躯干伸肌动作电位传导速度与高密度肌电图的频谱参数之间的关系
2024-08-21 来源:本站 点击次数:1879
引言
躯干伸肌（Trunk extensor muscles）是支撑和稳定脊柱的重要肌肉群，当人们进行长时间或高强度活动时，这些肌肉易疲劳。
了解躯干伸肌耐力及其肌肉电活动之间的关系，对于预防和治疗与背部相关的疾病，如下背痛（Low back pain），具有重要意义。
研究背景和目的
传统评估肌肉疲劳的方法是分析表面肌电图（Surface Electromyography, EMG）。当肌肉疲劳时，电信号的频谱内容通常会表现为频谱向低频段移动，中值频率或平均频率的下降。频谱内容下降与平均运动单位（MU）动作电位传导速度的降低有关。尽管以前的研究尝试将频谱内容的下降与躯干伸肌的耐力时间联系起来，但结果并不一致。
为了更深入地理解躯干伸肌的疲劳机制，研究者开始关注另一个指标——运动单位动作电位传导速度（MU Action Potential Conduction Velocity, CV）。随着肌肉疲劳的发展，平均CV会下降，这反映了肌肉纤维传导速度的减慢。因此，CV可能提供了一个新的视角来评估躯干伸肌的疲劳状况。
本研究的主要目的是评估在非严格控制条件下，进行长时间静态躯干前屈时，动作电位传导速度（CV）的变化率是否与躯干伸肌耐力（坚持时间）相关。同时，比较基于HDsEMG的频谱分析方法和传统单通道EMG频谱分析方法在评估躯干伸肌耐力时的差异。
研究方法
1. 受试者招募与筛选
招募14名无下背疼痛损伤史的健康男性，实验开始前进行评估，确保其身体状况符合实验要求。
2. 实验设计
静态躯干前屈试验：参与者被要求在一个固定的高度下，双手持握一个把手，并尽可能长时间地保持躯干前屈的姿势，直到无法再维持该姿势为止。这种设计模拟日常生活中长时间静态工作负荷，评估躯干伸肌的耐力。
3. 数据采集
高密度表面肌电图（HDsEMG）采集：使用高密度表面肌电图系统，在参与者的背部脊柱节段（从T6到L5）的双侧肌肉上放置电极，电极以网格状排列，在受试者进行静态躯干前屈试验的过程中，HDsEMG系统会持续记录肌肉的电活动数据。
4. 数据分析
①动作电位传导速度（CV）估计：使用HDsEMG数据，通过相关的算法估计运动单位动作电位的传导速度（CV）。
②频谱参数分析：分析HDsEMG数据的频谱参数，如中值频率或平均频率等。这些参数反映了肌电信号的频率分布特性，并与肌肉疲劳状态相关。
③相关性分析：使用统计方法（如线性回归分析）评估CV变化率、频谱内容变化率与躯干伸肌耐力时间之间的相关性。通过计算相关系数（如R²值）量化变量之间的关系强度和方向。
研究结果
1. 动作电位传导速度（CV）与耐力时间的关系
在L1和L2之间的外侧电极位置，动作电位传导速度（CV）的变化率与躯干伸肌的耐力时间之间存在显著的线性相关性。随着耐力时间的延长，CV值逐渐降低，且降低趋势与耐力时间呈高度相关（R²=0.79）。这表明，在躯干伸肌疲劳过程中，CV的变化可以作为评估肌肉耐力水平的一个重要指标。
2. 频谱参数与耐力时间的关系
与CV相比，使用频谱参数评估躯干伸肌耐力相关性较低。高密度表面肌电图（HDsEMG）和单通道EMG两者的频谱参数的线性变化率与耐力时间之间的相关性均较低或无显著相关性。
3. HDsEMG与单差分EMG的比较
两种方法在评估频谱参数时均表现出较低的相关性，但HDsEMG技术比单通道EMG在捕捉肌肉电活动方面具有优势。HDsEMG通过增加电极数量和密度，提高了肌电信号的采集质量和空间分辨率，能更准确定位肌肉活动区域、分析肌肉纤维类型分布以及评估肌肉间的协同作用等。单通道EMG电极数量有限，只能记录到局部区域的肌肉电活动，难以全面反映肌肉的整体状态。
研究结论和意义
本研究通过HDsEMG技术深入探讨了躯干伸肌耐力与电生理特性之间的关系，并得出了CV可以作为评估躯干伸肌耐力的有效指标的结论。
这不仅丰富了我们对肌肉疲劳机制的认识，也为未来的康复训练和运动员体能评估提供了新的思路和方法。这为未来的康复干预和训练计划提供了科学依据，有助于更好地理解和改善躯干伸肌的功能和耐力。
引用文献：
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.
关于我们
维拓启创(北京)信息技术有限公司成立于2006年，是一家专注于脑科学、康复工程、人因工程、心理学、体育科学等领域的科研解决方案供应商。
自2013年起便开始与荷兰TMSi公司携手合作，为中国用户提供了高效、精准的EEG和EMG解决方案，赢得了众多用户的信赖和好评。未来，我们将不断提升自身的服务能力和专业水平，致力于将优质的产品、先进的技术和服务带给各个领域的科研工作者，持续提升使用体验。
相关设备
SAGA高密度肌电测量系统
▲单模块重量仅700g,便携可穿戴
▲可定制多通道，两台设备可并联使用
▲集成肌电、脑电等多种生理信号
▲主动屏蔽抗干扰，可移动实时测量
▲硬件不做滤波，数据质量高
▲电池供电，24小时不间断测试
新款HD-EMG柔性织物电极
▲标配32、64通道，可增益为128及更高通道排布
▲织物电极可重复使用
▲高精度矩阵式排布
▲易于使用的预涂胶层
▲Ag/AgCl电极信号质量稳定
▲能完美贴合皮肤的柔性织物材料
HD-EMG柔性织物电极可用于人体各部位
躯干伸肌（Trunk extensor muscles）是支撑和稳定脊柱的重要肌肉群，当人们进行长时间或高强度活动时，这些肌肉易疲劳。
了解躯干伸肌耐力及其肌肉电活动之间的关系，对于预防和治疗与背部相关的疾病，如下背痛（Low back pain），具有重要意义。
研究背景和目的
传统评估肌肉疲劳的方法是分析表面肌电图（Surface Electromyography, EMG）。当肌肉疲劳时，电信号的频谱内容通常会表现为频谱向低频段移动，中值频率或平均频率的下降。频谱内容下降与平均运动单位（MU）动作电位传导速度的降低有关。尽管以前的研究尝试将频谱内容的下降与躯干伸肌的耐力时间联系起来，但结果并不一致。
为了更深入地理解躯干伸肌的疲劳机制，研究者开始关注另一个指标——运动单位动作电位传导速度（MU Action Potential Conduction Velocity, CV）。随着肌肉疲劳的发展，平均CV会下降，这反映了肌肉纤维传导速度的减慢。因此，CV可能提供了一个新的视角来评估躯干伸肌的疲劳状况。
本研究的主要目的是评估在非严格控制条件下，进行长时间静态躯干前屈时，动作电位传导速度（CV）的变化率是否与躯干伸肌耐力（坚持时间）相关。同时，比较基于HDsEMG的频谱分析方法和传统单通道EMG频谱分析方法在评估躯干伸肌耐力时的差异。
研究方法
1. 受试者招募与筛选
招募14名无下背疼痛损伤史的健康男性，实验开始前进行评估，确保其身体状况符合实验要求。
2. 实验设计
静态躯干前屈试验：参与者被要求在一个固定的高度下，双手持握一个把手，并尽可能长时间地保持躯干前屈的姿势，直到无法再维持该姿势为止。这种设计模拟日常生活中长时间静态工作负荷，评估躯干伸肌的耐力。
3. 数据采集
高密度表面肌电图（HDsEMG）采集：使用高密度表面肌电图系统，在参与者的背部脊柱节段（从T6到L5）的双侧肌肉上放置电极，电极以网格状排列，在受试者进行静态躯干前屈试验的过程中，HDsEMG系统会持续记录肌肉的电活动数据。
4. 数据分析
①动作电位传导速度（CV）估计：使用HDsEMG数据，通过相关的算法估计运动单位动作电位的传导速度（CV）。
②频谱参数分析：分析HDsEMG数据的频谱参数，如中值频率或平均频率等。这些参数反映了肌电信号的频率分布特性，并与肌肉疲劳状态相关。
③相关性分析：使用统计方法（如线性回归分析）评估CV变化率、频谱内容变化率与躯干伸肌耐力时间之间的相关性。通过计算相关系数（如R²值）量化变量之间的关系强度和方向。
研究结果
1. 动作电位传导速度（CV）与耐力时间的关系
在L1和L2之间的外侧电极位置，动作电位传导速度（CV）的变化率与躯干伸肌的耐力时间之间存在显著的线性相关性。随着耐力时间的延长，CV值逐渐降低，且降低趋势与耐力时间呈高度相关（R²=0.79）。这表明，在躯干伸肌疲劳过程中，CV的变化可以作为评估肌肉耐力水平的一个重要指标。
2. 频谱参数与耐力时间的关系
与CV相比，使用频谱参数评估躯干伸肌耐力相关性较低。高密度表面肌电图（HDsEMG）和单通道EMG两者的频谱参数的线性变化率与耐力时间之间的相关性均较低或无显著相关性。
3. HDsEMG与单差分EMG的比较
两种方法在评估频谱参数时均表现出较低的相关性，但HDsEMG技术比单通道EMG在捕捉肌肉电活动方面具有优势。HDsEMG通过增加电极数量和密度，提高了肌电信号的采集质量和空间分辨率，能更准确定位肌肉活动区域、分析肌肉纤维类型分布以及评估肌肉间的协同作用等。单通道EMG电极数量有限，只能记录到局部区域的肌肉电活动，难以全面反映肌肉的整体状态。
研究结论和意义
本研究通过HDsEMG技术深入探讨了躯干伸肌耐力与电生理特性之间的关系，并得出了CV可以作为评估躯干伸肌耐力的有效指标的结论。
这不仅丰富了我们对肌肉疲劳机制的认识，也为未来的康复训练和运动员体能评估提供了新的思路和方法。这为未来的康复干预和训练计划提供了科学依据，有助于更好地理解和改善躯干伸肌的功能和耐力。
引用文献：
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.
关于我们
维拓启创(北京)信息技术有限公司成立于2006年，是一家专注于脑科学、康复工程、人因工程、心理学、体育科学等领域的科研解决方案供应商。
自2013年起便开始与荷兰TMSi公司携手合作，为中国用户提供了高效、精准的EEG和EMG解决方案，赢得了众多用户的信赖和好评。未来，我们将不断提升自身的服务能力和专业水平，致力于将优质的产品、先进的技术和服务带给各个领域的科研工作者，持续提升使用体验。
相关设备
SAGA高密度肌电测量系统
▲单模块重量仅700g,便携可穿戴
▲可定制多通道，两台设备可并联使用
▲集成肌电、脑电等多种生理信号
▲主动屏蔽抗干扰，可移动实时测量
▲硬件不做滤波，数据质量高
▲电池供电，24小时不间断测试
新款HD-EMG柔性织物电极
▲标配32、64通道，可增益为128及更高通道排布
▲织物电极可重复使用
▲高精度矩阵式排布
▲易于使用的预涂胶层
▲Ag/AgCl电极信号质量稳定
▲能完美贴合皮肤的柔性织物材料
HD-EMG柔性织物电极可用于人体各部位
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