2.0MPa氦氧暴露對潛水員前臂表面肌電的影響*

繆綠青，王佳麗，戴家雋，**（南通大學航海醫(yī)學研究所；南通大學心理科學研究所，江蘇609）

·論著與經(jīng)驗交流·

2.0MPa氦氧暴露對潛水員前臂表面肌電的影響*

繆綠青1，王佳麗1，戴家雋1，2**
（1南通大學航海醫(yī)學研究所；2南通大學心理科學研究所，江蘇226019）

目的：研究2.0MPa氦氧暴露對潛水員前臂橈側(cè)腕短伸肌表面肌電的影響。方法：采用單因素重復測量實驗設計方法，使用無線多導生理記錄儀對潛水員在加壓前、2.0MPa氦氧暴露、減壓至1.0MPa以及減壓后4個壓力條件下檢測肌肉在靜止和運動狀態(tài)下肌電的變化。結(jié)果：2.0MPa氦氧暴露條件下，潛水員前臂表面肌電信號特征值變化顯著（F=1.238，P<0.01；F=0.677，P<0.05），加壓前的肌電特征值均顯著低于2.0MPa壓力、減壓至1.0MPa以及減壓至0.0MPa時的肌電特征值。結(jié)論：在靜止狀態(tài)時，飽和潛水壓力條件的改變對潛水員前臂肌電信號沒有顯著影響。但當肌肉處于收縮狀態(tài)時，隨著潛水壓力條件的改變，潛水員的表面肌電信號特征值發(fā)生顯著變化。

氦氧飽和；潛水員；潛水壓力；肌電

表面肌電（surface electro myogram，sEMG）是從皮膚表面記錄下來的神經(jīng)肌肉系統(tǒng)靜止或收縮時的生物電，在皮膚表面加以引導、放大、顯示和記錄所獲得的一維時間序列信號[1]，是神經(jīng)、肌肉系統(tǒng)發(fā)放電信號的結(jié)果。有研究者發(fā)現(xiàn)，表面肌電是由來自大腦皮層運動區(qū)的信號控制外周肌肉眾多運動單位形成的生物電收縮在時間和空間上的總和[2]。由于表面肌電具有自身的優(yōu)越性，如無創(chuàng)性、多靶點測量、實時性、操作簡單等，因此常被用于臨床醫(yī)學的神經(jīng)肌肉疾病診斷、人機功效學領(lǐng)域、肌肉工作的功效學分析、康復醫(yī)學領(lǐng)域的肌肉功能評價[3]，在體育學研究領(lǐng)域也有其較高的應用價值。

由于前臂的運動是潛水員水下作業(yè)的主要活動之一，sEMG信號是從肌肉表面引導和記錄到生物電活動，該信號的變化在一定的程度上能夠反映運動單位的活動模式和肌肉疲勞的狀態(tài)，因此本研究旨在通過檢測不同壓力條件下潛水員前臂橈側(cè)腕短伸肌的表面肌電的變化，探討2.0MPa氦氧暴露對潛水員前臂表面肌電的影響，為提高大深度飽和潛水條件下潛水員的作業(yè)能力的研究提供實證依據(jù)。

1　資料與方法

1.1研究對象專業(yè)飽和潛水員4例，男性，高中以下學歷1例，高中及高中以上學歷3例，年齡24~ 35歲，平均27.50±4.51歲。經(jīng)過全面的體格檢查和心理測試，所有被試均身心健康，且均為右利手。

1.2實驗環(huán)境實驗在南通大學航海醫(yī)學研究所航海心理學與潛水醫(yī)學實驗中心2.0MPa飽和潛水系統(tǒng)中的居住艙進行。居住艙高2240mm，容積15.2m3，艙壁設有觀察窗2只，通光尺寸覫150mm。實驗過程中壓力范圍0~2.0MPa，氦氧飽和時艙內(nèi)溫度（30±1）℃，相對濕度（93~97）%，正常運轉(zhuǎn)噪聲≤60dB，光照度50~100lx。

1.3實驗儀器采用BioNomadix遙測多導生理儀（型號MP150WSW，美國BIOPAC公司）記錄，該儀器有16個模擬數(shù)據(jù)采集通道（其中8個無線傳輸通道），16個數(shù)字輸入通道，16個計算通道，2個模擬輸出通道，16位A/D轉(zhuǎn)換，采樣率：400kHz（40萬點/秒）。本實驗采用了BN-EMG2肌電模塊進行連續(xù)記錄，采樣率1000Hz。

1.4實驗指標研究選用時域分析中的積分肌電值（integrated electromyogram，iEMG）和均方根（root mean square，RMS）兩個指標作為因變量對潛水員前臂橈側(cè)腕短伸肌在靜止和收縮兩種狀態(tài)下的表面肌電加以分析。iEMG值和RMS值均可在時間維度上反映sEMG信號振幅的變化特征，iEMG是對肌電信號取絕對值，所得到的肌電信號的均值恒大于零，是肌電時域分析中的常用指標；RMS也是分析肌電常用的時域指標，取決于肌肉負荷性因素和肌肉本身的生理、生化過程之間的內(nèi)在聯(lián)系。

1.5實驗操作程序整個實驗分為加壓進艙前（0.0MPa）、高氣壓暴露（2.0MPa）、減壓至1.0MPa以及減壓出艙后（0.0MPa）4個階段。為保證實驗條件的一致性，4個階段的實驗均在居住艙內(nèi)進行，且在實驗開始之前，讓每個被試都學會貼電極片，熟練掌握連接電極的操作方法。加壓進艙前，讓測試被試靜坐居住艙內(nèi)，其他被試幫忙在其前臂橈側(cè)腕短伸肌處貼電極片兩片，鏈接正負兩極，遠離該肌肉處貼一片電極片，為接地電極。該被試兩手下垂，右手握握力器，平均每1分鐘連續(xù)握10次，然后休息，如此反復，共5分鐘，同時記錄該被試在肌肉靜止和收縮時的肌電圖。高氣壓暴露階段選取加壓至2.0MPa，穩(wěn)壓24小時，在停留期間進行第2次實驗，減壓至1.0MPa時停留30分鐘進行第3次實驗，減壓至0.0MPa后3小時進行第4次實驗，每次實驗的測試被試順序不固定，以消除順序效應的影響。

1.6統(tǒng)計學處理采用遙測多導生理儀MP150軟件對肌電圖進行時域分析，并用SPSS16.0統(tǒng)計軟件對所得數(shù)據(jù)進行差異統(tǒng)計分析，統(tǒng)計結(jié)果以±s表示，采用單因素重復測量數(shù)據(jù)的方差分析方法，P< 0.05表示差異具有統(tǒng)計學意義。

2　結(jié)果

2.1潛水員前臂肌肉靜止狀態(tài)和收縮狀態(tài)下的表面肌電肌電圖見圖1。

圖1　肌肉靜止和收縮狀態(tài)下的表面肌電圖

對加壓前0.0MPa、2.0MPa、減壓至1.0MPa和減壓后0.0MPa四種壓力條件下4名潛水員的肌電信號特征值進行描述統(tǒng)計，具體見表1和表2。

表1　四種壓力條件下肌肉靜止狀態(tài)時肌電特征值的描述統(tǒng)計（±s）

表1　四種壓力條件下肌肉靜止狀態(tài)時肌電特征值的描述統(tǒng)計（±s）

注：壓力1代表加壓前環(huán)境壓力0.0MPa；壓力2代表高氣壓暴露加壓至2.0MPa；壓力3代表減壓至1.0MPa；壓力4代表減壓至常壓0.0MPa

變量壓力1壓力2壓力3壓力4 iEMG（mV）0.0017±0.00080.0023±0.00060.0021±0.00020.0023±0.0003 RMS（mV）0.0050±0.00050.0045±0.00060.0047±0.00040.0049±0.0003

表2　四種壓力條件下肌肉收縮狀態(tài)時肌電特征值的描述統(tǒng)計（±s）

表2　四種壓力條件下肌肉收縮狀態(tài)時肌電特征值的描述統(tǒng)計（±s）

注：壓力1代表加壓前環(huán)境壓力0.0MPa；壓力2代表高氣壓暴露加壓至2.0MPa；壓力3代表減壓至1.0MPa；壓力4代表減壓至常壓0.0MPa

變量壓力1壓力2壓力3壓力4 iEMG（mV）0.085±0.0100.132±0.0220.152±0.0170.123±0.010 RMS（mV）0.186±0.1220.417±0.0800.517±0.0950.375±0.064

2.2統(tǒng)計學處理結(jié)果在描述統(tǒng)計的基礎(chǔ)上對四種壓力條件下潛水員肌電信號特征值進行重復測量數(shù)據(jù)的方差分析，并對有顯著差異的指標進行了事后檢驗（兩兩分析），結(jié)果見表3和表4。

表3　四種壓力條件下肌肉靜止狀態(tài)時肌電特征值的差異分析表

表4　四種壓力條件下肌肉收縮狀態(tài)時肌電測試的差異分析表

由表3和表4可以看出，在對被試前臂肌肉靜止和收縮狀態(tài)時肌電信號的特征值進行描述統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，對不同壓力條件下的特征值進行重復測量數(shù)據(jù)的方差分析。結(jié)果表明，在肌肉處于靜止狀態(tài)時，肌電信號的各項特征值變化不顯著，即在靜止狀態(tài)下，飽和潛水壓力條件的改變沒有引起潛水員前臂表面肌電信號的顯著變化。

當肌肉處于收縮狀態(tài)時，隨著潛水壓力條件的改變，潛水員的表面肌電的iEMG和RMS均發(fā)生了顯著地變化。在沒有加壓前的肌電特征值均小于2.0MPa壓力、減壓至1.0MPa以及減壓至0.0MPa時的肌電特征值，并且減壓至常壓后其肌電的RMS顯著低于減壓至1.0MPa時的RMS。

3　討論

目前國內(nèi)外關(guān)于高氣壓對潛水員的肌電的研究較少。侯文生等[4]證實了個體的握力大小與其表面肌電活動模式存在正相關(guān)性，即握力越大則對應的表面肌電信號的特征值也越大，對于所有的被試者這種正相關(guān)性都是存在的，從生物機理上是由于越大力量的輸出就要募集越多的肌纖維參與放電，表現(xiàn)為表面肌電的波幅增加[5]。這提示通過表面肌電信號的特征值不但可以預測握力的大小，還可用于運動功能測試及康復的評價。此外，侯公林等[6]研究了0~2.5MPa氦氧暴露對潛水員最大握力的影響，結(jié)果證實潛水員左右手最大握力值明顯下降，且這種變化會隨著減壓而回升，其原因可能與高氣壓導致的中樞性疲勞有關(guān)，進而影響作業(yè)績效。

本研究結(jié)果顯示，2.0MPa氦氧暴露會對潛水員前臂肌肉收縮時的肌電產(chǎn)生顯著影響。當前臂肌肉處于收縮狀態(tài)時，壓力的變化引起肌電各特征值的顯著變化。具體表現(xiàn)為，處于高壓條件下，不論是加壓至2.0MPa，還是減壓至1.0MPa，潛水員前臂肌電信號特征值均顯著高于加壓前，這一顯著變化提示，對于同樣握力大小的握力器，相對于加壓前，處于高壓狀態(tài)時的潛水員需要輸出更大的力量，體現(xiàn)更大的握力，而握力作為手工作業(yè)疲勞評價的指標之一[7]，因此其在水下作業(yè)時，潛水員就需要付出更大的努力。此外，當減壓至0.0MPa時，前臂的iEMG和RMS顯著高于加壓前，證明高氣壓會導致肌肉的疲勞，需在減壓后一段時間才能恢復至正常水平。

綜上所述，本研究顯示在靜止狀態(tài)時，飽和潛水壓力條件的改變對潛水員前臂肌電信號沒有顯著影響。但當肌肉處于收縮狀態(tài)時，隨著潛水壓力條件的改變，潛水員的表面肌電信號特征值發(fā)生顯著變化，這提示高氣壓條件下，潛水員前臂輸出的力量變大，需要的握力增大，且與水下作業(yè)的疲勞有關(guān)。

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R135；R395.6

B

1006-2440（2015）02-0138-03

南通大學自然科學一般項目（12Z035）。

**[通信作者]戴家雋，E-mail：djj@ntu.edu.cn

2015-03-10