表面肌电在运动性肌肉疲劳研究中的应用

肌肉疲劳是一种常见的现象，很多学者把它定义为机体不能够维持所需或者预定的力量水平，因此，力量、功率以及力矩通常作为机体肌肉疲劳的直接测试指标。另外，在体育运动当中这些指标同时结合表面肌电（surface electromyography，sEMG）测量可以能够有效地评价和理解肌肉疲劳的过程与机制，因此，有必要形成一种与sEMG测量有关的评价肌肉疲劳的模型，但是在使用传统的sEMG变量去定量评价疲劳时有一个弊端，就是sEMG与疲劳的直接测量指标之间的关联比较差。因此，很多学者使用不同的技术手段，利用sEMG参数评价肌肉疲劳，本文对评价肌肉疲劳的线性和非线性sEMG模型进行了总结。

肌肉疲劳发生在生活中的每一天，从主观感觉上来说，我们可以把它描述成为肌肉疼痛感或者肌肉虚弱无力。对于生理学家来说，对肌肉疲劳有了更多的限制意义，例如，Edwards将肌肉疲劳描述为“不能维持所需或者预定的肌肉力量”，Vollestad把它描述为“由于运动训练引起的力量或者输出功率下降”。

与疲劳相关的神经肌肉机制尚未完全阐明。肌肉疲劳可以产生身体的任何一个环节，按照部位划分，将疲劳分为外周疲劳和中枢疲劳。疲劳的中枢因素包括肌肉随意激活能力下降，主要表现为募集运动单位数目和运动单位的发放率下降。影响肌肉疲劳的外周因素主要包括神经肌肉处的信息传导以及肌肉上运动单位传导发生了改变，以及肌纤维收缩强度下降（Boyas and Guevel，2011）。肌肉疲劳的中枢成分一般来说表现为控制肌肉收缩中枢发出的命令下降，从而导致力量输出降低（Gandevia，2001）。有研究表明：在疲劳过程中运动单位发放率降低是为了与疲劳收缩过程中肌肉的机械状态相匹配，这个机制称为“肌肉的保护”（muscle wisdom）（Barry and Enoka，2007）。Bigland-Ritchie等（1983）研究了在等长收缩过程中运动单位发放率，他们发现，在前60s运动单位发放率从27Hz下降到15Hz，但是并不是所有的运动单位都表现为相似的一种行为。在最近的一项研究中，Fuglevand和Keen（2003）发现，当电刺激从30Hz下降到15Hz时比始终保持30Hz时，肌肉力量更小。这些研究结果表明：发放率下降可能导致疲劳时肌肉力量下降，运动单位发放率发生的这些变化暗示如果以该强度继续工作下去，器官可能会受到损害，所以可能与保护器官防止受损伤有关。因此，肌肉疲劳的中枢机制是一个整体机制，这个机制通过触发肌肉疲劳，在细胞或者器官功能发生损害前来保护机体整个系统（Noakes，2000）。相反，在身体工作时外周肌肉疲劳被看成是从兴奋到肌肉收缩过程的损害。因此，外周调节与钙离子流运动扰乱、磷酸化盐的积累以及ATP储备减少（Boyas and Guevel，2011）相关。因此，肌肉疲劳可以理解为发生在中枢和外周的一些变化，这些变化可以发生在运动命令传出途径的任何一个位置。

在疲劳收缩的过程中，会发生很多生物学变化，例如，代谢产物浓度增加，肌纤维动作电位传导速度变化以及募集运动单位数量发生的变化（Adam and De Luca，2005）。很多生物学变化通常被用来确定受试者的疲劳状态，并且这些变化能够使用各种技术手段探测到。代谢产物的浓度可以用血样来分析，另外，动作电位的传导速度和募集运动单位的数量或者发放率而使用肌电来测量。

肌电（EMG）根据电极所放的位置分两种类型：一种是置于皮肤表面的称为表明肌电（sEMG），另外一种是将电极置于肌肉内的称为针刺肌电图。通过这两种记录方法得到的肌电图有一些差别，例如，在疲劳过程中肌电幅值的变化会有不同，针刺肌电图幅值的RMS值会降低而sEMG记录到的RMS会增加（Stulen and De Luca，1978）。这两种技术都可以用来研究肌肉疲劳。但是由于针刺EMG是一种有损伤的技术，sEMG在体育运动中应用得更为广泛。

正如前面提到的，有很多技术可以评价肌肉疲劳。在这篇综述中我们主要阐述sEMG用于评价肌肉疲劳的一些参数，目前用sEMG评价肌肉疲劳已经广泛地应用于各种研究文章中，我们将简要地评价sEMG与肌肉疲劳的关系，介绍了用来评价肌肉疲劳的sEMG相关指标。另外，我们总结了利用sEMG评价疲劳的线性和非线性技术。