成的“濾過”作用，使得不同個體相同肌肉的肌電原始值會產生較大差異，通常皮下組織越厚，所記錄的肌電活動越低[45]。然而，肌肉貢獻率并非肌肉表面肌電的真實數值，而是某塊肌肉的肌電值與所測所有肌肉肌電值之和的比值，相同個體在相同身體條件下測得的肌肉表面肌電值的被影響程度，在肌肉貢獻率的計算中會被消除[49],進而使肌肉貢獻率可以在不同個體間進行比較。因此，肌肉貢獻率所用的數據標準化處理一定程度上消除了被試者因皮下脂肪厚度個體間差異造成的肌電幅值干擾。

2.4.2 數據分析

3 結果

3.1 受試者人體測量學結果

將各性別、年齡組內學生的年齡、身高、體重進行描述性統(tǒng)計(表2)，并比較組間差異，發(fā)現各人體測量學指標年齡組間差異整體均達到顯著性水平。

3.2 不同上肢力量素質指標的肌肉貢獻率

3.2.1 6～14歲學生修正(屈膝)俯臥撐、修正引體向上、90°俯臥撐的肌肉貢獻率

6～14歲學生進行修正(屈膝)俯臥撐、修正引體向上時的優(yōu)勢側三角肌、肱二頭肌、前臂屈肌、肱三頭肌、前臂伸肌、胸大肌、背闊肌、腹直肌、腹外斜肌、豎脊肌、股直肌、脛骨前肌、股二頭肌及腓腸肌表面肌電(aEMG)貢獻率如表3、表4所示。12～14歲男生進行90°俯臥掌時的優(yōu)勢側各肌肉的表面肌電(aEMG)貢獻率見表5。

表 2 各組受試者年齡、身高、體重情況

表 3 6～14歲受試學生修正(屈膝)俯臥撐肌肉表面肌電(aEMG)貢獻率

表 4 6～14歲受試學生修正引體向上肌肉表面肌電(aEMG)貢獻率

續(xù)表 4

表 5 12～14歲受試男生90°俯臥撐肌肉表面肌電(aEMG)貢獻率

3.2.2 6～14歲學生修正(屈膝)俯臥撐、修正引體向上的肌肉貢獻率效應

3.2.2.1 6～14歲學生修正(屈膝)俯臥撐的肌肉貢獻率效應

1.修正(屈膝)俯臥撐肌肉貢獻率的主體間效應

通過表6對6～14歲學生修正(屈膝)俯臥撐不同肌肉表面肌電(aEMG)貢獻率進行關于年齡、性別的雙因素方差分析，發(fā)現，年齡對肱三頭肌、胸大肌、背闊肌、豎脊肌及股直肌的影響差異有非常顯著統(tǒng)計學意義。性別對三角肌、肱二頭肌、肱三頭肌、胸大肌、背闊肌、腹直肌、腹外斜肌、豎脊肌、股直肌、脛骨前肌及腓腸肌的影響差異有非常顯著統(tǒng)計學意義，對前臂屈肌的影響差異具有顯著統(tǒng)計學意義。年齡與性別的交互作用對前臂屈肌、前臂伸肌、豎脊肌、股直肌及腓腸肌的影響差異具有非常顯著統(tǒng)計學意義，對胸大肌的影響差異有顯著統(tǒng)計學意義。

表 6 6～14歲受試學生修正(屈膝)俯臥撐肌肉貢獻率的主體間效應

注：*表示差異具有顯著統(tǒng)計學意義，**表示差異具有非常顯著統(tǒng)計學意義，下同。

2.修正(屈膝)俯臥撐肌肉貢獻率交互作用顯著肌肉的簡單效應

本研究對6～14歲學生完成修正(屈膝)俯臥撐時交互作用顯著的肌肉表面肌電(aEMG)貢獻率的年齡和性別簡單效應進行了分析(表7)。對于男生組，年齡簡單效應對豎脊肌、股直肌及腓腸肌3塊肌肉的影響差異具有非常顯著的統(tǒng)計學意義。對于女生組，年齡簡單效應則對前臂屈肌、前臂伸肌、胸大肌及股直肌4塊肌肉的影響差異具有非常顯著的統(tǒng)計學意義。男、女生共同在股直肌上的影響差異具有非常顯著的統(tǒng)計學意義。對年齡簡單效應顯著的肌肉進行多重比較(表8)，發(fā)現男生豎脊肌有16個、股直肌14個、腓腸肌19年齡組對的差異達到顯著或非常顯著統(tǒng)計學意義(共計49對)；而女生股直肌有12對、前臂屈肌12對、前臂伸肌10對、胸大肌18對年齡組的差異達到顯著或非常顯著統(tǒng)計學意義(共計52對)。男、女生共計101對。

表 7 6～14歲受試學生修正(屈膝)俯臥撐交互作用顯著肌肉貢獻率的年齡簡單效應

續(xù)表 8

注：本表僅列出差異達到顯著統(tǒng)計學意義的年齡組。

通過性別簡單效應分析(表9)，發(fā)現前臂屈肌顯著性差異出現在8、13、14歲組；前臂伸肌顯著性差異出現在9、14歲組；胸大肌顯著性差異出現在6、7、8、9、10、11歲組；豎脊肌顯著性差異出現在6、7、8歲組；股直肌顯著性差異出現在7、10、12、13歲組；腓腸肌顯著性差異出現在7、12、13、14歲組。共計22個年齡組次。

表 9 6～14歲受試學生修正(屈膝)俯臥撐交互作用顯著肌肉貢獻率的性別簡單效應

3.修正(屈膝)俯臥撐肌肉貢獻率年齡主效應顯著肌肉的多重比較

對6～14歲學生修正(屈膝)俯臥撐動作表面肌電(aEMG)貢獻率無交互作用肌肉的年齡主效應差異達到顯著性統(tǒng)計學意義的肱三頭肌、背闊肌進行了事后多重比較。肱三頭肌統(tǒng)計學差異顯著的年齡組對數為4對，背闊肌為5對，共計9對(表10)。

表 10 6～14歲受試學生修正(屈膝)俯臥撐肌肉貢獻率年齡主效應的多重比較

注：本表僅列出差異達到顯著統(tǒng)計學意義的年齡組。

3.2.2.2 6～14歲學生修正引體向上的肌肉貢獻率效應

1.修正引體向上肌肉貢獻率的主體間效應

對6～14歲學生完成修正引體向上時不同肌肉貢獻率進行關于年齡、性別的雙因素方差分析(表11)，發(fā)現年齡對胸大肌、肱二頭肌、腹直肌、腹外斜肌及脛骨前肌的影響差異有非常顯著統(tǒng)計學意義，對腓腸肌的影響差異有顯著性統(tǒng)計學意義。性別對腹直肌、三角肌、背闊肌、腓腸肌的影響差異具有非常顯著統(tǒng)計學意義，對前臂伸肌的影響差異有顯著統(tǒng)計學意義。年齡與性別的交互作用對肱二頭肌、腹直肌及背闊肌的影響差異有顯著統(tǒng)計學意義，對前臂屈肌、腹外斜肌及肱三頭肌影響差異有非常顯著統(tǒng)計學意義。

表 11 6～14歲受試學生修正引體向上肌肉貢獻率的主體間效應

2.修正引體向上肌肉貢獻率交互作用顯著肌肉的簡單效應

對6～14歲學生完成修正引體向上交互作用顯著肌肉貢獻率的年齡和性別簡單效應進行了分析(表12)。對于男生組，年齡簡單效應對交互作用顯著的肱二頭肌、前臂屈肌、腹直肌及腹外斜肌的影響差異具有非常顯著統(tǒng)計學意義；對于女生組，年齡簡單效應則對肱二頭肌、前臂屈肌、肱三頭肌、背闊肌及腹外斜肌的影響差異具有顯著或非常顯著統(tǒng)計學意義。多重比較發(fā)現(表13)，年齡簡單效應相關肌肉差異顯著的年齡組為男生肱二頭肌11對、前臂屈肌12對、腹直肌15對及腹外斜肌17對(男生合計55對)；女生肱二頭肌6對、前臂屈肌4對、肱三頭肌10對、背闊肌10對、腹直肌5對、腹外斜肌14對(女生合計49對)。男、女生共計104對。

表 12 6～14歲受試學生修正引體向上交互作用顯著肌肉貢獻率的年齡簡單效應

表 13 6～14歲受試學生修正引體向上交互作用顯著肌肉年齡簡單效應的多重比較

續(xù)表 13

通過性別簡單效應分析(表14)發(fā)現，在交互作用顯著的6塊肌肉中，顯著性差異出現的年齡組為：肱二頭肌為14歲組，前臂屈肌為7、13、14歲組，肱三頭肌為6、14歲組，背闊肌為8、10、11、12、13、14歲組；腹直肌為7、10、11歲組，腹外斜肌為7、13、14歲組，共計18個年齡組次。

表 14 6～14歲受試學生修正引體向上交互作用顯著肌肉貢獻率的性別簡單效應

3.修正引體向上肌肉貢獻率年齡主效應的多重比較

對6～14歲學生修正引體向上動作肌肉貢獻率交互作用不顯著肌肉的年齡主效應差異達到顯著統(tǒng)計學意義的3塊肌肉進行了事后多重比較。比較發(fā)現(表15)，在表面肌電值(aEMG)貢獻率年齡主效應差異達到顯著統(tǒng)計學意義的3塊肌肉中，胸大肌出現8對統(tǒng)計學差異顯著的年齡組，脛骨前肌為2對，腓腸肌為2對，共計12對。

表 15 6～14歲受試學生修正引體向上肌肉貢獻率年齡主效應的多重比較

注：本表僅列出差異達到顯著統(tǒng)計學意義的年齡組。

3.2.3 12～14歲男生90°俯臥撐、修正(屈膝)俯臥撐、修正引體向上的肌肉貢獻率效應

1.12～14歲男生90°俯臥撐的肌肉貢獻率效應

通過對12～14歲男生90°俯臥撐不同肌肉貢獻率進行關于年齡的單因素方差分析(表16)，發(fā)現年齡對股直肌、腓腸肌的影響差異有非常顯著的統(tǒng)計學意義。對以上兩肌肉分別通過事后多重比較(表17)，發(fā)現股直肌在12、13歲差異具有顯著統(tǒng)計學意義，腓腸肌在13、14歲差異具有非常顯著統(tǒng)計學意義。

2.12～14歲男生修正(屈膝)俯臥撐的肌肉貢獻率效應

通過對12～14歲男生修正(屈膝)俯臥撐不同肌肉貢獻率進行關于年齡的單因素方差分析(表18)，發(fā)現肌肉差異均無顯著統(tǒng)計學意義。

表 16 12～14歲受試男生90°俯臥撐肌肉貢獻率的單因素方差分析

表 17 12～14歲受試男生90°俯臥撐肌肉貢獻率年齡效應的多重比較

表 18 12～14歲受試男生修正(屈膝)俯臥撐肌肉貢獻率的單因素方差分析

3.12～14歲男生修正引體向上的肌肉貢獻率效應

通過對12～14歲男生修正引體向上不同肌肉貢獻率進行關于年齡的單因素方差分析(表19)，發(fā)現年齡對豎脊肌影響差異有顯著統(tǒng)計學意義，對腹外斜肌影響差異有邊緣性顯著統(tǒng)計學意義。對以上肌肉通過事后多重比較(表20)，發(fā)現腹外斜肌12、14歲差異具有顯著性統(tǒng)計學意義，豎脊肌12、13歲差異具有顯著性統(tǒng)計學意義。

表 19 12～14歲受試男生修正引體向上肌肉貢獻率的單因素方差分析

4 分析與討論

4.1 6～14歲學生上肢力量素質指標肌肉貢獻率的效應比較

本研究6～14歲學生上肢力量素質指標為修正(屈膝)俯臥撐和修正引體向上，期望通過二者動作肌肉貢獻率的差異對比，區(qū)分二者的通用性。

4.1.1 6～14歲學生修正(屈膝)俯臥撐與修正引體向上肌肉貢獻率差異顯著肌肉數量的比較

在每個上肢力量素質指標中，由年齡及性別共同引起的統(tǒng)計學差異顯著肌肉的數量可能有所不同。雙因素分析發(fā)現，在所測試的相同14塊肌肉中(表6、表11)，修正(屈膝)俯臥撐與修正引體向上肌肉貢獻率在年齡、性別及兩者交互作用上均存在一定的差異具有顯著統(tǒng)計學意義的肌肉。修正(屈膝)俯臥撐統(tǒng)計學差異顯著的肌肉在三者效應上的數量分別為5、12、6，修正引體向上分別為6、5、6。根據交互作用顯著優(yōu)先考慮的原則[29]，排除交互作用與主效應同時顯著的重復統(tǒng)計，修正(屈膝)俯臥撐的差異顯著肌肉數量分別為2、7、6，修正引體向上分別為3、3、6。

表 20 12～14歲受試男生修正引體向上肌肉貢獻率年齡效應的多重比較

從整體來看，修正引體向上在年齡效應上比修正(屈膝)俯臥撐差異肌肉數量多1塊，修正(屈膝)俯臥撐在性別效應上比修正引體向上差異肌肉數量多4塊，在年齡與性別的交互作用上兩者差異肌肉數量一致。所以，從差異顯著肌肉出現的頻次考慮，修正(屈膝)俯臥撐的年齡效應差異小于修正引體向上，而修正引體向上的性別效應差異小于修正(屈膝)俯臥撐。

從身體局部的上肢及其附屬肌肉來看，全身測試的14塊肌肉中，參與完成上肢動作的主要肌肉包括上肢肌肉肱二頭肌、前臂屈肌、肱三頭肌、前臂伸肌，肩部肌肉三角肌，上肢與軀干的連接肌肉胸大肌和背闊肌。其中，肱三頭肌、胸大肌、前臂屈肌、三角肌為修正(屈膝)俯臥撐主要發(fā)力肌肉[17,22],肱二頭肌、胸大肌、背闊肌及三角肌為修正引體向上主要發(fā)力肌肉[31]。

經主體間效應分析，修正(屈膝)俯臥撐在年齡主效應差異顯著的肌肉有肱三頭肌和背闊肌，性別主效應差異顯著的肌肉有三角肌、肱三頭肌、肱二頭肌和背闊??；交互作用差異顯著肌肉為前臂屈肌、前臂伸肌及胸大肌，可見7塊上肢及其附屬肌肉全部包括在內(表4)。

修正引體向上在年齡主效應差異顯著的肌肉有胸大肌，性別主效應差異顯著的肌肉有三角肌和前臂伸肌，交互作用差異顯著的肌肉為肱二頭肌、前臂屈肌、肱三頭肌及背闊肌，同樣全部包括7塊上肢及其附屬肌肉(表11)。所以，從身體局部差異顯著肌肉的數量上可以看出，修正(屈膝)俯臥撐與修正引體向上的優(yōu)越性難以區(qū)分。此外，從兩者貢獻率第1位的肌肉來看，肱二頭肌(修正引體向上)貢獻率差異出現年齡與性別的顯著交互作用，說明，年齡與性別的不同水平在兩者對肱二頭肌貢獻率差異的變化上具有相互影響，使得肱二頭肌貢獻率的差異更加復雜化，需要進行簡單效應分析才能明確其差異程度[34]。

所以，由主體間效應所引起的差異顯著的全身和局部肌肉數量的多少，尚不能確定修正(屈膝)俯臥撐與修正引體向上的整體差異的大小。

4.1.2 6～14歲學生修正(屈膝)俯臥撐與修正引體向上肌肉貢獻率年齡效應的比較

在每個上肢力量素質指標中，由年齡因素所引起的顯著統(tǒng)計學差異最終可通過年齡組的成對數量體現出來。

對交互作用顯著的肌肉進行簡單效應分析，修正(屈膝)俯臥撐在其差異顯著的6塊肌肉中，男生有3塊肌肉、女生有4塊肌肉存在年齡簡單效應顯著，男、女生同在股直肌出現年齡簡單效應顯著(表7)。修正引體向上同為6塊年齡簡單效應顯著的肌肉，其中，男生有4塊肌肉、女生有6塊肌肉存在年齡簡單效應顯著，男、女生同在肱二頭肌、腹外斜肌存在年齡簡單效應顯著(表13)。

多重比較發(fā)現，修正(屈膝)俯臥撐在男生年齡簡單效應顯著的3塊肌肉中出現49對年齡組次的顯著差異，女生年齡簡單效應顯著的4塊肌肉出現52對年齡組的顯著差異，共計101對年齡組(表8)。而修正引體向上在其年齡簡單效應顯著的肌肉中，男生的4塊肌肉共出現55對年齡組，女生的6塊肌肉出現49對年齡組，共計104對年齡組(表13)。兩指標在男、女生差異顯著的年齡組對上修正引體向上略多，且其肌肉數量相對較多，差異則偏向于男生；修正(屈膝)俯臥撐的差異在男、女性別上相對均衡，肌肉數量相對較少。所以，修正(屈膝)俯臥撐差異情況相對集中且男、女均衡，而修正引體向上則相對分散且男、女不均。

從上肢及其附屬肌肉的身體局部來看，修正(屈膝)俯臥撐男生無局部肌肉差異顯著，女生則有前臂屈肌12對、前臂伸肌10對、胸大肌有18對年齡組的差異達到顯著或非常顯著統(tǒng)計學意義(共計40對，表8)。修正引體向上年齡簡單效應相關肌肉差異顯著的年齡組為男生肱二頭肌11對、前臂屈肌12對，女生肱二頭肌6對、前臂屈肌4對、肱三頭肌10對、背闊肌10對(共計53對，表13)?？梢?，修正引體向上在年齡簡單效應顯著肌肉中出現差異顯著的年齡對數量明顯較多，且男、女生均有分布，修正(屈膝)俯臥撐差異則主要體現在女生中。另外，修正引體向上在貢獻率第1的肌肉(肱二頭肌)出現年齡簡單效應差異，而修正(屈膝)俯臥撐則沒有。所以，兩指標的年齡簡單效應在全身肌肉引起的差異相差不大，而從目標肌肉重點考察的身體局部來看，修正引體向上的差異程度相對大于修正(屈膝)俯臥撐。

對年齡主效應顯著的肌肉進行多重比較，修正(屈膝)俯臥撐差異顯著的2塊肌肉共出現9對差異顯著的年齡組(表10)，而修正引體向上差異顯著的3塊肌肉共出現12對差異顯著的年齡組(表15)，修正引體向上效應顯著差異在數量上稍占優(yōu)勢。從上肢及其附屬肌肉的身體局部來看，修正(屈膝)俯臥撐差異顯著的2塊肌肉同為局部肌肉(9對差異)，而修正引體向上差異顯著肌肉為1塊(8對差異)，修正引體向上差異略小于修正(屈膝)俯臥撐。

綜合年齡簡單效應及主效應，就整體而言，修正(屈膝)俯臥撐差異顯著的肌肉為肱三頭肌、胸大肌、前臂屈肌、背闊肌、前臂伸肌、豎脊肌、股直肌及腓腸肌，男、女共計8塊肌肉，110對差異顯著的年齡組。修正引體向上差異顯著的肌肉為肱二頭肌、前臂屈肌、胸大肌、背闊肌、肱三頭肌、腹直肌、腹外斜脛骨前及腓腸肌，男、女共計9塊肌肉，116對差異顯著的年齡組。從身體局部考慮，修正(屈膝)俯臥撐差異顯著的肌肉為肱三頭肌、胸大肌、前臂屈肌、前臂伸肌、背闊肌5塊肌肉，男、女共計49對差異顯著的年齡組；修正引體向上差異顯著的肌肉為肱二頭肌、胸大肌、背闊肌肱三頭肌、前臂屈肌5塊肌肉，男、女共計61對差異顯著的年齡組。所以，修正(屈膝)俯臥撐的年齡效應差異程度小于修正引體向上。

概言之，由年齡所效應所引起的差異中，修正(屈膝)俯臥撐小于修正引體向上，故前者的年齡通用性優(yōu)于后者。

4.1.3 6～14歲學生修正(屈膝)俯臥撐與修正引體向上肌肉貢獻率性別效應的比較

在每個上肢力量素質指標中，由性別因素所引起的顯著統(tǒng)計學差異可同時考慮年齡組的數量及肌肉數量。

對交互作用顯著的肌肉進行簡單效應分析，修正(屈膝)俯臥撐6塊肌肉共出現22個差異顯著的年齡組次(表9)，而修正引體向上6塊肌肉同樣出現了18個差異顯著的年齡組次(表14)。對兩指標的性別主效應的差異進行比較，修正(屈膝)俯臥撐在三角肌、肱二頭肌、肱三頭肌、背闊肌、腹直肌、腹外斜肌及脛骨前肌7塊肌肉上存在顯著性差異(表6)，修正引體向上在三角肌、前臂伸肌及腓腸肌3塊肌肉上存在顯著差異(表11)?？梢?，修正(屈膝)俯臥撐主效應差異顯著的肌肉數量明顯多于修正引體向上。

綜合簡單效應與主效應差異顯著的全身肌肉數量，修正(屈膝)俯臥撐為13塊肌肉，修正引體向上為9塊肌肉，顯然前者差異較大。從上肢及其附屬肌肉的身體局部來看，本研究所列的7塊肌肉中，修正(屈膝)俯臥撐均達到差異顯著，修正引體向上則排除胸大肌1塊肌肉。然而，在全身14塊肌肉進行的肌肉貢獻率排名中，除修正引體向上女生6歲組胸大肌排名在第9名外，其余男、女生所有組別的胸大肌貢獻率排名均在10名之外，這說明，胸大肌并非修正引體向上的主要用力肌肉。進而說明，兩指標在上肢局部差異顯著的肌肉數量上并無較大區(qū)別。所以，肌肉數量的差異并未將兩指標的差異程度絕對地區(qū)分開來。

為了進一步明確性別效應，需進一步從簡單效應上進行探討。在全身兩指標性別簡單效應差異顯著的肌肉數量一致(均為6塊)的情況下，修正(屈膝)俯臥撐具有22個差異顯著的年齡組次，修正引體向上為18個。這說明，修正(屈膝)俯臥撐性別簡單效應引起的差異略多于修正引體向上。而從上肢及其附屬肌肉的身體局部來看，修正(屈膝)俯臥撐存在3塊肌肉(前臂屈肌、前臂伸肌、胸大肌)11個年齡組次的差異(表9)；修正引體向上存在4塊肌肉(肱二頭肌、前臂屈肌、肱三頭肌、背闊肌)12個年齡組次的差異(表14)。同時，修正引體向上肌肉貢獻率排名第1的肌肉(肱二頭肌)存在顯著差異，而對于修正(屈膝)俯臥撐此種情況不存在?？梢?，由此引起的差異程度，修正引體向上多于修正(屈膝)俯臥撐。

差異顯著肌肉數量的多少是整體差異程度的表現，在不區(qū)分年齡組的情況下，修正(屈膝)俯臥撐在被試者整體性別主效應上表現出較多的差異，并不代表有較多年齡組具有較大差異。在交互作用中的性別簡單效應中，全身性別簡單效應差異顯著的肌肉數量上，修正(屈膝)俯臥撐與修正引體向上一致，因而，從差異顯著的年齡組次上僅可以粗略判定修正(屈膝)俯臥撐差異較大。從上肢及其附屬肌肉的身體局部中進行考察時，修正引體向上不但在差異顯著的年齡組次數量上占有優(yōu)勢，同時又包括其排名第1的肱二頭肌出現于差異顯著的肌肉中，使其與修正(屈膝)俯臥撐的比較劣勢再次增加。

綜合比較之下，由性別效應所引起的肌肉貢獻率差異程度，修正引體向大于修正(屈膝)俯臥撐，故修正(屈膝)俯臥撐的性別通用性優(yōu)于修正引體向上。

4.2 12～14歲男生3種上肢力量素質指標肌肉貢獻率年齡效應的比較

12～14歲男生力量素質指標肌肉貢獻率效應在90°俯臥撐、修正(屈膝)俯臥撐與修正引體向上間進行比較，所有指標測試全身肌肉相同，局部肌肉界定修正(屈膝)俯臥撐與修正引體向上如前文所述。由于3個力量素質指標均由12～14歲男生完成，其肌肉表面肌電(aEMG)貢獻率效應比較僅限于年齡差異。

男生90°俯臥撐肌肉表面肌電貢獻率差異顯著性肌肉為股直肌與腓腸肌，兩者分別出現1對年齡組的顯著性差異(表16、表17)；修正(屈膝)俯臥撐所有肌肉未見顯著性年齡差異(表18)；修正引體向上肌肉表面肌電貢獻率差異顯著性肌肉為腹外斜肌與股二頭肌，同樣各出現1對年齡組的顯著性差異(表19、表20)。

從全身肌肉看，90°俯臥撐與修正引體向上均有2塊肌肉、2對年齡組次的顯著性差異，其整體年齡效應相當。從上肢及其附屬肌肉局部來看，兩指標的顯著性差異肌肉亦未涉及局部及其主要發(fā)力肌肉。所以，其局部肌肉年齡效應差異程度亦相當。修正(屈膝)俯臥撐肌肉貢獻率效應在各年齡上較為一致，未出現顯著性差異肌肉，表現出肌肉貢獻率差異程度最小。三者比較之下，修正(屈膝)俯臥撐在年齡間的肌肉貢獻率差異最小。所以，修正(屈膝)俯臥撐在12～14歲男生的年齡通用性相對最高，90°俯臥撐與修正引體向上年齡通用性次之且相當。

5 結論

6～14歲學生完成修正(屈膝)俯臥撐與修正引體向上時，由年齡、性別綜合效應所引起的全身和上肢局部差異顯著肌肉的數量不能確定兩者通用性的優(yōu)劣；由單純年齡效應所引起的全身或上肢局部肌肉貢獻率差異程度，可知修正(屈膝)俯臥撐的年齡通用性大于修正引體向上；由單純性別效應所引起的全身及上肢局部肌肉貢獻率差異程度，可知修正(屈膝)俯臥撐性別通用性大于修正引體向上。故修正(屈膝)俯臥撐年齡、性別通用性大于修正引體向上。

12～14歲男生完成90°俯臥撐、修正(屈膝)俯臥撐與修正引體向時，由年齡效應引起的全身及上肢局部肌肉貢獻率差異程度，可知修正(屈膝)俯臥撐通用性最高，90°俯臥撐與修正引體向上通用性相當。

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Age and Gender Universality Research on Different Upper Limbs Strength Indicators in Physical Fitness Test Based Surface Electromyography Muscular Contribution

FAN Hong-bin1,2,3,SUN You-ping1,2,Ji Liu1,2

Objective:Comparison of the universality of different age and gender of modified push-ups,modified pull-ups and 90°push-ups in physical fitness test by surface electromyography muscular contribution.Methods:270 students aged at 6～14 years old attended this study (1 year 1 age level,15 boys and 15 girls in each age level);14 muscles of each student was test by electromyography (aEMG) when they performed the 3 strength indicators and the data was standardized into electromyography contribution; Two-way ANOVA (age×gender s) design was used to deal with modified push-ups and modified pull-ups's data of 6～14 years old students; One-way ANOVA (age) design was used to deal with modified push-ups,modified pull-ups and 90°push-ups's data of 12～14 years old boys; And the difference between the indicators was compared respectively.Results:The amounts of the significant muscle of age,gender and age*gender effect of modified push-ups of 6～14 years old students is 2,7,6 respectively,The pair amounts of the significant age groups of age effect is 110,The amounts of the significant muscle and age groups of gender effect are 13 and 2 respectively; The amounts of the significant muscle of age,gender and age×gender effect of modified pull-ups of 6～14 years old students is 3,3,6 respectively,The pair amounts of the significant age groups of age effect is 116,The amounts of the significant muscle and age groups of gender effect are 9 and 18 respectively; The amounts of the significant muscle and age pair of age effect of modified push-ups,modified pull-ups and 90°push-ups are 0,2,2 and 0,2,2 respectively.Conclusion:Modified push-ups's age and gender universality of 6～14 years old students is better than modified pull-ups';Modified push-ups's age and gender universality of 12～14 years old boys is better than modified pull-ups and 90°push-ups',and the universality of the latter two are the same.

surfaceelectromyography;muscularcontribution;physicalfitnesstest;strengthindicators

1002-9826(2016)05-0083-15

10.16470/j.csst.201605012

2015-11-26；

2016-06-25

上海高校創(chuàng)新能力提升計劃競爭性引導項目(44891-400)；“青少年健康評價與運動干預教育部重點實驗室”建設項目(40500-541235-14203/004)。

范洪彬(1976-)，男，山東濰坊人，副教授，在讀博士研究生，主要研究方向為青少年體質測評，田徑教學訓練理論與實踐，E-mail：zhzhqn@126.com；孫有平(1959-)，男，江西豐城人，教授，博士研究生導師，主要研究方向為青少年體質測評，田徑運動訓練理論與實踐、田徑課程與教學，E-mail:sunyouping@163.com；季瀏(1961-)，男，江蘇泰興人，教授，博士研究生導師，主要研究方向為青少年體質健康評價、體育課程與教學、體育心理。

1.青少年健康評價與運動干預教育部重點實驗室,上海 200241；2.華東師范大學 體育與健康學院，上海 200241；3.遵義醫(yī)學院 體育學院,貴州 遵義 563000 1.Key Laboratory of Adolescent Health Assessment and Exereise Intervention,Ministry of Edueation,Shanghai 200241,China;2.East China Normal University,Shanghai 200241,China;3.Zunyi Medical College,Zunyi 563000,China.

G804.2

A