静态姿势和跳台训练负荷的肌电研究

论文摘要

肌肉骨骼疾患是一种与工作有关的一类疾病,包括肌肉骨骼系统的各个部位的损伤,常见的有腰背痛和颈肩疾患。随着工业发展,生活节奏变快,它越来越引起人们的关注。据估计,在欧盟成员国中,每年肌肉骨骼疾患造成的损失占国内生产总值的0.5-2%[1]。肌肉骨骼疾患一方面导致经济的损失;另一方面,由于职业因素引起的骨骼肌肉疾患治疗效果不显著[2]。所以对它的识别、检测、评价和控制及发病机制都是值得研究的问题。Phillip S等的流行病调查结果显示肌肉骨骼疾患的症状是力、维持姿势、重复运动和振动导致的病理生理结果[3]。表面肌电图是一种实时有效无创的评价肌肉活动的方法。所以我们希望能通过肌电图来检测肌肉的负荷,研究探讨合适的劳动姿势,从而减少肌肉骨骼疾患的发生。根据职业活动中常见的工作姿势,我们设计了两种实验,一是对静态姿势负荷的研究,另一是跳台落地负荷的研究。第一部分静态姿势负荷的肌电研究目的以表面肌电图分析技术测定评价静态劳动姿势的负荷,对静态姿势劳动进行分类或分级,并寻找上肢静态作业的适宜姿势,为工效学设计提供科学依据。方法以14名男性大学生志愿者为对象,他们无肌肉骨骼疾患,且实验前24h无剧烈活动。在实验室模拟劳动中常见的工作姿势,分别从事手臂上抬（elevating）45o、90 o、135 o、180 o,外展（abducting）45o、90 o、135 o,前伸（extending）20、40、60 cm。每种姿势负荷持续90s,之间有约210s的休息间隔（安静坐位）。以表面肌电图（Electromyography, EMG）在静态姿势维持期间测定肱桡肌、肱二头肌、三角肌和斜方肌的肌电信号。在静态姿势之前,测定上述肌肉的最大随意收缩肌力,同时测定此间的肌电,以便求得最大随意收缩肌电百分比（percentage of maximal voluntary electrical activation, MVE%）。静态姿势结束后,即Borg量表询问每个对象劳累感觉的评分（rating of perceived exertion, RPE）。受试者采取中位姿势（neutral posture）,测定此间的EMG和PRE,作为对照。测量了受试者的身高、体重等人体测量指标。肌电信号采样频率为1024 Hz,滤波频率20-500Hz,FFT转换频率1Hz。分析求得EMG时域指标MVE%以及频域指标中位频率（median frequency, MF）和平均功率频率（mean power frequency, MPF）。结果时域分析显示,各肌肉MVE%随着手臂上抬角度、外展角度、前伸距离增加而升高,呈剂量-反应的关系。上抬姿势45 o时,各肌肉MVE%与其中位姿势的差异没有统计学意义（p>0.05）,而上抬90 o、135 o、180 oMVE%与中位姿势比较,差异则有统计学意义（p<0.05）。外展姿势45 o时,肱二头肌、斜方肌MVE%与中位姿势比较差异没有统计学意义（p>0.05）,三角肌各角度间的MVE%差异有统计学意义（p<0.05）。在前伸姿势20cm,肱桡肌MVE%与中性姿势比较差异有统计学意义（p<0.05）,其余肌肉MVE%差异没有统计学意义（p>0.05）。Borg量表RPE评分也随着上抬角度、外展角度、前伸距离增加而升高,且呈剂量-反应关系。不同姿势下,RPE评分与MVE%变化一致。频域分析显示,随着手臂上抬角度、外展角度、前伸距离增加,肌电MPF多明显降低（p<0.05）,且呈下降趋势,提示肌肉疲劳。然而,随上抬和外展到极值（分别为180 o,135 o）MPF又逐渐有所升高。在前伸姿势,随距离增加（20、40、60cm）,各肌肉MPF逐一降低。MF呈现与MPF相似的变化,只是在不同姿势的变动没有MPF那样明显。结论肌电研究表明,随着手臂偏离中性位置上抬、外展和前伸至更大角度或距离,其姿势负荷逐渐升高。在偏离中性姿势较少的位置,如上抬、外展45 o和前伸20cm时,肌肉应激较低（有些肌肉MVE%与中性姿势的差别尚无显著性）。这说明,手臂在劳动中应该在靠近身体的位置操作。在实际工作中,无法保证中性姿势情况下,上抬、外展<45 o和前伸<20cm也是比较符合生理要求的一个选择。如肌电频域结果MPF和MF所示,手臂徒手上抬、外展和前伸90s,各肌肉已经出现疲劳,需要工间休息。这些研究结果为劳动姿势的工效学设计提供了科学依据。肌电的时域指标MVE%能作为反映无外负荷时的静态姿势负荷的适宜指标,频率指标MPF,MF也能反应应激疲劳,但在无外负荷时变化趋势不明显。Borg量表RPE分值与MVE%变化一致,从心理和生理学两个方面一致反映了手臂静态姿势负荷。手臂静态姿势负荷在生理和生物力学评价有一定差别。第二部分:跳台训练负荷的肌电研究目的:利用表面肌电信号监测方法评价某空降兵跳台训练中主要受累肌肉负荷,探讨肌肉骨骼损伤的危险因素,并给出训练改进意见。方法:空降兵某部38名男性志愿者,依次由1.0m、1.5m、2.0m高的平台模拟跳伞姿势跳落,落地时姿势不变。实时记录胫骨前肌、腓肠肌、半腱肌、股二头肌、股直肌、腹直肌、第三腰椎上竖脊肌和斜方肌肌电信号。中位姿势时的肌电信号作为对照,每次跳台训练之前测量各肌肉的最大负荷肌电信号,并依此标化实验动作各肌肉肌电RMS值（MVE%）。采用时域RMS与频域MF、MPF指标比较分析各肌肉肌电信号在不同训练负荷之间的差异,并探讨体重因素的影响。结果:时域分析显示,8块肌肉的MVE%值均随平台高度的增加而呈上升趋势,以半腱肌最为明显,与中位姿势比较增高有统计学意义（p<0.05）。平台各个高度各肌肉MVE%值都很大,有的甚至超过了100%。体重对结果没有影响（p>0.05）。频域分析表明,胫骨前肌、腓肠肌、腹直肌MF及MPF值均随平台高度增加而增加,与中位姿势比较频谱右移（p<0.05）;竖脊肌MF、MPF值,都随平台高度增加而增加,与中位姿势相比频谱左移（p<0.05）;半腱肌、股二头肌和股直肌MF、MPF值在各平台水平与中性姿势比没有明显变化（p>0.05）;斜方肌MF、MPF值在1.5m时右移最大（p<0.05）,其他水平没有显著变化（p>0.05）。结论:空降兵跳台训练对小腿部、腰部和腹部肌肉负荷较大,小腿部负荷甚至超出以肌电为基础的卫生限值。训练高度是肌肉骨骼损伤最主要的危险因素,体重对跳台负荷没有影响。建议取消跳台练习科目,以其他器材专门锻炼腓肠肌、股二头肌和股直肌等,以便满足跳伞着陆对这些肌肉特别强健的要求,或者降低跳台高度,只设定1m高度的跳台,供着陆姿势的练习。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一部分 静态姿势负荷的肌电研究
• 1 引言
• 2 对象与方法
• 3 结果
• 4 讨论
• 第二部分 跳台训练负荷的肌电研究
• 1 引言
• 2 对象与方法
• 3 结果
• 4 讨论
• 参考文献
• 综述
• 参考文献
• 硕士研究生期间工作小结
• 致谢
• 附录