02-肌电原理与应用课件

肌电原理与应用

02-肌电原理与应用

肌电--骨骼肌兴奋时，由于肌纤维动作电位的产生、传导和扩布，而发生电位变化称为肌电。

肌电图--用适当的方法将骨骼肌兴奋时发生的电位变化引导、记录所得到的图形，称为肌电图(electromyogram,EMG)。

肌电与肌电图的概念02-肌电原理与应用1骨骼肌的电活动02-肌电原理与应用

1.1骨骼肌的静息电位与动作电位

1.1.1静息电位

正常骨骼肌纤维在静息状态下肌纤维膜内外存在电位差，膜内为负，膜外为正，这一电位差称为静息电位。猫的骨骼肌肌纤维的静息电位为-79.5毫伏；鼠的骨骼肌肌纤维的静息电位为-99.8毫伏；豚鼠的骨骼肌肌纤维为-85.5毫伏；小白鼠的骨骼肌肌纤维为-61.0～-88.9毫伏；人类骨骼肌肌纤维为-65～-87.4毫伏。02-肌电原理与应用

1.1.2动作电位肌纤维兴奋时，产生的可传导的电位变化称为动作电位。动作电位的幅度为100～120毫伏,持续时间为2～4毫秒。细胞内记录的动作电位为单相负波，波幅为100-120mv持续时间较长；细胞外记录的动作电位为双相波，波幅为1.8mv，明显低于细胞内记录。02-肌电原理与应用

1.2正常的肌电活动

1.2.1电静息

正常骨骼肌完全放松时没有电活动，所描记出的肌电图表现为一条直线，称为电静息。

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1.2.2插入电位（插入电活动）

插入电位--当插入电极或移动已插入肌肉的电极时，可出现一些持续时间很短、波幅很低的电位变化。这种电位变化称为插入电位或插入电活动。

插入电位的时限为1-3ms，波幅为100μv。插入电活动的持续时间较短，平均持续时间为300ms。当电极停止移动后插入电位即消失。02-肌电原理与应用

1.2.3终板电位

在终板区进行肌电记录，肌肉不受到刺激也可出现自发电活动。这些电活动以终板噪声和终板电位的形式出现。

终板噪声的特点是基线不稳定。出现终板噪声时，如果轻轻移动电极常可出现单个的终板电位。终板电位呈单相或双相。终板电位的幅度可达250μv，其时限为1-5ms。终板噪声就是来源于远距离的终板电位。

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1.3运动单位电位

运动单位电位的波形

根据运动单位电位离开基线的次数可将其分为单相、双相、三相及多相波。正常肌电图的三相波占80%，单相波占15%，多相波占5%。02-肌电原理与应用02-肌电原理与应用02-肌电原理与应用02-肌电原理与应用

影响运动单位电位的因素：

①电极与肌纤维的相对距离、方向和位置

运动单位电位的波形与针电极和活动的肌纤维的相对距离、方向及位置不同有关。

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影响运动单位电位的因素：

②运动单位中的肌纤维的密度和运动单位的大小

电位的幅度不仅和活动的肌纤维的距离有关，而且也取决于参与活动的肌纤维的数量。因此，运动单位电位的波幅是肌纤维密度大小的尺度。运动单位电位的幅度还同运动单位的大小有关。

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影响运动单位电位的因素：

③肌肉的收缩程度

肌肉的收缩程度不同运动单位电位的电压也不同，轻度肌肉收缩时肌电电压较低，收缩程度加大时，电压增加。这是由于肌肉轻度收缩时，一般只动员少数兴奋阈值较低的运动单位参与工作。这些运动单位一般属于慢肌运动单位，兴奋时其电位幅值较低。收缩程度加大时，往往可动员阈值较高的运动单位参与工作。这些运动单位一般是快肌运动单位，兴奋时其电位幅值较高。另外，肌肉进行较大强度收缩时，肌纤维往往产生同步活动，而使肌电电位幅值加大。02-肌电原理与应用

影响运动单位电位的因素：

④电极的种类

用双心针电极所引导的动作电位电压较同心针电极高。

⑤电极离活动肌纤维的距离

电极离活动的肌纤维越近电压越高，反之就越低。

⑥缺氧和低温

温度下降和缺氧时，肌电电压下降。增加运动单位电位时限。温度改变1°C时运动单位电位时限可增加10--30%。

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影响运动单位电位的因素：

⑦年龄

随着年龄的增长运动单位电位时限增大。

⑧肌肉的机能状态

肌肉疲劳时肌电幅度升高，疲劳初期运动单位电位时限缩短，这是因为疲劳时运动单位同步放电的结果。在肌肉过度疲劳时，肌肉内环境紊乱，机能下降，可使动作单位的产生与传导受阻，造成运动单位的时限增大。

02-肌电原理与应用2骨骼肌电活动的引导与测试

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2.1肌电的引导

Piper用表面电极引导出了骨骼肌随意收缩时的肌电

Adrian和Bronk(1926)发明了同心针电极，并引导出了运动单位电位。

在此基础上Basmajian等又发展为诱导型针电极。

Buchthal等再进一步发展为多导电极。

另外，用微电极引导单肌纤维的电活动也被广泛应用。

引导肌电的电极可分为两大类，一类是针电极，另一类是表面电极。02-肌电原理与应用

针电极（也叫插入电极）

由于记录肌电的目的不同，针电极又分为许多种，即同心针电极、双心针电极、单针电极、多道针电极。

⑴同心针电极

这种电极的直径一般为0.3-1mm。用于记录骨骼肌动作电位的针电极直径一般为0.5-0.6mm，主电极的斜面积为0.07平方毫米。如果进行单肌纤维的肌电检查，所用的针电极的主电极面积要求为0.005-0.001平方毫米。02-肌电原理与应用

针电极

⑵双心针电极

用这种电极可记录较小范围内的肌肉电变化。可引导单个运动单位的电位。用双心针电极所测出的运动单位电位一般比用同心针电极引导的范围更小。所记录的电位在两电极间的距离小于0.5mm时，波幅比同心针电极为小，如果间距大于0.5mm，则大于同心针电极。由于两引导电极的表面积相等，在测量时这种电极可获得较好的共膜抑制比。

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针电极

⑶普通针电极

记录时将电极插入肌肉中作双极引导，无关电极可用一表面电极并接地即可。也可用两个针电极同时插入肌肉内进行双级引导。

⑷多导针电极

在一个针管内装有许多根相互绝缘的金属丝。每根金属丝的末端间隔相等的距离排列在针管开放的一侧。各金属丝作为引导电极，针管作为辅助电极。

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02-肌电原理与应用

针电极的优点是：

①可引导运动单位甚至单个肌纤维的电位变化；

②能研究肌肉内深部某一束肌纤维的功能。

不足是：

①所测试的区域小，不能反应整块肌肉的机能状态；

②会造成一定程度的损伤，并会产生疼痛；

③不适合测量运动时的肌电变化。02-肌电原理与应用

埋入电极

将一细的金属细丝埋入肌肉内就可进行肌电记录。这种电极的优点是，可引导出深层肌肉的电位变化，引导的范围比同心针电极广，而比表面电极的引导范围小。用埋入电极可引导出多个运动单位电位。02-肌电原理与应用

微电极

测量肌电的微电极直径一般为25-30μ。引导肌电时将微电极插入肌肉中进行双极引导。

微电极的优点：

①、由于电极非常细，插入肌肉中不产生疼痛。

②、较容易插入和拔出肌肉。02-肌电原理与应用

表面电极

一般的表面电极是由两片Ag-AgCL金属片组成的。测试时一般将电极置于肌腹处或肌肉运动点处,。将电极沿肌纤维的走行方向平行放置，两电极间隔2-3厘米，进行双极引导。02-肌电原理与应用

表面电极的优点是：

①方便易行，不会造成损伤，容易被受试者接受；

②用表面电极所测到的肌电变化可反应整块肌肉的机能状态；

③适用于测量运动时的肌电变化。因此用表面电极来测量肌电的方法被广泛应用于体育科学研究中。02-肌电原理与应用

不足是：

①引导出的肌电是许多运动单位电位的综合电位，波形复杂，不便分析；

②不能较细致地反映肌肉内部某部位或某一运动单位的肌电变化情况；

③由于皮肤的电阻较大，用表面电极所记录到的肌电会有所减弱。02-肌电原理与应用肌电的处理与分析

（生物电的处理与分析）

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生物电主要是指肌电、心电和脑电等生物电信号。另外压力、力量、关节角度变化等指标可通过传感器转变为电信号，然后应用计算机进行测试分析。

各种生物电之间的主要差别是频率、幅度和波形。如果能控制数据采样的频率，可实现多种生物电信号共用一个模数转换通道，再通过不同的数据处理与分析模块的组合，就能实现应用计算机对生物电信号进行测试分析。分析不同的生物电信号及相关信号（如压力、肌力、关节角度等）。02-肌电原理与应用

生物医学信号的特征初级信号的名称幅度范围频率范围心电(ECG)0.01-5mV0.05-100Hz脑电(EEG)2-200μV0.1-100Hz肌电(EMG)0.1-5mVDC-10kHz

0.02-5mV5-2kHz眼震电(ENC)0.05-3.5mVDC-50Hz视网膜电ERG)0.001-1mV0.1-200Hz胃电EGG)0.01-1mVDC-1Hz皮肤电反射(GSR)0.01-3mV0.01-1Hz心音(PCG)

0.005-2kHz脉搏波

0.1-60Hz心冲击图(BCG)0-7mVDC_40Hz心阻抗15-500ΩDC-60Hz呼吸率

0.1-10Hz肌肉等张收缩

DC-10Hz血液容积记图

DC-30Hz体温32-40℃DC-0.1Hz02-肌电原理与应用

3.1生物电测试分析的仪器设备

⑴主机为286以上系统微型机一台

⑵传感器

肌电电极（测肌电）

心电电极（测心电）

脑电电极（测脑电）

拉力传感器（测力量）

压力传感器（测压力，如血压）

关节角度测定仪（测关节角度变化）02-肌电原理与应用

3.1生物电测试分析的仪器设备

⑶生物电放大器

通用生物电放大器（肌电、心电、脑电等）

专用生物电信号放大器

肌电放大器

心电放大器

脑电放大器

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3.1生物电测试分析的仪器设备

⑷

模数转换卡(A/D卡，以SC40系列为例）

该卡的技术指标如下：

分辨率：12BIT

最高采样频率：60KHz

模入通道数：32单端，16双端

模入范围：±5V，±10V，0-10V

2路12BITD/A，5μS

可编程定时／计数器供用户使用

48BIT可编程DI/DO供用户使用

外触发采集

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3.1生物电测试分析的仪器设备

⑸应变仪

使用拉力、压力传感器时，需选配适当的应变仪。

⑹记录设备

选用多导记录仪，磁带记录仪，磁盘记录器

⑺显示器

⑻专用分析软件02-肌电原理与应用生物电测试分析的仪器设备传感器部分肌电电极心电电极脑电电极压力传感器张力传感器关节角度议生物电放大部分肌电放大器心电放大器脑电放大器应变仪等监视部分多道示波器数据采集部分数据采集卡数据处理部分计算机输出设备显示器记录仪02-肌电原理与应用

3.２生物电计算机测试分析基础

电信号可分为两大类，一类是模拟信号，另一类是数字信号。

模拟信号--是指一个单一的正弦波，或是其组合波。是在时间和幅度上均连续的信号。

数字信号--基本上是由发生在离散时间间隔上的“脉冲”组成。是在时间和幅度上都不连续的信号。02-肌电原理与应用

生物电信号处理分析步骤

连续的模拟信号采样后变为离散的数字信号量化后的数据编码后的数据D/A转换输出模拟信号02-肌电原理与应用

3.２生物电计算机测试分析基础

3.2.1数据采样

在确定采样的时间间隔(ΔT)时，要满足采样定理。

采样定理：采样频率应至少等于或大于被处理信号中的最高频率的两倍。否则就会发生混淆、失真现象。

Fs≥2Fmax

ΔT＝1/Fs

Fs：为采样频率

Fmax：被处理信号中的最高频率

ΔT：采样的时间间隔

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3.２生物电计算机测试分析基础

3.2.1数据采样

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3.２生物电计算机测试分析基础

在一般的信号处理中选择采样频率为：

Fs＝(3～5)Fmax

在进行频域分析时，应注意频率分辨率ΔF和采样时间间隔ΔT之间的关系。

ΔF＝1/ΔT·N

ΔF：频率分辨率(功率谱上所代表的频带宽度)

ΔT：采样的时间间隔

N：采样的数据量

如果要进行时域分析，希望不丢掉被分析信号的峰值，最好加大采样频率，以保证幅值的不失真。有时可将采样频率定为大于10Fmax。但是如果进行频域分析，则采样频率不宜过大。02-肌电原理与应用

3.２生物电计算机测试分析基础

根据公式：

ΔF＝1/ΔT·N

因为：

Fs＝1/ΔT

ΔT＝1/Fs

如果Fs越大，则ΔT就越小。在N（采样点数）不变的情况下，则有ΔF变大，也就是频率分辨率下降。要提高频率分辨率，就要加大采样的点数。如果ΔT不变，N越大，则ΔF越小，频率分辨率越高。02-肌电原理与应用

3.２生物电计算机测试分析基础

3.2.2A/D转换

计算机进行一般计算时，要求输入数字信号，而我们所检测到的生物电信号都是模拟信号。把模拟信号转换为数字信号的过程称为“模─数转换”（analogsignals－digitalsignals转换，简称“A/D转换”）。02-肌电原理与应用

3.２生物电计算机测试分析基础

3.2.2A/D转换

将模拟信号离散化（采样）以后，也就是说转变成离散信号后，就要对离散信号数字化。这一过程要通过A/D转换完成。

A/D转换包括两个过程。即：量化和编码

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3.２生物电计算机测试分析基础

3.2.2A/D转换

量化

所采集的离散信号此时没有物理量，必须对其进行量化，使其具有物理量。量化要通过量化器完成。02-肌电原理与应用

生物电信号的量化02-肌电原理与应用

3.２生物电计算机测试分析基础

3.2.2A/D转换

量化

如果是8位A/D转换器，可将10v(10000mv)电压分成28＝256个量化电平。电压的分辨率ΔV＝10000(mv)÷256＝39.0625(mv)

如果是12位A/D转换器，可将10v(10000mv)电压分成212＝4096个量化电平。电压的分辨率ΔV＝10000(mv)÷4096＝2.4414(mv)

由此可见，A/D转换器的位数越高，精度越高。肌电信号的电压一般低于5毫伏，应用12位A/D转换器可将5毫伏范围内的肌电信号提供1.2微伏的分辨率。02-肌电原理与应用

3.２生物电计算机测试分析基础

3.2.2A/D转换

编码

信号量化后，要对已经量化的数据进行编码。所谓编码，就是在计算机内给已经量化的数字信号赋予地址。经过编码，就将模拟信号完全转换成了数字信号。

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3.２生物电计算机测试分析基础

3.2.3数据分析生物电信号的处理分析可分为“时域分析”和“频域分析”两种方法。02-肌电原理与应用

3.２生物电计算机测试分析基础

3.2.3数据分析

①时域分析

Ⅰ积分肌电(IEMG)积分肌电是指肌电图曲线所包络的面积。其单位为mv·s。设肌电信号是一个随时间变化的函数X(t)，那么其积分的数学公式应为：

IEMG＝∫N1N2X(t)dtN1：积分起点，N2：积分至点，X(t)：肌电曲线

dt：为采样的时间间隔02-肌电原理与应用

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3.2.3数据分析

N1dtN2tX(t)02-肌电原理与应用

3.２生物电计算机测试分析基础

3.2.3数据分析

Ⅱ平均值(均方根振幅，简称RMS)

平均值往往用来描述数据静态特性，反应的是在一定时间内的肌肉放电的平均水平。其公式为：

N：采样点数,X(i)：采样后每一点的生物电数据(幅值)

用平均值来描述就可表示该信号的中心趋势或集中程度。平均值只能反应一定时间内肌电的平均水平，不能反应肌电的变化情况。02-肌电原理与应用

3.２生物电计算机测试分析基础

3.2.3数据分析

Ⅲ均方差平均值不足以估计其信号的动态变化,因此,引入了均方差参数,从公式中可以看出，X(i)-M表示的信号的幅值X(i)与平均值M的差距。均方差越大，说明信号的离散程度越大。

均方差(S2)＝1/N∑[X(i)-M]2

N：采样点数

X(i)：采样后每一点的生物电数据(幅值)M：生物电信号的平均值（即RMS）02-肌电原理与应用

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3.2.3数据分析

Ⅳ最大值最大值描述的是周期性数据的最大值，表示信号幅值的最大动态范围。最大值的计算公式是:最大值=X(i)max02-肌电原理与应用

3.２生物电计算机测试分析基础

3.2.3数据分析

Ⅴ对称性将生物电信号的采样数据进行算术相加，然后除以总点数，就得到算术平均值。由于生物电信号是由许多正弦波组成的，所以正相值和负相值相加后应趋向零。这一指标反应的是生物电的对称性，越接近零越好。其计算公式是:

对称性＝1/N∑X(i)

N：采样点数

X(i)：采样后每一点的生物电数据(幅值)02-肌电原理与应用

3.２生物电计算机测试分析基础

3.2.3数据分析

②频域分析频谱分析--就是确定一个序列的正确的频域表示过程，通过频谱分析可以得到被分析信号有关频率特性的信息，如带宽和中心频率等。生物电分析绝大多数离不开频谱分析。频谱分析技术中分为两大类：一类基于付里叶变换，另一类不基于付里叶变换。基于付里叶变换的频谱分析技术最为常用。02-肌电原理与应用

3.２生物电计算机测试分析基础

3.2.3数据分析

②频域分析频谱分析主要用来建立数据的频率结构，从而得到信号的振幅谱和功率谱。频谱分析经常应用的指标有平均功率频率(MPF)和中心频率(CF或FC)。

02-肌电原理与应用

②频域分析

Ⅰ、平均功率频率(MPF)平均功率频率表示的是过功率谱曲线重心的频率。物理学上计算重心的公式为：

Xc：重心点的x坐标

Yc：重心点的y坐标

Xc＝∫xydx∫ydxYc＝∫yydx∫ydxdxxy02-肌电原理与应用Ⅰ、平均功率频率(MPF)

计算平均功率频率的公式为：

f：表示频率

S(f)：功率谱曲线

df：频率分辨率

dffS(f)MPF＝∫fS(f)df∫fS(f)df02-肌电原理与应用

Ⅱ、中心频率(CF或FC)

在能量谱中将能量谱的总能量一分为二的频率为中心频率。其计算公式为：

FC=∫FsFcS2(f)df=∫FcFeS2(f)df

Fc：被处理信号的中心频率

Fs：被处理信号的起始频率

Fe：被处理信号的终止频率

02-肌电原理与应用4肌电分析在体育科研中的应用02-肌电原理与应用4.1利用肌电图测定神经的传导速度02-肌电原理与应用

4.1利用肌电图测定神经的传导速度

4.1.1运动神经传导速度的测定方法

在神经通路的两个或两个以上的点上，给予电流刺激，从该神经所支配的肌肉上记录诱发电位。然后根据下列公式计算出神经的传导速度。

V=S/t

式中：

V：神经传导速度，单位为米／秒；

t：两刺激点从刺激开始到肌肉开始收缩的时间差，单位为秒；02-肌电原理与应用4.1利用肌电图测定神经的传导速度

4.1.1运动神经传导速度的测定方法02-肌电原理与应用4.1利用肌电图测定神经的传导速度

4.1.1运动神经传导速度的测定方法02-肌电原理与应用4.1利用肌电图测定神经的传导速度

4.1.2感觉神经传导速度的测定方法

逆向法感觉神经传导速度测定--刺激感觉神经的近侧端，记录远侧端诱发电位。

顺向法感觉神经传导速度测定--刺激感觉神经的远侧端，在其近侧端测诱发电位。下图所表示的实验装置（左图）就是按照顺向法设计的。环状刺激电极安放于食指，两记录电极分别置于腕部和肘部。右图为所记录到的感觉神经诱发电位。

02-肌电原理与应用4.1利用肌电图测定神经的传导速度

4.1.2感觉神经传导速度的测定方法02-肌电原理与应用4.1利用肌电图测定神经的传导速度

4.1.3、影响神经传导速度的因素

①、不同神经其传导速度不同，另外同一神经的不同部位其传导速度也不同。

②、神经的传导速度与年龄有关，新生儿的运动神经的传导速度为27米/秒，5--6岁可达到成年人的水平，60岁后逐渐减慢。

③、神经的传导速度与局部的体温有关，温度改变1°C时，运动神经的传导速度相应变化5%，温度下降1°C时，运动神经的传导速度下降2．4米/秒，感觉神经的传导速度下降2米/秒。02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉

疲劳的关系02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系

4.2.1肌肉工作过程中肌电幅值的变化反应肌电幅值的指标有积分肌电(IEMG)和均方根振幅(RMS)。

在肌肉等长收缩至疲劳的研究过程中发现，在一定的范围内，肌电幅值随着肌肉疲劳程度的加深而增加。

02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.1肌肉工作过程中肌电幅值的变化Biglandh和Lippold(1954)发现，当肌肉持续等长收缩至疲劳时，积分肌电(IEMG)增大。

DeVries(1968)发现，在伸膝和屈肘进行静力工作时，随着持续时间的延长，均方根振幅(RMS)增加。

Petrofsky等(1975)发现，肌电的振幅既取决于肌力的大小，又取决于肌肉疲劳的程度，所以，肌电作为评定肌力的指标只能用于肌肉疲劳之前。此后，Viitasalo和Komi(1967，1978)，郭庆芳(1980)等学者都报导过肌肉疲劳时IEMG和RMS增大。02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.1肌肉工作过程中肌电幅值的变化Petrofsky(1980)让受试者的抓握肌以20%-70%MVC的五种不同张力做等长收缩至疲劳的过程中，发现RMS呈线性增加。70%MVC以上的等长收缩至疲劳时，虽然RMS在整个收缩过程中也随疲劳的加深而增大，但增大的幅度逐渐减小。02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.1肌肉工作过程中肌电幅值的变化02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.1肌肉工作过程中肌电幅值的变化Petrofsky(1979)也观察了等张收缩至疲劳过程中的RMS的变化。让受试者在功率自行车上以20-100%最大摄氧量(VO2max)的负荷蹬踏功率自行车，同时测试并分析了股四头肌肌电。发现在20-40%VO2max的负荷下，RMS随着疲劳程度的加深，其增大程度不明显；而负荷为60-100%VO2max时，RMS却随着疲劳的增加而明显增加。并且，负荷越大其增加越明显。02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.1肌肉工作过程中肌电幅值的变化02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.1肌肉工作过程中肌电幅值的变化02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.1肌肉工作过程中肌电幅值的变化浅井英典(1982)对不同的研究结果做了概括和总结。指出：

以最大强度以下的肌力进行等长收缩时，肌电的幅值随着时间的延长而增加；而用最大肌力进行等长收缩时，随着肌力的下降肌电的幅值也逐渐下降。并指出伴随疲劳而出现的肌电幅值变化，是由于运动时运动单位的募集数量和运动单位兴奋的频率发生变化而引起的。

02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.1肌肉工作过程中肌电幅值的变化肌肉疲劳时肌电信号振幅的升高，可能是由于肌肉在持续的工作过程中，先参与工作的运动单位发生疲劳，为了维持工作，必须动员其它的新的运动单位参与工作。这就是所谓的运动单位的募集。由于运动单位的数量的增加，而使肌电信号的振幅(IEMG，RMS)增加。02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.1肌肉工作过程中肌电幅值的变化肌肉疲劳时肌电幅值下降的可能原因是：①中枢传出的神经冲动减少；②神经肌肉接点处的传递速度减慢；③肌纤维的传导速度减慢；④运动单位的非同步活动。02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化反应肌电信号频率特性的指标有平均功率频率(MPF)和中心频率(FC)。在研究肌肉持续工作至疲劳过程中发现，随着疲劳程度的加深，肌电信号的频谱左移，即平均功率频率(MPF)和中心频率(FC)降低。肌肉工作的负荷强度越大，疲劳的程度越大，MPF和FC降低越明显。02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化Viitasalo(1978)发现，用30%MVC、50%MVC和70%MVC强度令股四头肌进行疲劳性等长收缩时，平均功率频率(MPF)随着工作时间的延长而降低，并且负荷越大降低越明显。02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化Petrofsky让受试者以20%、40%、60%、80%和100%最大摄氧量强度蹬踏功率自行车。20%、40%、60%最大摄氧量强度工作80分钟未见明显疲劳。在20%、40%最大摄氧量强度时，中心频率(FC)有所增加；60%最大摄氧量强度时，FC稍有下降；80%和100%最大摄氧量强度时，FC明显下降。02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化C.J.DeLuca等人的研究了手指肌以20%、40%、60%、80%和100%MVC收缩时的肌电变化，结果见图32。02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化Petrofsky(1980)研究了桡侧屈腕肌静力工作至疲劳时的肌电变化，发现疲劳时功率谱左移，中心频率降低。而且在相同时间%内，各种负荷的中心频率无明显差异。而将同一持续时间%的各种张力工作时的中心频率加以平均，发现中心频率%随着时间的延长呈线性下降之势。见图33。02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化Petrofsky(1980，1982)研究了抓握肌、肱二头肌、拇内收肌疲劳前后的肌电变化。发现，不管是新参加工作的肌肉，还是已从事过长时间的工作并已经疲劳的肌肉，无论工作时间间隔多长，也无论以那种力量负荷工作，一旦疲劳使工作停止时，中心频率都达到一个相同的数值。见图34。02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化肌肉疲劳时肌电信号的平均功率频率和中心频率降低的机制归纳起来有以下几个假说：

①、运动单位的募集假说

此假说认为快肌运动单位容易疲劳，而慢肌运动单位不容易发生疲劳。快肌运动单位疲劳后肌肉的工作能力下降，此时要继续进行工作，就要募集更多的没有疲劳的慢肌运动单位参加工作。由于慢肌运动单位的频率特性较快肌低，因此造成疲劳后肌电信号平均功率频率中心频率降低。02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化②、运动单位同步活动假说

此假说认为当肌肉工作至疲劳时运动单位的同步活动加强，由于运动单位的同步放电，造成平均功率频率中心频率降低。02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化③运动单位动作电位的传导速度减慢假说

此假说认为肌肉收缩时血流受阻，所产生的代谢产物如乳酸等，会堆积在肌肉内，导致运动单位动作电位的传导速度减慢，动作电位的传导速度的减慢就会使肌电信号的频率特性减低。02-肌电原理与应用4.２肌电变化与肌肉疲劳的关系4.2.2肌肉工作过程中肌电的频谱变化

④肌内压增大假说

此假说认为肌肉疲劳时肌电信号的平均功率频率是由于等长收缩时肌肉内压增高所致。肌肉内压增高，使血流受阻，导致动作电位的传导速度减慢。02-肌电原理与应用4.３肌力与肌电的关系

当肌肉以不同的负荷进行收缩时，其肌电信号的积分值(IEMG)同肌力成正比关系，即肌肉产生的张力越大IEMG越大。见图35。02-肌电原理与应用4.３肌力与肌电的关系02-肌电原理与应用4.３肌力与肌电的关系02-肌电原理与应用4.３肌力与肌电的关系Komi让受试者以4.5cm/秒的速度作匀速的屈肘运动。肌肉的收缩形式分别为向心收缩和离心收缩。不论是疲劳前还是疲劳后，肱桡肌在工作中的IEMG都随着肌张力的加大而增高。并存在线性关系。见图36。02-肌电原理与应用4.３肌力与肌电的关系DeVries(1968)研究了3名屈肘力量不同受试者等长收缩时肌肉张力和均方根振幅(RMS)之间的关系，发现肌肉张力同RMS之间存在函数关系。见图37。02-肌电原理与应用4.３肌力与肌电的关系

柯菲因(Chaffin)等人发现当肌肉用40%MVC以下强度收缩时，肌力与肌电呈线性关系。60%MVC以上强度时，肌力与肌电也呈线性关系。但此时的直线斜率较大。而肌力在40-60%MVC时，肌力与肌电之间的线性关系往往就不存在了(见图38)。这可能因为，在40%MVC以下强度时，肌电的变化反应慢肌运动单位的电活动。60%MVC以上的强度时，肌电的变化反应快肌运动单位的电活动。40-60%MVC之间的强度，可能两种运动单位都参与活动，固肌力与肌电之间的线性关系就不存在了。02-肌电原理与应用4.３肌力与肌电的关系02-肌电原理与应用4.３肌力与肌电的关系ToshioMoritaniandMasuoMuro(1987)的研究发现，肌肉以20%、40%、60%和80%MVC的递增力量收缩时，肌电的峰电位幅值随力量的增加而增高。见图39。

02-肌电原理与应用4.4肌纤维类型与肌电的关系4.4.1肌纤维类型与肌力、肌电的关系

柯菲因(Chaffin)等人发现当肌肉用40%最大肌力(MVC)以下强度收缩时，肌力与肌电呈线性关系。60%MVC以上强度时，肌力与肌电也呈线性关系。但此时的直线斜率较大。而肌力在40－60%MVC时，肌力与肌电之间的线性关系往往就不存在了。这可能因为，在40%MVC以下强度时，肌电的变化反应慢肌运动单位的电活动。60%MVC以上的强度时，肌电的变化反应快肌运动单位的电活动。40－60%MVC之间的强度，可能两种运动单位都参与活动，固肌力与肌电之间的线性关系就不存在了。

02-肌电原理与应用4.4肌纤维类型与肌电的关系4.4.1肌纤维类型与肌力、肌电的关系02-肌电原理与应用4.4肌纤维类型与肌电的关系4.4.1肌纤维类型与肌力、肌电的关系ToshioMoritani等(1982)的研究发现，在40%MVC的强度收缩时，肱二头肌的IEMG大于比目鱼肌。而且随着收缩时间的延长，肱二头肌的肌电变化斜率大于比目鱼肌(见图44)。

02-肌电原理与应用4.4肌纤维类型与肌电的关系4.4.1肌纤维类型与肌力、肌电的关系02-肌电原理与应用4.4肌纤维类型与肌电的关系4.4.1肌纤维类型与肌力、肌电的关系02-肌电原理与应用4.4肌纤维类型与肌电的关系4.4.1肌纤维类型与肌力、肌电的关系02-肌电原理与应用4.4肌纤维类型与肌电的关系4.4.1肌纤维类型与肌力、肌电的关系02-肌电原理与应用4.4肌纤维类型与肌电的关系4.4.1肌纤维类型与肌力、肌电的关系02-肌电原理与应用4.4肌纤维类型与肌电的关系4.4.2肌纤维类型与肌肉疲劳和肌电的关系Tesch(1980)的研究表明，FT%高的受试者疲劳快。支持这种观点的人还有Nilsson(1977)，Viitasalo(1978)和Komi(1979)。肌纤维类型与肌力、肌电的关系02-肌电原理与应用4.4肌纤维类型与肌电的关系4.4.2肌纤维类型与肌肉疲劳和肌电的关系02-肌电原理与应用4.4肌纤维类型与肌电的关系4.4.2肌纤维类型与肌肉疲劳和肌电的关系Ochs(1977)发现让受试者用最大力量收缩至疲劳，ST%高的比目鱼肌(70%ST)的IEMG与疲劳前