肌電圖在肌肉力量評估中的應(yīng)用①

朱威

（山西省太原理工大學(xué)體育學(xué)院 山西太原 030024）

眾所周知，肌肉力量是人體完成各種動作的動力，是在神經(jīng)肌肉系統(tǒng)控制下完成主動收縮的能力。按照人體在運動中能力的表現(xiàn)來分，肌肉力量可以分為最大力量、快速力量、反應(yīng)力量和力量耐力四種。其中最大力量是指肌肉對抗最大阻力時產(chǎn)生的力量，包括靜力性最大肌力和動力性最大肌力，快速力量是指人體在最短的時間內(nèi)快速完成抵抗負荷的能力，在運動中最具體的表現(xiàn)有爆發(fā)力。力量耐力是指關(guān)節(jié)肌群長時間抵抗某一負荷的能力。在競技體育中，運動員具備良好的力量素質(zhì)對于取得優(yōu)異運動成績起著非常重要的作用。但是，在不同項目中，由于專項運動的要求，在不同項目運動員中體現(xiàn)出來的主導(dǎo)力量素質(zhì)并不相同[1]。特別是在散打、摔跤、舉重等項目中，運動員在比賽中發(fā)揮出來的力量素質(zhì)各不相同，具體表現(xiàn)為，散打比賽中運動員的快速力量和最大力量占據(jù)主導(dǎo)地位，而摔跤項目比賽中，則要求運動員具備良好的最大力量和力量耐力。因而，如何定期地對運動員進行力量診斷，進而發(fā)現(xiàn)不足以加強針對性地力量訓(xùn)練顯得非常重要。以往常用的對人體進行關(guān)節(jié)肌群肌力診斷的儀器中總會有不足之處。如有的儀器只能完成人體靜態(tài)力量測量，而有的儀器雖然能夠完成人體動態(tài)力量測量診斷，但不能對人體進行日常運動中的肌肉力量測量。直到后來發(fā)現(xiàn)，利用肌電不但可以對人體關(guān)節(jié)肌群進行靜態(tài)力量測試，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)人體在運動過程中，如跑動中進行關(guān)節(jié)肌力的實時測量分析。隨著先進的肌肉力量測量系統(tǒng)的不斷改進，已有多種手段采集人體肌肉主動收縮時產(chǎn)生的肌力。由于具有無損傷性等優(yōu)點，國內(nèi)外科研人員廣泛利用肌電來間接測量人體關(guān)節(jié)肌肉力量，評價關(guān)節(jié)拮抗肌群的肌力協(xié)調(diào)性，并且對此方面研究的興趣一直有增無減。該文通過檢索相關(guān)文獻資料，對肌電在肌肉力量測量方面的研究情況做一介紹，希望給同類研究做以借鑒。

1 肌電圖檢查方法

實際使用的描記方法有兩種：一種是表面導(dǎo)出法，即把電極貼附在皮膚上導(dǎo)出電位的方法；另一種是針電極法，即把針電極刺入肌肉導(dǎo)出局部電位的方法。用后一種方法能分別記錄肌肉每次的動作電位，而根據(jù)從每秒數(shù)次到二、三十次的肌肉動作電位情況，發(fā)現(xiàn)頻率的異常。應(yīng)用肌電圖還可以診斷運動機能失常的原因。平常所用的針電極稱為同心電極，它是把細針狀電極穿過注射針的中心，兩者絕緣固定制成的[2]。

2 肌電圖肌力檢測原理

神經(jīng)肌肉單位又稱為運動單位，由一個前角運動神經(jīng)元及其支配的肌纖維組成。正常的運動單位在靜止時肌纖維呈極化狀態(tài)。神經(jīng)沖動傳到肌纖維時，肌纖維呈去極化狀態(tài)，即產(chǎn)生動作電位并發(fā)生收縮，收縮之后又恢復(fù)極化狀態(tài)。由于神經(jīng)、肌肉病變性質(zhì)及部位的差異，動作電位也不同。通過多級放大后將其顯示在陰極示波器上，可用肉眼觀察波形。

檢查時將電極插入肌肉，通過放大系統(tǒng)將肌肉在靜息和收縮狀態(tài)的生物電流放大，再由陰極射線示波器顯示出來，肌肉在正常靜息狀態(tài)下，細胞膜內(nèi)為負電位，膜外為正電位；肌肉收縮時，細胞膜通透性增加，大量正離子轉(zhuǎn)移到細胞內(nèi)，使細胞膜內(nèi)、外與靜息時呈相反的電位狀態(tài)，于是收縮與來收縮肌纖維間產(chǎn)生電位差，井沿肌纖維擴散，這種擴散的負電位稱為動作電位。

3 應(yīng)用

國內(nèi)外研究人員采用肌電測試儀對人體某塊肌肉的活動功能和狀況進行了大量地研究。表面肌電信號(surface electromyographic signal, sEMG信號)是將電極放置于被測肌肉的表面，通過電極引導(dǎo)而記錄下來的神經(jīng)肌肉系統(tǒng)活動時的生物電信號[3]，可以收集肌肉做不同收縮形式（等長、向心、離心）時的肌電信號，常用于評定被測肌肉的功能活動狀態(tài)。通過測定運動單位電位的時限、波幅，安靜情況下有無自發(fā)的電活動，以及肌肉大力收縮的波型及波幅，可區(qū)別神經(jīng)源性損害和肌源性損害，診斷脊髓前角急、慢性損害（如脊髓前灰質(zhì)炎、運動神經(jīng)元疾病），神經(jīng)根及周圍神經(jīng)病變（例如肌電圖檢查可以協(xié)助確定神經(jīng)損傷的部位、程度、范圍和預(yù)后）。另外對神經(jīng)嵌壓性病變、神經(jīng)炎、遺傳代謝障礙神經(jīng)病、各種肌肉病也有診斷價值。此外，肌電圖還用于在各種疾病的治療過程中追蹤疾病的恢復(fù)過程及療效。由于肌肉在不同負荷及收縮形式下肌力的變化與肌電信號的振幅呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系[4-5]，因而通過肌電圖的參數(shù)可以間接地評定肌肉力量狀況。

國內(nèi)外研究人員采用拮抗肌與主動肌的肌電比值診斷股四頭肌與腘繩肌的肌力均衡性，研究分析拮抗肌群在膝關(guān)節(jié)屈伸運動過程中的協(xié)同收縮活動方式[6-7]。Hortobágyi等[8]對26名患有膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎(OA)患者進行肌電測試，分別采集膝關(guān)節(jié)做最大等長伸展和屈曲時股外側(cè)肌和股二頭肌的肌電振幅均值，并將股外側(cè)肌和股二頭肌肌電振幅均值的比值用于反映膝關(guān)節(jié)拮抗肌群在膝關(guān)節(jié)屈伸運動過程中的功能狀態(tài)。國內(nèi)研究者俞曉杰[9]對比研究健側(cè)與患有骨關(guān)節(jié)炎(OA)一側(cè)的膝關(guān)節(jié)做最大伸展和屈曲時股外側(cè)肌和股二頭肌肌電振幅均值的比值的差異。研究發(fā)現(xiàn)，雖然健側(cè)與患側(cè)拮抗肌群的肌電振幅均值不具有統(tǒng)計學(xué)差異，但是健側(cè)與患側(cè)的股外側(cè)肌和股二頭肌肌電振幅均值的比值表現(xiàn)出明顯的差異（P<0.05），其認為患側(cè)膝關(guān)節(jié)在進行最大等長收縮中的拮抗肌協(xié)同收縮比率高于健側(cè)。另外，采用積分肌電（IEMG）比值還可以診斷同組肌群的肌力均衡性。華英匯等[10]采用股內(nèi)側(cè)肌與股外側(cè)肌的積分肌電比值來診斷股內(nèi)側(cè)肌與股外側(cè)肌的肌力均衡性，其對患有髕腱末端病運動員進行股四頭肌向心和離心收縮肌電測試顯示，無論是向心運動還是離心運動，患有髕腱末端病運動員股內(nèi)側(cè)肌與股外側(cè)肌的積分肌電比值均明顯大于對照組(P<0.05)。

另外,肌電還廣泛地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。利用肌電可以確定周圍神經(jīng)、神經(jīng)元、神經(jīng)肌肉接頭及肌肉本身的功能狀態(tài)。通過測定運動單位電位的時限、波幅，安靜情況下有無自發(fā)的電活動，以及肌肉大力收縮的波型及波幅，可區(qū)別神經(jīng)源性損害和肌源性損害，診斷脊髓前角急、慢性損害（如脊髓前灰質(zhì)炎、運動神經(jīng)元疾病），神經(jīng)根及周圍神經(jīng)病變（例如肌電圖檢查可以協(xié)助確定神經(jīng)損傷的部位、程度、范圍和預(yù)后）。另外對神經(jīng)嵌壓性病變、神經(jīng)炎、遺傳代謝障礙神經(jīng)病、各種肌肉病也有診斷價值。此外，肌電圖還用于在各種疾病的治療過程中追蹤疾病的恢復(fù)過程及療效。

在眾多競技類運動項目中，不管是教練員還是運動員都非常注重關(guān)節(jié)肌群肌力水平的提高與協(xié)調(diào)性。通過對運動員關(guān)節(jié)肌肌群進行定期力量監(jiān)測，可以了解運動員關(guān)節(jié)肌群的力量發(fā)展?fàn)顩r，從中發(fā)現(xiàn)不足，為進行針對性地力量訓(xùn)練提高良好的借鑒。重要的是，利用肌電來測試肌肉力量是一種非常經(jīng)濟而又失效的方法。同昂貴的大型肌力測試系統(tǒng)相比，肌電測試儀器可以隨身攜帶。可以做到普及運動隊的力量訓(xùn)練需要。

4 結(jié)語

綜上所述，同別的肌肉力量測試儀器相比較，肌電在對關(guān)節(jié)肌肉進行間接力量診斷方面具有相當(dāng)大的優(yōu)點。特別是傳統(tǒng)肌肉力量及其它先進肌肉力量測量系統(tǒng)不能測量人體在運動過程中的肌肉力量，而通過肌電測試儀器可以實現(xiàn)測量人體在跑動或者其它動態(tài)運動過程中的肌力水平及狀況，可以為科研人員提供實時的反饋數(shù)據(jù)，進而對被測試者的肌力水平進行客觀地評價。需要強調(diào)一點的是，雖然利用肌電可以實現(xiàn)人體在運動過程中隨時進行力量測試診斷，但肌電肌力測試還是間接地反映關(guān)節(jié)肌群的肌力水平，隨著肌電測試儀器性能的不斷改進，肌電測試儀器在對關(guān)節(jié)肌群肌力診斷方面將會越來越精確。

[1]教材組.體育院校通用教材:運動訓(xùn)練學(xué)[M].北京:人民體育出版社,2000:16-18.

[2]百度百科.肌電圖[EB/OL].http://baike.baidu.com/view/145984.htm?fr=Aladdin.[2014-01-28].

[3]王健.sEMG信號分析及其應(yīng)用研究進展[J].體育科學(xué),2000,20(4):56-60.

[4]Taipale RS, Mikkola J, Vesterinen V, et al. Neuromuscular adaptations during combined strength and endurance training in endurance runners: maximal versus explosive strength training or a mix of both[J]. Eur J Appl Physiol,2013,113(2):325-335.

[5]Alkjaer T, Simonsen EB, Magnusson SP,et al. Antagonist muscle moment is increased in ACL deficient subjects during maximal dynamic knee extension[J]. Knee,2012,19(5):633-639.

[6]Reed JP,Schilling BK,Murlasits Z.Acute neuromuscular and metabolic responses to concurrent endurance and resistance exercise[J].JStrength Cond Res,2013,27(3):793-801.

[7]Kellis E,Zafeiridis A,Amiridis IG. Muscle coactivation before and after the impact phase of running following isokinetic fatigue[J].JAthlTrain,2011,46(1):11-19.

[8]鄭榮強,王予彬,王惠芳.表面肌電在膝關(guān)節(jié)運動創(chuàng)傷康復(fù)中的應(yīng)用[J].中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志,2008,23(1):81-83.

[9]俞曉杰,吳毅,胡永善,等.膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎患者膝屈伸肌的表面肌電信號研究[J].中華物理醫(yī)學(xué)與康復(fù)雜志,2006,28(6):402-405.

[10]華英匯,陳世益,劉廣奇,等.髕腱末端病運動員等速運動中股四頭肌表面肌電研究[J].中國運動醫(yī)學(xué)雜志,2007,26(2):231-234.