表面肌電圖在下背痛康復(fù)評(píng)定和治療中的應(yīng)用*

王澤熙，姜貴云

（1.承德醫(yī)學(xué)院，河北承德 067000；2.承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院）

表面肌電圖在下背痛康復(fù)評(píng)定和治療中的應(yīng)用*

王澤熙1，姜貴云2△

（1.承德醫(yī)學(xué)院，河北承德 067000；2.承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院）

下背痛；表面肌電圖；治療

下背痛(Low back pain,LBP)是現(xiàn)代生活中與臨床上較為常見的疾病之一。近5年流行病學(xué)的相關(guān)統(tǒng)計(jì)表明，80%的人一生中都曾有過腰痛的體驗(yàn)，我國(guó)下背痛患者已超過2億，且多年以來一直呈上升趨勢(shì)，而與下背痛相關(guān)的功能障礙是目前世界上首要致殘?jiān)蛑籟1]。導(dǎo)致下背痛的原因很多，病理機(jī)制復(fù)雜，其中腰部肌肉的疲勞和收縮能力下降可直接影響腰部脊柱的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，造成椎間小關(guān)節(jié)及其周圍韌帶組織和椎間盤損傷，從而使疼痛加重。這可能是導(dǎo)致下背部疼痛的主要原因[2-4]。因此，對(duì)于LBP的康復(fù)評(píng)定與療效的評(píng)價(jià)有著重要的價(jià)值。表面肌電圖（surface electromyography,sEMG）信號(hào)分析技術(shù)是近20年來日漸完善的一項(xiàng)腰部肌肉功能評(píng)定方法，由于該方法在評(píng)定肌肉功能狀態(tài)方面具有良好的特異性、可靠性和局部性，同時(shí)檢測(cè)過程具有無創(chuàng)性、實(shí)時(shí)性和多靶點(diǎn)測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，因而引起臨床和康復(fù)醫(yī)學(xué)研究者的關(guān)注[5]，并呈現(xiàn)出良好的發(fā)展趨勢(shì)。其是將電極貼服于對(duì)應(yīng)肌肉的皮膚表面，收集整塊肌肉的肌電活動(dòng)的方法[6]。本文主要就sEMG對(duì)于下背痛的相關(guān)概念、評(píng)定及治療做一綜述，旨在為其合理應(yīng)用及進(jìn)一步研究提供參考。

1 表面肌電信號(hào)特征與分析

sEMG信號(hào)源于大腦運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)控制之下的脊髓a運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的生物電活動(dòng)，形成于眾多外周運(yùn)動(dòng)單位在時(shí)間和空間上的總和，經(jīng)表面電極引導(dǎo)、放大、顯示和記錄所獲得的一維電壓時(shí)間序列信號(hào)，具有較大的隨機(jī)性和不穩(wěn)定性[7]。sEMG是從活動(dòng)肌的皮膚表面所記錄到的信號(hào)，能反映電極所觸及的多個(gè)運(yùn)動(dòng)單位在時(shí)間和空間上的生物電活動(dòng)，其分析方法有時(shí)域分析和頻域分析等[8-9],和傳統(tǒng)的針式肌電圖相比，sEMG的空間分辨率相對(duì)較低，但是探測(cè)空間較大，重復(fù)性較好。

2 在腰部肌肉神經(jīng)功能的評(píng)定

2.1 腰部肌肉收縮功能評(píng)定

2.1.1 局部肌肉力量評(píng)定：局部肌肉力量反應(yīng)了局部肌肉收縮的能力。由于肌肉在不同的負(fù)荷及收縮形勢(shì)下肌力的變化與肌電信號(hào)的振幅呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。所以，通過肌電圖的參數(shù)可以間接的評(píng)定肌肉力量的狀況[14]。反應(yīng)肌肉收縮力大小的有關(guān)時(shí)域指標(biāo)有：平均肌電值（average EMG,AEMG）、均方根值（root mean square,RMS）、肌電積分值(integrated electromyography,IEMG)等。在對(duì)下背痛患者做肌肉收縮功能的評(píng)定時(shí)首先需要讓受試者做最大隨意收縮（Maximal voluntary contraction,MVC）的測(cè)量。而下背痛患者常常存在坐位或特定姿勢(shì)下疼痛加劇的表現(xiàn)。因此，對(duì)下背痛患者進(jìn)行姿勢(shì)分析是sEMG測(cè)試非常重要的內(nèi)容。Dankaerts等[10]研究了非特異性下背痛患者在坐位情況下表面肌肉激活模式的改變，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同亞組的下背痛患者與正常對(duì)照組之間在非支持坐位過程中存在sEMG活動(dòng)的差異。穆景頌等[11]研究表明，用表面肌電評(píng)估患者腰部肌肉功能時(shí)，需要讓患者做最大的隨意收縮。而MVC的測(cè)量很容易受到主觀因素的影響，比如腰背部疼痛程度、心理因素等，進(jìn)而影響了肌肉最大收縮的力量，使實(shí)際測(cè)量的肌肉最大收縮減小。但是，讓患者腰背肌做最大隨意收縮時(shí)，可能會(huì)再次導(dǎo)致患者腰部受到傷害，因此，近幾年來這種測(cè)量方法在國(guó)內(nèi)外很少被應(yīng)用，相應(yīng)的文獻(xiàn)報(bào)道也相對(duì)較少。

2.1.2 局部肌肉耐力評(píng)定：肌肉耐力的測(cè)試是在不需要受試者做最大隨意收縮測(cè)量的情況下，而有效地測(cè)試肌肉的疲勞度。通常與肌肉功能狀態(tài)（即疲勞程度）有關(guān)的頻域指標(biāo)包括中位頻率（median frequency,MF）、平均功率頻率（mean power frequency,MPF）等，主要用來定量描述表面肌電信號(hào)功率譜曲線的變化或者各種頻率分量的相對(duì)變化[12]。王康玲等[13]選用20例腰椎間盤突出癥患者行橋式運(yùn)動(dòng)，前后豎脊肌、多裂肌痛側(cè)MP、MPF值均較健側(cè)高，提示患者腰部肌肉耐力下降。這些肌電信號(hào)指標(biāo)的異常，可能與腰背部肌肉中Ι型纖維的缺失有關(guān)。腰部肌肉是一組以慢肌為主的骨骼肌，Ι型纖維占優(yōu)勢(shì)，也就是說肌肉中Ι型纖維越少，腰背部肌肉疲勞的程度越會(huì)增加[14]。肌肉疲勞度的測(cè)定對(duì)于康復(fù)的評(píng)定起著極其重要的作用，對(duì)于康復(fù)醫(yī)學(xué)的臨床工作或科研都有著重要的意義。近年來，肌肉耐力的評(píng)估越來越受到各界的廣泛關(guān)注，下背痛的發(fā)生與腰背部肌肉的耐力下降有著密不可分的聯(lián)系。因此，腰背部肌肉耐力的評(píng)定結(jié)果可作為下背痛的發(fā)生、發(fā)展及康復(fù)療效評(píng)估的一個(gè)重要指標(biāo)。

2.2 肌肉舒張功能的評(píng)定 對(duì)于腰部肌肉舒張功能的評(píng)定主要采用屈曲松弛現(xiàn)象（Flexion-relaxation phenomenon, FRP）進(jìn)行測(cè)定。FRP是指在軀干完全屈曲過程中觀察到腰脊旁肌電活動(dòng)靜止的一種正常現(xiàn)象。有學(xué)者[15]研究腰椎屈曲松弛現(xiàn)象過程中發(fā)現(xiàn)，在下背痛患者中只有少數(shù)患者有屈曲松弛現(xiàn)象，多數(shù)下背痛患者在做軀干向前屈曲動(dòng)作時(shí)，為了維持脊柱穩(wěn)定而使腰部肌肉持續(xù)收縮，導(dǎo)致sEMG肌電信號(hào)異常增高，致使屈曲松弛現(xiàn)象缺失。由此可以看出，下背痛患者與正常人FRP值差異顯著。所以，可以通過脊柱的屈曲過程中表面肌電信號(hào)變化，也就是FRP來完成肌肉舒張功能的評(píng)定。Neblett等[16]對(duì)218名下背痛患者和30名無慢性腰痛患者進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)sEMG與腰椎前驅(qū)活動(dòng)度的評(píng)估在一定程度上有效結(jié)合，可以更好地區(qū)分下背痛患者與無癥狀受試者。這種方法對(duì)肌肉舒張功能的評(píng)定更為準(zhǔn)確。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于sEMG在下背痛的康復(fù)評(píng)定方面主要采用FRP進(jìn)行測(cè)定，此種操作簡(jiǎn)單、便捷，可快速分辨出有癥狀的下背痛患者，也可對(duì)下背痛患者的臨床療效進(jìn)行量化，進(jìn)而指導(dǎo)患者更加有效地進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。

2.3 腰部神經(jīng)肌肉控制功能的評(píng)定 sEMG能夠記錄相

關(guān)肌群在動(dòng)態(tài)活動(dòng)時(shí)的生物電信號(hào)，從而反映神經(jīng)肌肉的激活情況，如肌肉激活時(shí)間、激活強(qiáng)度，以及相關(guān)肌群間活動(dòng)的協(xié)調(diào)性等。Panjabi[17]在“脊柱穩(wěn)定系統(tǒng)模型，中性區(qū)與不穩(wěn)定假說”中提到，中性區(qū)是臨床上重要的脊柱穩(wěn)定功能，它可能會(huì)增加脊柱或肌肉無力，這反過來又可能會(huì)導(dǎo)致脊柱不穩(wěn)等相關(guān)問題。當(dāng)脊柱受到損傷時(shí)，神經(jīng)控制系統(tǒng)會(huì)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間支配其它相關(guān)的肌肉，避免其受到傷害，同時(shí)又不影響其正常工作。Hodges[18-19]將下背痛患者與健康人進(jìn)行對(duì)比研究，結(jié)果顯示，兩組均進(jìn)行上肢屈伸、外展、后伸動(dòng)作時(shí)，下背痛患者腹橫肌期前收縮能力的時(shí)間比健康人延遲50-450ms，說明下背痛患者腹橫肌期前收縮能力明顯受到影響，中樞神經(jīng)系統(tǒng)受到抑制，進(jìn)而無法維持脊柱的穩(wěn)定性，致使脊柱受損。所以，神經(jīng)肌肉的運(yùn)動(dòng)控制功能的評(píng)定在下背痛的治療中至關(guān)重要，而表面肌電圖的應(yīng)用恰是其評(píng)定的基礎(chǔ)。

3 在下背痛康復(fù)治療中的應(yīng)用

下背痛的康復(fù)治療方法眾多，而肌電生物反饋療法（electromyographic biofeesback therapy,EMGBFt）越來越被人們廣泛關(guān)注與應(yīng)用。EMGBFt是一種應(yīng)用肌電生物反饋儀將人們正常情況下意識(shí)不到的肌肉組織生物電活動(dòng)放大，轉(zhuǎn)換為可以被人們感覺到的視、聽等信號(hào)，并把這些信號(hào)通過眼、耳等器官回輸給大腦（即反饋），以便人體能依據(jù)這些訊號(hào)自主地訓(xùn)練，控制肌肉組織生物電活動(dòng)，以達(dá)到訓(xùn)練的目的[156,20]。

Moore等[21]在對(duì)肌電生物反饋協(xié)助拉伸治療下背痛的研究中，有9名包括下背痛患者和腰椎屈曲松弛受損的志愿者參加每周一次的肌電生物反饋和家庭拉伸計(jì)劃，為期5周。結(jié)果表明，肌電生物反饋療法對(duì)慢性下背痛患者和腰椎屈曲松弛受損的患者有很好的療效。也有大量的臨床研究對(duì)肌電生物反饋療法治療慢性疼痛的臨床觀察，他們認(rèn)為表面肌電生物反饋可以緩解疼痛，改善日常生活活動(dòng)能力，其原理就是使患者放松肌肉，減少肌肉的收縮和舒張，從而緩解疼痛[23-24]。EMGBFt在臨床康復(fù)治療中可以用于提高患側(cè)與健側(cè)肌肉的協(xié)調(diào)性，增加患側(cè)的肌力、肌張力及耐力等，為以后的康復(fù)治療提供了更大的發(fā)展空間。由此可以看出，表面肌電生物反饋技術(shù)在治療如下背痛等一系列慢性疼痛的機(jī)制方面，也是國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)之一。

4 小結(jié)

表面肌電越來越被人們所認(rèn)可，其優(yōu)點(diǎn)我們應(yīng)該去利用與推廣，對(duì)其不足之處，我們應(yīng)該去進(jìn)一步了解、分析，以便在工作中逐步改進(jìn)。綜上所述，sEMG的優(yōu)點(diǎn)：①安全，簡(jiǎn)便，不侵入皮膚，在觀測(cè)肌肉工作、獲取信息時(shí)較為方便。②肉眼可直觀看到肌肉休息、工作情況，以及工作效率的量化，進(jìn)而指導(dǎo)患者進(jìn)行神經(jīng)、肌肉功能訓(xùn)練。③觀測(cè)者可在SEMG過程中收集有關(guān)神經(jīng)系統(tǒng)如何參與肌肉工作的信息。④SEMG的肌電信號(hào)跟蹤觀測(cè)，可為臨床醫(yī)務(wù)人員和科研工作者提供相關(guān)生物學(xué)信息，同時(shí)也可作為患者的神經(jīng)再教育學(xué)習(xí)和自控能力學(xué)習(xí)。⑤可根據(jù)觀測(cè)結(jié)果對(duì)治療師的指導(dǎo)訓(xùn)練進(jìn)行調(diào)整與改善，對(duì)治療效果提供反饋與鼓勵(lì)。sEMG的缺點(diǎn)：①不能記錄深部肌肉的電活動(dòng)，不能保證所記錄的是電極下肌肉的電活動(dòng)，不能觀察單個(gè)運(yùn)動(dòng)單位，對(duì)形態(tài)較小的肌肉無法準(zhǔn)確分析。②sEMG測(cè)定的并不是肌肉的肌力，而是運(yùn)動(dòng)過程中肌肉的電活動(dòng)，也就是說sEMG無法直接量化肌肉收縮所產(chǎn)生的力量大小。③監(jiān)控的肌肉位置受到限制，最低要求4個(gè)通道，觀測(cè)左、右兩組拮抗肌。④出現(xiàn)讓觀測(cè)者產(chǎn)生質(zhì)疑的現(xiàn)象，做同樣一個(gè)動(dòng)作，監(jiān)測(cè)不同肌肉組有可能獲得相同的數(shù)據(jù)。⑤關(guān)于電極記錄安置指導(dǎo)與視頻教程較少，且沒有一個(gè)準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)作為參考。因此，會(huì)出現(xiàn)同一肌肉的電生理活動(dòng)在不同實(shí)驗(yàn)者出現(xiàn)不同的觀測(cè)結(jié)果。

目前，我國(guó)表面肌電圖正處于發(fā)展階段，在其臨床應(yīng)用與科學(xué)研究上仍有許多不足之處，還需要我們邊實(shí)踐邊總結(jié)?？傊砻婕‰妶D信號(hào)分析技術(shù)具有檢測(cè)、評(píng)定、治療等多項(xiàng)功能，對(duì)于下背痛的診斷、臨床療效客觀的評(píng)價(jià)，都具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值，值得在臨床進(jìn)一步推廣。

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(綜述講座欄目編輯：張玉亭)

R741.044

A

1004-6879（2017）04-0342-03

2016-12-21）

* 河北省2017年度醫(yī)學(xué)科學(xué)研究重點(diǎn)課題計(jì)劃指導(dǎo)性項(xiàng)目（20170882）

△ 通訊作者