递增负重人体下肢关节力矩与sEMG关系的研究

【摘要】研究目的：本文采用逆向动力学方法，对不同负重下人体下肢髋、膝、踝三大关节力矩及主要控制肌群的肌电信号进行研究，探索人体下肢各关节的力-电关系，为肌电假肢控制、康复医学、运动医学以及人机工程的实现提供理论依据。研究方法：对15名受试者进行负重蹲起实验，负重等级分别为0%RM、15%RM、30%RM、45%RM、60%RM、75%RM和90%RM七个等级，并进行运动学、动力学和肌电学数据的采集。研究结果：1、在蹲起过程中，髋关节的下肢主要控制肌肉为臀大肌、半腱肌和股二头肌。在下蹲过程中，力矩和肌电均随髋角的减小而逐渐增大，力矩在髋角为60°时达到最大值，各肌肉的IEMG在髋角为90°时达到最大值；在蹲起过程中，力矩和肌电均随髋角的增大而降低。相同角度下关节力矩和各肌肉IEMG值均随负重等级的增大而增大。2、在蹲起过程中，膝关节的主要控制肌肉为股直肌、股内侧肌和股外侧肌。在下蹲过程中，关节力矩和各肌肉IEMG值随膝角的减小而逐渐增大，关节力矩在30%RM及以下负荷条件时，在膝角为70°时达到最大值，在30%RM以上负重条件下，在膝角为80°时达到最大值，在各个等级负重下股直肌的IEMG值在膝角为120°时达到最大，股内侧肌和股外侧肌的IEMG值在膝角为90°时达到最大值；在蹲起过程中关节力矩和各肌肉IEMG值则随着膝角的增大而逐渐降低。相同角度下关节力矩和肌肉IEMG值均随负重等级的增大而增大。3、在蹲起过程中，踝关节的主要控制肌肉为腓肠肌内侧、腓肠肌外侧和腓骨长肌。在完整蹲起过程中，其关节力矩和肌肉IEMG值的变化总体趋势与髋关节和膝关节相同，但变化幅度不大，负重大小对两者趋势变化均无影响，在任意等级负重下，关节力矩均在踝角为45°时达到最大值，腓肠肌内侧的IEMG值在踝角55°达到最大，腓肠肌外侧肌肉和腓骨长肌的IEMG值在踝角65°达到最大。相同角度下力矩和IEMG值均随负重等级的增大而增大。4、各关节力矩与IEMG值和关节角度之间的关系a、髋关节力矩、IEMG值、关节角度的关系式：下蹲方程：Y=-68.276-0.649X1-1.455X2+0.412X4蹲起方程：Y=-35.565-0.332X1+0.622X2-2.707×3+0.334X4Y：力矩X1：臀大肌IEMGX2：股二头肌IEMGX3：半腱肌IEMGX4：髋关节角度b、膝关节力矩、IEMG值、关节角度的关系式：下蹲过程：Y=110.725+1.226X1-0.648X2蹲起过程：Y=100.571+1.159X1-0.507X2Y：力矩X1：股内肌IEMGX2：膝关节角度c、踝关节力矩、IEMG值、关节角度的关系式：下蹲方程：Y=2.303-1.674X1蹲起方程：Y=-2.649-1.329X2Y：力矩X1：腓肠肌内侧IEMGX2：腓肠肌外侧IEMG实验结论：1、髋、膝、踝三大关节力矩随角度的变化趋势基本一致，即在完整的蹲起过程中力矩均呈现出先增大后减小的趋势，力矩的最大值基本出现在下蹲最低点附近，但由于负荷大小的不同会呈现一定差异性。负荷等级越大，相同角度下产生的力矩就越大。相同时刻髋关节力矩要明显大于膝关节力矩，踝关节力矩最小。2、三大关节主要控制肌群IEMG的变化与力矩变化趋势基本一致，但各肌肉IEMG最大值出现时刻要早于力矩最大值出现时刻。负荷越大，肌肉的IEMG值越高。3、同一关节力矩、IEMG及关节角度之间存在一定的定量关系。
【作者】姜丽；
【导师】李世明；
【作者基本信息】鲁东大学，体育教育训练学，2014，硕士
【关键词】递增负重；运动学；动力学；肌电学；

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