振動訓練緩解肌肉運動性疲勞的sEMG研究

谷茂恒，劉文峰，陶小平

(1.湖南安全技術職業學院體育組，中國長沙 410151;2.湖南師范大學體育學院，中國長沙 410012 ;3.國防科學技術大學，中國長沙 410000)

肌肉疲勞是肌肉在一段時間內持續收縮或反復收縮后不能繼續保持做功所需要的肌張力和肌肉收縮［1-3］.傳統上主要采用牽拉、按摩、理療、針灸、藥物等方法消除疲勞，減輕酸痛［4］，但對于局部肌肉疲勞的消除與緩解，這些方法效果各有不盡如意的方面，很多運動或日常生活需要運動員前臂重復做功，易疲勞，因此探索新的消除局部肌肉疲勞的方法具有非常重要的意義.

肌電圖(electromyography，EMG)常用來評定神經-肌肉系統的功能狀態.目前用于評價疲勞的肌電圖指標主要包括表面肌電圖(sEMG)信號線性分析中時域分析的振幅、肌電積分值(iEMG)、均方根值(RMS)和頻域分析的肌電功率譜、平均功率頻率(MPF)和中值頻率(MF)等，以及非線性動力學分析中的肌電復雜度、信息熵和Lyapunov 指數等.振動訓練作為一種全新的放松方法，操作簡便，可以量化，且無損傷及無負面影響，Waylonis［4］通過對20 名纖維組織肌痛患者進行振動訓練，發現完成全程振動訓練的受試者較中途退出者，更大程度地緩解了疼痛，運動能力大大地提高.本文旨在通過肌電檢測系統獲取上肢肌肉力量訓練前后以及振動放松后的肌電積分值(iEMG)、平均功率頻率(MPF)和中值頻率(MF)參數，分析其變化，同時用肌肉功能分析儀檢測肌肉的伸縮性、彈性和硬度，探討振動放松對局部肌肉疲勞恢復的影響，該研究對于運動訓練實踐具有指導性意義.

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

研究對象為12 名男子劃艇運動員，年齡23.0 ±1.7 歲，身高178.5 ±1.1 cm，體重73.1 ±6.8 kg;身體健康，上肢無損傷經歷，測試前2 天上肢未進行劇烈勞力性運動.

1.2 研究方法

1.2.1 實驗方案

(1)受試者被分為非利側手組(A)和利側手組(B).其中，A 組為研究組，B 組為比較組.分別測量被試者手持啞鈴時前臂屈肌屈90°時能承受的最大啞鈴負荷，選取低于最大啞鈴負荷1.5 kg 的強度開始，分別對非A 組、B 組受試者手進行同樣的力量訓練.力量訓練方法為手臂自然下垂，肘關節呈180°固定于膝關節，手持固定負荷啞鈴做重復腕部屈伸動作，屈90°作為進行手力量訓練的控制幅度，15 次/min 作為進行手力量訓練的控制頻率.屈伸動作變形即不符合規定動作標準作為肌肉疲勞的判斷標準［5］.

(2)力量訓練前后測試前臂具有代表性的掌長肌起止點近端1/3 處和遠端肌腱(做標記點)的物理性質(伸縮性、彈性、硬度)和握力，記錄掌長肌力量運動期間的肌電.

(3)力量訓練結束后，非利側手采用振動訓練儀進行放松，放松方法為受試者平躺于與振動訓練器振動臺相同高度的軟墊上，非利側手完全放松，手掌向上平放于振動臺上，采用30 Hz 頻率連續放松5 min.而以簡單牽拉的方式放松利側手.

(4)放松后用步驟(2)方法測量肌肉物理性質和握力.測量完畢后，重復10 次前述力量訓練動作，同樣記錄肌電圖變化.在相同的場地進行本實驗所有的測試，溫度和濕度條件基本相同.

1.2.2 測量方法

(1)通過MYOTON-3 肌肉功能分析儀獲取肌肉柔韌性、彈性、硬度指標.測量時，受試者安靜坐于無靠背座椅上，上身保持挺直，雙手放松呈180°平放于桌面上，使用肌肉功能分析儀連續測量肌肉狀態20 次，取其測量平均值.

(2)采用便攜式握力計測量手的握力.測量時，受試者自然直立，雙手自然下垂且不接觸身體其他部位，將握力計調整到適合手型的寬度，最大力握住手柄，記錄握力計讀數.

(3)采用MEGA-6000 測試系統記錄掌長肌肌電圖變化，先貼好電極.采用16 導肌電測試系統記錄肌肉力量訓練前10 次動作肌電，接近力竭時10 至20 次肌電，以及放松后完成同樣負荷同樣動作的10 次動作肌電變化.

1.2.3 數理統計 采用SPSS 16.0(SPSS Inc，Chicago，USA)軟件處理，測得的數據均采用平均數±標準差(ˉ±SD)表示，對同組同塊肌肉力量訓練前后以及振動放松后采用配對t 檢驗分析，非利側手組和利側手組之間采用單因素方差分析.

2 結果

由表1 可知，力量訓練后A 組和B 組握力都明顯下降(P ＜0.01).A 組振動放松后，握力明顯上升(P ＜0.01)，而B 組未進行振動放松，握力沒有明顯恢復(P ＞0.05).振動放松對兩組肌肉力量恢復影響差異顯著.

表1 練習前后、放松后受試者握力變化Tab.1 Subjects grip strength changes before and after exercise，after relaxation

由表2 可知，A 組進行振動放松后，肌電圖iEMG 明顯下降(P ＜0.01)，MF 和MPF 上升(P ＜0.05);而B 組未進行振動放松，3 個數據無明顯恢復(P ＞0.05).振動放松對兩組肌肉肌電圖iEMG 恢復的影響具有顯著差異(P ＜0.05)，而對MF 和MPF 的影響無顯著性(P ＞0.05).

表2 練習前后及放松后受試者肌肉iEMG，MF，MPF 變化Tab.2 Subjects iEMG，MF，MPF changes before and after exercise，after relaxation

由表3，4 可知，非利側手振動放松后，肌肉肌腹伸縮性、彈性、硬度均未發生顯著性變化(P ＞0.05);肌腱的硬度、伸縮性有顯著變化(P ＜0.05)，彈性仍無顯著性變化(P ＞0.05).利側手常規放松后，肌肉肌腹、肌腱伸縮性、彈性、硬度均無顯著性變化(P ＞0.05).

表3 練習前后、放松后受試者肌肉肌腹物理性質的變化Tab.3 Physical properties changes of subjects muscle belly muscles before and after exercise，after relaxation

前臂屈臂力量訓練的方案結束后，肌肉力量下降，iEMG，MF 和MPF 3 個肌電指標達到了運動性疲勞的肌電圖特征，表明肌肉運動性疲勞模型成功構建;振動放松后非利側手組的握力、肌電和肌腱物理性質指標都發生了較為明顯的恢復，而常規放松的利側手組并無明顯變化，表明振動放松能使肌肉疲勞緩解.

表4 練習前后、放松后受試者肌肉肌腱物理性質的變化Tab.4 Physical properties change of subjects muscle tendon before and after exercise，after relaxation

3 討論與分析

3.1 肌肉疲勞時肌力、物理性能和iEMG 的變化

疲勞運動后，肌肉力量下降，肌電圖iEMG 升高，表明肌肉在做功過程中不斷募集更多的運動單位共同參與做功;MF 和MPF 降低，肌電圖功率朝著低頻方向移動;在中樞機制研究方面，Salgal 等［6］采用MRI 成像技術研究表明，肌肉運動做功過程中，反映大腦皮層活動的激活像素(activated pixels，AP)增加，它們釋放更多的神經沖動用來彌補下降的肌肉力量，如果出現中樞疲勞，則AP-time 曲線會在平臺期后，當然肌肉不同疲勞程度時AP 增加的區域會出現不同程度的疊加.Moritani 和Person［7-8］研究認為，小功率做功的過程是提高募集肌肉運動單位數量，而功率大于50%MVC 的做功過程是提升肌肉運動單位發放動作電位同步性，進而改變sEMG 的幅度和激活sEMG 的活動性.Deluca［9］研究表明，不同類型的肌肉在進行最大功率的自愿做功時常常會出現肌肉運動單位發放動作電位的頻率減少，同時肌肉運動單位發放動作電位同步性降低，繼而降低肌肉sEMG 頻譜頻率，這種現象出現的主要原因是高頻率組分的消失.Vestergard-Poulsen［10］的研究結果與Laurent［11］的研究結果顯示，肌肉內環境pH 值與做功肌肉iEMG 特征參數存在關聯性，但沒有足夠的證據解釋兩者之間存在前因后果的聯系.除了肌肉內環境的pH 值和乳酸(Bla)堆積因素外，疲勞肌肉表面肌電特征參數的變化也會同疲勞肌肉的乳酸，肌肉氧含量等密切相關.王國祥［12］采用了不同運動強度(30%和50%MVC)肘關節等速運動方式，用iEMG 和NIRS 技術觀察兩種運動強度下的肱二頭、肱三頭肌的iEMG 特征參數變化與肌氧含量的關系，研究數據顯示，兩肌肉運動過程中表面肌電圖積分肌電值逐漸增加伴隨著肌氧含量逐步減少.

表4 表明，肌肉物理性質的上述變化與本實驗中握力和肌電圖中iEMG，MF，MPF 變化一致.肌肉功能分析儀作為一種新型檢測肌肉狀態的手段，可以靈敏地反映肌肉疲勞狀態，且簡單、及時和有效.

3.2 肌肉疲勞恢復過程中的振動放松與肌肉物理性能、肌電圖和力量關系

表3 和表4 表明振動放松后非利側手組的握力、肌電和肌腱物理性質指標都發生了較為明顯的恢復，而常規放松的利側手組則并無明顯變化.說明振動放松能使肌肉疲勞的緩解更快，繼而使肌肉功能恢復加快.振動也能使肌肉血液循環得到改善，局部血液流動增多，使營養物質運輸加快，繼而會改變血液、淋巴液流變性，同時也會改變血液組成成分，有助于靜脈回流，擴大周圍血管直徑，減少循環阻力，使心臟負擔下降，進而降低血壓;同時也有利于消腫.另一方面，會使營養物質、能源、氧成分等有利物質迅速運輸到做功肌肉肌細胞，及時快速帶出做功肌肉廢物，使內環境盡量平衡，進而延緩疲勞發生.陳偉婷等［13］提取做功肌肉sEMG特征參數中近似熵指標，研究振動力量運動過程中近似熵變化，結果認為振動力量運動有利于延緩疲勞.在臨床治療中，有興奮過強患者采用振動物理治療改善興奮抑制交互節奏而舒適地進入睡眠［14］.振動放松對神經末梢的間接作用也促進了疲勞肌肉的恢復.

本文實驗表明，肌腱的物理性質作為評價肌肉振動放松后疲勞恢復情況的一個指標，比肌腹更為敏感，與握力以及肌電圖變化一致，因此肌肉功能分析儀可作為肌肉疲勞監控的儀器，其所測肌腱的伸縮性、硬度也能反映肌肉疲勞，同時還能靈敏地反映肌肉疲勞恢復情況，與肌電圖和肌肉力量具有同步性.肌腱周圍由于受皮下脂肪等其他組織影響較小，且肌腱的力學性質更為穩定，可以作為運動監測的一個理想部位.另外，肌腱也是從事體育運動過程中經常發生損傷和斷裂的一個敏感部位，及時監測其物理性質變化，有助于運動過程中肌腱的防傷防病.

4 結論

(1)振動放松訓練作為一種新型的放松手段，對于緩解局部肌肉運動性疲勞具有較好的效果，可以有效消除肌肉疲勞，恢復肌肉力量.

(2)振動放松訓練可以改善肌肉肌腱伸縮性和硬度.

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