表面肌电诊断肌肉疲劳的常用参数

1．积分肌电及衍生指标

积分肌电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。随着运动的进行，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。随着运动单位疲劳的产生，参加收缩的运动单位减少，频率下降，表现为iEMG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iEMG值下降到低于初始值时为出现疲劳，疲劳程度越重，iEMG值越低。^[4]

积分肌电被认可的同时，更深层次的衍生指标，如积分肌电阈（threshold of iEMG）、肌电疲劳阈（electromyographic fatigue threshold，EMGFT）、积分肌电变化率（rate of change in iEMG value）等也得到开发运用。

1）积分肌电阈 通过计算递增负荷中每级的积分肌电图值变化，描绘出iEMG与负荷强度的一一对应曲线，当运动强度达到一定水平，该曲线会出现由平缓转向陡峭的“拐点”，此强度就被称为积分肌电阈，其意义是指明开始出现肌纤维大量募集的阈强度。国内有学者认为积分肌电阈与无氧阈两者高度相关，并通过这种关系的方法评价赛艇运动员的运动能力，指出实际训练中可以应用积分肌电阈评价运动员的有氧能力。^[5]

2）EMGFT EMGFT是由Matsumoto等和Moritani等^[6]于20世纪90年代初提出的，建立在以下理论基础上：①在持续一定时间的运动过程中，iEMG随着时间的延续呈上升趋势；②当运动负荷的强度不同时，iEMG的变化的斜率也不相同，负荷越大，其斜率也越大。他们把EMGFT定义为iEMG变化的斜率刚刚要开始增加时的强度，并认为应用EMGFT可以对机体运动的疲劳阈值作出准确的检测。另外，首先提出“肌电图疲劳阈”这一概念的Matsumoto设想：如果以iEMG与运动负荷持续时间关系曲线的斜率增大作为骨骼肌开始出现疲劳的标志，那么负荷强度，即斜率关系曲线的截距大小就可以反映肌肉的抗疲劳能力。虽有其他学者在此方面的研究与其存在较大的差异，但提示EMGFT作为评价运动能力的一项指标在评价训练效果时仍有较大的意义^[7]。国内学者炳强等就对其研究进展进行过相关综述^[8]。目前有关该领域的研究仍属热点，但也存在较大争议。关于这方面的相关研究还有大量的工作等着我们去开展。

3）积分肌电变化率 积分肌电变化率是指在持续最大等长收缩中单位时间积分肌电的变化与总时间的比值。Horiochi等曾利用积分肌电变化率来评价小腿三头肌在不同膝关节角度下的疲劳时间，发现该指标在评价疲劳时有相当的灵敏性^[9]。这种方法目前只应用于静力性的训练中，在实验的条件下与疲劳有很好的线性对应，但在实际运动训练中很少有项目的肌肉是纯粹的等长收缩。如何将积分肌电变化率有效地应用到动力性练习中仍有待研究。

2．频谱

图6-2-1　运动过程中的表面肌电和功率谱变化

从图6-2-1中可以看出，随着肌肉收缩时间的持续，b点处肌力开始呈下降趋势，比较a、b两处的频谱可以发现伴随着肌肉收缩过程中疲劳的出现，发生了肌电图频谱左移现象，但表面肌电均方根振幅变化不明显。

目前认为，疲劳与中枢系统和外周系统两方面因素的共同作用有关，故称为中枢机制和外周机制。中枢机制的作用途径和方式目前不完全清楚，可能与运动神经元的兴奋发放频率及其同步化程度有关；外周机制可能与物质代谢和离子流有关。有研究发现并证实：运动性肌肉疲劳过程中，肌肉细胞内钾离子含量减少，而细胞外液钾离子含量增加^[10]。

1）代表功率谱变化的常用特征参数

包括平均功率频率（MPF）、中值频率（MF）、最大谱峰位置、低频段比重、高频段比重、功率谱密度（PDS）等。其中，平均功率频率（MPF）和中值频率（MF）是两个常用的重要参数。Krivickas^[11]测定正常人MF的正常值，胫骨前肌为（116±20）Hz，肱三头肌为（85±18）Hz。MF个体差异大，正常值范围太宽，这也会妨碍其评估肌肉疲劳。

2）MPFslope和MFslope 表示时间延续与MPF、MF曲线的斜率，代表运动过程中MPF或MF的相对变化。

3）反应时 陆俊杰^[12]采用自制发光装置连接入运动生物电测试分析系统，灯光作为一个刺激信号，受试者看到的灯信号后以最快的速度开始动作。电信号被同步输入到肌电记录仪中作为初始信号，肌电图上会同步显示初始电信号、关节角度、力矩和各块肌肉肌电的变化（图6-2-2）。

图6-2-2　等长收缩中肌电信号产生与刺激信号、机械信号的对照图

（1）前动作时（PMT）：从刺激开始到肌肉产生动作电位的这段时间，即图中各块肌肉产生肌电时显示的时间减去信号标点的时间。

（2）电机械延迟（EMD）：又称动作时（MT），即肌肉兴奋产生动作电位到开始产生收缩引起机械变化的时间。计算方法为产生力矩点时显示的时间减去各块肌肉产生肌电时显示的时间。

（3）反应时（RT）：即前动作时（PMT）和电机械延迟（EMD）的总和。

从研究结果看，在各种运动模式疲劳后，RT值和PMT值都呈上升趋势，而EMD值是降低的，所以RT值的增大可能主要是受PMT值的影响，即影响PMT值的因素也会极大地影响RT值的变化。