不同收缩形式的肌肉运动与肌肉疲劳

不同收缩形式中的肌肉运动与肌肉疲劳（F-V）关系图见图6-2-3。

图6-2-3　不同收缩形式中的F-V关系图

1．等长收缩（静力性收缩）

图6-2-4描绘了肌肉运动至疲劳的过程中表面肌电的变化特征，可以看出功率谱变化明显，出现左移现象。文献中也指出：在静力工作状态下，由初始状态到疲劳（或力竭）肌电的振幅值随疲劳程度的加深而增加，频域值功率谱向低频方向漂移^[13]。可能是由于肌组织内pH升高，引起肌细胞膜电位超极化，导致K+外流，又会对细胞膜电位产生超极化阻滞现象，使肌细胞兴奋性下降，肌纤维传导速度降低，从而导致肌肉放电频率相抵频带转移^[14]。

图6-2-4　肌肉等长收缩至疲劳状态下的表面肌电特征（引自：The ABC of EMG）

王健^[15]采用直线回归分析观察到，等长收缩负荷诱发肱二头肌疲劳过程中MPF和MF的时间序列曲线均呈显著的直线递减变化。其中，MPF的下降斜率为0．551±0．254Hz／s，MF的下降斜率为0．297±0．0313Hz／s，两者间有显著统计学差异（P＜0．05）。

陆俊杰^[16]采用自制装置测试了等长收缩诱发的肌肉疲劳，结果显示，等长收缩运动疲劳后股内侧肌RT与PMT在即刻10s达到最大，之后呈下降趋势，20min基本恢复至疲劳前水平。RT在即刻10s到6min时段与疲劳前相比具非常显著性差异，10min以后RT值逐渐恢复至疲劳前水平，并且与疲劳前无显著差异。PMT在即刻10s到10min时段相对于疲劳前呈极显著性差异，15min时仍具统计学意义，但至20min时已无显著性差异（表6-2-1，表6-2-2）。

表6-2-1　股内侧肌在等长收缩至疲劳后反应时等指标的变化（单位：ms）

表6-2-2　股外侧肌在等长收缩至疲劳后反应时等指标的变化（单位：ms）

West等^[17]报道，以30%、50%和75%MVC进行等长握力训练时，疲劳肌肉的iEMG呈非线性增加，幅度与强度呈正相关。Kilbom等^[18]观察了肘屈肌以25%MVC等长收缩从初始态到力竭态的表面肌电动态变化，发现肌电图的平均振幅持续不断升高，到力竭时达最高。Bendahan等^[19]观察到前臂屈肌以最大力60%的负荷静力收缩状态至力竭，表面肌电低频段能量不断减少，高频段能量首先持续增加，只是在力竭前下降。Orizo等^[20]研究了肱二头肌分别在20%、40%、60%和80%MVC负荷下静力工作至力竭的EMG特点，发现积分肌电随时间延长而增加，iEMG值的改变率与运动强度无关，力竭态iEMG值是初始态的1．4倍。

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，肌肉只是动用一小部分肌纤维就可以产生较大的肌张力来维持所需的运动；随着运动时间的持续延长，某些运动单位可能由于支配它的运动神经发生冲动减慢，使得肌张力减小，而神经中枢在运动过程中紧张性增强，动员了更多的新的运动单位来参加运动，以维持原来的肌张力。Paavo V．Komi^[21]认为等长收缩时神经-肌肉疲劳有3种情况：①肌肉疲劳时iEMG与力量的关系左移；②次极限等长收缩时iEMG上升且上升幅度与收缩的强度有关；③最大收缩时最大力量下降，iEMG也下降。

董晓峰和郭庆芳^[22]对10名受试者进行腓肠肌静力疲劳性收缩试验，测定表面肌电MPF、CF、MCV和iEMG频率轴分布，论证了肌纤维传导速度（MCV）的下降是功率谱左移的最主要原因，肌纤维兴奋扩散能力下降，引起兴奋-收缩偶联效能的降低，使肌肉收缩功能下降。

2．向心收缩

动力性收缩疲劳的肌电变化与静力性工作相比较为复杂，所得研究结果也不一致。但从总趋势来看，由初始态到疲劳（或力竭）态的肌电振幅值增加，频域值功率谱向低频转移。Crenshaw等^[23]让受试者分别以25%MVC和70%MVC负荷进行伸膝练习，记录其股四头肌肌电信号，发现两种负荷中的MF都显著下降，但下降率以70%MVC负荷时为高；两种负荷下RMS值都增加，增加率以25%MVC负荷时为高。但Jansen等^[24]记录了受试者进行递增踏车至100%VO2max过程中股外侧肌的肌电信号，发现MF随时间而逐渐增加。Roy等^[25]观察了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EMG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。Wretling^[26]发现疲劳性动态膝伸展过程中，RMS先上升，经过一个变动期后，RMS与初始值没有显著差异；而MPF（平均功率频率）先下降，然后进入一个相对稳定状态。

3．离心收缩

Kroon等^[27]比较了以50%和40%MVC为负荷，进行等长收缩、离心收缩和向心收缩至力竭肘屈肌的肌电改变，发现3种性质工作RMS随时间增加，MPF随时间下降，但离心收缩RMS和MPF的改变率比其他两种工作高，呈显著性差异（P＜0．001）。

为了研究离心训练对肌肉功能的影响，周思红^[28]对18名运动员进行不同负荷的离心收缩训练，研究股四头肌和股二头肌肌肉力量和肌电图RMS值的变化，发现离心收缩训练对改善运动员的肌肉力量有明显效果，采用150%离心收缩训练和120%离心收缩训练对运动员肌电图RMS值有一定的改善作用（图6-2-5）。

图6-2-5　离心训练前后股四头肌和股二头肌的肌电图比较结果

4．等速运动

赵宜玲^[29]采用ISOMED2000等速测试系统测试运动员的膝关节做最大自由向心收缩运动，并记录了膝关节肌群的肌电信号。结果显示，膝关节屈、伸肌群峰力矩随等速运动的速度增加呈现下降趋势，而平均功率和屈伸比则随运动速度的增加而增大；各屈、伸肌肉的积分肌电值有随速度的提高而下降的趋势；屈肌的总积分肌电值（TiEMG-flex）与伸肌的总积分肌电值（TiEMG-ext）随速度的增大而减小（这主要是因为随着速度的提高，完成一次屈、伸膝的时间必然缩短，致使屈、伸肌的总积分肌电值减小）；各屈、伸肌iEMG%不会受到速度变化的影响，虽然在膝关节运动中，受试者存在个体差异，但iEMG%间无显著性差异。半腱半膜肌与屈肌峰力矩呈显著性相关（r＝0．425，P＝0．003），腓肠肌与屈肌峰力矩呈显著性相关（r＝0．457，P＝0．002）；伸肌中，股直肌与伸肌峰力矩呈显著性相关（r＝0．328，P＝0．028），股内侧肌与伸肌峰力矩呈显著性相关（r＝-0．334，P＝0．021），从肌电幅值可看出各肌对膝关节屈、伸运动的贡献，伸膝中RF起主要作用，屈膝中MH贡献较大。不同肌肉在进行最大随意收缩时，随着角速度的升高均伴有运动单位放电频率的下降，但各肌的频率下降的幅度不同，屈、伸肌中分别以MH和RF下降最明显。

Gerdle等^[30]采用等动伸膝运动，记录了完成70次最大等动伸膝过程中股四头肌肌电的变化，发现在最初的40次收缩阶段MPF陡然下降，而后下降率有所降低。Van Dieen JH^[31]研究了骶棘肌以25%MVC和50%MVC为负荷进行等动收缩时，肌电的频谱改变与肌肉疲劳之间没有相关性。

【注释】

[1]董晓峰，郭庆芳．肌肉疲劳过程表面肌电功率谱MPF、MCV和积分频率轴分布的动态变化及关系［J］．体育科学，1988，8（1）：58-61，96．

[2]田野．运动生理学高级教程［M］．北京：高等教育出版社，2003：458．

[3]Enoka RM，Stuart DG．Neurobiology of muscle fatigue［J］．J Appl Physiol，1992，72（5）：1631-1648．

[4]王奎，刘建红，宋刚．sEMG技术在评价运动性疲劳方面的方法及应用［J］．安徽体育科技，2004，25（3）：49-51．

[5]吴纪饶，杜少武，王沪生，等．运用积分肌电阈评定赛艇运动员有氧能力的研究［J］．体育科学，1993，13（3）：66-69．

[6]Matsumoto T，Ito K，Moritani T．The relationship between anaerobic threshold and electromyographic fatigue threshold in college women［J］．Eur J Appl Physiol Occup Physiol，1991，63（1）：1-5．

[7]Pavlat D，Housh T，Johnson G，et al．Electromyographic responses at the neuromuscular fatigue threshold［J］．Sports Med Phys Fitness，1995，35（1）：31-37．

[8]炳强，王健，楼珍芳．肌电疲劳阈研究进展［J］．浙江体育科学，2001，23（1）：49-51，57．

[9]Hiroichi M，Fujiko S，Katsuhiko T．A comparison of electrical activity in the triceps surae at maximum isometric contraction with the knee and ankle at various angles［J］．Eur J Appl Physiol，1999，80：185-191．

[10]张佑琏，马国际．运动性肌肉疲劳的表面肌电信号特征研究［J］．湖北体育科技，2011，30（1）：42-44．

[11]Krivickas LS．Is spectral analysis of the surface electromyographic signal a clinically useful evaluation of skeletal muscle fatigue？［J］．J Clin Neurophysiol．1998，15（2）：138-145．

[12]陆俊杰．股四头肌疲劳前后反应时及表面肌电图的变化特征［D］．苏州大学硕士学位论文，2010，3．

[13]聂金雷，张勇．运动性疲劳的肌电图特征［J］．天津体院学报，2000，15（2）：48-52．

[14]王国祥，李长宏．肘关节等速运动过程中表面肌电图的变化特征［J］．中国临床康复，2004，8（12）：28-31．

[15]王健．静态负荷肌肉疲劳过程中表面肌电图功率谱转移特征［J］．中国运动医学杂志．2001，20（2）：199-205．

[16]陆俊杰．股四头肌疲劳前后反应时及表面肌电图的变化特征［D］．苏州大学硕士学位论文，2010，3．

[17]West W，Hicks A，Clements L，et al．The relationship between voluntary EMG，endurance time and intensity of effort in isometric handgrip exercise［J］．Eur J Appl Physiol，1995，71（4）：301-305．

[18]Kilbom A，Gamberale F，Persson J，et al．Physiological and psychological indices of fatigue during static contractions［J］．Eur J Appl，1983，50（2）：179-193．

[19]Bendahan D，Jammes Y，Salvan AM，et al．Combined electromyography-31p-magnetic resonance spectroscopy study of human muscle fatigue during static contraction［J］．Muscle Nerve，1996，19（6）：715-721．

[20]Orizio C，Perini R，Veicsteinas A．Changes of muscular sound during sustained isometric contraction up to exhaustion［J］．J Appl Physiol，1989，66（4）：1593-1598．

[21]Paavo V．Komi．马铁，高东明译．体育运动中的力量与快速力量［M］．北京：人民体育出版社，2004．

[22]董晓峰，郭庆芳．肌肉疲劳过程表面肌电功率谱MPF、MCV和积分频率轴分布的动态变化及关系［J］．体育科学，1988，8（1）：58-61，96．

[23]Crenshaw AG，Karlsson S，Gerdle B，et al．Differential responses in intramuscular pressure and EMG fatigue indicators during lowvs high-level isometric contractions to fatigue［J］．Acta Physiol Scand，1997，160（4）：353-361．

[24]Jansen R，Ament W，Verkerke GJ，et al．Median power frequency of the surface EMG and blood lactate in incremental cycle ergometry［J］．Eur J Appl Physiol，1997，75（2）：102-108．

[25]Roy SH，Bonato P，Knaflitz M．EMG assessment of back muscle function during cyclical lifting［J］．J Electromyogr Kinesiol，1998，8（4）：233-245．

[26]Wretling ML．Inter-relationship between muscle morphology，mechanical output and electromyographic activityduring fatiguing dynamic knee-extensions in untrained females［J］．Eur J Appl Physiol．1997：76（6）：483-490．

[27]Kroon GW，Naeije M．Recovery of the human biceps EMG after heavy accentric concentric or isometric exercise［J］．Eur J Appl Physiol，1991，63（6）：444-448．

[28]周思红．离心收缩训练对肌肉力量和肌电图RMS值的影响［J］．西安体育学院学报，2005，22（6）：62-65，79．

[29]赵宜玲．运动员膝关节动态情况下的肌电特征分析［J］．太原师范学院学报（自然科学版），2008，7（4）：140-144．

[30]Gerdle B，Elert J．The temporal occurrence of the MPF shift of the EMG during maximum prolonged dynamic and static working cycles［J］．Int J Sport Med，1994，15（1）：32-37．

[31]Van Dieen JH，Boke B，Oosterhuis W，et al．The influence of torque and velocity on erector spinae muscle fatigue and its relationship to change of EMG specrtum density［J］．Eur J Appl Physiol，1996，72（4）：310-315．