2.1  参与者数量分析  24名3组男大学生均完成测试，数据进入结果分析。 

2.2  下肢肌肉仿真结果  由表3-5可知，整体由坐到站比由站到坐所表现的肌肉力值更大，因为考虑到重力的原因所在，由坐到站的力大于由站到坐的力。

2.1  参与者数量分析  24名3组男大学生均完成测试，数据进入结果分析。

2.2  下肢肌肉仿真结果  由表3-5可知，整体由坐到站比由站到坐所表现的肌肉力值更大，因为考虑到重力的原因所在，由坐到站的力大于由站到坐的力。

如表3所示，由坐到站过程中，超重组与肥胖组的股方肌具有显著性差异(P=0.017 < 0.05，0.47≤QD=0.50 < 0.80)，肥胖组与正常组相比，需要募集更大的力，其中股方肌(P=0.000 < 0.01，QD=0.81≥0.80)与耻骨肌(P=0.000 < 0.01，QD=0.89≥0.80)的两组具有极其显著性差异，各组主导发力肌肉为臀中肌。由站到坐过程中，各肌肉力无显著性差异，两过程最大发力肌肉均为臀中肌。

由表4可知，整体相同肌肉由坐到站比由站到坐所表现的力值略有差别，表现为由坐到站的力大于由站到坐的力。由坐到站过程中，正常组与肥胖组的股直肌(P=0.012 < 0.05，0.47≤QD=0.48 < 0.80)、半膜肌(P=0.013 < 0.05，0.47≤QD=0.473 < 0.80)、股二头肌长头(P=0.016 < 0.05，0.47≤QD=0.501 < 0.80)具有显著性差异，用力较大的肌肉为股外侧肌、股二头肌长头、股直肌。由站到坐过程中，正常组与肥胖组相比，需要募集更大的力，其中使膝关节屈的缝匠肌具有显著性差异(P=0.014 < 0.05，0.47≤QD=0.50 < 0.80)，用力较大的为股外侧肌和股二头肌长头。

由表5可知，与髋关节和膝关节趋势相同，由坐到站比由站到坐所表现的肌肉力值更大，由坐到站的力整体略大于由站到坐的肌肉力。由坐到站过程中，正常组与肥胖组的腘肌(P=0.045 < 0.05，0.47≤QD=0.54 < 0.80)、比目鱼肌(P=0.014 < 0.05，0.47≤QD=0.48 < 0.80)、胫骨前肌(P=0.045 < 0.05，0.47≤QD=0.61 < 0.80)具有显著性差异，用力较大的肌肉依次为腓肠肌、胫骨前肌、比目鱼肌。由站到坐过程中，正常组与肥胖组相比，需要募集更大的力，其中使踝关节屈的拇长伸肌(P=0.046 < 0.05，0.47≤QD=0.77 < 0.80)、腓肠肌(P=0.011 < 0.05，0.47≤QD=0.50 < 0.80)具有显著性差异，用力较大的为胫骨前肌、腓肠肌、比目鱼肌。

2.3  RMS肌电结果  由表6可知，在坐平凳状态下，受试者由坐到站过程中，肥胖组股二头肌和腓肠肌均方根肌电值大于正常者和超重者，正常组与肥胖组相比，股二头肌(P=0.012 < 0.05，0.47≤QD=0.51 < 0.80)和腓肠肌(P=0.017 < 0.05，0.47≤QD=0.58 < 0.80)具有显著性差异。由站到坐过程中，肥胖组股直肌、双侧竖脊肌均方根肌电值大于正常组、超重组，正常组股直肌(P=0.015 < 0.05，0.47≤QD=0.50 < 0.80)与肥胖组相比，具有显著性差异。其余肌肉均方根肌电值则是正常组大于肥胖组、超重组，并且组间无显著性差异。



       经过统计检验和定量差异比较的表7可知^[17]，在由坐到站至由站到坐2个过程中，正常组胫骨前肌具有显著性差异，肥胖组股二头肌具有显著性差异，其余肌肉差异不明显。

       由表8可知，在坐瑞士球状态下，受试者由坐到站过程中，肥胖组胫骨前肌和股二头肌均方根肌电值大于正常组和超重组，正常组胫骨前肌(P=0.023 < 0.05，0.47≤QD=0.50 < 0.80)、股二头肌(P=0.020 < 0.05，0.47≤QD=0.49 < 0.80)与肥胖组具有显著性差异，其余肌肉均方根肌电平均值则是正常组大于超重组、肥胖组，并且组间无显著性差异。由站到坐过程中，肥胖组胫骨前肌、腓肠肌、双侧竖脊肌均方根肌电值大于正常组、超重组，正常组腓肠肌(P=0.016 < 0.05，0.47≤QD=0.51 < 0.80)、右竖脊肌(P=0.021 < 0.05，0.47≤QD=0.48 < 0.80)与肥胖组具有显著性差异，其余肌肉均方根肌电平均值则是正常组大于超重组、肥胖组，并且组间无显著性差异。经过统计检验和定量差异比较的表9可知，在受试者瑞士球状态的由坐到站至由站到坐两个过程中，正常组胫骨前肌、股直肌、股二头肌具有显著性差异，超重组股直肌、右竖脊肌具有显著性差异，肥胖组的双侧竖脊肌、腓肠肌、股直肌差异显著，其余肌肉无显著性差异。受试者在整体两种由坐到站的方式竖脊肌放电值均为正常组大于肥胖组、超重组，由站到坐的方式则是肥胖组大于正常组和超重组。坐瑞士球状态下，胫骨前肌、股直肌、股二头肌、腓肠肌放电更多，说明瑞士球可以减轻肌肉负荷，增加肌肉激活程度，有锻炼下肢力量的重要作用。

瑞士球(Swiss ball)于1989年引进美国，以PVC材料制成，弹性十足，锻炼人群以坐姿、撑姿、俯卧及仰卧姿在球上运动，使球产生形变，提高人体在非稳定状态身体核心区稳定性及活动能力。在国内外研究中，瑞士球常应用于帮助锻炼者在无固定支撑条件下，提高力量和协调能力，使全身肌群参加活动，最有助于稳定骨盆及脊柱功能，提高人体本体感觉、姿势控制能力及稳定程度，锻炼躯干核心区肌肉力量，改善站姿、坐姿^[1-4]。现阶段，关于以仿真和肌电测试方式对不同体质量指数(body mass index，bMI)男大学生瑞士球动作生物力学研究的相关研究极少。有学者认为，其他垫上练习等非稳定性练习比瑞士球更能锻炼身体^[5-6]，但是瑞士球由坐到站和由站到坐的动作周期是每个瑞士球锻炼者必须经历的，以瑞士球为基础的练习能更好地促进垫上练习及其他关于促进协调性及灵敏性的练习。       

文章旨在通过研究不同BMI男大学生坐瑞士球由坐到站至由站到坐一个周期的肌群肌肉力和同等高度平凳对比的肌电变化，为不同BMI瑞士球锻炼者练习提供锻炼建议。考虑到能量消耗带来的误差性，研究选择由坐到站至由站到坐为一个动作周期，而非由站到坐至由坐到站，否则瑞士球的弹力会助受试者更容易站起来，影响数据的准确性及真实性。

  中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

1.1  设计  生物力学测试。

1.2  时间及地点  测试时间为2018-12-23/2019-03-20，测试地点为北京师范大学科技楼运动生物力学实验室。

1.3  对象  在北京师范大学以招募的方式选择男性大学生自愿作为受试者，同时要填写患者姓名、出生日期、身高、体质量等基本信息的知情同意书。

入选标准：①男性大学生；②3个月内未定期锻炼；③能正常沟通；④排除身体运动功能障碍，无平衡能力缺失、无吸烟酗酒习惯、无心脑血管疾病、无呼吸系统疾病史、无眼部疾病史、无腰部损伤史者，能正常运动。

排除标准：①日常定期频繁锻炼者；②无法正常交流者；③健康状况受损，有眼部疾病、腰部疾病、心脑血管疾病、呼吸系统疾病、运动功能障碍。

此次研究共筛选了北京师范大学37名男大学生，其中24人符合标准，并且配合完成了研究。

常见的评价肥胖人群的指标有体质量、BMI、腰围、腰臀比、体脂百分比^[7]，此次研究选取前4种，以体质量、BMI、腰围、腰臀比进行分类而判定肥胖。BMI可体现人体全身肥胖率，计算方式为体质量与身高平方之比^[8]，研究将BMI不同的大学生分为3组(正常：18.5-23.9 kg/m²；超重：24.0-27.9 kg/m²；肥胖：≥28.0 kg/m²)，每组8人。腰围(WAITE CIRCUMSTANCE)为衡量人体肥胖的重要指标，可体现人体脂肪分布参数，与中心性肥胖率有关，中心性肥胖者由于腰腹部脂肪堆积过多，不利于糖脂代谢发展，增加慢性病风险，因此腰围还常作为有效预测心血管疾病的指标，按照中国肥胖工作组划分，男性腰围≥90 cm视为肥胖，< 90 cm视为非肥胖^[9]。腰臀比(WAIST TO HIP RATIO)，即腰围(cm)/臀围(cm)，男性腰臀比< 0.9为正常，≥0.9为中心性肥胖^[10]。研究人员测试前受过严格培训，对受试者体质量、身高、腰围、腰臀比指标进行测量。测量体质量用电子体重计，量程0-150 kg之间，精确度选取0.1 kg；测量身高用身高计，量程在0-2.0 m之间，精确度选取0.1 cm；测量腰围、臀围用软尺，量程在0-1.5 m之间，精确度选取0.1 cm。3组基本情况见表1。

1.4  方法

      在开始实验前，测量受试者大腿、胫骨、足长、骨盆宽度、头部和躯干高度。受试者换指定服装被贴点标记，并且调整测力台和两脚之间的位置，保证受试者清楚坐瑞士球从测试开始到测试结束的动作要领，直至受试者调整好自己的动作与测力台在之间的适宜位置，做动作时，受试者尽量保持左右侧对称。

1.4.2  肌电测试  RMS是表示肌肉动作电位量最常用参数之一。RMS表示在一段周期内，参加肌肉活动的肌肉瞬间肌电图振幅均方根值，通过平方及开根号后取平均值，是一定时间内肌电位值平方和的平方根。其计算公式为：

      测试之前受试者经过2次以上瑞士球及平凳起坐培训，培训以一对一方式进行。培训后，受试者熟知动作要点，正式测试时，以BTS CAPTURE同步记录肌电数据，将BTS FREEEMG 1000表面肌电贴于指定肌肉上，选取受试者日常发力腿侧胫骨前肌、腓肠肌外侧、股二头肌、股直肌和左右双侧竖脊肌，共6块肌肉(见图1)。确定所选肌群代表性强，功能性好，肌群部位明显易寻，取完整动作的肌电平均值，做动作时测试者要做好保护工作，防止受试者运动损伤。

1.4.3  数据处理  Anybody是丹麦沃尔堡大学的专门用来计算人体工程的软件，计算肌肉力值精度较高。此次研究建立数据采集的个性化模型，用Anybody7.1.2仿真计算软件对下肢肌肉力数据计算，比较不同状态指标值。对Anybody中Standing Model进行修改，处理受试者一个动作周期的数据(见图2)，研究选择受试者由坐到站到由站至坐一个周期作为一次有效测试，如果实验数据采集有问题，比如受试者动作不标准、一侧脚未完全踏在测力台上、有标记点散点的情况，视为一次无效测试，整个测试重新开始，重复以上步骤。以BTS SMART Analyzer对肌电信号处理，经过高通、低通的滤波器进行滤波后，对肌电数据通过进行整流，处理均方根振幅值。

1.5  主要观察指标  3组男大学生坐瑞士球动作周期的发力腿中髋、膝、踝三关节下肢肌肉力及代表性肌肉进行表面肌电测试，计算肌肉力值和RMS平均值。

1.6  数理统计  定性比较可检验数据的真实性，统计结果分析可作为主要参考的研究过程，但应用上普遍存在局限。为此假设检验和P值的局限性限定了科研数据的正确分析。定量差异分析在统计学比传统P值计算有优势，因为传统P值可定性比较两组数据的数字差异，却无法定量计算，刘承宜等^[11]建构定量差异统计方法，提供严谨性、准确性、科学性的定量分析。

SSE是自相似指数，如下是两参数在几种不同条件下以0.618作为底数，计算对数的过程^[11，13-15]。

将(1)式代入(2)式，

      上述求对数的过程，体现SSE联系参数的联动过程，表现出系统整体功能稳定性，即为定量差异过程^[16]。

QD以(α，β，γ)3种阈值体现关系，Weber定律指出QD最小值为α，正则曲线平台期为β，QD两点高于阈值β或γ表明具有显著性或极其显著性差异^[17]。据自定义常数∑，将阈值划分成细胞分子机能、组织器官机能、整体机能和高级机能，且数值高阈值小。∑< 0.27，0.27≤     ∑<0.47，0.47≤∑<0.80，∑≥0.80，体现无差异、少许差异、显著差异、极其显著性差异，基于此次研究主体为肌肉力及肌电测试，属于组织器官机能，QD值选取0.47和0.80作为差异阈值。

通过录像对比一段周期时间内的动作特点，明显看出由坐到站的时间比由站到坐时间多，且由计算结果可知，由坐到站所需要的肌肉力值普遍大于由站到坐。由坐到站的动作周期中，受试者身体前倾，身体重心由竖脊肌移动至髋关节，压力中心至足跟。由站到坐的动作周期中，受试者重心移至腰部，当下肢膝关节弯至最前端，压力中心前移。

近些年，国内外已经将瑞士球(Swiss Ball)应用于大众健身领域，从而提升核心区力量大小，瑞士球的抗阻练习，比在稳定平面练习更容易锻炼人体核心稳定性，增加肌肉强度及肌肉激活程度^[20]。此次研究可知，与坐平凳相比，受试者在坐瑞士球时胫骨前肌、股直肌、股二头肌、腓肠肌放电多，因为胫骨前肌为伸踝、背屈肌肉，股直肌为伸膝肌肉，股二头肌为屈膝、外旋肌肉，腓肠肌为跖屈、屈伸踝肌肉，都是在坐到站和由站到坐的过程中下肢主要发力肌肉，可能是因为瑞士球可以减轻肌肉负荷，增加肌肉激活程度，调整肌肉放电水平。

受试者完成由坐到站动作用力整体比由站到坐用力大，究其原因，可能是重力、个体动作差异性、重心移动稳定性有关，还可能与神经控制能力相关。瑞士球可减少左右侧的不协调性，促进脊柱中立位发展，适宜负荷的机体及运动能力，改变刺激范围与负荷强度^[21]。影响肌肉强度的因素有动作时间、强度、频率、姿势，干扰及破坏任一因素致效果不佳^[22]。瑞士球可使人提高平衡能力，促进协调发展，因此，要通过静态体位的瑞士球适应性训练改变刺激大小，同时要区别对待不同练习者，依据不同体质量指数、素质、专项、训练状态，安排瑞士球锻炼强度。

神经调节对核心稳定性的预兴奋反应性有关，以肌腱及肌梭反馈性调节肌肉力量，以使不同肌肉用力保持协同关系^[23]，神经调节改变姿势稳定度及平衡情况，调动肌群肌肉激活度。基于竖脊肌易疲劳现状，易致腰间盘突出及腰部韧带拉伤，超负荷及大负荷运动易致损伤，刺激时间长、中小负荷运动的动作联系性紧密的瑞士球可减轻损伤可能性，以防负荷量大造成的损伤。

许多有氧运动的生物力学研究大多揭示核心稳定性能力提升，为此提供强有力的支撑^[24]。激活脊柱周围肌肉，增加脊柱周围肌肉群彼此协同能力及脊柱稳定性、提高躯干平衡姿势控制能力、减轻运动障碍，提高腰背肌肉灵活性及本体感觉，增强不稳定状态下保持稳定姿势的平衡能力，使得肢体灵活运动^[25]。瑞士球稳定性训练使运动者在不稳定状态下，不稳定练习会增加腰部和髋部本体感觉能力，募集并激活诸多神经和肌肉参与神经肌肉控制能力^[26]，改善在不稳定平面的条件下适应中枢激活程度，改善腰椎的本体感觉激活与输入，强化核心深层肌群力量，增强核心稳定性，改善腰椎不适症状，预防背部损伤，增强核心肌力及下腰背稳定性，减轻腰椎负荷，改善患者脊柱失能、减轻疼痛，帮助股骨头坏死的康复训练^[27]。为身体募集深层肌群水平，提前激活以适应并调整肌肉力量，利于预防腰背部劳损，因为核心肌群处于运动链中央，依据关节相邻学说，核心肌群强弱程度影响肢体活动及运动功能稳定程度^[28-29]。综上所述，瑞士球运动有利于人体在不稳定条件下，改善前馈能力，提高抗阻训练能力，提升平衡能力，改善髋关节等核心肌群肌力，改善疾病，促进身体健康。

结论：①各组由坐到站过程中主导发力肌肉是臀中肌、股外侧肌、股二头肌长头、股直肌、腓肠肌、胫骨前肌、比目鱼肌，由站到坐过程中下肢臀中肌、股外侧肌和股二头肌长头、腓肠肌、胫骨前肌、比目鱼肌主导发力；②与坐平凳相比，受试者在坐瑞士球时胫骨前肌、股直肌、股二头肌、腓肠肌均方根肌电值高。       

局限性：①研究样本大多控制在30人以上，期望增大样本数据库；②研究对象局限为在校大学生，期望增加老年人、儿童、青少年、孕妇等样本范围；③分析方法方面，研究局限于肌力及肌电分析，期望以加以神经科学同步深刻解释；④研究可进一步结合平衡等测试系统，同步研究对受试者姿势稳定度等特性。 

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

文题释义：
Anybody仿真：使用数学建模技术模拟人体肌肉骨骼在不同载荷中的情况，计算各块肌肉和关节的受力、变形、肌腱的弹性能、拮抗肌肉运动和其他对于工作中的人体有用的特性，以计量方式计算出人体对于环境的反应，兼与人机工程学和生物力学分析，为人体运动建模、人机工程学产品性能改进和生物医学工程研究提供平台。
均方根振幅：是将振幅平方的平均值开平方，把振幅值平均然后开方，最原始的是针对正弦波推导出来的，但实际上对所有的波形都适用，均方根值(RMS)也称作为效值，表示在一段周期内，参加肌肉活动的肌肉瞬间肌电图振幅均方根值，是一定时间内肌电位值平方和的平方根。

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N/BW为经AnyBody软件计算关节力值除以体重进行标准化值，N为牛顿，BW为体重值。经专家建议，已将QD在本研究中定义为组织器官机能表示值，不需要斜体。QD是以两种指标的比值作为一个常数，然后以0.618为底数，以此常数为对数进行运算，故此比值为两标准差之比，参考专家所给论文，QD均为一个比值。

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