《Gait & Posture》：Fatigue-induced changes in motor unit behavior and intermuscular coherence across knee joint positions
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膝关节角度对疲劳状态下腓肠肌 soleus 和 gastrocnemius medialis 神经肌肉反应的影响研究。通过16名男性受试者进行等长跖屈实验，分析直腿（0°）和屈膝（90°）两种姿势下，60% MVC重复收缩诱导疲劳后，肌电信号参数（MUAP振幅、FR、ReTHR、DeTHR）及肌间协同性（β波段）的变化。结果显示：疲劳导致最大收缩力（MVC）显著下降（p<0.01），屈膝姿势下50%和70% MVC时力量稳定性显著恶化（p<0.01）。soleus MUAP和FR在所有条件下均升高，gastrocnemius medialis 在高负荷时更显著。屈膝时soleus MUAP更高，伸直时gastrocnemius激活更强。ReTHR（soleus）和DeTHR（两肌肉）受姿势和疲劳双重影响。β波段肌间协同性在屈膝疲劳时显著增强（p<0.05）。
乔贤德（Hyeon-Deok Jo）| 金明奎（Maeng-Kyu Kim）
韩国庆北国立大学体育科学研究所，大邱市 Buk-gu 区 Daehak-ro 80 号，41566
摘要
背景
神经肌肉疲劳会损害力量稳定性并改变运动单位（MU）的行为。然而，关节角度如何调节神经肌肉对疲劳的反应仍不清楚，尤其是在运动单位特性和肌肉间协调性方面。本研究探讨了疲劳和膝关节角度对等长跖屈过程中比目鱼肌（SOL）和内侧腓肠肌（GM）的运动单位行为、力量稳定性以及肌肉间协调性的影响。
方法
16名健康男性在疲劳前和疲劳后，分别以最大自主等长收缩（MVIC）的30%、50%和70%的强度进行等长跖屈动作，同时保持两种膝关节姿势：伸直腿（0°，STR）和弯曲腿（90°，BENT），实验顺序随机安排。疲劳通过在不同膝关节姿势下重复进行60% MVC的持续收缩来诱发。利用高密度表面肌电图（EMG）数据分解出运动单位参数，包括运动单位动作电位幅度（MUAP）、发射率（FR）、募集阈值（ReTHR）和释放阈值（DeTHR）。并分析了SOL和GM的运动单位脉冲序列之间的肌肉间协调性。
结果
疲劳后，无论是伸直腿（STR）还是弯曲腿（BENT）姿势，MVIC均显著下降（p < 0.01）。在弯曲腿（BENT）姿势下，50%和70%的MVIC时力量稳定性显著恶化（p < 0.01）。疲劳后SOL的MUAP和FR在所有姿势下均增加，而GM在较高强度下表现出更明显的增加。SOL在弯曲腿（BENT）姿势下的MUAP更高，而GM在伸直腿（STR）姿势下的活动更活跃。SOL的ReTHR和GM的DeTHR均显示出与姿势和疲劳相关的显著变化。值得注意的是，在50%和70%的强度下，肌肉间β波段的协调性表现出显著的交互作用（p < 0.05），疲劳后BENT姿势下的协调性增强（p < 0.05）。
结论
疲劳会引起特定肌肉和姿势依赖性的神经肌肉适应性变化，表现为运动单位特性的改变以及肌肉间协调性的变化，尤其是在弯曲膝关节姿势下。
引言
比目鱼肌群（包括比目鱼肌SOL和腓肠肌GM）对于产生跖屈力量和维持运动中的姿势稳定性至关重要。由于这些肌肉的解剖结构不同，它们的机械优势和激活模式会随着膝关节角度的变化而变化[1]、[2]、[3]、[4]。当膝关节弯曲时，双关节腓肠肌会缩短，并在其力量-长度曲线的非最佳部分工作。Ema等人（2020年）的研究表明，膝关节完全伸直时，最大跖屈扭矩和内侧腓肠肌（GM）的EMG活动显著高于膝关节弯曲90°时的情况[1]。相比之下，单关节的比目鱼肌SOL在膝关节角度变化时长度相对恒定，EMG变化较小[5]。这些结构差异对应于神经控制的变化。例如，Kennedy和Cresswell（2001年）观察到，当膝关节伸直时，GM的运动单位（MU）的募集阈值（ReTHR）升高，表明关节角度会影响GM的运动神经元兴奋性[5]。
肌肉疲劳会破坏力量稳定性（FS）并改变运动单位的行为[6]、[7]。持续进行等长收缩至疲劳状态会增加力量的变异性并降低稳定性，这表现为力量输出变异系数（CV）的增加——这是衡量FS的常用指标[8]。Missenard等人（2009年）的研究表明，疲劳后参与者需要更大的激活强度来维持相同的力，且力量变异性在收缩强度间增加[8]。疲劳常常会导致运动单位发射模式的变化。一些研究指出疲劳时会招募额外的高阈值运动单位[9]，而另一些研究则显示疲劳后运动单位发射率（FR）增加[10]。例如，Contessa等人（2016年）发现，随着肌肉力量能力的下降，运动单位发射率会增加，以作为一种补偿机制来维持力量输出[11]。这反映了肌肉力量收缩幅度下降与运动单位发射率升高之间的反比关系，突显了神经系统在疲劳期间为保持力量输出而采取的适应策略[9]、[10]、[11]。先前的研究表明，神经肌肉疲劳会改变运动单位之间的共同突触输入，表现为协调性的变化[12]。然而，大多数这类研究仅限于上肢的小肌肉，而对于在站立控制中起关键作用的肌肉（如SOL和GM）的神经适应性变化了解较少。
尽管已有大量研究，但疲劳对FS和运动单位行为的影响是否受关节位置调节仍不清楚。鉴于膝关节角度会影响肌肉长度和运动单位的募集，疲劳可能会引发特定于位置的神经肌肉适应性变化。例如，不同膝关节姿势下GM的长度差异可能会影响其对疲劳的敏感性，并需要不同水平的协同肌输入[5]。这些相互作用可能会调节对肌肉的共同神经驱动，可以通过肌肉间协调性分析来评估。先前的研究报道，在其他任务中疲劳会导致EMG之间的协调性增加（例如，在持续收缩过程中α波段和β波段的协调性增强），这可能反映了为维持力量而增加的共同输入[13]。
本研究旨在阐明疲劳引起的力量稳定性（FS）和运动单位（MU）行为的变化——具体来说是运动单位动作电位幅度（MUAP）、发射率（FR）、募集阈值（ReTHR）和释放阈值（DeTHR）——在膝关节伸直和弯曲姿势下的差异。此外，还分析了比目鱼肌（SOL）和内侧腓肠肌（GM）之间的肌肉间协调性，以评估共同神经驱动的程度。我们假设疲劳会根据膝关节位置引发不同的神经肌肉反应。具体来说，我们认为FS会在不同膝关节姿势下表现出不同的恶化程度，而在肌肉处于机械劣势的情况下，运动单位的募集和释放阈值的变化或发射率的降低会更加明显。总之，我们预计膝关节角度会显著影响疲劳的神经肌肉后果。
研究片段
伦理批准
所有参与者在参与研究前都被告知研究的要求、益处、潜在风险和不便之处。该研究方案已获得庆北国立大学机构审查委员会（IRB）的批准（编号2024–0554）。研究严格遵循《赫尔辛基宣言》中规定的伦理指南进行。
参与者
在招募参与者之前，使用G*Power（版本3.1.9.4，德国基尔大学）进行了先验功效分析
力量
采用双向RM ANOVA分析位置×时间对MVIC和FS的交互作用。MVIC和FS均未观察到显著的交互作用（p > 0.05）。然而，MVIC在伸直腿（STR）（术前：82.44 ± 3.21；术后：63.22 ± 3.06，p < 0.01）和弯曲腿（BENT）（术前：66.48 ± 3.21；术后：49.60 ± 3.06，p < 0.01）条件下均表现出显著的主效应。FS在弯曲腿（BENT）姿势下50%（术前：2.21 ± 0.16；术后：2.63 ± 0.24，p < 0.01）和70%（术前：2.30 ± 0.22；术后：
讨论
本研究探讨了膝关节角度如何调节疲劳引起的跖屈肌神经肌肉控制的变化。我们发现，持续的次最大强度跖屈任务会导致力量稳定性的显著增加，尤其是在膝关节弯曲（BENT）的姿势下。Contessa等人（2009年）的研究表明，持续的等长疲劳收缩会导致力量输出的波动增加（即CV值升高）[10]。类似地，其他研究也显示疲劳会导致
作者贡献声明
乔贤德（Hyeon-Deok Jo）：撰写原始稿件、数据可视化、软件使用、方法论设计、数据分析、数据整理。金明奎（Maeng-Kyu Kim）：撰写修订稿件、审稿与编辑、撰写原始稿件、数据可视化、结果验证、研究监督、软件使用、资源管理、项目统筹、方法论设计、研究实施、资金申请、数据分析、概念构建。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。金明奎（Maeng-Kyu Kim）表示本研究得到了韩国国家研究基金会的财政支持。本研究由韩国国家研究基金会通过教育部资助的基础科学研究计划（NRF-2022R1F1A1076564）支持。如果还有其他作者，他们也声明没有已知的
致谢
本研究得到了韩国国家研究基金会通过教育部资助的基础科学研究计划的支持（NRF-2022R1F1A1076564）。
