運(yùn)動(dòng)疲勞對(duì)表面肌電影響的元分析

馬文凱,趙國(guó)華,程 超

(1.寧波大學(xué) 體育學(xué)院，浙江 寧波 315211；2.寧波大學(xué) 附屬學(xué)校，浙江 寧波 315033)

0 前 言

運(yùn)動(dòng)疲勞分為運(yùn)動(dòng)性心理疲勞和運(yùn)動(dòng)性生理疲勞。其中，運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞(Exercise-induced musclefatigue) 是運(yùn)動(dòng)性生理疲勞的一種常見(jiàn)現(xiàn)象，特指由運(yùn)動(dòng)引起的肌肉最大隨意收縮能力暫時(shí)性下降的現(xiàn)象[1]。運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞的評(píng)估方法包括直接測(cè)量法和間接測(cè)量法。其中直接測(cè)量法有肌力測(cè)試[2]、MVC和最大做功功率檢測(cè)、最大電刺激肌力檢測(cè)，間接測(cè)量法有肌電測(cè)試[3]等。

表面肌電(Surface electromyography,sEMG) 是客觀檢測(cè)肌肉疲勞的重要生理學(xué)指標(biāo)[4],因其無(wú)創(chuàng)便捷、準(zhǔn)確靈敏的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、生物工程、體育等領(lǐng)域。在體育領(lǐng)域，應(yīng)用表面肌電監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中肌電信號(hào)變化，進(jìn)而評(píng)定肌肉的疲勞程度，對(duì)預(yù)防運(yùn)動(dòng)損傷有著重要的意義。

表面肌電的分析方法包括時(shí)域分析法和頻域分析法，其中時(shí)域分析法的常用指標(biāo)有積分肌電(iEMG)、平均肌電(AEMG) 和均方根(Root Mean Square,RMS)；頻域分析法的常用的指標(biāo)包括中值頻率(Median frequency,MF) 和平均功率頻率(Mean power frequency,MPF)。疲勞后肌電信號(hào)的變化，受到運(yùn)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)負(fù)荷、運(yùn)動(dòng)性質(zhì)、肌肉收縮方式、肌肉位置等因素的影響[5]。運(yùn)用表面肌電進(jìn)行運(yùn)動(dòng)性疲勞相關(guān)研究評(píng)價(jià)指標(biāo)及影響因素眾多，因此目前對(duì)于運(yùn)動(dòng)疲勞后人體表面肌電的變化結(jié)論并不一致[3,6,7]。Kristev等人(2001)通過(guò)持續(xù)的最大強(qiáng)度收縮運(yùn)動(dòng)，觀察到積分肌電指標(biāo)下降低，可能是最大強(qiáng)度收縮時(shí)，所募集的運(yùn)動(dòng)單位幾近飽和，隨著運(yùn)動(dòng)時(shí)間的持續(xù)增加，肌肉逐漸疲勞，募集的運(yùn)動(dòng)單位程度降低[8]。malachy等人(2000)通過(guò)次最大強(qiáng)度下坡跑至肌肉疲勞的發(fā)現(xiàn)，積分肌電指標(biāo)顯著性增加，可能是由于肌肉做離心收縮時(shí)選擇性地募集快肌纖維所致，表明肌肉收縮方式不同，會(huì)導(dǎo)致肌電變化規(guī)律不同[9]。對(duì)于運(yùn)用表面肌電檢測(cè)肌肉疲勞，針對(duì)不同的運(yùn)動(dòng)方式哪種指標(biāo)更可信？有研究認(rèn)為平均功率頻率(MPF)作為疲勞的研究指標(biāo)更為可信[10-12]。王奎等人(2004)的研究發(fā)現(xiàn)，頻域指標(biāo)(MPF)穩(wěn)定好、與負(fù)荷持續(xù)時(shí)間相關(guān)度高、不受皮下脂肪厚度等因素的影響[10]。也有很多研究報(bào)道了疲勞后積分肌電(iEMG)的變化[13-15]。

運(yùn)用表面肌電進(jìn)行運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞的相關(guān)研究中，時(shí)域和頻域指標(biāo)運(yùn)用較多。因此，本研究采用時(shí)域分析法中的積分肌電指標(biāo)(iEMG)和頻域分析法的平均功率頻率(MPF)指標(biāo)，對(duì)運(yùn)動(dòng)疲勞后表面肌電的變化進(jìn)行元分析。通過(guò)對(duì)表面肌電指標(biāo)的梳理和分析，尋找評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞最有效的指標(biāo)，從而指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)實(shí)踐，減少運(yùn)動(dòng)損傷，對(duì)競(jìng)技體育的發(fā)展有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。

1 方 法

1.1文獻(xiàn)檢索

根據(jù)PICOS原則，確定主題詞“疲勞”、“表面肌電”。應(yīng)用CNKI E-Study軟件在中國(guó)知網(wǎng)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)(CNKI)中，以疲勞、表面肌電、sEMG等為檢索詞，以及采用主題詞和自由詞以及近義詞相組合的方式，運(yùn)用相應(yīng)的邏輯詞連接對(duì)全文進(jìn)行檢索，檢索截止日期為2017年7月1日，檢索流程如圖1。

1.2文獻(xiàn)納入和剔除標(biāo)準(zhǔn)

文獻(xiàn)納入標(biāo)準(zhǔn)：①研究為實(shí)證研究，且采用實(shí)驗(yàn)誘導(dǎo)疲勞，即通過(guò)各種運(yùn)動(dòng)方式誘導(dǎo)疲勞。②測(cè)量?jī)x器為表面肌電測(cè)試儀，測(cè)試指標(biāo)包括表面肌電(iEMG或MPF指標(biāo))。③報(bào)告了被試肌電的測(cè)試部位，測(cè)試時(shí)的運(yùn)動(dòng)方式以及肌肉定位方法。④研究報(bào)告數(shù)據(jù)完整，包括均值、標(biāo)準(zhǔn)差、樣本量等。

文獻(xiàn)排除標(biāo)準(zhǔn)：①文獻(xiàn)為綜述或調(diào)查性研究。②資料不完整，如沒(méi)有被試數(shù)量、標(biāo)準(zhǔn)差、肌電測(cè)試部位等。③同一作者在不同期刊和論文中重復(fù)發(fā)表文章。④有明顯錯(cuò)誤而導(dǎo)致結(jié)果不可信的文獻(xiàn)。最后確定符合標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)共8篇。

1.3文獻(xiàn)編碼

為建立此次元分析可用數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)符合上述納入標(biāo)準(zhǔn)的文獻(xiàn)進(jìn)行編碼，并分別對(duì)納入的8篇研究文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)一編碼提取，如研究作者及發(fā)表年份、研究對(duì)象、樣本量、疲勞測(cè)試位置及運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)入編碼范圍。

1.4納入文獻(xiàn)的基本描述

1.5統(tǒng)計(jì)分析

本研究采用的是stata軟件進(jìn)行分析。stata是一個(gè)統(tǒng)計(jì)分析軟件，同時(shí)它具有很強(qiáng)的程序語(yǔ)言功能，具有計(jì)算速度極快、操作簡(jiǎn)單、繪圖精美等特點(diǎn)。本研究通過(guò)stata軟件來(lái)進(jìn)行Meta分析。

元分析研究中首先要考慮納入同一個(gè)元分析的各研究間存在的差異，將元分析中不同研究間的各種變異稱(chēng)之為異質(zhì)性。異質(zhì)性檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法主要有Q 值統(tǒng)計(jì)量，H統(tǒng)計(jì)量，I2統(tǒng)計(jì)量[16]。本文采用I2及Q 值統(tǒng)計(jì)量對(duì)異質(zhì)性進(jìn)行描述。I2統(tǒng)計(jì)量是反映異質(zhì)性部分在效應(yīng)量總的變異中所占的比重，結(jié)果分析可靠。I2描述研究之間的方差在總體方差中所占的比例,其判斷標(biāo)準(zhǔn)為：25%為低異質(zhì)性,50%為中等異質(zhì)性,75%為高異質(zhì)性[17]。

采用元分析方法對(duì)各研究進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得出效應(yīng)值d，它是元分析的最終統(tǒng)計(jì)結(jié)果。本文的研究數(shù)據(jù)屬于連續(xù)性變量資料，效應(yīng)值(d)采用標(biāo)準(zhǔn)化均數(shù)差(Standard rnean difference，SMD)，各效應(yīng)值均以95%置信區(qū)間(Confideneeinterval，CI)表示[18]。將原始研究數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，采用格拉斯(1976)提出的計(jì)算公式分別計(jì)算出被試疲勞前后表面肌電的效應(yīng)值。d絕對(duì)值越大表明效應(yīng)越大[19]。根據(jù)Cohen's (1988)建議，d ≤ 0.2為小效應(yīng)；0.2 < d < 0.8為中等效應(yīng)；d ≥ 0.8為大效應(yīng)[20]。

為保證元分析結(jié)論的穩(wěn)定性，對(duì)元分析結(jié)果還需進(jìn)行敏感性分析和發(fā)表偏倚的檢驗(yàn)[16,23]。敏感性分析是檢驗(yàn)在一定條件下所獲結(jié)果穩(wěn)定性的方法，如改變某些影響結(jié)果的重要因素，如納入標(biāo)準(zhǔn)、研究質(zhì)量的差異、失訪(fǎng)情況、統(tǒng)計(jì)方法和效應(yīng)量的選擇等，重新進(jìn)行Meta分析，觀察合成結(jié)果是否發(fā)生改變，從而判斷結(jié)論的穩(wěn)健性，包括不同效應(yīng)模型法、剪補(bǔ)法、失安全系數(shù)法、選擇模型分析法等[16]，本文使用了不同效應(yīng)模型法。元分析時(shí)對(duì)單個(gè)研究的效應(yīng)量合并時(shí)，齊性檢驗(yàn)決定加權(quán)合并選用固定效應(yīng)模型還是隨機(jī)效應(yīng)模型，如齊性檢驗(yàn)P>0.05時(shí)可認(rèn)為多項(xiàng)獨(dú)立研究具有同質(zhì)性，可選擇固定效應(yīng)模型計(jì)算；若小于等于0.05則先進(jìn)行異質(zhì)性分析處理，結(jié)果仍不具有同質(zhì)性時(shí)，采用隨機(jī)效應(yīng)模型。發(fā)表偏倚是指具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的研究結(jié)果較無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義或無(wú)效的結(jié)果被報(bào)告和發(fā)表的可能性更大,是元分析中常見(jiàn)的偏倚[21]，通常采用倒漏斗圖法對(duì)發(fā)表偏倚進(jìn)行檢驗(yàn)。漏斗圖是一種以視覺(jué)觀察以識(shí)別是否存在發(fā)表偏倚的方法，若漏斗圖顯示大部分研究處于“倒漏斗”圖的上部而基底部較少，且左右大致對(duì)稱(chēng)，則提示發(fā)表偏倚不明顯，反之則提示存在明顯發(fā)表偏倚[16,21，22]。

2 結(jié) 果

2.1異質(zhì)性分析結(jié)果

圖1 疲勞前后iEMG指標(biāo)變化的森林圖

根據(jù)stata軟件分析疲勞前后表面肌電變化從而得出各研究間的異質(zhì)性。異質(zhì)性檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

圖2 疲勞前后MPF指標(biāo)變化的森林圖

指標(biāo)I2(%)Q及P值效應(yīng)模型iEMG88.3444.72(P<0.01)隨機(jī)效應(yīng)模型MPF45.267.51(P<0.01)隨機(jī)效應(yīng)模型

2.2效應(yīng)值分析結(jié)果

疲勞前后表面肌電的平均效應(yīng)值，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 疲勞前后表面肌電效應(yīng)值

2.3敏感性分析結(jié)果

敏感性分析結(jié)果見(jiàn)表4、5。

表4 iEMG敏感性分析結(jié)果

表5 MPF敏感性分析結(jié)果

2.4回歸分析結(jié)果

表6 iEMG各因素間回歸分析分析結(jié)果

2.5亞組分析結(jié)果

表7 iEMG肌肉收縮方式亞組效應(yīng)分析結(jié)果

2.6發(fā)表偏倚結(jié)果

圖3 疲勞前后iEMG指標(biāo)變化的漏斗圖

圖4 疲勞前后MPF指標(biāo)變化的漏斗圖

圖5 iEMG指標(biāo)減補(bǔ)圖 注：漏斗圖中的帶方框的圓表示向左邊剪補(bǔ)的 16項(xiàng)研究

截距SE95%CIiEMG5.95**1.26[3.43,8.48]MPF0.140.89[-1.67,1.95]

3 討論分析

本研究主要對(duì)國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)表中采用表面肌電測(cè)試儀對(duì)疲勞后表面肌電變化的測(cè)量結(jié)果，運(yùn)用元分析方法對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。分別從積分肌電(iEMG)和平均功率頻率(MPF)指標(biāo)進(jìn)行分析并針對(duì)異質(zhì)性來(lái)源進(jìn)行回歸分析，根據(jù)回歸分析結(jié)果對(duì)積分肌電(iEMG)指標(biāo)進(jìn)行肌肉收縮方式的亞組分析。

3.1疲勞對(duì)表面肌電的影響的發(fā)表偏倚分析

本研究發(fā)現(xiàn)，針對(duì)iEMG指標(biāo)而言，發(fā)表偏倚是客觀存在的，采用矯正發(fā)表偏倚方法必然會(huì)降低元分析的效應(yīng)量，同時(shí)也可能會(huì)增加“無(wú)效應(yīng)量”的風(fēng)險(xiǎn)。本研究采用減補(bǔ)法矯正發(fā)表偏倚風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)果顯示減補(bǔ)后iEMG為中效應(yīng)量。提示疲勞后積分肌電(iEMG)的變化為大效應(yīng)量, 但可能存在發(fā)表偏倚, 致使大效應(yīng)量可能被高估。對(duì)MPF指標(biāo)而言，不存在發(fā)表偏倚，結(jié)果表明疲勞后平均功率頻率(MPF)的變化為中效應(yīng)量是可信的。

3.2疲勞對(duì)表面肌電的影響的異質(zhì)性分析

8篇文獻(xiàn)的異質(zhì)性檢驗(yàn)結(jié)果顯示積分肌電(iEMG)與平均功率頻率(MPF)均存在一定程度的異質(zhì)性，其中平均功率頻率(MPF)通過(guò)敏感性分析，剔除張肅(2014)的文章后異質(zhì)性降為0%，采用固定效應(yīng)模型對(duì)效果量進(jìn)行評(píng)價(jià)，效應(yīng)值d=-0.31，說(shuō)明疲勞對(duì)MPF的影響存在顯著性意義，且效應(yīng)值處于中效應(yīng)水平。

對(duì)積分肌電(iEMG)采用回歸分析發(fā)現(xiàn)，肌肉收縮方式對(duì)iEMG異質(zhì)性貢獻(xiàn)較大，進(jìn)一步對(duì)肌肉收縮方式這個(gè)因素進(jìn)行亞組分析，結(jié)果表明不同的收縮方式依舊存在較高的異質(zhì)性。這說(shuō)明，如此高的異質(zhì)性的來(lái)源似乎應(yīng)該還存在某些潛在的調(diào)節(jié)變量。同時(shí)，采用敏感性分析法對(duì)結(jié)果偏差較大文獻(xiàn)進(jìn)行逐一剔除，結(jié)果顯示異質(zhì)性依舊較大。因此，對(duì)納入到文獻(xiàn)逐篇閱讀，影響表面肌電信號(hào)的因素較多，例如肌電測(cè)試環(huán)境和使用設(shè)備的技術(shù)規(guī)范、皮膚準(zhǔn)備、電極配置、定位和方向及肌肉收縮方式等。閱讀有關(guān)文獻(xiàn)的研究方法發(fā)現(xiàn)，這些研究中應(yīng)用的設(shè)備、誘導(dǎo)疲勞的運(yùn)動(dòng)方式以及達(dá)到疲勞的判斷標(biāo)準(zhǔn)不同。由此可以推斷造成有關(guān)研究結(jié)果偏離程度較大的原因可能與所采取的設(shè)備、疲勞誘導(dǎo)方式以及達(dá)到疲勞的判斷標(biāo)準(zhǔn)不同等有關(guān)。另外，表面肌電數(shù)據(jù)采集過(guò)程、實(shí)驗(yàn)質(zhì)量控制等因素均可能影響疲勞對(duì)iEMG的影響，故本研究無(wú)法就諸多異質(zhì)性來(lái)源進(jìn)行定量探索，而這些難以控制或量化的因素也可能是導(dǎo)致iEMG為高度異質(zhì)性的潛在調(diào)節(jié)變量[24,25]。

綜上，積分肌電(iEMG)既存在發(fā)表偏倚分析也存在異質(zhì)性，因此，將iEMG作為疲勞的評(píng)價(jià)指標(biāo)不是很可信。本研究結(jié)果與李圓圓等人(2014)關(guān)于表面肌電在體育領(lǐng)域研究結(jié)果一致[26]。

3.3疲勞對(duì)表面肌電影響的效應(yīng)量分析及可能機(jī)制

對(duì)8篇符合標(biāo)準(zhǔn)的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行元分析后的總效應(yīng)量結(jié)果顯示，疲勞對(duì)表面肌電的影響具有一致性，即積分肌電(iEMG)的升高和平均功率頻率(MPF)的降低。積分肌電(iEMG)是指一定時(shí)間內(nèi)肌肉動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)單位放電總量。平均功率頻率(MPF)是指運(yùn)動(dòng)單位收縮時(shí)的平均放電頻率。MPF下降意味著運(yùn)動(dòng)時(shí)，高頻(快肌纖維)放電比例減少，低頻(慢肌纖維)比例增加，總體放電頻率降低。積分肌電(iEMG) 隨著疲勞的發(fā)生而升高，該研究結(jié)果與前人研究結(jié)果一致[14,27]。肌肉持續(xù)運(yùn)動(dòng)引起疲勞，疲勞后為維持運(yùn)動(dòng)，肌肉會(huì)募集更多的運(yùn)動(dòng)單位，隨著募集的運(yùn)動(dòng)單位的増加，iEMG的值也不斷地增大[28]。這和大多數(shù)研究結(jié)果一致，疲勞后MPF值逐步下降[28]。

從表7的亞組分析可以發(fā)現(xiàn)，向心運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的疲勞引起iEMG變化的效果最明顯，等長(zhǎng)次之，離心運(yùn)動(dòng)由于文獻(xiàn)量少不能進(jìn)行效果量比較。Gibala等人(1995)的研究發(fā)現(xiàn)，不同受試者的上肢在分別做向心與離心收縮后，其等速肌力的峰力矩均顯著降低，離心收縮后的降幅更大，二者在運(yùn)動(dòng)后 24h 仍保持在較低水平[29]。

4 結(jié) 論

4.1 運(yùn)動(dòng)疲勞對(duì)iEMG有顯著影響，表現(xiàn)為數(shù)值升高，但存在高異質(zhì)性，提示iEMG盡管能有效評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)疲勞但不穩(wěn)定。

4.2 運(yùn)動(dòng)疲勞對(duì)MPF有顯著影響，表現(xiàn)為數(shù)值降低，提示MPF才是評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)疲勞的穩(wěn)定且有效的指標(biāo)。

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