速度攀岩运动员肌肉疲劳的表面肌电信号分析方法

实验表明,速度攀岩运动是非周期性运动,攀岩运动员在速度攀岩的每趟或同一趟的不同时段,他的表面肌电信号都有较大的变化,是显著的非稳定信号。所以,运用表面肌电信号分析速度攀岩运动员的肌肉疲劳问题存在着一定的困难:不能用传统的频阈分析方法去评价相关肌肉的疲劳问题,而只有运用非线性信号分析方法才能较好解决这一问题,然而sEMG非线性信号分析的应用尚属初期探索阶段,有待科研工作者的深入研究。     

运动性肌肉疲劳的表面肌电非线性信号特征

研究目的在于探讨不同强度等长运动诱发肌肉疲劳过程中s EMG非线性信号变化特征及其与肌肉运动耐力的关系。10名青年大学生志愿者参加本次实验。采用4 0 %、6 0 %和80 %MVC强度的等长运动试验诱发肱二头肌疲劳,同步采集该肌肉s EMG信号并进行非线性C(n)和% DET和线性MPF分析。研究发现1)肌肉疲劳过程中s EMG信号的MPF和C(n)呈单调递减型变化,而% DET呈单调递增型变化;2 )不同强度运动负荷诱发肌肉疲劳过程中MPF、C(n)和% DET变化率具有明显的运动强度依赖性并与肌肉耐力运动成绩高度相关;3)以% DET变化率反映运动性肌肉疲劳的敏感度明显高于MPF和C(n)。     

力量训练负荷和肌肉疲劳对表面肌电非线性参数的双重调节

目的：研究力量训练负荷和肌肉疲劳对表面肌电信号非线性参数的作用规律,探索精准力量训练中对肌力、肌肉做功和疲劳因素敏感的非线性指标。方法：6名受试者在非疲劳和疲劳状态下分别完成徒手至90%最大负荷共7个负重水平的下蹲起动作,采集股四头肌的表面肌电、足底压力和膝关节角数据,提取表面肌电非线性参数分形维、多尺度熵、科尔莫戈诺夫熵、LZ复杂度,由足底压力和膝关节角计算膝关节力矩,对疲劳前后负重蹲起动作过程的肌电参数和膝关节力矩进行回归分析。结果：无论肌肉是否处于疲劳状态,表面肌电的非线性参数均随负重水平增加而增大,但同等负重水平下,肌肉疲劳导致参数降低。其中,科尔莫戈诺夫熵的线性增长性最显著,而分形维的数值稳定性最高,其峰值出现在60%～75%最大负重。结论：1）骨骼肌系统的复杂度受到肌肉疲劳和肌肉收缩的共同作用,在运用表面肌电非线性参数评价肌肉疲劳时,应消除肌力或关节力矩的影响;2）表面肌电分形维能较好地反映肌肉做功能力,更全面地评估肌肉工作状态,可以作为精准化快速力量训练及肌肉伤病康复治疗的评价指标。     

运动性肌肉疲劳过程中主动肌与拮抗肌sEMG相干性分析

目的:通过静态疲劳负荷实验过程中主动肌与拮抗肌sEMG的相干性分析探索运动性肌肉疲劳过程中中枢神经系统对主动肌与拮抗肌共神经输入(common neural inputs)同步支配的变化特征。方法:以10名健康男性青年志愿者为研究对象,记录受试者以50%MVC负荷强度静态屈肘运动诱发肌肉疲劳过程中主动肌肱二头肌与拮抗肌肱三头肌的sEMG,为考查疲劳因素对相干性分析结果的影响作用,对记录的sEMG按运动持续时间平均分为两段,分别对两段sEMG进行相干性分析处理。结果:在疲劳负荷实验过程中,肱二头肌与肱三头肌MF指标随运动持续时间表现出显著性的单调递减变化趋势。从相干性分析结果看,在beta频段和gamma频段内,运动后半段肱二头肌与肱三头肌sEMG相干函数值要明显小于运动前半段,而tremor频段内无显著性差异。结论:在50%MVC静态负荷屈肘运动致肌肉疲劳过程中,随着负荷运动持续时间的增加,中枢神经系统对主动肌肱二头肌与拮抗肌肱三头肌共神经输入同步支配下降,这可能是由于主动肌与拮抗肌脊髓运动神经元兴奋性及运动皮层对脊髓运动神经元激活能力随疲劳发展的下降不同步性及为维持既定的收缩负荷,中枢神经系统对主动肌与拮抗肌运动单位的募集策略采取不同的调节方式造成的。     

肌肉疲劳的表面肌电信号特征研究与展望

肌肉疲劳通常是指肌肉运动系统最大作功能力或者最大收缩能力的暂时下降,sEMG信号可以在一定程度上反映肌肉收缩功能的变化,其检测具有非损伤性、实际性、多靶点测量等优点。多年来,应用sEMG信号分析评价肌肉疲劳的应用性研究主要集中在线性的时、频分析两个领域,主要的研究包括肌肉活动和肌肉疲劳的sEMG信号维数、复杂度、熵变化规律和特点等,认为肌肉疲劳至少存在两类作用机制,即外周机制和中枢机制。     

运动性肌肉疲劳的表面肌电信号特征研究

肌肉疲劳通常是指肌肉运动系统最大作功能力或者最大收缩能力的暂时下降,表面肌电图信号可以在一定程度上反映肌肉收缩功能的变化,其检测具有非损伤性、实际性、多靶点测量等优点.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.     

表面肌电信号分析及其应用研究

表面肌电信号是皮肤表面记录下来的神经肌肉系统活动时的生物电信号 ,其时频特征及非线性动力学特征对该系统活动水平和状态有敏感依赖性 ,故可作为神经肌肉功能评价的有效方法。本文着重就肌电信号的分析方法及其应用现状进行简要回顾并分析探讨。     

最大等长收缩过程中及恢复期表面肌电信号的变化

为了了解sEMG信号在运动诱发的疲劳恢复期内的规律,本研究以肱二头肌持续最大收缩至肌力下降到初始值的50%以及恢复期120秒内不同时刻获得的sEMG信号为研究对象,采用线性和非线性分析方法(FFT和RQA)计算出AEMG、MF和Determ%这些指标以及肌力(MVC)的变化情况。结果发现,在等长收缩过程中,AEMG迅速增加然后呈线性递减,MF从收缩的一开始一直呈现出线性下降的变化模式,而Determ%除了第1个值显著大于第2个外,其余表现出线性递增的变化模式。在恢复期内,AEMG的变化没有明显的规律性,MF随着和Determ%均表现出良好的恢复趋势。MF和Determ%为半时恢复期为12.9和5.2秒,显著低于MVC的19.2秒。在恢复期内没有出现在等长收缩过程中的第1段信号的Determ%大于第2段信号的情形。研究提示,sEMG信号可能更主要受CNS对肌肉控制策略的影响,Determ%的变化可能揭示包含肌肉功能状态的生物学信息。     

基于表面肌电信号高通滤波处理后对指屈肌肌力估算的研究

目的:观察对指屈肌原始肌电信号采用不同形式滤波后精确地估算指屈肌肌力的效果.方法:以18名健康受试者为研究对象,令其指屈肌进行不同形式的等长收缩,将肌肉力量大小表示为最大力量的百分比(％MVC).采用多种肌电处理方法对指屈肌的表面肌电信号进行处理.其中,采用逐渐递增的高通截止频率(20～480 Hz,每阶20 Hz,共24个)进行1阶和6阶高通滤波,经过高通滤波后的信号再进行低通滤波提取包络(1.0～4.0 Hz,每阶0.1Hz,共31个),观察不同的处理方法对基于用表面肌电信号精确估算指屈肌力量的效果.结果:数据表明,去除原始表面肌电信号功率成分的90％～95％后,使得对指屈肌肌力的估算显著增加.结论:表明肌电信号中的较窄一段高频带成分可能与力量预测有关,同时,也从指屈肌的研究角度支持了以前学者的研究.     

浮刺法对股四头肌运动性疲劳表面肌电信号的影响

在客观评价肌肉功能的基础上,探讨不同针刺方法对股四头肌运动性疲劳的影响。利用表面肌电仪记录右侧股四头肌伸膝运动的动态表面肌电信号（sEMG）,并提取积分肌电值（iEMG）、中位频率（MF）。股四头肌伸膝运动sEMG原始图像显示：静息状态时,肌电信号振幅波动小,频率缓慢;运动性疲劳时,肌电信号振幅波动增大,频率加快;治疗后,浮刺组与直刺组的肌电信号振幅波动减小,频率减慢;而对照组未有明显变化。发生运动性疲劳时,iEMG值升高,MF值降低。浮刺治疗后,浮刺组股四头肌伸膝运动iEMG值较疲劳时降低,MF值较疲劳时上升。研究表明,sEMG可以作为局部肌肉运动性疲劳以及恢复效果的评价手段;针刺具有抗运动性疲劳作用;在股四头肌运动性疲劳恢复效果上浮刺优于直刺,可能与改善肌肉电生理有关。     

运动中肌肉氧含量下降与肌肉疲劳的关系

肌肉的强烈收缩将导致疲劳，肌肉在疲劳状态下工作能力下降，并容易导致损伤，因而能否有效评价疲劳对监控运动负荷以及避免肌肉损伤具有重要意义。肌电指标是传统的评定肌肉疲劳的方法，在训练状态下不易获得，近红外光谱技术是一种无损的可以遥测组织氧含量的方法，由于氧含量下降可能与肌肉疲劳的发生相关，因而监测肌氧含量的下降程度可能是评定肌肉疲劳的新方法。     

年龄与性别因素对运动性肌肉疲劳的影响

运动性肌肉疲劳表现为肌肉不能维持原有的输出功率,从而使运动能力下降。运动性肌肉疲劳是影响运动强度和量的重要因素,探讨年龄与性别因素对运动性肌肉疲劳的影响,为运动训练及运动健身人群进行体育运动提供一定的指导。     

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。     

静态运动负荷诱发局部肌肉疲劳和恢复过程中sEMG信号复杂度变化规律

应用非线性动力学的方法，研究最大和60％MVC强度肱二头肌静态疲劳负荷及其恢复期表面肌电信号复杂度变化规律，探讨肌肉疲劳过程中sEMG信号变化的可能原因和机制。结论：sEMG信号Lempel—Ziv复杂度反映了神经活动策略和神经肌肉功能状态的变化。运动负荷诱发肱二头肌静态疲劳过程中sEMG信号复杂度随运动负荷时间延长而减小，恢复期sEMG信号复杂度和MVC均随恢复时间的延长以相似的模式快速恢复，提示，sEMG信号复杂度可以用于肌肉功能状态恢复的评价。     

电刺激诱发胫骨前肌疲劳过程中诱发肌电图的变化特征

目的：揭示肌肉疲劳时神经肌肉系统兴奋性的变化规律。方法：以10名健康男子为对象，采用随意性最大的肌肉收缩(V组)和电刺激诱发肌肉收缩(E组)的两种运动形式，对足关节背屈运动过程中的胫骨前肌疲劳前后表面肌电图(sEMG)和诱发肌电图(eEMG)的变化进行比较分析。结果：(1)V组和E组的sEMG的积分值和平均频率均出现了降低的趋势，而且E组的变化较为明显；(2)E组Mmax在肌力下降之前，就出现了明显低下的现象；(3)V组和E组的H／Mmax在肌肉疲劳发生后均出现了低下现象。结论：肌纤维活动电位的异常、神经肌肉接头部传导不全、脊髓运动神经元兴奋性低下等因素的共同作用，是导致肌肉疲劳发生的重要原因。但由于肌肉收缩方式不同而上述变化并不完全一致。     

Tribute to Dr Jacques Rogge: muscle activity and fatigue during hiking in Olympic dinghy sailing

‘A tribute to Dr J. Rogge’ aims to systematically review muscle activity and muscle fatigue during sustained submaximal quasi-isometric knee extension exercise (hiking) related to Olympic dinghy sailing as a tribute to Dr Rogge’s merits in the world of sports. Dr Jacques Rogge is not only the former President of the International Olympic Committee, he was also an orthopaedic surgeon and a keen sailor, competing at three Olympic Games. In 1972, in fulfilment of the requirements for the degree of Master in Sports Medicine, he was the first who studied a sailors’ muscle activity by means of invasive needle electromyography (EMG) during a specific sailing technique (hiking) on a self-constructed sailing ergometer. Hiking is a bilateral and multi-joint submaximal quasi-isometric movement which dinghy sailors use to optimize boat speed and to prevent the boat from capsizing. Large stresses are generated in the anterior muscles that cross the knee and hip joint, mainly employing the quadriceps at an intensity of 30–40% maximal voluntary contraction (MVC), sometimes exceeding 100% MVC. Better sailing level is partially determined by a lower rate of neuromuscular fatigue during hiking and for ≈60% predicted by a higher maximal isometric quadriceps strength. Although useful in exercise testing, prediction of hiking endurance capacity based on the changes in surface EMG in thigh and trunk muscles during a hiking maintenance task is not reliable. This could probably be explained by the varying exercise intensity and joint angles, and the great number of muscles and joints involved in hiking.

Highlights

• Dr Jacques Rogge, former president of the International Olympic Committee and Olympic Finn sailor, was the first to study muscle activity during sailing using invasive needle EMG to obtain his Master degree in Sports Medicine at the Ghent University.

• Hiking is a critical bilateral and multi-joint movement during dinghy racing, accounting for >60% of the total upwind leg time. Hiking generates large stresses in the anterior muscles that cross the knee and hip joint.

• Hiking is considered as a quasi-isometric bilateral knee extension exercise. Muscle activity measurements during sailing, recorded by means of EMG, show a mean contraction intensity of 30-40% maximal voluntary contraction with peaks exceeding 100%.

• Hiking performance is strongly related to the development of neuromuscular fatigue in the quadriceps muscle. Since maximal strength is an important determinant of neuromuscular fatigue during hiking, combined strength and endurance training should be incorporated in the training program of dinghy sailors.

     

不同形式肌肉运动疲劳前后肌电参数及脑电α指数的变化特征

为测定并分析不同运动能力受试者在动力和静力性运动时肌肉运动疲劳过程中肌电和脑电信号变化特征,将20名受试者分为两组,经常运动组(A组)10名,运动不足组 10名(B组).受试者进行动力性MVC持续肌肉收缩和1/3MVC静力性持续收缩两种运动,同步记录EMG和EEG信号.结果显示,MVC动力性运动时A组受试者平均MVC、RMS、IEMG显著性大于B组,MF则呈下降.随肌肉收缩持续IEMG变化形成一明显的转折点,但1/3MVC静力性运动时肌肉持续收缩时间短于MVC运动时间.不管是动力还是静力运动IEMG拐点与脑电α指数拐点发生在时间上一致.结论:IEMG形成的拐点可能成为肌肉疲劳的参照点.EEG所反映的中枢疲劳与EMG所反映的外周疲劳在生物电学变化上具有共性特征.     

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。