肌动图及其在运动医学研究中的应用

Keidel 和 Keidel［14］发 现 固 定 肘 关 节 ，持 3 公 斤 重 物 会引起肱二头肌 MMG 频率增加。同时发现随着肌肉收缩 力量增加，EMG 振幅随之增大 ，MMG 的振 幅 在 75～80% MVC 时 不 再 增 加 。 Madeleine 等［15］研 究 结 果 显 示 ，MMG 的振幅在向心收缩时从 0 至 50%MVC 时 显 著 增 加，其 振 幅的变化呈非线性关系，与肌肉收缩的形态 、程度和角速 度 有 关 。 Orizio［3］和 Rodriquez［16］等 人 分 析 股 四 头 肌 在 20% 和 40% MVC 作 等 长 收 缩 时 发 现 MMG 振 幅 增 加 ；以 40% MVC 和 50% MVC 作 等 长 收 缩 时 ，EMG 振 幅 并 没 有 明显变化。Bajaj 等［17］在剧烈的离心收缩研究中发现，MMG 均 方 根 振 幅（root mean square，RMS）逐 渐 增 加 ，而 EMG 的 RMS 随疲劳产生而下降 。离心 收缩 后 即 刻 ，受试 者 出 现 疼 痛 面 积 增 加 ，压 力 疼 痛 阈 值 、MVC、动 作 范 围 均 降
低。EMG 的 RMS 与运动前、运动后 24 小时和 48 小时相 比均无显著性差异。MMG 的 RMS 在剧烈的离心收缩后 即刻显著大于运动前、运动后 24 小时和 48 小时。在等速 研究 中 ，Evetovich 等 ［18］ 研 究肱 二 头 肌 做 30 度 /秒 和 270 度/秒等 速 收 缩 时 的 EMG 和 MMG 变 化 ，结 果发 现 没 有 伸 展 运 动 时 的 力 矩 比 进 行 伸 展 运 动 时 大 ，MMG 的 振 幅 表现为进行伸展运动大于没有进行伸展运动时的振幅， 而 EMG 振幅没有显著性差异 。因此，他们认为没有进行 静态伸展运动产生较大转矩的能力与肌肉肌腱的刚度 （stiffness）关系密切，而与运动单位的募集活化无关 。
通讯 作者 ：刘宇 ，Email：yuliu@；Tel：021-51253571
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中国运动医学杂志 2009 年 5 月第 28 卷第 3 期 Chin J Sports Med，May 2009，Vol.28，No.3
为减少对肌肉表面的压力与对肌肉表面振动变化的影 响，现 在 它的 重 量 已 经不 到 2 克［9］，因 质 量轻 、体 积 小 ，使 用 方 便 ，可 直 接 以 双 面 胶 带 粘 贴 于 皮 肤 表 面 ，因 而 被 认 为 信度很高，被作为 MMG 的传感器广泛使用 。加速度传感 器输出信号的单位是 m/s2，可直接量化，并与其它不同研 究 的 测 量 方 式 作 比 较［4，10］。 3 MMG 信号的分析参数
以前也曾使用其它术语来描述 MMG，如：Muscle sound、 Phonomyogram、Acousticmyogram［1］、Soundmyogram［3］等 ， 上述 所 有 术 语 均可 翻 译 成 肌 音 图 或 者 肌 声 图 ，还 有 Vibromyogram［4］、Accelerometermyogram［5］，最 后 演 化 为 用 Mechanomyogram（MMG）［3］来概括这一类肌肉信号 。
MMG 是 一 种 简 单 的 非 侵 体 式 测 量 肌 肉 功 能 的 方 法。MMG 产生的可能机制是运动单位的力学活动，当骨 骼肌收缩时，肌肉内运动肌纤维体积的改变产生压力波 （声 波 、振 动 波），即 肌 肉 收 缩 时 ，由 于 肌 纤 维 活 性 的 不 同 步 ，因 而 产 生 很 大 的 横 向 移 动 ；在 肌 肉 的 共 振 频 率 的 作 用 下，产生一定程度的横向振动，从而导致主动肌纤 维 尺寸 变 化 ，产 生压 力 波［1，2］，而 产生 MMG。可 利 用 信 号 工 具 收 集 肌 肉 振 动 、位 移 、收 缩 速 度 和 声 音 ，观 察 肌 肉 表 面 运 动 或变化。因此，MMG 信号可记录肌肉收缩时横向振动的 力 学 现 象［1，2］，肌 肉 收 缩 力 量 越 大 ，EMG 振 幅 和 MMG 振 幅越大。EMG 振幅反映的是运动单位募集的多少，MMG 反 映 运 动 单 位 募 集 时 力 学 特 性 的 变 化［6］，运 动 神 经 元 通 过运动单位诱发肌纤维收缩，由于空间－时间总和而产 生 的 力学 振 动［3］。
利用激光束测定距离的原理监测肌肉收缩时表面的 振幅。每一个传感器的位置提供一个特定的输出电位 。输 出电位可转换为以 mm 为单位表示的绝对距离。肌肉表 面振幅的测量准确度可以小至 6μm，监测波段可达 0～ 10Hz，被认为是所有监测 MMG 方法中最准确的方式 。它 的优 势 在 于 肌肉 可 在 无 负荷 的 状 况 下自 由 运 动［5］。 2.4 加速度传感器（accelerometers）
MMG 的 评 估 参 数 与 EMG 类 似 ， 包 括 时 间 域 分 析 （time domain）与 频 率 域 分 析（frequency domain）。 时 间 阈 分 析 的 评 估 参 数 有 振 幅（AMP）、积 分 MMG（IMMG）、 均 方 根 振 幅 值（root mean square，RMS），时 程（DUR）、上 升 时 间 等 等 。 RMS 的 大 小 取 决 于 MMG 振 幅 的 变 化 ，被 认为是在时域分析上最常用且可信赖的评估参数。频率 域 分 析 参 数 包 括 平 均 功 率 频 率（MPF）、中 位 频 率（MF）、 中心频率（CF）等。MMG 的信号受肌肉硬度 、肌肉与周围 介质的粘稠度、肌纤维组成与分布 、生理学的震颤、温度， 以及组织在肌肉与表面之间的收缩特性等因素影响［9］。 4 MMG 和 EMG 的比较
1665 年，Grimaldi 发现，当将大拇 指 放 在 耳边 并 使 拇 指肌用力快速收缩时，能听到手指肌肉所发出的声音 。这 是 最 早 关 于 MMG 的 概 念 。 1810 年 ，Wollaston 提 出 肌 纤 维可在极短时间内重复收缩并能发出声音，声音的音调 取 决 于 收 缩 的 频 率 。 1993 年 ，Orizio 研 究 发 现［3］，肌 纤 维 收缩造成的肌肉内部压力的改变使肌肉表面产生细微的 振 动 ，也 可 由 仪 器 将 其 振 动 讯 号 放 大 观 测 并 量 化 记 录 ，他 将这种信号称为 MMG，并 将 MMG 作 为描 述 肌 肉 这种 力 学变化的统一术语。
中国运动医学杂志 2009 年 5 月第 28 卷第 3 期 Chin J Sports Med，May 2009，Vol.28，No.3
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肌动图及其在运动医学研究中的应用
田石榴 刘宇 上海体育学院运动科学学院（上海 200438）
近年 来 一 种 新的 生 物 信 号— ——肌 动 图（mechanomyography，MMG）被 用 来 研 究 肌 肉 的 功 能 。 MMG 信 号 是 记 录 肌 肉 在 主 动 收 缩 时 横 向 振 动 的 力 学 现 象［1，2］，主 要 是 运 动神经元通过激活的运动单位引发肌纤维收缩在空间－ 时 间 总 和（spatial-temporal summation）所 产 生 的 力 学 振 动 ，反 映 运 动 单 位 在 机 械 上（或 力 学 上）（mechanical）的 激 活模 式（activation patterns）［3］，与 之 相 对 应 的 是 反 映 神 经 肌肉电性活动的肌电图 。在国外，肌动图已被广泛用于不 同收缩强度的肌肉收缩、肌肉力量衰退与肌肉疲劳的研 究。 1 肌动图的发展及产生机制
加速度传感器的工作原理是利用检测肌肉表面振动 引起的微小位移及加速度，将其转换成数字讯号 。此方法 可检测到肌肉表面的微小振动，是目前最受研究者推崇 使用的传感器。在上世纪 70 年 代 时 ，它 的质 量 约 60 克 ，
基 金 项 目 ：国家自然科学基金项目（编 号 ：10672105），上 海 市 科 委 项 目（编 号 ：08490512700），上海市第 3 期重点学科建设项目（编 号：S30802）和 上 海高 校特 聘 教授（东方 学 者）岗 位计 划
EMG 信号反映的是肌肉收缩时肌肉电活动的变化、 运 动 单 位 的 募 集 及 活 化 程 度 ；MMG 与 EMG 具 有 良 好 的 共性，都是反映肌肉收缩的生物信号，并能反映肌 纤 维收 缩 的 生 理 现 象 ，但 同 时 又 具 有 差 异 性 ：MMG 记 录 的 是 肌 肉收缩过程中肌纤维的横向振动特性，主要表现为肌肉 的 力 学 特 性 变 化 ，因 此 ，MMG 信 号 在 检 测 肌 肉 功 能 和 疲 劳特性方面具有一定的优势。
许多研究以最大随意肌收缩（Maximal Voluntary Contraction，MVC）或 次 最 大 随 意 肌 收 缩（Submaximal Voluntary Contraction）（通 常 以 MVC 的 百 分 比 表 示 ， 即 % MVC）来研究 MMG 振幅与力量的 关 系，MMG 的 MPF 反 映运动单位募 集（recruitment）与 募集 减 少（derecruitment） 的 特 性［10］。 Stokes 等［12］通 过 研 究 股 四 头 肌 等 长 收 缩 探 讨 不同负荷（10、25、50、60、75、100%MVC）下产生的 EMG与 MMG 信 号 ，结 果 发 现 ，积 分 肌 电（IEMG）、积 分 肌 动（IMMG）与 力 量 之 间 呈 线 性 关 系 。 在 次 最 大 用 力 的 情 况 下［13］， 肱二头肌 EMG 和 MMG 的 振 幅随 力 量 增 加 而增 加 ，并 且 IMMG 与 IEMG 与向心收缩力 量 和 离 心收 缩 的 力 量 都呈 正线性关系。
2 MMG 信号的收集 MMG 技 术 就 是 通 过 传 感 器 与 放 大 器 来 采 集 信 号 。
MMG 传感器主要有以下 4 种（如图 1 所示）。