康樂，張建國，劉合榮

日常生活活動中人體下肢肌肉的表面肌電特性①

康樂，張建國，劉合榮

目的 探討個體完成日常生活活動時下肢主要肌肉群肌電信號特征。方法30名正常成年人完成7個基本動作，同步檢測雙側股直肌、股內側肌、股外側肌、腓腸肌外側、脛前肌和比目魚肌的表面肌電平均肌電值(AEMG)。結果和結論在日常生活活動中，左右下肢肌肉的發(fā)力有顯著性差異，下肢各肌肉發(fā)力有顯著性差異，男、女性在完成日常生活活動時下肢發(fā)力方式不同。

表面肌電；日常生活活動；下肢；平均肌電

[本文著錄格式]康樂，張建國，劉合榮.日常生活活動中人體下肢肌肉的表面肌電特性[J].中國康復理論與實踐,2012,18(9): 816-819.

表面肌電(surface electromyography,sEMG)信號是從肌肉表面通過電極引導、記錄下來的神經肌肉系統(tǒng)活動時的生物電信號[1]，采集肌肉活動/動作(等張、等長、等速)時的肌電信號能對神經肌肉功能做定量和定性分析，其信號的振幅和頻率等特征反映了不同的肌肉活動水平和功能狀態(tài)[2]，并能推測神經肌肉的病變特性，主要適用于康復醫(yī)學中功能和療效的評價[3-4]。

了解正常人在日常生活活動時下肢運動的肌肉狀態(tài)，對于臨床康復評定及假肢的研發(fā)有重要的參考意義[5]。楊唐柱等對日常生活活動中上肢的表面肌電進行了研究，對比了偏癱患者與正常人的差異[6]；王健等采用平均肌電(average electromyography,AEMG)對不同步速、不同鞋底情況下的下肢相關肌肉進行了分析[7]；壽依群等通過關節(jié)角度測量和評定量表評定了下肢康復治療對日常生活活動能力的影響[8]。本文測量正常被試者下肢主肌肉群完成日常生活活動時的AEMG，以了解下肢肌肉在完成日常活動時的活動規(guī)律，為康復評定及假肢研發(fā)提供參考[9]。

1 資料與方法

1.1 一般資料 青年人30名，其中男性15名，女性15名；年齡(24.1±1.9)歲；身高：男性(172.6±4.9)cm，女性(160.3±4.1)cm；體重：男性(62.8±3.6)kg，女性(51±5.2)kg；無運動神經類疾病，最近6個月內下肢無運動損傷、扭傷、斷裂等運動系統(tǒng)傷病，受試前24 h未進行劇烈運動，無皮膚過敏。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設備 JE-TB0810肌電儀，操作軟件JANALYSISE100C；一次性使用心電電極，電極粘附區(qū)直徑50mm，導電區(qū)直徑10mm。

1.2.2 人體下肢動作的確定 通過對人體日常生活活動(ADL)的研究，提取出下肢7個基本動作，分別為站姿到坐姿、坐姿到站姿、站姿到蹲姿、蹲姿到站姿、平地步行、上樓梯、下樓梯，每個動作都做了統(tǒng)一，以減小個體差異。

1.2.3 人體下肢主要肌肉群的確定 根據(jù)人體解剖學中下肢各肌肉的位置及其在各運動中的作用，確定6塊肌肉為表面肌電測試肌肉：股直肌、股內側肌、股外側肌、腓腸肌、脛前肌和比目魚肌。

1.2.4 試驗步驟 受試者暴露雙側下肢，酒精棉球脫脂，電極粘貼于待測肌肉肌腹最隆起處，記錄電極盡量與肌纖維平行，參考電極與紀錄電極形成正三角形，電極間距離2～3 cm[10]。試驗者經過指導訓練，完成前述7個基本動作，每個動作重復3次，得到原始肌電信號，JANALYSISE100C軟件處理AEMG。

1.3 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 16.0統(tǒng)計軟件進行分析。經W檢驗，具有正態(tài)性，進行配對t檢驗，顯著性水平α=0.05。

2 結果

2.1 對稱性 在同一動作下，左、右腿肌肉AEMG有顯著性差異；男性AEMG大都小于女性。見表1、表2。

2.2 活動性 單取右腿AEMG，進行標準化處理。

2.2.1 相同動作下不同肌肉的活動性 在同一動作下該名被試者各肌肉AEMG除以6塊肌肉中的最大值，再取平均值(AEMG比值)。男性AEMG比值的標準差為0.02～0.27，女性為0～0.48。結果顯示，在完成日常生活活動時，男性發(fā)力最大的肌肉是股內肌，女性在完成上、下樓梯時股內肌發(fā)力最大，其他動作則是股外肌(圖1)。據(jù)圖也可得到完成日常生活活動時，下肢肌肉發(fā)力大小順序。男性與女性的肌肉活動性順序有差別，可能是由于男性與女性在完成動作時的發(fā)力方式不一樣。

表1 男性完成日常生活活動時下肢肌肉AEMG

表2 女性完成日常生活活動時下肢肌肉AEMG

圖1 同一動作下下肢各肌肉發(fā)力大小

2.2.2 同一肌肉在不同動作下的活動性 同一肌肉在不 同動作下的AEMG除以該肌肉在7個動作下AEMG最大值，再取平均值(AEMG比值)。男性AEMG比值的標準差為0～0.23，女性為0.07～0.33。男性下肢各肌肉主要在蹲姿到站姿和站姿到蹲姿動作中發(fā)力較大，而女性則是在上、下樓梯動作中發(fā)力較大；男性、女性在平地步行中下肢肌肉發(fā)力都不大。

圖2 同一肌肉在不同動作下的發(fā)力大小

3 討論

Burnett對正常人步行、坐到站、站到坐時足底壓力和肌電信號進行研究，發(fā)現(xiàn)人體正常完成動作時，左、右下肢的足底壓力無顯著性差異，肌腱肌電信號在坐到站動作中有顯著性差異，其余動作中無顯著性差異[11]，表明左、右腿整體功能狀態(tài)是對稱的。但針對具體的肌肉，本試驗表明在不同動作下，肌肉的功能狀態(tài)有顯著性差異。

人體完成日常生活活動時，下肢整體發(fā)力對稱，但左、右腿肌肉的發(fā)力狀態(tài)表現(xiàn)出顯著性差異。AEMG值越大，說明肌力較差，需募集更多的運動單元來完成動作；同樣力度下，肌力差的肌肉更容易疲勞。這可為探究下肢殘疾病理及康復訓練提供參考。

人體在完成不同日常生活活動時，下肢不同肌肉的活動狀態(tài)有差別，大腿部的3塊肌肉股直肌、股內肌、股外肌起著更重要的作用。

得到正常男、女性完成日常生活活動時，下肢肌肉的活動狀態(tài)順序，可以為假肢設計或者機器人設計提供參考；發(fā)現(xiàn)男性與女性在完成相同日常生活活動時，下肢肌肉的活動狀態(tài)順序有差別，這可能是男、女性完成日常生活活動時，腿部發(fā)力方式不同。

男性、女性完成日常生活活動時的難易程度不一樣，男性更難完成蹲起，女性更難完成上、下樓梯，可為制訂由易到難的康復方案提供參考。

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Sur face Electrom yography of Lower Lim bs during Activities of Daily Living for Norm al Adults

KANG Le,ZHANG Jian-guo,LIU He-rong.College ofMechanical Engineering,Tianjin University ofScience&Technology,Tianjin 300222,China

ObjectiveTo survey the characteristics of surface electromyography(sEMG)of lower extrem ity during the activities of daily living(ADL).M ethods30 normal adults performed 7 basic activities,while their average electrom yography(AEMG)of sEMG of rectus femoris,vastusmedialis,vastus lateralis,gastrocnem ius,anterior tibialis,and soleus was determ ined.Resu lts and ConclusionThe AEMG of low er limbs during the ADLwas different in leftor right,male or female,and differentmuscles.

surface electromyography;activitiesof daily living;lower limb;average electromyography

R741.044

A

1006-9771(2012)09-0816-04

2012-05-08

2012-05-16)

天津市應用基礎及前沿技術研究計劃(10JCZDJC23000)。

天津科技大學機械工程學院，天津市300222。作者簡介：康樂(1986-)，男，甘肅天水市人，碩士研究生，主要研究方向：現(xiàn)代設計理論及機械CAD研究。通訊作者：張建國。

10.3969/j.issn.1006-9771.2012.09.007