（运动人体科学专业论文）不同外展角度下肩关节主要肌群的活动规律.pdf

不同外展角度下肩关节主要肌群的活动规律中文摘要 中文摘要 目的 目前对肩关节肌力研究的文章仅限于对肩关节屈伸肌群的研究，在体育运动 或日常生活活动，肩关节都是在一定的外展状态下进行屈伸和旋转活动的，而对 于肩关节外展状态下，旋转肌群的活动规律的相关研究尚不多见。 方法 本实验应用瑞士c 饼e x 等速测力系统对男性青年优势侧肩关节在外展 o 。、4 5 。、9 0 。时的内、外旋肌群峰力矩、总功、平均功率进行测试，旨在探讨肩关 节内、外旋肌群的活动规律，并在此基础上提出防止肩关节运动损伤的有效措施： 为了进一步探讨肩关节内、外旋肌群的活动规律，同时应用运动生物电测试分析 系统对三角肌前束和后束s e m g 进行分析，进一步揭示肩关节在内旋、外旋等速 运动过程中的力一电关系。 结论 l 等速向心运动时，随着角速度的增加，肩关节内旋、外旋肌群的峰力矩和总 功减小，平均功率增大。外展4 5 0 时内旋肌群峰力矩值和相对峰力矩值均高于其它 两种外展角度；外展9 0 0 时外旋肌群峰力矩值和相对峰力矩值均高于其它两种外展 角度( 2 4 0 0 s 除外) 。 2 等速离心运动时，随着角速度的增加，肩关节内旋、外旋肌群的峰力矩和总 功减小，平均功率增大。外展0 。时内旋肌群峰力矩值和相对峰力矩均低于其它两 种测试体位，外旋肌群峰力矩值和相对峰力矩均高于其它两种外展角度。 3 峰力矩内旋e c c 夕 旋c o n 和外旋e c c 内旋c o n ，这两项指标是评价肩关 节旋转肌群肌力平衡的重要参数，其数值为今后的相关研究提供了有价值的参考。 4 等速向心运动时，i e m g 与峰力矩和总功之间存在呈中度或高度的相关性， 提示应用i e m g 评价肌力大有可为。 关键词：外展角度肩关节肌群峰力矩i e m g 作者：王银银 指导教师：王国祥 a c t i v i 锣p a t t e r n so fs h o u l d e rm a j o r m u s c l e si nd i f e r e n ta b d u c t i o na n g l e s o b j e c t i v e a b s n a c t s h o u l d e rs 仃e n g t l lo f 位c u 玎c n ts m d yi sl i m i t e dt 0t l l ea n i c l e0 n 龇m u s c l e so ft h e s h o u l d e rn e x i o n 锄de x t e n s i o n 加dt l l eg e n e r a ls p o n s0 ra c t i v i t i e so fd a i l yl i v i n g ， f l e x i o n ，e x t e n s i o n ，r o t a t i o na c t i v i t i e sc o n d u c 钯di nac e n a i na b d u c t i o n 锄g l e s a c t i v 姆 p a ：t t 锄so fs h o u l d e rr o t a t i o nm u s c l e s i i ld i f f e r e n ta b d u c t i o na i l g l e sa r en o tv e 巧c l e 缸 m e t h o d s 嘶t z e r l a i l d sc o n ，n i e xc o m p a n yp r o d u c t i o ni s o k i n e t i ct e s t i n ga i l dt r 幽血培 s y s t e ma n dg e m a l l yb i o v i s i o nm o v e m e n to fe l e 嘶c a lt e s t 柚a l y s i ss y s t e mw e r eu s i n g t 0a i l a l y z et h cs t r e n g mo f s h 0 1 】l d e rm 句o rm u s c l e s 缸a b d u c t i o na 1 1 9 1 e0 。，4 5 。，9 0 。， f e s p e c t i v e l ya 1 1 刚a rv e l o 嘶o f6 0 0 s ，1 2 0 0 s ，1 8 0 0 sa n d2 4 0 0 sd u r i n gi s 出n e t i c c o n c e n t r i ce x e r c i s e ，锄dt l 圯觚g u l a rv e l o c 埘o f6 0 0 s ，1 2 0 u s 砌n gi s o l ( i n e t i c e c c e n t r i ce x e r c i s e a 帕s t u d ym es u r f a c ee m gc h a r a c t e r i s t i c so fm ep a r sc l a v i c u l 撕s a n ds p i i l a t ao fd e l t o i d e u s c o n c l u s i o n s ： 1 d 证n gi s o l ( i n e t i cc o n c e n t r i ce x e r c i s e ，、衍m 也ea 1 1 9 u l a rv e l o c 埘i n c r e a s i n gp e 冰 t o r q u ea n dt h ep o w e rd e c r e a s e s ，a v e r a g ep o w e ri n c r e a s e s i i la b d u c t i o n4 5 oi n t e m a l r o t a t i o nr e l a t i v ep e a kt o r q u eo fi n t e m a l 删i o ni s1 1 i g h c r 协a 1 1o t l l e r 掩，0 虹n d so ft e s t i n g p o s t u r e ；i na b d u c t i o n9 0 o m u s c l er e l a t i v ep e a l ( t o r q u eo fe x t e m a lr o t a t i o ni sh i 曲e r t l l a nt h eo t h e rt w ol ( i n d so f t e s t i i l gp o g t u r e ( e x c e p t2 4 0o s ) 2 d u r i l l gi s o k i l l e t i ce c c e n t r i ce x e r c i s e ，训恤n l ea 1 1 9 u l a rv e l o c i t ) ，i n c r e a s i n gm e p e a l 【t o r q u ea n dm ep o w e ro fs h o u l d e rm e m a lr o t a t i o n ，e x t e m a lr o t a t i o n m u s c l e d e c r e 2 l s e s i na b d u c t i o noo p e a l 【t o r q u e 细dr e l a t i v ep e a kt o r q u eo fi n t e m a lr o t a t i o nw e r e i l a c t j v 姆p a n c m so fs h o u l d e rm 司o rm u s c l e sj nd 脓啪ta b d 刨唑鲤堕 a b s t 嬲 l o w 贸也皴t l l eo n l e r 铆ol 【i n d so ft e s t i n gp o s n j r e ，p e a l 【t o r q u ea 1 1 dr e l 撕v ep e a l 【t o r q u e o fe x t 锄a 1r o t a t i o ni sl l i g h e rt h a nm eo t h e rt w ok i i l d so ft e s t i n gp o s i t i o n 3 p e a kt o r q l j eo fi n t e m a l r o t a t i o ne c c e ) 【t e m a l 例m i o nc o n ，洳a l r o t a t i o ne c c i n t 锄a lr o t a t i o nc o n ，也et w oi n d i c a t o r st 0 盯ek e yp 雒a m e t e r st 0a s s e s s b a l a n c eo fs h o u l d e rr o t a t i o n ，p r o v i d e d av a l u a b l er e f e r e n c ef o r 如t u r cr e s e a r c h 4 d 面n gi s o k i n e t i cc o n c e n t r i ce x e r c i s e ，i e m ga l l dp e a l 【t o r q u ea n d t l l et o t a lw o r k b e t w e e nam o d e r a t eo rl l i g hd e g r e eo f c o r r e l a t i o n ，t i po fi e m ge v a l u a t i o no fm u s c l e s t r e n g t hv e r yp r o m i s i n g k e yw o r d s ： a b d u c t i o na i l 百e s h o u i d e rj o i n t m u s c l e p e a l 【t o 玎q u e i e ：m g i i i w m c e n b y ：y i n 姐nw 撕g s u p e r v i s e db y ：g h 】o x i a l l gw i m g 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外；本论文 不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏 州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本 声明的法律责任。 研究生签磊：垂幺：纽日期：坦堕! 墨! f 乡 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论 文合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论 文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的 保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的 全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名：垂么艮趣日期：麴璺丑z 垡 二 导师签名： 不同外展角度下肩关节主要肌群的活动规律l 序言 1 序言 1 1 选题依据 肩关节内、外旋肌群为盂肱关节提供良好的稳定性和活动度中起到了关键作 用，因此，肩关节内、外旋活动发生改变会极大影响肩关节稳定性和活动度。肩 关节虽是全身大关节之一，但由于特殊的解剖特性和运动状态，研究时相对比较 难控制，因此，对膝、髋、肘关节的研究较多，而其它关节，包括肩关节的研究 较少。 自六十年代起，国内外许多学者从事肩部机能解剖和生物力学方面的研究， 但由于肩关节特殊的解剖生理特性，其动态的力学特征至今仍不十分清楚。早期 等速技术主要用于体育运动方面，对提高竞技运动水平起到一定作用。在运动生 理学研究中主要用来评价不同专项运动员完成主要技术动作所需肌肉的功能状况 以及受伤肢体的康复状况。目前对肩关节肌力研究的文章仅限于对肩关节屈伸肌 群的研究，在体育运动或日常生活活动，肩关节都是在定的外展状态下进行屈 伸和旋转活动的，而对于肩关节外展状态下，旋转肌群的活动规律的研究尚不多见。 本实验应用瑞士c 小t r e x 等速测力系统对男性青年优势侧肩关节在外展 0 。、4 5 。、9 0 。时的内、外旋肌群峰力矩、总功、平均功率进行测试，旨在探讨肩关 节内、外旋肌群的活动规律，并在此基础上提出防止肩关节运动损伤的有效措施； 为了进一步探讨肩关节内、外旋肌群的活动规律，同时应用运动生物电测试分析 系统对三角肌前束和后束s e m g 进行分析，进一步揭示肩关节在内旋、外旋等速 运动过程中的力一电关系。 1 2 文献综述 人体的一切随意运动，包括体育运动都依靠关节肌肉提供动力。因此了解关 节肌肉的工作规律是十分必要的，通过测得普通人群主要关节肌群工作的生物力 学参数为研究体育运动技术、康复医学、预防医学、航空航天、军事训练和工农 业生产操作技术的生物力学提供基础参数，所以，从正常人体关节肌群肌力特征 的生物力学研究是非常必须的。 1 2 1 肩关节的解剖学特征 不同外展角度下肩关节主要肌群的活动规律 l 序言 肩关节是人体大关节之一，它在人的生活、生产劳动和体育运动中占有重要 地位。大多数体育运动项目都需要肩关节直接、间接参与，例如体操、举重、游 泳、田径、各项球类运动等等。因此，肩关节肌群的性能直接关系大多数运动项 目的成绩，肩关节的运动损伤在体操、投掷、举重、网球等运动项目中发生率较 高。肩关节为典型的三轴关节，绕矢状轴的旋转运动同样较多，因此对肩关节旋 转肌群生物力学特征的研究十分重要。 肩关节的解剖学特征：肩关节是一个典型的球窝关节，它由肩胛骨的关节盂 与肱骨的肱骨头构成，肱骨头作为关节头，约占球面的三分之一，关节盂作为关 节窝，约占肱骨头球面的四分之一，这较浅的关节窝使得肩关节活动的幅度很大。 肩关节活动与其周围韧带的柔韧性及肌肉的强弱，还有关节面平滑程度密切相关。 肩关节是典型的三轴关节，它周围有六组肌肉。上臂屈肌群包括：三角肌肩部、 胸大肌、喙肱肌及肱二头肌长头；上臂伸肌群包括：三角肌后部、背阔肌、大圆 肌、小圆肌、岗下肌及肱三头肌长头。三角肌是肩关节主要的外展肌，在手臂上 举过程中，它与内、外旋肌群形成一个力偶，从而把肱骨头始终限定在关节盂中。 肩关节内旋肌力主要由肩胛下肌、胸大肌、背阔肌以及大圆肌产生；外旋肌力则 是由冈下肌、小圆肌共同作用。肩关节的稳定性对维护肩关节运动起着决定性作 用，肩关节的静态稳定由肩关节囊及其周围肌肉韧带来维持，肩关节旋转肌群通 过协同收缩达到控制肩关节的动态稳定。 肩关节由于其解剖结构的特点，与其他关节相比，在运动机能方面表现为良 好的活动度和较差的稳定性【l 】。临床上表现为日常生活和体育运动中的多发损伤， 特别是容易发生于投掷和对抗性体育运动中。其中以肩袖损伤最为多见，肱二头 肌长头肌腱腱鞘炎次之，肩关节脱位也较常见。肩部的稳定性有赖于肩关节周围 肌肉特别是旋转肩袖的协调运动来达到盂肱关节的动态稳定。旋转肌肩袖是维持 肩关节复合体完整性的最重要的结构之一。盂肱关节的稳定性很大程度依赖于旋 转肌肩袖的完整和正常功能。强壮的旋转肌肩袖对于上肢的平衡和平滑运动尤为 重要【2 j 。肩关节虽是全身大关节之一，但由于特殊的解剖特性和运动状态，研究时 相对比较难控制，因此，对膝、髋、肘等关节的研究较多，而对肩关节的研究较少。 1 2 2 等速肌力测试在体育科研中的研究现状 等速运动的概念由h i s l o p 和p e r r i n e 在2 0 世纪6 0 年代后期提出的1 3 1 。7 0 年代 初美国c y b e x 公司制造出第一台等速肌力训练仪器，此后世界上许多国家开始了 2 不同外展角度下肩关节主要肌群的活动规律 l 序言 等速技术的应用和研究，并被认为是肌内功能测试和训练技术的一次革命。早期 等速技术主要应用于运动医学方面，为运动员的运动能力和运动创伤后的功能情 况提供客观的评价指标；等速肌力训练对于增强运动员的肌肉力量、提高运动成 绩，以及运动创伤后的肌肉功能的康复，是一种较为理想的训练方法。以后随着 等速技术应用范围的扩大，逐渐应用于多学科的临床和科研工作中，其中应用较 广泛的是在康复医学领域中，对评价和训练各种肌肉功能障碍起到积极作用。我 国于8 0 年代初开始购进等速仪器，主要运用于运动员的肌肉功能评价和运动员创 伤后的肌力训练【4 】。目前常用的等速仪器有l i d o 、n c o m 、b i o d e x 、c ) ，_ b e x 和 c o n 1 r e x 等不同种类，其功能基本相似。等速仪器经过近4 0 年的不断发展和更 新，其功能更趋完善，使用更加简便，新一代等速测试仪器除自动将关节运动中 瞬时的力矩变化情况记录下来，通过计算机处理，得到力矩曲线及多项肌肉功能 的参数，作为评价肌肉运动功能的指标；还可以在肌内训练方面提供等速、等长、 等张、向心、离心、自定义运动、持续被动运动( c o n t i n o l l sp a s s i v ei n o t i o n c p m ) 等不同运动方式的训练模式，从而提高了肌内训练的水平。 等速运动是指在运动中运动速度恒定而阻力可变。运动速度预先在等速仪器 上设定，在运动过程中，不管受试者用多大的力量收缩，肢体运动的速度都限制 在预先设定的恒定速度范围内，受试者肌肉张力增加或降低，等速仪器的力矩输 出相应地增加或降低，使肢体不能产生运动的加速度( 运动开始和末了的瞬时加 速度除外) 。与等长、等张测试相比，等速测试的显著特点是运动速度相对稳定， 不会产生爆发式运动的现象，且在整个运动过程中所产生的阻力与作用的肌力成 正比，即肌肉在运动全过程中的任何一点都能产生最大的力量【5 6 j 。国内外的力量 训练专家也认为它可以在整个运动范围给肌力最大的阻力。等速运动时，肌纤维 长度缩短或被拉伸，引起明显的关节活动，是一种动力性收缩，类似于等张收缩， 但等速运动中，等速仪器所提供的是一种顺应性阻力，大小随肌肉收缩张力的大 小而变化，类似于等长收缩。因此，等速肌肉收缩兼有等张收缩和等长收缩的某 些特点，是一种特殊的肌肉收缩形式，它克服了等张运动的恒力特点和等长运动 的姿势固定的缺点【7 1 。它作为力量训练负荷有利于提高肌肉在各种长度下的动力性 力量，还可以防止拉伤。等速测试可以比较客观地反映被测定肌群的功能状态。 1 2 2 1 肌肉力量的评定 ，等速肌肉测试在评价肌肉功能方面能定量化，并能提供一系列肌肉特征的参 3 不同外展角度下肩关节主要肌群的活动规律1 序言 数，如力矩、做功、功率及耐力等，被认为是肌力测试最准确、最客观方法之一。 目前研究表明，等速肌力测试比传统的等长和等张肌力测试更客观、更精确。在 肌肉力量的评定上，应用等速测试的手段较多。从测试对象看，既有一般患者、普通 人群、又有专业运动人群( 涵盖许多运动项目) 。从测试部位看，多集中在下肢各关 节运动肌群，尤其是膝、髋关节，对上关节的研究较少，对肩关节的研究就少之甚 少。等速测试在肌肉力量的评定方面的应用主要体现在以下几个方面：建立人体 关节肌群生物力学规律；借助于等速测试记录一系列有特殊意义的肌肉力量指 标；帮助运动员更好地掌握运动技术，确立最佳负荷和速度，指导运动训练；有 助于分析年龄等因素对肌肉力量的影响；评定运动员的阶段训练效果；广泛 应用于运动损伤的防治及康复等方面。王河嘲对6 0 名正常健康中国青年( 女子3 0 名，男子3 0 名) 的右肩关节屈伸肌进行等动向心、等动离心及等长测试，研究肩 关节屈伸肌群在不同收缩方式下的工作特征，获得一套相对比较完整的肩屈伸肌 力基础数据，从而对肩关节屈伸肌群生物力学规律进行综合评价。国内外对肩关 节屈伸肌群的肌力的研究较多，对旋转肌群肌力的研究都集中于运动员，而对普 通人群的研究较少，国内几乎没有。如何勇剀分别对2 6 棒球投手和2 2 名自愿者肩 关节旋转运动特征进行研究，结果表明棒球运动员肩关节存在内、外旋肌力不平衡。 1 2 2 2 康复医学中的应用 等速技术的主要优势在于肌内收缩时它能提供可变的阻力而保证整个关节 活动中每一角度都能承受相应的最大阻力，产生最大张力，使肌力训练具有高效 性和安全性，可用于手术后的康复训练。对一些肌力较弱、无法对抗阻力者可先 在c p m 状态下进行功能训练。逐渐过渡到抗阻训练，这对患者的早期康复，尤其 是术后的功能训练更为有意义，通过比较治疗前后关节的肌肉功能，可对不同康 复治疗、矫形手术治疗的疗效进行客观评价。肩关节术后的康复目标主要是尽可 能恢复患侧肩关节的关节活动度、肩周的肌肉力量和良好的肩关节稳定性和协调 性【l o 儿】。应用等速装置对术后患者进行促进关节活动度和增强肌力的康复训练。 顾新、佟方【1 2 】在等速运动装置在肩关节术后康复中的应用中指出，训练后患者患 侧肩关节屈曲角度增加，训练后患侧肩关节屈肌肌力增强，但与健侧对比关节活 动度和肌力仍遗留明显差距，可见等速运动装置可用于肩关节术后康复训练! 对改 善关节活动度和增强肌力均有显著疗效。 它主要通过力矩曲线变化来评定肌肉的运动情况，如可通过受影响的力矩曲 4 不同外展角度下肩关节主要肌群的活动规律 l 序言 线及相关参数而获得膝关节及周围组织的损伤或疾病情况。膝关节的平衡指标一 一膝关节的屈肌和伸肌力量的比值对维持膝关节的稳定性、预防膝关节损伤有重 要意义。一般用该值( f e 或h q ) 表示膝关节的平衡功能。膝关节骨关节炎患 者的患膝胴绳肌力有所降低。患侧肌群和韧带所受应力较大，容易引起损伤。该 值恢复正常也是膝关节伤病后康复的一个主要目标。临床研究已经证实，膝关节 骨关节炎、膝关节前交叉韧带损伤、后交叉韧带损伤、髌骨半脱位、髌骨软骨形 成、半月板损伤、副韧带损伤、滑膜皱襞综合征等均可通过等速测试的力矩曲线 获得诊断或辅助诊断。 由于等速测试系统可以提供一系列重复性较好的客观数据，因此可以用来对 运动系统损伤进行评估，并在保守治疗或手术治疗后提供疗效参考，帮助选择合 适的治疗方法。a u g u s t s s o n 等指出，等速测试的出现，无疑对评定各种膝关节疾患 治疗效果具有很大的实用价值，并提出了膝关节力量的评分方法与标准表用于评 定膝关节损伤患者的治疗效果。 腰椎间盘突出症临床发病率较高，神经根的受压及损伤性炎性介质的释放， 必然引起下肢运动功能出现异常，影响患者的康复，因此对其运动功能的评估是 必要的。测试结果显示，无论是慢速收缩( 6 0 0 s ) 还是快速收缩( 1 8 0 0 s ) ，也无 论是屈曲还是伸展，其受累的一侧明显低于未受累的一侧，下肢慢速收缩时两下 肢的d l d 2 ( 下肢运动平衡) 差异显著，但在快速收缩时，这种差异不明显，这 主要由于腰椎间盘突出的一侧神经根受压迫，将导致其下肢产生反射性抑制，使 收缩效率降低，即单位时间内做的功低于未受累及的一侧。受压的神经根产生疼 痛等异常感觉而使受累的肢体的肌肉不能产生正常运动的结果，反映了受累侧肢 体运动时力量和运动范围的异常。另一方面，受累肢体的被动活动和主动运动受 限引起的肌肉静力性负荷不足以及活动缺乏，导致一定程度的废用性肌萎缩，也 可能是造成这一结果的原因。 采用等速技术对运动员的肌肉功能进行评估测试，为运动员的运动功能和运 动创伤后的功能情况提供客观的评价指标。屈伸比值是膝关节稳定的一个重要 指标，该值偏高或偏低在运动中易使弱肌损伤，并导致膝关节内部结构的损伤； 通过相应训练，可使该值趋向正常，从而预防损伤的发生，提高运动能力。 1 2 2 3 等速技术在体育运动中应用 ( 1 ) 不同运动速度对肌力影响研究 不同外展角度下肩关节主要肌群的活动规律l 序言 现在国内外的等速测试研究中，为了了解肌肉神经不同性能，一般选取3 0 6 0 0 s 作为慢速测试，反映肌肉的最大力量，用6 0 1 8 0 u s 作为中速测试，反映测试 者肌肉的最大作功能力：用1 8 卜3 0 0 0 s 作为快速测试，反映肌肉工作的功率及耐 力。通过测试研究结果发现，在等速向心收缩时，峰力矩( 肌力) 随着运动速度 的增加而减小。造成此结果的原因，大部分学者认为是等速测试系统测出的各运 动下的肌力指标与肌纤维的成分有关：肌肉在慢速大强度收缩时，快慢肌纤维均 被募集，产生较大肌力；在中速运动中，快肌纤维和慢肌纤维同时被募集，产生 中等肌力；在快速运动时，只选择性的募集快肌纤维，产生较小肌力。这一研究 结果的得出，对今后运动员肌肉力量的基本研究和科学选材都具十分积极的意义。 ( 2 ) 不同关节的肌力表现特征研究 不同关节的肌力表现特征存在着不同之处，为了对此有所了解，国内学者作 过许多研究。李秋萍【1 3 】运用c y b e x 6 0 0 0 对我国速滑运动员膝关节肌群力特征研 究，表明双膝关节屈伸肌峰力矩、总功随角速度递增而下降，平均功率升高；同 一角速度屈伸肌群峰力矩、总功及平均功率为伸肌大于屈肌；在不同速度区还伴 有“优势交换”现象，低速区左侧伸肌显著大于右侧，高速区则以右侧伸肌增强 为住。陈彩珍【2 】等对广东省花样游泳运动员上肢肩关节的外旋内旋肌群进行测试， 指出左右肩关节外旋肌群3 0 0 。s 速度下a p 明显低于1 8 0 。s 时的a p 值，外旋和 内旋肌群比值随测试速度的提高而有增加的趋势。这些研究为今后运动员有针对 性和科学化的训练提供了有益的帮助。 ( 3 ) 不同肌肉收缩形式对肌力影响研究 按照肌肉在收缩过程中长度的变化，可将肌肉的收缩分为向心收缩，离心收 缩和等长收缩三种形式。为了了解它们三者在收缩中肌力的大小关系，目前研究 表明，肌肉离心收缩产生的肌力大于向心收缩及等长收缩的肌力，肌肉收缩产生 最大张力的顺序为：离心收缩 等长收缩 向心收缩。这是因为肌肉在进行离心 收缩时与向心收缩不同，它不但具有肌肉组织的收缩成分参与外，还有非收缩成 分的介入，使肌肉的力矩输出明显增大，因此，这种肌肉收缩具有力量大、耗能 小的特点。由于肌肉离心收缩在维持运动中关节的稳定性及增强肌力，提高运动 能力等方面有作用，因此等速离心肌力训练在运动员肌力训练方法有一定的意义。 已有研究表明f 1 4 1 ，肩关节内、外旋肌力不平衡，将会导致肩关节失稳，进而会引 起肩关节慢性病理变化，诸如肌腱炎的发生。一般情况下，外旋肌的峰力矩是内 6 不同外展角度下肩关节主要肌群的活动规律l 序言 旋肌峰力矩值的6 0 。8 0 ，伸肌峰力矩值是屈肌峰力矩值的7 5 一8 5 。运动训练 可能影响肩关节肌力的比率。m c m 硒t e r 等【l5 j 报道了水球运动员肩关节外旋肌内旋 肌峰力矩比值减低；在游泳、划船等上肢运动项目中，运动员的肩关节伸肌力矩 值增大，屈肌f 申肌峰力矩比值降低，这与运动项目特点有关。 1 2 3 表面肌电图在体育科研中的研究现状 表面肌电信号( s u r f a c ee l e c t r o m y o 黟a p h y ，s e m g ) 是从人体骨骼肌表面通过电 极记录下来的神经肌肉活动时发放的生物电信号，它与肌肉的活动状态和功能状态 之间存在着不同程度的关联性，能在一定程度上反映神经肌肉的活动。表面肌电图 技术是通过肌电图仪采集肌肉表面电信号并加以分析的方法，上世纪5 0 年代开始 应用于体育科研领域，9 0 年代后随着信号分析技术和计算机的结合在此领域日益 广泛，肌电图的操作也大大简化，这就有力地推动其在体育领域的应用。 1 2 3 1s e m g 的参数及其分析 s e m g 信号是表面电极所触及的多个运动单位活动时所产生的生物电变化在 时间和空间上的总和，它既不能选择性地反映单个运动单位的活动，也不能记录到 深部肌肉活动的电位变化，与不同机能状态和活动状态下参加活动的运动单位数 量、不同运动单位的放电频率、运动单位活动的同步化程度、运动单位募集模式 以及表面电极放置位置、皮下脂肪厚度、体温变化等因素有关。多年来，对s e m g 信号时域和频域分析是肌电信号线性分析的重要部分【1 6 】，近年来，随着人们对神 经肌肉系统非线性性质认识的深入，有人采用非线性数学方法分析肌电信号【l 刀， 从而使该领域的研究进入了一个崭新的阶段。 ( 1 ) s e m g 的线性分析 对s e m g 信号时域、频域特征的分析是肌电信号线性分析的重要部分，其主要 目的在于通过定量描述s e m g 信号变化特征与肌肉结构以及肌肉活动状态和功能 状态之间的关联性，探讨s e m g 信号变化的可能原因，以及应用s e m g 信号的变化 有效反映肌肉的活动和功能。时域分析是将肌电信号看作时间的函数，用来刻画 时间序列信号的振幅特征，主要包括积分肌电值( i e m g ) 、均方根( 蹦s ) 、平均 振幅( m a ) 等。i e m g 值和r m s 值均可在时间维度上反映s e m g 信号振幅的变化 特征，而i 蝴s 又取决于肌肉负荷性因素和肌肉本身的生理、生化过程之间的内在 联系。在频域分析方面，主要的分析方法是对s e m g 信号进行快速傅立叶转换 ( f f t ) ，获得s e m g 信号的频谱或功率谱，它们可反映s e m g 信号在不同频率分量 7 不同外展角度下肩关节主要肌群的活动规律l 序言 的变化，故能较好地在频率维度上反映s e m g 的变化，主要指标包括平均功率频率 ( m p f ) 和中位频率( ) ，由于s e m g 信号功率谱并非呈典型的正态分布，因而 在特定条件下：m f 比m p f 灵敏，其适用于变异较大或无明显规律的s e m g 信号功 率谱分析，但在具体研究中人们发现，应用m p f 反映肌肉活动状态和功能状态的 敏感性却优于m f 。然而，由于f f t 本身的局限性，仅适用于平稳的非突变信号以 及变换伴有位置信息的丢失，故以此方法来分析具有非平稳性和对肌肉活动有敏 感依赖性的肌电信号，尚难以全面、准确地反映其变化规律和本质【1 8 】。 ( 2 ) s e m g 的非线性分析 s e m g 是神经肌肉电生理活动在皮肤表面的反应，具有典型的非线性特征。非 线性动力学研究的基本原理是，由少数变量的单一时间序列提取整个系统的动力 学特征，以构建肌肉机械活动与生物电变化之间的力一电关系模型。目前，对非 线性动力系统的研究主要从以下两方面展开。 人工神经网络是目前受到广泛关注的信号处理方法，它模仿生物神经元结构 和神经信息传递机理，由许多具有非线性映射能力的神经元组成，神经元之间通 过权系数相连接构成自适应非线性动力系统，具有并行计算、分布式存诸、自适 应学习等特点。人工神经网络的自组织、自适应学习以及优秀的容错性能使其在 系统辨识和模式识别方面显示出很大的优越性，在表面肌电信号的分析处理中， 尤其是肌电信号的模式识别方面得到广泛应用。例如，i t a l ( i i r an 【1 9 】等利用4 个电极 采集人体前臂运动时的表面肌电信号，构造了3 层结构的神经网络，利用b p 算法训 练神经网络，识别出前臂5 个不同的动作；l u l ij j 等【2 0 】利用3 层前馈人工神经网络研 究表面肌电信号的活动与肘关节等容收缩时的力矩之间的关系。 近年来利用数学、物理界的分形理论和混沌理论，对肌电信号进行定量分析 研究。利用分形理论对肌电信号进行分析的主要指标为分形维数。利用混沌理论 对肌电信号进行定量分析的主要指标为内嵌维数【2 l j 。混沌过程是具有确定性机制 的类随机过程，它具有非周期性、非随机性、非线性和对初始条件敏感等特点， 可以通过李雅普诺夫指数、相平面图和功率谱等特征参数表示。分形理论的出现， 给难以用经典数字准确描述其参数变化特征的生物信号提供了一个新的途径。国 外有研究小组开展了表面肌电的分形分析，取得了一些有价值的实验成果，如肌 肉表面肌电的分维数与其所承受载荷线性相关吲。目前，关于表面肌电的分形研 究还处于初级探索阶段。 不同外展角度下肩关节主要肌群的活动规律l 序言 1 2 3 2s e m g 在体育领域中的应用 ( 1 ) s e m g 与运动性疲劳的关系 无论是动态还是静态运动，伴随着运动性疲劳的发生表面肌电图信号也会发 生相应的改变，但受到以下因素的影响：运动方式、运动强度、运动性质( 静力 性、动力性) 、肌肉收缩方式( 离心收缩、向心收缩) 、运动时间、年龄、性别、 所选肌肉和受试者自身条件等因素影响。大多数研究结果表明从初始态到疲劳态， s e m g 时域值在运动至疲劳过程中的总趋势是上升，反映了参加工作的运动单位的 数量；s e m g 的f f t 曲线可以发生不同程度的左移现象，并且导致反映频谱曲线 特征的m p f 和m f 产生相应的下降1 。有研究认为【2 4 】，随着肌肉疲劳的发生和发 展，e m g 和r m s 呈线性增加，m a t s u m o t o 等【2 5 】由此建立了“肌电疲劳阈”并以 此评价肌肉的工作性能，但是目前对于e m g f t 究竟能否准确检测肌肉疲劳阈，以 及其与无氧阈值关系仍存在较大的争议。 ( 2 ) 利用s e m g 评估力量训练 e m g 与肌肉力量的关系，著名运动生理学家p o a s t r a n d 【2 6 】在其著作中指 出：1 ) 肌肉随意静力收缩时，用表面电极测定的i e m g 与肌肉力量之间成线性关 系。2 ) 肌肉用同样速度伸长或缩短时，肌电与肌肉呈比例关系；但伸长时斜率下 降。3 ) 当张力恒定时，肌肉活动随缩短的速度增加而加强；随伸长的速度增加而 下降。但在最大用力收缩时，不论速度快慢、向心运动、离心运动、静力，i e m g 均相同。由于e m g 与肌肉力量有密切的关系，尤其是i e m g 与肌肉张力的正相关， 使e m g 成为研究肌肉活动的一个理想的手段。目前积分肌电在监控疲劳方面应用 较广，但具体评价运动能力方面应用肌电图还比较少。m a t s u m o t 0 发明一种测积分 肌电疲劳阈( e m g f t ) 的方法，结果显示e m g f t 与无氧阈值间高度相关，这是 目前运用积分肌电评价运动能力的常用指标。但这种技术测量复杂，影响因素多， 而且评价范围主要是针对运动员的有氧能力，在力量型项目中实践应用较为困难。 力量型项目能力的提高，直接表面为绝对力量的增加。国内近期有很多研究在寻 觅应用积分肌电值来评价运动员力量。王奎、刘建红【2 4 】等在运用i e m g 评价举重 运动员力量素质的研究中指出，平均积分肌电与平均峰力矩和平均做功之间存在 明显的相关关系，提示应用积分肌电技术来评价力量素质并监控力量训练大有可 为。华立君，宋吉锐【2 8 】在排球运动员下肢肌力与肌电特征的相关研究中发现，膝 关节等速测试运动期间采集到的殷四头肌肌电信号可以客观评价积分肌电与肌力 9 不同外展角度下肩关节主要肌群的活动规律l 序言 指标之间的关系，指导专项力量训练实践。许以诚等【2 9 】让受试者在振动和非振动 条件下，分别以动力性和静力性两种不同方式进行屈肘练习。练习时施加不同的 负荷，通过对受试者的肱二头肌，屈腕肌和对抗肌肱三头肌、伸腕肌的肌电图测 试。结果表明，当负荷与肌肉收缩的方式相同时，振动条件下主动肌的肌电i e m g s 值都比非振动时大。郑宏伟等f 3 0 】为提高短跑的途中跑能力，采用普通下蹲姿势、 宽足间距下蹲姿势、髋关节伸展下蹲姿势三种不同下蹲姿势的力量训练，记录下 肢主要运动肌的肌电图反应，发现采用髋关节伸展下蹲动作的下肢力量训练对提 高短跑选手途中跑的能力起到一定的作用。 ( 3 ) 应用s e m g 信号特征预测骨骼肌纤维类型 应用s e m g 信号特征预测骨骼肌纤维类型是骨骼肌纤维类型无损伤预测的方 一法之一，其基本理论依据是抗阻负荷过程中某些表面肌电信号特征( 主要是m p f ) 随i 型纤维比例的多少呈线性负相关。w 把s t l m g 等【3 l 】用1 0 0 m v c 等长收缩作为 负荷条件，发现股外肌i 型纤维百分比与m p f 之间的相关系数为0 8 7 。王立山、 高强等【3 2 】研究发现，受试者以此为基础7 0 m v c 作等长负荷至疲劳时，m p f 下 降斜率与受试者i i 型纤维百分比呈明显正相关( f o 7 0 ) 。大多数学者的研究结论 是【3 3 】，i i 型纤维成分高者m p f 较高，疲劳时下降明显，而i 型纤维成分高者下降 不明显。 ( 4 ) s e m g 检测肌肉损伤 刘显东【3 4 】让大白鼠在电动跑台上进行9 0 分钟的下坡跑后进行s e m g 评估和胫 骨前肌的形态学结构观察，发现( 1 ) 肌电图改变与延迟性肌肉损伤显著相关( 2 ) 在2 4 4 8 小时时段e m g 波幅显著增加、时值明显变长( 3 ) 利用肌电图测定运动 性延迟损伤时间段时是6 4 8 小时，最佳时间是2 4 4 8 小时( 4 ) 肌肉损伤的程 度和肌电图定量参数变化有一定联系，即随着肌肉损伤加重肌电图振幅明显增加、 时值显著变长。 ( 5 ) s e m g 测定人体活动的反应时、运动时和电机械延迟 反应时是指人体接受信号后，开始做出反应的时间。电机械延迟是指肌肉开 始出现电活动后到人体开始产生机械运动这一段时间。运动时是指肢体从运动开 始到结束的时间。电机械延迟是一个比较重要的生理现象，它的大小反映一个运 动员的快速动作时肌肉力量的能力，对运动员选材有一定的帮助。一般来说快肌 纤维的电机械延迟比慢肌纤维的要小，j 疲劳前要比疲劳后小【3 5 1 。罗小兵等【3 6 】 1 0 不同外展角度下肩关节主要肌群的活动规律l 序言 在股内侧肌和腓肠肌疲劳后反应时的变化及郑氏按摩手法的干预效应中指出，大 强度运动导致膝关节疲劳后，股内侧肌和腓肠肌的反应时显著延长。 ( 6 ) s e m g 与肌肉组织代谢的关系 目前大量的研究证明s e m g 的变化与肌肉组织的代谢有一定的关系。l a l 】r e n t 【3 7 1 在进行7 0 m v c 等长运动至力竭研究中发现，腓肠肌肌电的改变与p h 值有关， v e s t e r g 勰r d p o u l s e n 【3 8 1 的研究也得出相同的结果。王国祥【3 9 】以肱三头肌、肱二头肌 和前腕骨肌的s e m g 的m f 变化与血乳酸浓度变化相互比较，1 0 、3 0 和 5 0 m v c 三种运动形式都表现出了非常明显的相关性。王国祥【4 0 】等利用表面肌电 图和近红外线光谱测定技术( n i r s ) ，在3 0 和5 0 m v c 两种负荷条件下，对肘 关节等速运动状态下的肱三头肌、肱二头肌的i e m g 变化和肌氧含量变化进行了 观察，结果表明i e m g 逐渐升高，肌氧含量逐步下降。 不同外展角度下肩关节主要肌群的活动规律2 实验对象与方法 2 1 实验对象 2 实验对象与方法 1 2 名未经特殊运动训练、健康、右利上肢的苏州大学体育学院男生自愿作为 本实验的实验对象。平均年龄2 4 4 1 1 6 9 岁、身高1 7 5 5 8 3 7 5 c m 、体重7 1 1 7 7 9 9 k g 。实验前2 4 h 未进行任何形式的剧烈体力运动，均多次熟悉运动负荷和 实验要求。 2 2 研究方法 实验在苏州大学体育学院运动生物力学实验室进行，仪器为瑞士c 0 1 扯t r e x 公司产的等速肌力测试及训练系统和德国b i o v i s i o n 运动生物电测试分析系统，测 试前对系统进行常规标定( 实验流程图见图1 ) 。 图1 实验流程图 2 2 1 肌电测试 2 2 1 1 定标 在正式测试开始前，调节好肌电仪器的参数设置和仪器连接，同时需和等速 测力系统进行标定，使等速测试系统与b i o v i s i o n 同步显示每一时刻力矩、角度等 值的变化曲线，同时在b i o v i s i o n 系统上显示具体数值。 2 2 1 2 电极的放置 受试者粘贴电极严格依照肌电测试的要求，表面电极所贴位置为所测肌肉的 1 2 不同外展角度下肩关节主要肌群的活动规律 2 实验对象与方法 肌腹部分最隆起处，电极安放前应剪掉测量部位的体毛，并用细砂纸或酒精清洁 皮肤，以减少皮肤电阻对肌电图信号的影响。测试肌肉为受试者优势侧三角肌前 束和三角肌后束，电极贴放参考崔丽英的简明肌电图学手册【4 1 1 。 2 2 1 3 肌电信号的采集 运用软件d a s y l a b 8 0 进行数据采集，肌电信号导出时间常数o o l s ，滤波宽度 1 0 h z 5 0 0 h z ，高频阻断2 0 0 0 h z 。导出的肌电信号经放大器放大后，输入a d 转换器进行信号采集。 2 2 1 4 肌电信号的分析指标： 积分肌电值( i e m g ) 是指在一定时间内肌肉中参与活动的运动单位放电总量， 即在时间不变的前提下，其值的大小在一定程度上反映参加工作的运动单位的数 量多少和每个运动单位的放电大小。平均积分肌电值( a v e r a g ei e m g ) 指受试者在 同一种角速度下的总积分肌电值与该角速度下收缩次数的比值。平均积分肌电值 由表面肌电仪在体表采集后用d a s y l a b 8 0 软件计算得出。 2 2 2 等速测试 2 2 2 1 测试姿势和参数设置 应用瑞士产c 0 n 仃e x ，m j 多关节运动模式主机，对肩关节在外展0 0 ( 肩关节 中立位) 、外展4 5 0 、外展9 0 m 隋况下，内旋、外旋肌群进行等速测试。三种测试体 位受试者姿势的固定见图2 、3 、4 。为了保证实验的规范化及对所测肌群做出准确 的评价，测试时，被测关节的固定方法及关节对位等严格按照c 研叮t r e x 等速测 力系统使用手册的要求进行操作。在测试受试者优势侧肩关节内旋、外旋肌群肌 力的同时，用德国b i o v i s i o n