基于表面肌电的水阻划船不同阻力条件下神经肌肉募集评估

《Sensors》：Surface Electromyography-Based Evaluation of Neuromuscular Recruitment Under Different Resistance Conditions During Water-Resistance Rowing

　　

水阻划船机广泛应用于健身和康复领域；然而，不同阻力水平的神经肌肉效应尚不清楚。本研究利用表面肌电（sEMG）调查了水阻划船中阻力依赖的肌肉激活。研究人员在保持固定划频40次/分钟的条件下，让受试者在四种水阻条件（MIN、Level 2、Level 3和MAX）下进行划船运动。使用Delsys无线系统（1000 Hz）采集肱二头肌、肱三头肌、三角肌、背阔肌、股直肌和胫骨前肌的sEMG信号，并归一化至最大自主等长收缩（MVIC）。结果显示阻力水平和肌肉群之间存在显著的交互效应。肱二头肌在所有阻力条件下表现出最大的激活，而整体肌肉激活保持在40% MVIC以下。前三个阻力水平之间激活差异有限，但在最高阻力水平显著增加。这些发现支持使用sEMG量化阻力依赖的神经肌肉适应并优化运动处方监测。

近年来，可穿戴传感技术与智能运动监测系统在运动科学、康复工程和神经肌肉性能评估中应用日益广泛。划船运动因其同时募集上肢、躯干和下肢肌群，并具备低冲击周期运动模式，在运动员和康复人群中备受关注。水阻划船机通过桨叶在水箱内旋转产生流体阻力，模拟真实水上划船条件，其阻力特性与空气阻力或磁阻划船机存在显著差异。然而，不同阻力水平下的神经肌肉效应尚不清楚。此前研究多集中于空气阻力或滑动式划船机，未系统评估水阻划船机的阻力依赖性神经肌肉募集。因此，量化不同阻力条件下的肌肉激活特征，对于优化运动处方和康复应用具有重要意义。

研究人员招募了12名有至少一年划船器训练经验的健康大学生（年龄20.3±1.2岁，身高174.8±5.0 cm，体重71.0±6.2 kg，来自台湾国立清华大学），在固定划频40次/分钟的条件下，分别在四种制造商定义的水阻设置（MIN、Level 2、Level 3、MAX）下进行划船运动。采用Delsys Trigno无线表面肌电（sEMG）系统（采样频率1000 Hz）采集肱二头肌、肱三头肌、三角肌、背阔肌、股直肌和胫骨前肌的肌电信号，并归一化至最大自主等长收缩（MVIC）。同时，利用红外光电定时门划分划船周期，仅分析驱动阶段。研究得出以下结论：阻力调制对肌肉激活的影响具有肌肉特异性，肱二头肌对阻力增加最为敏感，整体肌肉激活保持在40% MVIC以下，前三个阻力水平间激活差异有限，仅在最高阻力（MAX）下显著增加。该研究发表于《Sensors》，为利用sEMG量化阻力依赖性神经肌肉适应、优化运动处方监测提供了生理学基础。

**技术方法概述**
主要关键技术方法包括：使用无线表面肌电（sEMG）系统（Delsys Trigno，1000 Hz）采集6块肌肉信号；通过红外光电定时门划分划船周期（驱动阶段与恢复阶段），仅分析驱动阶段；采用制造商定义的四个阻力水平（MIN、Level 2、Level 3、MAX），通过调节水箱水量改变阻力；受试者来源为12名有至少一年划船器训练经验的健康大学生（来自台湾国立清华大学）；信号处理流程包括带通滤波20–500 Hz、全波整流、低通滤波10 Hz、计算均方根（RMS）并归一化至MVIC；统计分析采用双因素重复测量方差分析（ANOVA），以阻力水平和肌肉群为组内因素。

**研究结果**
- **总体统计结果**：双因素重复测量ANOVA显示阻力水平主效应显著（F = 8.314, p < 0.001, ηp² = 0.430），肌肉群主效应显著（F = 8.954, p < 0.001, ηp² = 0.449），且阻力水平与肌肉群交互效应显著（F = 2.703, p = 0.001, ηp² = 0.197）。效应量（ηp²）表明肌肉群和交互效应为大效应，阻力水平为中等至大效应。
- **各肌肉激活差异**：简单主效应分析显示，仅肱二头肌在不同阻力水平间存在显著激活差异（F = 3.326, p = 0.020），而肱三头肌、三角肌、背阔肌、股直肌和胫骨前肌均未达到统计显著性。肱二头肌在MAX条件下激活最高（39.37 ± 22.00% MVIC），随后依次为Level 3（34.81 ± 23.38% MVIC）、Level 2（30.61 ± 17.92% MVIC）和MIN（24.34 ± 13.35% MVIC）。
- **激活水平分级**：所有阻力条件下，整体肌肉激活均低于40% MVIC，表明水阻划船主要提供低至中等强度神经肌肉负荷。前三个阻力水平（MIN、Level 2、Level 3）间激活差异有限，而在MAX条件下激活显著增加。
- **肌肉募集层次**：在所有阻力条件下，肱二头肌和背阔肌的激活幅度显著高于其他肌肉，而三角肌、肱三头肌、股直肌和胫骨前肌的激活相对较低。募集的顺序大体为：肱二头肌 > 背阔肌 > 胫骨前肌 > 股直肌 > 三角肌 > 肱三头肌，但高阻力水平下出现轻微变化。

**讨论总结**
研究人员在讨论部分指出，水阻划船机阻力调制对神经肌肉募集的影响并非均匀，而是具有肌肉特异性，肱二头肌对阻力增加最敏感。前三个阻力水平间激活差异有限，可能与水阻系统的平滑阻力特性有关，即较小的阻力增量不足以引起显著的额外运动单位募集。MAX条件下激活显著增加，可能反映了更高神经驱动和额外运动单位募集。整体肌肉激活低于40% MVIC，表明水阻划船属于低至中等强度运动，适合康复和老年人群，但该推断需在临床人群中验证。研究还强调了恢复阶段和疲劳因素未被直接评估，建议未来结合运动捕捉、惯性测量单元（IMU）等多模态传感技术，以全面理解阻力依赖性神经肌肉控制机制。局限性包括样本量小、仅限健康年轻人、未分析恢复阶段、未测量疲劳指标等。

**研究结论**
本研究利用表面肌电（sEMG）在控制划频条件下调查了水阻划船机中阻力调制对神经肌肉激活的影响。结果表明，阻力调制在水阻划船运动中并非均匀影响所有肌肉，而是具有肌肉特异性，其中肱二头肌对增加阻力需求表现出最大的响应性。此外，所有阻力条件下的肌肉激活幅度均保持在40% MVIC以下，表明水阻划船是一种低至中等强度的神经肌肉训练方式，可为功能适应提供足够的运动单位募集，同时最大程度减少过度机械负荷和疲劳相关应激。研究结果提示，水阻划船可能为康复、老年人以及需要渐进阻力负荷的个体提供有效的运动方式。此外，通过sEMG测量获得的阻力依赖性神经肌肉信息，有助于制定个体化运动处方，并支持智能运动监测系统的发展。