肌肉的沉默：可穿戴肌电图技术、久坐行为与2型糖尿病管理的代谢突破

本综述深入探讨了可穿戴肌电（EMG）技术在2型糖尿病管理中的革新性应用。文章系统阐述了如何通过EMG精准量化肌肉活动模式（如EMG振幅、活动模式及肌肉静默期），揭示久坐中断（sit-to-stand transitions）对血糖控制（glycemic control）和心血管代谢风险（cardiometabolic risk）的改善机制，为个性化运动处方（如优化活动强度、频率和类型）提供新视角，超越传统加速度计和心率监测的局限。

　　

WEARABLE ELECTROMYOGRAPHY: RELEVANCE FOR TYPE 2 DIABETES

可穿戴肌电图（EMG）技术已从传统实验室系统演变为集成导电纺织电极的便携式传感器（如EMG短裤）。这些设备可测量股四头肌、腘绳肌和臀肌的兴奋度，尽管电极较大（约3 cm × 9–18 cm）会降低信号特异性，但能提供更好的日间可靠性，并全面记录自由生活状态下大肌肉群的活动，这些肌肉在全身代谢中扮演关键角色。信号经过预处理（带通滤波、整流和平均化）后存储于腰部模块，分析基于平均整流信号，专注于与减少和中断久坐相关的 outcomes。

EMG Amplitude: Understanding Relative Muscular Intensity

EMG检测肌肉内部的电兴奋（excitation），由神经冲动触发，通过一系列电化学事件启动肌肉活动。此处excitation特指EMG测量的部分——神经兴奋后肌膜的除极，而肌肉激活（muscle activation）指肌肉产生力的状态。

标准化处理（如以最大自主收缩MVC为参考）至关重要，使EMG振幅（aEMG）能反映执行任务或日常活动的相对肌肉强度（relative muscular intensity）。尽管EMG振幅通常与肌肉力水平正相关，但存在局限性：振幅抵消（amplitude cancellation）、皮下脂肪的信号衰减、噪声干扰，以及兴奋-收缩耦合效率的变化（如肌肉疲劳影响）。经适当处理后，EMG振幅可提供 within-person 和 within-muscle 的相对强度 insights。

在2型糖尿病中，肌肉质量、力量和功能能力加速下降，部分源于胰岛素作用减弱和并发症。调整年龄和BMI后，糖尿病老年女性大腿肌肉横截面积（CSA）下降速度是无糖尿病者的两倍。EMG振幅能更准确记录下肢特异性活动强度（对比加速度计测得的绝对强度）：有氧 fitness 较低者行走时加速度计强度较低，但相对EMG振幅与 fitness 较高者相当，且在2型糖尿病患者中更高。

EMG Patterns: The Components of EMG Amplitude

EMG活动常以“bouts”或“bursts”表征（即振幅超过阈值 periods），揭示日常活动中肌肉使用的频率、持续时间和强度细节。通常一天有超过10,000个EMG bouts，数据右偏（许多短暂低强度 bouts，如坐姿 fidgeting；少数较长或高强度 bouts，如行走）。高级建模技术（如非线性优化衍生的通常EMG bout持续时间和振幅）能更稳健描述分布。

大腿和臀肌群在每日活动中的贡献各异：腘绳肌在维持姿势和低强度运动中起关键作用，股四头肌在行走和更高强度活动中更突出。两肌群与健康中间 outcomes 有 distinct 关联，反映功能角色差异。老年人因功能 capacity 较低，通常有更高的肌肉 bout 活动（类似2型糖尿病患者），需要更长时间和更强肌肉活动以完成功能任务（如坐立转换耗时更长）。未来研究应探索EMG bout持续时间的双重角色：较长通常持续时间可能支持血糖控制，但缩短（更爆发式）可能对应功能增强和整体 mobility。

EMG Inactivity: The Silence of the Muscles

久坐行为（seated or reclined posture with low energy expenditure）不同于EMG衍生的肌肉 inactivity。坐姿时肌肉大多 inactive，但仍可包含短暂兴奋期（如改变姿势或 fidgeting）。

分析技术多样：基线偏差、振幅分布、或低于参考活动（如站立、行走或MVC）比例 measures。EMG inactivity 持续时间随阈值选择变化大，绝对阈值3 μVs 被发现在检测坐姿减少干预后 inactivity 减少时响应最佳。

长期EMG inactivity 记录最初用于工效学识别上肢 strain risk，但在久坐行为和2型糖尿病背景下，焦点转向大下肢肌群的沉默， prolonged EMG inactivity 对代谢健康有害。

INTERRUPTING SITTING AND TYPE 2 DIABETES: INTEGRATING ELECTROMYOGRAPHIC INSIGHTS

实验室试验检验了对抗久坐行为的急性 countermeasures 及其对2型糖尿病患者心脏代谢风险标志物的影响。短期（3 h to 4 d）试验通过各种主动中断方式成功改善24-h和餐后葡萄糖水平，但未确认最优强度、类型、频率、总剂量或久坐时间剂量。

Sitting Less: Breaking the Silence of the Muscles

观察性研究中，2型糖尿病患者股四头肌、腘绳肌和臀肌在觉醒时间74%–80% inactive。高每日EMG inactivity 与较低HDL胆固醇和较高甘油三酯相关，即使 meeting 体育活动指南。

急性干预显示简单行为策略能减轻EMG inactivity：例如，办公室工作且照顾幼童的父母经行为咨询后肌肉 inactivity 时间减少~33 min·d^?1（从记录时间69%降至65%），但aEMG增量 minimal（从1.6%至1.8% EMG_MVC），表明替代坐姿的活动通常低强度和/或短暂。力量或有氧训练 sessions 可增加平均EMG振幅，但不必然减少每日肌肉 inactivity 持续时间。 recent 证据表明，用动态替代（如行走）可能是减少每日肌肉 inactivity 同时增加EMG振幅的最有效策略。

局部肌肉收缩可改善代谢响应而不改变姿势：重复坐姿跖屈激活比目鱼肌显著降低健康成人餐后高血糖和高胰岛素血症， compared to prolonged sitting。

Upright Postures With Ambulation: Boosting EMG Amplitude

初始证据显示2型糖尿病患者在日常生活中的大腿肌肉 capacity 使用 minimal：股四头肌平均2.5%，腘绳肌3.7%，臀肌4.4% MVC capacity，类似或低于健康成人（2.9%–4.0%），且低于站立所需相对肌肉强度。健康成人中，较高腘绳肌EMG振幅与更有利腰围、HDL胆固醇和脂肪百分比相关，而股四头肌活动通常 bout 持续时间（较长加权中位数）与较低空腹血浆葡萄糖水平相关。

中断坐姿 with short bouts of light-intensity walking or simple resistance activities every 30–60 min 可减弱餐后葡萄糖和胰岛素响应 compared to uninterrupted sitting。EMG证据支持这些活动的生理影响：行走和简单阻力活动显著增加腘绳肌EMG振幅和股四头肌通常 bout 持续时间—— key EMG measures 与心脏代谢风险生物标志物相关—— compared to isocaloric seated pedaling or standing。 evidence 表明 upright and physically active breaks 可能是最有效的肌肉 countermeasures to sedentary time。

尽管站立已显示在超重或肥胖者中适度改善餐后葡萄糖和胰岛素响应，但其益处正常体重者较少 pronounced。超重或肥胖者站立时EMG振幅通常更高（因支持体重需求增加），但中断坐姿 with standing 产生较低EMG振幅 than shorter, more intense breaks of walking or simple resistance activities， despite similar energy expenditure。 wearable EMG 可评估 within- and between-individual 站立所需相对肌肉强度，并帮助区分被动和主动站立形式。

Frequent Sit-to-Stand Transitions: Amplifying the Benefits

中断频率和强度可能影响 outcomes：较少频率但较长主动中断可能对2型糖尿病餐后葡萄糖控制提供更大益处。此外，全天频繁中断坐姿 with standing and light-intensity walking 更有效改善24-h葡萄糖水平和胰岛素敏感性 than a single bout of structured moderate-to-vigorous exercise。

初步EMG findings 表明，涉及行走的频繁中断久坐与 greater quadriceps and gluteal EMG amplitudes and improved glycemic control 相关 in overweight and obese young men compared to a single isocaloric walk， contributed by elevated EMG activity during frequent sit-to-stand transitions。

从坐姿起身时，腰椎 paraspinals、股四头肌和腘绳肌以协调序列激活。站立时，大腿肌肉维持活动，辅以比目鱼肌激活。坐立转换所需EMG活动存在 substantial interindividual variability，平均近似行走所需EMG活动。EMG可帮助量化坐立转换相关相对肌肉强度，并理解不同兴奋状态肌肉组合提供最大 benefit。

此外，初始证据表明 seated EMG activity decreases the longer a person remains seated：EMG activity elevated at the start of a sitting bout but gradually declines to resting levels within the first 10–30 min。更长和更活跃 periods prior to a sitting bout 可导致较高EMG振幅和额外1–8 min肌肉兴奋 during subsequent sitting period。这一发现与先前研究一致：短频繁活动 bouts 后能量利用增加 compared to a single, continuous activity session。 pending 进一步确认，这些初始 findings suggest that breaking up 10 h of daily sitting every 25 min with standing or movement could result in approximately 1.5 h of heightened muscle activity during sitting。

FUTURE PERSPECTIVES

How Can Wearable EMG Garments Supplement and Improve Upon Existing Body-Worn Devices for the Assessment of Daily Behaviors?

当前久坐行为变异主要通过身体佩戴设备（如 thigh, hip, or wrist 加速度计）测量。加速度计提供宝贵运动模式信息，但在区分静态姿势或涉及最小外部运动活动时面临局限。 wearable EMG garments 能测量肌肉特异性 inactivity、持续收缩和峰值活动水平，对理解功能需求和心脏代谢健康有 implications。尽管EMG garments 目前更劳动密集且 less practical for large-scale cohort studies，它们通过解决特定研究问题（如肌肉 inactivity 在久坐行为中的作用）并提供加速度计和心率监测器 alone 无法捕捉的独特 insights 扮演补充角色。

What Is the Optimal Intensity, Duration, Frequency, and Type of Activity to Interrupt Prolonged Sitting?

可穿戴EMG研究的初步 insights——如频繁主动中断后减少坐姿肌肉 inactivity、频繁坐立转换期间增加EMG振幅、以及短动态活动优于 prolonged static standing 的优势——是潜在机制，通过这些机制中断频率和类型可能改善血糖控制。此外，简单阻力活动已证明 efficacy in increasing EMG amplitude and glycemic control， yet cannot be directly measured with accelerometers。类似地，坐立转换速度已证明与身体功能相关，但驱动这些关联的肌肉活动量未知。

未来研究应调查EMG振幅、模式和 inactivity 如何介导此类干预 effects，以识别特定健康 outcomes 的最优肌肉活动 profiles，同时考虑进餐时间和其他相关变量。频繁主动中断不仅增加运动期间EMG，还通过扩展 effects into subsequent sitting bouts 放大益处，提供优化 prolonged sitting 干预的潜在机制。扩展测量至大腿和臀肌以外肌群（如比目鱼肌）能更全面捕捉减少久坐行为 effects。基于疾病和 capacity 状态为不同人群开发“肌肉活动 compendium”可扩展EMG潜在益处至更广研究社区。

To What Extent Does Muscle Inactivity Drive the Adverse Physiological Effects of Sedentary Behavior?

久坐行为对血糖控制和心脏代谢风险的不利生理影响是否主要由骨骼肌 inactivity、坐姿相关 reduced blood flow and impaired endothelial function、它们的组合或其他因素介导仍 unclear。这些机制重要性可能因特定疾病或与久坐行为相关 pathways 而异。例如，影响 dysmetabolism 的 pathways 可能不同于那些 contributing to hypertension。 wearable EMG 提供 seated muscle inactivity、upright static postures、和整体低肌肉参与的宝贵 insights——加速度计在区分被动和主动非移动姿势时受限的领域。未来研究可探索姿势和肌肉活动不同组合（如被动坐姿、被动直立、主动坐姿、主动直立），同时测量EMG活动、系统和局部血流，以及相关健康 outcomes 以更好理解这些整合机制。

What Daily EMG Activity Profiles Are Indicative of, or Can Prevent, Frailty?

生活方式修改是2型糖尿病主要治疗 approach，证据显示减重和规律运动可增强 frailty 方面，包括步速、肌肉力量和整体身体功能。但减少久坐行为对这些 outcomes 的影响仍 underexplored。除平均EMG振幅外，其他 metrics——如EMG峰值、持续较高强度收缩、站起时延长 bout 持续时间、和 inactivity periods——可能作为评估肌肉功能、萎缩和生长的相关 markers。在此背景下，理解所需局部肌肉参与 relative to capacity 尤为重要，突出 wearable EMG 相对于无法评估 capacity 相对活动的加速度计、或测量系统有氧 exertion 的心率监测器的附加价值。例如， stair climbing 可要求一些老年人EMG振幅 exceeding 100% MVC，这已被确定为爬多级楼梯的限制因素。

此外，负重肌肉萎缩和力量下降可在短短几天卧床休息内开始，强调解决肌肉 inactivity 预防萎缩的重要性。但EMG活动、肌肉力量和肥大之间的纵向关系复杂，使其 challenging to fully understand or predict using EMG alone。

A Personalized “Myoprint” to Tailor and Target Type 2 Diabetes Management

尽管平衡个性化所需资源与相对于一般建议的附加益处 remains important，定制方法可能改善2型糖尿病管理的干预 targeting、efficacy 和参与者参与。 wearable EMG 可用于“诊断”个人每日肌肉活动 profile，个性化“myoprint”识别缺乏的EMG活动模式（即潜在 deficits）并 targeting those known to be beneficial。游戏化元素（如达到特定肌肉激活阈值，例如 >100% EMG振幅或最小化 prolonged inactivity bouts）可支持动机和 adherence to personalized activity goals across the physical activity spectrum。简单日常活动（如坐姿、站立、行走、爬楼梯和简单阻力练习）中存在显著 between- and within-individual variability。这种在情境和任务特异性EMG活动中观察到的变异可能进一步指导个性化剂量和活动类型。超越 efficacy，个性化可解决安全、可行性和工效学 concerns，如避免 prolonged static sitting and standing。

CONCLUSIONS

我们突出了可穿戴EMG技术 recent 进展，允许研究自然自由生活设置中人类骨骼肌兴奋。对大多数成人，尤其是2型糖尿病患者，大下肢肌群——特别是股四头肌、腘绳肌和臀肌——在一天大部分时间 inactive，正常生活常规中仅使用其 capacity 的一小部分。相反，2型糖尿病患者可能从体育活动获得更大生理刺激，因疾病和衰老相关功能 deficits placed on them 的需求。日常任务所需相对肌肉强度的这种变异，连同 inactivity periods，可提供超越加速度计或心率监测器的附加 insights，开辟优化中断 prolonged sedentary periods 的类型、持续时间、强度、频率、剂量和时机的途径。还将有潜力更强生理聚焦于2型糖尿病环境影响和社会 context of prolonged sitting in daily life（例如，桌边工作和屏幕娱乐）。这些可理解为行为 settings for change，其中不同EMG识别的 countermeasures to the adverse impacts of prolonged sitting 可能被开发和测试。优化聚焦于 where, how, and when people interrupt and reduce their sitting 将贡献于2型糖尿病更有效血糖控制。