運動員創(chuàng)傷性肩關節(jié)前不穩(wěn)定表面肌電的特征

朱文輝，王予彬，郝躍東，汪宗保，王 亮，盧亮宇，李 坤

運動員創(chuàng)傷性肩關節(jié)前不穩(wěn)定表面肌電的特征

朱文輝，王予彬，郝躍東，汪宗保，王 亮，盧亮宇，李 坤

以臨床疾病創(chuàng)傷性肩關節(jié)前方不穩(wěn)（Traumatic Anterior Shoulder Instability,TASI）者為研究對象，通過研究患肩周圍肌肉表面肌電活動與正常肩關節(jié)在不同功能性動作中比較來探尋TASI肩周肌肉活動募集的大致特征，為TASI患者選擇治療方案提供理論依據(jù)。方法：選取東方醫(yī)院運動醫(yī)學科就診的TASI運動員患者和正常運動員肩關節(jié)（CON）對照。肌肉活動采用德國Biovision 16導聯(lián)肌電圖儀進行表面肌電信號采集，執(zhí)行肩胛平面外展、前屈、后伸，0°和45°外展時內(nèi)外旋，評價肌肉活動特征。結果：TASI和CON相比，TASI肩周肌肉具有以下特征，胸大肌在中立位內(nèi)旋活動下降明顯，三角肌前束在肩胛平面外展的后半部分范圍和前屈的前半部分范圍中明顯下降，三角肌中束活動在前屈的中間范圍活動下降，岡上肌活動在外展起始范圍有增加的趨勢，其余大多數(shù)運動范圍均呈現(xiàn)下降趨勢。肱二頭肌活動在前屈和外旋運動中增加。岡下肌活動性在外旋時下降。前鋸肌活動在前屈的后范圍活動、內(nèi)外旋運動中是下降的。結論：（1）增加了TASI發(fā)病機制的理解，補充了TASI康復訓練和治療選擇依據(jù)的基本數(shù)據(jù)庫。（2）TASI肩外展肌群、外旋肌群的工作能力下降，內(nèi)外旋肌群存在失衡現(xiàn)象，外旋肌群的工作能力下降較明顯。（3）TASI肩非手術治療時可適當考慮前方動力性穩(wěn)定結構，應加強岡上肌、前鋸肌以及外旋肌肉的活動性訓練，適當加強三角肌前、中束和內(nèi)旋肌群的訓練。

運動員；創(chuàng)傷性肩關節(jié)前不穩(wěn)定；表面肌電；特征

肩關節(jié)的穩(wěn)定機制已從單一盂肱韌帶在肩關節(jié)不穩(wěn)定發(fā)病中的重要意義發(fā)展到目前認為肩關節(jié)的穩(wěn)定是由肩關節(jié)周圍的主動、被動穩(wěn)定結構的綜合作用的結果。肩關節(jié)前方穩(wěn)定結構功能的好壞是防止前方不穩(wěn)的重要機制，增加肩關節(jié)前方穩(wěn)定結構作用的理解可以提高康復和手術后功能性療效，關節(jié)囊韌帶結構和肌肉募集活動之間復雜的交互作用維持肩關節(jié)穩(wěn)定仍不清晰[1]。

近年來，表面肌電也逐漸應用一些肩關節(jié)疾病的評價[2,3]，肩關節(jié)在執(zhí)行功能性活動時，主要依賴于肌肉的正常主動收縮，需要肌肉之間相互配合協(xié)調(diào)，肌肉的協(xié)調(diào)性收縮對肩關節(jié)的穩(wěn)定有著重要影響。任何微小的肌肉協(xié)調(diào)模式的變化都可能會產(chǎn)生盂肱關節(jié)的運動功能失調(diào)[4]。肩部肌肉功能失調(diào)對肩關節(jié)力的作用會產(chǎn)生明顯效應，因此，影響了關節(jié)的穩(wěn)定性，通常會導致肩關節(jié)不穩(wěn)定的復發(fā)[5]。

1 對象與方法

1.1 研究對象

TASI組（患肩組）：上海東方醫(yī)院就診運動員患者10例，所選擇患肩均為優(yōu)勢肩的右側肩。

CON組（正常對照組）：選取了自愿參加表面肌電測試的正常運動員10名，均為優(yōu)勢肩，其中2名為左側優(yōu)勢肩，均無肩關節(jié)疾病史。所有參加肌電測試的均為男性。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗地點

上海體育學院生物力學大廳。

1.2.2 主要儀器設備

VICON光學運動捕捉系統(tǒng)（英國VICON公司，Workstation5.1）,紅外線高速攝像頭,反光Mark標志球,Visual 3D圖像分析系統(tǒng)（美國C-motion公司，Visual3D Version3.34.0）,DASYLAB8.0EMG信號分析系統(tǒng)，德國Biovision16導聯(lián)肌電圖儀,同步信號發(fā)生器,直徑50 umAg /Agcl電極片（上海博達醫(yī)療器械有限公司制造），75%酒精，脫脂棉，固定導線醫(yī)用膠布，量角器，固定滑輪的鐵架，鐵質(zhì)滑輪，2個沙袋重量分別為20 N（前屈、后伸、外展動作使用）、35 N（內(nèi)、外旋使用），若干繩索，鐵架固定穩(wěn)定不能被繩索拉動。整個過程均在站立位完成。

1.2.3 實驗步驟

測試前每一步均向受試者詳細講解測試注意事項并熟悉動作要領。

第一步：脫脂棉酒精棉球去取所貼電極片表面皮膚，貼電極片（專人負責），連接電極導線，膠布固定導線。

圖1～3表示每塊肌肉所貼電極的位置：胸大肌，岡下肌，三角肌前、中、后束，岡上肌（表面附有上斜方?。?，肱二頭肌，背闊肌，前鋸肌，電極之間中心點間距為2 cm，貼在每塊肌肉肌腹飽滿位置上，與肌纖維的方向平行，參考電極置于第7頸椎棘突之上[6]。

第二步：徒手MVC測試肌肉活動。

使用徒手肌力測試方法，即MMT（Manual Muscle Test）方法測試肌肉的MVC（Maximal Voluntary Contraction）。采用標準化動作體位，每種動作持續(xù)5 s等長收縮。取最大值的持續(xù)3 s，計算每秒的積分肌電—平均振幅作為每塊肌肉的100%活動，取3次平均值。

第三步：啟動VICON圖像動作采集系統(tǒng)，量角器定位與人體冠狀面成30°角方向（以另一鐵架定標）。同步信號發(fā)生器發(fā)引導，執(zhí)行動作記錄。

信號處理：原始的表面肌電號經(jīng)濾波（Filter）、正波化（Rectification）和平滑（Smoothing）處理，采樣頻率為1 200 Hz，帶通濾波為20～400 Hz之間，噪聲水平＜5 uV。

1.2.4 統(tǒng)計學方法

使用SSPS15.0軟件分析，所有數(shù)據(jù)均以平均數(shù)±標準差表示，兩組數(shù)據(jù)之間比較用獨立T檢驗進行比較，P＜0.05為有顯著性差異，以*表示；P＜0.01表示有非常顯著性差異，以**表示。

2 結果

2.1 肩胛平面內(nèi)外展

從圖 4～6看出，TASI肩岡上肌活動增加，在0～45°外展范圍內(nèi)存在差異，其他范圍的活動沒有統(tǒng)計學意義；三角肌前束在外展90°到外展終末范圍明顯降低，P＜0.05。前鋸肌的活動性下降，在45°～終末外展范圍內(nèi)P＜0.05，有統(tǒng)計學差異。其余的肌肉活動與CON組的比較均無統(tǒng)計學意義。

2.2 肩關節(jié)前屈

從圖7～10看出，TASI肩的前鋸肌在前屈的整個過程中，與CON組相比均降低，有明顯差異，P＜0.05。肱二頭肌活動較CON組相對較高，只有在0～45°期間有差異，P＜0.05；其余階段表現(xiàn)為增加趨勢，P＞0.05。三角肌前、中束活動下降，P＜0.05?；技绲钠溆嗉∪怆m然有變化，但P＞0.05。

2.3 肩關節(jié)后伸

從圖11看出，TASI肩岡上肌活動較正常肩明顯要高，P＜0.05。三角肌前束也明顯增高，有顯著性差異，P＜0.05；三角肌中、后束均比正常肩有較高的活動趨勢。

2.4 肩關節(jié)中立位內(nèi)旋

從圖12看出，TASI肩與正常肩相比，在中立位內(nèi)旋動作中，只有胸大肌活動性下降較為明顯，P＜0.05。背闊肌活動和肱二頭肌活動相對其他肌肉也較強，活動達到近20%，而且患者較CON組活動性要高，但是，兩者無差異。

2.5 肩關節(jié)中立位外旋

從圖13看出，岡下肌和岡上肌活動均較為明顯，前者達到了60%左右，岡上肌活動達到近40%。其中，TASI肩岡下肌活動性明顯偏低，岡上肌活動明顯偏高，P＜0.05。其余的肌肉活動程度均較小，而且，兩組之間均無明顯差異。

2.6 肩關節(jié)外展45°內(nèi)旋

從圖14看出，大部分肌肉活動性程度均較為接近，達到近20%。其中，TASI肩的前鋸肌和三角肌中束較正常肩明顯要低，P＜0.05。背闊肌和胸大肌活動性有稍偏高的趨勢，沒有達到P＞0.05。其余的大部分肌肉活動增高和下降不一致，無顯著性差異，P＞0.05。

2.7 肩關節(jié)外展45°外旋

從圖15看出，岡上肌和岡下肌活動在CON組和TASI組均其他的肌肉較高，在50%左右。TASI肩前鋸肌活動性下降，肱二頭肌活動性偏高，均有顯著性性差異，P＜0.05。其余大部分肌肉活動不同程度降低趨勢。

3 分析與討論

關節(jié)不穩(wěn)定是人類最常見的疾病之一，不僅涉及到髖關節(jié)、膝關節(jié)和肩關節(jié)，而且，可能影響人體所有的關節(jié)。盂肱關節(jié)最容易出現(xiàn)不穩(wěn)定，其穩(wěn)定主要依賴于關節(jié)周圍的軟組織結構，而肩關節(jié)各種動作的精確協(xié)調(diào)又主要依賴于肩關節(jié)周圍肌肉的活動。肩關節(jié)周圍的肌肉不僅可以穩(wěn)定關節(jié)，還可以導致脫位，引起不穩(wěn)定。如何在執(zhí)行功能性動作中維持這種特殊的穩(wěn)定性取決于肩關節(jié)周圍肌肉的精確協(xié)調(diào)。由于每塊肌肉在不同的運動范圍，活動性是有差異的，為了研究方便，我們以45°為一個運動節(jié)段作為研究單位。通過研究，我們發(fā)現(xiàn)創(chuàng)傷性前方不穩(wěn)定肩關節(jié)在執(zhí)行日常功能性動作時存在著不同的肌肉活動特征。

3.1 胸大肌

TASI組胸大肌在0°內(nèi)旋時活動性下降明顯，而在其余的動作中活動性表現(xiàn)不一，統(tǒng)計學上沒有顯著性差異，P＞0.05。這與以往的研究存在一致的地方[7]。McMahon等[8]研究了在懼痛位置，胸大肌可以導致肩關節(jié)前方不穩(wěn)定，而不是通常人們所認為的穩(wěn)定性作用。這種失穩(wěn)有可能是反射性疼痛引起的。本研究的胸大肌活動性下降，從理論上來說，這種現(xiàn)象會引起肩關節(jié)的前方不穩(wěn)定。不過，這僅僅是在中立位內(nèi)旋運動中出現(xiàn)下降，所以，即使胸大肌活動性下降，在此位置也不會引起前方脫位，充其量在肩關節(jié)前方不穩(wěn)定中起到機械阻擋的作用。

3.2 三角肌

早期肌電研究結果認為三角肌只是起到一個外展的作用。本研究TASI組的三角肌前、中束在外展和前屈運動的大多數(shù)范圍明顯下降。三角肌后束活動在外展180°起始范圍0～45°內(nèi)和外展45°外旋運動中活動有所增加，可能是由這種弱的穩(wěn)定功能補償給岡上肌而引起的[9]。

三角肌前束在肩胛平面外展過程中，均表現(xiàn)出較高的活動性，尤其是三角肌前、中束隨著外展角度的增加，其活動性逐漸增加。其中，TASI患肩和CON肩相比，在肩胛平面外展范圍起始0～45°期間，三角肌前、中、后束，表現(xiàn)TASI患肩均表現(xiàn)出活動性增加，特別是三角肌前束表現(xiàn)顯著。而在外展后范圍階段，則表現(xiàn)為TASI肩較CON肩活動性明顯偏低，可能是由于上臂在外展啟動時與岡上肌協(xié)同補償前方穩(wěn)定性作用導致的，而且肩關節(jié)外展起始運動時需要動員更多的肌肉募集才能發(fā)動動作。而此后，TASI肩出現(xiàn)下降，可能與岡上肌在90°范圍以后也開始下降有關。在前屈過程中，TASI肩與CON肩相比，活動性均表現(xiàn)下降趨勢，三角肌前、中束下降較為明顯，P＜0.05，具有顯著性差異。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是肌肉之間協(xié)調(diào)不平衡或靜息肌纖維長度增加引起三角肌活動變化的原因。后伸過程中三角肌前束TASI肩和CON肩相比，TASI肩的活動性明顯要高，P＜0.05。這種現(xiàn)象很可能是神經(jīng)調(diào)節(jié)的保護性機制，通過三角肌前束活動的增強以防止肱骨頭從前方脫出。

3.3 岡上肌

任何抬高活動是積極的，在穩(wěn)定肱骨頭方面顯得較為重要。岡上肌主要作用是產(chǎn)生肩關節(jié)的外展，它通過擠壓肱骨頭于盂窩內(nèi)促進肩關節(jié)穩(wěn)定。本研究外展過程中，岡上肌活動性在TASI肩和CON肩中均明顯較高，而且TASI肩活動性較CON肩要高，只有0～45°增高明顯，其余運動范圍無明顯差異，并且有下降趨勢，統(tǒng)計學上P＞0.05。說明該外展起始范圍的肌肉活動性增加可能是前方不穩(wěn)定肩關節(jié)通過這種增加機制來壓迫肱骨頭來提高肩關節(jié)的穩(wěn)定性，上面已經(jīng)提到三角肌前、中束活動性在起始外展范圍也出現(xiàn)增加，可能與岡上肌具有協(xié)同作用共同增加肌纖維的募集提高肱骨頭的前方穩(wěn)定性。鑒于TASI肩關節(jié)岡上肌在一定范圍內(nèi)出現(xiàn)了活動性增加，但是，大部分運動范圍中還是下降的，所以，我們必須加強岡上肌的激活訓練。

3.4 肱二頭肌

研究發(fā)現(xiàn)在肩關節(jié)前屈和外旋運動時，TASI肩的肱二頭肌活動性較CON肩的活動性增加是明顯的，而其余運動中，P＞0.05，但不同程度地表現(xiàn)出增加趨勢。說明肱二頭肌在前方不穩(wěn)定肩關節(jié)中通過代償性的活動性增加來維持其前方的穩(wěn)定性。本研究與Kim的結果一致，Kim等[10]研究發(fā)現(xiàn)肱二頭肌在不穩(wěn)定肩關節(jié)中的活動性是主動積極的，推測其可能有著重要的穩(wěn)定功能，并且他認為這種作用僅次于主要的靜力性結構。尸體研究也表明[11]：對于穩(wěn)定的肩關節(jié)來說，肱二頭肌穩(wěn)定作用的重要性與岡上肌、岡下肌及小圓肌的水平相當，但對于不穩(wěn)定的肩關節(jié)來說，肱二頭肌的穩(wěn)定作用則表現(xiàn)更為突出。

肱二頭肌作為盂肱關節(jié)有效抑制肌肉發(fā)揮作用，可以維持適當?shù)捻g帶張力，因為某些韌帶緊張時可以維持肩關節(jié)的穩(wěn)定。肱二頭肌失去作用將會使盂肱韌帶上的作用力增加。Pagnani等[12]通過尸體模型發(fā)現(xiàn)將力作用于肱二頭肌腱上既可以減少前后和上下方向的位移，而且還發(fā)現(xiàn)當臂內(nèi)旋時，具有前向穩(wěn)定作用，當肱骨外旋時起到執(zhí)行后穩(wěn)定作用。肱二頭肌的作用還可以在慢性肩袖疾病的患者中，見到肥大現(xiàn)象，這種肥大現(xiàn)象可能也間接反映了肱二頭肌在肩關節(jié)中的作用是不可忽視的。所以，若肩關節(jié)出現(xiàn)前方不穩(wěn)定時，肱二頭肌腱會產(chǎn)生更大的肌肉活動募集來彌補這種不穩(wěn)定。

3.5 前鋸肌

前鋸肌屬于固定肩胛骨的肌肉，它將肩胛骨調(diào)整到一個合適的位置以便讓盂肱關節(jié)最有效地發(fā)揮功能，可以使肩胛骨外展外旋。例如在前推運動中，前鋸肌牽拉肩胛骨向外遠離脊柱并使其緊貼胸壁。

研究發(fā)現(xiàn)無論是TASI組和CON組肩關節(jié)在前屈運動中，均表現(xiàn)出較高的活動性。而且隨著前屈范圍增加，前鋸肌的活動性越高，在前屈90°范圍以上開始逐漸下降。說明前鋸肌在肩關節(jié)的前屈活動中發(fā)揮著重要的作用。隨著前屈角度的變化，我們可以用力矩的變化來解釋，因為負荷力矩是隨著肌電活動成相對應關系。0～90°范圍是力矩是逐漸增加的，肌電活動增加，90°以上力矩減小，肌肉活動減少。TASI和CON組肩關節(jié)雖前屈角度的變化規(guī)律一致，但是，TASI肩的前鋸肌活動要比CON組低。研究發(fā)現(xiàn)TASI肩在肩胛平面外展范圍內(nèi)也出現(xiàn)前鋸肌活動性下降，前鋸肌的活動外展45°以上肌電活動明顯減弱。這種結果也表明在此運動范圍之上前鋸肌的旋轉肩胛作用下降，類似結果除了0°內(nèi)旋和后伸以外，還出現(xiàn)大部分本研究的其他測試動作中。這些動作均涉及到肩胛骨的協(xié)調(diào)活動。同時還說明了TASI肩協(xié)調(diào)的不對稱性。

3.6 岡下肌

岡下肌起著肱骨頭的外旋作用；另外，它可能依賴于盂肱關節(jié)的位置變化而發(fā)生變化。研究發(fā)現(xiàn)：岡下肌在絕大部分運動范圍內(nèi)TASI組肩關節(jié)活動性均出現(xiàn)下降的趨勢，在外展外旋動作是下降作用更為明顯，P＜0.05。這可能是由前方不穩(wěn)定肩關節(jié)肌肉功能損害所導致的。根據(jù)Glousman等[13]研究棒球運動員時發(fā)現(xiàn)在前方不穩(wěn)定肩關節(jié)抬臂晚期其活動性出現(xiàn)輕度下降，可能是因為抬臂晚期肩關節(jié)達到最大外旋范圍促進了不穩(wěn)定作用。岡下肌在抬臂早期和加速期活動性增加，實際上并不符合岡下肌的這種活動性下降的模式，但是它確實增加了肩關節(jié)的相對不穩(wěn)定。岡下肌活動性下降有助于減輕前方不穩(wěn)定作用，也很可能是機體的一種保護性反映。

3.7 背闊肌

執(zhí)行了肩關節(jié)的內(nèi)旋功能并且使上肢在胸前跨越。在本研究中，TASI組的背闊肌在外展運動中隨著外展角度的增加，其活動性趨勢下降較為明顯，但是P＞0.05。這種現(xiàn)象還出現(xiàn)在肩關節(jié)前屈中，如果這種趨勢出現(xiàn)明顯差異，將是有臨床意義的。因為，肩關節(jié)在前屈和外展至最大范圍時，背闊肌出現(xiàn)離心收縮保護了肩關節(jié)前部，此時是一種被動牽張拉長。因此，這種下降現(xiàn)象可能對肩關節(jié)前方不穩(wěn)定的復發(fā)起到一定的促進作用。筆者認為背闊肌、胸大肌和肩胛下肌共同執(zhí)行肩關節(jié)的內(nèi)旋，這些肌肉可以在肩關節(jié)極度張力下離心收縮保護肩關節(jié)的前部分結構。這些肌肉的協(xié)同活動下降促進肩關節(jié)外旋。這可能是神經(jīng)肌肉控制差異而引起的或是維持慢性肩關節(jié)前方不穩(wěn)定的一個因素。

4 結論

4.1 岡上肌、前鋸肌在大多數(shù)運動范圍中其活動性是下降的，三角肌前中束、岡下肌和胸大肌在少部分運動范圍內(nèi)活動性下降，提示康復訓練的重點應加強岡上肌、前鋸肌活動性訓練，適當進行三角肌前中束、岡下肌和內(nèi)旋肌群如胸大肌的訓練。

4.2 鑒于肱二頭肌出現(xiàn)活動性增強現(xiàn)象，它理應是在前方不穩(wěn)定肩關節(jié)中起到穩(wěn)定補償作用，可不必進行增強訓練。

4.3 增強了TASI動力性穩(wěn)定結構對發(fā)病機制影響的理解，提供了TASI肌肉活動性康復訓練的臨床理論依據(jù)。

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SEMG Characteristics of Athletes’ TASI

ZHU Wen-hui, WANG Yi-bin, HAO Yue-dong ,et al
(Shanghai East Hospital ,Tongji University, Shanghai 200120, China)

Objective With the clinical problem of traumatic anterior shoulder instability (TASI) as the subject, the authors compared the SEMG activities of the patient’s shoulder muscles with normal shoulder joints in different functional movements so as to find out the approximate characteristics of TASI shoulder muscle movements and provide theoretical basis for selecting treatment options for TASI patients. Method A comparison was made between the TASI athletes and the normal athletes' shoulder joints (CON). Biovision 16 EMG made in Germany was used to collect the signals of SEMG activities so as to evaluate the muscle movement characteristics of shoulder extension, forward bend, back extension and inward and outward spins in 0°and 45°extension. Result Compared to CON, TASI shoulder muscles have the following characteristics:Pectoralis major muscle movement obviously decreases in inward spin. Deltoid toe movement decreases distinctly in the second half of shoulder extension and the first half of forward bend. The movement of deltoid in the beam decreases in the middle of forward bend. Supraspinatus movement increases at the initial part of the extension, but decreases in the rest movements. Biceps movement increases in forward bend and outward spin. Infraspinatus movement decreases in outward spin. Serratus anterior movements decrease in the second half of forward bend and inward and outward spins. Conclusion 1. The understanding of TASI pathogenesis has been improved. The basic data base for TASI rehabilitation training and treatment choice has been supplemented. 2. The working ability of TASI shoulder extension muscles and outward spin muscles decreases. Imbalance exists in inward and outward spin muscles. The working ability of outward spin muscles decreases significantly. 3. In non-operative treatment of TASI, anterior dynamic stability structure may be taken into consideration. Movement training of supraspinatus, serratus anterior and outward spin muscles should be increased. And the training of deltoid toe, deltoid in the beam and inward spin muscles should also be strengthened to an appropriate extent.

athlete; TASI; SEMG; characteristics

同濟大學附屬東方醫(yī)院運動醫(yī)學科, 上海 200120

G804.5

A

1006-1207(2011)06-0049-06

2011-10-09

上海市體育科技騰飛計劃項目資助（09TF013）

朱文輝，女，主治醫(yī)師.主要研究方向：運動損傷與關節(jié)鏡外科.

何聰)