（运动人体科学专业论文）躯干等速屈伸运动时屈伸肌的力学特征的研究.pdf

躯干等速屈仲运动时屈仲肌的力学特征的研究中文摘要中文摘要目的：随机选择苏州大学体育学院1 4 名健康男性为测试对象，通过对腰背屈伸运动时一系列肌肉特征参数值的测试和分析，探讨和研究等速运动状态下躯干屈伸动作时竖脊肌、腹直肌的力学特征及肌力、肌电特征的相互关系。方法：以等速向心运动和等速离心运动为主要运动方式，运用瑞士产c o n t r e x 人体肌力评估和训练系统以及德国b i o v i s i o n 公司出品的1 6 通道多导运动生物电纪录分析系统，分别记录峰值力矩、平均功率频率、屈伸肌峰值力矩比、到达峰值力矩的角度总功功率、积分肌电等腰背屈伸运动时的肌肉特征参数值。结果：( 1 ) 等速向心运动时，伸肌的峰值力矩值随角速度的增加而减少，屈肌峰值力矩值未见规律性的变化；等速离心运动中屈、伸肌的峰值力矩值均随角速度的增加呈减小趋势。( 2 ) 等速向心运动时，屈、伸肌的峰值力矩比随角速度的加快而增大，角速度从3 0 0 s 到9 0 0 s 时的变化范围在o 7 9 9 o 8 5 5 之间，角速度从1 2 0 0 s 增快至1 8 0 0 s时变化范围增大到0 8 8 7 o 9 2 6 之间；等速离心运动时，屈、伸肌峰值力矩比随角速度的增加略有减小，在1 5 0 s 到4 5 0 s 之间，躯干屈伸肌比值变化范围在1 2 9 1 2 7 。( 3 ) 慢速等速向心、离心运动时，不同角速度下屈、伸肌到达峰值力矩角度分布离散，3 0 0 s 时分别为4 8 。5 6 0 ，5 2 7 3 0 ；9 0 0 s 时分别为4 6 1 8 0 ，6 0 4 5 0 ；快速运动时，屈、伸肌出现最大峰值力矩角度基本接近，1 2 0 0 s 时分别为4 8 7 1 0 、5 1 6 1 0 ，1 8 0 0 s 分别5 4 8 6 、5 3 1 1 。( 4 ) 等速向心、离心运动时，在不同角速度下，屈、伸肌的总功均随角速度的增加而减少，伸肌总功大于屈肌。( 5 ) 等速向心、离心运动时，屈、伸肌的平均功率随角速度的增加呈线性上升，屈肌平均功率始终小于伸肌。( 6 ) 躯干屈伸运动中，胸段竖脊肌积分肌电值较腰段竖脊肌小，上段腹直肌积分肌电值较下段腹直肌大；慢速( 3 0 0 s ) 等速向心运动时，腹直肌上部的积分肌电的变化和屈肌峰值力矩的变化有显著性相关，竖脊肌积分肌电值的变化和伸肌峰值力矩值的变化没有相关性。躯干等速屈伸运动时屈仲肌的力学特征的研究中文摘要结论：( 1 ) 等速向心、离心运动时，躯干屈伸肌群的肌力随角速度的增加而减小，慢速等速运动对腰腹肌功能评定比快速测试更精确，更可靠。( 2 ) 等速向心、离心运动时，躯干在慢速屈伸运动时稳定性较好；快速屈伸运动时，脊柱的稳定性降低。( 3 ) 等速运动时，屈伸肌做功随运动速度下降而降低，但肌肉的爆发力随运动速度的增快而加大。( 4 ) 快速等速向心、离心运动时，屈、伸肌处于最适初长度的角度较慢速等速向心、离心运动时接近，屈、伸肌可同步产生最大张力，此时突受外力打击后容易引起肌肉损伤和脊柱不稳。( 5 ) 躯干完成屈伸运动时，上部腹直肌和腰段竖脊肌肌纤维募集较多；在3 0 0 s等速向心收缩时，腹直肌上部的电、力变化有显著相关性。关键词：躯干等速运动峰值力矩屈伸肌峰值力矩比峰值力矩角度积分肌电i i作者：王翠霞指导老师：吴明方教授躯干等速屈伸运动时屈伸肌的力学特征的研究英文摘要t h er e s e a r c ho nt h em e c h a n i c sc h a r a c t e r i s t i cp j1jtj 0 lt l e x 0 r i - e x t e n s 0 rd u r l n gt r u n kl s 0 k j n e t l ce x e r c i s ea b s t r a c to b j e c t ：t br e s e a r c ht h em e c h a n i c sc h 引a 【c t e r i s t i co fn e x o r - e x t e n s o ra n dm e i rc o o p e r a t i v e 劬c t i o n ，t h ea u t h o rc h o s e14h e a l t h ym a l e 硒t e s t i n go b je c t s 仔o ms o o c h o wu n i v e r s i 吼a n dm e 勰u r e das e r i e sp a r 锄e t e r su n d e 唱o i i l gl u m b a rn e x - e x t e n de x e r c i s e ，t 0a i l a l y z e 廿1 em e c h 枷c sc h a r a c t e i 噎s t i c 锄dt l l ec o n e l a t i o nb e t w e e nt l l ec h a i l g e so fr e c t u sa b d o m i i l i sp e a l ( t o r q a n ds e m gd 嘶n gt l l ef l e x i o na l l de x t e n s i o no f t n m k m e t h o d ：u s i n gc o n - t r e xi s o k i n e t i ct e s t i n gs y s t e ma n dg e 肌a l lb i o v i s i o nb i o e l e c 仃i c i t ) rr e c o r d 如a l y z es y s t e m ，as e r i e sp a r 锄e t e r sa r er e c o r d e ds u c h 鹊p e a l 【t o r q u e 、a i l g l ea tp e a l 【t o r q u e 、t o t a lw o r k 、a v e r a g ep o w e r 、i e m g ，1 l i l d e 唱o i n g1 u m b a rn e x - e x t e n de x e r c i s ei i l 廿l ew a yo fi s o l ( i n e t i cc e 删p e t a l c e n 仃i 如g a le x e r c i s e r e s u l t s ：( 1 ) i s o k 协e t i cc e n t r i p e t a le x e r c i s e ，p e a l 【t o r q u eo fe x t e n s o rd e c r e 2 u s e d 嬲t 1 1 eg e i l i o v e l o c i 够r e d u c e d ，b u tn oi n e 珊t i cc l l a 】 1 9 ei nf l e x o rp e a kt o r q u e ；w h e nu n d e r g o i n gi s o k i n e t i cc e n t r i f u g a le x e r c i s e ，p e a l 【t o r q u eo ff l e x o r - e x t e n s o r h a dd e c r e a s e d 仃e n dw h n eg 嘶o v e l o c i t yr e d u c e d ( 2 ) d u r i n gi s o k i n e t i cc e 栅p e t a le x e r c i s e ，f l ei n c r e a s e dw i t ht 1 1 eg e n i o v e l o c i 锣e x p e d i t e d i t sr a n g ei s0 7 7 6 - 0 8 6 5f b m3 0 0 st 09 0 0 s a i l dal i t t l eb i ga to 8 8 7 - 0 9 2 6丘- 0 m12 0 0 st 018 0 0 s ；w 1 1 e nl l i l d e 玛o i n gi s o l 【i n e t i cc e n t 】舰a le x e r c i s e ，f eo fn e x o r - e x t e n s o rd e c r e 2 l s e ds l i g h t l ya sg e l l i o v e l o c i t ) re x p e d i t e d t h er a n g eo ff ei s1 2 9 1 2 7 ( 3 ) d u r i i l gs l o wi s o l ( i 】愀i cc e n t r i p e t a e n t r i 如g a le x e r c i s e、) l ，i t l ld i 能r e n tg e l l i o v e l o c i 劬m ea n g l ea tp e a kt o r q u eo ff l e x o ra i l de x t e n s o rd i s t r i b u t e dd i s c r e t e l y ，3 0 0 si s - 4 8 5 6 0 ，- 5 2 7 3 0 ；9 0 0 si s 4 6 18 0 ，- 6 0 4 5 。；w h e nu 1 1 d e r | g o i n gf 奴i s 幽n e t i ce x e r c i s e ，t 1 1 ea n g l ea tp e a l 【t o r q u eo fn e x o rw a sv e r yc l o s et ot h a to fe x t e n s o r e a c hw a s- 4 8 7 1 0 、5 1 6 1 0a t1 2 0 0 sa 1 1 d 5 4 8 6 、5 3 1 1a t1 8 0 。s ( 4 ) d u r i n gi s o k i n e t i cc e n h i p e t a l c e m r i 如g a le x e r c i s ew 池d i 虢r e n tg e n i o v e l o c i t ) ，i i it o t a lw o r ko fn e x o ra l l de x t e n s o rw a sr e d u c e dw i mg e n i o v e l o c 毋e x p e d i t e d ，e x t e i l s o rt o t a lw o r ki sm o r et h a nt h a to f f l e x o l( 5 )d u r i i l gi s o k i n e t i cc e n t r i p e t a la n dc e m r i 如g a le x e r c i s e、v i t hd i 航r e n tg e i l i o v e l o c i 饥a v e r a g ep o w c ro ff l e x o ra i l de x t e n s o rw a si n c r e a s e dl i n e a r l y 研t l lg e n i o v e l o c i 够e x p e d i t e d ，n e x o r a v e r a g ep o w e ri s1 e s st h a l lt h a to fe x t e n s o ra l la j o n g ( 6 ) d u r i n gf l e x i o na n de x t e n s i o no f 旬彻伙，i e m gw 硒l e s si nt 1 1 0 r a c i ce r e c t o rs p i n a et h a j li nl u m b a re r e c t o rs p i n a e ，a i l du p p e rr e c _ t u sa b d o m 觚s si e m gw a s1 e s st h 孤t 1 1 a to fl o w e rr e c t u sa b d o m i l l i s 7 n l ec h a j l g eo fu p p e rr e c t u sa b d o m i n j s 、si e m g 、a ss i 嘶f i c 跏c o r r e l a t e dw 曲n e x o rp e a l 【t o r q u ea t3 0 0 sv e l o c 咄t h ec h a i l g eo fe r e c t o rs p i n 卵i e m gw 硒n o tc o n e l a t e dw i me x t e n s o rp e a kt o r q u e c o n c l u s i o n ：( 1 ) d 谢n gi s o k i n e t i cc e n l 矗p e t a la n dc c n t r i f h g a le x e r c i s e ，仃u i l l ( m u s c l es 仃e n g i l ld e s c e n d e d 谢t l lt h eg e n i o v e l o c i 妙e x p e d i t e d s l o wi s 0 1 ( i n e t i ct e s tw a sm o r ep r e c i s e ，m o r er e l i a b i em 锄f 瓠ti s o k i n e t i ct e s tt o 邪s e s st r u n km u s c l e 血n c t i o n ( 2 ) d 岫n gi s 掘n e t i cc e n t 邱e t a la i l dc e 厕f h g a le x e r c i s e ，恤s t a b i l 时o ft r u l l l 【i sp r e f e r a b l ei l ls l o we x 凹c i s et h a ni nf a s te x e r c i s e( 3 ) t 0 t a lw o r ko fn e x o ra i l de x t e n s o rd e s c e n d e dw i n l 心g e i l i o v e l o c 埘e x p e d i t i n gd u r i n gi s o l 【i n e t i ce x e r c i s e ，b u tt 1 1 ei 1 1 眦n u s c u i a re n l p t i o ni n c r e a s e d ( 4 ) d 谢n gf a s ti s o l ( i n e t i cc e n t r i p e t a la i l dc e n t r i 如g a le x e r c i s e ，t h ea l l 9 1 e sa tn e x o ra i l de x t e n s o rp e a kt o r q u ew e r em o r ed i s c r e t et l l a nm a td u r i n gs l o wf 酗ti s o k i n e t i cc e n t r i p e t a la n dc e n t r i 如g a le x e r c i s e ，n e x o r 锄de x t e l l s o rw e r ca tm a x i m a lt e n s i o ns y n c h r o n o u s l y a tm i sm o m e n tm u s c l e sw o u l db ed 锄a g e da n ds p i n ew o u l db eu i l s ta _ b l es u 蔬r e d 鑫o mo u t s i d ef o r c es u d d e n l y ( 5 ) 、h e nt n l i l l 【c o r n p l e t e dn e x i o na i l de x t e n s i o n ，u p p e rr e c t u sa b d o m i i l i sc o l l e c t c dm o r ef m r em a nl o w e rr e c t l l sa b d o m i i l i s t l l o r a c i ce r e c t o rs p i n a ec o l l e c t e dl e s s 同) r et h a nl u m b 盯e r e c t o rs p i n a e a n dt h e r ci sa no b v i o u sc o l l r e l a t i o nb e t w e e nt h ec h a n g e so fu p p e rr e c t u sa b ( 1 0 m i i l i sp e a 】( t o r q u ea n ds e m gd 耐n g 廿1 e 丑e x i o na n de x t e n s i o no ft m l l l ( k e yw b r d s ：饥l i l l ( i s o l ( i n “ce x e r c i s ep e a kt o r q u ea v e r a g ep o 、e rn e x o r e x t e n s o rt o t a lw o r kt h ea i l g l ea tp e a l 【t o r q u ei e m gi vw h t t e nb yw r 觚gc u i x i as u p e r v i s e db yw um i n g f 2 u 培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。研究生签名：至j l 日期：扣口乎弓io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：至錾童日导师签名：盔! 壁茎日期：丝堕：墨：! !期：丝量：三：! !躯干等速屈伸运动时屈仲肌的力学特征的研究l 引言1 引言1 1 选题依据躯干担负着机体平衡负重等重要功能，躯干肌在维持脊柱稳定性方面起着举足轻重的作用。脊柱的稳定系统由包括椎体、椎间小关节、椎间盘和韧带的被动骨髂韧带系统、包括肌肉和肌腱组成的主动系统以及位于肌肉、肌腱和韧带中的各种张力传感器的三个系统组成。这三个系统的功能相辅相成，为脊柱完成复杂、准确的运动提供保障，尤其是主动的骨髂肌肉系统在维持腰椎生理曲度前凸和脊柱的稳定中起到了非常重要的作用。随着先进的等速测力仪器的出现及等速收缩测试兼有等张收缩和等长收缩的某些特征和优点，等速测试指标已经成为评定肌肉力量特征的黄金指标。但限于先进等速仪器较为昂贵，尚不能普及，近几年来国内外利用等速测力系统研究躯干力学特征的报道不多，国内报道也较为有限，尤其在速度对躯干等速肌力测试方面的研究则更为鲜见，且结果尚不一致。鉴此，为了更好地研究躯干在不同角速度屈伸运动时肌肉的力学特征，进一步探讨躯干屈伸主动肌( 腹直肌、竖脊肌)在不同速度下的力一电变化的关系，本研究以苏州大学体育学院1 4 名健康男性为测试对象，使用瑞士产c o n t r e x 人体肌力评估和训练系统和德国b i o v i s i o n 公司出品的1 6 通道多导运动生物电纪录分析系统，通过对腰背屈伸运动时一系列肌肉特征参数( 如峰值力矩、平均功率频率、屈伸肌峰值力矩比、总功功率、积分肌电值) 的测试，分析和研究等速运动状态下躯干屈伸动作的肌肉发力规律，探讨躯干屈伸运动时腰部竖脊肌的肌力、肌电特征以及二者的相互关系。1 2 文献综述1 2 1 躯干肌等速测试的研究概况1 2 1 1 等速运动和等速测试的概念等速运动的概念由h i s l o p 和p e r r i n e 于2 0 世纪6 0 年代末首先提出。它是指在关节运动过程中，运动速度一旦预先设定，无论受试者肌肉收缩产生多大的张力，肢体的运动始终在某一预定的速度( 等速) 下进行，肌肉张力大小的变化并不能使肢体产生加速或减速( 运动开始和末了的瞬时加速度和减速度除外) 的一种运躯干等速屈伸运动时屈仲肌的力学特征的研究l 引言动。由于等速运动时，肌纤维伸长或缩短，引起明显的关节活动，是一种动力性收缩，类似等张收缩。而肌肉收缩时因阻力可变，在每个角度都能承受最大阻力，产生最大肌张力，又类似等长收缩。因此，等速肌肉收缩兼有等张和等长收缩的某些特点优点。等速测试是根据事先设定的运动速度，在测试过程中保持运动速度不变，测知整个运动范围内任何一点上肌肉( 肌群) 的最大力矩输出；测试中，等速仪器提供的阻力与肌肉收缩的实际力矩输出相匹配，为一种顺应性阻力，这种顺应性阻力是整个关节活动中每一瞬间或不同角度都可以承受相应的最大阻力，产生最大张力和力矩输出。等速测试分为等速向心和等速离心收缩测试。等速向心收缩测试是指在等速收缩时，肌纤维逐渐缩短，肌肉的两端向中心靠近的一种收缩方式；等速离心收缩测试是指在等速收缩测试中，因等速仪所施加的阻力大于肌肉收缩力，肌纤维被动延伸，肌肉两端远离中心，使肌肉产生较大张力的一种方式。等速收缩测试有别于等张和等长收缩测试。等张收缩测试是指测试中阻力恒定，肌肉收缩使肌纤维长度改变，产生明显的关节活动，当阻力大于整个运动中任何一点的肌张力时，运动即不能完成；等长收缩测试是指，测试中肌肉收缩时肌纤维长度不变，但肌张力增加，此时不产生关节活动，从而可测得关节在某一特定角度下的肌肉收缩所产生的最大肌力。等长收缩测试仅反映关节运动中某一角度的肌力大小，无法反映整个关节活动中的肌力，等张收缩测试只能反映在关节运动中最弱一点的力矩输出，等速收缩测试兼有等张收缩和等长收缩的某些特征和优点，使整个关节活动中任何角度都能承受相应的最大阻力，这种顺应性阻力产生最大张力和力矩输出，从而弥补了上述二种收缩测试的不足。等速测试仪就是利用等速收缩的特点，通过专业附件和计算机处理，将运动中瞬时力矩的变化记录下来，得到力矩曲线及多项反映肌肉功能的参数，如力矩、力矩加速能、耐力比、屈伸肌峰值力矩比、做功等，作为评定肌肉运动功能的指标。1 2 1 2 等速测试系统的发展1 9 7 0 年，美国c y b e x 公司运用等速运动的原理生产了世界第一台等动肌力测量仪器，该仪器的出现对于肌肉力量测定方法来说，是一次重大的突破性进展。目前，国际上广为采用的等速测试系统有c y b e x 6 0 0 0 、b i o d e x 2 a p 、m c r a l 、k i n 川o m 、l i d o a c t i v e “d 、c o n t 砒x 系列。本文所用实验仪器为瑞士产2躯干等速屈伸运动时屈伸肌的力学特征的研究l 引言c o n t i 也x 人体肌力评估和训练系统p m m 儿p 厂w s 厂r p 型。c o n n 迮x 是由瑞士c m 、，a g 公司开发的专业人体肌力评估和训练系统，并经过工程技术人员和顶尖运动医学专家倾力合作而研制出的一套生物力学的测试和训练系统。它可进行动态和静态肌肉负载环境操作，可将主动运动和被动运动相结合，从而满足各种实际需要。同时主机上配有模拟输出接口，可连接b i o v i s i o n 等品牌的表面肌电仪，形成一套更加完整的肌力测试系统。c o n ，n 也x 系统受到运动及医学领域的科学家、临床工作者广泛认同，用户遍及世界各地。应用领域涉及运动伤病早期预防、早期诊断、神经肌肉疾病的康复及生物反馈式治疗、运动员高级训练和科学研究。该系统主要由两部分组成：一是操作系统，它可使肢体在预定运动速度下进行肌肉力量测试，包括c o n t r e x 主机控制系统和腰背屈伸模块t a 厂r p 系统。p m主机由电脑连接，所有的设置、发出指令全部由电脑完成，通过p m 主机控制各个运动模块，以完成操作。最新的腰背屈伸模块t a 肿与多功能主机合用，可做腰背屈伸的主动( t a ) 及被动( t p ) 运动或训练。腰背屈伸模块有t p 5 0 0 和t p 1 0 0 0两种模式。t p 5 0 0 模式应用于康复和一般人的测试、训练；而t p 1 0 0 0 应用于高级运动员的测试和训练，它们的不同之处仅仅在于扭矩范围不同。二是电脑处理系统，它能记录不同速度下、不同关节运动范围内的某个关节的一组对抗肌群的肌肉力矩变化、总功、平均功率、屈伸肌到达峰值力矩时所处的关节角度、屈伸肌的峰值力矩比，两侧肢体同名肌的力量差值，肌肉力量与体重关系等一系列数据，数据被系统自动记录保存。这些数据的收集对于科学选材、训练的指导及基础理论的研究等均具有非常重要的意义。1 2 1 3 影响等速测试的主要因素影响躯干肌测试因素的主要有以下四个方面：( 1 ) 测试速度：等速测试仪可提供多种角速度的测试，选择何种测试速度更适合测试需要也是研究的一个方面。现在国内外的等速测试研究中，为了解肌肉神经不同性能，对于正常人和患者一般选取3 0 0 s 6 0 0 s 作为慢速测试，反映肌肉的最大力量，而快速测试( 1 8 0 0 s 、2 4 0 0 s ) 多用于肌肉功率及耐力的测试【l 】。但随着先进的等速仪器进一步的发展，发现上述躯干等速屈伸运动速度的划分较粗略，躯干重复进行快速屈伸运动的速度可能达不到2 4 0 0 s 。成鹏等【2 j 通过对健康测试者6 0 0 s 、18 0 0 s 、2 4 0 0 s 三种速度测试条件下各指标进行对比研究发现，6 0 0 s 组与1 8 0 0 s 组差异显著，1 8 0 0 s 与2 4 0 0 s组差异无统计学意义。而张德辉【3 】在比较青年军人腰痛患者和正常人躯干肌力的比3躯干等速屈伸运动时屈伸肌的力学特征的研究1 引言较时使用了慢速3 0 0 ，s ，中速9 0 0 s 快速1 2 0 0 s 速度对躯干肌等速肌力测试的影是明显的。( 2 ) 测试体位：测试体位一般采用站位或坐立为，但相关研究表明测试体位对测试结果影响并不大。c o h e n 等【4 】研究体位对腰背肌力测试的影响，并探讨最佳指标和参数，发现站、坐两组之间并没有显著差异；l a l l g r a l l a l 5 j 研究也认为体位对躯干的测试结果没有明显的影响。( 3 ) 测试仪器：限于等速测试仪昂贵，尚不能普及应用。用不同的仪器对同一测试对象的相同测试指标进行比较的相关研究，国内未有报道。h u p l i 【6 j 等比较了两种不同的等速测试仪矧e 1 5 0 0 0 和l i d om u l t i j o i n t i i 对健康人和腰痛患者测试其平均力矩，结果显示，两种仪器测试结果除6 0 0 s 下平均力矩差异不明显外，其他指标差异较明显，相关性较差，不能相互比较。( 4 ) 测试者个体差异：受试者个体差异包括性别、年龄、体重、腰痛情况等。s a u r 等【7 】发现年龄仅对女性有影响，体重对屈肌力矩有影响；b a y r 锄o g 等利用等速测试、等长测试对下腰痛患者进行测试，结果证实体重同肌力成反比。1 2 1 4 等速测试在躯干肌肌力方面的研究随着上世纪7 0 年代等速测试系统的发明，它为研究在体关节肌肉群的功能提供了新的定量评定手段，国内外许多学者运用等速测试系统( c o n t r e x ，b i o d e x等) 开展研究工作，研究范围几乎涉及上下肢及躯干等所有主要关节，包括肌力矩、关节运动角度、角速度、肌肉( 群) 功率等相关研究内容，获得许多有价值的研究成果。目前对躯干肌肌力的研究则主要集中于腰痛患者肌力变化方面的研究。多数研究结果发现腰痛患者伸肌肌力显著减弱，认为这是诱发下腰痛并导致疼痛反复发作的主要原因之一。如s a 一7 】即腰痛患者屈、伸肌肌力小于正常组，锄鲥l a 【8 】和r e i d r 【9 】等的研究也得出类似的结论。进一步的研究还提示慢性腰痛患者的伸肌肌力减弱更明显。s l l i r a d o 掣l o 】运用等速测试系统对下腰痛患者躯干肌进行等速向心和离心肌力测试并与正常人进行对比，缩屈伸肌肌力与正常人相比均明显降低，发现下腰痛患者腰部向心收缩和离心收且伸肌降低更甚；1 酞e m a s a 等【l l 】对有无腰神经根受压迫的慢性腰痛患者躯干肌肌力进行了比较研究，其结论同上一致，作者解释这一现象是因为腰神经根受压导致腰部肌力减弱；而腹肌是由下段胸神经根支配，不受这些病变的直接影响，因此受到神经根受压和废用共同影响的伸肌，其受损程度较单独受到废用影响的屈肌更为严重。而无腰神经根受压的患者，其躯干屈、伸肌力的下降主要是由于肌肉废用性萎缩所致。同时对慢性腰痛患者的躯干屈、伸肌肌力下降的程度与病损程度作相关分析，得出二者显著相关，这4躯干等速屈伸运动时屈伸肌的力学特征的研究l 引言为进一步探讨躯干力学变化同腰痛发生、发展的关系奠定了基础。h u p l i 等【6 】也认为躯干测试各指标的变化可以反映腰痛的程度。尽管多数研究认为躯干肌肌力变化同腰痛密切相关，但也有相反的结论。如s u z u l ( i 等f 1 2 】认为腰痛患者躯干肌肌力的下降并不显著，且屈伸肌力矩比保持不变。这可能在很大程度上与早期的测试方法、程序、设备、肌肉收缩方式及受试者的选择等方而的差异有关。关于躯干稳定性评价是躯干肌功能评定的另一个重要内容。躯干稳定与诸多因素有关，维持腰椎生理曲度前凸和平衡的躯干肌是脊柱的三部分稳定系统中的主动稳定系统，对维持脊柱的稳定性和生理功能有着重要意义；同时，躯干肌群肌力的不平衡引起的腰椎不稳是腰背痛的另一主要原因。躯干等速测试指标中屈伸肌峰力矩之比( f e ) 反映了躯干肌屈伸肌群间肌力的平衡情况，是评定肌力平衡及腰椎生物力学稳定性的重要指标。成鹏等【1 3 1 、张德辉等【1 4 1 研究证实腰痛组的耽大于正常组，认为这种躯干肌肌力失衡主要由腰背伸肌肌力下降引起，进一步失衡还可能导致腰椎曲度变小；张德辉【l5 】等对我军士兵躯干肌f e 值进行了初步研究，认为躯干肌陇值应保持在0 7 9 0 8 5 ，超出这个范围，可引起腰椎曲度的改变，易诱发下腰痛。1 2 2 表面肌电在躯干肌功能评定上的研究进展1 2 2 1 表面肌电图的简介表面肌电( s u r f a c ee l e c t r o m y o g r a p h y ，s e m g ) 信号是从肌肉表面引导和记录到的肌肉活动时神经肌肉系统生物电变化的一维时间序列信号，可以反映电极所触及的多个运动单位生物电活动在时间和空间上的总和，具有一定的肌肉代表性，适合于局部肌肉功能评价，且其检测具有非损伤性【l 酬。肌电信号发源于作为中枢神经一部分的脊髓中的运动神经元。当来自中枢神经系统的兴奋，传至脊髓运动神经元，使膜内、外的电位差迅速减少直至消失，进而出现两侧电位极性的倒转，由静息时膜内为负膜外为正，变成膜内为正膜外为负，但又很快恢复到受刺激前的静息状态。膜电位的这种迅速而短暂波动，称为动作电位。在神经纤维上传到的动作电位，习惯上称为神经冲动。神经冲动经神经肌肉接头传至肌膜，引起肌细胞兴奋，继而触发横桥运动，产生肌肉收缩。利用适当的方法收集到的肌肉的动作电位称为肌电信号【1 7 】，利用表面电极所收集到的肌电信号叫做表面积电信号。表面肌电信号采集的影响因素主要是所使用的仪器和电极。从原则上讲，对肌电图仪的要求是对所记录的生物电信号尽可能保持最小的畸变( 失真) ，对电极躯干等速屈伸运动时屈仲肌的力学特征的研究1 引言的要求是尽可能的准确地采集表面肌电信号。目前，国际上肌电图仪的研制正朝着多通道、微创或无创、快速、实时、遥测、动态、智能化等方向发展。一般实用的肌电图仪有德国b i o v i s i o n 公司出品的1 6 通道多导运动生物电纪录分析系统；芬兰产m e g a 表面肌电仪，有2 通道m e 3 0 0 0 p 2 型、4 通道m e 3 0 0 0 p 4 型、8 通道m e 3 0 0 0 p 8 型和2 0 0 4 新推出的m e 6 0 0 0 1 6 通道的表面肌电测试系统；美国产4 、8 、1 2 、1 6 通道m y o s y s t e m l 4 0 0 表面肌电测试系统和n o r a o nt e l e m y o 表面肌电遥测系统，t e l e m y o 遥测系统可提供1 0 个无线电波，将肌电信号通过无线电波传送至1 0 0 m 以外的接受器，因此可在不影响运动员运动的情况下纪录运动员完成运动时的真实肌电信号。利用仪器和表面电极所测得的肌电变化虽不能观察单个运动单位电位及深部肌肉肌电的变化情况，但可以反映皮肤表层整块肌肉的机能状态。另外，表面肌电导出的肌电信号是电极下许多运动单位产生的动作电位互相叠加的结果，波形十分复杂，不易提取有效参数i l 。表面电极通常用直径在1 c m 以内、表面有导电膏的金属片( 银、铜等) 作引导电极，直接固定在被测肌肌腹处的表面上，通过电极皮肤界面来感受皮肤上的电流。安放电极前，需先将该处皮肤用细砂纸和去脂酒精棉球对电极安放位置进行打磨擦拭，给皮肤作去脂处理，使皮肤阻抗处于一定的范围内。再用导电膏涂在电极上，将电极贴在肌肉收缩时肌腹的几何中心，电极方向顺着肌纤维的纵轴方向，间隔2 0 3 o 锄，作双极导出。在此基础还需增加一个参考电极，贴于被采集肌肉附近的骨性标志处。表面肌电信号的幅值范围在1 0 0 5 0 0 0uv 之间，其峰峰值范围一般在0 6 m v 或0 1 5 i i l v ( 均方根值) 之间，有用的信号频率成分位于o 5 0 0 h z 范围内，其中主要能量集中在5 0 1 5 0 h z 范围内。它同其它生物电信号一样，因为本身信号幅度较小，信噪比不高，其中最大的噪声来源是5 0 h z 的工频干扰，另外还有周围环境中电磁场辐射的干扰和检测仪器内部电子噪声的干扰【l 引。肌电图研究从皮培尔( p i p e r ) 1 9 1 2 年首次在人体记录到肌电图开始，到现在虽然只有9 0 余年的历史，但发展十分迅速。1 9 2 2 年g a s s e r 和e f l a i l g e r 用阴极射线示波器代替检流计观察到肌电图，并研制成了第一台肌电图仪，他们因此而获得1 9 4 4 年的诺贝尔奖。就在g a s s e r 和e d a l l g e r 得奖的同一年，砧t c l l i 提出了用肌肉的刺激强度持续时间关系曲线来区分肌肉不同状态这一方法，此后肌电才逐渐地被临床医生接受。直到1 9 5 4 年，b i g l 锄d 和l i p p o l d 发现e m g 对于研究运动单元的活动很有用。j o s e p h ( 1 9 6 0 ) 和b a s m a j i a l l ( 1 9 7 4 ) 都发现e m g 对于研究不同肌6躯干等速屈伸运动时屈伸肌的力学特征的研究l 引言肉在维持不同体位时都可提供有用信息。1 2 2 2 肌电信号的分析方法早期七、八十年代对肌电图( e m g ) 的研究方法主要是通过直观的观察或用尺测量波的振幅，可以直接评定肌肉是否被参与活动，肌肉活动的时程长短，肌电活动的强度，以及肌肉的协调模式。在这些研究中，采用原始肌电中某个肌肉是否出现肌电活动来说明肌肉是处于静止状态还是运动状态，利用原始肌电图来定性研究肌肉肌电活动的时程长短和振幅的强弱，以此说明肌肉在某个动作中是起主要作用，还是次要作用，各肌群激活的时序特征。直到现在，原始肌电图分析方法仍然作为定性研究肌肉或反映肌肉协调模式的较好手段。当分析神经的动作响应力或反映诱导电位神经模式时，同其它肌电分析技术相比，原始肌电图是比较容易解释和说明问题的。随着现代科学技术的发展，对肌电图的测量法已采用电子计算机技术的自动分析方法。通过对原始肌电图进行全波整流得到全波整流肌电图，它把原始肌电图中负的电位振幅全部转变为正的电位振幅。经过全波整流后所得到的整流肌电图包括了与原始肌电图一样多的信息，可对肌电信号的时、频特征两方面进行分析，其主要目的在于通过定量描述肌电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，探讨肌电信号变化的可能原因及应用s e m g 信号的变化有效反映肌肉的活动和功能。目前常用时域分析指标主要包括积分肌电( i n t e g r a t e de m g ，i e m g ) 值和均方根值( r 0 0 tm e a i ls q u a r e ，l m s ) 。i e m g 值是指所得肌电信号经整流滤波求单位时间内曲线下面积的总和，表示在一定时间内肌肉中参与活动的运动单位放电总量，肌电信号随时间进行的强弱变化可以用来反映肌肉的功能状态。i 瑚s 指用来描述一段时间内肌电的平均变化的特征，指此段时间内所有振幅均方根值。一般认为与运动单位募集和兴奋节律的同步化有关。i e m g 值和i u m s 值均可在时间维度上反映肌电信号振幅的变化特征，而后者又取决于肌肉的负荷和肌肉本身的生理、生化过程之间的内在联系。因此，时域分析指标常被用于实时地、无损伤地反映肌肉活动状态，具有较好的实时性。在频域分析方面，则对肌电信号进行快速傅立叶转换( f f t ) ，获得肌电信号的频谱或功率谱，它们可反映肌电信号在不同频率分量的变化，故能较好地在频率维度上反映肌电信号的变化。为定量刻划s e m g 频谱或功率谱的特征，研究人员常用以下2 项指标，即平均功率频率( m e a i lp o w e rf r e q u e n c y ，m p f ) 和中位频率( m e d i a i lf r e q u e n c y ，m f ) 。由于肌电信号功率7躯干等速屈伸运动时屈伸肌的力学特征的研究l 引言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 。1 2 2 3 表面肌电信号在躯干肌功能评定上的研究进展利用表面肌电图对腰背肌功能的研究主要集中在以下两方面：一、对健康者腰背肌疲劳时表面肌电图时、频指标变化特征的研究；二、表面肌电信号分析对下腰痛患者腰背肌功能评价中的应用。对健康者腰背肌疲劳时表面肌电图时、频指标变化特征的研究主要集中静态运动方面，一般情况下认为s e m g 信号的频域分析比时域分析更有意义。伴随腰部肌肉疲劳的发生和发展，表面肌电信号的傅立叶频谱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。s e i d e l l l 9 j等人对腰部竖脊肌保持等长收缩至疲劳状态过程中的s e m g 信号进行时、频特征的分析，分别采用时域指标i 己m s 和频域指标m p f 作为反映指标。研究发现，在种不同负荷水平下，随着负荷持续时间的延长1 w s 的变化特征是不一致的；而对负荷开始、中间和结束各取2 s 计算m p f ，发现其值随持续时间的改变呈递减变化，这说明m p f 的下降能有效地反映腰部肌肉功能状态的变化，而砌订s 则没有这种特异性。m a l l l l i o n 【2 0 】等人以腰部收缩肌肉为研究对象，对等长收缩到疲劳状态的过程中的s e m g 信号的m f 变化进行分析。研究发现m f 也随持续时间的延长呈下降趋势，并且符合线形模型；此外，在同一负荷水平下m f 的下降斜率与持续时间呈显著地负相关；如果按性别进行细分，还可以发现男性的负相关趋势比女性更显著。此研究结果表明，在持续静态肌肉收缩条件下，除m f 的下降趋势可以反映腰部肌肉功能状态的变化外，其下降速率还可以反映腰部肌肉的功能水平。s e 略e 【2 1 】等人针对l b p 病人的腰部肌肉功能水平的恢复做了更加细致的研究，以m f 的下降速率作为指标对l b p 病人和正常人的肌肉功能水平做判断分析所产生的差别函数可以较清楚地区分l b p 病人和正常人，并且此结果的特异性高，不易受被试个体差异和实验记录条件的影响。对腰部肌肉疲劳时的动态研究较少，蔡明吲2 2 】等对体操队运动员腰部竖脊肌疲劳过程中表面肌电信号的变化变化情况的研究中，只得出腰部竖脊肌表面肌电信号的m p f 时间序列曲线呈线性下降的趋势且两侧的竖脊肌的m p f 斜率变化不一致的结果。目前就频谱左移现象发生在其疲劳时是否出现，静态运动显见于动态躯干等速屈伸运动时屈仲肌的力学特征的研究l 引言运动，原因之一可能与动态运动中表面肌电引导电极与被检肌肉肌纤维之间的空间位置关系始终处于相对变化之中有关。此外，受试者皮下脂肪厚度、表皮温度以及引导电极间距和直径的大小等也可明显影响测定结果。利用表面肌电信号对下腰痛( 1 0 wb a c kp a i n ，l b p ) 患者躯干肌功能评定方面的研究少见。国外文献报道的也不多。如c a r l o s 【2 3 j 等采集1 0 名直升飞机驾驶员在完成一次短途飞行前后的腰部对侧第3 腰椎( l 3 ) 处的肌电信号，研究在整个飞行过程中，直升飞机振动和飞行员不同坐姿对腰部肌电的影响。研究发现，飞行员坐直和向前弯曲3 5 0 姿势时，除一人外( p o 0 5 ) ，飞机振动和s e m g 没有显著相关，飞行员没有表现出明显的不对称肌肉活动。在此条件下的研究不足以证明竖脊肌肌肉负重会导致l b p 。j i l l i 锄【2 4 】等观察了1 6 名成年学校划艇选手在一次划船过程中的腰部肌肉弯曲度和肌肉活动变化，记录其l 4 l 5 、l 2 、l l 的肌电信号。结果发现，在一次划浆过程中选手的腰部弯曲度增大以及腰部各肌