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肌电原理与应用肌电------骨骼肌兴奋时，由于肌纤维动作电位的产生、传导和扩布，而发生电位变化称为肌电。肌电图-------用适当的方法将骨骼肌兴奋时发生的电位变化引导、记录所得到的图形，称为肌电图(electromyogram,EMG)。肌电与肌电图的概念1表面肌电的原理1.1骨骼肌的静息电位与动作电位1.1.1静息电位正常骨骼肌纤维在静息状态下肌纤维膜内外存在电位差，膜内为负，膜外为正，这一电位差称为静息电位。猫的骨骼肌肌纤维的静息电位为-79.5毫伏；鼠的骨骼肌肌纤维的静息电位为-99.8毫伏；豚鼠的骨骼肌肌纤维为-85.5毫伏；小白鼠的骨骼肌肌纤维为-61.0～-88.9毫伏；人类骨骼肌肌纤维为-65～-87.4毫伏。1.1.2动作电位肌纤维兴奋时，产生的可传导的电位变化称为动作电位。动作电位的幅度为100～120毫伏,持续时间为2～4毫秒。细胞内记录的动作电位为单相负波，波幅为100-120mv持续时间较长；细胞外记录的动作电位为双相波，波幅为1.8mv，明显低于细胞内记录。２.表面电极测试方法一般的表面电极是由两片Ag-AgCL金属片组成的。测试时一般将电极置于肌腹处或肌肉运动点处,。将电极沿肌纤维的走行方向平行放置，两电极间隔2-3厘米，进行双极引导。３表面肌电分析在体育科研中的应用３.１肌电变化与肌肉疲劳的关系３.１肌电变化与肌肉疲劳的关系３.１.１肌肉工作过程中肌电幅值的变化反应肌电幅值的指标有积分肌电(IEMG)和均方根振幅(RMS)。在肌肉等长收缩至疲劳的研究过程中发现，在一定的范围内，肌电幅值随着肌肉疲劳程度的加深而增加。３.１肌电变化与肌肉疲劳的关系３.１.1肌肉工作过程中肌电幅值的变化Biglandh和Lippold(1954)发现，当肌肉持续等长收缩至疲劳时，积分肌电(IEMG)增大。DeVries(1968)发现，在伸膝和屈肘进行静力工作时，随着持续时间的延长，均方根振幅(RMS)增加。Petrofsky等(1975)发现，肌电的振幅既取决于肌力的大小，又取决于肌肉疲劳的程度，所以，肌电作为评定肌力的指标只能用于肌肉疲劳之前。此后，Viitasalo和Komi(1967，1978)，郭庆芳(1980)等学者都报导过肌肉疲劳时IEMG和RMS增大。３.１肌电变化与肌肉疲劳的关系３.１.1肌肉工作过程中肌电幅值的变化Petrofsky(1980)让受试者的抓握肌以20%-70%MVC的五种不同张力做等长收缩至疲劳的过程中，发现RMS呈线性增加。70%MVC以上的等长收缩至疲劳时，虽然RMS在整个收缩过程中也随疲劳的加深而增大，但增大的幅度逐渐减小。3.1肌电变化与肌肉疲劳的关系3.1.1肌肉工作过程中肌电幅值的变化3.1肌电变化与肌肉疲劳的关系3.1.1肌肉工作过程中肌电幅值的变化Petrofsky(1979)也观察了等张收缩至疲劳过程中的RMS的变化。让受试者在功率自行车上以20-100%最大摄氧量(VO2max)的负荷蹬踏功率自行车，同时测试并分析了股四头肌肌电。发现在20-40%VO2max的负荷下，RMS随着疲劳程度的加深，其增大程度不明显；而负荷为60-100%VO2max时，RMS却随着疲劳的增加而明显增加。并且，负荷越大其增加越明显。3.1肌电变化与肌肉疲劳的关系3.1.1肌肉工作过程中肌电幅值的变化3.1肌电变化与肌肉疲劳的关系3.1.1肌肉工作过程中肌电幅值的变化浅井英典(1982)对不同的研究结果做了概括和总结。指出：以最大强度以下的肌力进行等长收缩时，肌电的幅值随着时间的延长而增加；而用最大肌力进行等长收缩时，随着肌力的下降肌电的幅值也逐渐下降。并指出伴随疲劳而出现的肌电幅值变化，是由于运动时运动单位的募集数量和运动单位兴奋的频率发生变化而引起的。３.１肌电变化与肌肉疲劳的关系３.１.1肌肉工作过程中肌电幅值的变化肌肉疲劳时肌电幅值下降的可能原因是：①中枢传出的神经冲动减少；②神经肌肉接点处的传递速度减慢；③肌纤维的传导速度减慢；④运动单位的非同步活动。３.１肌电变化与肌肉疲劳的关系３.１.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化反应肌电信号频率特性的指标有平均功率频率(MPF)和中心频率(FC)。在研究肌肉持续工作至疲劳过程中发现，随着疲劳程度的加深，肌电信号的频谱左移，即平均功率频率(MPF)和中心频率(FC)降低。肌肉工作的负荷强度越大，疲劳的程度越大，MPF和FC降低越明显。4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化３.１肌电变化与肌肉疲劳的关系３.１.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化Viitasalo(1978)发现，用30%MVC、50%MVC和70%MVC强度令股四头肌进行疲劳性等长收缩时，平均功率频率(MPF)随着工作时间的延长而降低，并且负荷越大降低越明显。4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化３.１肌电变化与肌肉疲劳的关系3.1.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化Petrofsky让受试者以20%、40%、60%、80%和100%最大摄氧量强度蹬踏功率自行车。20%、40%、60%最大摄氧量强度工作80分钟未见明显疲劳。在20%、40%最大摄氧量强度时，中心频率(FC)有所增加；60%最大摄氧量强度时，FC稍有下降；80%和100%最大摄氧量强度时，FC明显下降。4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化3.1肌电变化与肌肉疲劳的关系3.1.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化C.J.DeLuca等人的研究了手指肌以20%、40%、60%、80%和100%MVC收缩时的肌电变化，3.1肌电变化与肌肉疲劳的关系3.1.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化Petrofsky(1980)研究了桡侧屈腕肌静力工作至疲劳时的肌电变化，发现疲劳时功率谱左移，中心频率降低。而且在相同时间%内，各种负荷的中心频率无明显差异。而将同一持续时间%的各种张力工作时的中心频率加以平均，发现中心频率%随着时间的延长呈线性下降之势。4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化3.1肌电变化与肌肉疲劳的关系3.1.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化Petrofsky(1980，1982)研究了抓握肌、肱二头肌、拇内收肌疲劳前后的肌电变化。发现，不管是新参加工作的肌肉，还是已从事过长时间的工作并已经疲劳的肌肉，无论工作时间间隔多长，也无论以那种力量负荷工作，一旦疲劳使工作停止时，中心频率都达到一个相同的数值。3.1肌电变化与肌肉疲劳的关系3.1.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化肌肉疲劳时肌电信号的平均功率频率和中心频率降低的机制归纳起来有以下几个假说：①、运动单位的募集假说此假说认为快肌运动单位容易疲劳，而慢肌运动单位不容易发生疲劳。快肌运动单位疲劳后肌肉的工作能力下降，此时要继续进行工作，就要募集更多的没有疲劳的慢肌运动单位参加工作。由于慢肌运动单位的频率特性较快肌低，因此造成疲劳后肌电信号平均功率频率中心频率降低。3.1肌电变化与肌肉疲劳的关系3.1.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化②、运动单位同步活动假说此假说认为当肌肉工作至疲劳时运动单位的同步活动加强，由于运动单位的同步放电，造成平均功率频率中心频率降低。3.1肌电变化与肌肉疲劳的关系3.1.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化③运动单位动作电位的传导速度减慢假说此假说认为肌肉收缩时血流受阻，所产生的代谢产物如乳酸等，会堆积在肌肉内，导致运动单位动作电位的传导速度减慢，动作电位的传导速度的减慢就会使肌电信号的频率特性减低。3.1肌电变化与肌肉疲劳的关系3.1.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化④肌内压增大假说此假说认为肌肉疲劳时肌电信号的平均功率频率是由于等长收缩时肌肉内压增高所致。肌肉内压增高，使血流受阻，导致动作电位的传导速度减慢。3.2肌力与肌电的关系当肌肉以不同的负荷进行收缩时，其肌电信号的积分值(IEMG)同肌力成正比关系，即肌肉产生的张力越大IEMG越大。3.2肌力与肌电的关系Komi让受试者以4.5cm/秒的速度作匀速的屈肘运动。肌肉的收缩形式分别为向心收缩和离心收缩。不论是疲劳前还是疲劳后，肱桡肌在工作中的IEMG都随着肌张力的加大而增高。并存在线性关系。3.2肌力与肌电的关系DeVries(1968)研究了3名屈肘力量不同受试者等长收缩时肌肉张力和均方根振幅(RMS)之间的关系，发现肌肉张力同RMS之间存在函数关系。见图37。3.2肌力与肌电的关系柯菲因(Chaffin)等人发现当肌肉用40%MVC以下强度收缩时，肌力与肌电呈线性关系。60%MVC以上强度时，肌力与肌电也呈线性关系。但此时的直线斜率较大。而肌力在40-60%MVC时，肌力与肌电之间的线性关系往往就不存在了(见图38)。这可能因为，在40%MVC以下强度时，肌电的变化反应慢肌运动单位的电活动。60%MVC以上的强度时，肌电的变化反应快肌运动单位的电活动。40-60%MVC之间的强度，可能两种运动单位都参与活动，固肌力与肌电之间的线性关系就不存在了。3.2肌力与肌电的关系3.2肌力与肌电的关系ToshioMoritaniandMasuoMuro(1987)的研究发现，肌肉以20%、40%、60%和80%MVC的递增力量收缩时，肌电的峰电位幅值随力量的增加而增高。3.3肌纤维类型与肌电的关系3.3.1肌纤维类型与肌力、肌电的关系柯菲因(Chaffin)等人发现当肌肉用40%最大肌力(MVC)以下强度收缩时，肌力与肌电呈线性关系。60%MVC以上强度时，肌力与肌电也呈线性关系。但此时的直线斜率较大。而肌力在40－60%MVC时，肌力与肌电之间的线性关系往往就不存在了。这可能因为，在40%MVC以下强度时，肌电的变化反应慢肌运动单位的电活动。60%MVC以上的强度时，肌电的变化反应快肌运动单位的电活动。40－60%MVC之间的强度，可能两种运动单位都参与活动，固肌力与肌电之间的线性关系就不存在了。3.3肌纤维类型与肌电的关系3.3.2肌纤维类型与肌肉疲劳和肌电的关系Tesch(1980)的研究表明，FT%高的受试者疲劳快。支持这种观点的人还有Nilsson(1977)，Viitasalo(1978)和Komi(1979)。肌纤维类型与肌力、肌电的关系3.3肌纤维类型与肌电的关系3.3.2肌纤维类型与肌肉疲劳和肌电的关系Ochs(1977)发现让受试者用最大力量收缩至疲劳，ST%高的比目鱼肌(70%ST)的IEMG与疲劳前比没有明显变化，而腓肠肌(50%FT)的IEMG则明显减小。3.3肌纤维类型与肌电的关系3.3.2肌纤维类型与肌肉疲劳和肌电的关系Nilsson(1977)让股四头肌进行直到疲劳的重复快速动力性工作，观察到肌电/肌力(E/T)的比值与FT%呈直线相关(r=0.84，P0.001)。3.3肌纤维类型与肌电的关系3.3.2肌纤维类型与肌肉疲劳和肌电的关系在研究肌肉持续工作至疲劳过程中发现，随着疲劳程度的加深，肌电信号的频谱左移，即平均功率频率降低。而且参加工作的肌肉中肌纤维的组成不同频谱的变化也不同，快肌纤维百分比较高的肌肉疲劳时频谱左移比慢肌纤维百分比较高的肌肉明显。3.3肌纤维类型与肌电的关系3.3.2肌纤维类型与肌肉疲劳和肌电的关系Viitasalo(1978)发现ST%高的受试者(ST%59)与ST%低的受试者(ST%49)相比，在疲劳性最大等长收缩中MPF的下降的斜率较小，当负荷加大时这种差别就越明显。3.4肌肉不同形式收缩时的肌电变化Komi让受试者以4.5cm/秒的速度作匀速的屈肘运动。肌肉的收缩形式分别为向心收缩和离心收缩，肱桡肌在工作中的IEMG都随着肌张力的加大而增高，并存在线性关系。但是从图中可以看出，向心收缩的曲线斜率大于离心收缩。也就是说在输出功率相同的情况下，离心收缩的肌电幅值小于向心收缩。很有可能