最大随意收缩诱发肌肉疲劳的表面肌电信号变化

目的 研究最大随意收缩（MVC）诱发肌肉疲劳的表面肌电（sEMG）信号的变化规律。方法 10名青年志愿者完成肱二头肌非疲劳性持重负荷试验和疲劳性最大随意收缩试验。采用线性和非线性信号处理方法，分析MVC下降到80％、70％、60％和50％时刻的sEMG信号特征变化并与非疲劳性活动时相同肌肉活动水平的sEMG信号进行比较。结果 疲劳状态下的平均肌电值（AEMG）和确定性线段百分比（％DET）显著高于非疲劳状态，而平均功率谱（MPF）和Lempel—Ziv复杂度[C（n）]显著低于非疲劳状态。随着肌肉疲劳的发展，MPF和C（n）显著递减，而AEMG和％DET无显著变化。AEMG、MPF和C（n）在疲劳状态和负荷水平间存在显著的交互作用。结论最大随意收缩诱发肱二头肌疲劳过程中，sEMG信号的MPF和C（n）单调递减；疲劳和非疲劳状态的sEMG信号特征存在显著差异。     

静态负荷肌肉疲劳过程中表面肌电图功率谱转移特征

本研究的目的在于探讨等长负荷诱发肌肉疲劳过程中表面肌电图 (sEMG)功率谱转移的特征 ,确定反映肌肉功能水平的sEMG指标。受试者为 32名青年男性大学生志愿者。采用自身重量的竖脊肌等长运动负荷试验和肱二头肌等长负荷试验 ,记录运动肌的肌电图和负荷持续时间。实验结果表明 :(1)平均功率频率 (MPF)和中位频率 (MF)时间序列曲线均呈线性递减变化规律 ;(2 )MF、MPF时间序列曲线下降斜率值均与肌肉等长负荷持续时间有明显统计学相关。研究认为 ,MF和MPF时间序列曲线下降斜率值均是反映腰部竖脊肌功能水平的良好指标。     

电极放置位置对表面肌电信号特征的影响

目的:探讨不同电极放置位置对表面肌电(sEMG)信号特征的影响。方法:健康男性大学生14名,分别采用50%、70%和90%最大随意收缩力量(MVC)强度静态屈肘运动诱发肱二头肌疲劳,同步采集肱二头肌上三个不同电极位置上的sEMG信号,采用线性和非线性信号分析方法,计算线性指标平均肌电值(AEMG)和平均功率频率(MPF)以及非线性指标C(n)和DET%。结果:电极位置只对sEMG的四个测试指标的均值产生影响,对其变化斜率无明显影响,而四个指标的变化斜率中,除AEMG变化斜率对负荷强度无明显区分度外,其余三个指标对负荷强度均有良好区分度。结论:采用MPF、C(n)和DET%变化斜率作为评价局部肌肉疲劳的客观指标,既可以忽略电极放置位置对sEMG的影响,又对不同负荷强度有良好区分度。     

表面肌电信号指标评价低负荷等长收缩诱发屈肘肌疲劳的敏感性和稳定性分析

目的:分析表面肌电(sEMG)信号指标评定低负荷等长收缩诱发运动性肌肉疲劳的敏感性和稳定性,为疲劳评价提供参考。方法:以15名男性青年志愿者为研究对象,先测试受试者屈肘关节最大自主收缩力矩(Maximal Voluntary Contration,MVC),令受试者右臂腕部拉住可在肘关节处产生20%MVC的重物,记录右侧肱桡肌和肱二头肌sEMG,至不能坚持负荷时结束实验。计算时域指标均方根振幅(RMS),基于傅里叶变换计算中值频率(MF)和平均功率频率(MPF),基于小波包分析计算中值频率(MDF)和平均功率频率(MNF),基于非线性分析计算Lempel-Ziv复杂度C(n)。评定上述指标在低负荷等长收缩诱发屈肘肌疲劳方面的敏感性和稳定性。结果:肱二头肌与肱桡肌sEMG的RMS随负荷实验持续时间延长表现出逐渐增加的趋势,而MF、MPF、MDF、MNF、C(n)则表现出逐渐减小的趋势。MF、MPF、MDF、MNF、C(n)与负荷运动持续时间之间具有显著负相关,RMS与负荷运动持续时间之间具有显著的正相关。肱二头肌与肱桡肌RMS反映疲劳的敏感性和稳定性优于其他指标。结论:由于低负荷收缩诱发疲劳引起募集运动单位数量增加等因素作用,RMS表现出较显著的增加趋势,是评定由低负荷等长收缩诱发屈肘肌疲劳的较好指标。     

基于表面肌电技术对人体上肢肌肉疲劳过程中中枢共驱动的研究

目的:使用表面肌电技术观察人体上肢近端肌肉运动疲劳过程中的中枢共驱动现象。方法:以16名非体育专业的男性大学生为研究对象,以受试者左臂为观察臂,右臂为负荷臂。负荷臂分别处于自然下垂无负荷的放松状态和连续完成负重5 kg哑铃的肘关节屈伸运动诱发疲劳状态;而观察臂手持4kg哑铃,肘关节始终保持屈曲90°,进行等长收缩直至力竭。同时使用ME6000表面肌电仪分别采集两种状态下观察臂肱二头肌和肱三头肌表面肌电信号,对时域指标积分肌电(IEMG)、均方根振幅(RMS),以及频域指标平均功率频率(MPF)、中位频率(MF)进行分析。结果:无论负荷臂处于自然放松状态还是动力性运动诱发疲劳状态,随着运动的进行,对侧观察臂肱二头肌、肱三头肌时域指标IEMG和RMS都逐渐升高(P<0.05),但是在负荷臂疲劳状态时对侧观察臂肌肉的表面肌电时域指标IEMG和RMS增加幅度更加明显(P<0.01),同时拮抗肌肱三头肌时域指标受到更强抑制;负荷臂疲劳状态下对侧观察臂肱二头肌肌电频域指标MPF和MF的变化比负荷臂自然放松状态下变化更大(P<0.01),而拮抗肌肱三头肌的变化不大。结论:一侧肢体运动诱发肱二头肌肌肉疲劳能够使对侧肢体相关肌肉表面肌电的时域指标和频域指标产生伴随性的变化,说明人体上肢近端肌肉表面肌电信号的变化具有中枢共驱动的效应。     

双侧屈伸肘运动中主动肌与拮抗肌的表面肌电图变化

目的:通过观察肘关节屈伸运动过程中主动肌和拮抗肌表面肌电图(sEMG)信号活动,探讨不同强度运动诱发肌肉疲劳的中枢运动控制规律。方法:11名男性受试者完成3组不同负荷的肘关节屈伸运动实验,采用线性(AEMG、MPF)和非线性(C(n)、%DET)分析方法,对不同强度下屈伸肘运动中主动肌(肱二头肌,BB)和拮抗肌(肱三头肌,TB)的sEMG信号及共激活比值(CR)进行研究。结果:向心屈肘关节运动条件下,主动肌BB的AEMG呈现5kg和15kg不变而10kg负荷随收缩次数的递增逐渐增加的现象,拮抗肌TB的AEMG在所有运动强度条件下均未表现出明显增加的现象;向心屈肘关节运动过程中,AEMG和MPF斜率受运动负荷强度和主动肌/拮抗肌因素双重影响,C(n)和%DET斜率仅存在运动强度效应,不存在主动肌/拮抗肌效应;向心屈肘关节运动过程中主动肌和拮抗肌的CRAEMG、CRMPF、CRC(n)和CR%DET均具有明显的运动强度效应而无收缩次数效应,且向心屈肘和离心伸肘运动有相似的变化规律。结论:共激活现象在线性指标和非线性指标上呈现不同变化;共激活作用的变化受运动强度的影响,不受肌肉疲劳因素的影响;不同强度肘关节屈伸运动过程中,中枢神经系统对主动肌和拮抗肌运动单位的募集可能采取了不同的控制策略。     

脑卒中患者下肢不同运动时大腿肌群表面肌电信号特征及其中枢机制探讨

目的:观察膝关节被动运动、主动-辅助和抗阻屈伸运动状态下正常受试者和脑卒中患者大腿肌群表面肌电(sEMG)信号特征,探讨其是否存在中枢作用机制。方法:24例脑卒中患者(实验组)和17例正常人(对照组)参加本实验研究,采用表面电极,引导和记录在被动运动、主动-辅助运动和抗阻运动等状态下,分别诱发的屈伸膝关节双侧股直肌、股外侧肌、股内侧肌、股二头肌的sEMG信号并进行线性时、频分析(平均肌电值AEMG,平均功率频率MPF,中位频率MF),对活动肢体、活动方式、患侧肢体和肌肉等进行多因素方差分析。结果:多因素方差分析主效应结果显示:活动肢体MF、MPF、活动方式,患侧肢体和肌肉的MF、MPF、AEMG均有非常显著性差异(P<0.001)。交互效应结果显示:对照组4组肌肉MF、MPF均表现为活动侧小于非活动侧;偏瘫组偏瘫侧活动时,双侧肢体4组肌肉的MF、MPF明显减小,健侧活动时健侧4组肌肉的MF、MPF明显增大(P<0.01)。结论:正常受试者的sEMG信号有很好的规律性,双侧MF、MPF变化具有同步随变性;偏瘫组患者健侧活动时可增加双侧肢体运动单位的募集,患侧活动时可减少双侧肢体运动单位的募集,表明sEMG信号能反映中枢作用机制。     

股内侧肌疲劳时表面肌电信号特征研究

目的:通过分析双侧股内侧肌疲劳时表面肌电图(SEMG)信号特征,探讨利用SEMG评价肌肉疲劳的新方法,拓展表面肌电图的临床应用。方法:4名健康青年女性采用60%最大负荷能力,伸膝约65°,静态等长收缩3min,同步记录受试者双侧股内侧肌的表面肌电信号,对实验数据进行曲线拟合、非线性回归分析。结果:股内侧肌疲劳时的SEMG各参数与测试时段的最优拟合曲线均为三次项曲线,其通式为Y=b0+b1x+b2x2+b3x3。中位频率(MF)、平均功率频率(MPF)、过零率(ZCR)方程中的b1和b3为负数,b2为正数。平均肌电图(AEMG)方程中b1和b3为正数,b2为负数。结果表明,肌肉疲劳的曲线为三次项曲线,影响肌肉疲劳的主要因素可能有3个,但其确切机制仍有待进一步研究确定。     

基于表面肌电信号变化的慢性下背痛诊断和运动疗效评价

目的 分析研究慢性非特异性下背痛（LBP）患者腰部肌肉活动的sEMG信号特征及其主动运动治疗效应。方法 19名正常人对照组和19名非特异性LBP患者分别于主动运动治疗前、后在等惯性力腰部肌肉测试与训练系统上依次完成“等长-动态-等长”运动负荷试验,采集双测L5-S1部位的sEMG信号,计算并比较不同被试者平均肌电值（AEMG）、平均功率频率（MPF）、复杂度[C（n）]和确定性线段百分比（％DET）均值和斜率变化。结果 动态运动负荷过程中LBP患者的C（n）下降率明显快于正常人,MPF和C（n）均值明显低于正常人,而％DET均值明显高于正常人;主动运动治疗后．患者MPF和C（n）均值提高,而％DET均值下降。结论 运动负荷试验过程中LBP患者腰部肌肉sEMG有多种不同于正常人的信号特征,这些信号特征有望成为LBP诊断和疗效评价的有效指标。     

静态负荷诱发肌肉疲劳时表面肌电信号(sEMG)变化与主观疲劳感之间的关系

目的 探讨静态负荷诱发肌肉疲劳时肌电信号指标与主观疲劳感之间的数量关系。方法 记录11名被试持续负重时主观疲劳感量表得分及肱二头肌相应表面肌电信号，分析MPF、MF和Lempel-ziv复杂度以及持续时间与主观疲劳感量表分数之间的相关，并对其间的数量关系进行拟合。结果 主观疲劳评定分数与持续时间成显著正相关，而与各肌电信号指标成不同程度的显著负相关。以主观疲劳评定分数为因变量，以持续时间及各肌电信号指标为自变量的对数函数和幂函数的拟合均具有统计学意义。结论 主观疲劳感得分与表面肌电信号指标及持续时间对反映肌肉疲劳状态具有较高一致性；其间的数量关系比较符合心理物理学中Stevens幂定律。     

Unilateral elbow flexion fatigue modulates corticospinal responsiveness in non‐fatigued contralateral biceps brachii

Exercise‐induced fatigue can change motor performance in non‐exercised muscles. The objective was to investigate unilateral elbow flexion (EF) fatigue effects on the maximal voluntary force (MVC) and corticospinal excitability of contralateral non‐exercised biceps brachii (BB). Transcranial magnetic, transmastoid electrical, and brachial plexus electrical stimulation were used to elicit motor evoked potentials (MEP), cervicomedullary motor evoked potentials (CMEP), and compound muscle action potentials in the contralateral non‐exercised BB of 12 participants before and after (i) two bouts of 100‐s unilateral EF (fatigue) or (ii) control. Three stimuli were evoked every 1.5 s during a series of 6‐s isometric EF at 100%, 50%, and 5% of MVC. The non‐exercised EF MVC force, electromyographic activity, and voluntary activation were not significantly different between fatigue and control. Non‐exercised BB MEP and CMEP amplitudes during 100% MVCs demonstrated significantly higher (P = 0.03) and lower values (P = 0.01), respectively, after fatigue compared with control. There was no difference between the two conditions for MEP and CMEP amplitudes during 50% and 5% MVCs. Unilateral exercise‐induced EF fatigue did not lead to cross‐over central fatigue to the contralateral homologous muscle but enhanced the supraspinal responsiveness (MEP/CMEP) of the neural circuitries supplying central commands to non‐exercised muscles at higher contraction intensity.     

歼击机飞行员非特异性慢性腰背痛患者腰部竖脊肌表面肌电特征

目的测量分析非特异性慢性腰背痛歼击机飞行员与对照组歼击机飞行员腰部竖脊肌表面肌电（surface electromyography,sEMG）,为歼击机飞行员非特异性慢性腰背痛患者的客观诊断评价提供参考依据。方法芬兰ME6000-T8表面肌电仪测量39名非特异性慢性腰背痛歼击机飞行员（病例组）与12名无症状歼击机飞行员（对照组）腰部竖脊肌俯卧位等长收缩、站立位屈伸运动时的表面肌电。MEGAWIN700046,2．4版软件处理等长收缩时疲劳性肌电信号,获取中位频率下降率（median frequency slope,MFs）、平均功率频率下降率（mean power frequency slope,MPFs）、过零率下降频率（zero crossing rate slope,ZCRs）、平均电压下降率（average electromyography slope,AEMGs）,分析屈伸动作时的肌电信号,得出屈曲伸直动作时的平均肌电电压（averageelectromyography,AEMG）,并由此计算屈曲伸直比（flexion extension ratio,FER）。分析病例组与对照组各指标的差别。结果竖脊肌等长收缩时病例组与对照组疲劳性肌电指标之间无统计学差异。屈伸运动时病例组与对照组AEMG及FER指标有统计学差异（t=1．979～5．387,P％0．05或P％0．01）。结论非特异性慢性腰背痛歼击机飞行员与无症状歼击机飞行员之间的表面肌电指标FER差异显著,屈曲时竖脊肌AEMG增高,伸直时竖脊肌AEMG降低,FER可以作为歼击机飞行员非特异性慢性腰背痛诊断及疗效评价的客观量化参考指标。     

Effect of delayed-onset muscle soreness on muscle recovery after a fatiguing isometric contraction

An increase to above-baseline levels of electromyography (EMG) mean power spectral frequency (MPF) has been observed previously during muscle recovery following fatiguing contractions and has been explained by membrane hyperpolarization due to increased activation of the Na⁺–K⁺ pump. It is hypothesized that this membrane mechanism is impaired by muscle fiber damage following eccentric exercise. Thus, the aim of the study was to investigate surface EMG signal characteristics during recovery from fatigue after eccentric exercise. Ten healthy subjects performed sustained isometric knee extensions at 40% of the maximal torque (MVC) until task failure before, immediately after and 24 and 48 h after eccentric exercise. Bipolar surface EMG signals were recorded from six locations over the quadriceps during the sustained isometric contraction and during 3-s long contractions at 40% MVC separated by 1-min intervals for 15 min (recovery). Before the eccentric exercise, MPF of EMG signals increased to values above baseline during recovery from the fatiguing isometric contraction ( P <0.001), whereas immediately after and 24 and 48 h after the eccentric task, MPF was lower than baseline during the entire recovery period ( P <0.01). In conclusion, delayed-onset muscle soreness abolished the supranormal increase in EMG MPF following recovery from fatigue.     

Neuromuscular response of young boys versus men during sustained maximal contraction

PURPOSE: This study was designed to compare neuromuscular response between boys and men during sustained maximal voluntary contraction (MVC). METHODS: Fifteen boys (YB, 10.5 +/- 0.9 yr) and 12 men (AM, 21.5 +/- 4.5 yr) participated in the experiment. Arm's cross sectional area (CSA) and maximal force (F(max)) of elbow flexor were measured before subjects performed a 30-s sustained MVC. Mean power frequency (MPF) and muscle fiber conduction velocity (MFCV) were calculated from myoelectric signals of the biceps brachii. F(max)/CSA, MPF, and MFCV changes were expressed by slopes of linear regressions. Maximal MPF (I-MPF) and MFCV (I-MFCV) were derived from the intercept of each regression. RESULTS: AM had significantly greater F(max)/CSA (P < 0.05), I-MPF (P < 0.05), and I-MFCV (P < 0.01) than YB. F(max)/CSA (P < 0.001), MPF (P < 0.001), and MFCV (P < 0.01) declined significantly more for AM than YB. MPF/MFCV ratio increased, i.e., MPF decreased more than MFCV, for both groups but this was significantly (P < 0.001) more pronounced for AM. CONCLUSION: Taken together, those results suggest that more fatigable Type II motor units are involved in men, resulting in greater lactic acid and ions accumulations during fatigue. This difference in muscle's metabolic and ionic state could be responsible for a greater reflex-induced decrease of motor units firing rates in men compared with boys. This firing rate decrease could be explained using the "muscular wisdom" hypothesis and would express a nervous command adaptation to sustain a maximal contraction.