兩種主動直腿抬高動作相關肌群募集模式的分析

卞榮，陸曉，熊浩，曹文月，朱海燕，蔡雨生

1.南京醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院康復醫(yī)學中心，江蘇南京市210029；2.南京醫(yī)科大學康復醫(yī)學院，江蘇南京市210000

主動直腿抬高(active straight leg raise,ASLR)可用于腰椎和骨盆疼痛患者的康復治療，以及其他人群的核心控制訓練[1]，也是早期腦卒中偏癱患者為達到步行能力在床上完成的常規(guī)基礎治療方法。

ASLR試驗是骶髂關節(jié)或者腹股溝疼痛的重要評估和診斷工具。許多研究認為ASLR評估骨盆負荷轉移具有良好的信度和效度[2-3]。既往研究ASLR動作沒有統(tǒng)一的標準，有的研究采用抬起放下的連貫動作，要求平穩(wěn)流暢，沒有停頓[4-5]；有的則要求抬到固定的高度并滯空保持等長收縮，然后再放下，滯空的時間5～45 s不等[6-8]。這兩種動作的差別對ASLR動作的精準評估和治療均造成一定的困擾，不利于該動作模型進一步的研究和推廣。

很多學者提出不同人群的ASLR動作中腹部肌群存在不同的運動控制策略。如de Groot等[5]發(fā)現(xiàn)雙側腹外斜肌激活增加；Beales等[9]發(fā)現(xiàn)同側的腹內(nèi)斜肌和腹外斜肌激活增加，表現(xiàn)為同側優(yōu)勢模式、對側優(yōu)勢模式或者對角優(yōu)勢模式。那么正常人兩種方式的ASLR動作會采取哪種優(yōu)勢模式？等長、等張的兩種ASLR動作中哪種更省力、效率更高？

針對以上問題，本研究擬使用表面肌電圖(surface electromyography,sEMG)記錄雙側腹內(nèi)斜肌、腹外斜肌、腹直肌以及同側股直肌的肌電募集率，研究分析正常人兩種ASLR動作的運動控制模式，為該動作更好地作為評估和治療方法提供理論依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

招募2018年6月至10月在南京醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院實習的11例健康青年受試者，其中男性7例，女性4例，平均年齡(22.8±3.1)歲，身高(169.3±3.9)cm，體質(zhì)量(60.9±10.8)kg，體質(zhì)量指數(shù)(21.6±2.4)kg/m2。

納入標準：①青年在校大學生；②無腰背傷史；③近半年無特異性腰痛或腰骶損傷。

排除標準：①1年內(nèi)手術病史；②神經(jīng)系統(tǒng)疾?。虎坌姆蜗嚓P疾??；④關節(jié)不穩(wěn)；⑤步行障礙；⑥低血壓史。

所有受試者均自愿參加本測試，測試前均向每位受試者解釋存在的風險并簽署知情同意書。本研究經(jīng)本院倫理委員會審核通過。

1.2 方法

采用MyoMuscle DTS無線表面肌電分析系統(tǒng)(美國Noraxon公司)，16通道，采樣頻率l500 Hz，采集率為1秒平均模式，操作軟件MyoResearch 3.10。用2223CN一次性自粘心電電極(美國3M公司)，成分為Ag/AgCl，直徑大小、電極材料、粘性強度均符合測試要求。測試電極間距2 cm，平行于肌肉纖維方向，參考電極貼于另一塊肌肉上[10]。

采集雙側腹內(nèi)斜肌、雙側腹外斜肌、雙側腹直肌以及同側股直肌等共7塊肌肉的sEMG信號。輕輕剃除測試部位皮膚表面的毛發(fā)，用75%乙醇清潔皮膚以降低電阻。各肌肉表面電極放置方法：腹直肌電極定位于臍部水平線以上1 cm，旁開臍2 cm；腹內(nèi)斜肌電極定位于髂前上棘內(nèi)側1 cm，且在雙側髂前上棘連線下方0.5 cm處，測試電極與身體中線成45°；腹外斜肌電極定位于臍部水平線以上1 cm，旁開腹直肌外側緣1 cm，測試電極與身體中線成45°；股直肌電極定位于髂前上棘與髕骨上緣的正中位置[11]。

ASLR動作測試分為兩種動作。

動作A：囑受試者仰臥位，雙腿伸展并保持中立位，兩腳分開20 cm，腰部放平，緊貼床面；在“抬腿”口令下，受試者優(yōu)勢側腿完成直腿抬高動作，每次抬到固定高度(離床面60 cm)，再將腿放回到起始位置，要求整個抬腿動作平穩(wěn)流暢，沒有停頓；每組5次，每次間隔5 s[12]，共3組。

動作B：基本類似動作A，但在最高點維持滯空動作10 s，用視覺調(diào)節(jié)足跟與固定標識物的位置關系，要求動作盡量平穩(wěn)不晃動。每組5次，每次間隔10 s，共3組。

本文使用“同側”指ASLR時的抬腿側，“對側”指另一側。

肌電數(shù)據(jù)采集分析分為三個部分。

采集7塊肌肉的標準化參考值。讓受試者的7塊肌肉分別做最大自主等長收縮(maximal voluntary isometric contraction,MVⅠC)，持續(xù)5 s，每塊肌肉重復3次，每次之間休息2 min[13]。設置肌電信號處理區(qū)間，通過去心電干擾、濾波、平滑處理等操作步驟，用Make MVⅠC選項運算處理，得到每塊肌肉MVⅠC的均方根肌電(root mean square,RMS)。該RMS值即為參考值。各肌肉測量體位及方法參考肌肉測試手冊[14]。

分別采集ASLR動作A和B中的sEMG信號。用標記定位程序選取一串肌電波作為目標處理區(qū)間，經(jīng)過相應預處理得到各塊肌肉RMS值。

sEMG信號標準化。將3組測定的ASLR平均值與MVⅠC參考值的百分比(%MVⅠC)作為肌肉募集率，如圖1。募集率反映每塊肌肉在ASLR動作中的募集程度，參照下列公式。

1.3 統(tǒng)計學分析

圖1 兩種ASLR動作的相關肌群募集率肌電圖圖示

2 結果

所有受試者均完成測試。

在動作B中，同側的腹直肌、腹外斜肌和腹內(nèi)斜肌募集率均大于對側(P＜0.05)。見表1～表3。

表1 兩種動作的腹直肌募集率比較(%MVⅠC)

表2 兩種動作的腹外斜肌募集率比較(%MVⅠC)

表3 兩種動作的腹內(nèi)斜肌募集率比較(%MVⅠC)

在動作A中，同側腹外斜肌和腹內(nèi)斜肌募集率均大于對側(P＜0.05)。見表2、表3。

動作A的同側腹內(nèi)斜肌、對側腹內(nèi)斜肌和同側股直肌均高于動作B的同名肌募集率(P＜0.05)。見表3、表4。

表4 兩種動作的股直肌募集率比較(%MVⅠC)

3 討論

本研究觀察無痛正常青年人在低水平負荷下兩種ASLR動作的sEMG募集率指標，發(fā)現(xiàn)作為主動肌的股直肌的募集率不到20%MVⅠC，其他腹部肌群也都處于較小的激活狀態(tài)，募集率均小于5%MVⅠC。

3.1 肌群運動控制模式

正常年青人ASLR動作A的同側腹內(nèi)斜肌和腹外斜肌表現(xiàn)為同側優(yōu)勢模式；動作B中，同側的腹內(nèi)斜肌、腹外斜肌和腹直肌均也表現(xiàn)為同側優(yōu)勢模式。即兩種動作中都表現(xiàn)為同側優(yōu)勢模式，等長收縮為主的動作B中，腹直肌也參與同側優(yōu)勢模式中。

從生物力學角度來分析，ASLR其實是一系列復雜的運動控制過程。在直腿抬高的過程中，屈髖肌對同側髂骨施加前傾的拉力。Mens等[15]從影像學上證實髂骨確實會存在前傾動作。這時對側的股二頭肌激活阻止了該側髂骨跟隨出現(xiàn)的前傾趨勢[7]，在同側屈髖肌和對側伸髖肌的作用下，兩側髂骨在冠狀面上會出現(xiàn)分離。兩側腹內(nèi)斜肌和腹外斜肌形成兩條相互交叉過中線的“前斜拉索”[16]，交叉的前斜拉索收縮發(fā)力可以將兩側髂骨壓在骶骨上，這樣骨盆在冠狀面上就會成為一個整體活動。這與Snijders等[17]提出的骨盆上“力鎖合”(force closure)機制是一致的。同時腹壁相關肌群激活可以協(xié)助穩(wěn)定骨盆，為屈髖肌提供一個穩(wěn)定起點的基面。

然而，兩種ASLR動作均表現(xiàn)為同側腹肌優(yōu)勢激活模式。與“前斜拉索”上腹內(nèi)斜肌和腹外斜肌對稱性收縮的傳統(tǒng)觀念并不一致。從運動機能學角度看，腹內(nèi)斜肌起于髂嵴，止于胸廓下3對肋和腹白線；腹外斜肌起自下位8個肋骨，后部肌束向下止于髂嵴前部。這兩塊腹部肌肉連接著同側的髂嵴和胸廓，如果同側腹內(nèi)斜肌和腹外斜肌協(xié)同收縮，會產(chǎn)生更大的同側縱向力。而同側髂骨在ASLR動作中被屈髖肌牽拉，有向前傾的趨勢[8]，恰好需要更多的同側縱向拉力平衡。因此，動作A和動作B的同側腹內(nèi)斜肌和腹外斜肌募集率較對側多一點，表現(xiàn)為同側優(yōu)勢模式。這樣可以有效地對抗同側髂骨的縱向力分量，以更好地穩(wěn)定骨盆[18]。

在Hu等[7]的研究中，當增加負重或者難度時，雙側腹肌激活的不對稱更大。動作B與動作A相比，10 s的等長收縮滯空動作會產(chǎn)生同側髂骨更多的不穩(wěn)定。因此，同側腹直肌較對側更多地收縮以參與穩(wěn)定同側髂骨，表現(xiàn)為股直肌的同側優(yōu)勢模式。這與de Groot等[5]和 Beales等[8]報道的一致。

3.2 相關肌群募集率

動作A是等張向心和等張離心收縮組合；動作B除了等張收縮組合以外，還需要持續(xù)10 s等長收縮完成滯空動作，按常理應該會調(diào)動更多的運動單元參與。但研究結果恰恰相反，動作B中腹內(nèi)斜肌和股直肌的募集率相對動作A較低，表現(xiàn)為動作B的滯空動作效率更高。

持續(xù)的、低負荷的肌肉收縮(如維持身體姿勢的任務)需要遵循Henneman的經(jīng)典“大小原則(Size Principle)”的募集順序[19]。動作A中從零開始逐步加力至下肢自重，完成等張向心，然后是等張離心，整個動作過程用時很短，遵循的“大小原則”是一種自發(fā)模式。等張向心動作時，小而低閾值的運動單位較大而高閾值的運動單位先被募集，肌電圖的波幅隨募集運動單位的數(shù)目增加而增大。向心收縮的運動單位募集方式主要是數(shù)目的增加，不伴有發(fā)放頻率的調(diào)節(jié)[20]。在接下來的等張離心動作中，運動單位募集的順序從大到小。如圖1所示動作A的肌電圖呈單峰型。

動作B相關肌肉的募集率較動作A小，其中腹內(nèi)斜肌和股直肌有顯著性差異。動作B與動作A所不同的是中間有一段10 s的等長收縮過程。在此階段，為了能夠保持穩(wěn)定的滯空狀態(tài)，需要視覺和本體感覺進行感覺-運動整合[21]，這些感覺反饋會影響神經(jīng)肌肉調(diào)控系統(tǒng)。動態(tài)平穩(wěn)地募集小運動單位，盡量不產(chǎn)生大小運動單位的頻繁快速變化，這個策略很有意思。募集慢的不易疲勞的小運動單位，簡化了中樞神經(jīng)系統(tǒng)的控制[22]，并可以較長時間使用這些不易疲勞的肌肉纖維產(chǎn)生穩(wěn)定動作，可確保平順的肌力變化和耐力。此外，在Leitch等[23]的研究中發(fā)現(xiàn)，等長和等張收縮運動中，等長收縮頻率比等張收縮低，而力和頻率在一定條件下呈正相關[24]。因此，在做同樣負荷的動作時等長收縮的募集率相對于等張收縮較低，這與我們得到的結果一致。

本文是針對ASLR模型的系列前驅研究之一，后續(xù)會在此基礎上研究ASLR動作中每塊肌群的激活時間順序，分析其神經(jīng)控制機制。本研究發(fā)現(xiàn)，兩種ASLR動作中都呈現(xiàn)出腹肌同側優(yōu)勢模式，體現(xiàn)了正常人腹肌的非對稱性運動控制策略。動作B中腹內(nèi)斜肌和股直肌的募集率相對動作A較小，提示由于感覺反饋產(chǎn)生的“滯空動作”運動效率更高。在今后的ASLR評估和訓練中，治療師可以根據(jù)需要選擇不同的ASLR動作。