表面肌電屈曲-放松測試及影響因素研究進展

李揚政 吳方超 李建華

浙江大學醫(yī)學院附屬邵逸夫醫(yī)院康復醫(yī)學科（浙江杭州310016）

表面肌電屈曲-放松測試及影響因素研究進展

李揚政 吳方超 李建華

浙江大學醫(yī)學院附屬邵逸夫醫(yī)院康復醫(yī)學科（浙江杭州310016）

隨著康復醫(yī)學的快速發(fā)展，表面肌電圖（surface electromyography，sEMG）作為一種肌肉功能評估的無創(chuàng)、實時客觀的手段，在康復醫(yī)學領域的應用越來越多。表面肌電圖是利用電極在皮膚表面采集到肌肉活動狀態(tài)下的肌電信號，通過收集、分析、放大、顯示而記錄到的類似于噪聲的一種一維電壓信號。該信號經過不同的分析轉換后得出的指標可一定程度上反映肌肉功能的變化情況。其中，表面肌電屈曲-放松（Flexionrelaxation）指標可應用于肌肉放松和協調能力評估，在腰痛、頸椎病等疾病的肌肉功能評估方面有著重要意義。但是，目前國內外的不同研究中，對于屈曲-放松現象（Flexion-relaxation phenomenon，FRP）等指標的研究方法和判定標準等仍存在一定的爭議[1]，故本文對此進行綜述，以期為進行表面肌電圖屈曲-放松相關研究提供標準化的操作方案參考。

1 屈曲-放松現象及其臨床意義

表面肌電圖是應用于肌肉功能評估的一種客觀量化的評估工具，表面肌電測試獲得的原始肌電值經過不同的轉換后得出的指標可一定程度上反映局部肌肉收縮能力、耐疲勞性以及肌肉協同和放松能力等特征。

Floyd等[2]在一項健康人的研究中發(fā)現，當人體處于直立狀態(tài)，腰椎前屈至一定角度時，腰部椎旁肌的原始表面肌電信號會出現突然下降，以后的學者進一步證實了該現象并稱之為屈曲-放松現象。

至今，已有不少學者針對屈曲-放松現象的出現部位和機制進行了深入研究。有許多研究結果證實了大部分無腰痛癥狀的正常人群能在其腰部記錄到屈曲-放松現象[3]，而存在明顯腰痛的人群中，屈曲-放松出現的概率則明顯下降[4]。近年來，也有研究發(fā)現多數健康人群頸椎旁豎脊肌也存在屈曲-放松現象，且在頸椎病患者中，該現象的出現概率同樣顯著降低[5]。研究發(fā)現正常人群頸椎屈曲-放松現象的出現概率約為85.7%，而在頸椎病患者中該比例降至36.3%[6]。有學者發(fā)現軀干背伸肌群如腘繩肌在軀干前屈過程中也可出現肌電值的明顯下降[7]。

在脊柱屈伸活動中，主要由三個系統相互作用來維持脊柱穩(wěn)定，即骨骼、椎間盤、韌帶等組成的被動系統、深淺層肌肉收縮組成的主動系統及中樞神經主導的控制系統。三個系統相輔相成，共同維持脊柱穩(wěn)定，其中任何一個系統的功能下降均可導致脊柱穩(wěn)定性下降[8]。

屈曲-放松現象被認為是人體自身肌肉收縮調節(jié)的控制。有學者認為當脊柱前屈至一定角度時，重量負荷從肌肉等主動系統轉向軟組織、韌帶等被動系統，肌肉激活策略由淺層肌群激活轉至深層肌群激活，從而出現肌肉表面肌電值突然下降的現象，而疼痛或肌肉功能的異常均可影響肌肉負荷的轉移策略，導致屈曲-放松現象消失[9]。

由此可見，屈曲-放松現象可作為頸腰痛患者腰部肌肉功能評估以及疾病篩查的手段之一。而對于屈曲-放松現象與頸腰痛患者肌肉功能改變之間的關系研究，對于臨床評估疾病程度和發(fā)病機制有著重要的臨床意義。

2 屈曲放松現象的研究方法

屈曲-放松現象的研究距今已有70余年的歷史，很多學者試圖從屈曲-放松的發(fā)生機制和消失的原因方面對頸部或腰部肌肉功能改變的過程進行一定的解釋。但筆者發(fā)現，許多屈曲-放松現象相關的文獻其采用的屈曲-放松研究方法至今并未有統一標準，許多研究對于表面電極的放置、屈伸時相的時間控制等的說法仍不相同。

2.1 表面電極放置

進行表面肌電圖評估肌肉功能檢查時，在儀器及皮膚準備工作做好后，需要放置表面電極。表面電極主要分為記錄電極和參考電極。記錄電極可采集貼布位置肌肉的表面肌電活動，而參考電極主要用于排除原始表面肌電值以外的一些干擾，一般放置于非待測肌肉或骨性凸起處。不同的表面肌電圖儀器可能有不同的參考電極，但針對每一塊待測肌肉而言記錄電極一般為兩個，且兩個記錄電極放置一般間隔2 cm，走向須與待測肌肉的肌纖維走向平行，記錄電極采集到的表面肌電的特征主要反映兩個記錄電極之間的那部分肌肉的收縮功能。

在進行腰椎表面肌電圖屈曲-放松檢查時，記錄電極置于腰椎椎旁肌群。腰3棘突旁開的豎脊肌處于腰部活動度最大的位置，可以很好地反映出腰椎活動時腰部肌肉的肌電活動情況，也是比較容易出現腰椎屈曲-放松現象的位置[10]。解剖結構上分析，腰部多裂肌在腰5棘突旁開2 cm處有一小部分不在腰部豎脊肌的覆蓋范圍之內，是少數可以探測到腰椎深部核心肌群肌電活動的部位之一，故腰部多裂肌的記錄電極放置位置一般在腰5棘突旁開2 cm左右位置[11]。目前，多數腰椎屈曲-放松的研究將記錄電極放置在腰2棘突至腰5棘突旁開水平之間[9，12]。腰2棘突旁開位置比較靠近胸椎，易受胸椎活動影響，而腰4和腰5棘突旁開位置比較靠近骨盆，易受骨盆活動影響。故采取腰3棘突旁開豎脊肌2～4 cm左右肌腹最飽滿處為中心，上下1 cm處各放置一枚記錄電極。沿腰部豎脊肌走行進行電極放置較能反映腰部屈曲-放松現象，實際操作更為簡便。

在頸椎屈曲-放松相關的研究中，大多數學者[13]將記錄電極的位置放置在頸4棘突旁開2 cm左右，采集頸部椎旁豎脊肌的表面肌電值。在頸椎屈曲-放松的研究過程中，也有學者對健康人上部斜方肌和胸部豎脊肌的屈曲-放松現象進行了研究，上部斜方肌的記錄電極貼布位置為肩峰與C7棘突連線的中點，胸段豎脊肌的記錄電極貼布位置為胸椎旁開2 cm左右肌腹最飽滿處，但研究表明斜方肌及胸段豎脊肌在脊柱完全前屈時并未記錄到相應肌肉的肌電值顯著下降，提示斜方肌及胸段豎脊肌并不存在屈曲-放松現象[14]。頸椎的活動度一般由C1至C7椎體活動所提供，而C4椎體處于頸椎活動的中心位置，該處記錄到的表面肌電活動情況很大程度上可反映出頸部椎旁豎脊肌的肌電特點，故目前研究中針對頸部屈曲-放松研究的記錄電極放置位置是比較一致的。

2.2 屈曲--放松測試體位

在進行屈曲-放松測試時，不同研究其采取的體位設計并不一致。有學者專門研究了站立位、坐位、前傾位等不同體位情況下屈曲-放松現象的變化情況，發(fā)現不同體位對屈曲-放松測試結果存在一定的影響[4，15]。目前，多數研究進行腰部屈曲-放松測試時采用站立位，而頸部采用端坐位[16，17]。

進行腰部屈曲-放松測試時，受試者兩腿分開與肩同寬，兩眼平視前方，脊柱處于中立位，重心位于兩腿之間中點，兩臂放松置于身旁，軀干肌放松，站立位保持軀干直立。進行頸部屈曲-放松測試時，大多數的研究者一般選擇坐位進行測試，受試者屈髖屈膝90度坐位，雙腳與肩同寬，肩膀放松置于身體兩側，眼睛平視，胸部由帶子固定于同一水平的椅背上以避免頸部前屈時胸部代償性前屈，保持上半身直立[13]。

2.3 屈曲--放松測試過程

屈曲-放松測試一般包括4個時相。腰椎屈曲-放松測試：第1時相為軀干直立位放松狀態(tài)，第2時相為腰椎在矢狀面上從直立位至完全前屈位的過程，第3時相為腰椎完全前屈位維持，第4時相為腰椎從完全前屈位回復至直立位置的過程。頸椎屈曲-放松測試與腰椎屈曲-放松測試類似：第1時相為軀干直立位放松狀態(tài)，第2時相為頭部在矢狀面上從直立位至完全前屈位的過程而軀干保持直立，第3時相為頭部完全前屈位維持而軀干保持直立，第4時相為頭部從完全前屈位回復至直立位置的過程而軀干保持直立[10]。

頸椎與腰椎的屈曲-放松現象測試結果圖形上存在一定的類似之處。一般來講，第1時相的肌電值較小，因直立位時重心較為接近脊柱中軸線，大部分的自身重力負荷承載在骨骼等被動組織上，豎脊肌只需在很小的激活甚至無肌肉激活狀態(tài)下便可維持脊柱穩(wěn)定；第2時相緩慢前屈過程中力矩逐漸增大，椎旁肌群需加強收縮以維持脊柱穩(wěn)定性，故相應椎旁肌群記錄到的表面肌電值逐漸增大；第3時相頭部或腰椎前屈至一定角度或最大角度時，肌電值突然變??；第4時相頭部或腰椎緩慢回復至中立位時，豎脊肌表面肌電值再次增大。

為保證獲取肌電值的穩(wěn)定性，測試動作需平滑穩(wěn)定，且動作的開始和結束一般有電子節(jié)拍器進行提示，以便在每個時相動作持續(xù)的時間上進行很好的控制。目前研究中一般每個時相的持續(xù)時間在3～5 s之間[13]，整個動作完成時間共12～20 s。但在腰部屈曲-放松測試研究時也有學者采取了4個時相聯起來整個動作僅耗時4 s的方案[10]。

目前對于屈曲-放松測試時每個時相的持續(xù)時間尚無統一標準。屈曲-放松測試時每個時相的持續(xù)時間對于測試的結果存在較大的影響，故也是所有屈曲-放松測試研究中急需規(guī)范統一的重點之一。Pialasse等[18]研究了不同速度對于頸部屈曲-放松測試的影響，發(fā)現每個時相的速度越快，屈曲-放松測試時獲得的各個時相的肌電值越大。測試動作過快時，脊柱周圍肌群需增加肌肉收縮以及肌肉的預激活程度以維持脊柱的穩(wěn)定，因此容易導致所采集的每個時相的表面肌電值均增大，從而減少了實驗的可靠性。而測試動作過慢則不太符合腰部或頸部活動的特點，容易導致前屈或背伸時肌電值減小。因此，在前述研究的基礎上，筆者認為選擇目前研究中應用較多的每個時相維持3 s、共12 s完成所有動作的持續(xù)時間較為合理，既可以獲得較為穩(wěn)定的肌電值，又符合脊柱活動的特點，屈曲-放松測試結果相對可靠。

針對前屈過程即第2時相的肌電值小于背伸過程即第4時相肌電值的現象，筆者認為該現象與肌肉的工作效率有關。離心收縮時，肌肉的工作效率較向心收縮時高，離心收縮時募集較少的運動單位即可產生克服自身負荷所需的肌肉收縮力，而在克服同等負荷情況下，向心收縮時需要募集的運動單位更多，故離心收縮時所產生的總和放電量較向心收縮時小，從而表現為第2時相的肌電值較第4時相低。

2.4 屈曲--放松出現的判定標準

表面肌電圖時域指標是將肌電信號看作時間的函數，用來刻畫時間序列信號的振幅特征，反映運動單位募集數量的變化，其數值變化通常與肌肉收縮力有關，主要包括平均肌電值（average electromyogram，AEMG）和均方根值（root mean square，RMS）等指標。目前，國內外的研究中多采用AEMG值或RMS值進行計算得出屈曲-放松指標。

很多學者并沒有確切地定義屈曲-放松現象出現或消失的標準，而代之以第3時相出現表面肌電值明顯下降或接近靜息狀態(tài)等較為主觀的描述定義屈曲-放松現象是否出現[19]，但多數研究指出脊柱完全前屈時，椎旁肌群仍可采集到一些微小的肌電活動。

屈曲-放松現象出現或消失的定義標準對于研究結果的判定有著重要的影響。目前大多數學者仍然采用視覺觀察法確定屈曲-放松現象的出現或消失，如O'Sullivan等[20]對坐位情況下的腰部屈曲放松狀態(tài)進行檢測時所采取的方法，主要是對原始肌電值進行平滑處理后根據第3時相肌電值有無明顯下降至接近靜息狀態(tài)作為判定標準，這一判斷標準較為簡便，但因存在較大的主觀性而受到廣泛質疑。因此，有學者認為在對原始數據平滑處理后，屈曲-放松現象出現的確定標準是第3時相的AEMG值小于第1時相AEMG值的3倍[21]，也有學者以第3時相的AEMG值小于第4時相最大AEMG值的10%作為屈曲-放松現象出現的確定標準[22]。Neblett等[10]在頸椎屈曲-放松的研究中發(fā)現，以視覺觀察法觀察第3時相出現表面肌電值明顯下降為界定標準，20位無頸痛癥狀的受試者中僅有5位存在屈曲-放松現象，而根據不同的界定標準計算得出的屈曲-放松現象出現人數從0～13個不等，由此認為屈曲-放松現象的界定標準對于實驗的結果有著很大的影響。因此，筆者認為對于屈曲-放松現象機制和臨床意義的研究受制于屈曲-放松現象界定標準的不一致，導致許多研究結果之間相互進行對比參照的可信度和可行性明顯下降，因此出現了很多不同研究結果有不同的解釋。這一點也是目前對屈曲-放松相關指標進行發(fā)生機制和臨床指導意義研究中亟待規(guī)范統一標準的重點之一。

根據不同的界定標準，不是所有的健康受試者均存在屈曲-放松現象，也不是所有的腰痛或頸痛患者均不能檢測到屈曲-放松現象。脊柱屈伸活動時，頸部或腰部的椎旁肌群收縮加強脊柱的穩(wěn)定性，故第3時相靜止時肌電活動消失僅可代表肌肉的放松能力，而第2時相和第4時相的肌電活動情況代表肌肉收縮時的激活情況。屈曲-放松比值（Flexion-relaxation Ratio，FRR）是屈曲-放松測試第2時相或第4時相肌電值除以第3時相肌電值所得出的一個比值，它的提出一定程度上對屈曲-放松現象進行了量化分析，將屈曲-放松現象從有或無這樣一個界定變成一個量化的比值，最大程度上減少了因屈曲-放松現象出現的界定標準不一導致研究結果出現很大偏差的可能性。因其與脊柱穩(wěn)定性及脊柱周圍肌群的募集模式相關，而脊柱穩(wěn)定性的下降和肌肉收縮模式的異常是導致非特異性腰痛的機制之一，故該指標一定程度上也可作為衡量脊柱疼痛的一個無創(chuàng)的客觀指標。

Watson等[23]采用第2時相最大RMS值除以第3時相平均RMS值的方法來計算屈曲-放松比值，結果發(fā)現腰痛患者的屈曲-放松比值較正常人明顯減小，同時發(fā)現大部分正常人群腰部屈曲-放松比值的正常范圍在12～15之間。頸部的屈曲-放松比值正常值較腰部小，筆者分析認為這可能是由于頸部肌肉橫截面積較小，且表面被斜方肌覆蓋，而斜方肌收縮時產生的動作僅有一部分是執(zhí)行脊柱后伸而一部分動作執(zhí)行維持雙側肩關節(jié)和肩胛骨的穩(wěn)定，故第2時相或第4時相所產生的肌電活動較小，從而導致正常人群頸部的屈曲-放松比值較腰椎小。

2.5 屈曲--放松測試的影響因素

屈曲-放松現象的出現或消失不僅受到該指標不同判定標準的影響，也與很多其他因素有關。體位的設計對屈曲-放松測試的結果影響較大。Pialasse等[24]研究了19例健康受試者在端坐位和軀干前傾45°體位時頸椎屈曲-放松現象的改變情況，發(fā)現端坐位時頸椎屈曲-放松出現率為84.2%，而軀干前傾45°體位時受試者的屈曲-放松出現率為90.5%，同時，研究還發(fā)現軀干前傾45°體位進行屈曲-放松測試時第4時相的肌電值明顯較以端坐位進行屈曲-放松測試時第4時相的肌電值大，因此更容易達到屈曲-放松現象出現的界定標準。據此，研究者分析指出前傾位可能使屈曲-放松現象的出現率升高。

同時，脊柱屈曲活動角度、電極貼布位置、屈曲-放松測試節(jié)律、肌肉負荷情況以及支持面的穩(wěn)定性等均可影響屈曲-放松現象的出現。有很多學者對脊柱屈曲活動的角度與屈曲-放松現象之間的關系進行了研究，Neblett等[25]發(fā)現，腰椎融合術后腰痛患者腰椎前屈角度下降的同時，其腰椎屈曲-放松現象的出現概率也明顯降低，這與O’Shaughnessy等[26]的研究結果類似。也有學者[11]通過研究發(fā)現，腰背肌測試時，在腰2～腰3和腰4～腰5兩個不同采樣通道所采集的肌電值并無顯著差異，得出該結果的原因可能是腰5棘突旁開多裂肌位置相對較深，該位置采集的肌電信號可受到豎脊肌收縮活動的協同效應影響，因此主要表現為豎脊肌的肌電活動特征。Pialasse等[18]研究了正常受試者頸椎在無負荷、減重狀態(tài)下以及頭頂700 g負荷狀態(tài)下屈曲-放松現象的改變情況，發(fā)現頭部負荷越大的情況下屈曲-放松維持的時間越短，甚至導致屈曲-放松現象消失，此外，屈曲-放松測試時所承受的負荷和屈曲-放松測試過程的節(jié)律快慢會對得到的肌電值產生一定的影響，每個時相的速度越快，屈曲-放松測試時獲得的各個時相的肌電值越大。Behm等[27]則對比了健康女性和健康男性在穩(wěn)定和不穩(wěn)定平面支撐下腰部屈曲-放松現象的出現情況，結果發(fā)現不穩(wěn)定情況下的腰部屈曲-放松現象出現程度與穩(wěn)定支撐情況下出現的腰部屈曲-放松現象類似，而在不穩(wěn)定情況下比目魚肌和上肢肌群的肌電活動明顯增加。人體處于不穩(wěn)定平面時會做出不同的運動控制策略改變以維持正?；顒拥倪M行，出現這一現象的原因可能是肢體活動的代償性作用抵消了不穩(wěn)定情況下腰部肌肉激活模式的改變，同時研究發(fā)現，性別對于屈曲-放松現象的出現并無明顯影響。長期的固定姿勢如坐位工作[28]和高空作業(yè)[29]對于腰部及頸部的屈曲-放松現象均存在明顯影響，腰部肌肉和頸部肌肉的長期固定姿勢導致相應部位的肌肉僵硬、疲勞，第3時相的肌電激活明顯增加，最終導致屈曲-放松現象消失。

因此，在屈曲-放松測試研究中，同一負荷和每個時相的持續(xù)時間均統一的狀態(tài)下才具有可比性。接近于頸椎或腰椎的生理活動情況下得到的屈曲-放松測試研究結果對日常的生活指導和康復訓練有著更加可靠的意義。

3 總結

屈曲-放松現象對腰部和頸部肌肉肌群的募集模式、協調能力、放松能力等的評估有著不可忽視的作用，但目前針對屈曲-放松測試的體位、測試時各個時相的持續(xù)時間等具體研究方法國內外尚無公認的界定標準，這也直接或間接導致了不同的屈曲-放松測試研究得出的結果可比性下降。頸椎和腰椎屈曲-放松測試標準化方案的探索以及臨床指導意義是今后需開展的研究重點。既往的研究中，在正常人群腰部屈曲-放松測試中發(fā)現腘繩肌也存在著屈曲-放松現象[30]，是否頸部及腰部肌肉以外還有其他肌肉存在著特殊體位下的屈曲-放松現象以及屈曲-放松發(fā)生的機制研究也是今后的研究方向之一。

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2016.02.24

李揚政，Email：xiaowu515515@163.com