表面肌電圖在運動訓練中的應用

□ 李望達（無錫太湖學院 江蘇 無錫 214000）

1 、表面肌電的含義

肌肉收縮時，會產生動作電位，用電極將這種電位從人體皮膚表面導出并記錄，得到的數據就是表面肌電。一定程度上它可以清晰地反映出肌肉的活動狀態。對于神經肌肉疾病診斷、肌肉功能評價以及運動訓練中的疲勞測定、動作技術合理性分析、肌纖維類型和無氧功能的測定等方面均有重要的應用價值。

2 、表面肌電信號的特點

肌電信號十分微弱,外加肌肉組織對肌電的衰減作用,使皮膚表面記錄的肌電信號更為微弱。因此測量儀器靈敏度要高，儀器越靈敏,對細微的干擾就越敏感。。表面肌電信號振幅范圍在0-6mV，它的工作頻率一般為50Hz。另外，隨機性強、易受千擾也是其特點。如先天遺傳、生理變化、環境的溫度和濕度和外界剌激等因素都能造成肌電信號不穩，從而影響實驗效果。此外,由于有時測量的肌群較多，測量的肌肉面積較大，因此電極的安放位置也會影響到表面肌電信號的采集。所以影響因素的隨機性直接導致了表面肌電信號也是具備隨機性的。

3 、表面肌電信號的采集

肌電測量儀一般有三個電極,其中兩個電極置于動作電位能被測量和放大的部位,第三個電極接地。肌電圖常用的電極有表面電極(即皮膚電極)、針電極（需刺入肌肉內部測量）。目前肌電測量電極基本由不銹鋼、白金、銀、鎳、鉻等材料的合金制成。由于運動時肌肉得收縮,所以無創傷的的表面肌電更加受到青睞。在貼表面電極前先要清理測量部位的體毛,再用酒精和砂紙將皮膚表面清理干凈,再在皮膚表面涂上導電膏，導電膏可以減少皮膚電阻，同時電極要牢牢固定，以減少電極移動對肌電圖信號采集產生影響。在采集表面肌電圖時，電極一般貼在靠近肌腹中心，這樣才能從梭形肌接收到最強電信號。但也有專家認為應該將電極貼在肌肉收縮的幾何中心，電極間相距2-3cm，沿著肌纖維的縱軸方向，接地線接在運動時相對穩定的地方,這樣就能測量到最穩定的肌電信號。

4 、表面肌電信號參數及其分析

4.1 、時域分析

積分肌電(IEMG)：是指肌肉中參與活動的運動單位在一定時間內的放電總量，也能反映每一個運動單位的放電量的大小；均方根振幅(RMS)：可以反映在某一個時段內肌肉放電的平均水平；時程：代表肌肉運動時放電時間的長短。時序:人體開始運動時，各部分肌肉開始工作的先后順序，可以評價運動時肌肉的發力順序；最大值：肌肉活動時最大放電能力。

目前在時域參數中，IEMG是被用的最多的一個指標。如Edwards讓受試者進行等長收縮至力竭，發現屈指肌疲勞前后的IEMG與其張力始終呈線性關系，只是肌肉疲勞后直線傾角比疲勞前大。他認為肌運動單位不斷募集造成了IEMG隨張力增大而增大。之所以疲勞時IEMG張力直線傾角增加，他認為肌肉疲勞時收縮力量下降，因此需要動員更多的運動單位參與活動來彌補肌收縮力量的不足。郭慶芳等其他學者報道過相對于運動疲勞前，肌肉疲勞時表面肌電圖的IEMG和RMS顯著增大。Taylor讓運動員以不同強度蹬功率自行車，發現IEMG與運動強度成線性關系。Crenshaw讓受試者分別以25%和70%最大收縮強度運動至力竭，發現 IEMG隨時間增加而增加，且以25%強度運動時增加更明顯。Tamaki在屈伸踝關節實驗中發現受試者腓腸肌的IEMG隨角速度增加而增加，但是比目魚肌的積分肌電值卻下降了，他認為這是因為速度的變化使肌肉選擇性地動員運動單位造成的。Loscher讓受試者以30%MVC運動至力竭，發現比目魚肌的RMS隨時間呈線性增加，但腓腸肌的RMS與時間并沒有呈線性關系。

根據根據以上研究結果得出，運動時肌肉的積分肌電值和均方根振幅隨運動時間延長而增加。二者與時間是否呈線性關系，并沒有準確的結論。原因有以下幾種：（1）測試環境不同，如風速，溫度與濕度等都會對受試者產生影響；（2）儀器設備質量水平不同；（3）運動項目、強度、持續時間不同。甚至運動姿勢不同也會對實驗結果產生影響。如威爾發現膝關節處于不同的角度運動時，積分肌電值上升的斜率不同；（4）受試者個體的身體素質以及訓練水平不同。

4.2 、頻域分析

常用指標有平均功率頻率(MPF)、中心頻率(CF)和頻譜中值頻率(MF)。中心頻率是最常用的指標。Petroy等研究指出，肌肉從開始工作至疲勞時其肌電功率頻譜由高向低轉變,當肌肉疲勞停止工作時,中心頻率都達到同一個終值。李濤等研究發現肌肉從開始運動至疲勞時，CF呈明顯的下降趨勢，且最大收縮力下降到50%時，疲勞與CF下降曲線呈更加明顯的相關性。

5 、表面肌電信號的實際應用

目前表面肌電圖在訓練中的應用主要體現在運動疲勞測定和預防兩方面。教練員應隨時監測訓練者運動時的肌電變化，通過肌電數據判定肌肉的疲勞度，及時做出調整，防止發生運動損傷。在日常的訓練時，教練員更要充分掌握隊員肌電變化的規律，科學合理地安排訓練量，避免運動員局部負荷過重而產生肌肉疲勞或損傷。

6 、研究中存在的問題與應用展望

盡管EMG在訓練中應用廣泛，但是在許多方面仍然不夠完善。如測量方法與手段的應用，測試與數據處理的標準化等等。

6.1 、測量儀器問題

目前基本采用無線遙測肌電儀測量表面肌電信號，50-80米范圍內可以進行遙測，另外當需要測量較多的肌肉群時，電極導線的增加必然會對運動員造成束縛，影響被測者正常的技術動作的發揮。其次，實驗前至少需要花二十分鐘清理受試者皮膚表面的角質和安置電極片，時間過長會影響受試者熱身后的狀態。

6.2 、測量的同步問題

實驗中保持肌電儀、測力臺和高速攝像機的同步性是非常重要的，但由于許多客觀因素，所有的測量設備不可能保持完全一致的工作頻率。另外同步裝置硬件也是重要因素，尤其是需要測量肌肉群較多和需要多臺測量設備時，數據傳輸量大易導致觸發信號無線傳輸出現滯后。

7 、應用展望

綜上所述，表面肌電信號測量是肌肉訓練以及疲勞診斷的重要手段，在應用上應進一步完善與研究。

（1）加強測量設備功能一體化的研究，以減少實驗步驟，同時提升測試硬件的性能，提高測量儀器的精度以保證EMG測量的實效性。

（2）表面肌電信號基礎研究仍需加強，拓寬研究領域，如EMG與動作協調的相關性研究。EMG與肌肉疲勞閾值的相關性研究。也有人提出進行EMG與肌動圖相關性研究等。

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