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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(xì)胞質(zhì)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(xì)胞質(zhì)有肌原纖維，故具有較強(qiáng)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(jīng)系統(tǒng)釋放出神經(jīng)沖動，經(jīng)脊髓然后到周邊神經(jīng)，最后到肌肉誘發(fā)肌肉之收縮。而功能肌電刺激則是根據(jù)肌肉收縮之生理從外部施加具有確定頻率和強(qiáng)度的電脈沖用于獲取神經(jīng)對它的影響，產(chǎn)生神經(jīng)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(jù)期望的結(jié)果來改善人體的耐久力、力量和速度。當(dāng)一根肌纖維接收到一神經(jīng)沖動時(shí)，它的反應(yīng)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(yùn)動都是由較弱強(qiáng)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(gè)神經(jīng)沖動。但這些運(yùn)動并不是由10次連續(xù)的收縮放松運(yùn)動所決定的，它們是靈活的和精確的。所參加運(yùn)動的肌纖維并不一起收縮，當(dāng)一根肌纖維收縮時(shí)，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(guī)則，所產(chǎn)生的張力也將是恒定的.為了獲得較強(qiáng)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(dāng)達(dá)到最大收縮時(shí)，人就傾向于抖動。在解釋肌肉力增加的機(jī)理時(shí)，涉及到兩個(gè)基本的現(xiàn)象，亦即收縮的空間征集現(xiàn)象和收縮的時(shí)間征集現(xiàn)象。一根纖維的收縮力loo時(shí)間(司沖動肌纖維收縮與神經(jīng)活動的關(guān)系為增加一塊肌肉收縮產(chǎn)生的力，應(yīng)增加同時(shí)收縮的肌纖維數(shù)，這便是纖維收縮的空間征集現(xiàn)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(xì)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(shí)，首先參加收縮的是工型、慢)纖維，當(dāng)用力很強(qiáng)時(shí)，na型纖維開始加人，而當(dāng)用力十分強(qiáng)且達(dá)到最大值時(shí)，nb型纖維參加收縮，這幾種不同纖維產(chǎn)生的力累積起來便能使肌肉產(chǎn)生十分大的力。從體育訓(xùn)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(shí)，就應(yīng)采取很強(qiáng)力的練習(xí)來達(dá)到目的‘通常肌纖維在接收到一個(gè)神經(jīng)沖動時(shí)先收縮后放松，當(dāng)接收到下一個(gè)沖動時(shí)再開始一個(gè)收縮放松的周期。

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

2微機(jī)控制肌力訓(xùn)練與康復(fù)儀

功能肌電刺激的最經(jīng)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(fù)機(jī)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(shè)計(jì)是肌電刺激的一個(gè)關(guān)鍵問題.Kotz在1970年首先采用肌電刺激進(jìn)行研究時(shí)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(dāng)對訓(xùn)練對象長期使用時(shí)會對皮膚產(chǎn)生灼傷.因此后人在對第一代電流一Kotz電流研究的基礎(chǔ)上，又發(fā)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(chǎn)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(nèi)裝一微處理機(jī)，用它產(chǎn)生交替或補(bǔ)償?shù)拿}沖電流。根據(jù)所要刺激的不同肌肉和對肌收縮強(qiáng)度的要求，可對脈沖的持續(xù)時(shí)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(gè)簡單例子.根據(jù)肌電刺激的原理，我們設(shè)計(jì)了微機(jī)控制的系列肌電刺激訓(xùn)練儀器.這些儀器分雙路和單路、多功能和單功能、醫(yī)院用的或便攜式的多種類型.能用于各種目標(biāo)的肌力訓(xùn)練與康復(fù)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(yōu)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(chǎn)生皮膚灼傷，且使人感到舒適。

其中心部件為一徽處理機(jī)，可根據(jù)不同醫(yī)療要求設(shè)計(jì)不同的脈沖電流.對脈沖電流的形狀、載波及調(diào)制頻率包絡(luò)的持續(xù)時(shí)間和間歇時(shí)間等各種參數(shù)可以方便地進(jìn)行優(yōu)選編程.對特定類型的治療目標(biāo)可以設(shè)計(jì)多種組合方案.可根據(jù)醫(yī)學(xué)專家的特殊要求設(shè)計(jì)并實(shí)施各種復(fù)雜多步程序處方.針對患者在治療中的適應(yīng)性，擴(kuò)大適應(yīng)范圍，提高治療效果。運(yùn)動和生活中發(fā)生傷痛是經(jīng)常的事，用肌電刺激恢復(fù)受損肌肉的功能是十分有效的。一般說來，刺激強(qiáng)度越大，所得到的效果越好.但具體做法應(yīng)根據(jù)患者情況而定。最初實(shí)施的3一4次電刺激應(yīng)逐漸增加強(qiáng)度，以使患者習(xí)慣于這種方法.然后可逐漸將刺激強(qiáng)度增至最大以獲得最有效的結(jié)果.該儀器相片如圖8所示.前面板只有三個(gè)點(diǎn)動鍵及雙路強(qiáng)度調(diào)節(jié)旋扭、四個(gè)數(shù)字顯示塊，操作簡單易掌握.顯示簡捷明快，并配有安全保護(hù)開關(guān)插座，保證患者使用絕對安全。該儀器備有詳細(xì)使用說明書，.指導(dǎo)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(qiáng)度等等.該類儀器在功放輸出的設(shè)計(jì)中具有獨(dú)特的大功率輸出。設(shè)計(jì)的特點(diǎn)在于對人體施加較弱電流，卻能在肌肉中引起很強(qiáng)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(jìn)靜脈淋巴回流，使受損神經(jīng)支配的肌肉不萎縮，甚至能促使周圍神經(jīng)損傷的恢復(fù)、提高其再生能力。

3在醫(yī)療康復(fù)方面的臨床應(yīng)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(yī)院，如:北京解放軍301總院、首都、人民、北大、友誼、北醫(yī)三院、積水潭、協(xié)和、中日友好、宣武等醫(yī)院，上海瑞金、中山、第九人民醫(yī)院、二醫(yī)大等使用均獲得較好療效。這些醫(yī)院的專家們都認(rèn)為該儀器實(shí)現(xiàn)的功能性電刺激(FES)，l)可用于肌肉收縮，治療上、下肢運(yùn)動神經(jīng)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(dāng)患者不能行走時(shí)，用FES作用于膝神經(jīng)或相應(yīng)肌肉上，刺激運(yùn)動神經(jīng).當(dāng)患者已經(jīng)開始行走時(shí)，F(xiàn)ES用于矯正步態(tài)，激發(fā)躁背屈肌群，抑制環(huán)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(fā)性硬化癥SCI引起的下肢癱瘓等.5)用于預(yù)防被關(guān)節(jié)手術(shù)前后以及膝關(guān)節(jié)手術(shù)前后的肌肉萎縮，并增長肌力，改善患者肢體血液循環(huán)。6)對于長期臥床或手術(shù)后病人可預(yù)防下肢深靜脈血拴形成，防止下肢腫脹.7)對于肩的凍結(jié)術(shù)和肩凝癥松解術(shù)后的肩部肌肉萎縮與肩疼均有極好療效.8)對于進(jìn)行性肌營養(yǎng)不良治療效果顯著。9)與足底按摩穴位配合治療內(nèi)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(fā).

以下列舉四個(gè)典型病例:例一:任某某，女，53歲.92年7月晚突然中風(fēng)，CT檢查為“右半腦密度減低區(qū)達(dá)4/5”導(dǎo)致左側(cè)肢體癱瘓。于93年4月開始肌力儀治療，部位在左側(cè)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(dān)全身重量，左膝關(guān)節(jié)不痛‘例二:黃某某，男，24歲。右脛膝骨雙骨折切開復(fù)位內(nèi)固定術(shù)后么周，右小腿腫脹，右躁活動受限，不能獨(dú)立行走。經(jīng)肌力儀每天30分鐘治療后，腫脹消退，躁關(guān)節(jié)活動增加，可獨(dú)立行走，四周后可慢跑.例三:何某某，女60歲。左肩周炎凍結(jié)術(shù)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(jīng)肌力儀12次治療，肌肉明顯較前豐富，疼痛消失，力量增強(qiáng).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(yùn)動障礙并上臂畸形，出現(xiàn)垂腕，伸拇指功能障礙，撓神經(jīng)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(fù)。從上述幾個(gè)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(fù)和治療效果顯著。各醫(yī)院的臨床報(bào)告評價(jià)二該機(jī)受患者歡迎，在臨床上有較廣的應(yīng)用價(jià)值。儀器性能穩(wěn)定，操作簡便，病人治療時(shí)有舒適感，在同類治療機(jī)中是優(yōu)異的。同時(shí)醫(yī)學(xué)專家希望和電子工程師在電刺激肌力習(xí)11練領(lǐng)域中深人研究其機(jī)理及生物醫(yī)學(xué)理論將這一跨學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)推向更高水平。