不同测试角速度下髋关节肌群肌电特征研究
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摘 要：髋关节在矢状面内完成的屈曲与伸展运动属于人体基本运动，肌肉动员放电顺序以及延迟时间具有普遍性，规律基本一致，只是肌肉动员的强度与髋关节屈伸的速度有较大关系。为了研究分析髋关节屈伸肌群完成等速屈伸运动的肌电特征，对各个测试角速度下屈伸肌群各肌肉激活顺序、激活强度、肌肉积分肌电、肌肉贡献度等分析。
关键词：角速度 髋关节 屈伸运动 肌电
中图分类号：G80-35 文献标识码：A 文章编号：2095-2813（2019）12（a）-0229-02
1 研究对象与方法
1.1 研究对象
本文以20名非体育专业男性大学生作为测试对象，身体健康，均以右侧为优势侧，无任何伤病或手术史，下肢各关节肌力和关节活动度均属于正常范围，且测试对象对研究方法和目的完全知情，经本人同意后进行实验。
1.2 测试法
本文采用ISOMED2000与MEGAWIN ME6000设备进行测试，选择30°/s、60°/s、120°/s、150°/s、180°/s测试角速度。测试对象在仰卧位情况下进行等速屈伸运动，起始髋关节角度为10°，终止位置髋关节角度为110°，髋关节总活动范围为100°，在此范围内，每个测试角速度下均以最大力量进行3次髋关节屈伸运动，休息5min，调整测试角速度继续进行测试。
2 结果与分析
2.1 肌群激活顺序分析
伸肌群激活延迟时间较短，半腱肌与股二头肌的激活延迟时间在0.3ms到0.2ms不等，臀大肌的激活延迟时间由2.8ms降为0.8ms，分析认为关节在运动中虽然首先动员的是原动肌，但并不完全依靠原动肌完成动作。拮抗肌动员时间稍晚，但时间很短，所以关节肌肉的运动是原动肌与拮抗肌相互协调作用的结果。
屈肌群中股直肌在30°/s和60°/s角速度下具有0.1ms的激活延迟，其他屈肌群均没有激活延迟。对于伸肌群来说，臀大肌激活延迟随测试角速度增大逐渐减小，半腱肌与股二头肌的激活延迟时间在120°/s角速度时出现下降后趋于不变。分析此现象的原因可能与肌纤维动员有关，随着髋关节等速屈伸运动速度加快，肌肉需要在更短时间内动员更多的快肌纤维，快肌纤维在所动员肌纤维里占较大比例，有利于缩短髋关节屈伸肌群的激活延迟时间。根据此分析对测试角速度进一步增大产生的结果进行猜想，髋关节伸肌群在完成屈髋动作中，半腱肌与股二头肌在角速度120°/s肌纤维中的快肌纤维与慢肌纤维比例已达到相对稳定的状态，激活延迟时间将不会再产生变化。而臀大肌的激活延迟时间可能会出现下降的趋势，当达到一定测试角速度时趋于稳定不变，但是不会减小到0ms。
2.2 肌群激活强度分析
人体的运动需要肌肉的主动收缩，髋关节在屈伸运动中，每个环节原动肌的近端与远端相互靠近实现肌肉主动收缩产生肌力，实现人体的运动。髋关节屈伸运动中肌纤维的动员以及实现屈髋与伸髋动作都是一个极其精细且较为复杂的过程，而且髋关节解剖结构较为复杂，其完成屈伸动作时屈伸肌群均需要动员，通过各肌肉在神经系统的调节下协调配合，才能够保证人体髋关节屈伸运动流畅、平滑。
表面肌电信号采集获得均方根值（RMS），其能够反应髋关节屈伸肌群的激活强度。从生理学角度来看，均方根值与肌肉表面电位信号振幅范围以及运动单位募集情况有较大关系，能够反应神经——肌肉系统放电情况。
半腱肌均方根值在所有测试角速度下均是最高的，其次是阔筋膜张肌、股二头肌和缝匠肌。臀大肌均方根值在任意测试角速度下均是最小的。股直肌均方根值随测试角速度的增大改变较小，其均方根值仅大于臀大肌，变化较为稳定。在髋关节等速屈伸运动中，半腱肌和阔筋膜张肌的做功能力最强，肌肉的做功能力随着测试角速度的加大呈减小趋势，股二头肌的做功能力有所上升。经综合分析认为，髋关节等速屈伸运动过程中发挥作用较大的是半腱肌、阔筋膜张肌、股二头肌和缝匠肌。
2.3 积分肌电变化特征分析
积分肌电（Integrated EMG，iEMG）是表面肌电测试中重要参数指标，在单位时间内，积分肌电值可以表示肌肉活动过程中的放电总量，对分析研究肌肉协调工作能力具有指导价值。在本研究中，积分肌电值受到测试角速度的影响。当测试角速度增大时，髋关节等速屈伸运动速度加快，肌纤维中快肌纤维与慢肌纤维的比例发生一定的改变，肌纤维动员比例的不同导致肌纤维放电总量发生改变。在较小测试角速度情况下，髋关节屈伸较慢，快肌纤维与慢肌纤维被募集的比例较大，肌肉放电总量大。在较大测试角速度情况下，快肌纤维与慢肌纤维被募集的比例减小，肌肉放电总量降低。
股直肌积分肌电值随着测试角速度的增大处于稳定，变化很小。缝匠肌积分肌电值呈下降趋势，在150°/s角速度时有小幅度的增大。股二头肌在150°/s角速度时开始增长，半腱肌则是在150°/s后增大。阔筋膜张肌呈波浪线式变化，臀大肌积分肌电值较为稳定，变化较小。综合分析认为，髋关节等速屈伸运动过程中，屈伸肌群积分肌电值与测试角速度间的关系较为复杂，没有找到规律性特征，除了股直肌与股二头肌外，其他肌肉均会在30°/s角速度后出现减小现象。
2.4 肌肉活动贡献度特征分析
髋关节在等速屈伸运动中，屈伸肌群总的积分肌电值随测试角速度的增大呈下降趋势，尤其是在30°/s～60°/s时，屈伸肌群积分肌电总值下降曲线更陡，变化更快。随着测试角速度的增大，每块肌肉的积分肌电占总积分肌电的比例变化很小，且所研究6块肌肉的排列顺序一致。屈伸肌群所占比例即贡献度从大到小依次是阔筋膜张肌、半腱肌、缝匠肌、股直肌、股二头肌和臀大肌。
2.5 讨论
髋关节等速屈伸运动屈伸肌群在完成动作过程中，原动肌动员时间更早，拮抗肌激活延迟时间很短，说明关节运动是原动肌与拮抗肌相互协调作用的结果。拮抗肌激活延迟时间随着运动速度的增大减小，最后趋于稳定。髋关节等速屈伸运动过程中发挥作用较大的是半腱肌、阔筋膜张肌、股二头肌和缝匠肌。屈伸肌群的积分肌电值与测试角速度间的关系较为混乱，没有找到规律性特征。屈伸肌群总的积分肌电值随测试角速度的增大呈下降趋势。肌肉活动贡献度大到小依次是阔筋膜张肌、半腱肌、缝匠肌、股直肌、股二头肌和臀大肌。
3 结语
（1）髋关节等速屈伸运动原动肌动员时间更早，拮抗肌激活延迟时间很短，说明关节运动是原动肌与拮抗肌相互协调作用的结果。
（2）拮抗肌激活延迟时间随着运动速度增大而减小，最后趋于稳定。髋关节等速屈伸运动发挥作用较大的是半腱肌、阔筋膜张肌、股二头肌和缝匠肌。
（3）屈伸肌群总的积分肌电值随测试角速度的增大呈下降趋势。
（4）肌肉活动贡献度大到小依次是阔筋膜張肌、半腱肌、缝匠肌、股直肌、股二头肌和臀大肌。
参考文献
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