日常生活活动中人体下肢肌肉的表面肌电特性①

康乐，张建国，刘合荣

日常生活活动中人体下肢肌肉的表面肌电特性①

康乐，张建国，刘合荣

目的 探讨个体完成日常生活活动时下肢主要肌肉群肌电信号特征。方法30名正常成年人完成7个基本动作，同步检测双侧股直肌、股内侧肌、股外侧肌、腓肠肌外侧、胫前肌和比目鱼肌的表面肌电平均肌电值(AEMG)。结果和结论在日常生活活动中，左右下肢肌肉的发力有显著性差异，下肢各肌肉发力有显著性差异，男、女性在完成日常生活活动时下肢发力方式不同。

表面肌电；日常生活活动；下肢；平均肌电

[本文著录格式]康乐，张建国，刘合荣.日常生活活动中人体下肢肌肉的表面肌电特性[J].中国康复理论与实践,2012,18(9): 816-819.

表面肌电(surface electromyography,sEMG)信号是从肌肉表面通过电极引导、记录下来的神经肌肉系统活动时的生物电信号[1]，采集肌肉活动/动作(等张、等长、等速)时的肌电信号能对神经肌肉功能做定量和定性分析，其信号的振幅和频率等特征反映了不同的肌肉活动水平和功能状态[2]，并能推测神经肌肉的病变特性，主要适用于康复医学中功能和疗效的评价[3-4]。

了解正常人在日常生活活动时下肢运动的肌肉状态，对于临床康复评定及假肢的研发有重要的参考意义[5]。杨唐柱等对日常生活活动中上肢的表面肌电进行了研究，对比了偏瘫患者与正常人的差异[6]；王健等采用平均肌电(average electromyography,AEMG)对不同步速、不同鞋底情况下的下肢相关肌肉进行了分析[7]；寿依群等通过关节角度测量和评定量表评定了下肢康复治疗对日常生活活动能力的影响[8]。本文测量正常被试者下肢主肌肉群完成日常生活活动时的AEMG，以了解下肢肌肉在完成日常活动时的活动规律，为康复评定及假肢研发提供参考[9]。

1 资料与方法

1.1 一般资料 青年人30名，其中男性15名，女性15名；年龄(24.1±1.9)岁；身高：男性(172.6±4.9)cm，女性(160.3±4.1)cm；体重：男性(62.8±3.6)kg，女性(51±5.2)kg；无运动神经类疾病，最近6个月内下肢无运动损伤、扭伤、断裂等运动系统伤病，受试前24 h未进行剧烈运动，无皮肤过敏。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设备 JE-TB0810肌电仪，操作软件JANALYSISE100C；一次性使用心电电极，电极粘附区直径50mm，导电区直径10mm。

1.2.2 人体下肢动作的确定 通过对人体日常生活活动(ADL)的研究，提取出下肢7个基本动作，分别为站姿到坐姿、坐姿到站姿、站姿到蹲姿、蹲姿到站姿、平地步行、上楼梯、下楼梯，每个动作都做了统一，以减小个体差异。

1.2.3 人体下肢主要肌肉群的确定 根据人体解剖学中下肢各肌肉的位置及其在各运动中的作用，确定6块肌肉为表面肌电测试肌肉：股直肌、股内侧肌、股外侧肌、腓肠肌、胫前肌和比目鱼肌。

1.2.4 试验步骤 受试者暴露双侧下肢，酒精棉球脱脂，电极粘贴于待测肌肉肌腹最隆起处，记录电极尽量与肌纤维平行，参考电极与纪录电极形成正三角形，电极间距离2～3 cm[10]。试验者经过指导训练，完成前述7个基本动作，每个动作重复3次，得到原始肌电信号，JANALYSISE100C软件处理AEMG。

1.3 统计学分析 采用SPSS 16.0统计软件进行分析。经W检验，具有正态性，进行配对t检验，显著性水平α=0.05。

2 结果

2.1 对称性 在同一动作下，左、右腿肌肉AEMG有显著性差异；男性AEMG大都小于女性。见表1、表2。

2.2 活动性 单取右腿AEMG，进行标准化处理。

2.2.1 相同动作下不同肌肉的活动性 在同一动作下该名被试者各肌肉AEMG除以6块肌肉中的最大值，再取平均值(AEMG比值)。男性AEMG比值的标准差为0.02～0.27，女性为0～0.48。结果显示，在完成日常生活活动时，男性发力最大的肌肉是股内肌，女性在完成上、下楼梯时股内肌发力最大，其他动作则是股外肌(图1)。据图也可得到完成日常生活活动时，下肢肌肉发力大小顺序。男性与女性的肌肉活动性顺序有差别，可能是由于男性与女性在完成动作时的发力方式不一样。

表1 男性完成日常生活活动时下肢肌肉AEMG

表2 女性完成日常生活活动时下肢肌肉AEMG

图1 同一动作下下肢各肌肉发力大小

2.2.2 同一肌肉在不同动作下的活动性 同一肌肉在不 同动作下的AEMG除以该肌肉在7个动作下AEMG最大值，再取平均值(AEMG比值)。男性AEMG比值的标准差为0～0.23，女性为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动作中发力较大，而女性则是在上、下楼梯动作中发力较大；男性、女性在平地步行中下肢肌肉发力都不大。

图2 同一肌肉在不同动作下的发力大小

3 讨论

Burnett对正常人步行、坐到站、站到坐时足底压力和肌电信号进行研究，发现人体正常完成动作时，左、右下肢的足底压力无显著性差异，肌腱肌电信号在坐到站动作中有显著性差异，其余动作中无显著性差异[11]，表明左、右腿整体功能状态是对称的。但针对具体的肌肉，本试验表明在不同动作下，肌肉的功能状态有显著性差异。

人体完成日常生活活动时，下肢整体发力对称，但左、右腿肌肉的发力状态表现出显著性差异。AEMG值越大，说明肌力较差，需募集更多的运动单元来完成动作；同样力度下，肌力差的肌肉更容易疲劳。这可为探究下肢残疾病理及康复训练提供参考。

人体在完成不同日常生活活动时，下肢不同肌肉的活动状态有差别，大腿部的3块肌肉股直肌、股内肌、股外肌起着更重要的作用。

得到正常男、女性完成日常生活活动时，下肢肌肉的活动状态顺序，可以为假肢设计或者机器人设计提供参考；发现男性与女性在完成相同日常生活活动时，下肢肌肉的活动状态顺序有差别，这可能是男、女性完成日常生活活动时，腿部发力方式不同。

男性、女性完成日常生活活动时的难易程度不一样，男性更难完成蹲起，女性更难完成上、下楼梯，可为制订由易到难的康复方案提供参考。

[1]王健.sEMG信号分析及应用研究进展[J].体育科学,2000,20(4): 56-60.

[2]RainoldiA,M elchiorriG,Caruso I.A method for positioning electrodes during surface EMG recordings in lower limb muscles[J].JNeurosciM ethods,2004,134(1):37-43.

[3]Disselhorst-K lug C,Schm itz-Rode T,Rau G.Surface electromyography andmuscle force:Lim its in sEMG-force relationship and new approaches for applications[J].Clin Biomech,2008,10:1-13.

[4]Lundervold DA,Belwood MF,Craney JL,etal.Reduction of tremor severity and disability follow ing behavioral relaxation training[J].JBehav Ther Exp Psych,1999,30(2):119-135.

[5]Powers CM,Boyd LA,Torburn L,et al.Stair ambulation in persons w ith transtibial amputation:an analysis of the Seattle LightFoot[J].J RehabilRes Dev,1997,34(1):9-18.

[6]杨唐柱,黄晓琳,熊蔡华,等.偏瘫患者与正常人在五项日常生活活动中的表面肌电分析[J].中国康复医学杂志,2011,26(3):236-250.

[7]王健,杨锆,刘志平.鞋底类型和步行速度对行走相关肌群平均肌电活动的影响[J].体育科学,2011,31(5):55-58.

[8]寿依群,李建华,陈文君,等.全膝关节置换术后早期康复对膝关节功能和日常生活活动能力的影响[J].中国运动医学杂志,2005,24(3): 329-331.

[9]Hortobágyi T,M izelle C,Beam S,etal.Old adults perform activities of daily living near theirmaximal capabilities[J].JGerontol,2002,58(5): 453-460.

[10]宋海燕,张建国,刘涛然,等.日常生活活动中人体上肢肌肉表面肌电特性研究[J].生物医学工程学杂志,2009,26(6):1177-1180.

[11]Burnett DR,Campbell-Kyureghyan NH,Cerrito PB,et al.Symmetry of ground reaction forces andmuscle activity in asymptomatic subjects during walking,sit-to-stand,and stand-to-sit tasks[J].JElectromyogr Kinesiol,2011,21(4):610-615.

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)

天津市应用基础及前沿技术研究计划(10JCZDJC23000)。

天津科技大学机械工程学院，天津市300222。作者简介：康乐(1986-)，男，甘肃天水市人，硕士研究生，主要研究方向：现代设计理论及机械CAD研究。通讯作者：张建国。

10.3969/j.issn.1006-9771.2012.09.007