表面肌電技術在運動性肌肉疲勞中的應用

摘要：

表面肌電圖是在肌肉表面，通過電極引導記錄下來的神經(jīng)肌肉系統(tǒng)活動的生物電信號，隨著肌肉運動時產(chǎn)生微小的生物電變化，表面肌電圖的指標均會發(fā)生相應的變化。機體疲勞的外在表現(xiàn)與神經(jīng)內(nèi)在電改變緊密相關，針灸推拿對運動疲勞具有緩解作用，可以促進肌肉疲勞的恢復，有助于建立科學的訓練方法。

關鍵詞：表面肌電；運動疲勞；針灸；推拿

【中圖分類號】

R453 【文獻標識碼】B 【文章編號】1002-3763（2014）08-0041-01

表面肌電（surface electromyographic，sEMG））圖，也稱動態(tài)肌電圖，是從皮膚表面通過電極引導，記錄下來的神經(jīng)肌肉系統(tǒng)活動的生物電信號。在目標肌肉表面放置電極， 采集肌肉活動/動作（等張、等長、等速）時的肌電信號，定量和定性分析神經(jīng)肌肉功能， 并可推測神經(jīng)肌肉的病變特性。目前表面肌電圖主要適用于康復醫(yī)學中功能及療效的評價與治療和體育運動中疲勞相關的肌肉力學分析。表面肌電圖作為一種無創(chuàng)的檢測方法，在運動性肌肉疲勞研究中發(fā)揮重要作用，對運動疲勞的判定也有著重要的實用價值。

1 運動疲勞

運動疲勞是生理疲勞（physical fatigue）和精神疲勞（mental fatigue）的綜合表現(xiàn)。目前運動性疲勞的發(fā)生機制具有多種學說解釋，這些學說都多與神經(jīng)系統(tǒng)有關。人體的任何行為都是受神經(jīng)系統(tǒng)所支配，疲勞的外在表現(xiàn)同神經(jīng)內(nèi)在電變化是密切相關的。

中醫(yī)并沒有明確運動疲勞的定義，但是從古代就早有對疲勞的認識，并且認識到運動是引起疲勞的一個主要原因。中醫(yī)認為，過度運動所導致的疲勞，極易于損傷人的氣血?！端貑枴づe痛論》曰：“勞則氣耗……勞則喘息汗出，外內(nèi)皆越，故氣耗矣?！?sup>[1]孫思邈《千金要方》中五勞即有一為疲勞：“五勞者，一曰志勞，二曰思勞，三曰憂勞，四曰心勞，五曰疲勞?！?sup>[2]自20世紀七、八十年代起，對運動疲勞開始進行系統(tǒng)研究，在1982年美國波士頓第5屆國際運動生物化學學術會議上，提出了新的疲勞定義：機體生理過程不能持續(xù)其機能在特定水平上進行，或不能維持預定的運動強度。

2 表面肌電技術

2.1 表面肌電發(fā)展：

表面肌電信號是通過電極引導、放大、顯示和記錄下來的從人體骨骼肌表面獲得的神經(jīng)肌肉系統(tǒng)活動時的生物電信號^[3]。在17世紀60年代，法朗西斯科·瑞迪發(fā)現(xiàn)了肌肉能產(chǎn)生電活動，這是早期的肌電研究。一直到20世紀前，由于設備與技術的限制，對于肌電研究并不多。20世紀以后，隨著科技的進步，表面肌電技術得到進一步的研究進展。

2.2 表面肌電信號的分析指標

2.2.1 時間域分析：

時間域分析是指可以在時間維度上反映肌電曲線變化特征的評價指標。 時間域包括積分肌電（iEMG）、均方根（RMS）、平均振幅（MA）等，其中iEMG是肌肉電信號在整流濾波求單位時間內(nèi)曲線下面積的總和?？梢苑从臣‰娦盘栯S時間進行的強弱變化，是疲勞評價的重要手段^[4]。

2.2.2 頻率域分析：

頻率域包括平均功率頻率（MPF）、中心頻率（CF）及中位頻率（MF）等，主要的分析方法是對sEMG信號進行快速傅立葉因地轉(zhuǎn)換（FFT），從而獲得sEMG信號的頻譜。一般情況下，無論是動態(tài)還是靜態(tài)運動，隨著運動疲勞的產(chǎn)生，sEMG的FFT曲線可以發(fā)生不同程度的左移現(xiàn)象，并且導致反映頻譜曲線特征的MPF和MF產(chǎn)生相應的下降^[3]。

2.2.3 小波分析：

小波分析法是將時間域和頻率域結合起來分析的一種非線性分析方法，具有可變的時間域和頻率域的分析窗口，為信號的實時處理提供了一條可靠的途徑。小波分析可以實現(xiàn)信號的時變譜分析，是表面肌電信號分析的有力工具。

2.3 表面肌電應用：

sEMG在分析肌肉的功能狀態(tài)中廣泛應用，分析研究肌肉損傷病變、肌肉收縮速度、肌肉間協(xié)調(diào)性以及肌纖維成分等。疲勞程度的判斷一般可以通過自身的感覺以及外部表現(xiàn)來確定。sEMG評價肌肉疲勞則可以成為科學而有效的依據(jù)。sEMG對肌肉疲勞的測定，在體育科研與康復醫(yī)學中有著重要的意義。sEMG信號會隨著運動性肌肉疲勞的產(chǎn)生而產(chǎn)生相應的變化。楊春紅^[5]運用線性和非線性分析方法對肱二頭肌運動進行監(jiān)測，分析不同強度等長收縮誘發(fā)局部肌肉疲勞及恢復過程中表面肌電信號特征的變化規(guī)律。實驗結果顯示，sEMG信號在線性和非線性特征指標在不同強度等長負荷誘發(fā)局部肌肉疲勞的過程中均表現(xiàn)出良好的規(guī)律性。即隨著局部肌肉疲勞的發(fā)展，sEMG信號的隨機性程度下降，周期性逐漸增強。疲勞過程中肌電信號AEMG、MPF、C（n）和%DET的變化具有良好的規(guī)律性，而在恢復期第2秒肌電信號AEMG、MPF、C（n）和%DET與肌肉收縮至力竭時相比顯著得到恢復。除了AEMG，其余指標在前10秒恢復很快，隨后恢復速度變慢。恢復初期sEMG信號特征的快速變化提示中樞控制因素可能發(fā)揮更大的作用。

3 中醫(yī)相關調(diào)節(jié)方法

3.1 中醫(yī)針灸：

針灸對于運動性疲勞有顯著的效果。針刺以經(jīng)絡學說為理論論據(jù)。經(jīng)絡是人體運行氣血、聯(lián)絡臟腑的通路。而穴位是這些通路上特殊的“點”。針灸通過刺激穴位，疏通經(jīng)氣，調(diào)節(jié)臟腑氣血，增強機體的免疫力，促進機體功能恢復正常。針灸治療的特點是效果明顯，并且沒有副作用。邢方印^[6]利用小波分析將表面肌電進行時間和頻率的局域變換，同時結合心率的改變，在研究中發(fā)現(xiàn)，針刺具有緩解下肢運動肌肉疲勞的作用，針刺局部穴位可以改善腓腸肌收縮功能，促進腓腸肌疲勞的緩解。另有學者通過觀察針刺俠白穴對雙側(cè)肱二頭肌上的表面肌電指標與肌肉疲勞的變化，實驗顯示針刺組的MF和MPF值比對照組明顯提高，得出針灸對緩解肌肉疲勞有效的結論^[7]。

3.2 中醫(yī)推拿：

中醫(yī)推拿是解除肌肉緊張與痙攣的有效方法，推拿是一種良好的物理刺激，可以引起局部生理、生化變化，并通過神經(jīng)反射和神經(jīng)體液調(diào)節(jié)來影響各個器官系統(tǒng)的功能，從而糾正運動功能失調(diào)，消除疲勞，提高運動能力。推拿可以針對運動性疲勞所發(fā)生部位的不同，采取不同的手法對身體進行放松。推拿不但可以直接放松肌肉，同時可以解除引起肌肉緊張的原因，它能夠有效消除精神緊張、肌肉僵硬以及局部疲勞，促使靜脈血液回流，減輕心臟負擔，清除血乳酸，加速機體恢復。合理的按摩能夠有效地減輕運動后肌肉酸痛的感覺，按摩部位也應根據(jù)運動的專項特點和疲勞程度而定。一般是按摩運動負荷量大的部位。推拿按摩可使肌肉纖維被動活動，使被牽拉的肌肉放松，消除疲勞，由于肌肉毛細血管擴張與后備毛細血管開放致血液循環(huán)加快，使肌肉需要的氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)得到及時的補充，提高神經(jīng)、肌肉及器官的活性，并可以促進乳酸等代謝產(chǎn)物的吸收和排泄，因而可以起到提高工作效率和消除疲勞的作用。劉強^[8]利用表面肌電技術來評價中醫(yī)推拿對拳擊運動員專項訓練后上肢肌肉疲勞后的恢復效果，經(jīng)實驗證實，平均功率頻率（MPF）降低，所以MPF可以作為中醫(yī)手法推拿對肌肉疲勞后恢復效果的評價指標。王念宏^[9]在臨床上通過對患者進行推拿治療發(fā)現(xiàn)，患者股四頭肌的激活水平較對照組明顯升高，中位頻率和積分肌電水平較對照組升高，推拿組肌力及抗疲勞水平較對照組明顯增加，也初步驗證了推拿可以有效緩解骨骼肌的疲勞，促進肌力恢復。

4 結論

表面肌電圖監(jiān)測是安全、易掌握、非侵入性記錄肌電的一種量化方法。在控制良好的條件下，表面肌電信號活動的變化能夠在較大程度上反映肌肉活動的局部疲勞程度。無論是動態(tài)運動還是靜態(tài)運動，一般來說，伴隨運動性疲勞的發(fā)生與發(fā)展，sEMG的時域值在運動至疲勞過程中，總體趨勢是上升的，并且sEMG的頻域頻譜曲線可以發(fā)生不同程度的左移，其中相關肌電指標MF與MPF會隨之降低。針灸推拿療法對運動疲勞具有緩解作用。通過監(jiān)測運動員運動時的表面肌電信號，能夠反映出肌肉的疲勞與興奮程度，利用針灸推拿療法對運動疲勞具有的緩解作用，有助于建立科學的訓練方法。

參考文獻

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