不同肌肉伸长幅度结合电神经刺激对扭矩产生的影响
肌肉拉伸与电神经刺激对扭矩产生的影响
学术背景
在康复和训练项目中，神经肌肉电刺激（Neuromuscular Electrical Stimulation, NMES）是一种有效增强骨骼肌功能的方法。然而，传统的高强度NMES虽然能够产生较高的扭矩，但往往伴随着明显的不适感。近年来，宽脉冲低强度的NMES（Wide-Pulse NMES）作为一种替代方案，能够在低强度刺激下产生较高的扭矩，且不会引起不适。然而，如何进一步优化NMES的扭矩输出，尤其是在不同频率和肌肉拉伸幅度下的表现，仍然是一个值得研究的问题。
本研究旨在探讨宽脉冲NMES与不同幅度的肌肉拉伸结合对扭矩产生的影响。具体来说，研究团队希望通过结合NMES和肌肉拉伸，进一步优化扭矩输出，并探讨其中的神经和肌肉机制。这一研究不仅有助于理解NMES的作用机制，还可能为康复和训练提供新的策略。
论文来源
本论文由Antoine Pineau、Alain Martin、Romuald Lepers和Maria Papaiordanidou共同撰写，他们来自法国勃艮第大学的Inserm UMR1093-CAPS实验室。该论文于2024年12月6日首次发表在《Journal of Neurophysiology》上，DOI为10.1152/jn.00383.2024。
研究流程
研究对象与实验设计
研究招募了15名健康志愿者（4名女性，平均年龄30.1岁），所有参与者均为右下肢在过去3个月内无损伤的活跃个体。实验分为两个主要部分：低频率（20 Hz）和高频率（100 Hz）的NMES刺激，每种频率下又分为三种条件：单独NMES、NMES结合10度踝关节旋转（NMES + Len10）和NMES结合20度踝关节旋转（NMES + Len20）。
实验步骤
热身与最大自主收缩（MVC）测试：参与者首先进行标准化的热身，包括8-10次右足底屈肌的次最大自主收缩。随后，参与者进行至少3次MVC测试，以确保测试结果的稳定性。
NMES刺激：在休息状态下，通过后胫神经进行宽脉冲NMES刺激，脉冲宽度为1毫秒，刺激强度为5-10%的MVC。刺激频率分别为20 Hz和100 Hz，每种频率下进行12次15秒的刺激训练，每次训练间隔2分钟。
肌肉拉伸：在NMES + Len10和NMES + Len20条件下，踝关节分别从90度和100度的初始位置旋转到80度的参考位置，旋转速度为300度/秒。拉伸在刺激开始后3秒进行，并在接下来的12秒内保持拉伸状态。
数据采集：通过表面电极记录右腿三头肌（比目鱼肌、腓肠肌外侧和内侧）的肌电活动（EMG），并使用等速测力仪记录扭矩数据。
数据分析
扭矩时间积分（TTI）：计算每种条件下15秒刺激训练期间的扭矩时间积分，以评估扭矩输出。
持续EMG活动：在刺激结束后，计算500毫秒内的EMG均方根值（RMS），并将其与MVC期间的EMG RMS值进行比较，以评估持续的神经活动。
额外扭矩现象：通过比较实际TTI与理论TTI（基于刺激开始后1秒的扭矩值计算），评估额外扭矩现象的存在。
主要结果
低频率NMES（20 Hz）
在低频率NMES条件下，NMES + Len10和NMES + Len20的TTI显著高于单独NMES条件（分别为233.2 ± 101.5 N·s和229.2 ± 92.1 N·s vs. 187.5 ± 74.5 N·s）。然而，持续EMG活动在各条件下没有显著差异，表明扭矩的增加可能与肌肉机制有关。
高频率NMES（100 Hz）
在高频率NMES条件下，NMES + Len10的TTI显著高于单独NMES条件（226.6 ± 115.3 N·s vs. 173.9 ± 94.9 N·s），但NMES + Len20的TTI与单独NMES条件无显著差异。此外，NMES + Len10条件下的持续EMG活动显著高于NMES + Len20条件，表明神经机制在高频率NMES中起到了重要作用。
结论
本研究表明，结合宽脉冲低频率NMES和肌肉拉伸可以显著增加扭矩输出，且这种增加与肌肉机制的增强有关。而在高频率NMES条件下，只有10度的肌肉拉伸能够显著增加扭矩输出，且这种增加伴随着持续的神经活动，表明神经机制在高频率NMES中起到了关键作用。然而，增加拉伸幅度（20度）并未进一步增加扭矩输出，可能是由于突触前抑制机制的作用。
研究亮点
扭矩增强机制：本研究首次系统探讨了宽脉冲NMES与不同幅度肌肉拉伸结合对扭矩产生的影响，揭示了低频率和高频率NMES下不同的扭矩增强机制。
神经与肌肉机制的区分：通过分析持续EMG活动，研究成功区分了神经机制和肌肉机制在扭矩增强中的作用。
应用价值：研究结果为康复和训练提供了新的策略，尤其是在优化NMES刺激参数和结合肌肉拉伸方面具有重要的应用价值。
其他有价值的信息
研究团队还提供了数据可用性声明，表示源数据可根据合理请求提供给通讯作者。此外，研究得到了法国高等教育、研究与创新部的支持，且作者声明无利益冲突。
通过本研究，我们不仅深入理解了NMES与肌肉拉伸结合的扭矩增强机制，还为未来的康复和训练策略提供了新的思路。这一研究在神经生理学和运动科学领域具有重要的理论和实践意义。