振动训练缓解肌肉运动性疲劳的sEMG研究

谷茂恒，刘文峰，陶小平

(1.湖南安全技术职业学院体育组，中国长沙 410151;2.湖南师范大学体育学院，中国长沙 410012 ;3.国防科学技术大学，中国长沙 410000)

肌肉疲劳是肌肉在一段时间内持续收缩或反复收缩后不能继续保持做功所需要的肌张力和肌肉收缩［1-3］.传统上主要采用牵拉、按摩、理疗、针灸、药物等方法消除疲劳，减轻酸痛［4］，但对于局部肌肉疲劳的消除与缓解，这些方法效果各有不尽如意的方面，很多运动或日常生活需要运动员前臂重复做功，易疲劳，因此探索新的消除局部肌肉疲劳的方法具有非常重要的意义.

肌电图(electromyography，EMG)常用来评定神经-肌肉系统的功能状态.目前用于评价疲劳的肌电图指标主要包括表面肌电图(sEMG)信号线性分析中时域分析的振幅、肌电积分值(iEMG)、均方根值(RMS)和频域分析的肌电功率谱、平均功率频率(MPF)和中值频率(MF)等，以及非线性动力学分析中的肌电复杂度、信息熵和Lyapunov 指数等.振动训练作为一种全新的放松方法，操作简便，可以量化，且无损伤及无负面影响，Waylonis［4］通过对20 名纤维组织肌痛患者进行振动训练，发现完成全程振动训练的受试者较中途退出者，更大程度地缓解了疼痛，运动能力大大地提高.本文旨在通过肌电检测系统获取上肢肌肉力量训练前后以及振动放松后的肌电积分值(iEMG)、平均功率频率(MPF)和中值频率(MF)参数，分析其变化，同时用肌肉功能分析仪检测肌肉的伸缩性、弹性和硬度，探讨振动放松对局部肌肉疲劳恢复的影响，该研究对于运动训练实践具有指导性意义.

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

研究对象为12 名男子划艇运动员，年龄23.0 ±1.7 岁，身高178.5 ±1.1 cm，体重73.1 ±6.8 kg;身体健康，上肢无损伤经历，测试前2 天上肢未进行剧烈劳力性运动.

1.2 研究方法

1.2.1 实验方案

(1)受试者被分为非利侧手组(A)和利侧手组(B).其中，A 组为研究组，B 组为比较组.分别测量被试者手持哑铃时前臂屈肌屈90°时能承受的最大哑铃负荷，选取低于最大哑铃负荷1.5 kg 的强度开始，分别对非A 组、B 组受试者手进行同样的力量训练.力量训练方法为手臂自然下垂，肘关节呈180°固定于膝关节，手持固定负荷哑铃做重复腕部屈伸动作，屈90°作为进行手力量训练的控制幅度，15 次/min 作为进行手力量训练的控制频率.屈伸动作变形即不符合规定动作标准作为肌肉疲劳的判断标准［5］.

(2)力量训练前后测试前臂具有代表性的掌长肌起止点近端1/3 处和远端肌腱(做标记点)的物理性质(伸缩性、弹性、硬度)和握力，记录掌长肌力量运动期间的肌电.

(3)力量训练结束后，非利侧手采用振动训练仪进行放松，放松方法为受试者平躺于与振动训练器振动台相同高度的软垫上，非利侧手完全放松，手掌向上平放于振动台上，采用30 Hz 频率连续放松5 min.而以简单牵拉的方式放松利侧手.

(4)放松后用步骤(2)方法测量肌肉物理性质和握力.测量完毕后，重复10 次前述力量训练动作，同样记录肌电图变化.在相同的场地进行本实验所有的测试，温度和湿度条件基本相同.

1.2.2 测量方法

(1)通过MYOTON-3 肌肉功能分析仪获取肌肉柔韧性、弹性、硬度指标.测量时，受试者安静坐于无靠背座椅上，上身保持挺直，双手放松呈180°平放于桌面上，使用肌肉功能分析仪连续测量肌肉状态20 次，取其测量平均值.

(2)采用便携式握力计测量手的握力.测量时，受试者自然直立，双手自然下垂且不接触身体其他部位，将握力计调整到适合手型的宽度，最大力握住手柄，记录握力计读数.

(3)采用MEGA-6000 测试系统记录掌长肌肌电图变化，先贴好电极.采用16 导肌电测试系统记录肌肉力量训练前10 次动作肌电，接近力竭时10 至20 次肌电，以及放松后完成同样负荷同样动作的10 次动作肌电变化.

1.2.3 数理统计 采用SPSS 16.0(SPSS Inc，Chicago，USA)软件处理，测得的数据均采用平均数±标准差(¯±SD)表示，对同组同块肌肉力量训练前后以及振动放松后采用配对t 检验分析，非利侧手组和利侧手组之间采用单因素方差分析.

2 结果

由表1 可知，力量训练后A 组和B 组握力都明显下降(P ＜0.01).A 组振动放松后，握力明显上升(P ＜0.01)，而B 组未进行振动放松，握力没有明显恢复(P ＞0.05).振动放松对两组肌肉力量恢复影响差异显著.

表1 练习前后、放松后受试者握力变化Tab.1 Subjects grip strength changes before and after exercise，after relaxation

由表2 可知，A 组进行振动放松后，肌电图iEMG 明显下降(P ＜0.01)，MF 和MPF 上升(P ＜0.05);而B 组未进行振动放松，3 个数据无明显恢复(P ＞0.05).振动放松对两组肌肉肌电图iEMG 恢复的影响具有显著差异(P ＜0.05)，而对MF 和MPF 的影响无显著性(P ＞0.05).

表2 练习前后及放松后受试者肌肉iEMG，MF，MPF 变化Tab.2 Subjects iEMG，MF，MPF changes before and after exercise，after relaxation

由表3，4 可知，非利侧手振动放松后，肌肉肌腹伸缩性、弹性、硬度均未发生显著性变化(P ＞0.05);肌腱的硬度、伸缩性有显著变化(P ＜0.05)，弹性仍无显著性变化(P ＞0.05).利侧手常规放松后，肌肉肌腹、肌腱伸缩性、弹性、硬度均无显著性变化(P ＞0.05).

表3 练习前后、放松后受试者肌肉肌腹物理性质的变化Tab.3 Physical properties changes of subjects muscle belly muscles before and after exercise，after relaxation

前臂屈臂力量训练的方案结束后，肌肉力量下降，iEMG，MF 和MPF 3 个肌电指标达到了运动性疲劳的肌电图特征，表明肌肉运动性疲劳模型成功构建;振动放松后非利侧手组的握力、肌电和肌腱物理性质指标都发生了较为明显的恢复，而常规放松的利侧手组并无明显变化，表明振动放松能使肌肉疲劳缓解.

表4 练习前后、放松后受试者肌肉肌腱物理性质的变化Tab.4 Physical properties change of subjects muscle tendon before and after exercise，after relaxation

3 讨论与分析

3.1 肌肉疲劳时肌力、物理性能和iEMG 的变化

疲劳运动后，肌肉力量下降，肌电图iEMG 升高，表明肌肉在做功过程中不断募集更多的运动单位共同参与做功;MF 和MPF 降低，肌电图功率朝着低频方向移动;在中枢机制研究方面，Salgal 等［6］采用MRI 成像技术研究表明，肌肉运动做功过程中，反映大脑皮层活动的激活像素(activated pixels，AP)增加，它们释放更多的神经冲动用来弥补下降的肌肉力量，如果出现中枢疲劳，则AP-time 曲线会在平台期后，当然肌肉不同疲劳程度时AP 增加的区域会出现不同程度的叠加.Moritani 和Person［7-8］研究认为，小功率做功的过程是提高募集肌肉运动单位数量，而功率大于50%MVC 的做功过程是提升肌肉运动单位发放动作电位同步性，进而改变sEMG 的幅度和激活sEMG 的活动性.Deluca［9］研究表明，不同类型的肌肉在进行最大功率的自愿做功时常常会出现肌肉运动单位发放动作电位的频率减少，同时肌肉运动单位发放动作电位同步性降低，继而降低肌肉sEMG 频谱频率，这种现象出现的主要原因是高频率组分的消失.Vestergard-Poulsen［10］的研究结果与Laurent［11］的研究结果显示，肌肉内环境pH 值与做功肌肉iEMG 特征参数存在关联性，但没有足够的证据解释两者之间存在前因后果的联系.除了肌肉内环境的pH 值和乳酸(Bla)堆积因素外，疲劳肌肉表面肌电特征参数的变化也会同疲劳肌肉的乳酸，肌肉氧含量等密切相关.王国祥［12］采用了不同运动强度(30%和50%MVC)肘关节等速运动方式，用iEMG 和NIRS 技术观察两种运动强度下的肱二头、肱三头肌的iEMG 特征参数变化与肌氧含量的关系，研究数据显示，两肌肉运动过程中表面肌电图积分肌电值逐渐增加伴随着肌氧含量逐步减少.

表4 表明，肌肉物理性质的上述变化与本实验中握力和肌电图中iEMG，MF，MPF 变化一致.肌肉功能分析仪作为一种新型检测肌肉状态的手段，可以灵敏地反映肌肉疲劳状态，且简单、及时和有效.

3.2 肌肉疲劳恢复过程中的振动放松与肌肉物理性能、肌电图和力量关系

表3 和表4 表明振动放松后非利侧手组的握力、肌电和肌腱物理性质指标都发生了较为明显的恢复，而常规放松的利侧手组则并无明显变化.说明振动放松能使肌肉疲劳的缓解更快，继而使肌肉功能恢复加快.振动也能使肌肉血液循环得到改善，局部血液流动增多，使营养物质运输加快，继而会改变血液、淋巴液流变性，同时也会改变血液组成成分，有助于静脉回流，扩大周围血管直径，减少循环阻力，使心脏负担下降，进而降低血压;同时也有利于消肿.另一方面，会使营养物质、能源、氧成分等有利物质迅速运输到做功肌肉肌细胞，及时快速带出做功肌肉废物，使内环境尽量平衡，进而延缓疲劳发生.陈伟婷等［13］提取做功肌肉sEMG特征参数中近似熵指标，研究振动力量运动过程中近似熵变化，结果认为振动力量运动有利于延缓疲劳.在临床治疗中，有兴奋过强患者采用振动物理治疗改善兴奋抑制交互节奏而舒适地进入睡眠［14］.振动放松对神经末梢的间接作用也促进了疲劳肌肉的恢复.

本文实验表明，肌腱的物理性质作为评价肌肉振动放松后疲劳恢复情况的一个指标，比肌腹更为敏感，与握力以及肌电图变化一致，因此肌肉功能分析仪可作为肌肉疲劳监控的仪器，其所测肌腱的伸缩性、硬度也能反映肌肉疲劳，同时还能灵敏地反映肌肉疲劳恢复情况，与肌电图和肌肉力量具有同步性.肌腱周围由于受皮下脂肪等其他组织影响较小，且肌腱的力学性质更为稳定，可以作为运动监测的一个理想部位.另外，肌腱也是从事体育运动过程中经常发生损伤和断裂的一个敏感部位，及时监测其物理性质变化，有助于运动过程中肌腱的防伤防病.

4 结论

(1)振动放松训练作为一种新型的放松手段，对于缓解局部肌肉运动性疲劳具有较好的效果，可以有效消除肌肉疲劳，恢复肌肉力量.

(2)振动放松训练可以改善肌肉肌腱伸缩性和硬度.

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