肌电图在肌肉力量评估中的应用①

朱威

（山西省太原理工大学体育学院 山西太原 030024）

众所周知，肌肉力量是人体完成各种动作的动力，是在神经肌肉系统控制下完成主动收缩的能力。按照人体在运动中能力的表现来分，肌肉力量可以分为最大力量、快速力量、反应力量和力量耐力四种。其中最大力量是指肌肉对抗最大阻力时产生的力量，包括静力性最大肌力和动力性最大肌力，快速力量是指人体在最短的时间内快速完成抵抗负荷的能力，在运动中最具体的表现有爆发力。力量耐力是指关节肌群长时间抵抗某一负荷的能力。在竞技体育中，运动员具备良好的力量素质对于取得优异运动成绩起着非常重要的作用。但是，在不同项目中，由于专项运动的要求，在不同项目运动员中体现出来的主导力量素质并不相同[1]。特别是在散打、摔跤、举重等项目中，运动员在比赛中发挥出来的力量素质各不相同，具体表现为，散打比赛中运动员的快速力量和最大力量占据主导地位，而摔跤项目比赛中，则要求运动员具备良好的最大力量和力量耐力。因而，如何定期地对运动员进行力量诊断，进而发现不足以加强针对性地力量训练显得非常重要。以往常用的对人体进行关节肌群肌力诊断的仪器中总会有不足之处。如有的仪器只能完成人体静态力量测量，而有的仪器虽然能够完成人体动态力量测量诊断，但不能对人体进行日常运动中的肌肉力量测量。直到后来发现，利用肌电不但可以对人体关节肌群进行静态力量测试，而且还能够实现人体在运动过程中，如跑动中进行关节肌力的实时测量分析。随着先进的肌肉力量测量系统的不断改进，已有多种手段采集人体肌肉主动收缩时产生的肌力。由于具有无损伤性等优点，国内外科研人员广泛利用肌电来间接测量人体关节肌肉力量，评价关节拮抗肌群的肌力协调性，并且对此方面研究的兴趣一直有增无减。该文通过检索相关文献资料，对肌电在肌肉力量测量方面的研究情况做一介绍，希望给同类研究做以借鉴。

1 肌电图检查方法

实际使用的描记方法有两种：一种是表面导出法，即把电极贴附在皮肤上导出电位的方法；另一种是针电极法，即把针电极刺入肌肉导出局部电位的方法。用后一种方法能分别记录肌肉每次的动作电位，而根据从每秒数次到二、三十次的肌肉动作电位情况，发现频率的异常。应用肌电图还可以诊断运动机能失常的原因。平常所用的针电极称为同心电极，它是把细针状电极穿过注射针的中心，两者绝缘固定制成的[2]。

2 肌电图肌力检测原理

神经肌肉单位又称为运动单位，由一个前角运动神经元及其支配的肌纤维组成。正常的运动单位在静止时肌纤维呈极化状态。神经冲动传到肌纤维时，肌纤维呈去极化状态，即产生动作电位并发生收缩，收缩之后又恢复极化状态。由于神经、肌肉病变性质及部位的差异，动作电位也不同。通过多级放大后将其显示在阴极示波器上，可用肉眼观察波形。

检查时将电极插入肌肉，通过放大系统将肌肉在静息和收缩状态的生物电流放大，再由阴极射线示波器显示出来，肌肉在正常静息状态下，细胞膜内为负电位，膜外为正电位；肌肉收缩时，细胞膜通透性增加，大量正离子转移到细胞内，使细胞膜内、外与静息时呈相反的电位状态，于是收缩与来收缩肌纤维间产生电位差，井沿肌纤维扩散，这种扩散的负电位称为动作电位。

3 应用

国内外研究人员采用肌电测试仪对人体某块肌肉的活动功能和状况进行了大量地研究。表面肌电信号(surface electromyographic signal, sEMG信号)是将电极放置于被测肌肉的表面，通过电极引导而记录下来的神经肌肉系统活动时的生物电信号[3]，可以收集肌肉做不同收缩形式（等长、向心、离心）时的肌电信号，常用于评定被测肌肉的功能活动状态。通过测定运动单位电位的时限、波幅，安静情况下有无自发的电活动，以及肌肉大力收缩的波型及波幅，可区别神经源性损害和肌源性损害，诊断脊髓前角急、慢性损害（如脊髓前灰质炎、运动神经元疾病），神经根及周围神经病变（例如肌电图检查可以协助确定神经损伤的部位、程度、范围和预后）。另外对神经嵌压性病变、神经炎、遗传代谢障碍神经病、各种肌肉病也有诊断价值。此外，肌电图还用于在各种疾病的治疗过程中追踪疾病的恢复过程及疗效。由于肌肉在不同负荷及收缩形式下肌力的变化与肌电信号的振幅呈现良好的线性关系[4-5]，因而通过肌电图的参数可以间接地评定肌肉力量状况。

国内外研究人员采用拮抗肌与主动肌的肌电比值诊断股四头肌与腘绳肌的肌力均衡性，研究分析拮抗肌群在膝关节屈伸运动过程中的协同收缩活动方式[6-7]。Hortobágyi等[8]对26名患有膝关节骨关节炎(OA)患者进行肌电测试，分别采集膝关节做最大等长伸展和屈曲时股外侧肌和股二头肌的肌电振幅均值，并将股外侧肌和股二头肌肌电振幅均值的比值用于反映膝关节拮抗肌群在膝关节屈伸运动过程中的功能状态。国内研究者俞晓杰[9]对比研究健侧与患有骨关节炎(OA)一侧的膝关节做最大伸展和屈曲时股外侧肌和股二头肌肌电振幅均值的比值的差异。研究发现，虽然健侧与患侧拮抗肌群的肌电振幅均值不具有统计学差异，但是健侧与患侧的股外侧肌和股二头肌肌电振幅均值的比值表现出明显的差异（P<0.05），其认为患侧膝关节在进行最大等长收缩中的拮抗肌协同收缩比率高于健侧。另外，采用积分肌电（IEMG）比值还可以诊断同组肌群的肌力均衡性。华英汇等[10]采用股内侧肌与股外侧肌的积分肌电比值来诊断股内侧肌与股外侧肌的肌力均衡性，其对患有髌腱末端病运动员进行股四头肌向心和离心收缩肌电测试显示，无论是向心运动还是离心运动，患有髌腱末端病运动员股内侧肌与股外侧肌的积分肌电比值均明显大于对照组(P<0.05)。

另外,肌电还广泛地应用于医学领域。利用肌电可以确定周围神经、神经元、神经肌肉接头及肌肉本身的功能状态。通过测定运动单位电位的时限、波幅，安静情况下有无自发的电活动，以及肌肉大力收缩的波型及波幅，可区别神经源性损害和肌源性损害，诊断脊髓前角急、慢性损害（如脊髓前灰质炎、运动神经元疾病），神经根及周围神经病变（例如肌电图检查可以协助确定神经损伤的部位、程度、范围和预后）。另外对神经嵌压性病变、神经炎、遗传代谢障碍神经病、各种肌肉病也有诊断价值。此外，肌电图还用于在各种疾病的治疗过程中追踪疾病的恢复过程及疗效。

在众多竞技类运动项目中，不管是教练员还是运动员都非常注重关节肌群肌力水平的提高与协调性。通过对运动员关节肌肌群进行定期力量监测，可以了解运动员关节肌群的力量发展状况，从中发现不足，为进行针对性地力量训练提高良好的借鉴。重要的是，利用肌电来测试肌肉力量是一种非常经济而又失效的方法。同昂贵的大型肌力测试系统相比，肌电测试仪器可以随身携带。可以做到普及运动队的力量训练需要。

4 结语

综上所述，同别的肌肉力量测试仪器相比较，肌电在对关节肌肉进行间接力量诊断方面具有相当大的优点。特别是传统肌肉力量及其它先进肌肉力量测量系统不能测量人体在运动过程中的肌肉力量，而通过肌电测试仪器可以实现测量人体在跑动或者其它动态运动过程中的肌力水平及状况，可以为科研人员提供实时的反馈数据，进而对被测试者的肌力水平进行客观地评价。需要强调一点的是，虽然利用肌电可以实现人体在运动过程中随时进行力量测试诊断，但肌电肌力测试还是间接地反映关节肌群的肌力水平，随着肌电测试仪器性能的不断改进，肌电测试仪器在对关节肌群肌力诊断方面将会越来越精确。

[1]教材组.体育院校通用教材:运动训练学[M].北京:人民体育出版社,2000:16-18.

[2]百度百科.肌电图[EB/OL].http://baike.baidu.com/view/145984.htm?fr=Aladdin.[2014-01-28].

[3]王健.sEMG信号分析及其应用研究进展[J].体育科学,2000,20(4):56-60.

[4]Taipale RS, Mikkola J, Vesterinen V, et al. Neuromuscular adaptations during combined strength and endurance training in endurance runners: maximal versus explosive strength training or a mix of both[J]. Eur J Appl Physiol,2013,113(2):325-335.

[5]Alkjaer T, Simonsen EB, Magnusson SP,et al. Antagonist muscle moment is increased in ACL deficient subjects during maximal dynamic knee extension[J]. Knee,2012,19(5):633-639.

[6]Reed JP,Schilling BK,Murlasits Z.Acute neuromuscular and metabolic responses to concurrent endurance and resistance exercise[J].JStrength Cond Res,2013,27(3):793-801.

[7]Kellis E,Zafeiridis A,Amiridis IG. Muscle coactivation before and after the impact phase of running following isokinetic fatigue[J].JAthlTrain,2011,46(1):11-19.

[8]郑荣强,王予彬,王惠芳.表面肌电在膝关节运动创伤康复中的应用[J].中国康复医学杂志,2008,23(1):81-83.

[9]俞晓杰,吴毅,胡永善,等.膝关节骨关节炎患者膝屈伸肌的表面肌电信号研究[J].中华物理医学与康复杂志,2006,28(6):402-405.

[10]华英汇,陈世益,刘广奇,等.髌腱末端病运动员等速运动中股四头肌表面肌电研究[J].中国运动医学杂志,2007,26(2):231-234.