同步激活或共同收缩

1．共同收缩的概念

随着人们对肌肉电生理学和肌电图技术认识的逐渐深入，越来越多的学者认识到主动肌、拮抗肌和协同肌的功能特性和相互间的协调性在运动中的重要意义。所以，很多学者开始探讨表面肌电图信号的变化与肌肉本身生理过程以及运动控制之间存在的相关联系。其中，肌肉共同收缩（co-contraction）就是最具代表性的研究视角。目前普遍认为如果肌肉收缩不协调，关节将可能超过其正常的移动极限而加大软骨的负荷导致损伤（O'Conner BL，1993）。正常情况下，当主动肌收缩时，中枢神经系统会控制拮抗肌协调地放松或做适当的离心收缩。在进行大负荷运动时，强烈的兴奋可能超过选择性抑制的能力，而引起拮抗肌和远处肌肉的同时收缩（图7-2-1）。共同收缩又称为协同收缩、共同作用、共同活化（coactivity）、同步激活（co-activation），是指主动肌与拮抗肌或协同肌在特定时间段内同时激活（firing）。共同收缩是反映拮抗肌与主动肌肌肉间相互协调性的指标（刘强，2003；陈星宇，2004）。这种肌肉间的协同工作关系是影响肌肉收缩力量大小的主要因素之一（王清，2004）。

图7-2-1　半蹲跳和反向跳过程中的表面肌电图

另外，有些学者认为共收缩可以提高关节刚度（greater joint stiffness）^[31]，如踝关节^[32]、肘关节^[33]、躯干髋关节^[34]（图7-2-2）。魏勇等^[35]综述了国内外在肌肉共同收缩领域的相关研究成果。

图7-2-2　腹背肌群的协调共收缩实验结果

从图7-2-1中可以看出，胫骨前肌（TA）在两种跳跃练习中，在起跳离地瞬间出现了较大激活，形成了与股直肌（RF）的同步收缩，增加了末端环节的用力效果；另外，股二头肌（BF）作为膝关节伸肌的对抗肌群，在半蹲跳中，激活较小，而在反向跳动作中，特别是在蹬伸动作的后期也积极放电，与前群共同收缩，提高膝关节的稳定性和弹性刚度，达到最佳的对外输出功。

从图7-2-2中可以看出，受试者为了保持直立姿势，当受到向前的拉力（maximum voluntary extension，15%MVE）作用时，其主动向后用力，即积极激活躯干伸肌群竖脊肌（lumbar paraspinals，LP）发力，同时，躯干的屈肌群腹直肌（rectus abdominis，RA）、腹内斜肌（internal oblique，IO）、腹外斜肌（external oblique，EO）等肌群也积极参与协同收缩，两者产生共同收缩，进而加强了髋关节的刚度，形成了稳固的姿势。并且，随着负荷的增加（30%MVE）共收缩表现越显著，即前群肌肉的激活程度显著增加，而作为主动肌的竖脊肌则呈现减小的趋势。这一现象值得今后在身体训练中引起重视。

共同收缩的计算指标主要包括共同收缩时间比、拮抗肌与主动肌活化程度的直接比值以及协同收缩率等。

图7-2-3　肌肉共同收缩时间比示意图

（1）共同收缩时间比：是指肌肉共同收缩时间（t2～t3）占肌肉工作时间长度（t4～t1）的百分比，即（t2～t3）／（t4～t1）·100%。如图7-2-3所示。

Aboth active＝both muscles simultaneously active，代表两块肌肉同时激活；

Beither active＝total activity（either muscle active），代表肌肉总激活时；

Cboth inactive＝both muscles simultaneously inactive，代表两块肌肉同时处于非活动状态；

Deither inactive＝total inactivity（either muscle inactive），代表肌肉总不激活时。

（2）拮抗肌与主动肌活化程度的直接比值：即采用拮抗肌／主动肌肌电比值反映两块肌肉的协调运动方式（Aagaard P，2000）。这表示肌肉活化的程度可以用积分肌电（郭士龙，2004；王可富，2005），也可以用均方根振幅（黄奕铭，2003）。

（3）共同收缩指数：Kellis E等在实验中要求10名男性跳远运动员从20、40、60cm的不同高度跳下，测试其股直肌和股二头肌的共同收缩指数（co-contraction index，CI）。结果显示，在评估肌肉共同收缩时CI是一个有用指标。

（4）协同收缩率（Hammond MC，1988；燕铁斌，2003）计算公式如下：

张海红^[36]也指出CR是依据中枢神经系统共激活理论建立的评价拮抗肌收缩产生拮抗效应的新方法。CR将主动肌和拮抗肌的表面肌电信号活动作为一个整体，然后进一步计算拮抗肌活动信号占总体活动信号的比例，这一构思符合Luca对共激活作用的定义。结论为CR值越大，表明拮抗效应越强；反之越弱。

（5）相关系数：有研究指出，通过收缩肌和对抗肌或称拮抗肌群的表面肌电信号值的相关系数，研究屈伸肌群的共激活模式（或称同步激活模式）是一种较成熟的方法^[37]。

2．共同收缩在动作评价中的应用

王思婷（2004）利用表面肌电检测网球选手双手反拍击球动作，发现惯用手与非惯用手加速期的肱二头肌和肱三头肌以及伸腕肌和屈腕肌，皆产生“共同作用”现象；江劲彦（1999）指出网球选手挥击动作时，伸腕肌与屈腕肌产生了肌肉共同作用，目的是为了稳固腕关节避免发生网球肘伤害；郭士龙（2004）对排球扣球动作肌群，王可富（2005）对羽毛球杀球动作手臂肌群的肌电分析均证实共同收缩的存在，并因此提出了训练的建议。

Marsden CD（1983）在快速动作中发现拮抗肌可能和主动肌同时开始作用，动作的速度不仅会影响主动肌活动，也会影响拮抗肌的活动，形成共同收缩。

作者对两种振动模式下的前后肌群在相对状态下的变化情况进行了相关系数计算，所得结果如表7-2-1所示。从表中可以看出，后群与前群间存在统计学显著相关关系。从大腿前后群伸屈比的变化也可以发现：伸屈比呈现减小趋势，且具有很高的相关关系。这说明，振动训练对大腿屈伸肌群产生了很高的同步激活功能，通过同时动员更多的运动单位参与工作，进而达到同步激活来提高肌肉力量，以避免因过分发展某一肌群引起肌力失衡，导致肌肉拉伤。因此，该研究证明了振动训练能够促进屈伸肌群的协调发展，达到肌肉收缩的最大力量和快速力量的提高，认为同步收缩的机制可能与振动诱发同步激活一致（图7-2-4，图7-2-5）。彭春政^[38]等认为：“TVR的反馈调节由单突触闭合和多突触非闭合两种传导途径进行调节。根据肌电图波谱分析认为单突触闭合的传导主要激活高阈值的快运动单位，而多突触非闭合传导主要调节低阈值慢运动单位的活性。肌电图研究表明，低频刺激主要以单突触传导途径为主；高频振动时情况恰好相反。但研究还发现，适当的多突触非闭合传导途径对单突触闭合传导途径具有一定的调节作用。通过多突触传导的这种调节作用，使快、慢肌发放冲动的频率尽量接近一致，以提高运动神经元发放冲动的同步性。”研究发现，中枢神经系统调节的多突触非闭合传导途径能加强邻近肌肉（主要是协同肌）Ia运动神经元的兴奋，并且如上面提到的加强了突触后强化，因此协同肌运动单位募集的数量也相应增多，加强了主动肌和协同肌的协调性和同步性，也提高了中枢神经系统的协调性。

表7-2-1　不同振动条件下大腿伸屈肌群激活程度的相关系数表

采用图7-2-6的程序得到图7-2-7的结果，可以定性地判断两肌肉间曲线相似程度（如图左侧曲线图），以及具体定量结果（如图右侧柱状图振幅值），直接判读存在的差距。

图7-2-6　MyorecerchXP软件中提供的各种对称比较程序

Hassani^[39]对少年和成年群体的膝关节角度作用展开研究（图7-2-8，图7-2-9），得出的结论是：成人在股内侧肌和股外侧肌的关节角度全部范围内均高于少年，但差异不显著；少年组的屈肌（股二头肌）参与共激活程度较高，并与成人组相比呈现显著统计学差异。

图7-2-7　膝关节自然屈伸过程中肌电图的协同比较

图7-2-8　不同群体的不同膝关节伸展肌肉的激活程度

图7-2-9　膝关节屈肌中股二头肌的共激活比较