膝关节最大和次最大等速运动至疲劳过程中主动肌与拮抗肌肌电特征分析

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2015.33.019

中国组织工程研究 ›› 2015, Vol. 19 ›› Issue (33): 5344-5350.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2015.33.019

• 组织构建与生物力学 tissue construction and biomechanics • 上一篇下一篇

膝关节最大和次最大等速运动至疲劳过程中主动肌与拮抗肌肌电特征分析

张肃¹，高峰²

沈阳体育学院，1运动生理教研室，2足球教研室，辽宁省沈阳市 110102

出版日期:2015-08-13 发布日期:2015-08-13
通讯作者: 高峰，硕士，讲师，沈阳体育学院足球教研室，辽宁省沈阳市 110102
作者简介:张肃，男，1960年生，辽宁省沈阳市人，汉族，2001年哈尔滨工业大学毕业，硕士，副教授，主要从事运动生理学研究。
基金资助:
辽宁省科学“十二五”规划2015年度研究基地专项课题(JG15ZXY09)

Electromyographic features of agonists and antagonist muscles of the knee joints during maximal and submaximal isokinetic fatigue

Zhang Su¹, Gao Feng²

1Department of Exercise Physiology, 2Department of Football, Shenyang Sports University, Shenyang 110102, Liaoning Province, China

Online:2015-08-13 Published:2015-08-13
Contact: Gao Feng, Master, Lecturer, Department of Football, Shenyang Sports University, Shenyang 110102, Liaoning Province, China
About author:Zhang Su, Master, Associate professor, Department of Exercise Physiology, Shenyang Sports University, Shenyang 110102, Liaoning Province, China
Supported by:
the 2015 Research Base Special Project during the Scientific “Twelfth Five-Year” Plan of Liaoning Province, No. JG15ZXY09

摘要/Abstract

摘要：

背景：人体关节力量输出主要取决于关节周围主动肌与拮抗肌的激活效果，而拮抗肌通过共激活形式参与肢体活动，从而协助维持关节稳定性。但是肌肉不同收缩模式下拮抗肌共激活的不同中枢策略的报道较少。

目的：观察健康受试者膝关节伸肌在最大和次最大等速运动至疲劳过程中主动肌与拮抗肌表面肌电信号的特征与差别。

方法：对16名在校学生使用Biodex等速训练仪诱发下肢右侧膝关节伸肌等速屈伸运动直至疲劳，同时使用表面肌电仪采集单侧股内侧肌、股外侧肌以及股二头肌的表面肌电信号。分析时域指标均方根振幅百分比以及频域指标平均频率的变化规律。

结果与结论：在膝关节最大等速屈伸运动中峰值力矩下降了40.3%(P < 0.05)，主动肌活动先增加后下降(P < 0.05)，而拮抗肌电活动保持不变。在次最大等速运动中峰值力矩平均下降了40.0%(P < 0.05)，主动肌肌电活动逐渐增加(P < 0.05)，而拮抗肌电活动先增加随后又降低。在指定的交互收缩屈伸运动中作为拮抗肌的股内和股外侧肌的均方根振幅和平均频率没有显著变化(P > 0.05)。结果提示，在不同强度的等速疲劳运动中中枢神经系统对主动肌和拮抗肌采取了不同神经支配策略。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

关键词: 组织构建, 组织工程, 膝关节, 等速疲劳, 主动肌, 拮抗肌, 表面肌电

Abstract:

BACKGROUND: The power output of the human joints depends on the activation of agonists and antagonist muscles around the joints, and the antagonist muscle is involved in physical activity in a co-activated manner, thereby helping to maintain joint stability. But there are less reports on the central nervous system strategies of antagonist co-activation under different muscle contraction modes.
OBJECTIVE: To observe the characteristics and differences of surface electromyography (sEMG) of agonists and antagonist muscles of the knee joints during maximal and submaximal isokinetic exercises until fatigue.
METHODS: Sixteen students were enrolled, who developed the right knee joint fatigue induced by the Biodex isokinetic equipment, and simultaneously sEMG activities of vastus medialis, vastus lateralis and biceps femoris were recorded by the myoelectrical equipment. The RMS (%) and mean frequency were selected to analyze sEMG characteristics.
RESULTS AND CONCLUSION: In the maximal isokinetic fatigue, the peak torque was decreased by 40.3% (P < 0.05) and the sEMG activity of agonists gradually increased and then declined, but the sEMG activity of antagonists kept constant. In the submaximal isokinetic fatigue, the peak torque was decreased by 40.0% (P < 0.05), the sEMG activity of agonists gradually increased (P < 0.05), and however the sEMG activity of the antagonists initially increased and then decreased. The RMS and mean frequency of vastus medialis and lateralis as antagonists at selected reciprocal contractions showed no significant changes (P > 0.05). These results suggest that in the different intensities of isokinetic fatigue, the central nervous system employs different neural strategies on agonists and antagonists.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

Key words: Knee Joint;, Fatigue, Electromyography

中图分类号:

R318

张肃，高峰. 膝关节最大和次最大等速运动至疲劳过程中主动肌与拮抗肌肌电特征分析[J]. 中国组织工程研究, 2015, 19(33): 5344-5350.

Zhang Su, Gao Feng. Electromyographic features of agonists and antagonist muscles of the knee joints during maximal and submaximal isokinetic fatigue[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2015, 19(33): 5344-5350.

图/表（结果） 4

2.1 参与者数量分析纳入受试者16人，试验过程无脱落，均进入结果分析。 2.2 峰值力矩相关系数前后2次向心/离心收缩条件下屈伸肌峰值力矩的相关系数在0.80左右(表1)，前后2次高度相关。因此在本试验中测试的峰值力矩具有较高的可信度。

2.3 力矩变化与疲劳前相比，运动结束时力矩值显著下降。在最大等速运动疲劳过程中，初始力矩为(92.4±24.2)% 峰值力矩，在运动末力矩为(55.2±12.4)% 峰值力矩，力矩平均下降了40.3%(F₁₉_，285=51.238，P < 0.05)，与第1次伸膝力矩相比，从第9次以后力矩显著下降(P < 0.05)。对于次最大等速运动疲劳过程中，初始力矩为(70.5±10.9)% 峰值力矩，运动末力矩为(42.5±20.1)% 峰值力矩，力矩平均下降了40.0%(F₃₉_，585=21.708，P < 0.05)，在运动过程中力矩逐渐下降，从第24次以后力矩开始显著降低(P < 0.05)。见图1。

2.4 主动肌与拮抗肌肌电活动变化 2.4.1 主动肌肌电幅值变化在最大等速运动中，股内侧肌的均方根振幅(F₁₉_，285=13.515，P < 0.05)和股外侧肌的均方根振幅(F₁₉_，285=7.458，P < 0.05)都先上升后下降，对于股内侧肌来说均方根振幅呈现显著上升趋势，直到第5次收缩为止(P < 0.05)，对于股外肌来说均方根振幅显著上升直到第6次收缩为止(P < 0.05)(见图2和图3左半部分)。然后这两块肌肉的肌电活动均方根振幅一直保持恒定，并且从第12次开始显著下降(P < 0.05)。在次最大等速运动中，均方根振幅先维持恒定然后开始显著上升，股内侧肌的均方根振幅(F₃₉_，585=15.811，P < 0.05)在第22次开始显著地上升，股外侧肌的均方根振幅(F₃₉_，585=11.319，P < 0.05)从第20次开始显著上升(见图2和图3右半部分)。 2.4.2 拮抗肌电变化在伸肌等速诱发疲劳过程中，股二头肌作为拮抗肌也产生一定的电活动，但强度较小。在最大等速运动中，作为拮抗肌的股二头肌电活动均方根振幅一直保持恒定，没有显著性变化(F₁₉_，285=1.811，P > 0.05)。而在次最大等速运动中，股二头肌的电活动均方根振幅指标发生了变化(F₃₉_，585=5.364，P < 0.05)，在第17次开始显著增加直到第26次结束(P < 0.05)，然后在第31次开始显著下降直到最后(P < 0.05)(见图4)。

在选定的交互式屈伸运动中，在最大等速运动中5次交互式膝关节屈伸运动中股内侧肌和股外侧肌作为拮抗肌时其肌电均方根振幅指标没有显著性变化(F₄_，60=2.131，P > 0.05)，在次最大等速运动中9次交互式屈伸运动中股内侧肌和股外侧肌作为拮抗肌时其肌电均方根振幅指标也没有显著性变化(F₈_，120=3.072，P > 0.05)(见图5)。对于频率指标来说，平均频率也没有显著性变化(P > 0.05)(见图6)。

参考文献

[1] 文烨.优秀乒乓球运动员肘关节等速屈伸运动时拮抗肌共激活现象研究[J].中国体育科技,2012,48(4):71-77.
[2] 张海红,王健.双侧屈伸肘运动中主动肌与拮抗肌的表面肌电图变化[J].中国运动医学杂志,2009,28(4):431-435.
[3] 王乐军,陆爱云,牛文鑫,等.运动性肌肉疲劳诱发拮抗肌活动变化的特征及机制研究现状与思考[J].中国运动医学杂志, 2014, 33(7): 95-99.
[4] Carregaro R, Cunha R, Oliveira CG, et al. Muscle fatigue and metabolic responses following three different antagonist pre-load resistance exercises.J Electromyogr Kinesiol.2013; 23(5):1090-1096.
[5] Beck TW, Housh TJ, Johnson GO, et al. Mechanomygraphic and electromyographic time and frequency domain responses during submaximal to maximal isokinetic muscle actions of the biceps brachii. Eur J Appl Physiol.2004;92(3): 352–359.
[6] Rodríguez Jiménez S, Benítez A, García González MA, et al. Effect of vibration frequency on agonist and antagonist arm muscle activity.Eur J Appl Physiol. 2015;115(6):1305-1312.
[7] Torrado P, Cabib C, Morales M, et al. Neuromuscular Fatigue after Submaximal Intermittent Contractions in Motorcycle Riders.Int J Sports Med.2015;36(3):96-99.
[8] Plautard M, Guilhem G, Cornu C, et al.Time-course of performance changes and underlying mechanisms during and after repetitive moderately weight-loaded knee extensions. J Electromyogr Kinesiol. 2015;25(3):488-94.
[9] Losher NW,Creswell GA,Thorstensson A. Excitatory drive to the alpha-motoneuron pool during a fatiguing submaximal contraction in man. J Physiol.1996;491(1): 271-280.
[10] Duchateau J, Baudry S. The neural control of coactivation during fatiguing contractions revisited. J Electromyogr Kinesiol. 2014; 24(6):780-788.
[11] Kellis E, Zafeiridis A, Amiridis IG. Muscle coactivation before and after the impact phase of running following isokinetic fatigue.J Athl Train.2011;46(1):11-19.
[12] Weavil JC, Sidhu SK, Mangum TS, et al. Intensity-dependent alterations in the excitability of cortical and spinal projections to the knee extensors during isometric and locomotor exercise.Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2015; 308(12):998-1007.

[13] Beretta-Piccoli M, D'Antona G, Barbero M,et al.Evaluation of central and peripheral fatigue in the quadriceps using fractal dimension and conduction velocity in young females. PLoS One.2015;10(4):e0123921.
[14] Wretling ML, Henriksson-Larsen K, Gerdle B.Inter-relationship between muscle morphology, mechanical output and electromyographic activity during fatiguing dynamic knee-extensions in untrained females. Eur J Appl Physiol.1997;76(6): 483-490.
[15] Robbins DW, Young WB, Behm DG,et al.The effect of a complex agonist and antagonist resistance training protocol on volume load, power output, electromyographic responses, and efficiency. J Strength Cond Res. 2010;24(7):1782-1789.
[16] Linnamo V, Moritani T, Nicol C, et al. Motor unit activation patterns during isometric, concentric and eccentric actions at different force levels. J Electromyogr Kinesiol.2003;13(1): 93-101.
[17] Babault N, Pousson M, Michaut A, et al. Effect of quadriceps femoris muscle length on neural activation during isometric and concentric contractions. J Appl Physiol.2003;94(3): 983-90.
[18] Gray JW, Chandler JM. Percent decline in peak torque production during repeated concentric and eccentric contractions of the quadriceps femoris muscle. J Orthopedics Sports Phys Ther. 1989; 10(8): 309-314.
[19] Kleine B, Stegeman D, Mund D, et al. Influence of motoneuron firing synchronisation on sEMG characteristics in dependence of electrode position. J Appl Physiol.2001;91(4): 1588-1599.
[20] Wakeling JM.Patterns of motor recruitment can be determined using surface EMG. J Electromyogr Kinesiol. 2009;19(2):199-207.
[21] Liu JZ, Shan ZY, Zhang LD, et al. Human brain activation during sustained and intermittent submaximal fatigue muscle contractions: an FMRI study. J Neurophysiol. 2003;90(1): 300-312.
[22] Rodriguez-Falces J, Izquierdo M, González-Izal M,et al. Comparison of the power spectral changes of the voluntary surface electromyogram and M wave during intermittent maximal voluntary contractions.Eur J Appl Physiol. 2014; 114(9):1943-54.
[23] Solomonow MR, Baratta RV, Zhou BH, et al. The synergistic action of the ACL and thigh muscles in maintaining joint stability. Am J Sports Med.1987;15(3): 207-213.

引言

人体关节力量主要取决于关节周围主动肌与拮抗肌的激活效果，关节周围的拮抗肌通过共激活形式参与肢体活动^[1]，从而使关节保持稳定，有学者研究发现拮抗肌共激活水平受很多因素的影响，例如：运动强度^[2]，不同的训练方式^[3]，以及疲劳程度等^[4]。目前，一些学者已经研究了下肢膝关节周围肌肉在不同类型疲劳过程中主动肌与拮抗肌的工作特征，例如：最大等长收缩至疲劳^[5-6]，次最大等长收缩至疲劳^[7-10]，以及等速收缩至疲劳^[11-14]。有研究发现在膝关节伸肌最大等长收缩至疲劳过程中，主动肌肌电活动和力矩值同时下降，而拮抗肌肌电活动保持不变^[15^，^6]。但是在等速运动至疲劳过程中得到的结论不一致，有的发现主动肌电活动增强^[7-8]，有的发现主动肌活动降低，还有的研究发现主动肌活动先增强后降低^[9-10]。

在最大等速运动过程中，拮抗肌的激活水平似乎不受主动肌疲劳的影响^[7]。有研究表明在最大等长收缩至疲劳和次最大等长收缩至疲劳过程中其机制不同^[7^，^10]，主要体现在运动单位激活策略上的不同^[11^，¹³^，^6]，尤其当受试者以一定水平的次最大收缩力进行等长收缩直至力竭时，力矩值可以维持一段时间不变，直到疲劳发生后力矩才开始下降^[13]，而且在力矩保持不变的时间内，主动肌和拮抗肌的肌电活动水平却一直增加^[13-14]。等速收缩与等长收缩时肌肉运动单位激活形式不同^[15-17]，因此不能将肌肉等长收缩至疲劳时的结论直接应用于等速收缩中。目前最大等速收缩与次最大等速收缩过程中运动单位激活形式的差别还不清楚，因此，本研究目预观察膝关节伸肌在最大等速收缩与次最大等速收缩至疲劳过程中拮抗肌与主动肌激活模式的差异，以便进一步了解人体在不同运动形式下中枢对运动单位的激活策略。中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

材料方法

设计：组内实验设计。

时间及地点：试验于2013年6至7月在辽宁省体育科学研究所完成。

对象：本研究以16名在校学生(来自沈阳体育学院竞技体校和沈阳市体校)为观察对象，全部为男性。身高(175.3±1.3) cm、体质量(75.2±7.3) kg，年龄(21.1±1.8)岁，脂肪含量为(14.5±3.5)%。受试者身体状况良好，下肢肌肉没有损伤或者脊髓损伤性疾病，受试者都自愿参加本次实验并在实验前24 h无剧烈运动。

实验仪器与材料：美国产的Biodex等速测试系统，该系统在向心收缩时可以提供0-450 (°)/s的速度和最大 500 Nm的力矩，在离心收缩时可以提供0-200 (°)/s的速度和最大500 Nm的力矩，测量范围为0-360°。遥测表面肌电仪(输入阻抗大于100 MΩ、CMRR(共模抑制比例)大于 100 dB、滤波范围10-500 Hz)、银/氯化银表面电极(上海申风)。

方法：

实验设计方案：首先让每一名受试者进行10 min的蹬踏自行车的热身活动，然后让受试者熟悉等速训练的过程，让受试者以60 (°)/s的速度进行下肢等速屈伸5次，以体验等速收缩的过程。要求受试者在正式试验时膝关节在伸展动作时尽最大力量运动，在屈膝动作时不施加力而是缓慢屈曲到初始位置，这样保证屈膝时肌肉不参与收缩，只有在第1次(1^th)、第5次(5^th)、第10次(10^th)、第15次(15^th)、第20次(20^th)时屈膝动作是发力的，目的是为了观察股内侧肌、股外侧肌在屈膝动中作为拮抗肌时肌电变化。在受试者熟悉试验过程和热身活动之后，受试者进行正式试验，让受试者下肢膝关节进行60 (°)/s的最大力量的屈伸运动，共执行20次。本试验之前进行过预实验，发现受试者膝关节以60 (°)/s进行屈伸运动时，20次左右的最大力量屈伸运动可以达到疲劳效果。

受试者分3次进行等速运动：

第1次是熟悉等速运动的过程，受试者膝关节以60 (°)/s的速度分别在最大和次最大等速条件下进行运动，在最大等速收缩条件下确定峰值力矩后，让受试者以在60 (°)/s下熟悉70%峰值力矩时的运动。

第1次熟悉等速收缩运动后1周，受试者进行第2次最大等速运动，受试者首先进行60 (°)/s条件下的3次向心和离心峰值力矩测试。然后让受试者以60 (°)/s的速度执行最大等速运动20次。

第3次，时隔1周后受试者以70%峰值力矩力量水平进行次最大等速运动。首先让受试者进行60 (°)/s的最大等速运动3次(前后1周各做3次最大收缩，目的是为了检测峰值力矩的可靠性)。然后令受试者膝关节以相当于70%峰值力矩进行次最大等速屈伸运动40次，为了能让受试者保持70%峰值力矩水平，在电脑程序中设置一个70%峰值力矩水平线，受试者在运动过程中能够实时看见70%峰值力矩水平线，以便维持在这个水平。在最大和次最大等速运动中膝关节都保持60 (°)/s的运动速度。

试验过程：正式测试时，运动员采用坐位坐在配套座椅上，髋关节角度约为100°，背部紧靠在座椅上，同时使用加固带将运动员的下肢和躯干固定，连接动力仪的阻力臂将其固定在受试者外踝上3 cm处，调节动力仪的旋转轴使红外光点与膝关节股骨外侧髁一致。然后进行下肢的重力校正，去除下肢的重力干扰因素。膝关节屈曲最大时定为膝关节伸展0°，膝关节处于最大伸位时定为屈曲0°。同时利用软件去除重力干扰校正，去除仪器本身的重力干扰。

简单的热身活动之后，受试者在进行最大等速运动之前，先进行60(°)/s的一系列次向心和离心的最大等速运动，收缩强度逐渐增加直到最大。然后受试者膝关节进行3次最大的向心和离心的等速屈伸运动，为了分别得到最大向心、离心收缩时的峰值力矩以及峰值力矩对应的肌电幅值，作为后续标准化处理的基准值。随后进行正式测试，在正式测试过程中鼓励受试者尽最大力量完成，受试者以60 (°)/s的运动速度连续完成20次，其中在第1次、第5次、第10次、第15次、第20次时膝关节屈肌发力，尽力做屈膝动作，其余次数时屈肌不收缩自然屈曲到初始位。而在次最大等速运动中采用的是第1次、第5次、第10次、第15次、第20次、第25次、第30次、第35次、第40次时屈肌发力。

在等速运动过程中同时记录右腿的股内侧肌、股外侧肌、股二头肌的表面肌电信号，表面肌电信号采用双极引导，两个记录电极至于肌肉肌腹隆起处，距离为2 cm，参考电极置于附近的骨性突起，对于膝关节伸肌股内侧肌和股外侧肌来说，参考电极分别置于胫骨内外侧髁，对于膝关节屈肌股二头肌来说，参考电极置于髂前上棘。

数据采集与处理：将每次伸膝力矩表示为最大伸膝力矩的百分比，即将每次伸膝峰值力矩除以疲劳前测试到的最大峰值力矩。

表面肌电信号的采样频率设置为1 000 Hz。频域指标选取平均频率，时域指标选择均方根振幅作为肌电的特征性变化，计算均方根振幅时间窗口取0.1 s。肌电进行标准化处理方法，对于主动肌来说，将主动肌肌电均方根振幅与60 (°)/s条件下最大向心收缩时峰值力矩对应的肌电值相除；对于拮抗肌来说，将拮抗肌的肌电幅值均方根振幅与60 (°)/s下最大等速离心收缩时峰值力矩对应的肌电均方根振幅相除。最后，所有肌电数据用均方根振幅(%)表示。

主要观察指标：①峰值力矩相关系数。②力矩变化。③主动肌与拮抗肌肌电活动变化。

统计学分析：使用重复测量的方差法分析最大和次最大等速运动诱发的疲劳主效应对膝关节伸肌力矩和肌电特征的影响，以及对膝关节屈肌肌电激活水平的影响。事后两两比较使用Tukey Post-Hoc分析，统计显著水平为0.05。

讨论

本研究结果表明在最大和次最大等速伸膝收缩至疲劳试验中，主动肌和拮抗肌的电活动有明显的差别。在最大等速运动至疲劳实验中，主动肌电活动先增加后减小，而拮抗肌电活动基本保持不变。在次最大等速运动至疲劳实验中，主动肌电活动一直增加，而拮抗肌先增加然后下降。最大和次最大等速运动诱发疲劳方案中的屈伸次数是建立在峰值力矩下降的基础之上，根据文献报道力矩应该下降疲劳前峰值力矩的40%-50%。而本研究通过预实验发现最大等速运动20次和次最大等速运动40次可以使峰值力矩下降到40%-50%。最大和次最大等速运动使力矩分别下降了40.3%和40.0%，在与本研究设计相似的研究中力矩下降水平为47%-70%^[18-20]，可见，本研究中力矩值下降的程度比文献报道的稍低。但是本研究中两种运动方案下力矩值下降程度非常相近，这对于进一步比较两种运动模式下肌肉电活动很重要。

在本研究最大等速运动至疲劳过程中，伸膝动作的主动肌肌电表现为先上升后下降的变化特征，这与其他一些学者的研究结果相近^[9-10]，但是有些研究也表现出与本实验相反的结果，他们发现主动肌电活动一直上升^[19]。在本研究最大等速运动中，运动初始主动肌肌电幅值显著增加一直到运动的第6次，但对应的力矩值并没有显著变化，其原因可能是机体为了始终保持最大力量水平的输出力矩不变，机体需要不断动员新的运动单位或者增加运动单位工作的同步化程度，所以表现为肌电幅值逐渐升高。但随后随着机体肌肉疲劳产生，力矩输出值明显下降，此时之前募集的运动单位已经发生疲劳，表现为肌电幅值逐渐下降。在最大等速运动的运动后期运动单位工作效率降低，可能与机体大脑采取的中枢保护策略有关，Liu等^[21]发现受试者上肢进行最大等长收缩至力竭的过程中大脑运动区a波功率值显著下降，他们认为这可能与保护大脑皮质以免受伤有关。与最大等速运动疲劳相反，次最大等速运动至疲劳时，股内侧和股外侧肌肌电活动一直上升，直到疲劳结束为止。在本研究次最大等速运动过程中，在运动初始时机体不必动员全部的运动单位就能完成运动任务，但是随着运动的进行，之前动员的运动单位发生疲劳不能维持现有强度，所以机体需要动员高阈值运动单位或者需要增加运动单位的同步化程度^[11^，¹⁹^，^22]。此时尽管力矩值下降但是主动肌肌电活动连续增加，这种现象与次最大等长收缩过程中不一致，次最大等长收缩过程中主动肌表现为力矩下降过程中伴随着肌电幅值逐渐下降。这种差异可能与动力性收缩与静力性收缩时运动单位的激活模式和血液阻断方式不同有关^[5^，⁸^，^16]。有研究报道，在等速向心运动中运动单位募集能够达到最大，相反，在等长运动中运动单位激活只能达到一定水平，而力量进一步增加只能通过增加运动单位发放率来实现^[5^，^16]。有研究表明等长收缩与等速收缩相比，前者肌电活动水平要更低一些，这与等长收缩血流阻断程度更深有关^[8]。而本研究结果也从一个侧面证明了这个机制，与最大收缩相比，次最大等速收缩中主动肌肌电水平一直增加，其原因可能就是次最大等速运动中肌肉收缩强度没有最大等速运动时强烈，其血流阻断较轻造成的。

在最大和次最大等速运动至疲劳过程中，作为拮抗肌的股二头肌肌电活动模式也存在着差异。在最大等速运动过程中作为拮抗肌的股二头肌肌电活动始终保持不变，这与以往的研究结果一致^[7-8]。在次最大等速运动中，在收缩到第17次时拮抗肌活动开始显著增加而后下降到初始水平。根据作者所掌握的文献，目前尚未发现在次最大等速收缩条件下的测试。在本次实验中收缩到第31次时拮抗肌肌电活动开始降低，这主要与力矩降低有关。随着膝关节输出力矩下降，膝关节承受的负荷减少，拮抗肌电活动也会跟着下降^[23]。拮抗肌主要以共激活的形式参与关节运动中^[1]，在本研究中膝关节进行等动屈伸运动时，拮抗肌也产生了电活动，但是其电活动要远远低于主动肌。等速伸膝动作的完成的依靠的是膝关节处的净力矩，即主动肌产生的力矩减去拮抗肌产生的力矩，因此要产生较大的伸膝关节净力矩需要拮抗肌肌电强度必然要小于主动肌，这是神经中枢调控的结果^[1]。

主动肌收缩时牵拉肌肉内的感受器产生的神经冲动沿着Ia类型神经纤维一方面传到脊髓内支配同名肌肉的a运动单位，激活主动肌使其强烈收缩，另一方面传入到脊髓内的Ia交互抑制性中间神经元，其发出的神经突触支配拮抗肌的a运动单位，抑制拮抗肌的收缩。在最大等速运动中，拮抗肌肌电活动有下降的趋势，但没有统计学差异。在最大等速运动中，运动后期肌肉发生疲劳时伸肌净力矩明显下降，而此时主动肌的肌电活动也开始下降，但是机体为了尽可能维持之前的净力矩，中枢可能通过抑制拮抗肌的活动来增加净力矩，所以拮抗肌表现为下降趋势。对于次最大等速运动来说，在运动前半部受试者的输出净力矩始终保持一个变化水平，但是主动肌的活动却有上升的趋势，这是由于机体疲劳后募集更多主动肌肌纤维而弥补力矩下降的结果，主动肌肌电活动上升而输出净力矩不变，中枢神经系统只能通过增加拮抗肌的激活水平来维持净力矩不变；而在运动后半期随着疲劳程度进一步加深，净力矩开始下降，而主动肌激活水平增加为了弥补净力矩的下降，但是仅仅依靠增加主动肌激活水平无法弥补力矩下降，中枢神经系统开始启动另一个中枢策略，即降低拮抗肌的激活水平，希望能够进一步提高净力矩水平。

本研究有一个发现尽管同一块肌肉作为主动肌时发生了明显的疲劳，但当其在反方向运动中作为拮抗肌时其肌电活动保持不变，无论是肌电的时域指标均方根振幅还是频域指标平均频率都没有发生明显变化。以往有学者研究发现等速疲劳测试中拮抗肌并没有发生疲劳^[20]，这与本研究结果一致。尽管作为主动肌时发生了疲劳，但当其转换为拮抗肌时，可能中枢对其控制策略发生了变化，没有使拮抗肌的均方根振幅和平均频率发生变化。

结论：本研究显示在最大等速运动疲劳中主动肌活动先增加随后逐渐降低而拮抗肌活动保持不变。在次最大等速运动中主动肌肌电活动逐渐增加，而拮抗肌电活动初始增加随后又降低。这提示主动肌和拮抗肌肌电活动模式取决于等速疲劳测试的强度。中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

膝关节最大和次最大等速运动至疲劳过程中主动肌与拮抗肌肌电特征分析

Electromyographic features of agonists and antagonist muscles of the knee joints during maximal and submaximal isokinetic fatigue

PDF

可视化

被引次数

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表（结果） 4

参考文献

相关文章 15

引言

材料方法

讨论

文章快阅

延伸阅读

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	黄登承, 王志科, 曹学伟. 体外冲击波疗法治疗中老年膝骨关节炎短期疗效对比的荟萃分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1471-1476.
[2]	张同同, 王中华, 文杰, 宋玉鑫, 刘林. 3D打印模型在颈椎肿瘤手术切除与重建中的应用[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1335-1339.
[3]	韦玮, 李剑, 黄林海, 兰敏东, 卢显威, 黄绍东. 全膝或全髋关节置换后老年人首次活动时跌倒恐惧的影响因素[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1351-1355.
[4]	王金军, 邓增发, 刘康, 何智勇, 余新平, 梁建基, 李晨, 郭洲洋. 全膝关节置换静脉滴注氨甲环酸联合含氨甲环酸鸡尾酒局部应用的止血效果及安全性[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1356-1361.
[5]	肖国庆, 刘选泽, 严钰皓, 钟喜红. 后交叉韧带替代型假体全膝关节置换术后屈曲受限的影响因素[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1362-1367.
[6]	黄泽晓, 杨妹, 林诗炜, 何和与. 血清n-3多不饱和脂肪酸水平与全膝关节置换早期股四头肌肌力变化的相关性[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1375-1380.
[7]	曾燕华, 郝延磊. 许旺细胞体外培养及纯化的系统性综述[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 1135-1141.
[8]	仲鹤鹤, 孙鹏鹏, 桑鹏, 吴术红, 刘毅. 模拟重建膝关节后外侧复合体核心韧带后膝关节稳定性评估[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 821-825.
[9]	赵中溢, 李勇阵, 陈峰, 季爱玉. 同期双侧全膝关节置换和单髁置换治疗创伤性关节炎的比较[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 854-859.
[10]	刘少华, 周观明, 陈希聪, 肖可明, 蔡剑, 刘效仿. 前交叉韧带缺陷对固定平台单髁置换后中期疗效的影响[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 860-865.
[11]	张念军, 陈茹. 全膝关节置换过程中鸡尾酒疗法联合股神经阻滞的镇痛效果[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 866-872.
[12]	袁俊, 杨家福. 局部氨甲环酸浸润在非骨水泥全膝关节置换过程中止血效果的评价[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 873-877.
[13]	黄登承, 王志科, 曹学伟. 全膝关节置换中静脉和局部联合或单一应用氨甲环酸：一项随机对照试验的荟萃分析 [J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 948-956.
[14]	李琰, 王佩, 邓东焕, 严伟, 李磊, 姜红江. 电针干预全膝关节置换后疼痛的Meta分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 957-963.
[15]	何祥忠, 陈海云, 刘军, 吕阳, 潘建科, 杨文斌, 何静雯, 黄俊翰. 富血小板血浆联合微骨折对比微骨折治疗膝关节软骨病变的Meta分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 964-969.