肌电与肌力的关系

目前随着科技的发展对肌电图用于技术动作诊断以及肌肉工作特征方面已取得许多成果，并在学术界得到确认。其中关于肌电与肌力关系的基础研究受到许多学者的重视。他们研究人体不同部位肌肉肌电与肌力的关系，结果表明大部分肌肉呈线性关系，少部分肌肉呈指数函数关系。前期的有关研究也一致表明，各种肌肉负荷形式下肌肉收缩力或输出功率的变化与表面肌电图信号的振幅存在着良好的线性关系。因此，在体育科研中有关肌电与肌力间关系的研究也越来越多。

图5-2-1直观地描绘了肌电和肌力间的相互关系，图中列举了肱二头肌、三角肌等肌肉的大样本测试结果，标准化处理后的EMGrms和%MVC呈线性关系。

图5-2-1　3块肌肉的不同用力程度和表面肌电诱发激活程度的相互关系^[14]

图5-2-2直观地说明肌力输出与表面肌电反应间的相互关系，可以看出随着外界负荷的增加，表面肌电的放电量越大，振幅越明显。

图5-2-2　运动负荷（肌力）与表面肌电激活的相互关系

图5-2-3～图5-2-5^[15]表现了肘关节屈伸的3块肌肉，即肱二头肌（biceps brachii，BB）、肱桡肌（brachioradialis，BR）和肱三头肌（triceps brachii，TB）的收缩肌力和肌肉激活程度间的相互关系和特征。从图5-2-3中可以看出：在肘关节55°屈的等长收缩中产生的肌力小于离心收缩；而肌肉的激活程度则相反，前者发挥了更大的激活，后者激活较小；但是从肘关节由165°向心收缩至55°的过程中，BB、BR产生了较大的激活，输出的力值小于此前的165°等长收缩力值。图5-2-4中具体地比较了肘关节以2rad／s的速度做离心和向心收缩过程中的肌力和肱二头肌的激活关系，以及在165°、110°、55°的等长收缩肌力和肌肉激活的比较可以看出符合上述趋势。图5-2-5是肘关节以不同速度的向心、离心运动时，在屈肘110°位置的输出力和3块肌肉的激活程度，以及等长情况下的比较，可以看出作为主动肌的股二头肌、肱桡肌的平均肌电值前者大于后者，作为拮抗肌的肱三头肌与主动肌相比，几乎不参与收缩，平均肌电值很低，即未发挥协同收缩作用；同时还可以看出，向心收缩阶段的平均肌电大于等长收缩aEMG，大于离心收缩aEMG。

图5-2-3　不同收缩方式中上肢肌肉的激活特点

图5-2-4　不同收缩方式中的肌力与肱二头肌肌电激活

图5-2-5　不同速度下肘关节110°处三屈肌的肌电激活和输出力的关系

图5-2-6中记录了膝关节伸肌最大持续收缩1s的股外侧肌的力矩和肌电表现，图中左图为膝关节屈45°位最大等长用力，右图的左侧为向心收缩（从90°屈伸展到0°），右侧为离心收缩（从0°屈离心收缩到90°），速度均为90°／s。此时，把等长收缩条件下的平均值作为100%，即平均肌电355mV作为100%，峰值力矩22．95kgm作为100%；那么，在向心收缩阶段，力矩输出为16．42kgm（72%）、平均肌电为410mV（115%）；离心阶段的力矩输出为23．08kgm（101%）、平均肌电为349mV（EMG 98%）。由此也证明了肌肉的收缩形式不同，其肌肉的动员和输出功也不相同，且离心收缩的输出功大于向心收缩，但肌肉的动员却相反，数值较小。

图5-2-6　膝关节肌肉在不同收缩方式中的肌力与表面肌电特征

Hortobagyi等^[16]对经过12周伸膝等动训练的离心收缩组和向心收缩组实验，观察股外侧肌肌电后发现：与训练前相比，离心收缩训练组离心收缩时RMS增加188%，等长收缩时增加58%；向心收缩训练组向心收缩时RMS增加28%，等长收缩时增加36%。说明了离心训练取得了较向心训练更好的训练效果。

炳强^[17]利用表面肌电信号分析技术对主动肌（肱二头肌）和拮抗肌（肱三头肌）在动态、静态两种运动形式中不同活动水平和功能状态下肌电信号的变化，分别进行同步采集、模拟显示、记录和分析。他在对主动肌和拮抗肌分别分析得到其各自的变化规律的基础上，对两块肌肉随负荷改变和时间延续的肌电变化进行相关分析，揭示其同步变化规律，并寻找能够反映其变化规律的肌电特征指标。研究结果显示，在力-电关系中，静态运动过程中主动肌与拮抗肌肌电特征变化规律基本一致，时域和频域指标在肌肉间相关性也较好；动态运动中时域指标较频域指标的变化规律性强，主动肌与拮抗肌间的相关性也较高。疲劳实验的结果则显示，不论动态还是静态运动，频域指标变化的规律性均较时域指标为佳，拮抗肌间的相关性亦是频域指标优于时域指标。不同负荷下的疲劳，不同指标的规律变化较大，未发现负荷间变化的相关性。总之，在不同活动水平和功能状态下，肱二头肌和肱三头肌分别作为主动肌和拮抗肌，其肌电的变化与肌肉的运动形式和运动强度有较大关系，时域和频域指标亦表现出了各自的规律性，且主动肌与拮抗肌间的相关性也在不同运动形式、运动强度及不同指标间表现出了较大的差异性，在应用时须区别对待。

马国际等^[18]采用功率自行车上做递增负荷运动，起始功率150W，每间隔2min增加50 W，直至疲劳。随着运动负荷的增加，股内肌、股直肌和股外肌的iEMG值也相应增加，其中股内侧肌从150W时的5．82±2．25上升到300W时的15．15±3．19，P＜0．01；股直肌从2．49±1．19上升到8．80±2．80，P＜0．01；股外侧肌从6．80±2．42上升到15．57±3．18，P＜0．01。随着运动负荷的递增，股内侧肌、股外侧肌和股直肌的RMS值均有不同程度的升高现象，其中股内侧肌从150W时的0．10±0．04上升到300W时的0．29±0．06；股直肌从0．04±0．025上升到0．19±0．03；股外侧肌从0．12±0．04上升到0．32±0．07。随着运动负荷的递增，MF值表现为逐渐下降，尤其在200W强度时，下降幅度较为明显。其中，股内侧肌从150W的56．38±6．02下降到300W时的46．12±2．24；股直肌由31．45±3．25下降到23．29±3．91；股外侧肌由56．69±4．44下降到50．11±2．74。说明了表面肌电与负荷间存在良好的线性关系。郭庆芳也指出在中等强度运动时iEMG是随工作强度而逐渐增大的（图5-2-7）。