（医学课件）肌电图的测试与分析

肌电原理与应用 1 肌电 骨骼肌兴奋时 由于肌纤维动作电位的产生 传导和扩布 而发生电位变化称为肌电 肌电图 用适当的方法将骨骼肌兴奋时发生的电位变化引导 记录所得到的图形 称为肌电图 electromyogram EMG 肌电与肌电图的概念 1表面肌电的原理 1 1骨骼肌的静息电位与动作电位1 1 1静息电位正常骨骼肌纤维在静息状态下肌纤维膜内外存在电位差 膜内为负 膜外为正 这一电位差称为静息电位 猫的骨骼肌肌纤维的静息电位为 79 5毫伏 鼠的骨骼肌肌纤维的静息电位为 99 8毫伏 豚鼠的骨骼肌肌纤维为 85 5毫伏 小白鼠的骨骼肌肌纤维为 61 0 88 9毫伏 人类骨骼肌肌纤维为 65 87 4毫伏 1 1 2动作电位肌纤维兴奋时 产生的可传导的电位变化称为动作电位 动作电位的幅度为100 120毫伏 持续时间为2 4毫秒 细胞内记录的动作电位为单相负波 波幅为100 120mv持续时间较长 细胞外记录的动作电位为双相波 波幅为1 8mv 明显低于细胞内记录 表面电极测试方法一般的表面电极是由两片Ag AgCL金属片组成的 测试时一般将电极置于肌腹处或肌肉运动点处 将电极沿肌纤维的走行方向平行放置 两电极间隔2 3厘米 进行双极引导 表面肌电分析在体育科研中的应用 肌电变化与肌肉疲劳的关系 肌电变化与肌肉疲劳的关系 肌肉工作过程中肌电幅值的变化反应肌电幅值的指标有积分肌电 IEMG 和均方根振幅 RMS 在肌肉等长收缩至疲劳的研究过程中发现 在一定的范围内 肌电幅值随着肌肉疲劳程度的加深而增加 肌电变化与肌肉疲劳的关系 1肌肉工作过程中肌电幅值的变化 Biglandh和Lippold 1954 发现 当肌肉持续等长收缩至疲劳时 积分肌电 IEMG 增大 DeVries 1968 发现 在伸膝和屈肘进行静力工作时 随着持续时间的延长 均方根振幅 RMS 增加 Petrofsky等 1975 发现 肌电的振幅既取决于肌力的大小 又取决于肌肉疲劳的程度 所以 肌电作为评定肌力的指标只能用于肌肉疲劳之前 此后 Viitasalo和Komi 1967 1978 郭庆芳 1980 等学者都报导过肌肉疲劳时IEMG和RMS增大 肌电变化与肌肉疲劳的关系 1肌肉工作过程中肌电幅值的变化 Petrofsky 1980 让受试者的抓握肌以20 70 MVC的五种不同张力做等长收缩至疲劳的过程中 发现RMS呈线性增加 70 MVC以上的等长收缩至疲劳时 虽然RMS在整个收缩过程中也随疲劳的加深而增大 但增大的幅度逐渐减小 3 1肌电变化与肌肉疲劳的关系 3 1 1肌肉工作过程中肌电幅值的变化 3 1肌电变化与肌肉疲劳的关系 3 1 1肌肉工作过程中肌电幅值的变化 Petrofsky 1979 也观察了等张收缩至疲劳过程中的RMS的变化 让受试者在功率自行车上以20 100 最大摄氧量 VO2max 的负荷蹬踏功率自行车 同时测试并分析了股四头肌肌电 发现在20 40 VO2max的负荷下 RMS随着疲劳程度的加深 其增大程度不明显 而负荷为60 100 VO2max时 RMS却随着疲劳的增加而明显增加 并且 负荷越大其增加越明显 3 1肌电变化与肌肉疲劳的关系 3 1 1肌肉工作过程中肌电幅值的变化 3 1肌电变化与肌肉疲劳的关系 3 1 1肌肉工作过程中肌电幅值的变化 浅井英典 1982 对不同的研究结果做了概括和总结 指出 以最大强度以下的肌力进行等长收缩时 肌电的幅值随着时间的延长而增加 而用最大肌力进行等长收缩时 随着肌力的下降肌电的幅值也逐渐下降 并指出伴随疲劳而出现的肌电幅值变化 是由于运动时运动单位的募集数量和运动单位兴奋的频率发生变化而引起的 肌电变化与肌肉疲劳的关系 1肌肉工作过程中肌电幅值的变化 肌肉疲劳时肌电幅值下降的可能原因是 中枢传出的神经冲动减少 神经肌肉接点处的传递速度减慢 肌纤维的传导速度减慢 运动单位的非同步活动 肌电变化与肌肉疲劳的关系 2肌肉工作过程中肌电的频谱变化 反应肌电信号频率特性的指标有平均功率频率 MPF 和中心频率 FC 在研究肌肉持续工作至疲劳过程中发现 随着疲劳程度的加深 肌电信号的频谱左移 即平均功率频率 MPF 和中心频率 FC 降低 肌肉工作的负荷强度越大 疲劳的程度越大 MPF和FC降低越明显 4 肌电变化与肌肉疲劳的关系 4 2 2肌肉工作过程中肌电的频谱变化 4 肌电变化与肌肉疲劳的关系 4 2 2肌肉工作过程中肌电的频谱变化 4 肌电变化与肌肉疲劳的关系 4 2 2肌肉工作过程中肌电的频谱变化 肌电变化与肌肉疲劳的关系 2肌肉工作过程中肌电的频谱变化 Viitasalo 1978 发现 用30 MVC 50 MVC和70 MVC强度令股四头肌进行疲劳性等长收缩时 平均功率频率 MPF 随着工作时间的延长而降低 并且负荷越大降低越明显 4 肌电变化与肌肉疲劳的关系 4 2 2肌肉工作过程中肌电的频谱变化 肌电变化与肌肉疲劳的关系 3 1 2肌肉工作过程中肌电的频谱变化 Petrofsky让受试者以20 40 60 80 和100 最大摄氧量强度蹬踏功率自行车 20 40 60 最大摄氧量强度工作80分钟未见明显疲劳 在20 40 最大摄氧量强度时 中心频率 FC 有所增加 60 最大摄氧量强度时 FC稍有下降 80 和100 最大摄氧量强度时 FC明显下降 4 肌电变化与肌肉疲劳的关系 4 2 2肌肉工作过程中肌电的频谱变化 3 1肌电变化与肌肉疲劳的关系 3 1 2肌肉工作过程中肌电的频谱变化 C J DeLuca等人的研究了手指肌以20 40 60 80 和100 MVC收缩时的肌电变化 3 1肌电变化与肌肉疲劳的关系 3 1 2肌肉工作过程中肌电的频谱变化 Petrofsky 1980 研究了桡侧屈腕肌静力工作至疲劳时的肌电变化 发现疲劳时功率谱左移 中心频率降低 而且在相同时间 内 各种负荷的中心频率无明显差异 而将同一持续时间 的各种张力工作时的中心频率加以平均 发现中心频率 随着时间的延长呈线性下降之势 4 肌电变化与肌肉疲劳的关系 4 2 2肌肉工作过程中肌电的频谱变化 3 1肌电变化与肌肉疲劳的关系 3 1 2肌肉工作过程中肌电的频谱变化 Petrofsky 1980 1982 研究了抓握肌 肱二头肌 拇内收肌疲劳前后的肌电变化 发现 不管是新参加工作的肌肉 还是已从事过长时间的工作并已经疲劳的肌肉 无论工作时间间隔多长 也无论以那种力量负荷工作 一旦疲劳使工作停止时 中心频率都达到一个相同的数值 3 1肌电变化与肌肉疲劳的关系 3 1 2肌肉工作过程中肌电的频谱变化 肌肉疲劳时肌电信号的平均功率频率和中心频率降低的机制归纳起来有以下几个假说 运动单位的募集假说此假说认为快肌运动单位容易疲劳 而慢肌运动单位不容易发生疲劳 快肌运动单位疲劳后肌肉的工作能力下降 此时要继续进行工作 就要募集更多的没有疲劳的慢肌运动单位参加工作 由于慢肌运动单位的频率特性较快肌低 因此造成疲劳后肌电信号平均功率频率中心频率降低 3 1肌电变化与肌肉疲劳的关系 3 1 2肌肉工作过程中肌电的频谱变化 运动单位同步活动假说此假说认为当肌肉工作至疲劳时运动单位的同步活动加强 由于运动单位的同步放电 造成平均功率频率中心频率降低 3 1肌电变化与肌肉疲劳的关系 3 1 2肌肉工作过程中肌电的频谱变化 运动单位动作电位的传导速度减慢假说此假说认为肌肉收缩时血流受阻 所产生的代谢产物如乳酸等 会堆积在肌肉内 导致运动单位动作电位的传导速度减慢 动作电位的传导速度的减慢就会使肌电信号的频率特性减低 3 1肌电变化与肌肉疲劳的关系 3 1 2肌肉工作过程中肌电的频谱变化 肌内压增大假说此假说认为肌肉疲劳时肌电信号的平均功率频率是由于等长收缩时肌肉内压增高所致 肌肉内压增高 使血流受阻 导致动作电位的传导速度减慢 3 2肌力与肌电的关系 当肌肉以不同的负荷进行收缩时 其肌电信号的积分值 IEMG 同肌力成正比关系 即肌肉产生的张力越大IEMG越大 3 2肌力与肌电的关系 Komi让受试者以4 5cm 秒的速度作匀速的屈肘运动 肌肉的收缩形式分别为向心收缩和离心收缩 不论是疲劳前还是疲劳后 肱桡肌在工作中的IEMG都随着肌张力的加大而增高 并存在线性关系 3 2肌力与肌电的关系 DeVries 1968 研究了3名屈肘力量不同受试者等长收缩时肌肉张力和均方根振幅 RMS 之间的关系 发现肌肉张力同RMS之间存在函数关系 见图37 3 2肌力与肌电的关系 柯菲因 Chaffin 等人发现当肌肉用40 MVC以下强度收缩时 肌力与肌电呈线性关系 60 MVC以上强度时 肌力与肌电也呈线性关系 但此时的直线斜率较大 而肌力在40 60 MVC时 肌力与肌电之间的线性关系往往就不存在了 见图38 这可能因为 在40 MVC以下强度时 肌电的变化反应慢肌运动单位的电活动 60 MVC以上的强度时 肌电的变化反应快肌运动单位的电活动 40 60 MVC之间的强度 可能两种运动单位都参与活动 固肌力与肌电之间的线性关系就不存在了 3 2肌力与肌电的关系 3 2肌力与肌电的关系 ToshioMoritaniandMasuoMuro 1987 的研究发现 肌肉以20 40 60 和80 MVC的递增力量收缩时 肌电的峰电位幅值随力量的增加而增高 3 3肌纤维类型与肌电的关系 3 3 1肌纤维类型与肌力 肌电的关系 柯菲因 Chaffin 等人发现当肌肉用40 最大肌力 MVC 以下强度收缩时 肌力与肌电呈线性关系 60 MVC以上强度时 肌力与肌电也呈线性关系 但此时的直线斜率较大 而肌力在40 60 MVC时 肌力与肌电之间的线性关系往往就不存在了 这可能因为 在40 MVC以下强度时 肌电的变化反应慢肌运动单位的电活动 60 MVC以上的强度时 肌电的变化反应快肌运动单位的电活动 40 60 MVC之间的强度 可能两种运动单位都参与活动 固肌力与肌电之间的线性关系就不存在了 3 3肌纤维类型与肌电的关系 3 3 2肌纤维类型与肌肉疲劳和肌电的关系 Tesch 1980 的研究表明 FT 高的受试者疲劳快 支持这种观点的人还有Nilsson 1977 Viitasalo 1978 和Komi 1979 肌纤维类型与肌力 肌电的关系 3 3肌纤维类型与肌电的关系 3 3 2肌纤维类型与肌肉疲劳和肌电的关系 Ochs 1977 发现让受试者用最大力量收缩至疲劳 ST 高的比目鱼肌 70 ST 的IEMG与疲劳前比没有明显变化 而腓肠肌 50 FT 的IEMG则明显减小 3 3肌纤维类型与肌电的关系 3 3 2肌纤维类型与肌肉疲劳和肌电的关系 Nilsson 1977 让股四头肌进行直到疲劳的重复快速动力性工作 观察到肌电 肌力 E T 的比值与FT 呈直线相关 r 0 84 P 0 001 3 3肌纤维类型与肌电的关系 3 3 2肌纤维类型与肌肉疲劳和肌电的关系 在研究肌肉持续工作至疲劳过程中发现 随着疲劳程度的加深 肌电信号的频谱左移 即平均功率频率降低 而且参加工作的肌肉中肌纤维的组成不同频谱的变化也不同 快肌纤维百分比较高的肌肉疲劳时频谱左移比慢肌纤维百分比较高的肌肉明显 3 3肌纤维类型与肌电的关系 3 3 2肌纤维类型与肌肉疲劳和肌电的关系 Viitasalo 1978 发现ST 高的受试者 ST 59 与ST 低的受试者 ST 49 相比 在疲劳性最大等长收缩中MPF的下降的斜率较小 当负荷加大时这种差别就越明显 3 4肌肉不同形式收缩时的肌电变化 Komi让受试者以4 5cm 秒的速度作匀速的屈肘运动 肌肉的收缩形式分别为向心收缩和离心收缩 肱桡肌在工作中的IEMG都随着肌张力的加大而增高 并存在线性关系 但是从图中可以看出 向心收缩的曲线斜率大于离心收缩 也就是说在输出功率相同的情况下 离心收缩的肌电幅值小于向心收缩 很有可能离心收缩所动员的运动单位少于向心收缩 3 5 表面肌电图在技术动作分析中应用 从表面肌电图上可以看出运动过程中各用力肌肉的用力大小 用力的顺序 用力持续时间 并结合同步视频录象观察动作不同阶段肌肉的用力情况 左竖脊肌右竖脊肌左臀大肌左股二肌左股薄肌左股直肌左缝匠肌左半腱肌 舞蹈技术动作分析 蛙泳三个不同划频间下肢各主要用力肌肉肌电比较 最快划 60次 分划 50次 分划 左阔筋膜张肌左股直肌左股二头肌左臀大肌右阔筋膜张肌右股直肌右股二头肌右臀大肌 弓箭步冲刺腰腹部肌群放电情况 左臀大肌上部右臀大肌上部左竖脊肌下部右竖脊肌下部左腹外斜肌右腹外斜肌左腹直肌右腹直肌 1 形成弓箭步姿势图1 右臀大肌 和左竖脊肌 左腹直肌 左腹外斜肌 其中右臀大肌放电早 持续时间最长 2 弓箭步稍收回到冲刺图2 3 4 弓箭步不完全还原图1 左右竖脊肌 右腹外斜肌 左臀大肌先放电 在此过程中右竖脊肌放电时间较长幅值最大 冲刺过程中图2 3 左腹外斜肌 左腹直肌先放电但幅值不大 右臀大肌 右腹外斜肌 左竖脊肌 右竖脊肌左臀大肌依次放电 在此过程中右 左竖脊肌 右腹外斜肌 左臀大肌放电幅值比较大持续时间也比较长