（运动人体科学专业论文）不同专项运动员动力与静力性运动肌电参数变化特征及机制.pdf

摘要 研究目的：本文旨在利用运动表面肌电图这种无损检测方法，探讨两种不同专项运 动员静力性与动力性收缩至疲劳时肌电参数的变化特征，并且比较不同专项运动员 肌电参数差异及产生机制。 研究方法：受试者为2 7 名青年男性，分为两组，第一组为1 4 名武汉体育学院中长 距离组赛艇队队员，第二组为1 3 名为武汉体育学院田径专选中爆发性项目( 跳跃、 短跑) 专选学生。实验中设计了两种运动形式，第一种测试为静力性等长收缩，受 试者股四头肌以2 3 m v c 进行静力性收缩至力竭。第二组为动力性工作，受试者以 最大力量爆发形式发力，按照3 秒次的频率进行坐姿伸膝运动，运动至不能再以既 定频率运动为止。 研究结果：( 1 ) 两组受试者在静力收缩运动至疲劳态均出现i e m g 、e 厂r 值显著上 升( p o 0 5 ) 。中心频率显著降低( p ( 0 0 1 ) 。在动力性收缩时，i e m g 呈现下降的 趋势，但并无显著性差异。( 2 ) 静力性等长收缩过程中，田径组中心频率下降速率 高于赛艇组，且田径组疲劳态的i e m g 值较赛艇组增加的更多。e t 值与初始态出现 显著性差异的阶段较早于赛艇组。对两组受试者e r 值进行统计学分析，发现在项 目水平上具有显著性差异( p 0 0 5 ) 。( 3 ) 动力性收缩中，发现两组受试者动作时之 间具有非常显著性差异( p 0 0 1 ) ，且田径组动作时明显小于赛艇组。 研究结论：静力收缩时随着运动负荷的延长，神经中枢必须动员更多新的运动单位 来参加运动，结果导致使i e m g 的升高。动力性收缩( 爆发形式) 中枢神经系统持续 大强度，高频率的发放神经冲动导致运动疲劳的产生，参加收缩的运动单位减少， 表现为i e m g 值下降。从静力性收缩中，两组受试者肌电参数的差异表明赛艇组肌 肉耐力素质高于田径组。e 厂r 值能够更加全面敏感的评价肌肉功能以及两种不同运 动项目的差异。两组受试者动作时的差异表明各自专项特点的不同，且田径组较赛 艇组拥有更好的动作速度。动作时的指标与两种专项肌肉特性具有紧密联系，建议 今后可将这一简单有效的指标用于辅助运动选材中去。 关键词：表面肌电图、赛艇、田径、i e m g 、e t 、中心频率、肌肉疲劳 a b s t r a c t o b j e c t i v e ：t h ep u r p o s eo ft h i ss t u d yw a st oi n v e s t i g a t ec h a r a c t e r i s t i c so fe m gp a r a m e t e r c h a n g ed u r i n gi s o t o n i ca n di s o m e t r i ce x e r c i s e sf o ra t h l e t e si nd i f f e r e n te v e n t sa n dd i s c u s s t h er e l a t i o n s h i po fe m gp a r a m e t e rc h a n g eb e t w e e na t h l e t e sa n dr o w e r sd u r i n gt h e c x e r c i s e m e t h o d s ：2 7m a l es u b j e c t sp a r t i c i p a t e di nt h es t u d y t h es u b j e c t sw e r ed i v i d e di n t o2t e a m s o n ei s1 4r o w i n ga t h l e t e s ，o t h e r si sj u m p i n go rs h o r t d i s t a n tm n n i n ga t h l e t e s ( e v e n t so f s p e e d - p o w e r ) t w oe x e r c i s i n gs t y l e sw e r ed e s i g n e di nt h es t u d y , o n ei si s o t o n i ce x e r c i s e s ， w h i c hl o a d e d2 3 m v c ( m a x i m a lv o l u n t a r yc o n t r a c t i o n ) ，a n dt h eo t h e ri si s o m e t r i c e x e r c i s e ( p e r f o r m e d a s e x p l o s i v e l y a s p o s s i b l e ) l o a d e d t h em a x i m a l v o l u n t a r y c o n t r a c t i o n t h e 矗e q u e n c yo ft h ei s o m e t r i ce x e r c i s ei so n c ei n3s e c o n d s t h es u b j e c t s p e r f o r m e di s o m e t r i ca n di s o t o n i ce x e r c i s e su n t i lt h e yr e f u s e db e c a u s eo ff a t i g u e r e s u l t s ：0 ) w h e nw o r kl o a d so f2 3 m v cw e r es u s t a i n e dt of a t i g u eo v e rt h ei s o t o n i c e x e r c i s ep e r i o d i e m ga n de r rr a t i ow a si n c r e a s e d ( p 0 0 5 ) a n dt h ec e n t e rf r e q u e n c yo ft h e p o w e rs p e c t r a ( f c ) p r o g r e s s i v e l yd e c r e a s e d ( p 0 0 5 ) ( 2 ) l o a d e di s o t o n i ce x e r c i s e ：c o m p a r ew i t ht h e r o w i n ga t h l e t e s ，t h ec e n t e rf r e q u e n c yo fa t h l e t e sw a sd e c r e a s e dm o r eq u i c k l y t h ee 厂r r a t i oi n d i c a t e ds i g n i f i c a n t l yd i f f e r e n c eb e t w e e nt h ed i f f e r e n te v e n t s ( p 0 0 5 ) ( 3 ) l o a d e d i s o m e t r i ce x e r c i s e ：r e s u l t si n d i c a t et h a tt h e r ei sm u c hd i f f e f e n c ei nt h em a x i m a l c o n t r a c t i o nt i m e ( m e t ) o fd i f f e r e n te v e n t s ( p 0 0 1 ) c o m p a r ew i t ht h er o w i n ga t h l e t e s ，m c t o f a t h l e t e sw a sl e s s c o n c l u s i o n ：i e m gw a si n c r e a s e db e c a u s ec e n t r a ln e r v es y s t e mm u s tr e c r u i tn e wm o t o r u n i tt os u s t a i nt h ew o r kl o a d e do v e rt l l ei s o t o n i ce x e r c i s ep e r i o d i e m gw a sd e c r e a s e d b e c a u s eo ff a t i g u ei nc e n f f a ln e r v es y s t e mo v e rt h ei s o m e t r i ce x e r c i s ep e r i o d i tc a nb e s h o w nt h a tr o w i n ga t h l e t e s m u s c l eh a se x c e l l e n ts t r e n g t he n d u r a n c e w ec a ni n v e s t i g a t e t h er e l a t i o n s h i po fe m gp a r a m e t e rc h a n g eb e t w e e na t h l e t e sa n dr o w e r sd u r i n gt h e e x e r c i s eb yt h er e c o r do fe rr a d i o 1 1 e r ei sad i r e c tc o r r e l a t i o no nt h em ( 叮a n ds p e e do f s p o r tp e r f o r m a n c e i tc a l lb es h o w nt h a ta t h l e t e s m u s c l eh a se x c e l l e n ts p e e db yt h ei n d e x o f m c t k e yw o r d s ：s e m g ；r o w i n g ；a t h l e t e s ；i e m g ；e t ；f c ；a t h l e t i cm u s c l ef a t i g u e 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下独立进行研究工作取得的研究成果。 除了文中特别加以标注引用的内容和致谢的地方外，论文中不包含任何其他个人或集体已经发表 或撰写过的研究成果，与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 学位论文作者签名：日期：年月 日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解武汉体育学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供 查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文，并编入有关数据库。 作者签名：导师签名： 日期：年月日 不同专项运动员静力与动力性运动肌电参数变化特征及机制 2 0 0 7 武汉体育学院硕士学位论文 1 前言 要提高运动员的竞技能力，必须要通过长期、系统和科学的训练。而在训练中，运 用运动生理学理论和技术对运动员的身体机能状态进行评定，对运动训练中的方法、效 果和运动员的疲劳和恢复状况以及运动员训练水平等各种训练要素进行科学的监控也是 运动生理学的一项重要的研究方向。 运动训练的目的在于运动能力的提高，而骨骼肌的收缩和放松活动是人体各种运动 的基础，其机能水平也是影响运动能力的一项最重要的因素。骨骼肌进行长时间的收缩 做功时伴随着疲劳的产生，即是骨骼肌的机能水平下降不能维持原来的运动水平，在竞 技体育的运动训练中，这必然会影响运动员的运动成绩。肌肉的收缩舒张过程是一个肌 肉放电的过程，在运动过程对骨骼肌机能进行评定监控可以利用运动表面肌电图这种无 损、简单、可定量的研究方法， 力量素质是机体活动中所表现出来的一种基本运动素质，是在各项运动中都需要的 重要素质。所以在运动训练中力量素质的专门练习也是一个重要的组成部分。不同的运 动项目对肌肉力量有不同的要求，教练员对相应项目运动员的选材标准以及长期训练的 练习方法也有所不同。不同的项目的运动员在力量素质上所表现出来的倾向也有所差异。 本文旨在通过表面肌电图对运动肌肉进行全程的监测并进行分析，探讨赛艇项目运动员 与田径速度力量项目运动员运动性肌肉疲劳时肌电对应特征及其产生机制，从理论角度 探讨不同项目运动员在肌电参数上表现出的差异并对其机制进行初步的分析初探，并通 过相关指标对运动实践进行有效的判断疲劳、防止过度训练而出现的不必要的损伤，并 且指导训练，有针对的进行运动训练过程。 因此本研究的目的是： 1 探讨动力性与静力性肌肉收缩时e m g 各参数的变化特征及疲劳时各指标的差异。 2 比较不同项目运动员肌肉收缩特征对e m g 参数的影响及与该项目的关系。 3 分析肌肉活动和疲劳导致e m g 信号变化可能产生机制及评定不同项目e m g 信号 变化对不同肌肉收缩形式神经肌肉活动的规律性，为疲劳的判断和选材提供了可能的理 论依据。 不同专项运动员静力与动办出雹动肌电参数变化特征及机制 2 0 0 7 武汉体育学院硕士学位论文 2 文献综述 2 1 表面肌电信号介绍 表面肌电信号( s u r f a c ee l e c t r o m o y o g r a m ，s e m g ) 信号是将局部神经肌肉系统活 动时的生物电变化，在皮肤表面通过表面电极加以引导、放大、显示和记录所获得的一 维时间序列。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，因而能在 一定的程度上反映神经肌肉的活动。在临床医学的神经肌肉疾病诊断、在人机工效学领 域的肌肉工作的工效学分析、在康复学领域的肌肉功能评价、假肢控制以及在体育科学 中的肌肉疲劳判定，运动技术合理性分析、肌纤维类型和无氧阈值的无损伤性预测等方 面均有重要实用价值i l j 。 针电极的优点是直接从肌肉组织引导出的电流，可检查出单个运动单位或单纤维的 电位变化，能提供肌肉内电位变化的详细情况。缺点是有创伤性，容易交叉感染且由于 引导区域太局限，探测区的变化并不能代表全部肌肉总体的变化。表面电极所操作方便 且无损安全，所提取肌电信号反映体内较大区域内( 如整块肌肉) 肌电活动的总和，随 着信号处理分析和处理技术的日益提高，其应用也越来越广泛。表面电极用直径1 厘米 ( c i l l ) 以内的银一氯化银电极做引导电极，把电极固定在被测定肌肉的皮肤上( 当肌肉 收缩时，根据容积导体原理，动作电位可从肌纤维组织液的导电作用，反映到皮肤表面) 一般放在肌腹处或放在肌肉运动点处。安放电极前，需先将该处皮肤用丙酮或酒精溶液 擦拭，是皮肤电阻降低。使用导电膏以减少皮肤电阻对肌电信号的影响。电极粘贴的位 置在很大程度上影响所测肌电信号的质量。表而电极的位置尽量靠近肌腹中心便于从梭 形肌获得最大的肌电信号，两极相距2 c m - - 3 c m 弘j 。 肌电信号是神经肌肉系统活动时产生的一种可测的生物电活动，通过肌电图机所获 得的肌电信号是较弱的一维时间序列信号，它是表面电极所触及的多个运动单位活动时 产生的电变化在时间和空间上叠加的结果，其变化与参加活动的系统运动单位数量、类 型、单个运动单位的放电频率以及动作电位的传导速度、运动单位活动同步化程度、运 动单位元募集方式以及电极放置位置、皮下脂肪厚度、体温变化等因素有关1 4 】。 为了更加清楚地理解s e m g 振幅和频率的产生原理及其影响因素，有必要了解形成 生理肌电信号的基本过程。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。 运动神经元的特殊结构使其能将电一化学神经冲动从脊髓传导至连接肌纤维的运动终 板。一条运动神经元的轴突末梢可分出很多分支来和肌纤维接触，因此一条运动神经元 可以支配多条肌纤维，将运动神经元和其支配的肌纤维称为一个运动单位p j 。在中枢神 经的控制下，运动神经元产生电脉冲发放，沿轴突传导到肌纤维，并在所有的肌纤维上 引起脉冲序列，沿肌纤维向两方传播，这些电脉冲引起肌纤维收缩从而产生肌张力。同 时传播中的电脉冲在人体软组织中引起电流场，并在检测电极间表现出电位差，各肌纤 维在检测点上表现出的电位波形，其极性与终极板和检测点的相对位置有关，又和肌纤 维与检测点间的距离有关，相距愈远，幅度愈小，各肌纤维在检测点间引起电位的总和 构成运动单元的动作电位【6 l ，最后，许多运动单元产生的动作电位的总和构成表面肌电 信号。 动作电位的产生由闽下和阈水平两个阶段组成。阂下兴奋的基本特征是：在膜电位 上产生局部电流变化，其反应逐渐增加，呈自限性、随距离延长而递减。而阈水平兴奋 的基本特征是：动作电位的发展以全或无的方式进行，即不论刺激的性质是什么，只要 膜电位去极化达到临界水平，就出现同样的动作电位。同时由于轴突上的电发放是脉冲 2 不同专项运动员静力与动力性运动肌电参数变化特征及机制 2 0 0 7 武汉体育学院硕士学位论文 序列，因此检测点问引起的也是动作电位的序列。 表面肌电信号的幅值在1 0 0 5 0 0 0 l av ，有用的信号频率成分位于0 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p j 。 有关肌电信号的研究历史可以追溯到1 8 世纪。1 7 9 1 年g a l v a n i 证实肌肉收缩与电变 化有关；1 8 4 9 年d u b o i sr e y m o n d 首先发现人类肌肉收缩时能产生电信号；1 9 2 2 年g a s s e r 和e r l a n g e r 利用阴极射线示波器代替传统的检流计显示了肌肉活动的电变化，并因此而 获得1 9 4 4 年的诺贝尔奖1 7 ；同年，r i t c h 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。b i 百a n d 和l i p p o l d 在 1 9 5 4 年发现e m g 对于研究运动单位的活动很有用。1 9 8 5 年b a s m a j i a n 总结了用e m g 对肌肉功能进行研究的成果【。 2 0 世纪6 0 年代以来，随着电子技术的发展和微型计算机的问世，肌电信号的定量 分析技术得到了迅速发展并广泛地渗透到与肌肉功能评价有关的各个领域和临床治疗领 域，逐渐成为有关领域研究的热点问题之一。其主要的具体研究方面如下： n ) 神经肌肉系统疾病的诊断：对针电极肌电图的分析有助于判断肌肉功能障碍是来 自神经系统，还是来自肌肉系统。 但) 肌电假肢控制：近代假肢控制力图采用表面肌电信号进行，即通过对表面肌电的 某些特征作模式分类来驱动假肢的不同动作，如提取其相应的统计特性参数、时间序列 模型参数、频谱参数等。 0 ) 功能电刺激：在功能电刺激和生物反馈研究中，人们利用表面肌电信号来产生所 需要的电刺激或反馈调节作用。 运动医学：在运动医学中，可以利用肌电测定神经的传导速度；评定骨骼肌的机 能状态：肌电还用于评价肌力并可以进行动作分析。前人还将表面肌电信号的谱分析结 果作为快肌与慢肌成分多少的判别依据。同时，对于肢体运动时所产生的表面肌电信号， 人们对其进行的研究分析还可以作为运动员或康复医学中动作分析的依据。总之，表面 肌电信号的研究对于认识了解人体神经系统信息传递及康复工程都具有深远的意义。 2 2 运动肌电图的常用指标及应用 早期在分析这些肌电图波形的时候，一般利用肉眼直接分析肌电图的振幅、频率和 相位的变化。例如测量肌电图的振幅时，用尺来度量每一波的峰一峰值，再根据标准信 号折合成若干微幅或毫伏。这种传统的、借助直接观察的测量方法是粗糙，只能定性而 不能定量。而且由于e m g 波形是很多运动单位电活动的向量和，在某些情况下，如不 同类型运动单位的募集，不同的同步化水平和杂波( 心电、电极和肌肉的摩擦、外电等) 的干扰等，就会改变e m g 的振幅和频率。所以，单纯用肉眼按上述方法分析原始e m g ， 很难反映肌肉电活动的真面目。随着现代科学技术的飞跃发展，e m g 的研究方法也在不 断改进，利用视觉直接分析e m g 波形变化的原始方法，正逐渐被采用电子计算机技术 的自动分析方法所取代。 对肌电信号的分析，可从时域和频域两个方面进行。由于表面肌电图反应的是数个 肌肉运动单位在同一时间内的电位变化，一般不作单个运动单位电位( m u p ) 分析，所以 在进行肌肉疲劳研究时，多选用积分肌电值( i e m g ) 、均方根振幅( r m s ) 、平均功率 频谱( m p f ) 、中心频率( c f ) 、平均频率( m f ) 、相位变化、功率谱分析等指标及派生 指标间的比值如肌电肌力比值( e t ) 。e m g 也被很多学者采用，即以最大随意收缩 3 不同专项运动员静力与动力性运动肌电参数变化特征及机制2 0 0 7 武汉体育学院硕士学位论文 f m v c ) 的e m g 作基数，实验中测得的其他动作的e m g 与此相比的百分值作为实验数 据，下面是疲劳时几个主要肌电指标的变化： 2 2 1 时间域 时间域是指可以在时间维度上反映肌电曲线的变化特征的评价指标，主要指标有积 分肌电值( i e m g ) ，平均振幅( m a ) ，均方根振幅( r m s ) 等。振幅反映肌肉电信号的强 度与参与的运动单位数目及放电频率同步化程度有关，均方根振幅( r m s ) 用来描述一 段时间内肌电的平均变化特征，指此段时间内所有振幅的均方根值。但不能反映肌电信 号的细节变化，疲劳时肌电信号的振幅增高，势必引起r m s 的增加。可以通过比较不同 时期的r m s ，确定疲劳发生的时间和疲劳的程度。 i e m g 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，它可反映肌 电信号随时间进行的强弱变化，是评价疲劳的重要手段。随运动的进行，先前参与的运 动单位开始疲劳，需要募集更多的运动单位参与运动，肌肉放电现象增强，单位时间内 的积分肌电值也随之增加。随运动疲劳的产生，参加收缩的运动单位减少，频率下降， 表现i e m g 值降低。这种肌电变化规律是疲劳过程中不同阶段的表现，并不因肌肉的位 置或用力方式变化而改变。因此可以认定在i e m g 值下降到低于初始值时出现疲劳，疲 劳程度越深，m g 越低。 回顾早期文献，b i g l a n d 和l i p p o l d 发现，当肌肉持续等长收缩时，由于肌肉疲劳而 出现i e m g 的增大。p e t r o s h k y 等认为，e m g 的振幅既取决于所产生的张力，又取决于 疲劳的程度，所以，以e m g 作为肌张力的指标只能用于未疲劳的肌肉。国内学者郭庆 芳于1 9 8 3 年报导在中等强度运动时i e m g 是随持续时间和工作强度而逐渐增大的：高强， 尹吟青于1 9 8 5 年报导疲劳时i e m g 的变化是在收缩水平决定的，在低于最大随意收缩 f m v c ) 水平时，i e m g 常随工作持续时间的延长呈线性增长，而在m v c 水平时则i e m g 不变或下降；k e i l oh o k k i n e n 等于1 9 8 6 年及b m a t o n 于1 9 8 1 年分别报导i e m g 随运动 时间而增大；王瑞元等于1 9 9 1 年发现在做极限负荷斜蹲时i e m g 随完成起蹲次数的增多 而增大1 9 1 。p e t r o s h k y 系统地研究了在自行车测功计上运动时股四头肌的e m g l l “。发现在 2 0 4 0 v o z m a x 负荷下，r m s 随时间的增加而增大的趋势不明显。而在6 0 1 0 0 v 0 2 m a x 负荷下，r m s 随时间的增加而逐渐加大，尹吟青等( 1 9 8 3 ，1 9 8 4 ) 在自然 条件下研究武术运动的特点时，也发现练习马步站桩或虚步至疲劳时，股直肌、股外肌 的i e m g 明显加大( p o 0 5 ) 。o r i z o ”j 等研究了肱二头肌分别在2 0 、4 0 、6 0 和8 0 m v c 负荷下静力工作至疲劳的e m g 特点，发现i e m g 随着时间增加，i e m g 值改变 率与运动强度无关，i e m g 力竭态值是初始态1 1 4 倍。 n i l s s o n 在他的研究工作中曾采用肌电与肌力之比( e t ) 这一指标，b i g l a n e i r i t e c l i c 等( 1 9 8 7 ) 和周石( 1 9 8 2 ) 的研究中也认定了e 厂r 是一个较为灵敏的判断疲劳的指标， 此外h o r i t a ( 1 9 8 7 ) 也发现肌肉疲劳时e r 比值增大【6 3 】。这些学者的工作都说明了e r r 在 判断肌肉疲劳方面是一个有价值的指标。随着肌肉疲劳的发生，e r 比值增大，即为了 维持相同的力量需要更多的肌纤维参加，且肌纤维的同步化也增加。 疲劳时肌电振幅的升高，可以解释为在肌肉持续工作的过程中，某些运动单位疲劳， 为了保持规定的肌力，不得不动员另外的运动单位的原因是由于中枢传出的冲动减少， 神经肌肉接点处或肌纤维传导速度减慢；非同步化的放电比例增多。 2 2 2 频率域 在频域分析方面，主要的分析方法是对s e m g 频率域信号进行傅里叶转换( f f t ) 4 不同专项运动员静力与动力性运动肌电参数变化特征及机制 2 0 0 7 武汉体育学院硕士学位论文 得出的，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的变 化，故能较好地在频率维度上反映s e m g 的变化。频谱表面肌电信号的监测与分析中具 有重要的应用价值。与时域指标相比有以下优势： ( 1 ) 在肌肉疲劳过程中均呈明显的直线递减型变化，而时域变化则有所差异； ( 2 ) 频率域指标时间序列曲线的斜率不受皮下脂肪厚度和肢体围度的影响，而时域 指标则有较大的变异； ( 3 ) 频域指标时间序列曲线的斜率域负荷持续时间明显相关，而时域指标的相关不 明显。 频域分析主要指标有：平均功率频率( m p f ) ，中位频率( m f ) 。疲劳时，功率谱大 多由高频向低频漂移，m f 和m p f 值也相应下降1 3 5 1 。一般认为m p f 在反映较低负荷收 缩时的灵敏度较高，m f 在抗噪声干扰方面更具优势。尹吟青、高强，p e t r o f s k y 等国内 外学者在研究不同性质的工作时都发现，肌肉疲劳时肌电功率谱左移，即低频成分增加， 高频成分减少【“1 1 1 2 l 。 中心频率( c f ) 也是一个很常用的指标，即是频谱最大谱峰对应频率的数值。p e t r o f s k y 等报道，肌肉疲劳时肌电功率谱由高频向低频转移，当疲劳使工作停止时，中心频率都 达到一个相同的终值。李涛旧等测定1 4 名正常人肱二头肌以不同强度等长收缩时在疲劳 前后肌电功率谱中心频率的变化，并与收缩力衰减曲线进行比较。结果表明，c f 在肌肉 疲劳时向低频转移，并与肌肉疲劳有较好的相关性。最大收缩力下降到5 0 时所对应的 c f 下降曲线对疲劳较敏感，较能反映疲劳程度。 a l v i nl u t t m a n ”i 等最先提出的幅频联合分析( j o i na n a l y s i so fe m gs p e c t r u ma n d a m p l i t u d e ，j a s a ) ，是一种同时考虑e m g 振幅和频谱变化的一种新的疲劳测定方法。 由于肌力和疲劳状态在e m g 信号振幅和频谱两方面有不同性质的反映，振幅和频谱的 变化要同时考虑才能更好地反映疲劳的真实存在。幅频联合分析可能综合考虑e m g 信 号振幅和频谱变化，有效辨别因肌力增加或因疲劳状态的肌电信号变化的类似现象1 2 9 j 。 近年来国内外学者开始尝试使用对信号稳定性、非线性以及数据大小和统计分布特 征具有良好适应性的非线性信号分析方法研究肌肉疲劳的e m g 信号特征【3 6 j ，比如小波 分析法、混沌分析以及分形分析。 非线性分析方法在肌电信号分析中的引用尚处于初级阶段，且对于目前研究所发现 的信号分维数和计算复杂度变化的生理学机制及其意义还缺乏系统的研究p 川p ”。 2 3 不同运动形式运动性疲劳的肌电图特征 运动性疲劳的e m g 改变随着运动方式、运动强度、运动性质、肌肉收缩方式，受 试者自身条件的不同而有所不同。在众多的运动性疲劳的e m g 特征的研究中，许多结 论并不完全一致。 2 3 1 等长静力性工作 肌肉收缩是指肌纤维接受刺激后所发生的机械性反应。当肌肉的两端被固定或负有 不能拉起的重量的情况下收缩时，肌肉的长度不可能缩短，只能产生张力。这种长度没 有改变而张力增加的收缩，称为等长收缩。k i l b o m 1 4 1 等观察了肘屈肌以2 5 m v c 等长 收缩到疲劳态e m g 的动态变化发现e m g 的m a 持续不断升高，到力竭时到达最高。 p e t r o f s k y 让受试者的抓握肌以2 0 7 0 m v c 五种不同张力做等长收缩至疲劳的过程 中，发现r m s 呈线性增加。7 0 m v c 以上的等长收缩疲劳时，虽然r m s 在整个收缩 5 不同专项运动员静力与动力性运动肌电参数变化特征及机制2 0 0 7 武汉体育学院硕士学位论文 过程中也随疲劳的加深而增大，当增大的幅度逐渐减小。p c t r o f s k y 还发现静力性运动至 疲劳时，i e m g 线性上升【1 5 l 。总之，在静力工作状态下，由初始态到疲劳，e m g 的振 幅值随疲劳程度加深而增加，频域值随肌肉活动持续时间的延长或肌肉活动次数的增加 呈线性规律下降，且下降速度主要与负荷的大小或肌肉疲劳程度明显相关1 2 9 1 3 0 】【3 1 1 。 2 3 2 动力性工作 肌肉在没有负重而又能自由缩短的情况下收缩，肌肉的长度缩短而张力没有改变， 这种长度缩短而张力不变的收缩，称为等张收缩( 动力性收缩) 。其中肌肉产生张力时肌 肉发生缩短的收缩称之为向心收缩，肌肉在产生张力时肌肉同时被拉长的收缩称之为离 心收缩。等张动力性工作( 向心收缩) 疲劳e m g 的变化与静力性工作相比较为复杂， 研究结果大多不一致。但大多数学者研究证实：从总趋势看由初始态到疲劳f 或力竭) e m g 的振幅值增加，频域值功率谱向低频转移。r o y 等【”觇察了4 名健康受试者重复抬起( 向 心收缩) 、放下重物( 离心收缩) 至疲劳过程中，腰部肌肉e m g 变化，发现中心频率变化 呈非线性，在一次抬起和放下重物过程中，呈现出下降恢复交替出现的几个阶段。在 c r e n s h a w 等【1 8 】的研究中，受试者分别以2 5 m v c 和7 0 m v c 负荷进行伸膝锻炼记录 其股四头肌肌电信号发现中心频率在两种负荷都显著下降，但下降率以7 0 m v c 负荷 时为高；r m s 在两种负荷都增加，增加率以2 5 m v c 负荷时为高。但j a n s e n 等【2 1 记录 了受试者进行递增踏车至1 0 0 v 0 2 m a x 过程中股外侧肌的肌电信号发现中心频率随时 间而逐渐增加。 有学者研究了爆发力性质收缩的动力性工作疲劳的e m g 特征。l i n n a m o 等凹j 对受 试者分别以两种工作方式进行伸膝训练，一种是以大负荷重复进行( m s l 组) ，另一种是 以前种负荷的4 0 为负荷进行相同动作，但尽量以爆发形式进行( e s l 组) ，记录了股 四头肌的肌电信号，结果显示，i e m g 随时间减少，男性受试者在开始阶段( o 1 0 0 m s ) e s l 组i e m g 减少量比m s l 组大伊 o 0 5 ) ，而在( 5 0 0 1 5 0 0 m s ) 阶段，减少量两组是相似的。 也有学者对等张动力性工作( 离心收缩) 进行了研究，k r o o n 等1 2 2 j 比较了分别以5 0 和4 0 m v c 为负荷进行等长收缩、离心收缩和向心收缩至力竭的屈肘肌的e m g 改变， 发现三种性质工作e m g 、r m s 随时间增加，m p f 随时问下降，但离心收缩r m s 和m p f 的改变率比其它两种工作为高( p o 0 1 ) 。王瑞元等【9 l 对1 2 名男性大学生( 2 0 2 2 岁) 极限 负荷斜蹲过程中( 可分为离心收缩、等长收缩和向心收缩阶段) 股外侧肌肌电信号的变化 进行研究。结果表明，i e m g 在各阶段随时问增高，在离心阶段低于等长阶段和向心收 缩阶段。向心收缩阶段和等长收缩阶段的m p f 随工作能力下降而升高，至7 0 最大工作 能力时达到最高值，而后随工作能力下降而急剧下降，而离心收缩阶段在工作能力下降 到4 0 最大工作能力之前没有明显的变化，基本接近负荷前水平，之后与等长阶段和向 心阶段的改变呈一致变化趋势。 1 2 3 3 等动性工作 在整个关节运动范围内肌肉以恒定的速度，且肌肉收缩时产生的力量始终与阻力相 等的肌肉收缩称为等动收缩。由于在整个收缩过程中收缩速度是恒定的，等动收缩有时 候也称为等速收缩。学者w r e t l i n g 1 6 j 等研究了9 名案牍工作受试者在等动仪上做伸膝动 作至疲劳过程中股四头肌等动收缩的肌电变化发现：m p f 在初期下降，随后进入稳定阶 段；r m s 在最初7 次收缩中增加，随后出现波动，但总的趋势是上升。v a nd i e e n ”j 研 6 不同专项运动员静力与动力性运动肌电参数变化特征及机制 2 0 0 7 武汉体育学院硕士学位论文 究骶棘肌以2 5 和5 0 m v c 为负荷进行等动收缩时，肌肉疲劳与肌电改变的关系发 现，肌电的频谱改变与肌肉疲劳之间没有相关性。g e r d l e 等 2 3 j 也采用了等动伸膝作为运 动形式记录了完成7 0 次最大等动伸膝过程中股四头肌e m g 变化，发现在最初的4 0 次 收缩阶段m p f 陡然下降，而后下降率有所降低。 近年来多数研究发现，动态等速运动负荷条件下，随着肌肉活动的增加或活动时间 的延长，肌电信号的功率谱的总功率增加，但是频域指标变化规律差异较大，持续递增、 持续递减和先增后减或者先降后不变等类型的变化在不同肌肉甚至相同肌肉中均有所报 道。在动态信号的时域分析方面，曾有报道认为，随着肌肉疲劳的发生发展，i e m g 和 r m s 线性增加。m a t s u m o t o 等由此建立了肌电疲劳阈( e m g r r ) 并以此评价肌肉的工作 性能，这是迄今该领域研究的一个热点问题1 2 7 1 。m a t s u m o t 0 1 2 4 j 等设想，如果以i e m g 与 运动负荷持续时间关系曲线的斜率增大作为肌肉开始出现疲劳的标志，那么负荷强度一 斜率关系曲线的截距大小就可以反映肌肉的抗疲劳能力。围绕e m gf r 能否准确检测疲劳 阈以及e m g 与无氧阈值和其它一些检测疲劳阈方法之间的关系的研究存在较大的争议。 p a v l a t p 6 等在探讨e m gf r 是否能成为预测非疲劳运动强度的方法时发现，虽然e m g f t 有较好的重复性，但被试者分别以不同e m g f f 强度运动至疲劳的功率时间曲线却显示， 被试者的非疲劳运动强度明显低于e m g f t ，作者据此认为e m g f r 不能准确预测疲劳阈 时的运动强度。显然，上述有关e m g r r 的研究结果存在争议的原因还需要进一步的探讨。 2 4 赛艇运动员的专项特征与生理特点 赛艇运动是一项以耐力素质为主的有氧运动，正式比赛中2 0 0 0 m 的距离需要5 8 r a i n ，有氧供能比例约占6 7 8 5 ，赛艇运动具有需要高水平耐力的竞技特础”j 。从 赛艇比赛全程中起航、途中和冲刺3 个阶段的工作情况来看，运动员要完成2 2 0 2 4 0 次划桨周期，每桨的划桨力量要在4 0 k g 以上，全程需要的力量总和在8 0 0 0 9 0 0 0 k g 以 上，赛艇运动竞技还需要高水平的力量【3 3 j 。这种需要高水平力量和耐力的竞技运动就决 定了运动员的肌肉必须具备能够在较长时间的动力性工作中保持最大肌力紧张( 发挥最 大力量而又不降低工作效率( 保持相当高的速度和功率) 的专项力量特征i 驯。 赛艇运动员力量素质主要包括三种表现形式：最大力量，速度力量，力量耐力。这 三种力量相互区别又紧密联系，赛艇运动员最需要的力量耐力和速度力量，但这种力量 的发展必须以良好的最大力量素质最为基础。赛艇比赛需要的是高强度耐力，所以赛艇 运动员的耐力训练是保持一定的强度延长运动时间的耐力训练过程p 2 儿”j 。 在比赛过程中，若2 0 0 0 m 赛程需要划7 m i n ，那么从l m i n 多钟开始到6 r a i n ，这一 段时间都属于有氧供能赛程，赛程两头加起来有2 m i n 左右的时间，属于混合代谢供能 过程。赛程中主要的物质供能之一是糖的有氧分解，但肌纤维糖原的含量并不决定成绩 的高低。糖原仅在比赛的前1 3 被利用，而甘油三酯，特别是在慢肌收缩纤维中含量， 在比赛的前1 3 段逐渐减少，而在途中阶段迅速增加，它也是是能量物质中的主要能源， 比赛中最大做功时及耐力的中后期阶段，桨手仍能采用脂肪代谢系统作为能源，因此提高 肌肉中糖原与甘油三酯水平对比赛成绩的提高也很重要1 6 0 l 。 2 5 田径运动员的专项特征与生理特点 人体在运动活动中所表现出来的力量、速度、耐力等技能能力称为身体素质。田径 运动是由走、跑、跳、投和全能组成的运动项目，不仅要求运动员有很好的速度素质， 而且也要有很好的力量素质。 7 不同专项运动员静力与动力性运动肌电参数变化特征反机制 2 0 0 7 武汉体育学院硕士学位论文 田径专项中跳跃与短跑项目运动员，属于田径爆发性项目即也是快速力量性项目， 其素质特征就是在最大力量的基础上重视发展快速力量，突出力量与速度的结合1 3 2 i 。专 项运动员的竞技水平由运动员的专项身体素质水平以及技术水平所决定的。在田径运动 的各类项目训练中，只有针对不同项目特点在发展一般力量的基础上还要加强专项力量 的发展，才能有效地提高专项运动能力。田径爆发性项目按力量专项划分为最大力量、 快速力量和力量耐力，也有人将最大力量称为纯力量能力或将快速力量称为爆发力代替 速度力量性项群，其力量专项特点主要侧重于最大力量与快速力量的专项练习p ”。 从能量供应和肌肉运动特点来看由于该类项目技术动作的完成时间一般都在1 0 s 以内爆发性极强，因而对它肌肉运动的最大输出功率要求很高，这种短时间、大强度 的肌肉运动形式决定着该类运动的能量供应必须通过强大的、高效率的磷酸原系统供 给，因此该类项目运动员通常表现出骨骼肌中的a t p 和c p 储量大，a t p 再合成能力 强，a t p 酶和c k 活性高，肌肉中白肌纤维比例大，质量高的特点。 从神经系统来看，该类项目技术动作都是以快速用力为特点，其运动强度基本达 到极限水平。因此，这种运动形式需要中枢神经系统不断发放密集神经冲动，以募集 更多的运动单位参与工作满足运动形式的爆发性m j 【。 2 6 运动性疲劳过程中e m g 信号变化的生理学机制 2 6 1 疲劳态肌电图时域变化的机制 大多数研究证明【勰】，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。在不同强度不同类型的运动中，一块肌肉并非所有的肌纤维都 收缩，也不是单根肌纤维独立的收缩，而是不同数目的肌纤维有序地交替参加工作，并 且以一定数量的肌纤维作为一个个集体进行全或无的收缩。而i e m g 正是反映参加工作 的运动单位的动作电位的总和，其值的高低反映参加工作的运动单位的多少。在肌肉进 行持续等长收缩过程中，由于不同肌纤维放电特征和收缩不同，运动开始时，肌肉只是 动用了- d , 部份肌纤维就可以产生较大的肌张力维持原来的肌张力。另外，i e m g 持续 不断上升可能是由于肌肉能量代谢失衡和局部酸性代谢产物的增加使肌纤维的内环境发 生不断改变，从而导致某些运动纤维收缩力量下降，为了维持原来的肌张力，募集新的 运动单位开始放电。也可能是由于运动单位本身性质决定肌肉产生疲劳，使肌肉组织机 能活动下降。基于上面所说的各种因素，为了使肌肉持续活动必须不断动用新的肌纤维 来运动，从而引起正m g 值持续上升。 2 6 2 疲劳态肌电图频域变化的机制 运动性疲劳过程中所观察到的e m g 频谱左移现象，目前，认为于中枢和外周两方 面因素的共同作用有关，分别被称为中枢和外周机制。 中枢机制主要是指大脑皮层运动中枢的激活水平( a c t i v a t i o n ) 或中枢驱动( d r i v e ) 以及运动神经元的兴奋发放频率及其同步化程度等对肌肉信号变化的作用途径和方式 4 9 1 。k e n t b r a u n 4 2 】等分别使用s e m g 和电刺激对静态运动负荷诱发肌肉疲劳过程中中枢 和外周因素的作用进行了定量研究，研究中用以判断神经肌肉接头和肌细胞膜兴奋性的 指标使负荷肌肉动作电位( c m a p ) ，判断中枢激活水平的指标有中枢激活比值( c a r ) 、 m v c 强直肌力比值和i e m g c m a p 比值。研究发现，当受试者完成维时4 r a i n 的最大静 态运动负荷后，m v c 下降到运动初期的2 2 ，最大电刺激肌力下降到运动初期的3 7 3 ，与此同时，c a r 由运动初期o 9 4 下降到o 7 8 ，m v c 强直肌力比值由2 3 4 下降到1 2 5 ， i e m g c m a p 比值3 2 9 下降到0 7 4 ，这些结果证明了中枢作用机制的存在。此外，他们 8 不同专