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1肌電刺激原理

人體的肌肉分為平滑肌和橫紋肌兩大類，橫紋肌有心肌與骨肌之分，其中骨橫紋肌占身體重量的40%，是身體中最重要的組成部分.骨橫紋肌由肌纖維組成，肌纖維又分成兩類二

1.1工型纖維，也稱紅纖維或慢纖維。其細胞質缺乏肌原纖維，收縮潛能弱，纖維直徑小，收縮速度慢，約為100ms左右，收縮力也僅為2g左右.通常是維持耐久力的纖維。

1.2且型纖維，也稱白纖維或快纖維，其細胞質有肌原纖維，故具有較強的收縮潛能，其直徑約為慢纖維的兩倍，收縮速度快，約為30ms左右，收縮力大，約5鮑，是取得力和速度的纖維‘骨肌收縮是一種有意識的行為，先是由中樞神經系統釋放出神經沖動，經脊髓然后到周邊神經，最后到肌肉誘發肌肉之收縮。而功能肌電刺激則是根據肌肉收縮之生理從外部施加具有確定頻率和強度的電脈沖用于獲取神經對它的影響，產生神經沖動去控制肌纖維的收縮•功能肌電刺激的主要意義在于人們可以選擇一種頻率來傳播電脈沖，使肌纖維根據期望的結果來改善人體的耐久力、力量和速度。當一根肌纖維接收到一神經沖動時，它的反應是先收縮后放松()。不同纖維收縮放松的周期是不一樣的，最慢的為0.1秒，最快的可以是30毫秒.日常生活中人們所做的運動都是由較弱強度的收縮所引起的，起作用的主要是慢纖維，它們平均每秒接收10個神經沖動。但這些運動并不是由10次連續的收縮放松運動所決定的，它們是靈活的和精確的。所參加運動的肌纖維并不一起收縮，當一根肌纖維收縮時，另一根則放松，然后另一根開始收縮，接下來又有一根放松，如此等等。

因此只要每秒接收到的沖動不大于10次，這種較弱的肌收縮就將是十分規則，所產生的張力也將是恒定的.為了獲得較強的肌肉力，參加收縮的纖維將傾向于同步收縮，這樣肌肉的收縮力將相加，力量越來越大，而動作的精確性就越差.當達到最大收縮時，人就傾向于抖動。在解釋肌肉力增加的機理時，涉及到兩個基本的現象，亦即收縮的空間征集現象和收縮的時間征集現象。一根纖維的收縮力loo時間(司沖動肌纖維收縮與神經活動的關系為增加一塊肌肉收縮產生的力，應增加同時收縮的肌纖維數，這便是纖維收縮的空間征集現象。前面已提到，肌纖維有工型和n型之分，而n型纖維中又可以再細分為:na型:中纖維，具有紅和白的兩種特性;Ilb型:僅具有白的特性;nc型:從工型到n型或從n到工型過渡的類型.一張肌纖維收縮的空間征集圖。在中等程度用力時，首先參加收縮的是工型、慢)纖維，當用力很強時，na型纖維開始加人，而當用力十分強且達到最大值時，nb型纖維參加收縮，這幾種不同纖維產生的力累積起來便能使肌肉產生十分大的力。從體育訓練的角度來說，由于快纖維具有較大的纖維直徑，為增加肌肉的體積，在作肌電刺激時，就應采取很強力的練習來達到目的‘通常肌纖維在接收到一個神經沖動時先收縮后放松，當接收到下一個沖動時再開始一個收縮放松的周期。

對慢纖維來說這種周期約為0.1秒.當接收到連續的神經沖動時，肌纖維以規則的收縮一放松來響應()‘但當神經沖動頻率超過肌纖維的響應頻率時，肌纖維在完成頭一個收縮尚來不及完全放松便要接受下一個沖動并重新開始收縮.這樣新收縮所產生的力便加人剩余的張力之中，收縮強度便增加()。當進一步增加收縮頻率時，一根纖維上所開始的新的收縮將越來越少地放松，連續收縮的累積度越來越高，收縮力便增強。當頻率越來越高時，最終會達到這樣一個階段，此時連續收縮混在一起彼此不能互相區分，這一狀態稱為強直收縮。為獲得強直收縮，應使神經沖動在纖維處于收縮高峰時到來。這一現象便是收縮的時間征集現象。肌電刺激法正是根據這兩種基本的征集現象，有目的地選擇刺激電流的頻率和強度，來達到激活不同的肌纖維最終獲取治療和訓練的目的.當人們希望用電刺激法來增加肌肉的體積時，則應增加刺激的強度;而當需要增加力量時，則應調動一切的纖維來進行收縮，此時須增加刺激電流的頻率。通常一根慢纖維要達強直收縮，應施加的刺激頻率至少為33Hz。當刺激頻率超過70Hz時，理論上講此時所有類型的纖維都將達強直收縮狀態.因此在對患者或運動員作功能肌電刺激時，所采用的頻率均高于100Hz。此外，在對患者進行運動治療時，應區分不同的肌肉群選擇不同的頻率和強度進行組合，以獲得取佳的治療效果。

2微機控制肌力訓練與康復儀

功能肌電刺激的最經常的用途是使在因傷病被迫不動之后已萎縮的肌肉重新恢復機能.肌電刺激自1970年問世以來用于治療方面已有較長的歷史，對肌電刺激治療儀的研究也越來越廣泛。刺激電流的設計是肌電刺激的一個關鍵問題.Kotz在1970年首先采用肌電刺激進行研究時采用的是一種方波電流，這種電流盡管能有效地激活肌肉，但由于它具有極性，當對訓練對象長期使用時會對皮膚產生灼傷.因此后人在對第一代電流一Kotz電流研究的基礎上，又發展了第二代和第三代電流。目前廣泛使用的是第三代電流，這是一種交替型脈沖電流，對人體不會產生燒傷，人感覺舒服.這種電流還符合肌收縮的生理性，亦即符合肌收縮的同步性和空間征集特征，使用第三代電流的刺激儀通常內裝一微處理機，用它產生交替或補償的脈沖電流。根據所要刺激的不同肌肉和對肌收縮強度的要求，可對脈沖的持續時間和頻率加以控制。因此用這種電流可以最大限度獲取刺激的效果。為這種脈沖電流的一個簡單例子.根據肌電刺激的原理，我們設計了微機控制的系列肌電刺激訓練儀器.這些儀器分雙路和單路、多功能和單功能、醫院用的或便攜式的多種類型.能用于各種目標的肌力訓練與康復治療，并具有消除疲勞和選擇穴位按摩的特殊功能.儀器采用優化的第三代電流，該電流是一種雙向可變的特殊脈沖電流，如所示。這種電流不產生皮膚灼傷，且使人感到舒適。

其中心部件為一徽處理機，可根據不同醫療要求設計不同的脈沖電流.對脈沖電流的形狀、載波及調制頻率包絡的持續時間和間歇時間等各種參數可以方便地進行優選編程.對特定類型的治療目標可以設計多種組合方案.可根據醫學專家的特殊要求設計并實施各種復雜多步程序處方.針對患者在治療中的適應性，擴大適應范圍，提高治療效果。運動和生活中發生傷痛是經常的事，用肌電刺激恢復受損肌肉的功能是十分有效的。一般說來，刺激強度越大，所得到的效果越好.但具體做法應根據患者情況而定。最初實施的3一4次電刺激應逐漸增加強度，以使患者習慣于這種方法.然后可逐漸將刺激強度增至最大以獲得最有效的結果.該儀器相片如圖8所示.前面板只有三個點動鍵及雙路強度調節旋扭、四個數字顯示塊，操作簡單易掌握.顯示簡捷明快，并配有安全保護開關插座，保證患者使用絕對安全。該儀器備有詳細使用說明書，.指導患者如何選用治療處方，如何將電極置于患處(如圖9)，如何選擇刺激強度等等.該類儀器在功放輸出的設計中具有獨特的大功率輸出。設計的特點在于對人體施加較弱電流，卻能在肌肉中引起很強的收縮，從而能保證絕對安全和舒適。并有效地增加肌力，促進靜脈淋巴回流，使受損神經支配的肌肉不萎縮，甚至能促使周圍神經損傷的恢復、提高其再生能力。

3在醫療康復方面的臨床應用

儀器研制成功后，先后在北京、上海以及全國各地的各大醫院，如:北京解放軍301總院、首都、人民、北大、友誼、北醫三院、積水潭、協和、中日友好、宣武等醫院，上海瑞金、中山、第九人民醫院、二醫大等使用均獲得較好療效。這些醫院的專家們都認為該儀器實現的功能性電刺激(FES)，l)可用于肌肉收縮，治療上、下肢運動神經元的損傷，增加肢體的肌肉容量和肌力。2)用于治療偏癱患者，當患者不能行走時，用FES作用于膝神經或相應肌肉上，刺激運動神經.當患者已經開始行走時，FES用于矯正步態，激發躁背屈肌群，抑制環屈肌群痙孿.3)用于控制指、背伸，提高手的抓握能力.4)用于治療腦性癱瘓，多發性硬化癥SCI引起的下肢癱瘓等.5)用于預防被關節手術前后以及膝關節手術前后的肌肉萎縮，并增長肌力，改善患者肢體血液循環。6)對于長期臥床或手術后病人可預防下肢深靜脈血拴形成，防止下肢腫脹.7)對于肩的凍結術和肩凝癥松解術后的肩部肌肉萎縮與肩疼均有極好療效.8)對于進行性肌營養不良治療效果顯著。9)與足底按摩穴位配合治療內科各種病癥效果明顯并正在探索之中。該儀器的治療潛力有待更廣泛推廣開發.

以下列舉四個典型病例:例一:任某某，女，53歲.92年7月晚突然中風，CT檢查為“右半腦密度減低區達4/5”導致左側肢體癱瘓。于93年4月開始肌力儀治療，部位在左側膠二頭肌、股四頭肌。治療前左腿無力，自己不能起床，左腳失控穿不上鞋。治療十二次后，能行走1500米，是生病近一年來的第一次。治療二十次之后，能去公園玩，左腿可承擔全身重量，左膝關節不痛‘例二:黃某某，男，24歲。右脛膝骨雙骨折切開復位內固定術后么周，右小腿腫脹，右躁活動受限，不能獨立行走。經肌力儀每天30分鐘治療后，腫脹消退，躁關節活動增加，可獨立行走，四周后可慢跑.例三:何某某，女60歲。左肩周炎凍結術后，上舉100度，外展60度，后外展至腰帶下，肩脾肌、三角肌和肚三頭肌明顯萎縮。經肌力儀12次治療，肌肉明顯較前豐富，疼痛消失，力量增強.上舉135度，外展90度，后外展腰上10cm•例四:林某某，女，61歲。被車撞后，右上臂外傷后疼痛，運動障礙并上臂畸形，出現垂腕，伸拇指功能障礙，撓神經支配且皮膚感覺遲鈍.有麻木感。X線片提示為“左臉骨中段斜行骨折”.人院后用肌力儀治療，出院后仍每次門診用肌力儀治療，二十次后，患者能伸腕，右拇指可伸曲活動，前臂感覺有所恢復。從上述幾個病例中，可以看到第三代電流肌電刺激原理和這種系列的肌力儀康復和治療效果顯著。各醫院的臨床報告評價二該機受患者歡迎，在臨床上有較廣的應用價值。儀器性能穩定，操作簡便，病人治療時有舒適感，在同類治療機中是優異的。同時醫學專家希望和電子工程師在電刺激肌力習11練領域中深人研究其機理及生物醫學理論將這一跨學科領域的技術推向更高水平。