运动性肌肉疲劳的肌电图特征及其机制探讨

本文通过文献综述法简要总结了运动导致肌肉疲劳的表面肌电图特征,介绍了表面肌电图主要测量指标及其影响因素,同时对指标的特异性做了小结:MPF对于反映肌肉疲劳较MF更具敏感性;MPF在反映肌肉功能水平差异方面具有良好的特异性和敏感性;IEMG则是反映肌肉随时间而延长出现疲劳的1个良好指标。并对可能导致表面肌电图特征改变的机制作了探讨,最后对其应用在肌肉疲劳领域的前景进行了展望。     

不同负荷强度运动时表面肌电图中位频率与血乳酸浓度变化的关系

采用等速运动方式 ,以表面肌电图和血乳酸为指标 ,在 10 %、3 0 %和 50 %MVC三种负荷条件下 ,对肘关节屈伸运动时的肱三头肌、肱二头肌和前腕骨肌的表面肌电图和血乳酸浓度的变化进行了比较分析。结果表明 :(1)肘关节屈伸运动时 ,伸展运动的力矩峰值下降幅度大于屈曲运动。 (2 )以 3 0 %和 50 %MVC负荷强度运动时 ,出现了表面肌电图的MF值逐步下降和血乳酸浓度逐渐增加的现象 ;工作肌群MF下降幅度 ,由大到小依次为肱三头肌 >肱二头肌 >前腕骨肌。 (3 )肱三头肌、肱二头肌和前腕骨肌的表面肌电图的MF变化与血乳酸浓度变化相互比较 ,10 %、3 0 %和 50 %MVC三种运动形式都表现出了非常明显的相关性。实验结果可以说明 ,sEMG作为特异性良好的非损伤性检测手段 ,不但能够直观地反映肌肉的收缩活动 ,还与肌肉组织代谢变化有一定的相关关系     

不同齿轮比训练时自行车运动员肌电图的研究

探讨利用sEMG对自行车运动员运动肌组织进行监测与机能分析的可行性。方法:8名自行车运动员进行42/15、52/12与52/15齿轮比练习台骑行测试,采用芬兰Muscle Tester ME3000P8肌电图仪与MegaWin软件系统记录分析运动时的sEMG值。结果表明:同侧同部位肌组织不同齿轮比练习时IEMG/s值不同,除小腿三头肌(P<0.05)外,各部位IEMG/s组间无显著差异;相同训练条件下同部位肌组织左右腿IEMG/s个体差异明显,提示sEMG能够直观反映动力性运动中肌肉的收缩活动,不同齿轮比骑行对下肢不同部位骨骼肌刺激不同。建议:训练监控中,sEMG适合应用于运动员个体的纵向比较。     

赛艇运动员2000m测功仪测试中主要用力肌群的表面肌电特征研究

目的:通过对湖北省男子赛艇运动员进行测功仪2 000m全力划测试,了解赛艇运动员在测功仪2 000m全力划中肌肉的发力顺序、各主要肌群力量分布比例情况、疲劳以及用力特点。研究方法:12名男子赛艇运动员测功仪2 000m全力划,测主要用力肌群的表面肌电图。结果:在测功仪2 000m全力划测试中,赛艇运动员一个完整的动作中肌肉的发力顺序为胫骨前肌>股四头肌内侧头>竖脊肌>背阔肌>三角肌后束>肱二头肌;i EMG值在比赛一开始就瞬时升高,随着比赛的进行i EMG值开始下降,到1500m处下降到最低值,而在最后冲刺阶段i EMG值达到最大值,左侧i EMG值大于右侧;从比赛开始到比赛结束,MF和MPF整体表现为随着运动负荷的增加和运动疲劳的出现呈下降的趋势,在最后冲刺阶段MF和MPF都有所增加,总的来说其下降幅度较大,增加幅度较小。     

划船运动员静力及动力性肌肉运动疲劳时肌氧含量的变化特征及对EMG参数的影响

研究目的：1）研究静力和动力性肌肉运动疲劳时肌肉氧含量的变化特点厦其规律；2）了解静力性、动力性递增强度运动时EMG参数变化；3）探讨肌氧含量与EMG参数变化之间的关系，为肌肉疲劳时影响肌电肌氧机制提供可能的理论基础。研究方法：1）肌氧含量的测试：探头纵向旋转让光源和检测器的轴线平行于股外侧肌外侧头大腿测定运动时肌氧含量的变化；2）肌电的测试：采用表面肌电图的测量，得出表面电图各指标参数；3）静力负荷等长收缩：通过力量传感器测出其最大肌肉收缩所对应的MVC；4）动力性负荷运动：采取功率自行车逐级递增负荷的测试方法作为肌肉的动力性运动，同步记录EMG参数，并在每一级负荷朱30S采血测定血乳酸浓度。结论：静力性运动时E／T值大幅度增大的时间大多出现在肌氧停止下降之后，肌氧的降低程度与肌肉疲劳程度有关。动力性运动时血乳酸值随负荷而增加，IEMG的变化趋势与血乳酸相似，IEMG、Oxy-Hb、BI值三者呈非常显著性相关，表明肌肉疲劳时肌肉氧供和内环境的改变也是影响EMG信号的重要因素。     

不同肌力训练时攀岩运动员腕伸屈肌的表面肌电频谱特征研究

本实验对8名参加第3届全国体育大会攀岩比赛的攀岩运动员进行不同负荷试验。记录腕伸屈肌的肌电变化和负荷持续时间。实验结果表明:平均功率频率(MPF)和中位频率(MF)的值均随持续时间的改变而呈先上升后下降的变化规律;MPF、MF的值变化与腕伸屈肌的负荷持续时间与多种因素有关。本研究认为,MF和MPF是可以反映腕伸屈肌的功能水平,可作为评价腕伸屈肌负荷水平的良好指标。     

运用测功仪测试赛艇运动员下肢SEMG特征之研究

通过观察赛艇运动员在测功仪上的运动情况,记录其胫骨前肌、腓肠肌及股四头肌的肌电变化,对不同运动时期的表面肌电图、积分肌电（IEMG）和平均频谱进行了定量分析,结果表明：不同运动时期不同肌肉的神经肌电活动变化不完全一致,这为进一步了解赛艇运动特点、科学训练提供了参考。     

跳跃运动员膝关节屈伸肌群等速向心收缩时肌力与sEMG变化特征

采用ISOMED2000等速测力系统、ME6000无线肌电遥测系统,同步测试优秀跳跃运动员膝关节屈伸肌群在不同速度向心收缩过程中肌肉组织的力学及肌电活动特性.发现,跳跃运动员膝关节屈伸肌群在60°/s、180°/s、300°/s向心用力时力矩、功随着速度增加逐渐下降,而功率随速度增大而增加(P<0.01).sEMG显示,伸肌和屈肌均被最大程度地动员,且伸肌肌电各参数普遍高于屈肌.iEMG随速度增加而下降,RMS、MF和MPF均随运动速度增加而增加.力矩一功率关系以及功率-iEMG关系的相关性分析表明,在快速运动时,功率与力矩呈不显著性相关(P>0.05),而与iEMG呈高度相关(P<0.01).等速测试与肌电结合可作为监测与评价运动员膝关节神经肌肉交互活动的有效方法.     

积分肌电图与血乳酸、气体代谢无氧阂的关系

本文对37名受试者渐增负荷运动中股直肌个股外侧肌积分肌电图（IEMG）的变化及其与血乳酸、气体代谢AT之间的关系进行了探讨，其结果显示：由IEMG非线性增加确定的AT与血乳酸AT及气体代谢AT之间的关系十分密切。因此，利用渐增负荷重股直肌和股外侧肌IEMG的非线性增加，作为无损伤测定AT的方法是可靠与可行的。同时，本文对用4mM/L固定血乳酸值确定AT的论点提出了异议，认为“个体无氧阈”才是反映每个机体运动中供能从有氧代谢为主向无氧代谢为主过渡的重要标志。     

武术散手运动员赛后血乳酸、血尿素氮、心率等的变化

采用实验法,对武术散手运动员赛后的血乳酸、血尿素氯、心率等指标进行测试。结果发现,散手运动是以乳酸代谢为主的运动项目,训练中以提高运动员无氧代谢能力为主。     

递增负重蹲跳与提踵时小腿三头肌表面肌电图信号比较

目的:通过对男大学生小腿三头肌在递增负重提踵和蹲跳动作时表面肌电(sEMG)信号的分析,探讨动作形式与神经肌肉活动方式之间的联系。方法:男大学生在不负重和30%、60%、80%、100%最大力量(1RM)负重下分别进行一次提踵和蹲跳动作,同时记录腓肠肌内侧头(GM)、外侧头(GL)和比目鱼肌(SO)向心收缩阶段的sEMG信号,比较各等级负重条件下两种动作运动时iEMG、MF和MPF等肌电指标的变化。结果:在进行负重提踵时,随着重量增加,GM、GL和SO表面肌电的iEMG均显著增加,但MF和MPF在不同负重等级完成动作时的差异不显著;在进行负重蹲跳时,各肌肉表面肌电信号的iEMG、MF和MPF在各级负重之间具有显著差异,其数值与重量的增加具有线性关系;在不负重提踵时各肌肉的iEMG值与蹲跳差异不显著,但大负重后显著高于蹲跳;MF和MPF值在不负重提踵时显著高于蹲跳,负重后其差异基本不显著。结论:在递增负重提踵和蹲跳动作时,小腿三头肌向心收缩阶段的sEMG信号表现存在差异,其所反映的神经肌肉控制方式不同,提示所完成动作的动力学特性如速度、多关节链等,可能会影响运动单位募集的方式。     

等长负荷诱发腰部脊竖肌疲劳时sEMG的变化

本研究探讨了等长负荷诱发腰部脊竖肌疲劳过程中 s EMG信号的时、频指标变化规律和特点。研究发现 :时域指标在肌肉疲劳过程变化的特异性较差 ,而频域指标的特异性较好 ,且其时间序列曲线的斜率与等长负荷持续时间呈明显统计相关。研究结果表明 ,s EMG频域指标时间序列曲线的斜率是评价腰部脊竖肌功能的较好指标     

主动肌和拮抗肌功能转变瞬间的肌电平均功率频率变化

目的:通过对主动肌和拮抗肌功能转变瞬间肌电平均功率频率的观察,探讨中枢控制因素在决定MPF变化中的独立性作用.方法:10名健康男性志愿者在完成60%MVC强度的疲劳性等长屈肘运动负荷试验后,瞬间转变肌肉工作性质,完成60%MVC强度的疲劳性等长伸肘运动,分别记录肱二头肌和肱三头肌的sEMG信号,观察两次疲劳试验以及瞬间转变过程中肌电MPF等sENG指标变化.结果:等长屈肘和等长伸肘快速转变的瞬间,主动肌和拮抗肌MPF等各项sEMG信号分析指标均发生了显著性改变,表现出明显的跃变现象;无论是转变之前,还是转变之后的等长疲劳试验过程中,主动肌与拮抗肌的MPF、C(n)和%DEF均表现出类似的变化规律,而拮抗肌AEMG则维持相对恒定.结论:中枢运动控制是导致疲劳过程中MPF单调递减变化的独立性作用因素,其可能的作用机制是CNS将主动肌与拮抗肌作为一组控制肌群实施同步控制.     

等速运动负荷诱发肱二头肌疲劳过程中sEMG信号变化

本研究的目的在于观察动态等速运动诱发肱二头肌疲劳过程中 s EMG信号时频分析指标的动态变化规律 ,确定能够较好地运用于动态肌肉功能评价的 s EMG指标。研究结果表明 ,动态运动过程中时域分析指标 i EMG和 RMS的变化较小且与负荷持续时间无明显线性相关 ;频域分析指标 MPF和 MF变化较大 ,但是只有 MPF的变化与负荷持续时间呈明显线性相关 ;MPF时间序列曲线下降斜率与肌肉的总作功量之间明显相关 ,可作为评价肌肉动态负荷水平的生理学指标     

等长负荷诱发肱二头肌疲劳过程中sEMG信号变化

本研究比较了等长负荷诱发肱二头肌疲劳过程中正MG信号时域和频域指标变化的特异性、有效性和可靠性。研究发现：(1)频域指标在肌肉疲劳过程中均呈明显的直线递减型变化,而时域指标的变化则有较大的变异;(2)频域指标时间序列曲线的斜率不受受试者皮下脂肪厚度和肢体围度的影响,而时域指标则易受影响;(3)频域指标时间序列曲线的斜率与负荷持续时间明显相关,而时域指标的相关不明显。研究结果表明sEMG频域指标反映肌肉疲劳的效果优于时域指标。     

间断递增负荷条件下肌肉活动的力-电关系

目的：探讨非疲劳状态下肱二头肌在静态间断性递增负荷下sEMG信号的线性扣非线性指标变化规律；方法：记录19名被试肱二头肌在10％、20％、40％、60％、80％MVC负荷水平下sEMG信号，分析线性时、频指标AEMG、MPF、MF和非线性指标C（N）、DET％的变化规律；研究结果：在负荷水平从10％上升到80％MVC过程中，线性分析指标AEMG、MPF和MF均呈单调递增性改变。非线性分析指标DET％呈单调递减性改变，C（N）基本保持稳定；结论：以上sEMG信号变化的原因可能与递增负荷运动过程中Ⅱ型肌纤维募集比例和数量的增加有关。     

Muscle oxygenation and EMG activity during isometric exercise in children

The aim of this study was to examine the time-course of and the relationships between muscle oxygenation, blood volume and myoelectrical manifestations during isometric exercise in children. Twelve healthy children aged 12.5 +/- 1.2 years (mean +/- s) performed an isometric knee extension at 50% of their maximal voluntary contraction (MVC) until exhaustion to assess endurance time (limit time, T(lim)). Changes in muscle oxygenation and blood volume were assessed by near infrared spectroscopy (NIRS). The root mean square (RMS) amplitude and the mean power frequency (MPF) from electromyogram (EMG) signals were obtained, as NIRS parameters, from the vastus lateralis. Mean T(lim) was 117 +/- 34 s. The muscle oxygenation and blood volume curves decreased immediately at the beginning of exercise. Maximal deoxygenation occurred at 50% T(lim), and fell by 76.9% from the resting value. Similarly, minimal blood volume was observed at 50% T(lim); it reached a plateau that lasted until the end of exercise. The kinetics of the MPF and RMS curves were inversely related to time. At the last set of exercises (after 75% T(lim)), a steeper RMS curve and an abrupt decrease in the MPF curve were observed. Significant correlations (r) between muscle oxygenation, blood volume, root mean square amplitude and mean power frequency were observed, which ranged from 0.72 to 0.99. These findings suggest that the fatigue resulting from sustained isometric exercise is related to a decrease in oxygenation and blood volume.     

不同形式肌肉收缩时肌电参数变化特征及机制

研究目的：探讨动力性与静力性肌肉收缩时EMG各参数的变化特征及疲劳时各指标的差异,比较不同项目运动员肌肉收缩特征对EMG参数的影响及与该项目的关系。研究方法：27名受试者分为两组,第一组为赛艇运动员（组一）,第二组为田径爆发性力量项目（跳跃、短跑）专选运动员（组二）。受试者以2／3Mvc做静力性持续等长收缩,动力性持续肌肉收缩则采用本人的MVC,同时记录EMG信号,分析IEMG、E／T值和MF。研究结果：持续静力性肌肉收缩时,随疲劳的发展赛艇运动员与田径运动员IEMG、E／T值均显著升高。但赛艇运动员从运动开始至80％时段一直保持平稳,此后迅速上升。静力性收缩时两组运动员随疲劳发展MF从高频向低频转移,但田径运动员频率下降速率要快于赛艇运动员。结论：赛艇运动训练促使大脑皮层动员运动单位工作更具有时间耐久性。快速、爆发式运动使疲劳时大脑皮层兴奋性下降更快,肌肉更易于疲劳。     

Muscle oxygenation and EMG activity during isometric exercise in children

Abstract

The aim of this study was to examine the time-course of and the relationships between muscle oxygenation, blood volume and myoelectrical manifestations during isometric exercise in children. Twelve healthy children aged 12.5 ± 1.2 years (mean ± s) performed an isometric knee extension at 50% of their maximal voluntary contraction (MVC) until exhaustion to assess endurance time (limit time, T _lim). Changes in muscle oxygenation and blood volume were assessed by near infrared spectroscopy (NIRS). The root mean square (RMS) amplitude and the mean power frequency (MPF) from electromyogram (EMG) signals were obtained, as NIRS parameters, from the vastus lateralis. Mean T _lim was 117 ± 34 s. The muscle oxygenation and blood volume curves decreased immediately at the beginning of exercise. Maximal deoxygenation occurred at 50% T _lim, and fell by 76.9% from the resting value. Similarly, minimal blood volume was observed at 50% T _lim; it reached a plateau that lasted until the end of exercise. The kinetics of the MPF and RMS curves were inversely related to time. At the last set of exercises (after 75% T _lim), a steeper RMS curve and an abrupt decrease in the MPF curve were observed. Significant correlations (r) between muscle oxygenation, blood volume, root mean square amplitude and mean power frequency were observed, which ranged from 0.72 to 0.99. These findings suggest that the fatigue resulting from sustained isometric exercise is related to a decrease in oxygenation and blood volume.