& 兔腓肠肌表面肌电信号与肌肉收缩及运动中枢的关系
兔腓肠肌表面肌电信号与肌肉收缩及运动中枢的关系
摘 要：背景：以往的验证实验均采用电刺激方法诱发肌肉收缩,施加电流的影响使接收到的表面肌电信号混有外来电流成分,无法有效分析其与肌肉收缩,特别是与高位运动中枢的关系。目的：观察新西兰兔腓肠肌表面肌电信号与肌肉
【题　名】兔腓肠肌表面肌电信号与肌肉收缩及运动中枢的关系
【作　者】李欣 赵海红 孙爱萍 张学敏 曹效 赵文汝
【机　构】国家康复辅具研究中心附属康复医院神经训导康复部 北京市100176
【刊　名】《中国组织工程研究与临床康复》2011年 第46期 页　共5页
【关键词】表面肌电信号 腓肠肌 肌肉收缩 类型 皮质运动中枢 随意运动
【文　摘】背景：以往的验证实验均采用电刺激方法诱发肌肉收缩,施加电流的影响使接收到的表面肌电信号混有外来电流成分,无法有效分析其与肌肉收缩,特别是与高位运动中枢的关系。目的：观察新西兰兔腓肠肌表面肌电信号与肌肉收缩及高位、低位运动中枢的关系。方法：在新西兰兔清醒状态下通过针刺右侧跟腱诱发腓肠肌收缩,局麻清醒状态下离断右侧坐骨神经,分别在针刺跟腱、钳夹离断的坐骨神经远侧断端、针刺腓肠肌和被动活动腓肠肌时,检测腓肠肌表面肌电信号的强弱及类型。局麻下于L3平面横断脊髓,针刺左侧跟腱诱发腓肠肌收缩,检测腓肠肌表面肌电信号的强弱和类型。结果与结论：正常状态下经针刺跟腱诱发腓肠肌随意收缩时,可接收到400μV、持续4s的宽底随意波;横断脊髓后针刺跟腱诱发的反射性腓肠肌收缩接收到的信号小于100μV、持续时间小于1s;离断坐骨神经后刺激跟腱、神经和肌肉时,均未引起肌肉收缩,但可接收到强度小于10μV、持续时间小于0.5s的干扰波;被动活动关节牵拉腓肠肌时未检测到肌电信号活动。说明兔腓肠肌表面肌电信号产生于肌肉收缩之前,是以高位运动中枢为主、低位运动中枢为辅发放到肌肉的驱动电信号的综合,而非肌肉收缩本身产生。
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表面肌电信号,腓肠肌,肌肉收缩,类型,皮质运动中枢,随意运动
上一篇：暂无特点/低频电疗法
（1）均为低压、低频，而且可调；（2）无明显的电解作用；（3）对感觉、运动神经都有强的刺激作用；（4）有止痛但无热的作用。目前常用的低频电疗法有：神经肌肉电刺激疗法、经皮神经电刺激疗法、间动电疗法、低频高压电疗法等。
神经肌肉电刺激疗法/低频电疗法
是应用低频脉冲电流刺激神经或肌肉使其收缩，以恢复其运动功能的方法。这种方法主要用以刺激失神经肌、痉挛肌和平滑肌，亦可用于治疗废用性肌萎缩。神经肌肉电刺激疗法(NMES)是用于改善中枢神经系统功能缺损和重塑周围神经功能的治疗技术。电刺激作用原理电刺激对失神经肌肉的治疗作用下运动神经元麻痹后，肌肉即失去神经的支配而萎缩变性。为了减缓这种变化，根据不同的病情，选择不同的脉冲电流，刺激肌肉或肌群，使之发生被动的节律性收缩，通过锻炼，保留肌肉的功能，延迟萎缩及变性的发展。对痉挛肌的治疗作用这种治疗方法的原理，目前一部分还处于假设的阶段。痉挛肌电刺激主要是利用刺激痉挛肌肌腱中的高尔基器引起的反射抑制和刺激其对抗肌的肌腹引起的交互抑制来达到使痉挛松弛的目的。电刺激治疗技术和方法电极技术一般主张用双极法，因双极法能使电流集中于病肌而不致因邻近肌受刺激而影响治疗。但当肌肉过小时（如手部小肌）或需要刺激整个肌群时，双极法就不太适宜，这时应采用单极法，用一小的主电极放于小肌运动点上，用另一较大的电极放在腰骶或肩胛间。电刺激治疗时机的选择1、 失神经支配后头一个月，肌肉萎缩最快，因此宜及早进行电刺激。当不能肯定但疑及肌肉有失神经支配情况时，也应尽早进行这种治疗。2、 失神经数月后，仍有必要施用电刺激治疗，但效果已不肯定。此时虽不一定能延迟萎缩的进程，但对防止纤维化仍有效。但在进行电刺激之前，均应判明肌肉是否有恢复神经支配的可能。电流波形的选择理想电流应具备的条件：1、能选择性地只刺激病肌而不波及其邻近的正常肌肉。2、能只刺激病肌而不引起或少引起感觉性反应。电流极性的选择单极法时一般选用阴极，如用双极法，阴极多放于远端。每次治疗时肌肉收缩的次数起初治疗时，每次应使每条病肌收缩10-15次，休息十数分钟，如无条件可休息3-5分钟后再使之收缩相同次数，如此反复4次。在整个治疗时间内每条病肌至少收缩80-120次左右。但是不能单以数目来决定，适宜的刺激应符合以下要求：1、 病肌的收缩要足够强，否则难以延迟萎缩的出现2、 收缩时不痛或痛得很轻。3、 邻近肌的反应小4、 收缩幅度每次相近每日治疗次数有实验证明，每日治疗4-6次比1-3次好。若无条件，应每日至少治疗1次，病情好转，也宜每周治疗3次。电刺激疗程长短的估计1、神经失用是一种肌肉功能暂时丧失但神经无器质变的情况，电诊断无失神经反应，估计3-4周或稍长时间即可恢复。此时电刺激应延续6周以上，直至神经功能恢复为止。2、周围神经在外伤、挤压、手术等原因引起损伤时，如果位置明确、局限而又有可能再生时，可以根据周围神经再生速度加以估计。3、若损伤部位不确定，无法按上式计算时，只能按一般估计。即：部分变性或部分失神经支配，约需6-12周才能恢复；完全变性或完全失神经支配，约需6-12个月才能恢复。适应证和禁忌证适应证：后遗轻度偏瘫（神经肌肉电刺激可提高脑卒中患者上肢功能，特别是在训练腕及手指的背伸功能方面应用越来越广泛）、儿童脑性、产伤引起的痉挛性、、脑脊髓外伤引起的痉挛性、禁忌证：、的病情进展恶化期。
经皮电刺激神经疗法/低频电疗法
以一定技术参数的低频脉冲电流，经过皮肤输入人体，用于治疗急、慢性疼痛的方法。经皮电刺激神经疗法作用原理（一）镇痛机制经皮电刺激神经疗法的主要作用是镇痛。产生镇痛作用的经皮电刺激神经疗法的强度往往只兴奋脊髓后角中的胶质细胞。（二） 治疗急性疼痛常用于软组织损伤、神经痛、手术后的止痛。（三）治疗慢性疼痛腰背痛、、神经源性疼痛、经皮电刺激神经疗法治疗方法（一） 治疗方法1、 电极的放置 电极的放置部位比较灵活，常用的方法有：（1） 电极置于痛区、运动点、扳机点、穴位上（2） 电极置于病灶同阶段的脊柱旁，沿着周围神经走向、病灶上方节段、病灶对侧同节段上，两个电极或两组电极的放置方向有并置、对置、近端-远端并置、交叉形等。（3） 眼-枕经颅法（4） 电极放在术后切口两旁2、 参数选择目前分为3种治疗方式：常规型、类针刺型、短暂刺激型。3、 治疗时间最常用的是常规型，治疗时间可很长，从每天30-60分钟至36-48小时不等。类针刺型能同时兴奋感觉神经和运动神经，治疗时间一般为45分钟，根据受刺激的肌肉疲劳情况决定。短暂强刺激型的电流很大，肌肉易疲劳，一般每刺激15分钟左右后休息几分钟，一般情况，每次治疗30-60分钟，每日1-2次。每星期3-6次。适应证和禁忌证适应证：急慢性疼痛、短期疼痛、周围循环障碍、长期疼痛、用于小手术及致痛性操作过程中加强镇痛效果。禁忌证：带有者、严禁刺激颈动脉窦、孕妇的腹部和腰骶部、眼睛部位、脑血管意外的患者头部、电极置于人体体腔内的治疗等。
间动电疗法/低频电疗法
将50HZ交流电经整流后叠加在直流电上构成的一种脉冲电流。间动电流作用原理（一） 物理特征1、间动电流的种类& &密波、疏波、疏密波、间升波、断续波、起伏波2、间动电流特点（1）间动电流每组电流的波形、频率、脉冲持续时间和间歇时间是固定的，治疗时只能调节电流强度。（2）间动电流属于半波正弦电流。（3）间动电流具有直流电性质，有电解作用，治疗时需要明确阴阳极，并要用衬垫 。（4）间动电流的载波频率较低，故作用不深。（二）间动电流的治疗作用1、止痛作用2、有较明显的促进局部血液循环的作用。3、兴奋神经肌肉组织间动电流的治疗技术和方法（一）电极的作用方式1、痛点 以小圆电极连接阴极，放在痛点上，阳极放在痛点近端距阴极2-3CM处。2、神经根 脊柱旁相应节段的横并置。3、神经干 并置，沿神经走行。4、上肢周围血管 用电极作用于病侧颈交感神经节。5、下肢周围血管 双侧病变于脊柱面下行通电，阳极放于颈部，阴极放于骶部；单侧病变时在腰部相应节段横并置安放电极，阴极在病侧。6、肌肉 肌肉起止点处7、局部 电极对置（二）电流量直流电：电极面积小时1-2mA,面积较大时2-3mA。脉冲电流：在电流基础上再加入脉冲电流，其电流量以增加到病人能够耐受的最大限度为准。（三）通电时间一般每次部位仅3-6分钟。（四）频度和疗程急性期每日一次，5-6次为一个疗程。慢性疾病每日或隔日一次，10-12次为一个疗程。适应证和禁忌证1、适应证 枕大神经痛、、、耳大神经痛、神经根炎、、交感神经综合征，挫伤，扭伤后遗症，等2、禁忌证 急性化脓性炎症，急性，出血倾向，严重，安装者，对电流过敏者。
低频高压电疗法/低频电疗法
生理作用和治疗作用1、促进皮肤伤口愈合2、止疼3、促进周围血液循环4、抗菌消炎作用适应证和禁忌证1、适应证各种急慢性疼痛、因疼痛引起的反身性肌肉痉挛、废用性肌萎缩、血液循环不良性疾病2、禁忌证高压电刺激可以诱发肌肉收缩，但不能用于兴奋大的肌肉群，亦不能兴奋失神经支配的肌肉。
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知识目标　　1．说明骨骼肌收缩特性的知识结构和骨骼肌在运动中的协作关系。　　2．能说明人体运动是在神经系统调节下，由骨、关节、肌肉共同完成的。　　3．知道体育锻炼对骨胳肌的影响。
能力目标　　通过对骨胳肌的收缩特性的演示实验的观察及对实验结构的分析，培养学生观察和思维能力。
情感目标　　1．承认体育锻炼对提高身体素质的重要作用，逐渐养成自觉进行体育锻炼的习惯。　　2．通过人体运动由骨、关节、肌肉共同完成，是多组肌群协同的作用的学习，树立生物的整体性的观点。
一、本节的知识结构
二、教材分析　　骨骼肌在运动中起动力的作用，因此有关骨骼肌的内容，是本章的重点之一。而骨骼肌的运动主要体现在收缩上，故骨骼肌的收缩特性是本节的教学重点 ，关于人体内骨骼肌所受的刺激来自神经传来的兴奋学生看不见，难以理解，是本节的难点。按照从感性到理性的认识规律，先让学生观察肌肉收缩的演示实验，获得感性知识，在这基础上再引导学生分析、综合、推理，得出科学的结论．即肌肉具有收缩的特性。来突破重点和难点。
三、教法建议　　本课的引入：在复习运动中起杠杆作用的器官和起支点作用的器官分别是什么？继续提问：运动是骨围绕关节转动产生的，那么，使骨转动的动力来自哪？自然进入到本节课骨骼肌的学习。关于骨骼肌的收缩特性，建议采用探索式教学方法进行。先提出问题：骨骼肌作为运动中的动力器官，它有哪些特点与运动相适应？然后提供骨骼肌收缩的演示实验或录象给学生观察，做演示实验前，先要向学生交待实验装置中的关键部分，如装在实验仪器上的坐骨神经--腓肠肌标本、指针等。为确保实验效果，教师应该在课前进行预作。目的是熟练操作和检查实验装置的灵敏性。实验用的标本必须处于生活状态，为保证这一点，在制备中，要避免损伤神经和肌肉，并经常保持它处的环境与活体中接近（用70%的生理盐水保持湿润）。学生观察演示实验时，为了使观察有的放矢，观察前提出明确具体的观察内容：如用针和电流直接刺激肌肉本身时，有什么反应？停止刺激，肌肉怎样？用电流刺激与肌肉相连的神经，有什么反应？停止刺激，肌肉怎样？思考：骨骼肌具有什么特性？当学生观看演示实验或录像后先汇报观察结果，以培养学生的观察能力。
　　在学生获得感性认识的基础上，根据每步实验的结果，指导学生进行分析、综合、推理，得出科学的结论：即肌肉具有收缩的特性。然后进一步启发学生思考：人体内引起骨骼肌收缩的刺激是从何而来自呢？这可以让学生再配合做一个屈肘动作，在实践中感受骨骼肌是在神经系统支配下收缩，牵引所附着的骨产生动作，从而理解人体内骨骼肌所受的刺激都来自神经传来的兴奋。
　　关于骨骼肌在运动中的协作关系的教学，可以让学生做屈肘和伸肘的动作，结合肌肉的协作示意图，让学生观察上臂肱二头肌和肱三头肌的鼓起情况，并从中体会屈肘和伸肘时，以肱二头肌为主的屈肌肌群和以肱三头肌为主的伸肌肌群在运动中的协作关系，来说明人体的任何一个动作都是由多组肌群在神经系统的支配下相互配合、共同完成的。最后问问学生四肢的骨骼肌若都在收缩时，人应该出现的动作是什么，以此来加深学生对骨骼肌在运动中相互协作关系的理解。
教学设计示例
复习提问：　　在运动中起杠杆作用的器官和起支点作用的器官分别是什么？　　关节的哪些结构特点使它既牢固又灵活？
导入新课：　　运动是骨围绕关节转动产生的，那么，使骨转动的动力来自哪？　　在学生回答来自骨骼肌的收缩后。继续提问：骨骼肌又有哪些特点与运动相适应？　　今天我们来研究骨骼肌
　　板书：第四节 骨骼肌　　我们首先通过演示实验（或录像）来探索骨骼肌的特性。
　　板书：一、骨骼肌的特性：　　教师先介绍演示实验的装置，实验开始时，对学生提出观察的具体要求：用针和电流直接刺激肌肉本身时，有什么反应？停止刺激，肌肉怎样？用电流刺激与肌肉相连的神经，有什么反应？停止刺激，肌肉怎样？
　　当学生观看演示实验或录像后先汇报观察结果：　　针和电流直接刺激--肌肉收缩，停止刺激--肌肉缓慢舒张，电流刺激与肌肉相连的神经（间接刺激肌肉）--肌肉收缩，停止刺激--肌肉缓慢舒张。
　　在此基础上，引导学生分析、归纳以下四点：　　（1）当肌肉受到刺激（机械、电流）都会发生收缩。　　（2）当停止刺激，肌肉会自动舒张，恢复到静止状态。　　（3）神经可以接受刺激，并产生兴奋，把兴奋传向肌肉，对它产生刺激。　　（4）肌肉可以接受神经传来的兴奋刺激并收缩。得出结论：肌肉具有收缩的特性。（板书）
　　然后进一步启发学生思考：人体内引起骨骼肌收缩的刺激是从何而来自呢？至此，教师及时引导学生认识到人体内的骨骼肌中都分布有神经，接受神经的支配。同时还让学生再配合做一个屈肘动作，在实践中感受骨骼肌是在神经系统支配下收缩，牵引所附着的骨产生动作，从而理解人体内骨骼肌所受的刺激都来自神经传来的兴奋。
　　板书： 人体内的骨骼肌所受到的刺激来自神经传来的兴奋。
　　提出问题让学生思考：如果人体控制某部分的骨骼肌的神经损伤，身体的这部分会出现什么情况？（可能瘫痪）。
　　引入：骨骼肌为什么会收缩呢？这与骨骼肌的组成特点及在骨上的附着方式有关。　　板书：二、骨骼肌的结构：教师用骨骼肌挂图或模型讲述：　　思考：骨骼肌是一个组织，还是一个器官，为什么？　　指出：由不同的组织按照一定的次序联合起来，具有一定功能的结构称之为器官。一块骨骼肌由肌肉组织、结缔组织（如肌健）构成，骨骼肌里面还有许多血管和神经，它具有收缩的功能，所以它是一个器官。
　　骨骼肌的收缩特性是由其中的骨骼肌组织表现出来的。另外，骨骼肌收缩之所以能产生运动，是由于一块骨骼肌至少跨过一个关节，附着在两块骨上。
　　这时，教师出示骨骼肌协作关系挂图或模型，说明肱二头肌结构和附着点，并进一步引申：任何一个准确的动作都是由多块肌肉组成的肌群共同协作下完成的。
　　板书：三、骨骼肌在运动中的协作关系
　　先让学生用力做屈肘和伸肘的动作，结合观察课本里图IV-22肌肉的协作示意图，注意，上臂的肱二头肌和肱三头肌的鼓起情况。思考：屈肘和伸肘时，肱二头肌和肱三头肌的收缩和舒张是怎样配合的？并完成下面的观察记录表：
　　得出结论：人体的任何一个动作都是由多组肌群在神经系统的支配下相互配合、共同完成的。　　最后提问学生：四肢的骨骼肌若都在收缩时，人应该出现的动作是什么？
　　板书：四、体育锻炼对骨骼肌的影响
　　建议教师提出问题，为什么经常锻炼，骨骼肌会变得粗壮？让学生看书后回答。　　教师做适当的补充：体育锻炼对骨骼肌的血液供应情况，及与肌肉收缩舒张的关系，以加深学生对体育锻炼的重要性的理解。　　最后让学生：体育锻炼对整个运动系统的影响，提出正处在生长发育阶段的青少年参加体育锻炼的重要性及锻炼的注意事项。
探索肌肉工作时会发生疲劳
[问题]肌肉工作时会发生疲劳吗？
[假设]如果肌肉工作会发生疲劳，那么，随着工作时间的延长，肌肉的力量会越来越弱。
[设计并完成实验]　设计：　　重复做一个动作，统计每分钟的频率，比较随工作时间的延长，频率的数值变化。
& 　材料用品：垫圈、米尺、剪刀、100砝码、秒表。
方法步骤：　1.用一根长30厘米的绳，一端系一个垫圈，做成单摆。捏住绳的另一端，使垫圈来回自由摆动。
　2.用一根50厘米长的绳，一端系一个100克砝码，另一端系成一个扣，把扣套在一个手指上，手掌向上，把前臂搁在课桌上，使手指能伸出桌外。注意不能让砝码碰到地板，如果碰到地板，要在绳子上打几个结，使它缩短。
　3.使单摆运动。随着单摆每摆动一次，弯曲一下悬挂砝码的手指。在每一分钟结束时，记录每分钟手指弯曲的次数。共记录三次。
　4.休息一分钟，再继续三分钟。把每分钟的数据记录下来。　观察：　　（1）随着时间的推移，手指弯曲的动作在加快还是慢下来？　　（2）在第二次运动时，手指弯曲的次数比第一次多还是少？　　（3）试一试，在大量运动后休息一分钟，是否足以使你的手指肌肉复原？5.把实验结果填入下列表格内
开始运动后的时间
每分钟手指弯曲的次数
&&& 第一次运动时间
&&&&&& 休息时间
第二次运动时间
　6.个人数据的比较
　7.统计全班同学每分钟手指弯曲次数的平均值并做比较
&&&&&&& 开始运动后
&&&&& 休息后运动
　8.试一试：缩短单摆绳的长度，加速单摆的运动，使你的手指肌肉复原的时间可能产生什么变化？
实验结果的分析　　随着时间的推移，手指弯曲的动作慢了下来，这是因为肌肉过分工作时，氧供应不上，肌肉产生的酸过多，肌肉感到疲劳。休息后，肌肉能利用氧将酸（乳酸）分解，肌肉又恢复到重新工作的状态。如果缩短摆长，单摆加速运动，肌肉工作频率加快，产生的乳酸量更多，因而恢复的时间也更长。
[得出结论]肌肉工作时会发生疲劳。
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