疲勞狀態下靜態屈肘時肱二頭肌的表面肌電特征研究

楊紅梅 彭知 孫明運 周多奇

(安慶師范大學體育學院 安徽安慶 246133)

肌電是骨骼肌在靜止或收縮時，由肌纖維動作電位的傳導和擴布，而發生的一系列動作電位變化[1]。表面肌電作為一種簡單、方便、無創傷檢測評定方法，在臨床醫學、體育科研中已經得到廣泛的運用。表面肌電用于分析訓練前后肌肉的疲勞情況，對運動員進行綜合評定，調整和制訂更具有針對性的運動訓練及恢復身體機能的方案，廣泛地運用在運動學及運動康復等領域[2-4]。

肱二頭肌是人體上肢運動中非常重要的肌肉。通過實驗研究肱二頭肌的表面肌電特征，既可提高對肌肉的專門性訓練，又可為肌肉損傷康復提供理論支持。

肌肉功能的具體狀態影響頻域分析法數值的變化[5]。目前，信號分析的發展趨勢是從時域分析法向頻域分析法不斷發展與過渡的過程，二者緊密聯系，缺一不可。隨著生活方式的改變，辦公室人群長期久坐，并使用上肢完成工作，導致肱二頭肌產生慢性疲勞，當肌肉疲勞時，其表面肌電特征如何變化，值得探討。因此，該文對靜態屈肘動作中肱二頭肌疲勞時表面肌電特征進行研究。

1 研究對象及方法

1.1 研究對象

如表1所示，某師范大學20名在校大學生受試者概況。確認20名實驗對象所示身體狀況良好，無酗酒等現象，2年內沒有肱二頭肌損傷的病史，實驗前48h正常生活，未進行任何劇烈運動。

表1 受試者概況

2.2 研究方法

2.2.1 實驗法

（1）實驗儀器及器材

DELSYS、自制150°量角器、啞鈴（女4kg、男6kg）、剃須刀、酒精棉球等。

（2）軟件分析系統

EMG Server for Delsys。

（3）實驗現場圖

如圖1所示，實驗過程中為確保肘關節角度，用自制量角器進行測量，同時加強對受試者的保護。

圖1 實驗現場（肘關節夾角150°）

（4）實驗過程

首先，對該研究所選取受試者，依次進行1～20號的編排。按照規定的動作和承受負荷依次進行實驗。所有實驗對象均采集肱二頭肌肌電信號。

其次，室溫保持在25℃，所有實驗對象均采用肱二頭肌（以右臂為例）肌腹最隆處，用剃須刀清除表面汗毛、體表油脂、汗液等可能會影響肌電信號采集的異物，并用醫用酒精擦拭干凈。將電極片貼于肱二頭肌肌隆起處，電極與肌纖維平行放置，信息采集者觀察接收到的信號是否正常。

再次，讓受試者坐于板凳上，軀干保持正直，右臂自然前伸，用自制量角器控制肘關節的角度為150°，肘關節保持不動，準備動作完成后，向信號采集者發送指令，將啞鈴4kg（女）、6kg（男）放置于受試者手中，受試者保持不動，保護與幫助者站于受試者正前方，雙手置于啞鈴下方2～5cm處，在受試者疲勞且無法堅持時，測試完畢，數據采集完成。

最后，實驗全部結束后，整理器材，將儀器妥善歸位。

2.2.2 數理統計法

對肌電數據濾波、平滑處理，對肌電數據進行EMG分析處理，算出均方根振幅值（RMS）、積分肌電值（IEMG）、中位頻率（MDF）和平均頻率（MPF），并求得平均數和標準差，再利用Excel進行圖表繪制。

應用配對t檢驗和異方差t檢驗，差異設置為P＜0.05具有顯著性差異，P＜0.01具有非常顯著性差異。

3 結果

3.1 肱二頭肌均方根值指標的變化

如圖2、圖3所示，肱二頭肌非疲勞和疲勞狀態下，女性受試者均方根振幅，具有顯著性差異，P=0.03；男性受試者不具有顯著性差異，P=0.11。

圖2 女性肱二頭肌均方根值（RMS）

圖3 男性肱二頭肌均方根值（RMS）

3.2 肱二頭肌積分肌電指標變化

如圖4、圖5所示，肱二頭肌疲勞和非疲勞狀態下，女性受試者積分肌電值，具有顯著性差異，P=0.039。男性受試者不具有顯著性差異，P=0.15。

圖4 女性肱二頭肌積分肌電值（IEMG）

圖5 男性肱二頭肌積分肌電值（IEMG）

3.3 肱二頭肌中位頻率指標變化

如圖6、圖7所示，肱二頭肌疲勞和非疲勞狀態下，女性受試者中位頻率，具有非常顯著性差異，P=0.006。男性受試者不具有顯著性差異，P=0.10。

圖6 女子肱二頭肌中位頻率（MDF）

圖7 男子肱二頭肌中位頻率（MDF）

3.4 肱二頭肌平均功率

如圖8、圖9所示，肱二頭肌疲勞和非疲勞狀態下，女性受試者平均頻率，具有非常顯著性差異，P=0.009。男性受試者不具有顯著性差異，P=0.07。

圖8 女性肱二頭肌平均頻率（MPF）

圖9 男性肱二頭肌平均頻率（MPF）

4 分析

該研究中，女性受試者肱二頭肌疲勞和非疲勞狀態下的均方根振幅值和積分肌電值都具有顯著性差異，男性受試者肱二頭肌疲勞和非疲勞狀態下的均方根振幅值和積分肌電值都不具有顯著性差異，但表面肌電時域指標均方根振幅、積分肌電均呈現出升高趨勢，與前人的研究相似。如周永平等要求受試者手持啞鈴進行持續等長收縮，研究表明為了使肌肉持續維持穩定的工作，持續有新的肌纖維參與運動，所以表面肌電呈上升趨勢[6]；馬文凱等強調指出運動疲勞使IEMG數值呈現升高的趨勢，能夠有效評價運動疲勞，但因為高異質性的影響IEMG不夠穩定[7]；張非若等研究表明，上肢肌肉在重復運動中會產生疲勞反應，肌電幅度不斷升高，如果再次增加負荷，疲勞會繼續產生[8]；郭伏等人發現，表面肌電的時域指標IEMG呈現不斷上升的趨勢，頻域指標MF呈現下降的趨勢，是存在一定線性關系的[9]。

靜態屈肘動作和動態伸肘動作表面肌電圖的基本參數保持穩定。運動開始時，肌肉的運動單位電位放電頻率逐漸增加，為頻率高移；加大運動負荷繼續運動，肌肉的運動單位數量進一步增加，并且出現頻譜率繼續高移，波動幅度也持續增加；繼續加大運動負荷進行持續運動，表現為運動單位的電位重疊，并且波動幅度進一步加大，但是頻率增加開始逐漸緩慢或趨于停止；運動持續至肌肉疲勞狀態下，肌纖維興奮傳導的速度開始降低，但是波動幅度變化不大。運動負荷、運動方式、各部位的承受能力等都會影響疲勞時的肌電信號變化。齊瑞等人對輕偏癱患者在最大等長收縮過程中肱二頭肌進行研究，得出輕偏癱患者的上肢康復治療訓練主要是伸肌側肌力與抑制拮抗肌的收縮[10]。陳奇琛通過受試者利用不同健身器械針對肱二頭肌進行練習，發現直臂啞鈴彎舉肌電信號變化的強度最大，訓練效果最好[11]。

表面肌電在體育運動訓練中的應用，不僅便于了解運動員肌肉的功能狀況，還可以追蹤訓練中肌肉狀態的變化，以及對運動后疲勞的狀況及運動后恢復進行更好的監控[12]。

頻域分析法包括該文采集的中位頻率值和平均頻率值，女性受試者肱二頭肌疲勞和非疲勞狀態下的都具有非常顯著性差異，男性受試者肱二頭肌疲勞和非疲勞狀態下的都不具有顯著性差異。男女在測試中均表現出疲勞現象，但是女生的頻域特征下降明顯，男生卻無明顯下降，原因可能是男女上肢絕對力量的差異，男生只需要較少的肌纖維及部分神經動員參與即可完成此次測試，雖然出現疲勞，也可能只是疲勞的開始，而女生由于力量弱，疲勞的程度要高于男生，在肌肉肌電頻域下降表現突出；當然也存在男生對疲勞耐受性可能高于女生，男女神經肌肉控制策略有所區別等，導致男女肌肉肌電頻率產生了如此差異。楊紅春等[13]的研究揭示了肱二頭肌等長收縮疲勞產生機制，該研究支持其觀點。張肅[14]研究認為，人體上肢疲勞時，肱二頭肌肌電頻域指標變化較大，其肌電變化具有中樞共驅動的效應。王健等[15，16]研究發現，肱二頭肌疲勞時平均功率頻率和中位頻率時間序列曲線均呈線性遞減變化規律。宋海燕等[17]研究發現，男性與女性在肌肉力量利用方面有不同的側重點。吳劍聰等[18]研究發現，肱二頭肌疲勞前后MF變化率、MPF變化率等的比較均有統計學意義。梁明[19]、官娉[20]研究發現，腦卒中患者經過虛擬治療前后肌肉表面肌電頻域特征得到明顯改變。袁愛國等[21]研究表明，MPF在反映肌肉功能水平差異方面具有良好的特異性和敏感性。林萍等[22]認為，疲勞過程中負荷水平、年齡、性別、人群等對主觀感受變化具有一定的影響，說明男女對疲勞的感受具有一定的差異，也是導致男女肌電特征差異的因素。該研究的結果支持以上學者的研究結論。

5 研究局限

該研究存在一定的局限。首先，樣本量較少；其次，在靜態屈肘動作肱二頭肌疲勞時表面肌電特征研究的實驗中，由于場地器材的局限性，以及大多數學生在大學生活中缺乏身體鍛煉，無法承受較大負荷量；肘關節的角度無法保證在整個實驗過程中保持不變，在完成規定動作的過程中不得不使用其他肌肉進行協調輔助，導致最后的數據變化波動較大。

6 結語

肱二頭肌是人體上肢運動中非常重要的肌肉。通過實驗研究肱二頭肌的表面肌電特征，既可以提高對肌肉的專門性訓練，又可以為肌肉疲勞損傷康復提供理論支持。

靜態屈肘動作中，肱二頭肌疲勞時男女疲勞耐受程度不同，肱二頭肌表面肌電均方根振幅、肱二頭肌積分肌電值特征有一定區別；肱二頭肌表面肌電中位頻域、平均頻率是反映肱二頭肌疲勞敏感指標。