健康中老年踝關(guān)節(jié)背屈和跖屈肌群最大等長(zhǎng)收縮的表面肌電圖研究①

羅夢(mèng)，周國(guó)平，徐敏，許秀洪

·臨床研究·

健康中老年踝關(guān)節(jié)背屈和跖屈肌群最大等長(zhǎng)收縮的表面肌電圖研究①

羅夢(mèng)1，周國(guó)平1，徐敏2，許秀洪1

目的 建立健康中老年雙下肢踝關(guān)節(jié)背屈和跖屈肌群最大等長(zhǎng)收縮時(shí)相應(yīng)肌群積分肌電值正常值參考范圍。方法2015年9月至12月，收集41～75歲健康受試者110例，分為41～50歲組、51～60歲組和〉60歲組，測(cè)量受試者雙下肢踝關(guān)節(jié)背屈和跖屈肌群最大等長(zhǎng)收縮時(shí)相應(yīng)肌群積分肌電值。結(jié)果與結(jié)論 在踝關(guān)節(jié)背屈及跖屈運(yùn)動(dòng)模式下，脛骨前肌、腓骨長(zhǎng)肌、脛骨短肌、腓腸肌在不同年齡組的積分肌電值均無(wú)顯著性差異(F〈4.545,P〉0.05)；同一肌肉同一踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模式下左右側(cè)及不同性別積分肌電值比較亦無(wú)顯著性差異(F〈7.028,P〉0.05)。建立了健康中老年雙下肢踝關(guān)節(jié)背屈和跖屈肌群最大等長(zhǎng)收縮時(shí)相應(yīng)肌群積分肌電值正常值參考范圍。

健康；中老年；等長(zhǎng)收縮；表面肌電圖；積分肌電值

下肢功能障礙，尤其是腦卒中后足下垂的發(fā)生，嚴(yán)重影響患者的步行，給患者身體和心理造成沉重的負(fù)擔(dān)[1-2]。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外表面肌電(surface electromyography,sEMG)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于肢體功能障礙的研究[3-4]。但是國(guó)內(nèi)外對(duì)于踝關(guān)節(jié)背屈和跖屈肌群肌電值正常參考范圍還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

流行病學(xué)顯示，腦卒中多發(fā)于中老年人[5]。結(jié)合本單位實(shí)際情況，本研究主要收集了41～75歲健康受試者，旨在通過(guò)對(duì)大樣本健康中老年不同年齡段最大等長(zhǎng)收縮時(shí)踝關(guān)節(jié)背屈和跖屈肌群進(jìn)行sEMG分析，初步揭示健康中老年踝關(guān)節(jié)背屈和跖屈肌群最大等長(zhǎng)收縮時(shí)相關(guān)肌群積分肌電值(integrated electromyogram,iEMG)(iEMG與肌力及肌張力在一定程度上呈正相關(guān))與年齡變化的關(guān)系，初步建立健康中老年最大等長(zhǎng)收縮時(shí)踝關(guān)節(jié)背屈和跖屈肌群iEMG的正常值參考范圍，打破以往量表評(píng)估的局限性，為臨床下肢功能評(píng)估尤其是腦卒中后足下垂功能評(píng)估及康復(fù)治療指導(dǎo)提供更為直接、客觀的科學(xué)參考依據(jù)。

1 對(duì)象與方法

1.1 對(duì)象

本研究以南方醫(yī)科大學(xué)中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院針推康復(fù)科職工、陪護(hù)人員、患者家屬及2015年9月至2015年12月期間來(lái)院體檢人員為研究對(duì)象。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①既往體健，參加研究前3個(gè)月內(nèi)無(wú)下肢損傷；②無(wú)心臟、神經(jīng)、骨骼系統(tǒng)疾患；③簡(jiǎn)易精神狀態(tài)檢查(Mini-Mental State Examination,MMSE)總分在正常范圍；④所有受試者均簽署知情同意書。

共入選110例，其中女性60例，男性50例；年齡41～75歲，平均年齡(56.3±16.7)歲。將受試者按年齡分成三組。各年齡段年齡、人數(shù)、性別、身高及體質(zhì)量分布見表1。

1.2 儀器

MyoMove-COW表面肌電圖技術(shù)與分析軟件：上海諾誠(chéng)電氣有限公司。系統(tǒng)主要由裝有前置放大器的電極線、8通道的表面肌電系統(tǒng)和與之相連的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)三部分組成。前置放大器固定于電極的位置，具有高輸入阻抗、低噪聲和高共模抑制比的特點(diǎn)，可以放大sEMG信號(hào)，減少其他信號(hào)干擾。所有記錄sEMG信號(hào)的電極都是一次性專用電極(編碼：W7JD-DY-12V/1.5A)，電極間的間距2～3 cm為宜，電極走向應(yīng)符合安放標(biāo)準(zhǔn)，即電極片安放與肌纖維走向平行[6]。參考電極粘置于靠近記錄電極附近的脛骨上或踝關(guān)節(jié)周圍等骨性區(qū)域[7]。

1.3 測(cè)量方法

參數(shù)設(shè)置：采樣頻率2048 Hz，共模抑制比≥110 dB，輸入阻抗≥1000 MΩ，幅頻特性0.2 Hz～10 kHz。電極安放位置：將電極貼分別置于小腿前、外側(cè)肌群(脛骨前肌、腓骨長(zhǎng)短肌)和腓腸肌內(nèi)外側(cè)肌肉上(具體安放位置見參考文獻(xiàn)[8])。

測(cè)試前，受試者熟悉實(shí)驗(yàn)過(guò)程及注意事項(xiàng)2～3 min，并練習(xí)在保持屈髖屈膝的同時(shí)，盡最大努力進(jìn)行踝關(guān)節(jié)背屈和跖屈(最大等長(zhǎng)收縮)。正式測(cè)試前先讓受試者盡量放松，使肌電信號(hào)保持在基線附近(上下不超過(guò)10 μV)。

測(cè)試時(shí)，受試者取仰臥位，雙下肢屈髖屈膝，被側(cè)下肢固定于可調(diào)節(jié)支架上，膝關(guān)節(jié)固定于屈曲50°，踝關(guān)節(jié)中立位。囑受試者用最大的力背屈或跖屈踝關(guān)節(jié)保持5 s左右(分析時(shí)統(tǒng)一取中間3 s)，每次每側(cè)踝關(guān)節(jié)背屈或跖屈3次，間隔3 s左右，取最大值。測(cè)試過(guò)程中測(cè)試者始終大聲鼓勵(lì)受試者。每次先測(cè)試受試者小腿前肌群，再測(cè)腓腸肌。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。所有數(shù)據(jù)均采用(xˉ±s)表示。同一關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模式下，不同年齡組的左右側(cè)肌肉及不同性別進(jìn)行比較采用組內(nèi)分組的方差分析。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

在踝關(guān)節(jié)背屈及跖屈運(yùn)動(dòng)模式下，脛骨前肌、腓骨長(zhǎng)肌、脛骨短肌、腓腸肌在不同年齡組的iEMG均無(wú)顯著性差異(P〉0.05)。同一肌肉、同一踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模式下左右側(cè)及不同性別iEMG比較亦無(wú)顯著性差異(P〉0.05)。見表2～表21。

由于各年齡段、各肌肉iEMG均無(wú)顯著性差異，故將三組合并為一組進(jìn)行分析。同一肌肉、同一踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模式下左右側(cè)及不同性別iEMG比較亦無(wú)顯著性差異，故將共計(jì)220側(cè)踝關(guān)節(jié)iEMG數(shù)據(jù)作為一個(gè)整體進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。初步建立健康中老年踝關(guān)節(jié)背屈和跖屈肌群最大等長(zhǎng)收縮時(shí)相應(yīng)肌群iEMG正常值參考范圍。見表22。注：F年齡=2.480,P=0.086;F性別=3.281,P=0.057

表1 健康受試者各年齡段人數(shù)、年齡、性別、身高及體質(zhì)量分布

表2 踝背屈時(shí)左右側(cè)脛骨前肌iEMG(μV?s)

表3 踝跖屈時(shí)左右側(cè)脛骨前肌iEMG(μV?s)

表4 踝背屈時(shí)男女脛骨前肌iEMG(μV?s)

表5 踝跖屈時(shí)男女脛骨前肌iEMG(μV?s)

表6 踝背屈時(shí)左右側(cè)腓骨長(zhǎng)肌iEMG(μV?s)

表7 踝跖屈時(shí)左右側(cè)腓骨長(zhǎng)肌iEMG(μV?s)

表8 踝背屈時(shí)男女腓骨長(zhǎng)肌iEMG(μV?s)

表9 踝跖屈時(shí)男女腓骨長(zhǎng)肌iEMG(μV?s)

表10 踝背屈時(shí)左右側(cè)腓骨短肌iEMG(μV?s)

表11 踝跖屈時(shí)左右側(cè)腓骨短肌iEMG(μV?s)

表12 踝背屈時(shí)男女腓骨短肌iEMG(μV?s)

表13 踝跖屈時(shí)男女腓骨短肌iEMG(μV?s)

表14 踝背屈時(shí)左右側(cè)腓腸肌內(nèi)側(cè)肌iEMG(μV?s)

表15 踝跖屈時(shí)左右側(cè)腓腸肌內(nèi)側(cè)肌iEMG(μV?s)

表16 踝背屈時(shí)男女腓腸肌內(nèi)側(cè)肌iEMG(μV?s)

表17 踝跖屈時(shí)男女腓腸肌內(nèi)側(cè)肌iEMG(μV?s)

表18 踝背屈時(shí)左右側(cè)腓腸肌外側(cè)肌iEMG(μV?s)

表19 踝跖屈時(shí)左右側(cè)腓腸肌外側(cè)肌iEMG(μV?s)

表20 踝背屈時(shí)男女腓腸肌外側(cè)肌iEMG(μV?s)

表21 踝跖屈時(shí)男女腓腸肌外側(cè)肌iEMG(μV?s)

表22 不同踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模式下不同肌肉iEMG(μV?s)

3 討論

sEMG是從皮膚表面通過(guò)電極引導(dǎo)、放大、顯示和記錄下來(lái)的神經(jīng)肌肉系統(tǒng)活動(dòng)時(shí)的生物電信號(hào)。其最大的特點(diǎn)是非損傷性、多靶點(diǎn)檢測(cè)以及信號(hào)特征變化與內(nèi)在生理、病理改變的一致性。長(zhǎng)期以來(lái)一直使用肌力分級(jí)評(píng)價(jià)、肌肉力量檢測(cè)和肌肉痙攣度檢測(cè)等方法進(jìn)行檢測(cè)，由于檢測(cè)效度的主觀性、檢測(cè)結(jié)果難以精確定量，以及檢測(cè)儀器昂貴等原因而使其普遍受到質(zhì)疑和限制[9]。而sEMG信號(hào)分析能夠在一定程度上反映運(yùn)動(dòng)單位募集和同步化等中樞控制因素以及肌肉興奮傳導(dǎo)速度等外周因素的共同作用[10]。通過(guò)sEMG，可以對(duì)肌肉功能狀態(tài)、肌力變化水平進(jìn)行定量分析。因此，近年來(lái)sEMG越來(lái)越多應(yīng)用于肌肉功能和肌力的評(píng)定，尤其是在下肢方面的研究[11-13]。

sEMG技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、無(wú)創(chuàng)傷性、實(shí)時(shí)性以及直觀性的優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)采用無(wú)線電技術(shù)，避免了以往線路固定、操作受限的弊端，整個(gè)測(cè)試過(guò)程只需10 min左右，受試者未有任何不適，易于接受。對(duì)于數(shù)據(jù)采集也非常簡(jiǎn)便而直觀，sEMG分析軟件可以對(duì)每次踝關(guān)節(jié)背屈或跖屈肌群最大等長(zhǎng)收縮時(shí)相應(yīng)肌群sEMG信號(hào)進(jìn)行分析、記錄，并以圖形及數(shù)字的形式保存下來(lái)。

iEMG作為sEMG時(shí)域分析中最常用的分析指標(biāo)，反映的是一定時(shí)間內(nèi)肌肉參與活動(dòng)的運(yùn)動(dòng)單位的放電總量，在一定程度上反映了參加工作的運(yùn)動(dòng)單位的數(shù)量和放電大小，體現(xiàn)肌肉在單位時(shí)間內(nèi)的收縮特性。而有研究者發(fā)現(xiàn)，肌肉進(jìn)行隨意靜力收縮時(shí)，表面電極測(cè)定的iEMG與肌力及肌張力在一定程度上呈正相關(guān)[14]。

目前有關(guān)中國(guó)正常人踝關(guān)節(jié)背屈和跖屈肌群最大等長(zhǎng)收縮時(shí)sEMG大樣本研究在國(guó)內(nèi)尚未見報(bào)道。本研究通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)健康受試者雙下肢踝關(guān)節(jié)背屈和跖屈肌群最大等長(zhǎng)收縮時(shí)相應(yīng)肌群的肌電活動(dòng)(以iEMG作為觀測(cè)指標(biāo))進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，各年齡組、左右側(cè)別及不同性別之間均無(wú)顯著性差異。初步可以認(rèn)為年齡、側(cè)別及性別可能均不是下肢踝關(guān)節(jié)背屈和跖屈肌群肌電活動(dòng)的影響因素。而對(duì)于正常人雙下肢踝關(guān)節(jié)背屈和跖屈肌群最大等長(zhǎng)收縮時(shí)相應(yīng)肌群的iEMG參考范圍的研究，無(wú)論是國(guó)際上還是在國(guó)內(nèi)也未見報(bào)道。基于此，本研究率先利用sEMG記錄了41～75歲健康中老年雙下肢踝關(guān)節(jié)背屈和跖屈肌群最大等長(zhǎng)收縮時(shí)相應(yīng)肌群的iEMG的大小，從而初步建立了健康中老年雙下肢踝關(guān)節(jié)背屈和跖屈肌群最大等長(zhǎng)收縮時(shí)相應(yīng)肌群的iEMG正常值參考范圍。

現(xiàn)代研究表明，腦卒中后足下垂主要是由于大腦高級(jí)中樞損傷，失去對(duì)低位中樞反射的抑制作用，表現(xiàn)為小腿前、外側(cè)肌群如脛骨前肌、腓骨長(zhǎng)短肌肌力下降及小腿后側(cè)肌群如小腿三頭肌痙攣，出現(xiàn)劃圈樣步態(tài)[15]。目前對(duì)于腦卒中后足下垂的評(píng)估還限于踝關(guān)節(jié)活動(dòng)度測(cè)量，小腿肌肉肌力、肌張力量表評(píng)估等方式，但均存在一定的主觀性及精確度差的問(wèn)題，而作為神經(jīng)肌肉疾病傳統(tǒng)檢測(cè)手段的針極肌電圖，也存在創(chuàng)傷性較大，患者難以接受的弊端。

sEMG技術(shù)主要是通過(guò)表面電極對(duì)肌肉活動(dòng)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)分析，具有無(wú)創(chuàng)性、痛苦少的優(yōu)點(diǎn)，并且可以對(duì)肌肉活動(dòng)進(jìn)行定量分析，在評(píng)價(jià)神經(jīng)肌肉功能狀態(tài)方面具有良好的特異性、靈敏性和客觀性[16]。建立踝關(guān)節(jié)背屈和跖屈肌群最大等長(zhǎng)收縮時(shí)相應(yīng)肌群的iEMG正常參考值范圍，有利于量化評(píng)估下肢功能障礙，尤其是腦卒中后足下垂功能障礙的嚴(yán)重程度，為康復(fù)治療方案的制定提供量化的參考，有利于提高患者的康復(fù)信心及康復(fù)療效，同時(shí)打破既往量表評(píng)估的局限性，為康復(fù)評(píng)估提供一種更為量化客觀的評(píng)估手段。

本研究也存在一些問(wèn)題和不足。首先，本研究只納入41～75歲的健康受試者，年齡分層也不夠全面，有必要進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量及年齡層次，明確年齡因素是否是下肢踝關(guān)節(jié)背屈和跖屈肌群肌電活動(dòng)的影響因素，從而建立更為全面、準(zhǔn)確的iEMG參考范圍。其次，試驗(yàn)過(guò)程中難免受到操作者主觀因素、受試者配合程度以及環(huán)境因素的影響，造成一定的試驗(yàn)誤差，因此我們應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照試驗(yàn)操作規(guī)程，與受試者做好充分的解釋工作，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及客觀性。

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Characteristics of Surface Electromyography in Maximum Isometric Voluntary Contraction of Ankle Dorsiflexors and Plantarflexors in Healthy Middle to Old People

LUO Meng1,ZHOU Guo-ping1,XU Min2,XU Xiu-hong1
1.Integrated Hospital of Traditinal Chinese Medicine,Southern Medical University,Guangzhou,Guangdong 510315,China;2.College of ACU-Moxibustion and Tuina,Hunan University of Chinese Medicine,Changsha,Hunan 410208,China

Objective To establish normal reference range of surface electromyography(sEMG)in related myoelectric activity when maximum isometric voluntary contraction of ankle dorsiflexors and plantarflexors in healthy middle to old people.Methods From September to December,2015,a total of 110 healthy people aged 41 to 75 years were divided into 41 to 50 years group,51 to 60 years group and〉60 years group according to age.The integral electrical values were measured in each subject by sEMG technique and analysis system under maximum isometric voluntary contraction of ankle dorsiflexors and plantarflexors.Results and Conclusion Under ankle dorsiflexion and plantar flexion movement modes,no significant difference was found in the integral electrical values of tibialis anterior muscle,long peroneal muscle,short tibial muscle and gastrocnemius among different groups(F〈4.545,P〉0.05).No significant difference was found in the integral electrical values of different sides and different genders(F〈7.028,P〉0.05).Normal reference range for integral electrical values was established under maximum isometric voluntary contraction of ankle dorsiflexors and plantarflexors in healthy people.

health;middle-old age;isometric contraction;surface electromyography;integrated electromyogram

ZHOU Guo-ping.E-mail：doctorzgp@sina.com

R322.7

A

1006-9771(2017)10-1157-05

10.3969/j.issn.1006-9771.2017.10.007

[本文著錄格式] 羅夢(mèng)，周國(guó)平，徐敏，等.健康中老年踝關(guān)節(jié)背屈和跖屈肌群最大等長(zhǎng)收縮的表面肌電圖研究[J].中國(guó)康復(fù)理論與實(shí)踐,2017,23(10)：1157-1161.

CITED AS：Luo M,Zhou GP,Xu M,et al.Characteristics of surface electromyography in maximum isometric voluntary contraction of ankle dorsiflexors and plantarflexors in healthy middle to old people[J].Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2017,23(10)：1157-1161.

1.廣東省科技廳項(xiàng)目(No.2013A032500014)；2.南方醫(yī)科大學(xué)“臨床研究啟動(dòng)計(jì)劃”項(xiàng)目(No.LC2016ZD033)；3.廣東省中醫(yī)藥局科研項(xiàng)目(No.20173012)。

1.南方醫(yī)科大學(xué)中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院，廣東廣州市510315；2.湖南中醫(yī)藥大學(xué)針灸推拿學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙市410208。作者簡(jiǎn)介：羅夢(mèng)(1990-)，男，湖南邵東縣人，碩士研究生，主要研究方向：中風(fēng)病的中西醫(yī)結(jié)合康復(fù)。通訊作者：周國(guó)平，主任醫(yī)師，主要研究方向：中風(fēng)病的中西醫(yī)結(jié)合康復(fù)。E-mail：doctorzgp@sina.com。

2017-03-20

2017-05-07)