對(duì)攀巖運(yùn)動(dòng)員不同負(fù)荷訓(xùn)練時(shí)上肢肌肉疲勞情況的肌電觀察

田仙花 馬楚虹

(1.浙江師范大學(xué)研究生學(xué)院，浙江 金華 321004；2.浙江師范大學(xué)體育與健康學(xué)院，浙江 金華 321004)

對(duì)攀巖運(yùn)動(dòng)員不同負(fù)荷訓(xùn)練時(shí)上肢肌肉疲勞情況的肌電觀察

田仙花1馬楚虹2

(1.浙江師范大學(xué)研究生學(xué)院，浙江 金華 321004；2.浙江師范大學(xué)體育與健康學(xué)院，浙江 金華 321004)

通過對(duì)攀巖運(yùn)動(dòng)員的上肢主要做功肌肉左右腕屈肌、左右腕伸肌的表面肌電信號(hào)(sEMG)進(jìn)行分析，探討不同負(fù)荷的運(yùn)動(dòng)誘發(fā)肌肉疲勞過程中sEMG信號(hào)變化特征及其與肌肉耐力運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。

攀巖；肌電；訓(xùn)練；疲勞

攀巖運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)非常健康的集智力、體力并重的心智型體育項(xiàng)目，即徒手攀登巖壁，“Free Climbing”。這里指不依賴任何外在的輔助力量，只靠攀登者的自身力量完成攀登過程。一般認(rèn)為，攀巖運(yùn)動(dòng)員的上肢肌群的在運(yùn)動(dòng)過程中，相對(duì)于其他運(yùn)動(dòng)肌群來說，很多時(shí)候要支撐整個(gè)身體的重量，運(yùn)動(dòng)負(fù)荷也就相應(yīng)會(huì)比其他的運(yùn)動(dòng)肌群負(fù)荷要大。因而，也就更容易產(chǎn)生疲勞。本實(shí)驗(yàn)也相應(yīng)采集了上肢的左右腕屈肌、左右腕伸肌的肌電信號(hào)作為實(shí)驗(yàn)分析的研究樣本，用于觀察不同運(yùn)動(dòng)負(fù)荷下的肌肉疲勞的情況。

1 研究目的和方法

1.1研究目的

對(duì)浙江師范大學(xué)攀巖隊(duì)備戰(zhàn)大學(xué)生攀巖比賽的運(yùn)動(dòng)員的上肢主要做功肌肉左右腕屈肌、左右腕伸肌的表面肌電sEMG信號(hào)進(jìn)行分析，對(duì)不同運(yùn)動(dòng)負(fù)荷下的肌肉疲勞情況進(jìn)行肌電觀察，探討不同負(fù)荷的運(yùn)動(dòng)誘發(fā)肌肉疲勞過程中sEMG信號(hào)變化特征及其與肌肉運(yùn)動(dòng)耐力的關(guān)系。靜態(tài)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷誘發(fā)肌肉疲勞過程中表面肌電信號(hào)(sEMG)疲勞相關(guān)特征變化的非疲勞特異性。

1.2研究方法

浙江師范大學(xué)攀巖隊(duì)備戰(zhàn)大學(xué)生攀巖比賽的運(yùn)動(dòng)員5名，采用在40%、60%和80%上肢肌群的MVC(最大肌力)強(qiáng)度下，進(jìn)行上肢肌肉訓(xùn)練來誘發(fā)肌肉疲勞的產(chǎn)生，并同步采集左右腕屈肌、左右腕伸肌的肌電信號(hào)，利用Megawin軟件進(jìn)行平均功率頻率MPF，中位頻率MF，平均肌電AEMG的分析，同時(shí)利用SONY數(shù)碼攝像機(jī)進(jìn)行同步拍攝以備記錄訓(xùn)練過程，整個(gè)實(shí)驗(yàn)階段的頻域和時(shí)域值的差異性利用t檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。

1.3研究對(duì)象

浙江師范大學(xué)攀巖隊(duì)隊(duì)員，其中所選測(cè)試隊(duì)員都是即將參加全國(guó)大學(xué)生攀巖比賽的運(yùn)動(dòng)員。共選隊(duì)員5名，其中男隊(duì)員3名，女隊(duì)員2名，年齡在20-22歲、專業(yè)訓(xùn)練年限為1-3年，身高男(174±0.5)m,女(165±0.5)m，體重男(62±2)kg,女(52±2)kg，納入標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)動(dòng)員在測(cè)試前24h未進(jìn)行劇烈運(yùn)動(dòng)，排除標(biāo)準(zhǔn)：急慢性運(yùn)動(dòng)損傷。

1.4實(shí)驗(yàn)方法

設(shè)計(jì)：對(duì)比研究

單位：浙江師范大學(xué)體育學(xué)院實(shí)驗(yàn)室

運(yùn)動(dòng)方式：實(shí)驗(yàn)測(cè)試中采集運(yùn)動(dòng)員上肢肌群的最大肌力后，適當(dāng)休息后，同樣是在標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作姿勢(shì)下進(jìn)行,負(fù)荷強(qiáng)度分別為上肢肌群MVC的40%、60%和80%下,采集左右腕屈肌、左右腕伸肌的表面肌電信號(hào)。在表面肌電采集信號(hào)過程中，要求受試者盡力保持標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作姿勢(shì)和各規(guī)定關(guān)節(jié)角度不變直至運(yùn)動(dòng)結(jié)束(指受試者不能保持運(yùn)動(dòng)動(dòng)作3S),其間讓受試者隨時(shí)報(bào)告自己主觀疲勞感受，以確定左右腕屈肌、左右腕伸肌疲勞程度。

主要觀察指標(biāo)：

(1)不同負(fù)荷下攀巖運(yùn)動(dòng)員左右腕屈肌、左右腕伸肌肌肉MPF，MF，AEMG的比較。

(2)MPF，MF，AEMG與疲勞的關(guān)系。

2 結(jié)果

2.1參與者數(shù)量分析

共納入5名測(cè)試者，進(jìn)入分析保持為5名，無缺失值。

2.2測(cè)試開始及結(jié)束前的肌電信號(hào)變化

由三個(gè)階段的肌電信號(hào)圖可以明顯看出，隨著負(fù)荷的增加，各肌肉的肌電信號(hào)均表現(xiàn)出振幅逐漸升高的現(xiàn)象，肌電信號(hào)也隨負(fù)荷的增加而逐漸變強(qiáng)烈。

Viitasalo(1978)發(fā)現(xiàn)，用30%MVC、50%MVC和70%MVC強(qiáng)度令股四頭肌進(jìn)行疲勞性等長(zhǎng)收縮時(shí)，平均功率頻率(MPF)隨著工作時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，并且負(fù)荷越大降低越明顯?？路埔?Chaffin)等人發(fā)現(xiàn)60%MVC以上強(qiáng)度時(shí)，肌力與肌電也呈線性關(guān)系。但此時(shí)的直線斜率較大。而肌力在40-60%MVC時(shí)，肌力與肌電之間的線性關(guān)系往往就不存在了。

攀巖運(yùn)動(dòng)員在進(jìn)行不同負(fù)荷運(yùn)動(dòng)時(shí)，40%MVC訓(xùn)練階段的訓(xùn)練效果與60%MVC訓(xùn)練階段的訓(xùn)練效果從肌電信號(hào)上來看差異并不大，而80%MVC訓(xùn)練階段的訓(xùn)練效果學(xué)可以看到其與40%MVC和60%MVC有非常明顯的差異，這是從訓(xùn)練持續(xù)的時(shí)間，和訓(xùn)練時(shí)肌電圖的表現(xiàn)上看出，也由此可以看出本實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了以上兩位專家的定論。

2.3不同實(shí)驗(yàn)階段MPF的比較(疲勞分析數(shù)據(jù))

圖1 40%、60%、80%上肢肌群MVC收縮至疲勞時(shí)，不同肌肉肌電MPF變化

從圖1可知，所測(cè)肌肉80%階段的MPF值均低于60%階段,60%階段又均低于40%階段。而所測(cè)所有肌肉的在不同負(fù)荷階段的MPF有隨著負(fù)荷的逐漸增大而減小的趨勢(shì)。由于該數(shù)據(jù)為計(jì)算機(jī)處理過的疲勞分析數(shù)據(jù)，由圖可以看出四塊肌肉的疲勞情況趨勢(shì)為負(fù)荷越大，其MPF越低，而且在逐漸增加負(fù)荷的過程中，各肌肉的MPF均呈線性下降的趨勢(shì)。

2.4不同實(shí)驗(yàn)階段MF的比較(疲勞分析數(shù)據(jù))

圖2 40%、60%、80%上肢肌群MVC收縮至疲勞時(shí)，不同肌肉肌電MF變化

從圖2可知，所測(cè)肌肉80%階段的MF值均低于60%階段,60%階段又均低于40%階段。而所測(cè)所有肌肉在不同負(fù)荷階段的MF有隨著負(fù)荷的逐漸增大而減小的趨勢(shì)。由于該數(shù)據(jù)為計(jì)算機(jī)處理過的疲勞分析數(shù)據(jù)，由圖可以看出四塊肌肉的疲勞情況趨勢(shì)為負(fù)荷越大，其MF越低，而且在逐漸增加負(fù)荷的過程中，各肌肉的MPF均呈線性下降的趨勢(shì)。

3 討論

多年來，應(yīng)用sEM G信號(hào)分析評(píng)價(jià)肌肉疲勞的應(yīng)用性研究主要集中在線性的時(shí)、頻分析兩個(gè)域。為定量刻畫sEM G頻譜或功率譜的變化特征，研究人員常采用以下項(xiàng)指標(biāo)，即平均功率頻率(Mean Power Frequency,MPF)和中位頻率(Median Frequency,MF)。

本文采用sEMG來評(píng)價(jià)浙江師范大學(xué)攀巖隊(duì)優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員上肢肌疲勞情況。頻域指標(biāo)是sEMG分析中很重要的部分，研究認(rèn)為，一般條件下，靜態(tài)或是動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)，伴隨運(yùn)動(dòng)肌疲勞的發(fā)生而發(fā)展，表面肌電信號(hào)的頻譜曲線可以發(fā)生不同程度的左移現(xiàn)象，并導(dǎo)致反映頻譜曲線特征的MPF和MF產(chǎn)生下降。一般認(rèn)為,當(dāng)肌肉不能繼續(xù)維持所要求的收縮力量或做功水平時(shí)即發(fā)生了疲勞。相對(duì)來說，攀巖運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)上肢與下肢協(xié)調(diào)用力的運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過程中，上肢相對(duì)于其他運(yùn)動(dòng)來說，很多時(shí)候要支撐整個(gè)身體的重量，運(yùn)動(dòng)負(fù)荷也就相對(duì)而言會(huì)比下肢的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷要大。在本研究中各階段的訓(xùn)練后，運(yùn)動(dòng)員均自己感覺到上肢已經(jīng)疲勞，不能繼續(xù)維持所要求的收縮力量，上肢肌肉感覺酸痛、發(fā)脹、無力，并有手直伸時(shí)發(fā)抖現(xiàn)象，肌肉疲勞通常是指該系統(tǒng)最大做功能力或者最大收縮能力的暫時(shí)下降,而肌肉疲勞的測(cè)量則是以系統(tǒng)對(duì)抗和克服阻力的能力下降為客觀依據(jù)。肌電圖顯示肌肉各的MPF，MF相比，均明顯下降，具有非常顯著的差異。

肌肉在持續(xù)的收縮過程中，會(huì)逐漸進(jìn)入疲勞狀態(tài)。由于神經(jīng)肌電活動(dòng)方式將興奮傳遞至肌肉引起肌電變化并伴隨肌肉收縮，探索運(yùn)動(dòng)時(shí)肌肉疲勞出現(xiàn)過程中的肌電活動(dòng)變化規(guī)律及特點(diǎn)，是監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞和研究疲勞機(jī)理必不可少的一種方法。大多數(shù)的研究結(jié)果表明：在完成相同負(fù)荷的工作狀態(tài)下，肌肉疲勞時(shí)肌電的振幅增值增加。大多數(shù)學(xué)者對(duì)此的解釋是：當(dāng)肌肉疲勞時(shí)，為了保持規(guī)定的肌力，肌肉不得不動(dòng)用更多的肌纖維參加運(yùn)動(dòng)，這樣導(dǎo)致肌肉放電能力增大。據(jù)王健等報(bào)道，當(dāng)MVC百分比逐漸增大時(shí)，肌肉運(yùn)動(dòng)單位的募集方式發(fā)生改變，快運(yùn)動(dòng)單位逐漸參與運(yùn)動(dòng)，而快肌纖維EMG振幅和頻率均較慢肌纖維高，隨著MVC百分比的增大，運(yùn)動(dòng)單位活動(dòng)的同步化程度逐漸提高。而本實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了這一觀點(diǎn)，隨著負(fù)荷的逐漸增大，EMG振幅和頻率也增加，肌電圖顯示肌肉各的MPF，MF相比，均明顯下降。

4 結(jié)論

攀巖運(yùn)動(dòng)員不同訓(xùn)練負(fù)荷階段的左右腕屈肌、左右腕伸肌的肌電信號(hào)的比較，其頻域指標(biāo)MPF，MF變化一致，并都有左移現(xiàn)象。肌電信號(hào)可以反映攀巖訓(xùn)練上肢肌肉功能狀況，可以評(píng)價(jià)肌肉動(dòng)態(tài)負(fù)荷水平的生理學(xué)指標(biāo)。

在研究肌肉持續(xù)工作至疲勞過程中發(fā)現(xiàn)，隨著疲勞程度的加深，肌電信號(hào)的頻譜左移，即平均功率頻率(MPF)和中心頻率(MF)降低。肌肉工作的負(fù)荷強(qiáng)度越大，疲勞的程度越大，MPF和MF降低越明顯。

以上結(jié)果證明，頻域指標(biāo)在反映肌肉功能水平的差異上具有交好的靈敏性，而頻域指標(biāo)的下降可以提示肌肉的疲勞的產(chǎn)生。

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TheEvaluatingofSurfaceElectromyographyatDifferentTrainingLoadoftheUpper-LimbMuscleFatigueofRockClimbingAthletes

Tian Xianhua1，Ma Chuhong2

(1.Postgraduate Institute of Zhejiang Normal University,Jinhua 321004,Zhejiang,China；2.College of P.E.Zhejiang Normal University,Jinhua 321004,Zhejiang,China)

To analyze the surface electromyography (sEMG) signal of working upper-limb muscle of rock climbing athletes,the paper discusses the different peculiarity of surface electromyography during different training load making fatigue of muscle,and discusses the relations on the peculiarity and the endurance training of muscle.

rock climbing;electromyography;training;fatigue

2006-10-09

田仙花(1980-)，女，土家族，湖北人，在讀碩士研究生，研究方向：運(yùn)動(dòng)測(cè)量與評(píng)價(jià)。