表面肌電圖在運(yùn)動(dòng)員大腿肌肉拉傷康復(fù)評(píng)定中的應(yīng)用①

談艷，李偉

1.南京郵電大學(xué)體育部，江蘇南京市210000；2.國(guó)家體育總局運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究所，北京市100061

足球運(yùn)動(dòng)是“世界第一運(yùn)動(dòng)”，受到高度關(guān)注，我國(guó)青少年足球被賦予的期望越來(lái)越高。青少年足球運(yùn)動(dòng)員的損傷多為急性，特別是下肢損傷，大腿肌肉拉傷是最常見(jiàn)的傷病之一[1-4]。Brito等[5]對(duì)912例12～19歲的青年足球運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行賽季前跟蹤調(diào)查，發(fā)現(xiàn)肌肉拉傷和挫傷是最常見(jiàn)的損傷，79%的損傷涉及下肢，其中23%位于大腿。目前研究多關(guān)注青少年足球運(yùn)動(dòng)員損傷的風(fēng)險(xiǎn)因素[6-8]，很少有下肢功能評(píng)價(jià)的研究。

對(duì)運(yùn)動(dòng)員的專(zhuān)項(xiàng)動(dòng)作分析可為其損傷發(fā)生的原因提供有價(jià)值的信息，并有助于制定預(yù)防措施[9]。更為重要的是，損傷后運(yùn)動(dòng)員重返賽場(chǎng)的決定往往基于隊(duì)員的主觀感受及教練員和隊(duì)醫(yī)的主觀判斷，這可能讓運(yùn)動(dòng)員在沒(méi)有完全康復(fù)的情況下進(jìn)行高強(qiáng)度訓(xùn)練和比賽，很容易造成再損傷。下肢的穩(wěn)定性和神經(jīng)肌肉控制能力對(duì)足球運(yùn)動(dòng)員至關(guān)重要，能力不足不但影響運(yùn)動(dòng)成績(jī)，還可能造成損傷。因此需要一種簡(jiǎn)便、客觀的下肢運(yùn)動(dòng)能力評(píng)價(jià)方法。

表面肌電圖(surface electromyography,sEMG)利用表面電極引導(dǎo)，從人體表面獲取肌肉神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的生物電信號(hào)；因其無(wú)創(chuàng)、實(shí)時(shí)、多靶點(diǎn)監(jiān)測(cè)和可靠性，已廣泛應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)學(xué)研究，幫助反映運(yùn)動(dòng)時(shí)肌肉生理、生化等方面的改變，用以研究肌肉纖維類(lèi)型、肌肉疲勞和肌肉損傷[10-12]。sEMG可通過(guò)記錄特定動(dòng)作時(shí)不同運(yùn)動(dòng)單位的募集方式，評(píng)價(jià)肌肉損傷[13]，可作為評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)員下肢運(yùn)動(dòng)功能的指標(biāo)[14-15]。另外，出于對(duì)下肢動(dòng)力鏈的整體性考慮，應(yīng)對(duì)參與特定運(yùn)動(dòng)的所有相關(guān)肌肉進(jìn)行評(píng)價(jià)；而以往研究通常僅對(duì)少數(shù)肌肉進(jìn)行研究[10,12,15]。

本研究對(duì)比健康青少年足球運(yùn)動(dòng)員和大腿肌肉拉傷后重返賽場(chǎng)前運(yùn)動(dòng)員，單腿起跳落地時(shí)下肢相關(guān)肌肉的協(xié)同收縮模式、肌肉激活時(shí)間和激活程度，探討sEMG作為下肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)價(jià)指標(biāo)的可行性。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

選取2012年6月至2015年6月，中國(guó)國(guó)家U16男子足球隊(duì)隊(duì)員14例，包括健康組7例和損傷組7例，年齡14～16歲，平均訓(xùn)練5年，每周訓(xùn)練或比賽3場(chǎng)左右。

損傷組納入標(biāo)準(zhǔn)：近3年內(nèi)大腿肌群肌肉拉傷，經(jīng)常規(guī)治療后，在防護(hù)措施下可完成正常訓(xùn)練比賽；無(wú)軀干、上肢等其他部位損傷。

兩組年齡、身高、體質(zhì)量和訓(xùn)練年限無(wú)顯著性差異(P＞0.05)。見(jiàn)表1。

表1 兩組一般情況比較

1.2 方法

損傷組7例運(yùn)動(dòng)員在受傷治療后均能完成測(cè)試動(dòng)作，主觀感覺(jué)良好，在獲得教練和隊(duì)醫(yī)準(zhǔn)許上場(chǎng)前進(jìn)行測(cè)試。

測(cè)試地點(diǎn)為國(guó)家體育總局體育科學(xué)研究所。

采用16通道TeleMyo 2400無(wú)線肌電遙測(cè)系統(tǒng)(美國(guó)NORAXON公司)，輸入電阻10 mΩ，Driver Linx放大系統(tǒng)，采樣頻率1000 Hz，A/D變頻器±5 V輸入范圍，帶寬10～500 Hz，無(wú)陷波器。采用一次性雙極Ag-AgCl表面電極(丹麥藍(lán)點(diǎn)電極)。

測(cè)試優(yōu)勢(shì)側(cè)脛骨前肌、腓骨長(zhǎng)肌、股四頭肌內(nèi)側(cè)頭、股直肌、股四頭肌外側(cè)頭、脛后肌、腓腸肌內(nèi)側(cè)頭、腓腸肌外側(cè)頭、股二頭肌長(zhǎng)頭和半腱肌。

實(shí)驗(yàn)前將測(cè)試技術(shù)動(dòng)作和注意事項(xiàng)告知受試者及其父母，并簽訂安全責(zé)任協(xié)議書(shū)，提前記錄受試者年齡、身高、體質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)年限等基本情況。

每次測(cè)試均由專(zhuān)人負(fù)責(zé)。按人體解剖確定電極片位置，75%醫(yī)用酒精擦拭電極片相應(yīng)部位，剃須刀刮掉毛發(fā)，醫(yī)用酒精再次擦拭。將電極片安放在相關(guān)肌肉體表定位肌腹隆起最高點(diǎn)，方向與肌肉收縮方向一致，兩電極間距離＜2 cm。按要求粘貼電極片并固定。固定電極片后調(diào)試，確保實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不脫落。將電極片與測(cè)試儀器連接。將運(yùn)動(dòng)員基本情況輸入電腦后運(yùn)行，按實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行測(cè)試[17-19]。

受試者在實(shí)驗(yàn)前24 h內(nèi)未進(jìn)行大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)，無(wú)肌肉疲勞現(xiàn)象。充分做好準(zhǔn)備活動(dòng)，避免損傷，保證實(shí)驗(yàn)安全，確保測(cè)試動(dòng)作符合標(biāo)準(zhǔn)及數(shù)據(jù)可靠。

選取國(guó)際足聯(lián)推薦的下肢穩(wěn)定性訓(xùn)練動(dòng)作為測(cè)試動(dòng)作[16]。以邊長(zhǎng)1 m的方塊并排組成長(zhǎng)10 m、寬2 m的測(cè)試場(chǎng)地，要求運(yùn)動(dòng)員按口令在規(guī)定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行兩腿交替跨步跳，起跳高度適當(dāng)，自足跟至足趾在地面標(biāo)記點(diǎn)上順次著地，停頓1 s，交替起跳。

用Naraxon MRXP 1.06軟件對(duì)肌電信號(hào)進(jìn)行處理，收集各肌肉原始肌電、放電順序和貢獻(xiàn)率。

通過(guò)原始肌電信號(hào)，準(zhǔn)確標(biāo)記動(dòng)作起止時(shí)間[20]。肌電積分＞10%最大值，且肌電活動(dòng)持續(xù)時(shí)間＞10%動(dòng)作總時(shí)間，作為肌肉放電活動(dòng)的起點(diǎn)，以此確定肌肉發(fā)力順序[14,21]。計(jì)算測(cè)試所測(cè)各肌肉積分占肌電總值的百分比，計(jì)為肌肉電活動(dòng)貢獻(xiàn)率[22]。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用Excel 2013建立數(shù)據(jù)庫(kù)，使用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理。各肌電指標(biāo)采用(±s)表示，行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 肌肉發(fā)力順序

從運(yùn)動(dòng)員跨步跳右腿落地時(shí)間起，測(cè)量精度0.001 s。

健康組發(fā)力時(shí)間較為平均，肌肉發(fā)力順序?yàn)槊劰乔凹?、股二頭肌長(zhǎng)頭、半腱肌、股四頭肌內(nèi)側(cè)頭、股四頭肌外側(cè)頭、腓骨長(zhǎng)肌、股直肌、脛后肌、腓腸肌內(nèi)側(cè)頭和腓腸肌外側(cè)頭。

損傷組肌肉發(fā)力順序?yàn)槊劰乔凹?、股直肌、半腱肌、股二頭肌長(zhǎng)頭、股四頭肌內(nèi)側(cè)頭、腓骨長(zhǎng)肌、股四頭肌外側(cè)頭、脛后肌、腓腸肌外側(cè)頭和腓腸肌內(nèi)側(cè)頭。

與健康組相比，損傷組脛骨前肌、腓骨長(zhǎng)肌、股四頭肌內(nèi)側(cè)頭、股四頭肌外側(cè)頭、脛后肌和半腱肌激活時(shí)間均明顯晚于健康組(P＜0.05)；股直肌激活時(shí)間早于健康組。見(jiàn)表2。

表2 兩組肌肉發(fā)力順序比較(s)

2.2 肌肉貢獻(xiàn)率

多數(shù)受試肌肉的貢獻(xiàn)率兩組間無(wú)顯著性差異(P＞0.05)；損傷組股二頭肌長(zhǎng)頭貢獻(xiàn)率大于健康組(P＜0.05)。見(jiàn)表3。

表3 兩組肌肉貢獻(xiàn)率百分比比較(s)

3 討論

本研究以U16國(guó)家男子足球隊(duì)隊(duì)員為研究對(duì)象，損傷組隊(duì)員均為大腿肌肉拉傷，經(jīng)常規(guī)治療后，在防護(hù)措施下基本能完成正常訓(xùn)練及比賽。研究結(jié)果符合運(yùn)動(dòng)隊(duì)實(shí)際需要。

測(cè)試動(dòng)作選取國(guó)際足聯(lián)醫(yī)療委員會(huì)推薦的11+訓(xùn)練計(jì)劃中的下肢穩(wěn)定性訓(xùn)練動(dòng)作[16]，對(duì)青少年足球運(yùn)動(dòng)員下肢動(dòng)力鏈穩(wěn)定性的代表性較強(qiáng)。sEMG可較為精確地測(cè)試相關(guān)肌肉的發(fā)力順序和貢獻(xiàn)率，從而準(zhǔn)確反映運(yùn)動(dòng)員標(biāo)準(zhǔn)化穩(wěn)定性動(dòng)作的完成特點(diǎn)，目前尚無(wú)類(lèi)似研究可供參考。

3.1 肌肉發(fā)力順序

運(yùn)動(dòng)員完成指定動(dòng)作是由相關(guān)肌肉共同參與活動(dòng)的過(guò)程，完成動(dòng)作時(shí)肌肉間協(xié)調(diào)情況決定著動(dòng)作完成質(zhì)量。sEMG可用于評(píng)定受試者在完成指定動(dòng)作時(shí)各參與肌肉的激活與停止順序、活動(dòng)時(shí)間及其之間的關(guān)系，對(duì)下肢穩(wěn)定性動(dòng)作的評(píng)價(jià)有優(yōu)勢(shì)。

股四頭肌和股二頭肌覆蓋在膝蓋周?chē)Ｆ鹛涞貢r(shí)，力量大部分傳導(dǎo)到大腿肌肉上，利用股四頭肌的支撐力量和股二頭肌的控制性進(jìn)行減震緩沖；如果大腿肌肉薄弱，對(duì)膝蓋的沖擊較大，膝蓋的磨損也較大。起跳時(shí)大部分力量都會(huì)傳到股四頭肌，股二頭肌起減震控制作用；若大腿肌肉薄弱，膝關(guān)節(jié)壓力會(huì)驟然增大，增加傷病危險(xiǎn)。當(dāng)下肢存在損傷時(shí)，為避免疼痛或不穩(wěn)，運(yùn)動(dòng)員出現(xiàn)代償動(dòng)作，完成動(dòng)作的肌肉激活順序發(fā)生改變。

本研究顯示，與健康組相比，損傷組股四頭肌內(nèi)側(cè)頭、股四頭肌外側(cè)頭和腓骨長(zhǎng)肌激活晚于健康組，而股直肌激活早于健康組，這可用肌肉疲勞后代償原理來(lái)解釋[23]。腘繩肌可防止功能性動(dòng)作中脛骨前移[24]，損傷組在落地時(shí)采取主動(dòng)提前收縮腘繩肌而增加股四頭肌激活程度的代償策略[25]。這種代償方式可增加膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶損傷。兩組運(yùn)動(dòng)員落地時(shí)均首先激活脛骨前肌，說(shuō)明落地時(shí)踝關(guān)節(jié)跖屈可增加關(guān)節(jié)穩(wěn)定性[26]。

損傷明顯影響肌肉動(dòng)員次序，下肢肌肉發(fā)力順序可作為運(yùn)動(dòng)員損傷評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。

3.2 肌肉貢獻(xiàn)率

積分肌電在一定程度上反映肌肉在各個(gè)動(dòng)作階段的放電總量，體現(xiàn)的是肌肉總的激活和募集程度。肌電活動(dòng)貢獻(xiàn)率也叫做肌肉負(fù)荷百分比，指在動(dòng)作過(guò)程中，各肌肉激活狀態(tài)下的積分肌電值占所有肌肉激活狀態(tài)下積分肌電和的百分比，是評(píng)價(jià)肌肉協(xié)調(diào)性的一個(gè)重要指標(biāo)[27]?？梢杂眉‰娀顒?dòng)的貢獻(xiàn)率深入分析動(dòng)作中各肌肉的主次關(guān)系，判斷哪些肌肉在運(yùn)動(dòng)中起主要作用。從貢獻(xiàn)率情況可見(jiàn)肌肉發(fā)力主次關(guān)系明顯，下肢肌肉前群占主導(dǎo)，拮抗肌作用相對(duì)較??；前側(cè)肌群積極發(fā)力，為該動(dòng)作的主動(dòng)肌，后側(cè)肌群配合前側(cè)肌群起緩沖作用。

本研究顯示，從跨步跳蹬起到落地階段，兩組肌肉貢獻(xiàn)率總體相對(duì)一致，但損傷組股二頭肌內(nèi)側(cè)頭貢獻(xiàn)率大于健康組。股二頭肌內(nèi)側(cè)頭主要作用為伸髖屈膝，與大腿前群肌肉保持平衡；股二頭肌貢獻(xiàn)率增高，提示該肌肉緩沖非常主動(dòng)?？赡苡捎诠伤念^肌存在問(wèn)題使得機(jī)體產(chǎn)生保護(hù)性抑制。股四頭肌主動(dòng)不足有幾種原因，如急慢性肌肉損傷、神經(jīng)損傷、肌肉萎縮等[27]；也可能是髖關(guān)節(jié)周?chē)∪夂秃诵募∪馐Ш馑耓28-30]。

由此可見(jiàn)，下肢肌肉在特定動(dòng)作中的貢獻(xiàn)率能反映運(yùn)動(dòng)員下肢功能狀況。本研究提示，青少年足球運(yùn)動(dòng)員大腿肌肉拉傷后，大腿前后肌群貢獻(xiàn)率代償性改變，可為損傷提供較為精確的評(píng)價(jià)指標(biāo)。臨床可根據(jù)下肢肌肉的sEMG測(cè)試結(jié)果監(jiān)測(cè)局部肌肉弱點(diǎn)，針對(duì)其不足進(jìn)行有針對(duì)性的康復(fù)。

本研究樣本量較小，尚不足以確定健康青少年足球運(yùn)動(dòng)員下肢穩(wěn)定性動(dòng)作的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)力順序及貢獻(xiàn)率，應(yīng)在未來(lái)研究中進(jìn)一步完善數(shù)據(jù)，逐漸建立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)。

sEMG能較為準(zhǔn)確地反映特定動(dòng)作下相關(guān)肌肉的參與情況，其臨床意義的解釋尚需結(jié)合更為全面的臨床資料整體考慮，如髖關(guān)節(jié)周?chē)∪庠谙轮€(wěn)定中的參與情況。本研究未測(cè)量肌肉最大自主收縮，因此不能相對(duì)準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)不同個(gè)體各肌肉間的差異；同時(shí)還應(yīng)結(jié)合生物力學(xué)測(cè)試，分析特定動(dòng)作的力學(xué)指標(biāo)變化，才能更為全面、客觀地反映下肢功能狀況。

運(yùn)動(dòng)員大腿肌肉拉傷明顯影響肌肉動(dòng)員功能，相關(guān)肌肉發(fā)力順序會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變。sEMG能有效監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)員局部肌肉弱點(diǎn)，可作為青少年足球運(yùn)動(dòng)員康復(fù)功能評(píng)價(jià)的參考指標(biāo)之一。特定動(dòng)作的下肢肌肉激活順序和貢獻(xiàn)率可用于針對(duì)性康復(fù)方案的制定及其療效評(píng)價(jià)。