慢性腰痛的表面肌電研究進(jìn)展

黃武杰，李雅萍，劉紅，江征

福建中醫(yī)藥大學(xué)康復(fù)醫(yī)學(xué)院，中醫(yī)骨傷及運(yùn)動(dòng)康復(fù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建福州市 350000

慢性腰痛(chronic low back pain,CLBP)的疼痛感受和活動(dòng)受限使患者生活質(zhì)量嚴(yán)重下降，由于腰痛所造成的停工和治療花銷(xiāo)也是巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[1]。其發(fā)病機(jī)制方面，部分研究觀察到椎間盤(pán)病變[2]、小面關(guān)節(jié)紊亂[3]、椎體終板改變[4-5]等；部分研究者認(rèn)為，腰椎肌肉的運(yùn)動(dòng)策略和激活模式失常[6-7]與慢性腰痛發(fā)病有關(guān)。腰椎的穩(wěn)定-運(yùn)動(dòng)模型，被廣為接受的是三亞系模型[8-9]：由肌肉構(gòu)成的主動(dòng)穩(wěn)定系統(tǒng)，由椎體、椎間盤(pán)、關(guān)節(jié)韌帶構(gòu)成的被動(dòng)穩(wěn)定系統(tǒng)，以及整合感覺(jué)輸入和運(yùn)動(dòng)輸出的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，其中一個(gè)或多個(gè)亞系功能障礙都可能造成脊柱偏離正常中立位，從而導(dǎo)致周?chē)M織損傷和疼痛[10]。

肌肉的協(xié)調(diào)活動(dòng)是正常動(dòng)作的基礎(chǔ)，腰椎周?chē)∪庀嗷f(xié)調(diào)才能使動(dòng)作效率最大。慢性腰痛患者的異常步態(tài)或其他異常運(yùn)動(dòng)模式提示相關(guān)肌肉，如核心肌群和下肢肌肉的運(yùn)動(dòng)、協(xié)調(diào)功能發(fā)生改變[11]。

表面肌電因無(wú)創(chuàng)、便捷的特性，被廣泛應(yīng)用于觀察運(yùn)動(dòng)時(shí)的肌肉活動(dòng)。表面肌電檢測(cè)裝置接收肌肉產(chǎn)生的動(dòng)作電位，并對(duì)原始肌電信號(hào)進(jìn)行翻正、濾波、標(biāo)準(zhǔn)化等處理后，可獲得肌電振幅、激活時(shí)間、激活順序等參數(shù)，在一定程度上反映肌肉接受神經(jīng)沖動(dòng)后的募集程度、肌肉活動(dòng)的持續(xù)時(shí)間和各肌肉激活的順序。常見(jiàn)的肌肉活動(dòng)肌電分析包括三類：①對(duì)比不同肌群或相同肌群不同運(yùn)動(dòng)間的活動(dòng)水平，通常以積分肌電值或平均肌電值為對(duì)象；肌肉活動(dòng)水平偏高或偏低均提示可能存在運(yùn)動(dòng)模式異常，可進(jìn)一步分析主動(dòng)肌、拮抗肌等肌電水平之間的關(guān)系，探討動(dòng)作的協(xié)調(diào)性；②觀察動(dòng)作相關(guān)肌肉肌電活動(dòng)起始和結(jié)束時(shí)間，探討肌肉激活順序是否符合正常運(yùn)動(dòng)模式；③分析肌電頻域，了解肌肉的易疲勞程度，揭示肌耐力與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的關(guān)系。

慢性腰痛患者的肌肉激活模式可能發(fā)生改變?；颊邽榱吮苊馓弁矗赡軆A向于減少相關(guān)肌肉的活動(dòng)，并采用各種代償策略。許多日常生活活動(dòng)，如步行、坐站轉(zhuǎn)換、下蹲等，均需腰腹部肌肉參與。腰腹部肌肉作為人體的核心肌群，不僅通過(guò)豎脊肌、髂肋肌、腹直肌等淺層肌肉提供軀干屈伸、旋轉(zhuǎn)、側(cè)曲等大幅度活動(dòng)，深層的多裂肌、腹橫肌等也作為穩(wěn)定肌，為脊柱、四肢的活動(dòng)提供穩(wěn)定基礎(chǔ)。慢性腰痛患者腰部的穩(wěn)定與活動(dòng)可能受影響。

1 步行

慢性腰痛患者步行過(guò)程中，豎脊肌和腹直肌肌電水平較高[12]。豎脊肌和腹直肌為淺層肌肉，可使軀干完成大幅度動(dòng)作，而步行時(shí)慢性腰痛患者并沒(méi)有表現(xiàn)出軀干活動(dòng)范圍的增加[13]，提示淺層肌肉的過(guò)度活動(dòng)是為了代償深層穩(wěn)定肌功能不足，保證步行過(guò)程中的腰椎穩(wěn)定性。Hanada等[14]發(fā)現(xiàn)，慢性腰痛患者步行時(shí)下部腹直肌持續(xù)激活，腹內(nèi)斜肌則為階段性激活，提示慢性腰痛患者腹部肌群協(xié)同活動(dòng)較差；同樣觀察到腹內(nèi)斜肌和后側(cè)肌群之間協(xié)同性不佳的現(xiàn)象。

多數(shù)慢性腰痛患者的步行研究多局限于腰腹部肌肉，較為一致的結(jié)果為豎脊肌活動(dòng)水平較高[15]。骨盆和髖關(guān)節(jié)作為連接軀干與下肢的重要樞紐，所附著的臀大肌和腘繩肌在功能上與豎脊肌關(guān)系密切，相關(guān)研究相對(duì)較少。van der Hulst等[16]發(fā)現(xiàn)，慢性腰痛患者步行時(shí)，豎脊肌、臀大肌相對(duì)于股二頭肌活動(dòng)明顯延遲。髖伸肌群的激活對(duì)于穩(wěn)定、傳導(dǎo)髖關(guān)節(jié)力量有重要作用[17]，異常的肌肉激活時(shí)序提示步行時(shí)伸髖模式異常。腰椎-骨盆-髖關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)活動(dòng)使身體可以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的外界環(huán)境，保持穩(wěn)定的步行。將來(lái)應(yīng)將更多關(guān)注骨盆和髖關(guān)節(jié)周?chē)∪?，分析其協(xié)調(diào)性。

2 疼痛恐懼心理

患者對(duì)疼痛的恐懼會(huì)導(dǎo)致“警惕動(dòng)作模式”[18]，對(duì)步行時(shí)的軀干肌肉活動(dòng)造成影響。對(duì)比不同程度的疼痛恐懼心理慢性腰痛患者的豎脊肌在步態(tài)擺動(dòng)相與雙足支撐相時(shí)的肌電比值，發(fā)現(xiàn)恐懼心理程度與該比值呈正相關(guān)[19]，提示恐懼程度越高，步行時(shí)豎脊肌越緊張。Pakzad 等[20]比較慢性腰痛高恐懼人群和低恐懼人群在步行中雙側(cè)腰最長(zhǎng)肌、髂肋肌、多裂肌、腹外斜肌、腹直肌的肌電振幅，發(fā)現(xiàn)高恐懼人群雙多裂肌和右腹直肌激活水平較高，而雙腹外斜肌在特定步態(tài)時(shí)相中也表現(xiàn)出類似的肌電升高。

3 外力干擾

腰-骨盆-髖關(guān)節(jié)的穩(wěn)定是活動(dòng)的基礎(chǔ)，使人體可以調(diào)整姿勢(shì)以應(yīng)對(duì)外界的干擾，保持平衡；疼痛使參與平衡調(diào)節(jié)的肌肉活動(dòng)受到影響。Boudreau 等[21]對(duì)健康受試者進(jìn)行注射后模擬急性腰痛，發(fā)現(xiàn)其在應(yīng)對(duì)前后向的外力干擾時(shí)，軀干肌肉活動(dòng)降低。Jones 等[22]觀察到，慢性腰痛患者在面對(duì)多方位地面傾斜干擾時(shí)，軀干肌肉共同激活程度增加。Larsen 等[23]也發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)對(duì)隨機(jī)多方位地面傾斜干擾時(shí)，單側(cè)和雙側(cè)腰痛患者腰腹部肌電活動(dòng)均增加，雙側(cè)疼痛者更加明顯。Jubany 等[24]更換干擾條件，囑受試者保持身體前傾、微屈髖屈膝，手持托盤(pán)，外界的干擾源于托盤(pán)上隨機(jī)施加的重量，發(fā)現(xiàn)慢性腰痛患者在應(yīng)對(duì)干擾時(shí)肌電激活順序改變，具體表現(xiàn)為第一個(gè)肌電信號(hào)延遲出現(xiàn)。

在應(yīng)對(duì)失衡時(shí)，由于腰腹部肌肉無(wú)法協(xié)調(diào)高效活動(dòng)，采用相對(duì)單調(diào)的增強(qiáng)肌肉活動(dòng)方式替代，這不僅增加身體能量消耗，而且長(zhǎng)期較高的肌肉活動(dòng)也會(huì)對(duì)關(guān)節(jié)造成較大的擠壓應(yīng)力。

4 坐位

隨著生活工作方式的改變，久坐現(xiàn)象越來(lái)越常見(jiàn)[25-26]，長(zhǎng)時(shí)間姿勢(shì)變換減少[27-28]使腰部肌肉柔韌性和力量下降[29]。肌力下降意味著維持脊柱穩(wěn)定性更多依靠椎間盤(pán)和關(guān)節(jié)，可能導(dǎo)致椎間盤(pán)退化[30-31]；不良坐姿造成的脊柱間應(yīng)力增加和分布不均，也是導(dǎo)致腰痛的重要生物力學(xué)因素[32]。然而，對(duì)現(xiàn)有研究的系統(tǒng)性評(píng)價(jià)還不能證實(shí)久坐和腰痛之間的一致性聯(lián)系[33-35]。Jia等[36]發(fā)現(xiàn)，正常人在無(wú)支撐持續(xù)靜坐40 min時(shí)，上下背部不適增加，局部肌肉疲勞肌電指數(shù)增加。Ringheim 等[37]檢測(cè)維持靜坐者的腰部肌電活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)盡管慢性腰痛組感覺(jué)用力和疼痛程度較高，但肌電活動(dòng)與非腰痛組不存在顯著性差異，表征疲勞程度的肌電指標(biāo)也沒(méi)有增加。猜測(cè)這可能是腰痛患者靜坐時(shí)激活了其他肌肉進(jìn)行代償，從而避免活化腰部肌肉。該研究沒(méi)有檢測(cè)靜坐時(shí)腹部肌肉的活動(dòng)，有待進(jìn)一步完善。

5 俯臥髖后伸(prone hip extension,PHE)

PHE是臨床檢測(cè)腰椎骨盆運(yùn)動(dòng)的一種檢測(cè)手段，可輔助評(píng)價(jià)慢性腰痛患者的運(yùn)動(dòng)功能。慢性腰痛患者PHE時(shí)表現(xiàn)為過(guò)度骨盆前傾、外傾和旋轉(zhuǎn)[38]，可能增加骨盆周?chē)浗M織壓力，從而造成疼痛。慢性腰痛患者執(zhí)行功能性任務(wù)的其他幾項(xiàng)研究卻發(fā)現(xiàn)[39-44]，患者腰椎、骨盆活動(dòng)幅度較小。在執(zhí)行PHE 時(shí)，多裂肌、豎脊肌、臀大肌、腘繩肌承擔(dān)著穩(wěn)定和運(yùn)動(dòng)功能，使得動(dòng)作得以協(xié)調(diào)進(jìn)行。腰痛患者臀大肌激活延遲，豎脊肌、臀大肌和腘繩肌激活水平較高[45-49]，提示肌肉運(yùn)動(dòng)策略異常。Wattananon等[50]發(fā)現(xiàn)，與正常人相比，慢性腰痛患者PHE時(shí)豎脊肌和多裂肌的協(xié)同性較差。

類似的檢查還有Sorceson 測(cè)試(受試者俯臥于治療床上，上半身伸出床外，保持身體挺直狀態(tài))，Cai 等[51]對(duì)受試者髂肋肌與最長(zhǎng)肌進(jìn)行測(cè)試，慢性腰痛者的肌電變化與非腰痛者無(wú)顯著性差異。

6 穩(wěn)定性訓(xùn)練

許多臨床實(shí)踐指南均推薦慢性腰痛患者進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，但哪種運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練方式療效更佳并沒(méi)有一致結(jié)論[52]。訓(xùn)練深層肌肉(腹橫肌、多裂肌)提升軀干穩(wěn)定性的運(yùn)動(dòng)療法近年來(lái)應(yīng)用較多，多認(rèn)為穩(wěn)定肌正常收縮可使動(dòng)作協(xié)調(diào)進(jìn)行[53]。Lomond 等[54]比較軀干穩(wěn)定性訓(xùn)練和基于運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)功能障礙而設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)軀干姿勢(shì)調(diào)節(jié)能力的影響，發(fā)現(xiàn)慢性腰痛患者在執(zhí)行姿勢(shì)調(diào)整任務(wù)時(shí)肌肉活動(dòng)水平更高，但姿勢(shì)調(diào)節(jié)能力在訓(xùn)練前后無(wú)顯著性差異。Shamsi等[55]對(duì)比運(yùn)動(dòng)控制訓(xùn)練和常規(guī)訓(xùn)練對(duì)于軀干穩(wěn)定性的影響，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)存在顯著性差異。盡管以激活特定肌肉、訓(xùn)練特定動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)療法有可能改善軀體的穩(wěn)定性和協(xié)調(diào)性，但治療效果的研究結(jié)論仍有爭(zhēng)議。

7 小結(jié)

目前多數(shù)研究觀察的動(dòng)作為日常生活中常用的動(dòng)作，如步行、坐站轉(zhuǎn)換、軀干反復(fù)屈伸等，雖然這些活動(dòng)所要求的肌肉負(fù)荷不大，但長(zhǎng)期不良模式造成的關(guān)節(jié)受力不對(duì)稱等問(wèn)題會(huì)使得軀體微小損傷持續(xù)積累。

步行需要全身肌肉參與，對(duì)平衡協(xié)調(diào)能力的要求也較高，因而研究較多。目前針對(duì)步行的表面肌電研究局限于腰腹部肌肉，而慢性腰痛患者步行時(shí)骨盆旋轉(zhuǎn)較少、膝關(guān)節(jié)擺動(dòng)相末期伸展角過(guò)大[56]，提示骨盆周?chē)∪?，如臀大肌、臀中肌、腘繩肌、股直肌的肌肉活動(dòng)可能異常，需要進(jìn)一步測(cè)試分析。

早期研究中，表面肌電指標(biāo)多局限于各肌肉肌電振幅、激活時(shí)間等，而觀察運(yùn)動(dòng)時(shí)各肌肉協(xié)調(diào)情況需要綜合分析更多的肌電參數(shù)。Orakifar 等[57]觀察腰痛患者坐-站轉(zhuǎn)換時(shí)腰腹部和腘繩肌肌肉活動(dòng)，檢測(cè)指標(biāo)除肌電振幅外，還包括肌肉活動(dòng)時(shí)間、肌電達(dá)峰時(shí)間，以及左右對(duì)稱性。今后對(duì)慢性腰痛的表面肌電研究，應(yīng)該全面檢測(cè)動(dòng)作相關(guān)肌肉，綜合多方面肌電參數(shù)，分析動(dòng)作協(xié)調(diào)性。

保證肌電信號(hào)數(shù)據(jù)的有效性、可靠性，除嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行備皮、電極粘貼等操作外，后期處理也十分重要。干擾表面肌電信號(hào)的因素較多，如受試者的用力意愿[58]、電極位置偏差、檢測(cè)時(shí)間等，對(duì)肌電信號(hào)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理十分重要。目前的標(biāo)準(zhǔn)化方案有：①目標(biāo)肌肉行規(guī)范的最大自主收縮(maximum voluntary contraction,MVC)，將原始肌電數(shù)值與MVC 行標(biāo)準(zhǔn)化處理；②目標(biāo)肌肉行特定動(dòng)作，測(cè)量亞最大自主收縮(Sub-MVC)肌電值，行標(biāo)準(zhǔn)化處理；③以運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的肌電均值或峰值作標(biāo)準(zhǔn)化處理。由于無(wú)法保證患者按要求完成規(guī)范化動(dòng)作[58]，MVC 和Sub-MVC 的肌電數(shù)值有效性并不肯定。今后也需要進(jìn)一步探討不同標(biāo)準(zhǔn)化處理的可靠性和有效性。

慢性腰痛的表面肌電研究已經(jīng)涉及多種活動(dòng)類型，但肌肉的選擇、提取的肌電特征值仍然需要進(jìn)一步完善。如何將肌電特征轉(zhuǎn)化為臨床診療手段仍需要進(jìn)一步探討。