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实验:肌肉疲劳时的肌电图

你在当地的健身房,举着哑铃。你感觉很强壮,决定做一个30磅的卷发。1个代表,2个代表,3个代表....啊…为什么抬起来这么难?在这个肌肉疲劳实验室里,我们将更深入地向你介绍肌肉生理学以及为什么你的肌肉会疲劳。

时间30分钟
困难中间

你会学到什么?

你将使用Muscle SpikerBox来记录你的二头肌或前臂肌肉,同时做等长肌肉收缩,直到疲劳/失败发生。您将测量收缩期间的肌电图振幅,以了解疲劳期间肌肉细胞和神经信号的变化。

先决条件的实验室

  • 组建SpikerBox肌肉-你应该阅读“肌电图简介”实验来了解什么是运动单元。
  • 氧气和飙升-你也应该阅读我们关于氧和神经元峰值的实验来学习一些基本的新陈代谢和生物化学。


背景

我们的肌肉系统是我们身体最大的系统(占我们体重的40%-50%)。这个系统包括心脏和肠道中的平滑肌,心脏是一个由特殊心肌组成的泵,平滑肌允许食物运动。

但是在做一些自愿的动作时,比如举起烙铁或踢足球,你需要使用你的骨骼肌!你的骨骼肌可以让你做各种精彩的运动来打发你的日子。你的肌肉通过相互滑动微小的肌动蛋白和肌凝蛋白丝来收缩和运动,在其他参与者的全力支持下,包括蛋白质(肌钙蛋白和原肌凝蛋白),离子(钠+K+、钙2 +)、能量载体(ATP)和血液循环来传递O2和删除有限公司2

你的每一块肌肉被细分为肌肉纤维的功能组,称为运动单位(再次,看我们的介绍了肌电图的实验)。运动单位是一个运动神经元和它支配的所有肌肉纤维。为了实现伟大的事情,比如举起一个重物,马达单元以一种系统的方式结合在一起,提供实现力量所需的力量。这种运动单位之间的协作被科学家们称为“有序招募”,正如之前所述,在一个运动中,肌肉纤维数量最少的运动单位首先开始收缩,然后是纤维数量最多的运动单位,以实现平滑、有力的肌肉收缩。

此外,一个运动单元可以被招募来取代一个已经活跃的正在经历疲劳的运动单元。

所以…这些与你的肌肉疲劳有什么关系?

肌肉疲劳

当肌肉细胞由于运动神经元的指令而触发动作电位时,就会导致钙(Ca2 +)在肌浆网的肌纤维内。Ca2 +然后流入肌动蛋白和肌凝蛋白所在的区域(肌节),与ATP启动一个复杂的细胞反应,使肌凝蛋白能够拉动肌动蛋白。肌凝蛋白在肌节内牵拉肌动蛋白的运动称为滑丝模型“并且由4个步骤组成。

只要钙和ATP都可以,肌动蛋白和肌球蛋白将继续彼此拉动,并且抽搐将继续下去。注意,钙快速将肌肉转向肌肉网状物,其中必须通过肌肉射击动作可能导致另一个抽搐来再次启动过程。许多令人难以置信的“拉动事件”的许多总结产生了一个抽搐(一个非常微小的,非常快的力)。当许多抽搐连续发生时,速降将和一起制作更大的力。通过分解葡萄糖在肌肉中不断提供ATP(见我们的“氧实验”来解释这种新陈代谢。如果葡萄糖不可用,脂肪酸可以用来制造丙酮酸,保持克雷布斯循环和氧化磷酸化途径的运作。只要氧(O2)的存在,并可以很容易地运输到肌细胞,氧化磷酸化途径可以以难以置信的速度产生ATP。这就是所谓的有氧收缩,意为“使用氧气”。

是的,但是,这些和你的肌肉疲劳有什么关系呢?

当肌肉产生力量和完成所需动作的能力减弱时,肌肉疲劳就发生了。解释疲劳的因素是复杂的,经过100多年的研究,仍然是一个活跃的研究课题。

例如,短期疲劳(不能举起重物,不能做更多的俯卧撑等)不同于长期疲劳,如马拉松赛跑,骑100英里自行车,或一整天徒步穿越科罗拉多州的落基山脉。

虽然我们知道一些基本的原因,肌肉会在高强度的运动中疲劳,最明显的是对氧气的需求可能大于供应。流向肌肉的血液会减少,原因如下:1)肌肉剧烈收缩会减少血流量,从而减少氧气的供应;2)肌肉运动强度太大,根本没有足够的氧气来满足需求(以最高速度冲刺)。

如果这样的啊2不能作为电子受体,克雷布斯循环和电子传递链不能运作,肌肉必须从其他来源获得ATP。例如,对于快速、剧烈的活性,磷酸肌酸(由氨基酸合成)可以作为一个磷酸盐供体,允许ATP的形成。这就是所谓的厌氧收缩,意思是“不使用氧气”。

然而,无氧收缩会导致代谢物和废物的堆积,以及肌细胞内酸性的显著增加(pH值下降),这会干扰肌动蛋白和肌凝蛋白产生力量和相互滑动所需的许多生化反应。这种化学变化被认为是你感到疲劳时肌肉“刺痛”或灼烧感的原因(比如扳手腕或在高难度举重的最后几组)。

我们可以通过观察肌肉收缩时的肌电图信号振幅来观察疲劳过程的影响,尽管这是间接的。随着疲劳的加重,1)运动神经元的放电率下降,进而导致肌肉本身放电的动作电位的数量减少,导致强度下降,2)肌肉通常也可以由于神经驱动继续产生动作电位。但是由于肌肉纤维中的分子疲劳事件,肌肉无法收缩,这反过来导致了力量的减少。

下载

在你开始之前,确保你有伟德国际备用网址后院脑脉冲记录仪安装在您的计算机/智能手机/平板电脑上。后院大脑伟德国际备用网址尖峰录音机程序允许您在执行实验时可视化和保存计算机上的数据。伟德国际安卓我们还建立了一个简单的实验室讲义,以帮助您制表数据。

视频

实验

[注意:实际上,您可以使用您喜欢这种实验的任何肌肉,只要您能弄清楚如何以受控的方式产生肌肉的疲劳。]

等距二头肌举行

  1. 将肌电贴片电极连接到你的二头肌上,将电极连接到你的Muscle SpikerBox上,并将SpikerBox连接到你的移动软件或电脑上。
  2. 选择一个约为你最大重量60%的哑铃。根据你的力量,这将是~10-25磅(~5-12公斤)。背部靠墙来控制姿势和手臂的位置,尽可能长时间地用手握住重物,肘部成90度角。这叫做"等角“收缩是因为你的肌肉在工作,但你的关节没有运动。[注:你可能会发现你的手腕比你的二头肌疲劳得更快。为了避免这个问题,你可以在手腕上挂一个重物,而不是把哑铃握在手里(见视频)。
  3. 在这项任务中,使用平板电脑/智能手机或电脑上的SpikeRecorder记录你的肌电图。
  4. 观察肌电图的振幅(高度)和放电率(脉冲数)。随着时间的推移,你看到了什么?总的信号可能类似于这样:

手爪等距测试
  1. 如前所述,将肌电图电极贴片连接到你的前臂内侧,并连接电缆和SpikerBox。
  2. 使用一个握力计手爪(你应该买一个50-100磅(25-45公斤)范围内的),并尽可能用力握紧。
  3. 在这个任务中记录你的肌电图,并像以前一样观察振幅和触发率。

科学展览项目构想

  • 有时,在你最喜欢的公园徒步旅行时(比如仙境中Torres del Paine),你会发现,即使你身体不太好,你也可以步行6-10个小时。然而,如果你试着反复举起100磅(45公斤)的杠铃,你会很快在几分钟内5-30次就累了,这取决于你的运动能力。为什么在这两种活动中疲劳的时间范围如此不同?
  • 试试肱二头肌和前臂疲劳测试,看看是否有什么不同。如你所知,你有一个优势手臂/手(左手vs右手)。你惯用的手臂/手是否比其他手臂/手更强壮或更抗疲劳?
  • 为什么两块大小相同的肌肉在疲劳性能上如此不同?我们这里没有讲到,但是你可以开始阅读慢速抽动和快速抽动肌肉纤维了解更多。
  • 是否有非常抗疲劳的肌肉?你能给我们举几个例子吗?
  • 在学校体育馆锻炼你的肱二头肌一个月。用相同的测试负荷/力量测量你在训练前和训练后的疲劳时间和肌电图的变化。