運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞過程中主動(dòng)肌與拮抗肌sEMG相干性分析

王樂軍，黃 勇，龔銘新，毋江波，李占強(qiáng)，岳增科

運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞過程中主動(dòng)肌與拮抗肌sEMG相干性分析

王樂軍1，2，黃 勇1，龔銘新1，毋江波1，李占強(qiáng)1，岳增科1

目的：通過靜態(tài)疲勞負(fù)荷實(shí)驗(yàn)過程中主動(dòng)肌與拮抗肌sEMG的相干性分析探索運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞過程中中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)主動(dòng)肌與拮抗肌共神經(jīng)輸入（common neural inputs）同步支配的變化特征。方法：以10名健康男性青年志愿者為研究對(duì)象，記錄受試者以50%MVC負(fù)荷強(qiáng)度靜態(tài)屈肘運(yùn)動(dòng)誘發(fā)肌肉疲勞過程中主動(dòng)肌肱二頭肌與拮抗肌肱三頭肌的sEMG，為考查疲勞因素對(duì)相干性分析結(jié)果的影響作用，對(duì)記錄的sEMG按運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間平均分為兩段，分別對(duì)兩段sEMG進(jìn)行相干性分析處理。結(jié)果：在疲勞負(fù)荷實(shí)驗(yàn)過程中，肱二頭肌與肱三頭肌MF指標(biāo)隨運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間表現(xiàn)出顯著性的單調(diào)遞減變化趨勢(shì)。從相干性分析結(jié)果看，在beta頻段和gamma頻段內(nèi)，運(yùn)動(dòng)后半段肱二頭肌與肱三頭肌sEMG相干函數(shù)值要明顯小于運(yùn)動(dòng)前半段，而tremor頻段內(nèi)無(wú)顯著性差異。結(jié)論：在50%MVC靜態(tài)負(fù)荷屈肘運(yùn)動(dòng)致肌肉疲勞過程中，隨著負(fù)荷運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間的增加，中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)主動(dòng)肌肱二頭肌與拮抗肌肱三頭肌共神經(jīng)輸入同步支配下降，這可能是由于主動(dòng)肌與拮抗肌脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元興奮性及運(yùn)動(dòng)皮層對(duì)脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元激活能力隨疲勞發(fā)展的下降不同步性及為維持既定的收縮負(fù)荷，中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)主動(dòng)肌與拮抗肌運(yùn)動(dòng)單位的募集策略采取不同的調(diào)節(jié)方式造成的。

運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞；主動(dòng)??；拮抗??；表面肌電信號(hào)；相干性分析

1 前言

中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）對(duì)主動(dòng)肌和拮抗肌的活動(dòng)控制是實(shí)現(xiàn)肢體協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的基本生理學(xué)過程。以往研究發(fā)現(xiàn)，CNS對(duì)單一維度關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)相關(guān)的主動(dòng)肌與拮抗肌活動(dòng)的控制具有共激活作用［6，16］。CNS在強(qiáng)化主動(dòng)肌運(yùn)動(dòng)單位的募集和同步化活動(dòng)的同時(shí)，還動(dòng)員一定數(shù)量的拮抗肌運(yùn)動(dòng)單位參與活動(dòng)，從而使控制該關(guān)節(jié)活動(dòng)的主動(dòng)肌和拮抗肌處于一定程度的共收縮（co－contraction）狀態(tài)，以維持關(guān)節(jié)活動(dòng)的穩(wěn)定性等［5，31］。主動(dòng)肌與拮抗肌的共激活作用是CNS對(duì)脊髓前角運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元池整體控制的結(jié)果［6，20］。研究不同生理、病理?xiàng)l件下主動(dòng)肌與拮抗肌的協(xié)同作用規(guī)律及CNS支配特點(diǎn)對(duì)于人體運(yùn)動(dòng)神經(jīng)肌肉控制機(jī)制的進(jìn)一步探討、臨床康復(fù)及運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練理論與實(shí)踐指導(dǎo)等方面無(wú)疑都具有極其重要的意義。

運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞（exercise－induced muscle fatigue）是指運(yùn)動(dòng)引起肌肉產(chǎn)生最大收縮力量或者最大輸出功率暫時(shí)性下降的生理現(xiàn)象［9］，是肌肉在收縮過程中由于局部肌肉代謝變化、形態(tài)結(jié)構(gòu)改變及神經(jīng)系統(tǒng)功能狀況變化等共同作用而引起的一個(gè)連續(xù)性、動(dòng)態(tài)性的復(fù)雜過程［12］。在運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞過程中，由于神經(jīng)肌肉調(diào)控的前饋系統(tǒng)和反饋系統(tǒng)［17，19］作用，外周肌肉產(chǎn)生的反饋信號(hào)促使高位中樞通過脊髓對(duì)參與收縮肌肉運(yùn)動(dòng)單位的募集方式等加以調(diào)控以適應(yīng)外周肌肉功能狀況的變化［18］。在運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞發(fā)生發(fā)展的過程中，主動(dòng)肌與拮抗肌的協(xié)調(diào)收縮方式及CNS對(duì)主動(dòng)肌與拮抗肌的活動(dòng)控制會(huì)發(fā)生怎么樣的變化？圍繞這一問題，眾多學(xué)者從不同角度入手進(jìn)行了研究［2，4－6，10，22，24］，其研究成果使我們對(duì)這一問題有了更深入的認(rèn)識(shí)。然而，由于CNS對(duì)肌肉支配的復(fù)雜性及現(xiàn)有研究手段的限制，目前對(duì)運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞發(fā)展過程中神經(jīng)系統(tǒng)，特別是高位中樞對(duì)主動(dòng)肌與拮抗肌支配的變化規(guī)律仍處于探索階段。

相干性分析（Coherence Analysis）是描述兩信號(hào)在頻域內(nèi)相似程度的方法，其在最近幾年廣泛應(yīng)用于人體運(yùn)動(dòng)神經(jīng)肌肉控制的研究之中［21，28，30］。通過對(duì)同步記錄的兩信號(hào)進(jìn)行相干性分析可以獲取分析源信號(hào)在不同頻率或頻段內(nèi)的接近程度。對(duì)參與共收縮（co－contraction）肌肉的肌電信號(hào)進(jìn)行相干性分析是檢測(cè)自主收縮條件下CNS對(duì)共收縮肌肉共神經(jīng)輸入（common neural inputs）同步支配特征的有效手段［21］。已有研究表明，通過相干性分析觀察兩信號(hào)在1～3Hz的低頻段、8～12Hz的tremor頻段、15～30 Hz的beta頻段、30～60Hz的gamma頻段等不同頻段內(nèi)的頻率一致性可以了解中樞神經(jīng)系統(tǒng)支配的有關(guān)信息［21］。目前尚未有對(duì)運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞過程中主動(dòng)肌與拮抗肌sEMG進(jìn)行相干性分析研究以獲取CNS支配信息的報(bào)道。本研究通過記錄受試者以50%MVC負(fù)荷強(qiáng)度靜態(tài)屈肘運(yùn)動(dòng)誘發(fā)肌肉疲勞過程中主動(dòng)肌肱二頭肌與拮抗肌肱三頭肌的sEMG，并將記錄的肌電信號(hào)按持續(xù)時(shí)間均分為兩段，以獲取兩種疲勞狀況下的sEMG。通過計(jì)算兩種疲勞狀況下測(cè)試肌肉sEMG的互功率譜密度和自功率譜密度，并據(jù)此計(jì)算兩分析信號(hào)的相干函數(shù)，以此了解運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞過程中主動(dòng)肌與拮抗肌sEMG頻率變化的同步特征，探索運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞條件下CNS對(duì)主動(dòng)肌與拮抗肌共神經(jīng)輸入同步支配的變化特點(diǎn)。

健康男性青年志愿者10名，年齡27.3±2.6歲，身高172.1±5.4cm，體重66.2±6.1kg。實(shí)驗(yàn)前24h未進(jìn)行任何形式的劇烈運(yùn)動(dòng)，無(wú)肌肉疲勞現(xiàn)象。精神狀態(tài)良好，無(wú)睡眠不足、精神萎靡等不良狀態(tài)。參加實(shí)驗(yàn)前皆熟悉本研究的目的、實(shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)方法及流程，自愿參加本次實(shí)驗(yàn)并簽署研究?jī)?nèi)容知情同意書。

2.2 實(shí)驗(yàn)程序

在實(shí)驗(yàn)室溫度為23℃～26℃的條件下進(jìn)行測(cè)試。開始時(shí)受試者兩腳平行保持筆直站立姿勢(shì)，調(diào)節(jié)身體和手臂姿勢(shì)使得受試者右側(cè)前臂與上臂保持90°，右上臂保持垂直姿勢(shì)，左側(cè)上肢自然放置于體側(cè)。正式疲勞實(shí)驗(yàn)開始前，測(cè)量所有受試者右側(cè)肘關(guān)節(jié)屈肌和肘關(guān)節(jié)伸肌最大隨意收縮力（Maximum voluntary contraction，MVC），其方法是在標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作姿勢(shì)和在保持肘關(guān)節(jié)呈直角的條件下分別依靠肱二頭肌等肘關(guān)節(jié)屈肌和肱三頭肌等肘關(guān)節(jié)伸肌收縮盡全力牽拉拉力傳感器，每人3次，每次間隔5min，取其中最大值作為個(gè)人的MVC，單位是kg［3］。等長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷實(shí)驗(yàn)同樣在標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)下進(jìn)行。當(dāng)受試者做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備后，給受試者施加運(yùn)動(dòng)負(fù)荷開始等長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷實(shí)驗(yàn)，使得受試者右臂腕部拉住重量為50%MVC的重物，在實(shí)驗(yàn)過程中要求受試者盡力保持標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)，肘關(guān)節(jié)盡力保持90°，待運(yùn)動(dòng)負(fù)荷實(shí)驗(yàn)開始2s后啟動(dòng)表面肌電測(cè)試系統(tǒng)記錄測(cè)試肌肉的表面肌電信號(hào)（sEMG）。當(dāng)受試者肘關(guān)節(jié)角度大于100°時(shí)結(jié)束實(shí)驗(yàn)［1，3］。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束即刻，在受試者保持標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作姿勢(shì)和肘關(guān)節(jié)呈直角的條件下再次測(cè)定受試者右側(cè)肘關(guān)節(jié)屈肌和肘關(guān)節(jié)伸肌MVC。

在運(yùn)動(dòng)負(fù)荷實(shí)驗(yàn)過程中記錄受試者右側(cè)肱二頭肌和肱三頭肌的表面肌電信號(hào)（sEMG）。采用雙電極引導(dǎo)法記錄sEMG信號(hào)，電極位置按Mega公司提供的標(biāo)準(zhǔn)位置放置，一對(duì)探測(cè)電極間距2cm。放置電極前用75%酒精棉球清理皮膚表面，以減小阻抗。sEMG信號(hào)的采集使用ME3000P4肌電信號(hào)記錄和分析系統(tǒng)（芬蘭Mega公司產(chǎn)品），采樣頻率為1 000Hz。采集到的sEMG信號(hào)另存為ASCII文件后作為后期分析的數(shù)據(jù)源。

2.3 數(shù)據(jù)的處理與分析

在靜態(tài)屈肘運(yùn)動(dòng)過程中，肱二頭肌作為運(yùn)動(dòng)的主動(dòng)肌，是運(yùn)動(dòng)維持的最主要力量來(lái)源之一，實(shí)驗(yàn)前、后屈肘肌MVC顯著性下降，提示，負(fù)荷實(shí)驗(yàn)后肱二頭肌出現(xiàn)顯著性的疲勞，導(dǎo)致其最大輸出力量下降。運(yùn)動(dòng)過程中作為主動(dòng)肌肱二頭肌MF隨運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間逐漸下降，是完成特定運(yùn)動(dòng)負(fù)荷任務(wù)過程中原動(dòng)肌產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞的典型特征［15］，其是由外周化學(xué)因素變化引起肌肉動(dòng)作電位傳導(dǎo)速度下降等因素造成的［4］。從另一方面也提示，在負(fù)荷實(shí)驗(yàn)過程中，隨運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)，肱二頭肌的疲勞程度是逐漸加深的。而實(shí)驗(yàn)前、后伸肘肌MVC無(wú)顯著性差異，提示，作為拮抗肌的肱三頭肌，其產(chǎn)生最大輸出力量的能力并未變化，因此，負(fù)荷實(shí)驗(yàn)前、后其并未出現(xiàn)顯著的運(yùn)動(dòng)性疲勞。但肱三頭肌MF指標(biāo)在負(fù)荷實(shí)驗(yàn)過程中隨運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間單調(diào)遞減，且從均值看，其在實(shí)驗(yàn)前、后的變化率要大于主動(dòng)肌，這與之前相關(guān)研究的結(jié)論也是一致的［4］。

2 研究方法

2.1 研究對(duì)象

的功率譜中值頻率（MF）

首先，將等長(zhǎng)負(fù)荷運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)過程中采集的sEMG按等時(shí)間間隔（1s）劃分為若干段，其中第1段作為初始段。對(duì)截取的每段sEMG分別計(jì)算RMS和MF。取每位受試者第1段信號(hào)的RMS和MF值分別作為該受試者RMS和MF指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)截取的每段sEMG計(jì)算出的RMS和MF進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，標(biāo)準(zhǔn)化處理公式為：

采用KS檢驗(yàn)（Kolmogorov－Smirnov test）對(duì)各分析數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)。等長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷實(shí)驗(yàn)過程中不同時(shí)間階段內(nèi)RMS和MF的差異性檢驗(yàn)采用單因素方差分析進(jìn)行，疲勞實(shí)驗(yàn)前后測(cè)試肌肉MVC的差異性檢驗(yàn)采用配對(duì)t檢驗(yàn)進(jìn)行，疲勞負(fù)荷實(shí)驗(yàn)前半段和后半段肱二頭肌和肱三頭肌sEMG在不同頻段內(nèi)相干函數(shù)值的差異性檢驗(yàn)采用Wilcoxon符號(hào)秩和非參數(shù)檢驗(yàn)進(jìn)行。差異的顯著性水平定為P＜0.05。數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析工作在SPSS 13.0軟件環(huán)境下完成。

2.3.2 sEMG相干性分析

該系統(tǒng)選用GY-MCU90615的紅外體溫測(cè)量模塊,該款傳感器測(cè)量目標(biāo)范圍較大,測(cè)量精度以及分辨率較高[5]。Arduino UNO微處理器通過UART串口與該款傳感器相連,通過串口實(shí)時(shí)獲取傳感器數(shù)據(jù),處理后即得到老人的體溫值。GY-MCU90615紅外體溫傳感器與Arduino UNO的硬件串口連接,其電路連接如圖3所示。

將等長(zhǎng)負(fù)荷運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)過程中采集的sEMG按采樣點(diǎn)數(shù)平均分為兩段，分別記為運(yùn)動(dòng)前半段（First half of the contraction）和運(yùn)動(dòng)后半段（Second half of the contraction）［21］。分別計(jì)算運(yùn)動(dòng)前半段和運(yùn)動(dòng)后半段肱二頭肌和肱三頭肌sEMG的相干函數(shù)值。

假定從肱二頭肌和肱三頭肌記錄的sEMG分別用時(shí)間序列x（t）和y（t）表示，則時(shí)間序列信號(hào)x（t）和y（t）的相干函數(shù)Cxy（f）可表示為：

其中，f為頻率，Sxy（f）為x（t）和y（t）的互功率譜，Sxx（f）和Syy（f）分別為x（t）和y（t）的自功率譜。

對(duì)于拮抗肌在實(shí)驗(yàn)前、后并未出現(xiàn)顯著的運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞現(xiàn)象，但負(fù)荷實(shí)驗(yàn)過程中拮抗肌MF指標(biāo)卻持續(xù)性下降的原因，王健等［5］通過觀察主動(dòng)肌與拮抗肌功能轉(zhuǎn)變瞬間的肌電平均功率頻率等指標(biāo)的變化特征，認(rèn)為中樞運(yùn)動(dòng)控制是導(dǎo)致疲勞過程中相應(yīng)肌電指標(biāo)單調(diào)變化的獨(dú)立性作用因素。而王國(guó)祥的研究也發(fā)現(xiàn)，在運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞發(fā)生過程中，主動(dòng)肌和拮抗肌脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元興奮性都受到抑制［2］。但是對(duì)于運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞過程中主動(dòng)肌與拮抗肌協(xié)同作用的中樞運(yùn)動(dòng)控制作用機(jī)制目前仍是未知的。王健等［5］提出，CNS將主動(dòng)肌與拮抗肌作為一組控制肌群實(shí)施同步控制的假說(shuō)，認(rèn)為在運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞過程中CNS對(duì)主動(dòng)肌和拮抗肌實(shí)施了相同頻率的興奮發(fā)放，最終引起主動(dòng)肌與拮抗肌相關(guān)肌電指標(biāo)的相同變化規(guī)律。而Lévénez M等［23］的研究表明，在50%MVC靜態(tài)負(fù)荷屈肘運(yùn)動(dòng)過程中，主動(dòng)肌肱二頭肌與拮抗肌肱三頭肌的共激活受到高位中樞而不是脊髓的調(diào)節(jié)作用，而在此過程中，高位中樞對(duì)主動(dòng)肌與拮抗肌采取的控制策略是不同的。

sEMG的處理與各指標(biāo)的計(jì)算在MATLAB 2009Ra環(huán)境下編程實(shí)現(xiàn)。

在上述的管理機(jī)構(gòu)圖中，我們可以看出增城萬(wàn)家旅舍的管理機(jī)構(gòu)相對(duì)成熟，在市政府的統(tǒng)一協(xié)調(diào)下成立發(fā)展中心與管理公司，結(jié)合地方鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府進(jìn)行指導(dǎo)與管理，形成了一定的規(guī)模，發(fā)展初見成效，但在統(tǒng)一規(guī)劃、公共設(shè)施建設(shè)方面仍然有很大的改進(jìn)空間；而順德逢簡(jiǎn)水鄉(xiāng)作為一個(gè)整體的鄉(xiāng)村旅游目的地，目前看其管理機(jī)構(gòu)的設(shè)置僅僅在于旅游行政管理部門的協(xié)調(diào)上，力度與范圍還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足發(fā)展的需要，需要更高、更廣泛的政府層面介入統(tǒng)一協(xié)調(diào)，奠定發(fā)展的高起點(diǎn)，避免無(wú)序發(fā)展帶來(lái)的各種補(bǔ)償與資源的浪費(fèi)。就現(xiàn)狀而言，順德逢簡(jiǎn)水鄉(xiāng)和增城萬(wàn)家旅舍的管理機(jī)構(gòu)在鄉(xiāng)愁的宣傳與引導(dǎo)方面還須做出努力。

2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

其中，X′i為第i段sEMG計(jì)算的指標(biāo)X的標(biāo)準(zhǔn)化值，Xi為第i段sEMG計(jì)算的指標(biāo)X原始值，X1為第1段sEMG計(jì)算的指標(biāo)X原始值。

3 研究結(jié)果

3.1 疲勞負(fù)荷實(shí)驗(yàn)前、后肘關(guān)節(jié)屈肌與伸肌MVC變化情況

從圖3各受試者相干函數(shù)的均值曲線可以看出，運(yùn)動(dòng)后半段肱二頭肌與肱三頭肌sEMG在圖示頻率范圍內(nèi)的相干函數(shù)值大都小于運(yùn)動(dòng)前半段。通過Wilcoxon符號(hào)秩和非參數(shù)檢驗(yàn)分別對(duì)疲勞負(fù)荷實(shí)驗(yàn)前半段和后半段肱二頭肌與肱三頭肌sEMG相干函數(shù)值在tremor頻段、beta頻段和gamma頻段內(nèi)的差異性進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在beta頻段和gamma頻段內(nèi)，運(yùn)動(dòng)后半段肱二頭肌與肱三頭肌sEMG相干函數(shù)值要明顯小于運(yùn)動(dòng)前半段（beta頻段：P＝0.005；gamma頻段：P＝0.007），而在tremor頻段內(nèi)運(yùn)動(dòng)前半段和運(yùn)動(dòng)后半段肱二頭肌與肱三頭肌sEMG相干函 數(shù)值無(wú)顯著性差異（P＝0.283）。

截至2017年，在中國(guó)，2700萬(wàn)家民營(yíng)企業(yè)、6500萬(wàn)戶個(gè)體工商戶，貢獻(xiàn)了我國(guó)50%以上的稅收、60%以上的GDP、70%以上的技術(shù)創(chuàng)新成果、80%以上的城鎮(zhèn)勞動(dòng)就業(yè)、90%以上的企業(yè)數(shù)量。從2010年到2018年，在世界500強(qiáng)的企業(yè)里，我國(guó)民營(yíng)企業(yè)從1家增加到28家，他們紛成為此次進(jìn)博會(huì)的“主角”。

圖1 本研究受試者疲勞負(fù)荷實(shí)驗(yàn)前、后測(cè)試肘關(guān)節(jié)屈肌與肘關(guān)節(jié)伸肌MVC值示意圖Figure 1. MVC of Elbow Flexor and Extensor Muscles before and after Fatigue Contraction

3.2 RMS和MF隨運(yùn)動(dòng)時(shí)間的變化規(guī)律

上臂屈肘靜態(tài)疲勞負(fù)荷實(shí)驗(yàn)過程中右側(cè)肱二頭肌和右側(cè)肱三頭肌sEMG指標(biāo)RMS和MF隨運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間的變化曲線如圖2所示，從4個(gè)子圖的均值曲線可以看出，在實(shí)驗(yàn)過程中作為主動(dòng)肌的肱二頭肌和作為拮抗肌的肱三頭肌，其sEMG指標(biāo)RMS皆隨運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)，而MF皆隨運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間表現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)。采用單因素方差分析對(duì)疲勞負(fù)荷實(shí)驗(yàn)過程中不同時(shí)間階段內(nèi)肱二頭肌和肱三頭肌sEMG指標(biāo)RMS和MF（歸一化前的值）的差異性進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，時(shí)間因素對(duì)肱二頭肌和肱三頭肌MF指標(biāo)有著顯著性的影響作用（其中，肱二頭肌：F＝2.276，P＝0.003；肱三頭肌：F＝8.780，P＝0.000），而不同時(shí)間階段內(nèi)肱二頭肌和肱三頭肌RMS無(wú)顯著性差異（肱二頭?。篎＝0.266，P＝0.999；肱三頭?。篎＝1.230，P＝0.238）。從負(fù)荷實(shí)驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)間段內(nèi)的均值來(lái)看，作為拮抗肌的肱三頭肌，其 MF指標(biāo)的變化率要大于肱二頭肌。

3.3 運(yùn)動(dòng)前半段和運(yùn)動(dòng)后半段肱二頭肌與肱三頭肌sEMG相干性分析

上臂屈肘靜態(tài)疲勞負(fù)荷實(shí)驗(yàn)前和實(shí)驗(yàn)后即刻測(cè)定肘關(guān)節(jié)屈肌和伸肌MVC值如圖1所示，結(jié)果表明，肘關(guān)節(jié)屈肌在靜態(tài)疲勞負(fù)荷實(shí)驗(yàn)后MVC較疲勞實(shí)驗(yàn)前有顯著性的下降（P＝0.000），而肘關(guān)節(jié)伸肌MVC在靜態(tài)疲勞負(fù)荷實(shí)驗(yàn)前、后無(wú)顯著性差別（P＝0.445）。

圖2 本研究受試者肱二頭肌（BB）和肱三頭?。═B）sEMG分析指標(biāo)RMS、MF隨運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間的變化特征示意圖Figure 2. Changes of RMS and MF in BB and TB Muscles during Fatigue Contraction

圖3 本研究受試者運(yùn)動(dòng)前半段和后半段肱二頭肌與肱三頭肌sEMG相干函數(shù)變化示意圖Figure 3. Coherence between BB and TB sEMG Data during the First and Second Half of the Fatigue Contraction

圖4 本研究受試者運(yùn)動(dòng)前半段和運(yùn)動(dòng)后半段肱二頭肌與肱三頭肌sEMG相干函數(shù)在不同頻段內(nèi)的值示意圖Figure 4. Average Value of Magnitude Squared Coherence during the First and Second Half of the Fatigue Contraction

4 討論

本文的研究目的是通過靜態(tài)疲勞負(fù)荷實(shí)驗(yàn)過程中主動(dòng)肌與拮抗肌sEMG的相干性分析探索運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞過程中CNS對(duì)主動(dòng)肌與拮抗肌共神經(jīng)輸入同步支配的變化特征。為此，本研究以健康男性青年志愿者10名為研究對(duì)象，通過記錄受試者以50%MVC負(fù)荷強(qiáng)度靜態(tài)屈肘運(yùn)動(dòng)誘發(fā)肌肉疲勞過程中主動(dòng)肌肱二頭肌與拮抗肌肱三頭肌的sEMG，為考查疲勞因素對(duì)相干性分析結(jié)果的影響作用，對(duì)記錄的sEMG按運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間平均分為兩段，分別對(duì)兩段sEMG進(jìn)行相干性分析處理。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，肘關(guān)節(jié)屈肌在靜態(tài)疲勞負(fù)荷實(shí)驗(yàn)后MVC較疲勞實(shí)驗(yàn)前有顯著性的下降，而肘關(guān)節(jié)伸肌MVC在靜態(tài)疲勞負(fù)荷實(shí)驗(yàn)前、后無(wú)顯著性差別。在疲勞負(fù)荷實(shí)驗(yàn)過程中，肱二頭肌與肱三頭肌MF指標(biāo)隨運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間表現(xiàn)出顯著性的單調(diào)遞減變化趨勢(shì)，其中作為拮抗肌的肱三頭肌，其MF隨運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間的遞減規(guī)律表現(xiàn)的更為明顯，在疲勞負(fù)荷實(shí)驗(yàn)前、后的變化率也要大于主動(dòng)肌肱二頭肌。從均值曲線看，主動(dòng)肌與拮抗肌RMS指標(biāo)隨運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間表現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì)，但時(shí)間因素對(duì)RMS指標(biāo)的影響作用并未達(dá)到顯著性水平。從相干性分析結(jié)果看，運(yùn)動(dòng)后半段肱二頭肌與肱三頭肌sEMG在0～70Hz范圍內(nèi)的相干函數(shù)值大都小于運(yùn)動(dòng)前半段。在beta頻段和gamma頻段內(nèi)，運(yùn)動(dòng)前半段肱二頭肌與肱三頭肌sEMG相干函數(shù)值要明顯小于運(yùn)動(dòng)后半段，而在tremor頻段內(nèi)運(yùn)動(dòng)前半段和運(yùn)動(dòng)后半段肱二頭肌與肱三頭肌sEMG相干函數(shù)值無(wú)顯著性差異。

2.3.1 計(jì)算sEMG均方根振幅（RMS）和基于傅里葉變換

為獲得最佳的計(jì)算效果，本研究在相干函數(shù)計(jì)算時(shí)參照Terry等的研究［29］，分段長(zhǎng)度（segment length）設(shè)置為2 048個(gè)樣本點(diǎn)，重疊（overlap）設(shè)置為50%，短時(shí)傅里葉變換窗口類型（segment taper）設(shè)置為Hanning window。

兩信號(hào)的相干性分析結(jié)果反映了兩分析源信號(hào)在不同頻率或頻段內(nèi)的接近程度。Kattla S等［21］對(duì)靜態(tài)負(fù)荷誘發(fā)協(xié)同肌第一骨間背側(cè)肌和指淺屈肌疲勞前、后兩肌肉sEMG進(jìn)行相干性分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，疲勞后兩肌肉相干函數(shù)在beta頻段和gamma頻段內(nèi)的值增加，提示疲勞后CNS對(duì)兩協(xié)同肌共神經(jīng)輸入同步支配的增加。Danna－Dos Santos A等［14］對(duì)以40%MVC負(fù)荷靜態(tài)收縮致12塊手部肌肉疲勞前、后sEMG進(jìn)行相干性分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大部分肌肉sEMG相干性在0～35Hz頻段內(nèi)顯著增加。而在本研究中，在beta頻段和gamma頻段內(nèi)，運(yùn)動(dòng)前半段肱二頭肌與肱三頭肌sEMG相干函數(shù)值要明顯小于運(yùn)動(dòng)后半段，提示，以50%MVC靜態(tài)負(fù)荷屈肘運(yùn)動(dòng)致肌肉疲勞過程中，主動(dòng)肌肱二頭肌與拮抗肌肱三頭肌sEMG在beta頻段和gamma頻段范圍內(nèi)的頻率一致性是下降的。

在職業(yè)體育領(lǐng)域，廣東歷來(lái)是山東的“苦主”。23年CBA，山東男籃對(duì)陣廣東男籃，鮮有勝績(jī)。恒大升入中超后，恒大也成了原本傳統(tǒng)豪門魯能的命中克星。

Conway等［13］和Salenius等［27］對(duì)不同肌肉肌電信號(hào)相干性分析結(jié)果及肌電信號(hào)－腦電信號(hào)相干性分析結(jié)果表明，運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元在15～30Hz（beta頻段）內(nèi)的活動(dòng)是與大腦運(yùn)動(dòng)皮層驅(qū)動(dòng)相關(guān)的。Baker等［8］對(duì)靈長(zhǎng)類動(dòng)物的研究表明，兩肌肉sEMG在beta頻段內(nèi)相干函數(shù)值的大小可以反映出運(yùn)動(dòng)皮層和脊髓運(yùn)動(dòng)中樞對(duì)兩肌肉同步支配水平的改變情況。在較大負(fù)荷的靜態(tài)收縮和動(dòng)態(tài)收縮條件下，肌電－肌電、肌電－腦電在gamma頻帶內(nèi)的相干性情況是運(yùn)動(dòng)皮層驅(qū)動(dòng)的［11，26］。因此，本文的研究結(jié)果表明，以50% MVC負(fù)荷強(qiáng)度靜態(tài)屈肘運(yùn)動(dòng)過程中，隨著負(fù)荷運(yùn)動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng)和疲勞程度的加深，大腦運(yùn)動(dòng)皮層和（或）脊髓運(yùn)動(dòng)中樞對(duì)肱二頭肌與肱三頭肌采取了不同的支配方式及運(yùn)動(dòng)單位募集調(diào)控策略，由此造成疲勞實(shí)驗(yàn)后半段CNS對(duì)肱二頭肌與肱三頭肌共神經(jīng)輸入同步支配的下降。

對(duì)于靜態(tài)負(fù)荷實(shí)驗(yàn)后半段CNS對(duì)肱二頭肌與肱三頭肌共神經(jīng)輸入同步支配較靜態(tài)負(fù)荷實(shí)驗(yàn)前半段下降的原因，分析認(rèn)為可能是：1）在靜態(tài)疲勞負(fù)荷實(shí)驗(yàn)過程中，脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元興奮性及運(yùn)動(dòng)皮層對(duì)脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元激活能力下降［7］，但是主動(dòng)肌與拮抗肌脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元興奮性及運(yùn)動(dòng)皮層對(duì)脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元激活能力下降的程度是不同的，由此引起CNS對(duì)肱二頭肌與肱三頭肌支配變化的不同步性；2）在人體運(yùn)動(dòng)過程中，CNS可以控制協(xié)同工作的肌肉以一個(gè)獨(dú)立功能單位的形式參與收縮［16］。在運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞過程中，由于主動(dòng)肌產(chǎn)生收縮力量或輸出功率的能力下降，CNS對(duì)主動(dòng)肌與拮抗肌運(yùn)動(dòng)單位的募集策略采取不同的調(diào)節(jié)方式，可以協(xié)調(diào)主動(dòng)肌與拮抗肌參與收縮運(yùn)動(dòng)單位的數(shù)量和種類，從而更有效地維持既定的收縮負(fù)荷。

二是夯實(shí)“黨政同責(zé)、一崗雙責(zé)”制度，劃定生態(tài)環(huán)?！柏?zé)任田”。強(qiáng)化生態(tài)環(huán)境保護(hù)主體責(zé)任，健全完善縱向到底、橫向到邊的責(zé)任體系。明確地方黨委政府是生態(tài)環(huán)境保護(hù)的責(zé)任主體，市委、市政府與各縣(區(qū))黨政“一把手”簽訂生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)責(zé)任書，向市直有關(guān)部門下達(dá)年度環(huán)保目標(biāo)責(zé)任書，形成一級(jí)抓一級(jí)、層層抓落實(shí)、責(zé)任明晰、整體聯(lián)動(dòng)的工作格局。

Sp是指施工項(xiàng)目在考核期內(nèi)的計(jì)劃安全保障水平；Sa則是指施工項(xiàng)目在考核期內(nèi)實(shí)際安全保障水平。Sp與Sa的取值范圍均為(0，1)。

tremor頻段內(nèi)相干函數(shù)值的大小似乎不僅僅單獨(dú)取決于中樞疲勞的作用，而且部分地受到外周傳入神經(jīng)的影響，因此，tremor頻段相干性分析結(jié)果是多種因素，如牽張反射、機(jī)械共振、運(yùn)動(dòng)皮層支配等共同作用的結(jié)果［25］。因此，結(jié)合之前的研究綜合分析認(rèn)為，本研究中運(yùn)動(dòng)前半段和后半段肱二頭肌與肱三頭肌sEMG相干函數(shù)值在tremor頻段內(nèi)無(wú)顯著性差異的原因，可能是由于運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞狀況下中樞與外周各種因素對(duì)肱二頭肌與肱三頭肌在tremor頻段內(nèi)的影響作用相互抵消所致［21］。

我突然覺得和舒曼之間隔著千山萬(wàn)水：一個(gè)是能人，一個(gè)是窮困潦倒的人，彼此太懸殊了。我們現(xiàn)在相見一定是尷尬的。生死是一瞬間的事，我們還是天涯兄弟好，一切都得存在記憶里，讓我們?cè)谏倌陼r(shí)代里頻頻相逢吧。

⑤John O’Sullivan，America’s Identity Crisis，National Review，Vol．，46，issue，22，Nov．21，1994．

5 結(jié)論

在50%MVC靜態(tài)負(fù)荷屈肘運(yùn)動(dòng)致肌肉疲勞過程中，隨著負(fù)荷運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間的增加，CNS對(duì)主動(dòng)肌肱二頭肌與拮抗肌肱三頭肌共神經(jīng)輸入同步支配下降，這可能是由于主動(dòng)肌與拮抗肌脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元興奮性及運(yùn)動(dòng)皮層對(duì)脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元激活能力隨疲勞發(fā)展的下降不同步性，以及為維持既定的收縮負(fù)荷CNS對(duì)主動(dòng)肌與拮抗肌運(yùn)動(dòng)單位的募集策略采取不同的調(diào)節(jié)方式造成的。

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Exercise Fatigue Related Electromyographic Coherence Analysis between Antagonistic Elbow Muscles

WANG Le－jun1，2，HUANG Yong1，GONG Ming－xin1，WU Jiang－bo1，LI Zhan－qiang1，YUE Zeng－ke1

Objective：The aim of this study was to examine coherence between antagonistic elbow muscles and thus to explore the characteristics of common neural inputs to co－contracting antagonistic elbow muscles during sustained isometric fatiguing contraction.Method：Ten healthy male subjects participated in this study.With elbow flexion muscle at 50%maximum voluntary contraction（MVC）to induce muscle fatigue，surface electromyographic signals（sEMG）was collected from biceps brachii（BB）and triceps brachii（TB）.sEMG was divided into two segments and coherence analysis was conducted between BB and TB electromyographic signals in both segments.Result：A significant decrease in EMG－EMG coherence in the beta and gamma frequency bands was observed in the second half of the fatiguing contraction compared to the first half of the fatiguing contraction.No significant difference was observed in the tremor band coherence between the first and the second half of the fatiguing contraction.Conclusion：During the sustained isometric fatiguing contraction following the target force level at 50%MVC，common neural input across BB and TB muscles decreased in the second half of the fatigue contraction compared to the first half of the fatiguing contraction，which might be related to asynchronism of failure to activate spinal motoneurons and reduction in motoneuron excitability in antagonistic elbow muscles following muscle fatigue and different motor unit recruitment patterns was adopted to coordinate force generation which may help to maintain the target force level more efficiently as the muscle fatigues.

exercise－inducedmusclefatigue；agonist；antagonist；sEMG；coherenceanalysis

G804.63

A

1000－677X（2011）10－0079－06

2011－07－20；

2011－09－05

王樂軍（1982－），男，山東臨沂人，實(shí)驗(yàn)師，在讀博士研究生，研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)生物力學(xué)，Tel：（021）65981711，E－mail：wlj0523＠163.com；黃勇（1967－），男，四川遂寧人，副教授，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)生物力學(xué)；龔銘新（1954－）男，江蘇常州人，教授，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)生物力學(xué)。

1.同濟(jì)大學(xué)體育部運(yùn)動(dòng)與健康研究中心，上海200092；2.上海體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)科學(xué)學(xué)院，上海200438

1.Sport and Health Research Center，Physical Education Department，Tongji University，Shanghai 200092，China；2.School of Kinesiology，Shanghai University of Sport，Shanghai 200438，China.