軀干伸肌動作電位傳導速度與高密度肌電圖的頻譜參數(shù)之間的關系
引言
軀干伸�。═runk extensor muscles）是支撐和穩(wěn)定脊柱的重要肌肉群，當人們進行長時間或高強度活動時，這些肌肉易疲勞。
了解軀干伸肌耐力及其肌肉電活動之間的關系，對于預防和治療與背部相關的疾病，如下背痛（Low back pain），具有重要意義。
研究背景和目的
傳統(tǒng)評估肌肉疲勞的方法是分析表面肌電圖（Surface Electromyography, EMG）。當肌肉疲勞時，電信號的頻譜內(nèi)容通常會表現(xiàn)為頻譜向低頻段移動，中值頻率或平均頻率的下降。頻譜內(nèi)容下降與平均運動單位（MU）動作電位傳導速度的降低有關。盡管以前的研究嘗試將頻譜內(nèi)容的下降與軀干伸肌的耐力時間聯(lián)系起來，但結果并不一致。
為了更深入地理解軀干伸肌的疲勞機制，研究者開始關注另一個指標——運動單位動作電位傳導速度（MU Action Potential Conduction Velocity, CV）。隨著肌肉疲勞的發(fā)展，平均CV會下降，這反映了肌肉纖維傳導速度的減慢。因此，CV可能提供了一個新的視角來評估軀干伸肌的疲勞狀況。
本研究的主要目的是評估在非嚴格控制條件下，進行長時間靜態(tài)軀干前屈時，動作電位傳導速度（CV）的變化率是否與軀干伸肌耐力（堅持時間）相關。同時，比較基于HDsEMG的頻譜分析方法和傳統(tǒng)單通道EMG頻譜分析方法在評估軀干伸肌耐力時的差異。
研究方法
1. 受試者招募與篩選
招募14名無下背疼痛損傷史的健康男性，實驗開始前進行評估，確保其身體狀況符合實驗要求。
2. 實驗設計
靜態(tài)軀干前屈試驗：參與者被要求在一個固定的高度下，雙手持握一個把手，并盡可能長時間地保持軀干前屈的姿勢，直到無法再維持該姿勢為止。這種設計模擬日常生活中長時間靜態(tài)工作負荷，評估軀干伸肌的耐力。
3. 數(shù)據(jù)采集
高密度表面肌電圖（HDsEMG）采集：使用高密度表面肌電圖系統(tǒng)，在參與者的背部脊柱節(jié)段（從T6到L5）的雙側(cè)肌肉上放置電極，電極以網(wǎng)格狀排列，在受試者進行靜態(tài)軀干前屈試驗的過程中，HDsEMG系統(tǒng)會持續(xù)記錄肌肉的電活動數(shù)據(jù)。
4. 數(shù)據(jù)分析
①動作電位傳導速度（CV）估計：使用HDsEMG數(shù)據(jù)，通過相關的算法估計運動單位動作電位的傳導速度（CV）。
②頻譜參數(shù)分析：分析HDsEMG數(shù)據(jù)的頻譜參數(shù)，如中值頻率或平均頻率等。這些參數(shù)反映了肌電信號的頻率分布特性，并與肌肉疲勞狀態(tài)相關。
③相關性分析：使用統(tǒng)計方法（如線性回歸分析）評估CV變化率、頻譜內(nèi)容變化率與軀干伸肌耐力時間之間的相關性。通過計算相關系數(shù)（如R²值）量化變量之間的關系強度和方向。
研究結果
1. 動作電位傳導速度（CV）與耐力時間的關系
在L1和L2之間的外側(cè)電極位置，動作電位傳導速度（CV）的變化率與軀干伸肌的耐力時間之間存在顯著的線性相關性。隨著耐力時間的延長，CV值逐漸降低，且降低趨勢與耐力時間呈高度相關（R²=0.79）。這表明，在軀干伸肌疲勞過程中，CV的變化可以作為評估肌肉耐力水平的一個重要指標。
2. 頻譜參數(shù)與耐力時間的關系
與CV相比，使用頻譜參數(shù)評估軀干伸肌耐力相關性較低。高密度表面肌電圖（HDsEMG）和單通道EMG兩者的頻譜參數(shù)的線性變化率與耐力時間之間的相關性均較低或無顯著相關性。
3. HDsEMG與單差分EMG的比較
兩種方法在評估頻譜參數(shù)時均表現(xiàn)出較低的相關性，但HDsEMG技術比單通道EMG在捕捉肌肉電活動方面具有優(yōu)勢。HDsEMG通過增加電極數(shù)量和密度，提高了肌電信號的采集質(zhì)量和空間分辨率，能更準確定位肌肉活動區(qū)域、分析肌肉纖維類型分布以及評估肌肉間的協(xié)同作用等。單通道EMG電極數(shù)量有限，只能記錄到局部區(qū)域的肌肉電活動，難以全面反映肌肉的整體狀態(tài)。
研究結論和意義
本研究通過HDsEMG技術深入探討了軀干伸肌耐力與電生理特性之間的關系，并得出了CV可以作為評估軀干伸肌耐力的有效指標的結論。
這不僅豐富了我們對肌肉疲勞機制的認識，也為未來的康復訓練和運動員體能評估提供了新的思路和方法。這為未來的康復干預和訓練計劃提供了科學依據(jù)，有助于更好地理解和改善軀干伸肌的功能和耐力。
引用文獻：
Brouwer NP, Tabasi A, Kingma I etc.
Trunk extensor muscle endurance and its relationship to action potential conduction velocity and spectral parameters estimated using high-density electromyography.
J Electromyogr Kinesiol. 2023 Dec;73:102830.
doi: 10.1016/j.jelekin.2023.102830.
Epub 2023 Oct 12.
PMID: 37862925.
關于我們
維拓啟創(chuàng)(北京)信息技術有限公司成立于2006年，是一家專注于腦科學、康復工程、人因工程、心理學、體育科學等領域的科研解決方案供應商。
自2013年起便開始與荷蘭TMSi公司攜手合作，為中國用戶提供了高效、精準的EEG和EMG解決方案，贏得了眾多用戶的信賴和好評。未來，我們將不斷提升自身的服務能力和專業(yè)水平，致力于將優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品、先進的技術和服務帶給各個領域的科研工作者，持續(xù)提升使用體驗。
相關設備
SAGA高密度肌電測量系統(tǒng)
▲單模塊重量僅700g,便攜可穿戴
▲可定制多通道，兩臺設備可并聯(lián)使用
▲集成肌電、腦電等多種生理信號
▲主動屏蔽抗干擾，可移動實時測量
▲硬件不做濾波，數(shù)據(jù)質(zhì)量高
▲電池供電，24小時不間斷測試
新款HD-EMG柔性織物電極
▲標配32、64通道，可增益為128及更高通道排布
▲織物電極可重復使用
▲高精度矩陣式排布
▲易于使用的預涂膠層
▲Ag/AgCl電極信號質(zhì)量穩(wěn)定
▲能完美貼合皮膚的柔性織物材料
HD-EMG柔性織物電極可用于人體各部位
軀干伸�。═runk extensor muscles）是支撐和穩(wěn)定脊柱的重要肌肉群，當人們進行長時間或高強度活動時，這些肌肉易疲勞。
了解軀干伸肌耐力及其肌肉電活動之間的關系，對于預防和治療與背部相關的疾病，如下背痛（Low back pain），具有重要意義。
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傳統(tǒng)評估肌肉疲勞的方法是分析表面肌電圖（Surface Electromyography, EMG）。當肌肉疲勞時，電信號的頻譜內(nèi)容通常會表現(xiàn)為頻譜向低頻段移動，中值頻率或平均頻率的下降。頻譜內(nèi)容下降與平均運動單位（MU）動作電位傳導速度的降低有關。盡管以前的研究嘗試將頻譜內(nèi)容的下降與軀干伸肌的耐力時間聯(lián)系起來，但結果并不一致。
為了更深入地理解軀干伸肌的疲勞機制，研究者開始關注另一個指標——運動單位動作電位傳導速度（MU Action Potential Conduction Velocity, CV）。隨著肌肉疲勞的發(fā)展，平均CV會下降，這反映了肌肉纖維傳導速度的減慢。因此，CV可能提供了一個新的視角來評估軀干伸肌的疲勞狀況。
本研究的主要目的是評估在非嚴格控制條件下，進行長時間靜態(tài)軀干前屈時，動作電位傳導速度（CV）的變化率是否與軀干伸肌耐力（堅持時間）相關。同時，比較基于HDsEMG的頻譜分析方法和傳統(tǒng)單通道EMG頻譜分析方法在評估軀干伸肌耐力時的差異。
研究方法
1. 受試者招募與篩選
招募14名無下背疼痛損傷史的健康男性，實驗開始前進行評估，確保其身體狀況符合實驗要求。
2. 實驗設計
靜態(tài)軀干前屈試驗：參與者被要求在一個固定的高度下，雙手持握一個把手，并盡可能長時間地保持軀干前屈的姿勢，直到無法再維持該姿勢為止。這種設計模擬日常生活中長時間靜態(tài)工作負荷，評估軀干伸肌的耐力。
3. 數(shù)據(jù)采集
高密度表面肌電圖（HDsEMG）采集：使用高密度表面肌電圖系統(tǒng)，在參與者的背部脊柱節(jié)段（從T6到L5）的雙側(cè)肌肉上放置電極，電極以網(wǎng)格狀排列，在受試者進行靜態(tài)軀干前屈試驗的過程中，HDsEMG系統(tǒng)會持續(xù)記錄肌肉的電活動數(shù)據(jù)。
4. 數(shù)據(jù)分析
①動作電位傳導速度（CV）估計：使用HDsEMG數(shù)據(jù)，通過相關的算法估計運動單位動作電位的傳導速度（CV）。
②頻譜參數(shù)分析：分析HDsEMG數(shù)據(jù)的頻譜參數(shù)，如中值頻率或平均頻率等。這些參數(shù)反映了肌電信號的頻率分布特性，并與肌肉疲勞狀態(tài)相關。
③相關性分析：使用統(tǒng)計方法（如線性回歸分析）評估CV變化率、頻譜內(nèi)容變化率與軀干伸肌耐力時間之間的相關性。通過計算相關系數(shù)（如R²值）量化變量之間的關系強度和方向。
研究結果
1. 動作電位傳導速度（CV）與耐力時間的關系
在L1和L2之間的外側(cè)電極位置，動作電位傳導速度（CV）的變化率與軀干伸肌的耐力時間之間存在顯著的線性相關性。隨著耐力時間的延長，CV值逐漸降低，且降低趨勢與耐力時間呈高度相關（R²=0.79）。這表明，在軀干伸肌疲勞過程中，CV的變化可以作為評估肌肉耐力水平的一個重要指標。
2. 頻譜參數(shù)與耐力時間的關系
與CV相比，使用頻譜參數(shù)評估軀干伸肌耐力相關性較低。高密度表面肌電圖（HDsEMG）和單通道EMG兩者的頻譜參數(shù)的線性變化率與耐力時間之間的相關性均較低或無顯著相關性。
3. HDsEMG與單差分EMG的比較
兩種方法在評估頻譜參數(shù)時均表現(xiàn)出較低的相關性，但HDsEMG技術比單通道EMG在捕捉肌肉電活動方面具有優(yōu)勢。HDsEMG通過增加電極數(shù)量和密度，提高了肌電信號的采集質(zhì)量和空間分辨率，能更準確定位肌肉活動區(qū)域、分析肌肉纖維類型分布以及評估肌肉間的協(xié)同作用等。單通道EMG電極數(shù)量有限，只能記錄到局部區(qū)域的肌肉電活動，難以全面反映肌肉的整體狀態(tài)。
研究結論和意義
本研究通過HDsEMG技術深入探討了軀干伸肌耐力與電生理特性之間的關系，并得出了CV可以作為評估軀干伸肌耐力的有效指標的結論。
這不僅豐富了我們對肌肉疲勞機制的認識，也為未來的康復訓練和運動員體能評估提供了新的思路和方法。這為未來的康復干預和訓練計劃提供了科學依據(jù)，有助于更好地理解和改善軀干伸肌的功能和耐力。
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Trunk extensor muscle endurance and its relationship to action potential conduction velocity and spectral parameters estimated using high-density electromyography.
J Electromyogr Kinesiol. 2023 Dec;73:102830.
doi: 10.1016/j.jelekin.2023.102830.
Epub 2023 Oct 12.
PMID: 37862925.
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維拓啟創(chuàng)(北京)信息技術有限公司成立于2006年，是一家專注于腦科學、康復工程、人因工程、心理學、體育科學等領域的科研解決方案供應商。
自2013年起便開始與荷蘭TMSi公司攜手合作，為中國用戶提供了高效、精準的EEG和EMG解決方案，贏得了眾多用戶的信賴和好評。未來，我們將不斷提升自身的服務能力和專業(yè)水平，致力于將優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品、先進的技術和服務帶給各個領域的科研工作者，持續(xù)提升使用體驗。
相關設備
SAGA高密度肌電測量系統(tǒng)
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新款HD-EMG柔性織物電極
▲標配32、64通道，可增益為128及更高通道排布
▲織物電極可重復使用
▲高精度矩陣式排布
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▲Ag/AgCl電極信號質(zhì)量穩(wěn)定
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