正常人群咀嚼肌表面肌電圖及下頜運動軌跡的聯(lián)合分析

吳亞男1,2,3，方夢如1,2,3，王云2，汪萌芽1

(皖南醫(yī)學院1.細胞電生理研究室;2.口腔正畸學教研室;3.啟明星小組,安徽蕪湖241002)

【摘要】目的：建立咀嚼肌表面肌電圖(sEMG)與下頜運動軌跡描記儀(MKG)同步記錄技術(shù)，聯(lián)合分析正常牙合

下頜運動的特性。

方法：應(yīng)用sEMG和MKG同步記錄20例正常牙合

青年志愿者在牙尖交錯位(ICP)、下頜姿勢位(MPP)、咀嚼等7種下頜運動狀態(tài)下咬肌、二腹肌前腹的肌電活動和下頜運動軌跡，并進行時域和相關(guān)性分析。

結(jié)果：sEMG時域分析顯示，不僅各咀嚼肌肌電的幅值、平均肌電值(AEMG)和峰值在不同下頜運動中有不同程度的差異，而且在同一種下頜運動中各咀嚼肌肌電的幅值、平均肌電值A(chǔ)EMG和峰值均有顯著性差異(除在ICP和MPP的幅值、峰值，在ICP和最大開閉口的AEMG外)。MKG的同步檢測和分析表明各參數(shù)中傾斜度(Slant)、垂直位移(Vertical)、前后位移(A./P.)在不同下頜運動中也具有顯著性差異，并與sEMG參數(shù)有一定的相關(guān)性。結(jié)論：通過sEMG與MKG同步記錄和聯(lián)合分析下頜運動的方法，可以分析下頜運動的特征性參數(shù)。

【關(guān)鍵詞】咀嚼?。患‰妶D(EMG);下頜運動軌跡描記儀(MKG);下頜運動；運動控制

【文獻標識碼】【中圖號】R 782A

DOI【】10.3969/j.issn.1002-0217.2015.01.026

文章編號：1002-0217(2015)01-0090-04

基金項目：安徽省全球基金艾滋病社會動員項目(2013-C8)

收稿日期：2014-05-08

作者簡介：張曉龍(1989-)，男，2009級本科生，(電話)15626453966，(電子信箱)1245741151@qq.com；

通訊作者文育鋒，男，教授，碩士生導師，(電子信箱)wyf@wnmc.edu.cn，.

Correlative analyses of surface electromyogram and mandibular kinesiogram on jaw movement properties in subjects with normal occlusionWUYa′nan,FANGMengru,WANGYun,WANGMengya

Cell Electrophysiology Laboratory，Wannan Medical College,Wuhu 241002,China

Abstract【】Objective：To establish simultaneous recording technology for correlative analysis of surface electromyogram(sEMG) for masticatory muscles and mandibular kinesiograph (MKG) in order to characterize jaw movement properties.Methods:By using an 8-channel polygraph and an MKG set,sEMG in masseter and anterior digastric muscles as well as MKG were simultaneously recorded in 20 young volunteers with normal occlusion in 7 diverse mandibular position,including intercuspal cusp position (ICP),the mandibular postural position (MPP) and mastication,etc,and correlative and time-domain analyses were performed in different jaw movement modality.Results:Time-domain analysis showed some differences in sEMG amplitude,average sEMG values and peak of the masticatory muscles in different jaw movements,and presented with significant differences of sEMG amplitude,average sEMG values and peak in individual masticatory muscle in the same jaw movement and mandibular postural position(excluding amplitude and peak in ICP and MPP,average sEMG value in ICP at maximum opening and close movement).Still,MKG parameters indicated significant differences in diverse mandibular movements and correlation with sEMG parameters (P<0.01 or P<0.05).Conclusion:Simultaneous sEMG and MKG recording technology may be used to correlatively characterize masticatory muscle during mandibular movement.

【Key words】 masticatory muscles;electromyography;mandibular movement kinesiograph;mandibular movements;motor control

口腔功能的實現(xiàn)有賴于下頜運動，臨床上常利用下頜運動軌跡的特征來判斷口頜系統(tǒng)的健康與否[1]。目前常運用下頜運動軌跡描記儀(mandibular kinesiograph，MKG),精確地觀察下頜中切牙切點的運動軌跡[2]。另外，表面肌電圖(surface electromyography，sEMG)也常用于口頜系統(tǒng)肌功能的檢測[3]。要進行咀嚼運動控制機制的研究，首先要分析下頜運動的特性，這就需要進行sEMG和MKG的同步記錄和聯(lián)合分析。為此，本研究在已建立正常牙合成人咀嚼肌表面肌電圖的參數(shù)分析[4-9]基礎(chǔ)上，將sEMG與MKG聯(lián)合同步記錄正常牙合青年下頜在不同運動時的軌跡及sEMG原始信號的分析，對相關(guān)參數(shù)進行聯(lián)合時域分析，以獲得正常牙合人群下頜運動的代表性參數(shù)，為進一步開展下頜運動控制機制研究，以及口頜系統(tǒng)疾病的早期診斷和療效評估提供實驗基礎(chǔ)。

1對象和方法

1.1研究對象普查某醫(yī)學院口腔醫(yī)學專業(yè)2011、2012級學生280名，隨機選取20例正常牙合樣本(男8例、女12例)，平均年齡(19.2±1.3)歲。樣本納入標準：牙齒排列整齊無間隙，磨牙關(guān)系中性，前牙覆牙合覆蓋正常，中線一致，牙周健康,面部左右對稱，無不良口腔習慣、正畸治療史，咀嚼肌無壓痛，雙側(cè)髁突運動基本對稱，無彈響，開口度37～45 mm。

1.2實驗儀器澳大利亞AD公司生產(chǎn)的PowerLab 8通道多用途生理記錄儀，配置成4通道的咀嚼肌肌電圖記錄和分析系統(tǒng)；美國BioRESEARCH公司生產(chǎn)的下頜運動軌跡描記儀(JT-3D)及其分析軟件；丹麥Ambu公司產(chǎn)藍點電極片(型號:N-00-S);粘蠟；綠箭口香糖等。

1.3實驗方法本實驗方法經(jīng)過皖南醫(yī)學院醫(yī)學倫理委員會審查批準，實驗前所有志愿者均簽署知情同意書。

1.3.1實驗條件室內(nèi)安靜，電屏蔽，室溫(20±1) ℃。受試者面部清潔，放松，端坐位，兩眼平視前方。

1.3.2記錄部位咀嚼肌sEMG記錄位點：左側(cè)咬肌(left masseter,LMM)、右側(cè)咬肌(right masseter，RMM)、左側(cè)二腹肌前腹(left anterior digastric,LDA)和右側(cè)二腹肌前腹(right anterior digastric，RDA)。MKG記錄位點：下頜中切牙唇側(cè)頸部貼附磁鋼。

1.3.3實驗操作①受試者左側(cè)手臂貼地極，表面肌電圖記錄時所設(shè)參數(shù):采樣速率2 k/s，采樣量程1 mV，縮放比例100∶1。②佩戴下頜運動軌跡描記儀面架并固定，在受試者的下頜中切牙位置貼上磁鋼，插入磁棒。

1.3.4實驗過程①測試前準備：告知受試者測試過程的運動。②記錄受試者雙側(cè)MM和DA在ICP、MPP、最大開閉口、最大前伸、后退接觸位(RCP)、咀嚼、側(cè)方運動(左右方向)等7種功能狀態(tài)下的肌電活動和下頜運動軌跡。

2結(jié)果

2.1sEMG與MKG的同步記錄最大開閉口運動時sEMG與MKG同步記錄的典型記錄結(jié)果例示于圖1。

上圖：MKG，由上往下分別是開閉口、前后、左右方向的位移；

下圖：sEMG,由上往下分別是LMM、LDA、RMM、RDA的肌電圖

圖1最大開閉口運動的sEMG與MKG同步記錄

2.2sEMG的時域分析

2.2.1咀嚼肌的肌電幅值比較在時限范圍內(nèi)，最大負峰與最大正峰的幅度差，反映了肌肉電信號的強度及參與的運動單位數(shù)目。除ICP和MPP外,其他各下頜運動狀態(tài)時咀嚼肌間肌電幅值差異均具有顯著性意義。同樣，每一咀嚼肌在不同下頜運動狀態(tài)間肌電幅值差異亦具有顯著性意義(表1)。

2.2.2咀嚼肌的平均肌電值比較是一段時間內(nèi)瞬間肌電圖振幅的平均，是反映sEMG信號振幅變化的特征性指標，其變化主要反映肌肉活動時運動單位激活的數(shù)量、參與活動的運動單位類型以及其同步化程度，與不同肌肉負荷強度條件下的中樞控制功能有關(guān)。除ICP、最大開閉口和最大前伸外,其他各下頜運動狀態(tài)時咀嚼肌間AEMG差異均具有顯著性意義。但只有LMM在不同下頜運動狀態(tài)間AEMG差異亦具有顯著性意義(表2)。

2.2.3咀嚼肌的肌電峰值比較反映肌肉收縮的強度，是肌肉做功的表現(xiàn)。除ICP和MPP外,其他各下頜運動狀態(tài)時咀嚼肌間肌電峰值差異均具有顯著性意義。同樣，每一咀嚼肌在不同下頜運動狀態(tài)間肌電峰值差異亦具有顯著性意義(表3)。

2.3下頜運動軌跡的時域分析不同下頜運動狀態(tài)的MKG各參數(shù)中除了Lateral之外，其他參數(shù)都具有顯著性差異(表4)。

±s，n=20)

LMMRMMLDARDAF值ICP66.90±25.5483.00±61.4086.96±39.3787.65±65.240.74MPP61.93±25.8063.71±34.2679.83±44.1781.30±52.321.30最大開閉口163.73±78.93198.93±84.47558.30±171.72623.11±246.7348.21**最大前伸53.46±17.5377.34±40.2896.68±47.95105.54±73.004.47**RCP27.45±5.6731.87±10.58128.97±80.86102.42±39.7025.07**咀嚼74.51±26.1070.12±21.46170.53±38.44159.28±54.6441.13**側(cè)方運動47.87±14.1163.28±27.1390.63±33.8888.86±21.5113.49**F值30.47**26.44**94.01**70.7**

單因素方差分析：**P<0.01

±s，n=20)

LMMRMMLDARDAF值ICP19.92±4.4653.28±11.9128.60±6.4022.85±5.112.72MPP11.76±2.6323.34±5.2221.66±4.8430.59±6.8412.25**最大開閉口47.10±10.5354.91±12.2874.06±16.56210.08±46.970.32最大前伸12.52±2.8029.75±6.6528.19±6.3061.54±13,762.50RCP7.43±1.667.55±1.6923.66±5.2918.68±4.183.63*咀嚼10.80±2.4110.81±2.4223.02±5.1532.84±7.345.39**側(cè)方運動12.08±2.7013.19±2.9516.44±3.6817.17±3.844.18**F值2.55*0.720.750.19

單因素方差分析：*P<0.05,**P<0.01

±s，n=20)

LMMRMMLDARDAF值ICP0.09±10.285.92±21.249.08±33.101.43±11.380.21MPP1.35±8.454.12±15.6612.55±35.131.05±5.662.69最大開閉口2.43±19.511.85±25.855.13±38.282.65±53.0024.41**最大前伸5.66±8.565.07±30.947.56±40.163.99±20.352.86*RCP1.15±7.012.55±9.637.11±50.550.49±19.6814.59**咀嚼1.72±4.741.15±8.006.39±21.522.44±11.1519.16**側(cè)方運動4.79±15.163.81±13.8610.65±34.670.41±10.887.50**F值10.89**14.76**114.83**24.15**

單因素方差分析：*P<0.05,**P<0.01

±s，n=20)

SlantVerticalA./P.LateralICP0.18±0.190.11±0.100.08±0.180.05±0.09MPP0.48±0.420.35±0.370.22±0.27-0.10±0.37最大開閉口30.93±3.9923.66±2.3119.93±3.881.54±2.57最大前伸4.48±1.513.32±1.07-2.82±1.540.83±0.67RCP0.70±0.410.32±0.230.58±0.43-0.09±0.23咀嚼8.21±3.227.29±2.683.67±2.020.06±2.13側(cè)方運動2.03±0.701.25±0.71-1.18±1.12-0.19±5.06F值579.98**712.16**364.93**1.53

單因素方差分析：*P<0.05,**P<0.01,A./P.負值默認方向向前，Lateral負值默認方向向右

2.4sEMG與MKG的相關(guān)性分析根據(jù)各參數(shù)間相關(guān)性即直線相關(guān)系數(shù)r值的分析，參數(shù)相關(guān)關(guān)系具有顯著意義(P<0.05或P<0.01)，初步篩選為相應(yīng)下頜運動的sEMG和MKG特征性參數(shù)(表5)。

表5不同下頜運動的sEMG和MKG參數(shù)相關(guān)性(r值)
Tab 5The correlation of sEMG and MKG parameters in diverse jaw movements(r)

μVmmsEMG幅值MKG峰值LMMRMMLDARDALMMRMMLDARDAICPMax.Slant0.1860.0520.450*0.472*0.3480.0850.4180.251Slant0.539*0.3610.3220.652**0.3940.1500.1290.456*OPENVertical0.477*0.2570.1770.601**0.510*0.2250.2530.509*A./P.0.580**0.459*0.3900.661**0.3370.1220.0490.367Slant0.1480.2000.3280.4030.3560.591**0.497*0.357最大前伸Vertical0.0210.0250.2240.618**0.2610.4210.521*0.431A./P.0.2120.4000.3550.0870.3820.614**0.3400.146Slant0.2880.3540.574**0.616**0.2450.0810.2930.378RCPVertical0.3980.533*0.3140.4030.1580.0910.3640.315A./P.0.2470.2970.617**0.630**0.2130.1050.2630.356MaxA./P.0.1660.518*0.2060.1990.1480.3970.2770.198Max.lateral0.3710.511*0.3020.1600.487*0.0690.0120.184咀嚼運動Slant0.3920.500*0.492*0.2220.3680.783*0.1500.229Vertical0.3120.452*0.4270.1870.3120.786**0.1470.218A./P.0.494*0.586**0.604**0.2940.3720.702**0.1200.246側(cè)方運動Max.Vertical0.1370.716**0.0760.0410.1650.643**0.1870.109

*P<0.05，**P<0.01

3討論

實驗中下頜處于ICP時，咀嚼肌表面肌電圖幅值、峰值均無顯著差異正是下頜處于穩(wěn)定狀態(tài)的體現(xiàn)；而處于MPP時，咀嚼肌表面肌電圖幅值、峰值均無顯著差異是咬肌與二腹肌前腹參與收縮的肌束較少，肌電信號不活躍的表現(xiàn)，受神經(jīng)調(diào)控肌肉處于放松的狀態(tài)。

咀嚼肌的平均肌電值在正常牙合人群的下頜正中方向(即僅在矢狀面、垂直面的運動，下頜無偏斜)運動時，包括最大開閉口、最大前伸及后退三種邊緣運動下均無顯著差異性說明咀嚼肌在神經(jīng)中樞的調(diào)控下不同肌肉已達到穩(wěn)定的負荷強度，且不存在左右側(cè)肌肉電活動的顯著差異，亦反證正常牙合人群的篩選標準。

下頜運動ICP的特征性參數(shù)是雙側(cè)DA的幅值和Max.Slant；最大開閉口運動時的特征性參數(shù)是雙側(cè)MM、DA的幅值、峰值和Slant、A./P.、Vertical；最大前伸運動時的特征性參數(shù)是雙側(cè)MM的峰值和Slant；RCP時的特征性參數(shù)是雙側(cè)DA的幅值和A./P.；咀嚼運動時的特征性參數(shù)是雙側(cè)MM、DA的幅值和Max.Lateral、Max.Slant；側(cè)方運動時的特征性參數(shù)是雙側(cè)MM的幅值和Max Slant。

由于實驗采集樣本容量的限制，相關(guān)參數(shù)的采集具有一定的局限性，如在MKG的各指標中,Lateral在MPP、RCP與側(cè)方運動時均表示偏向右側(cè)，這可能與受試者的習慣性動作有關(guān)[10]，其原因還有待于進一步研究。

下頜運動有賴于神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)控，通過運動下頜的肌肉、顳下頜關(guān)節(jié)及牙合的協(xié)同作用而完成。受試者在完成實驗所設(shè)計的下頜運動是受中樞神經(jīng)系統(tǒng)來調(diào)控相關(guān)咀嚼肌的收縮，在肌肉收縮期間，其收縮力量取決于支配肌細胞的α神經(jīng)運動神經(jīng)元激活的下行運動控制通路的數(shù)目。換言之，募集的運動神經(jīng)元愈多，激活的運動單位就愈多，其探測的是肌肉收縮力量也愈大，sEMG記錄的肌纖維電活動就愈強。下頜運動軌跡以下頜中切牙為記錄參照點描述下頜運動，記錄的位移實時反映下頜運動的軌跡。

咀嚼肌肌電圖是記錄肌肉放電活動的有效手段，但缺乏對于動作完成的實質(zhì)性記錄，在判斷受試者完成受試動作的方向性、流程性以及是否到位具有一定的局限性[11]，且個體差異的皮膚、皮下脂肪和筋膜均可削弱肌電的記錄。反之，下頜運動軌跡描記儀單獨記錄動作，忽視了咀嚼肌功能在下頜運動中發(fā)揮的作用[12]。通過sEMG與MKG同步記錄技術(shù)，既可在動作實施的過程中觀察肌肉的放電活動，亦可精確判斷受試動作的完成情況。運用sEMG和MKG的瞬時生物反饋在干預治療中發(fā)揮效果，同時結(jié)合二者在各種下頜運動的特征性參數(shù)，使得口頜系統(tǒng)疾病的診斷與療效評估具有重要指數(shù)可循。

致謝：皖南醫(yī)學院細胞電生理研究室王邦安高級實驗師提供技術(shù)協(xié)助。

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