1498 工程科学学报.第41卷，第11期 10 10 10 ·颈部夹肌 ·胸锁乳突肌 ◆肩部斜方肌 5 5 5 滋 0 5 B ⊙ -5 A B -20020406080100120140160180 -20020406080100120140160180 -20020406080100120140160180 时间/min 时间/min 时间/min 图7不同肌肉的MPF导数 Fig.7 MPF derivatives of different muscles 8 ·颈部夹肌 20 -胸锁乳突肌 20 肩部斜方肌 6 10 10 10 10 20 -20 0 -30 020406080100120140160180 020406080100120140160180 020406080100120140160180 时间min 时间min 时间min 图8MPF导数值的叠加值 Fig.8 Superposition of MPF derivatives 运动单元数量逐渐增加，肌电信号的振幅加大，肌 单位电位重叠，这时只是出现波幅进一步增大，而 肉运动单位能量消耗增加，使得EMG随之增加 MPF的增大趋缓或停止，若达到疲劳时肌纤维兴 当颈部疲劳时，由于自身调节作用，需要募集更多 奋的传导速度减低，则造成MP℉值不再升高反而 肌肉参与来支撑头部来保护颈椎.这与王琳研究 降低别因此，本研究提出用一种非线性时-频数 结论一致.这时就表现在EMG发生明显的变化. 学模型评判肌肉疲劳，即用窗口化的MP℉曲线导 综上分析，在肌肉正MG突变时可认为是进入疲劳 数的聚集程度表征肌肉疲劳程度.研究表明？，92川， 状态.因此，建议颈部持续低头不超过20min,应 不同肌肉中I(慢)，Ⅱ（快）型肌肉纤维的含量不 进行充分休息.但是随着肌肉疲劳肌肉功能持续 同导致不同肌肉的MPF值大小不同（如图6）.试 减弱，EMG又会出现持续波动，这与肌肉收缩功 验中胸锁乳突肌MPF>颈部夹肌MPF>肩部斜方 能减弱有关，这也是肌肉发生重度疲劳的标志，该 肌MPF,这与黄宇奇的结论B2一致.根据快慢肌 发现并未见前人提及 肉纤维的特性可知，慢肌肉纤维的耐受性较好，但 从频域结果分析，在长时间颈部前屈这种静 爆发性较弱，快肌肉纤维的爆发性强，但抗疲劳程 态肌肉疲劳中，疲劳的状态复杂，不仅涉及到肌肉 度差B!用该数学模型将MPF的导数作图7，从曲 募集的多少，还涉及到该肌肉中快慢肌肉的比例 线可以发现，颈部夹肌首先在20min左右出现了 因此，肌肉的疲劳是一个复杂的生理过程，MPF并 极小值，在95min左右出现了最小值，胸锁乳突肌 非是简单的线性关系.前人多数研究7-92训大多 在20min左右出现了极小值也是最小值，而肩部 集中在将疲劳前后的MPF,只是得出MPF斜率下 斜方肌在20min左右出现了极小值，在75~100min 降，这只能判断出肌肉疲劳，而并不能准确判断疲 时出现了最小值.这表明颈部夹肌和肩部斜方肌 劳的发生时间.I(慢)，Ⅱ（快）型肌肉纤维对 最终疲劳的时刻明显晚于胸锁乳突肌.由此表明， MPF的大小有直接影响.随着肌肉力的增大，肌肉 胸锁乳突肌疲劳耐受性差，而颈部夹肌和斜方肌 运动单位电位的放电频率增加，MP℉值增大，这时 疲劳耐受强，这与EMG首次出现明显升高后的时 会出现MP℉增大的现象.肌肉增加募集运动单位 间段相吻合.但随后EMG又变大，胸锁乳突肌的 数量，MP℉值继续增大，再加大用力，则出现运动 MPF导数并没有像颈部夹肌和肩部斜方肌出现二运动单元数量逐渐增加，肌电信号的振幅加大，肌 肉运动单位能量消耗增加，使得 iEMG 随之增加. 当颈部疲劳时，由于自身调节作用，需要募集更多 肌肉参与来支撑头部来保护颈椎. 这与王琳研究 结论一致. 这时就表现在 iEMG 发生明显的变化. 综上分析，在肌肉 iEMG 突变时可认为是进入疲劳 状态. 因此，建议颈部持续低头不超过 20 min，应 进行充分休息. 但是随着肌肉疲劳肌肉功能持续 减弱，iEMG 又会出现持续波动，这与肌肉收缩功 能减弱有关，这也是肌肉发生重度疲劳的标志，该 发现并未见前人提及. 从频域结果分析，在长时间颈部前屈这种静 态肌肉疲劳中，疲劳的状态复杂，不仅涉及到肌肉 募集的多少，还涉及到该肌肉中快慢肌肉的比例. 因此，肌肉的疲劳是一个复杂的生理过程，MPF 并 非是简单的线性关系. 前人多数研究[17−19, 21] 大多 集中在将疲劳前后的 MPF，只是得出 MPF 斜率下 降，这只能判断出肌肉疲劳，而并不能准确判断疲 劳的发生时间. Ⅰ （慢 ） ，Ⅱ （快 ）型肌肉纤维对 MPF 的大小有直接影响，随着肌肉力的增大，肌肉 运动单位电位的放电频率增加，MPF 值增大，这时 会出现 MPF 增大的现象. 肌肉增加募集运动单位 数量，MPF 值继续增大，再加大用力，则出现运动 单位电位重叠，这时只是出现波幅进一步增大，而 MPF 的增大趋缓或停止，若达到疲劳时肌纤维兴 奋的传导速度减低，则造成 MPF 值不再升高反而 降低[31] . 因此，本研究提出用一种非线性时−频数 学模型评判肌肉疲劳，即用窗口化的 MPF 曲线导 数的聚集程度表征肌肉疲劳程度. 研究表明[17, 19, 21] ， 不同肌肉中Ⅰ（慢），Ⅱ（快）型肌肉纤维的含量不 同导致不同肌肉的 MPF 值大小不同（如图 6）. 试 验中胸锁乳突肌 MPF>颈部夹肌 MPF>肩部斜方 肌 MPF，这与黄宇奇的结论[32] 一致. 根据快慢肌 肉纤维的特性可知，慢肌肉纤维的耐受性较好，但 爆发性较弱，快肌肉纤维的爆发性强，但抗疲劳程 度差[33] . 用该数学模型将 MPF 的导数作图 7，从曲 线可以发现，颈部夹肌首先在 20 min 左右出现了 极小值，在 95 min 左右出现了最小值，胸锁乳突肌 在 20 min 左右出现了极小值也是最小值，而肩部 斜方肌在 20 min 左右出现了极小值，在 75～100 min 时出现了最小值. 这表明颈部夹肌和肩部斜方肌 最终疲劳的时刻明显晚于胸锁乳突肌. 由此表明， 胸锁乳突肌疲劳耐受性差，而颈部夹肌和斜方肌 疲劳耐受强，这与 iEMG 首次出现明显升高后的时 间段相吻合. 但随后 iEMG 又变大，胸锁乳突肌的 MPF 导数并没有像颈部夹肌和肩部斜方肌出现二 A B B A A B MPF导数 10 5 0 0 20 40 60 80 100120140160180 −5 −20 时间/min MPF导数 10 5 0 0 20 40 60 80 100120140160180 −5 −20 时间/min MPF导数 10 5 0 0 20 40 60 80 100120140160180 −5 −20 时间/min 颈部夹肌 胸锁乳突肌 肩部斜方肌 图 7    不同肌肉的 MPF 导数 Fig.7    MPF derivatives of different muscles 0 20 40 60 80 100120140160180 −8 −6 −4 −2 0 2 4 6 8 MPF 导数叠加值 时间/min 0 20 40 60 80 100120140160180 时间/min 颈部夹肌 −30 −20 −10 0 10 20 MPF 导数叠加值 0 20 40 60 80 100120140160180 时间/min −30 −20 −10 0 10 20 MPF 导数叠加值 胸锁乳突肌 肩部斜方肌 图 8    MPF 导数值的叠加值 Fig.8    Superposition of MPF derivatives · 1498 · 工程科学学报，第 41 卷，第 11 期