4-6歲幼兒移動(dòng)性動(dòng)作發(fā)展及神經(jīng)肌肉控制研究

1、46歲幼兒移動(dòng)性動(dòng)作發(fā)展及神經(jīng)肌肉控制研究摘 要：目的：研究4 6歲幼兒移動(dòng)性動(dòng)作發(fā)展的外在表現(xiàn)和神經(jīng)肌肉控制的內(nèi)在機(jī)制。方法：通過粗大動(dòng)作發(fā) 展測(cè)試(Test of Gross Motor Development - 3 ,TGMD - 3)對(duì)跑、蹦跳和單腳跳進(jìn)行評(píng)價(jià)，用BTS表面肌電測(cè)試系統(tǒng)時(shí) 域分析的方法對(duì)完成動(dòng)作時(shí)肌肉的積分肌電(Integrated EMG,IEMG)和時(shí)序進(jìn)行研究。采用方差分析探討不同年 齡移動(dòng)性動(dòng)作發(fā)展水平的差異，計(jì)算年齡組不同肌肉對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化iEMG的影響，年齡組動(dòng)作類型對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化共收縮指 數(shù)的影響，結(jié)果:4 6歲幼兒移動(dòng)性動(dòng)作發(fā)展水平和下肢肌群iEMG值存在年齡之間

2、的差異性，其中單腳跳的差異 性最為明顯(P 0.05) $標(biāo)準(zhǔn)化iEMG值股直肌最大、脛骨前肌其次。隨著年齡的增長(zhǎng)和動(dòng)作復(fù)雜程度的降低，股 直肌/股二頭肌和脛骨前肌/腓腸肌的共收縮指數(shù)峰值越來(lái)越大。結(jié)論:TGMD -3作為幼兒動(dòng)作發(fā)展評(píng)價(jià)工具具 有可行性，其中單腳跳可優(yōu)先作為移動(dòng)性動(dòng)作技能定性評(píng)價(jià)指標(biāo)，該動(dòng)作下肢肌群iEMG值可作為定量評(píng)價(jià)的代表 性指標(biāo)。幼兒在跑、蹦跳和單腳跳動(dòng)作時(shí)，主要用力肌肉為股直肌和脛骨前肌。隨著年齡增長(zhǎng)，完成移動(dòng)性動(dòng)作 時(shí)，iEMG值逐漸增大，膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)周圍肌群協(xié)調(diào)性逐漸增強(qiáng)。關(guān)鍵詞：幼兒；移動(dòng)性動(dòng)作；神經(jīng)控制；表面肌電，積分肌電動(dòng)作是神經(jīng)系統(tǒng)支配和控制肌肉收縮進(jìn)

3、而產(chǎn)生肢體運(yùn) 動(dòng)的過程，是神經(jīng)肌肉協(xié)調(diào)程度的外在表現(xiàn)。動(dòng)作發(fā)展 水平不但反映幼兒基本動(dòng)作技能和體能水平，而且與其智 力、行為和健康都有十分密切的關(guān)系。移動(dòng)性動(dòng)作指身體在 空間產(chǎn)生位置移動(dòng)的動(dòng)作技術(shù)，如走、跑、蹦跳和單腳跳等。 對(duì)幼兒來(lái)講，移動(dòng)性動(dòng)作是一項(xiàng)非常重要的動(dòng)作技能，可以 評(píng)價(jià)兒童能否參與有利于健康的身體活動(dòng)，并在各種體育游 戲中廣泛應(yīng)用。目前,專門用于幼兒動(dòng)作發(fā)展及障礙篩查的工具，大致 分為標(biāo)準(zhǔn)化操作測(cè)試、核查表或問卷，由有經(jīng)驗(yàn)的專家或知 情人對(duì)幼兒動(dòng)作表現(xiàn)觀察后定性評(píng)估。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)和信 息處理技術(shù)等的飛速發(fā)展為表面肌電(SEMG)的進(jìn)一步研 究奠定了基礎(chǔ)。通過SEMG記錄兒童下肢

4、肌肉活動(dòng)可深入 了解肌肉的激活狀態(tài)和肌肉收縮模式3-4本研究擬采用 定性方法分析4 6歲幼兒跑、蹦跳和單腳跳的動(dòng)作發(fā)展特 征，采用標(biāo)準(zhǔn)化的積分肌電(Normalize Integrated Electromyography，： -iEMG)和標(biāo)準(zhǔn)化的肌肉共收縮指數(shù)(Normalized Co - Contraction Index，JCC/)定量分析不同肌肉的激活狀態(tài) 和神經(jīng)肌肉控制的協(xié)調(diào)程度。通過對(duì)4 6歲幼兒移動(dòng)性動(dòng) 作發(fā)展外在表現(xiàn)和內(nèi)在機(jī)制的研究，旨在為幼兒動(dòng)作發(fā)展的 教學(xué)訓(xùn)練、測(cè)量評(píng)價(jià)、神經(jīng)肌肉康復(fù)等領(lǐng)域提供科學(xué)依據(jù)。1研究對(duì)象與方法1.1研究對(duì)象本研究從開封市某公立幼兒園大、中、小班

5、各選取兩個(gè) 自然班的172名幼兒進(jìn)行粗大動(dòng)作發(fā)展測(cè)試(Test of Gross Motor Development - 3，TGMD -3)，再?gòu)闹须S機(jī)選取 4 歲組 22人,5歲組22人,6歲組23人進(jìn)行肌電測(cè)試(見表1) # 4 周歲(含)以上5周歲以下的幼兒為4歲組;5周歲(含)以上 6周歲以下的幼兒為5歲組;6周歲(含)以上7周歲以下的 幼兒為6歲組。測(cè)試前經(jīng)園方向受試者監(jiān)護(hù)人詳細(xì)介紹了 本次測(cè)試的流程和目的,征得同意后由監(jiān)護(hù)人填寫幼兒基本 資料和知情同意書。被試納入標(biāo)準(zhǔn):最近3個(gè)月無(wú)神經(jīng)、肌 肉系統(tǒng)疾病病史,無(wú)前庭系統(tǒng)疾病病史，未能通過以上標(biāo)準(zhǔn) 之一者被排除在這項(xiàng)研究之外,符合條件

6、者最后納入為本研 究的實(shí)驗(yàn)對(duì)象。1.2研究設(shè)計(jì)研究依據(jù)國(guó)際上測(cè)量?jī)和苿?dòng)性動(dòng)作常用的工具主要有粗大動(dòng) 作發(fā)展測(cè)驗(yàn)(Test of Gross Motor Development, TGMD)、布 魯氏動(dòng)作熟練度測(cè)驗(yàn)(Bruininks - Oseretsky Test of Motor Proficiency, BOTMP) 等，其中TGMD是世界上測(cè)量310歲 兒童動(dòng)作發(fā)展水平應(yīng)用最廣泛的工具,經(jīng)修訂已形成TGMD -2、TGMD-3版本，本研究選取TGMD-3中的跑、蹦跳、單 腳跳作為移動(dòng)性動(dòng)作的測(cè)試指標(biāo)，走作為積分肌電(Integrat-ed Electromyography,iEMG)

7、和共收縮(Co - Contraction Index,其數(shù)值反映肌肉活動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)單位激活的數(shù)量、參與活動(dòng)的運(yùn)CCI)標(biāo)準(zhǔn)化處理時(shí)的參考對(duì)照動(dòng)單位類型以及神經(jīng)元的同步化程度，所以通過SEMG的指SEMG與運(yùn)動(dòng)單位募集和興奮節(jié)律的同步化程度有關(guān)，標(biāo)檢測(cè)可分析不同動(dòng)作條件下中樞神經(jīng)肌肉控制的特征3 -表1實(shí)驗(yàn)對(duì)象基本情況（-士 s）Table 1 Basic information of the subjects （ -土 s）項(xiàng)目年齡組人數(shù)月齡/ month身高/ cm體重/kg45153.28 2.82105.022.0619. 87 2.65TGMD-356162.48 3.01112. 11

8、 3.6421. 06 1. 4166073. 88 3.42114. 58 2.4221. 37 3.2342253. 68 3.32105.422.1119. 01 3.25肌電測(cè)試52263. 65 2.79112. 46 2.4121. 61 2. 7162374.78 3.30114.45 2.1221. 97 3.64NCCI =標(biāo)準(zhǔn)化的(敬&拮抗肌標(biāo)準(zhǔn)化的(砌&主動(dòng)肌X100%實(shí)驗(yàn)流程與設(shè)備TGMD-3:采用2臺(tái)索尼高速攝像機(jī)對(duì)測(cè)試動(dòng)作全程攝 像，根據(jù)TGMD-3評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)錄制的跑、蹦跳和單腳跳動(dòng)作 進(jìn)行評(píng)價(jià)，達(dá)到一個(gè)動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)記為1分,否則為0分5,8肌電測(cè)試:在100 m2左右

9、的房間，首先讓受試者踢一固 定球，連續(xù)踢球3次，使用次數(shù)2次的踢球腳確定為優(yōu)勢(shì) 腳日;其次使用意大利BTS - FREEEMG 1000表面肌電測(cè)試 系統(tǒng)，采用表面電極雙極導(dǎo)聯(lián)法，暴露受試者優(yōu)勢(shì)腿待檢測(cè) 肌群部位皮膚，測(cè)試前用75%濃度的酒精對(duì)電極安放位置 的皮膚去脂處理，放置電極片貼于肌腹部分的最隆起處，與 肌肉縱軸方向一致，測(cè)試部位為優(yōu)勢(shì)腿的股直肌(Rectus Femoris, RF)、股二頭肌(Biceps Femoris, BF)、脛骨前肌(Tibialis Anterior, TA)和腓腸肌外側(cè)頭(Lateral Gastrocnemius, LG)邸每個(gè)動(dòng)作測(cè)試2次，取平均值評(píng)價(jià)

10、指標(biāo)(1) iEMG值是一定時(shí)間內(nèi)計(jì)入?yún)⑴c活動(dòng)的運(yùn)動(dòng)單位放 電總量，反映運(yùn)動(dòng)時(shí)參與肌肉收縮的肌纖維數(shù)目和每個(gè)運(yùn)動(dòng) 單位的放電大小S N - iEMG是對(duì)iEMG值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化, 用于肌肉之間活動(dòng)的比較皿本研究使用意大利BTS表面 肌電儀器自帶SMART Analyzer軟件,對(duì)原始肌電信號(hào)進(jìn)行 全波整流、濾波(帶通濾波20 - 350 Hz)和平滑(RMS,100 ms)處理iEMG,分析連續(xù)進(jìn)行3次重復(fù)動(dòng)作的最大積分肌 電值(Max - iEMG)，并求其平均值為每一名被試的iEMG- MVC( Maximal Voluntary Contraction)是對(duì) SEMG 標(biāo)準(zhǔn)化常采 用的方法，

11、以每名被試“走”的Max - iEMG作為移動(dòng)性動(dòng)作 iEMG的標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)也是等效的13,本研究采用后者對(duì) SEMG進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。(2) NCCI是對(duì)肌肉共收縮指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn) 化，中樞神經(jīng)系統(tǒng)通過調(diào)整主動(dòng)肌和拮抗肌活動(dòng)時(shí)序與強(qiáng) 弱,從而適應(yīng)外周環(huán)境變化時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)作需求，反映動(dòng)作的 協(xié)調(diào)程度14，其計(jì)算公式15：選取RF、BF為膝關(guān)節(jié)的拮抗肌和主動(dòng)肌,TA、LG為踝 關(guān)節(jié)的拮抗肌和主動(dòng)肌14,16-1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)使用SPSS 20. 0對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量數(shù)據(jù)均 采用“-%”表示采用ANOVA分析不同年齡移動(dòng)性動(dòng)作 發(fā)展水平的差異，計(jì)算年齡組(4歲組、5歲組和6歲組)不 同肌肉(RF、BF、T

12、A和LG)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化iEMG的影響，年齡組 (4歲組、5歲組和6歲組)動(dòng)作類型(跑、單腳跳和蹦跳)對(duì) NCCI的影響，并用Post Hoc Test LSD分析2結(jié)果分析4 6歲幼兒移動(dòng)性動(dòng)作發(fā)展水平測(cè)試結(jié)果從圖1可知，跑4歲組與6歲組存在非常顯著性差異(F = 0.35,P 0.01)。蹦跳動(dòng)作5歲組與6歲組(F =0. 48,P 0. 05)存在顯著性差異、4歲組與6歲組存在非常顯著性 差異(F = 0. 38，P 0.01) #單腳跳動(dòng)作4歲組與5歲組(F =0. 59)、5歲組與6歲組(F = 0. 54)存在顯著性差異(P 0. 05)，4歲組與6歲組存在非常顯著性差異(F =0.31

13、，P 0.01) # 4歲組、5歲組和6歲組跑的平均分依次為2.97、 3.47,3. 87,蹦跳的依次為1. 82、2. 08、2. 35 ,單腳跳的依次為 2.43、2.88、3.25,3個(gè)動(dòng)作相對(duì)于各標(biāo)準(zhǔn)總分，得分率為 86%、69% 和 57% 。圖1 46歲幼兒不同年齡不同移動(dòng)性動(dòng)作得分情況 Figure 1 Scores of children at different ages in different locomotions注：與5歲組比較，#為P 0.05嚴(yán)為P 0.01；與6歲組比較，*為P 0.05,&為 P 0. 0146歲幼兒移動(dòng)性動(dòng)作中不同肌肉iEMG（%走）測(cè)試

14、結(jié)果走以優(yōu)勢(shì)腿的后蹬、擺動(dòng)和著地緩沖階段為一個(gè)周期； 跑以優(yōu)勢(shì)腿的后蹬、折疊前擺、下壓準(zhǔn)備著地和著地緩沖為 一個(gè)周期;蹦跳和單腳跳以優(yōu)勢(shì)腿的著地緩沖、蹬伸、騰空和 落地為一個(gè)周期。這4個(gè)動(dòng)作均以腓腸肌開始發(fā)力作為采 集SEMG的開始，以著地緩沖為一個(gè)動(dòng)作周期結(jié)束。從表2可知,4 6歲幼兒跑、蹦跳和單腳跳3個(gè)動(dòng)作 中,在年齡f肌肉中均存在交互作用（F = 3. 67、2. 97、3. 74, P 0.01） #進(jìn)一步分析跑的動(dòng)作中，RF（ F = 1.28）、TA（ F = LD4）、BF（ F =2. 01）在4歲組與6歲組之間存在年齡的顯 著性差異（P 0.05） #蹦跳動(dòng)作中RF（ F =

15、0. 56）、TA（ F = 1. 32）在4歲組與6歲組之間存在年齡的顯著性差異（P 0. 05）。單腳跳動(dòng)作 RF（ F =4. 20）、TA（ F = 3. 62）、BF（ F = 3. 20）在4歲組與6歲組之間存在年齡的非常顯著性差異 （P 0.01） ,RF、TA在4歲組與5歲組、5歲組與6歲組之間 均存在年齡的顯著性差異（P 0.05） #相同動(dòng)作相同年齡 的4塊肌肉之間，跑中LG與TA、RF、BF之間在4歲組（F = 12. 19、20.01、5. 67）、5 歲組（F = 19. 41、7. 91、5. 49）、6 歲組 （F = 12.04、2.09、3.86）均存在非常顯

16、著性差異（P 0.01）, 蹦跳中LG與TA、RF、BF之間在4歲組（F =28. 01,42. 25、 11.96）、5 歲組（F =0. 05、5. 36、9.48）、6 歲組（F =23.68、 10.03、20.85）均存在非常顯著性差異（P 0.01）,單腳跳中 LG 與 TA、RF、BF 之間在 4 歲組（F = 18. 59、7. 11、5.65）、5 歲組（F = 27. 56、14. 30、9. 19）、6 歲組（F = 75. 26、23. 77、 3. 90）均存在非常顯著性差異（P 0.01）。跑中BF、TA與 RF之間在6歲組（F = 0. 17、0.32）為顯著性差

17、異（P 0. 05） #蹦跳中RF與BF之間在5歲組（F = 1.29）、RF與 BF之間在6歲組（F = 1.42）均存在非常顯著性差異（P 0.01） ,RF與TA之間在4歲組（F = 0. 38）、6歲組（F = 0. 88）存在顯著性差異（P 0. 05） #單腳跳中RF與BF、TA 之間在4 歲組（F =2.71、2. 30）、5 歲組（F = 1.52、2. 33）均存 在非常顯著性差異（P 0. 01） ,TA與RF之間在6歲組（F = 0. 32）存在顯著性差異（P TAo BF與TA之間在5歲組（F = 1.76）和6歲組 （F = 2.07）的蹦跳動(dòng)作中存在非常顯著性差異（

18、P 0.01） # 從描述性的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，在移動(dòng)性動(dòng)作中（EMG（ %走）值 RF最大,其次是TA,LG最小。表2 46歲幼兒移動(dòng)性動(dòng)作中不同肌肉iEMG（%走）比值（-士s）Table 2 iEMGratio of the muscles （ % walking） of children aged 4 6 in different locomotions （ -士s）動(dòng)作肌肉類型4 歲組（J = 22）5 歲組（J = 22）6 歲組（J = 23）RF3.841.52 *4.01 1.41 *5.11 1. 72*#跑BF3.11 1.07 *3.25 1.23*4. 01 1. 52*

19、 #TA3.181.26 *3.871.46 *4.121.71 * #LG1.41 0.551.600.321.690.87RF4. 41 1. 27*4.81 1.63 *5.431.46 * #蹦跳BF2. 53 1. 56*2.59 0.88*&2.820.95 *&TA3.431.83 *3.95 1.17*4. 51 1. 37* #LG1.21 0.241.260.381.300.30RF4. 69 1. 94*5.771.68# *6.572.47 * #單腳跳BF2.991.20 *3.851.21# * *4.91 1.95* #TA3.561.07 *4.331.27#

20、*5.431.79* #LG1.44 0.451.590.321.65 0.40注：RF =股直肌,BF =股二頭肌,TA =脛骨前肌,LG =腓腸肌（下同）$相同動(dòng)作的同塊肌肉：與6歲組比，（為P 0.05,*為P 0.01;與4歲 組比，為P 0. 05,#為P 0.01。相同年齡的不同肌肉：與LG比，*為P 0.05,*為P 0.01;與RF比，*為P 0.05,*為P 0. 01;與TA 比，& 為 P 0. 05,為 P 0.01。4 6歲幼兒移動(dòng)性動(dòng)作中肌肉標(biāo)準(zhǔn)化共收縮指數(shù) （JCC5）測(cè)試結(jié)果從表 3 可知，RB（ RF/BF） - J5、TG（ TA/LG） - JCC5 在年

21、齡f動(dòng)作類型均有交互作用（F =2. 15,2. 46,P 0.01）。進(jìn)一步分析相同動(dòng)作上在一個(gè)周期內(nèi)，RB在4歲組 與5歲組、4歲組與6歲組的跑（F =0.44、1. 14）、單腳跳（F =1.47、2.35）和蹦跳（F = 0.33、0.50）中均有非常顯著性差 異（P 0.01） ,5歲組與6歲組（F = 1.54）的跑存在非常顯 著性差異（P 5歲組（3.76） 4歲組（2.59）;蹦跳是6 歲組（2.40） 5歲組（2.35） 4歲組（1.97）;單腳跳是6歲 組（6.06） 5歲組（4.84） 4歲組（2.69）。TG在4歲組與 6歲組幼兒的跑（F =0.44）、蹦跳（F = 1

22、.54）和單腳跳（F = 1.93）中均有非常顯著性差異（P 0.01） ,4歲組與5歲組在 單腳跳（F = 1.67）和跑（F = 0. 17）,以及跑5歲組與6歲組 （F = 1.71）中均有非常顯著性差異（P 5歲組（6. 83） 4歲組（5.27）;蹦跳是6歲組（4.82） 5歲組（3.76） 4歲組（2.59）;單腳跳是6歲組（9.39） 5歲組（8.29） 4歲組（8.03） #相同年齡組不同動(dòng)作之間,4 6歲幼兒的 跑和蹦跳的RB中存在非常顯著性差異（F =0. 49、0.06、0. 42,： 0.01） ,4 6歲幼兒TG在跑和蹦跳之間（F = 0. 32、0.27、0.46,

23、P 0.01）、單腳跳和蹦跳之間（F =0.43,0. 52,0.44）存在非常顯著性差異（P 5歲組4歲組。動(dòng)作之間RB - NCCI峰值和TG - NCCI峰值存在跑 單腳跳蹦跳。表3 4 6歲幼兒移動(dòng)性動(dòng)作在一個(gè)周期內(nèi)各肌肉NCCI比值（-士s）Table 3 NCCI ratio of the muscles of children aged 4 6 in a cycle of locomotions (-土 s)動(dòng)作肌肉類型4 歲組(N = 22)5 歲組(N = 22)6 歲組(N = 23)跑RB1.490.54 (#&2.060.62&2.820.77#&TG2.470.31(

24、#3.131.193.461.28#蹦跳RB1.13 0.22(#1.420.351.61 0.43TG2.05 0.742.41 0.83 *2.63 0.92*單腳跳RB1.470.47 (#1.790.571.98 0.72TG2.23 0.92(#&2.720.13&3.290.17&注：RB =股直肌/股二頭肌，TG =二脛骨前肌/腓腸肌不同年齡相同動(dòng)作：與5歲組比，#為P 0. 05,#為P0.01；與6歲組比，為P 0. 05,（為P 0.01;相同年齡組不同動(dòng)作，與蹦跳比，&為P 0. 05,&為P 0.01;與跑比，為P 0. 05，*為 P 5歲組4歲組。 從人類動(dòng)作的發(fā)展

25、歷程看，大多數(shù)幼兒隨著年齡增加開始學(xué) 習(xí)單腳跳時(shí)，跑已進(jìn)入動(dòng)作技能相對(duì)成熟階段，蹦跳作為一 種有節(jié)奏的兩步式技能,是比較復(fù)雜的一項(xiàng),當(dāng)幼兒?jiǎn)文_跳 達(dá)到第三階段時(shí),才開始出現(xiàn)蹦跳的動(dòng)作技能，因此跑和 蹦跳對(duì)于幼兒來(lái)說(shuō),前者動(dòng)作技能成熟較早，后者成熟較晚， 從而出現(xiàn)動(dòng)作發(fā)展水平的“地板效應(yīng)”和“天花板效應(yīng)”，這 種效應(yīng)通過（EMG呈現(xiàn)出來(lái)沒有表現(xiàn)出年齡的差異性。Shi- avi3在研究411歲兒童運(yùn)動(dòng)時(shí)也證明隨著年齡增加，RF、 BF的iEMG強(qiáng)度變化的基本一致性，因此RF - iEMG（ %走） 和BF - iEMG（ %走）在單腳跳動(dòng)作中均表現(xiàn)出6歲組4歲 組的區(qū)分度，從內(nèi)在機(jī)制上驗(yàn)證了單腳跳作為移動(dòng)性技能測(cè) 評(píng)的有效性。在一項(xiàng)關(guān)于3種初始姿勢(shì):正常姿勢(shì),高姿勢(shì)（重心比正 常姿勢(shì)高20 cm）和低姿勢(shì)（重心比正常姿勢(shì)低20 cm）對(duì)11 名男性垂直縱跳成績(jī)影響的研究發(fā)現(xiàn),3種姿勢(shì)調(diào)整時(shí)iEMG 變化最顯著的是RF,甚至通過調(diào)整RF的肌電刺激,便可使被試接近或達(dá)到最大跳躍高度18說(shuō)明RF對(duì)下肢移動(dòng)性 動(dòng)作的完成起到關(guān)鍵性作用。從關(guān)節(jié)解剖