神经力学延迟（NMD）指的是中枢神经系统向肌肉发出神经驱动信号与肌肉实际产生力之间的时间差。与传统的机电延迟不同，NMD适用于持续收缩状态下的肌肉控制评估，能够更真实地反映神经-肌肉耦合的动态特性。已有研究表明，NMD受收缩速度、肌束长度、肌肉群类型等因素影响，但在不同收缩强度下的变化规律尚不明确，尤其是高于40%最大自主收缩（MVC）强度的情况鲜有研究。本研究聚焦于股四头肌在等长收缩任务中，NMD如何随收缩强度变化。作者假设，随着收缩强度增加，NMD会缩短，这可能与高阈值运动单位的 recruitment、肌肉-肌腱单位刚度增加及肌束长度缩短等机制有关。理解NMD的变化规律，对于揭示神经控制肌肉的基本原理以及评估神经肌肉疾病患者的康复状态具有重要意义。
 
论文摘要
 
本研究旨在探讨股四头肌在不同收缩强度下的神经力学延迟变化。13名健康男性志愿者分别完成10%、30%、50%和70% MVC的等长梯形收缩任务。研究采用高密度表面肌电采集股外侧肌和股内侧肌的运动单位放电信号，构建累积锋电位序列作为神经驱动指标，并通过与力信号的互相关分析计算NMD。结果显示，NMD随收缩强度增加显著缩短（p < 0.001），从10% MVC时的175.8 ± 44.1 ms下降至70% MVC时的121.6 ± 34.6 ms（降幅31%）。两种滤波方法均支持这一趋势，且0.75–5 Hz滤波下还检测到30%与50% MVC之间的显著差异。研究表明，NMD具有强度依赖性，可能反映高阈值运动单位 recruitment 带来的肌肉力学特性变化。本研究为理解神经-肌肉耦合的时间特性提供了新视角。

研究方法
 
研究对象为13名无下肢伤病史的健康男性（年龄24.3 ± 2.8岁）。实验采用等长梯形收缩任务，目标强度分别为10%、30%、50%和70% MVC，收缩斜率为10% MVC/s，稳态持续10秒。使用高密度表面肌电系统（型号GR08MM1305，OT Bioelectronica，意大利）采集股外侧肌和股内侧肌的64通道肌电信号，采样率2048 Hz。电极布置沿肌束方向，主要神经支配区位于第6与第7行电极之间。信号经20–500 Hz带通滤波后，采用DEMUSE软件进行运动单位分解，保留脉冲噪声比≥30 dB的运动单位。构建累积锋电位序列作为神经驱动指标。采用两种滤波方法：一是0.75–2 Hz带通滤波，二是400 ms Hanning窗口加0.75–5 Hz带通滤波。随后对每4秒段的力信号与CST进行互相关分析，步进50 ms，共80段，取平均时间延迟作为NMD。
 

 
实验结果
 
研究共分析了653个运动单位（股外侧肌374个，股内侧肌279个）。随着收缩强度增加，运动单位平均放电率显著升高（p < 0.001），股内侧肌从10% MVC的10.2 pps升至70% MVC的13.5 pps；平均募集阈值也显著升高（p < 0.001），股外侧肌从6.0% MVC升至44.9% MVC，表明高阈值运动单位在高强度下被大量募集。NMD方面，采用0.75–2 Hz滤波时，均值从10% MVC的175.8 ± 44.1 ms降至70% MVC的121.6 ± 34.6 ms，降幅31%；采用0.75–5 Hz滤波时，从150.4 ± 28.1 ms降至104.3 ± 24.9 ms。线性混合模型分析显示收缩强度对NMD有显著主效应（p < 0.001）。互相关函数值在0.62–0.73之间，表明神经驱动与力信号具有良好的时间耦合性。
 

 
总结与展望
 
本研究首次系统揭示了股四头肌在10%至70% MVC范围内，NMD随收缩强度增加而显著缩短的现象，降幅最高达31%。这一变化可能源于高阈值运动单位的 recruitment，其具有更快的力发生时间和更高的肌肉-肌腱单位刚度，从而加快力的传递过程。此外，尽管本研究未直接测量肌束长度，但已有文献支持在高强度收缩下股外侧肌肌束长度缩短，也可能促进NMD降低。研究局限性包括：仅纳入健康年轻男性、低阈值运动单位在高强度下被低估、以及未追踪同一运动单位跨强度变化。未来研究应在女性、老年人及神经肌肉疾病患者中验证NMD的变化规律，并探索其在康复评估、疲劳监测和前交叉韧带重建术后功能恢复中的潜在应用价值。

原文链接

doi:10.1152/jn.00389.2024

研究团队介绍

本研究团队由Rafael Kratschmer、Maleen Stingl、Denis Holzer和Florian Kurt Paternoster四位成员组成，隶属于德国慕尼黑工业大学（TUM）健康与运动科学系和慕尼黑联邦国防军大学人类科学系。团队依托TUM运动生物力学教席和预防中心等平台，长期致力于神经力学耦合、运动单位行为及肌肉力学等领域的基础研究。本研究聚焦于神经力学延迟在不同收缩强度下的变化规律，采用高密度表面肌电等前沿手段，深入探讨了运动单位募集与力输出之间的时间依赖关系。
 
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