肌电刺激在体育领域的应用研...—以德国相关研究视角为基础_杨清颖.pdf
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1、运动人体科学2023年(第13卷)第10期当代体育科技(Contemporary Sports Technology)肌电刺激在体育领域的应用研究与前景展望以德国相关研究视角为基础杨清颖 杨炉飞(金华职业技术学院师范学院 浙江金华 321000)摘 要:目的:总结德国肌电刺激(EMS)用于体育领域的应用研究,为我国体育领域的肌电刺激研究发展提供参考与思路。方法:通过对Google Scholar、SpringerLink、PubMed和ScienceDirect数据库中相关研究文献进行全面系统地检索,从运动训练和运动干预两方面,对肌电刺激在德国体育领域的应用研究做了梳理与分析。结果:运动训练方
2、面,将肌电刺激与其他训练方法相结合的研究较为多见,并且近年来多选取全身肌电刺激方法(WB-EMS);运动干预方面,肌电刺激对慢性病患者的肌肉活动受限等问题有良好的治疗效果,并且近几年的研究开始将肌电刺激作为肿瘤及癌症患者的辅助治疗手段。结论:肌电刺激可以加快训练进程,在提升肌力方面的作用也已被证实与肯定,未来可以探索肌电刺激在运动损伤预防、运动疲劳恢复、运动心理干预以及日常运动辅助和保健等方面的作用与应用的可能性。关键词:肌电刺激 体育领域 运动训练 运动干预 德国中图分类号:G808.1 文献标识码:A文章编号:2095-2813(2023)10-0029-08Research and Pr
3、ospect on the Application of Electromyostimulation in Sports FieldBased on the Perspective of Relevant Researches in GermanyYANG Qingying YANG Lufei(Normal School,Jinhua Polytechnic,Jinhua,Zhejiang Province,321000 China)Abstract:Objective:To summarizes the research on the application of EMS in sport
4、s field in Germany,in order to provide reference and ideas for the research and development of EMS in the field of sports in China.Methods:Through a comprehensive and systematic search of relevant research literature in Google Scholar,SpringerLink,PubMed and ScienceDirect databases,the research of t
5、he application of EMS in sports field in German is combed and analyzed from two aspects of sports training and sports intervention.Results:In terms of sports training,there are many studies that combine EMS with other training methods and WB-EMS is mostly used in recent years,and in terms of sports
6、intervention,EMS has a good treatment effect on problems such as limited muscle activity of patients with chronic diseases,and studies have begun to use EMS as an adjuvant therapy for patients with tumor and cancer in recent years.Conclusion:EMS is able to enhance the training process,its role in im
7、proving muscle strength has been confirmed and affirmed,and the role and the possibility of the application of EMS in sports injury prevention,sports fatigue recovery,sports psychological intervention,and daily sports assistance and health care can be explored in the future.Key Words:Electromyostimu
8、lation;Sports field;Sports training;Sports intervention;Germany肌电刺激(EMS)是通过电刺激将一定频率和强度的电脉冲信号传递给肌肉细胞,引起肌肉收缩的一种方法。近年来,肌电刺激慢慢走进了大众的生活,不论是在生活中随处可见的小型家用电疗仪,还是科学研DOI:10.16655/ki.2095-2813.2302-1579-8328作者简介:杨清颖(1992),女,硕士,讲师,研究方向为运动人体科学。杨炉飞(1992),男,本科,助教,研究方向为体育教育。29当代体育科技(Contemporary Sports Technology)2
9、023年(第13卷)第10期运动人体科学究领域的体育训练方法、运动干预手段及可穿戴设备的研发,在体育领域对肌电刺激的研究和应用越来越广泛。德国在体育领域肌电刺激应用的研究起步较早,一直处在世界领先水平。该文基于肌电刺激在体育领域的发展,从运动训练和运动干预两方面,总结德国肌电刺激用于体育领域的应用与前沿研究,为我国体育领域的肌电刺激研究发展提供参考。1 研究资料与方法 1.1 文献检索策略该文对EMS在德国体育领域方面的应用研究文献进行全面系统的检索,其中包括运动训练和运动干预两方面的研究,搜索时采用全部文献分类,以主题为搜索项。德文搜索词为“Elektromyostimulation,Spo
10、rt,Training,Prvention”,英文搜索词为“Electromyostimu-lation,Sports,Training,Prevention,Germany”。英文和德文文献搜索的数据库采用 Google Scholar(1989 年至2022年8月),共96篇;SpringerLink(1994年至2022年8月),共 48 篇;PubMed(1988 年至 2022 年 8 月),共 41篇;ScienceDirect(2001年至2022年8月),共26篇;数目统计,不同的文献资料库有收录相同的文章或会议摘要的可能。1.2 文献纳入标准和排除标准1.2.1 纳入标准(1
11、)研究方法合理;(2)实验对象随机分组,干预和对照措施明确;(3)分组后组间差异无显著意义(P0.05),干预后对比有意义。1.2.2 排除标准(1)重复发表过的文献;(2)设计存在缺陷,数据不完整;(3)统计方法错误。2 研究结果 2.1 肌电刺激的发展历程早在1世纪就有用电治疗的相关记载,古罗马医生Sribonius Largus 药物组合物(Compositiones Medicae)中写道,患有痛风或头痛的患者应该触摸电鳐(能放高压电的一种鱼类),因为他猜测强烈的电击可以治疗疼痛。物理学的研究发展促进了电疗技术的发展。1741年,Kratzenstein首次把由摩擦带电机产生的电用于治
12、疗1。1888年,Hertz通过实验检测出电磁波,之后由于技术的进步,电磁波的某一频率范围可用于电疗。功能性电刺激(FES)的发展始于1961年2,它使用低频电流来刺激肌肉和神经系统。神经肌肉电刺激(NMES)可以恢复肌肉运动功能,近年来广泛应用于康复治疗领域。此外,电疗技术的发展日新月异,由于现代微电子技术在经皮神经电刺激(TENS)和EMS方面的进步,小型的口袋式刺激仪也被生产出来1,方便携带。电疗技术(包括EMS)在过去很长一段时间只用作疾病治疗的手段,直到20世纪60年代,EMS才首次应用于体育领域。Koc在1971年就曾建议使用EMS作为训练肌肉力量的方法3,许多科学研究也已经证实,
13、通过EMS可以显著增加肌肉力量。EMS在体育领域的应用与研究在近几十年有很大的进展,特别是在运动训练和运动干预方面,相关学者一直在积极探索EMS在训练效果方面的作用或作为某些疾病治疗辅助手段的可能性。2.2 肌电刺激在德国运动训练中的应用与研究正如上文中已经提到,肌电刺激(EMS)在20世纪60年代首次应用于体育领域,众多实验已经证实EMS可以显著增加肌肉力量,相关研究也继续围绕EMS在运动中的其他作用以及这种训练方法适用的运动项目来展开。近年来,德国在研究EMS应用于运动训练方面颇有成效。赛艇作为德国传统的优势项目,以其为对象的EMS应用研究不占少数。早在1985年,格赖夫斯瓦尔德大学的Er
14、asmus发表了EMS对赛艇项目的研究结果,即在短期训练课程中,EMS对速度力量的提升有特别积极的影响,而且在中级训练课程中,对划桨时最大力量的增加也有很大作用4。但在拜罗伊特大学的Hohmann和Fehr的实验中显示,额外的EMS刺激加力量训练与单纯的力量训练相比,对赛艇项目的整体速度而言并没有显著差别5。Hohmann和Fehr在2008年到2009年借助EMS对力量耐力性运动项目中优化等速肌力训练展开研究,他们以赛艇这项运动为例子,经过初步测试后,选择30名男性志愿者(24.6岁3.1岁)并分成2个研究组:研究组一,只接受普通训练,研究组二,在接受普通训练的同时,在小腿三头肌、股四头肌和
15、肱二头肌的运动阶段中加入额外的EMS刺激。每组必须经历2个阶段的训练,研究组二中加入的EMS刺激在2个训练阶段也有不同安排,训练阶段一中的EMS刺激添加在拉动阶段的6个间隔中,持续时间分别为4min,但在训练阶段二中,仅在5个间隔的前三个间隔中添加EMS刺激。根据500m划船时间的测试结果显示,与研究组一相比,研究组二成绩并没有显著提高。此外,埃尔朗根-纽伦堡大学医学物理研究所的Kemmler和几位研究者在2014年7月2015年4月间进行了一项实验,以比较全身肌电刺激(WB-EMS)和高强度训练这两种方式对身体成分和肌肉力量的影响6。46名年龄在3050岁之间且没有训练经验的男30当代体育科
16、技(Contemporary Sports Technology)运动人体科学2023年(第13卷)第10期性被随机分为2组,即全身肌电刺激组(WB-EMS)和高强度训练组(HIT),两组需要分别参加为期16周的训练项目。WB-EMS组参与全身肌电刺激训练项目,使用WB-EMS仪器(46s休息;85Hz,350ms),每2周3次,每次持续 20min。HIT 组在强度变换刺激下进行30min的高强度训练,每周2次。通过16周的训练,2组的总瘦体重(LBM)、四肢骨骼肌质量(ASMM)、大腿伸肌的最大动态力量和背部伸肌的等长收缩力量均显著增加,并且两组的变化非常相似。实验表明,在同样提高身体成分
17、和增加肌肉力量的前提下,与HIT训练相比,WB-EMS 是一种更加节省时间但更昂贵的训练方法。科隆体育学院的Wirtz等人7也专注研究全身肌电刺激(WB-EMS)方法。在2019年发表的一项研究中,Wirtz研究团队总结了5次随机对照实验的结果,并做了Meta分析,目的是评估与常规力量训练相比,WB-EMS训练方法是否对受过中等训练的年轻人在力量、冲刺和跳跃能力上存在潜在的有利影响。实验选取了受过中等训练(每周至少训练2次并拥有2年以上的力量训练经验)的112名运动员为实验对象,随机分为实验组(n=58)和对照组(n=54),实验组进行每周2次的WB-EMS(85Hz,350s)并叠加力量训练
18、,对照组只接受相同的力量训练。研究显示,WB-EMS训练方法对肌肉力量参数的影响可以忽略不计,而对冲刺和跳跃能力似乎有少许的正向作用。EMS在德国运动训练中的应用和研究还涉及许多不同的方面,表1中给出了近年来的部分研究作为例子。在研究内容方面,有EMS训练方法对某一运动项目的研究,也有EMS训练方法与其他训练方法,如HIT或力量训练,进行不同训练方式间的比较,或将训练方法组合应用来探究其训练效果。在这些研究中,根据研究目标的不同,选择EMS用于某些特定肌肉群或选用全身肌电刺激(WB-EMS)方法来进行研究。全身肌电刺激(WB-EMS)是近年来德国在肌电刺激方面的研究热点,其研究领域在运动训练方
19、面主要集中在有训练经验的群体,探索通过WB-EMS训练方法达到提高训练效果的目的。2.3 肌电刺激在德国运动干预中的应用与研究肌电刺激(EMS)训练不仅可以用在竞技体育和大众健身中,也可以作为运动干预方式来帮助疾病人群,特别是有肌肉疾病或肌肉损伤的患者。EMS可以通过增加肌肉力量,从而避免肌肉或骨骼受进一步的伤害,通过EMS也可以改善患者的身体成分,提高健康水平。如何在EMS的帮助下改善人体的身体机能是德国运动干预领域一个较为关注的话题。2014年,波鸿鲁尔大学医学院的Buuren及其团队进行了一项关于EMS对慢性心力衰竭(CHF)患者影响的研究14。31名中年患者被分为exEMS组(含11名
20、男性,7名女性,年龄为59.813.8岁)和limEMS组(含10名男性,3名女性,年龄为63.69.3岁)。2组均进行了为期10周以上,每周2次,每次20min的训练项目,exEMS组的EMS训练针对手臂部、背部、胸部、腹部、臀部和大腿部肌肉群,而limEMS 组的EMS 训练仅针对臀部和大腿部肌肉群。这些患者的基本情况以及他们的超声心动图和反映生活质量的数据在参与治疗的前后均被收集和统计。训练前后的测试结果显示,训练后2组的摄氧量和左心室射血分数均增加,但exEMS组增加得更为显著,这意味着EMS对慢性心力衰竭患者的运动耐力和左心室功能有正向影响。2019年,埃尔朗根-纽伦堡大学的Weis
21、senfels与其团队针对慢性下背疼痛患者,探究WB-EMS训练方法对其治疗的效果15。实验选取了110名4070岁的慢性下背部疼痛患者,将他们随机平均分成实验组与对照组,2组分别接受为期12周的训练计划,实验组接受每周1次,每次20min的WB-EMS训练;对照组接受每周1次,每次40min的公认有效的背部力量训练。实验结束后,2组人员经测试,背部平均疼痛程度均显著降低,背部力量均显著增加,但2组间并没有显著差异。该实验说明WB-EMS训练方法与已有公认有效的背部力量训练相比,可以达到相似的治疗效果,且可以缩短治疗的时长,这可以为时间有限或接受传统力量训练治疗方式存在困难的慢性下背部疼痛患者
22、提供新的选择。运动可以增加最大摄氧量水平,提高心肺耐力并维持健康,但对于脊髓损伤(SCI)患者或下肢损伤患者来说,正常参与运动几乎是不可能实现的,他们只能依靠手臂做运动,但研究发现,手臂运动没有腿部运动在增加摄氧量方面有效果16。2022年,科隆体育学院的Rappelt及其团队探究手轮车(专为坐轮椅的人群设计的一种自行车)叠加下肢低频肌电刺激是否能增加运动负荷,进而提高摄氧量水平。实验选取了26名健康成年人(含13名男性,13名女性,年龄为23.44.5岁),他们需要完成4个状态下的摄氧量测试,分别是安静坐位、安静坐位同时叠加双腿低频EMS、骑行手轮车、骑行手轮车同时叠加双腿低频EMS。研究显
23、示,在安静坐位和骑行手轮车状态下,叠加下肢低频EMS均可以显著增加摄氧量17。实验证实了EMS可以作为辅助训练手段来帮助提高脊髓损伤患者或下肢损伤患者的有氧能力,有助于改善身体健康状况或达到更好的康复效果。31当代体育科技(Contemporary Sports Technology)2023年(第13卷)第10期运动人体科学此外,将EMS应用在前十字韧带的术后康复中是曾经一个热门的话题。早在19901991年期间,哥廷根大学医学院的Buhmann等人就进行了相关研究,研究对象为36名(1847岁)进行了十字韧带断裂手术后的患者(用髌韧带置换十字韧带)。在该研究中,EMS和等速训练作为辅助治疗
24、方法进行比较,发现有额外EMS的治疗组在最大力量和肌肉活动方面具有显著改善,相比之下,额外的等速训练没有显著影响,所以强烈建议在十字韧带置换术后,使用 EMS 进行辅助治疗18。然而,另一项研究并不认同这一结论。1998年,由埃尔福特赫利俄斯诊所的Staub主持的EMS对前交叉韧带移植术后早期功能康复影响的研究中,92 名1754岁的患者被随机分成两组,两组之间的差异仅存在于是否加入EMS作为额外的治疗手段,但在该研究中未证实额外的EMS对其康复有明显影响19。目前,EMS对十字韧带重建术后恢复是否有影响还存在争议,大约只有一半的研究显示了EMS对此有治疗效果,近几年相关的研究也逐渐减少。表2
25、中列出了德国近年来EMS在运动干预方面的一些其他研究。EMS训练或WB-EMS训练均可用作某些疾病的辅助治疗手段,疾病类型以慢性病为主,由于病人本身的身体状况不符合运动条件或患者行动受限,自主参与运动的效果不明显,通过电刺激训练的方式可以较大程度地提高运动效果,对疾病的治疗也有帮助。已证实EMS对膝关节骨性关节炎和中风后的恢复有积极影响,但对慢性阻塞性肺病没有显著影响20。表1 近年来德国在运动训练方面EMS应用的部分研究作者Kemmle等人8Kemmler等人9Wirtz等人10Mathes等人11Ludwig等人12Verch等人13发表时间2010年2015年2016年2017年2020
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