表面肌電圖在肩痛康復評定和治療中的應用

嚴鷺慧，張辰希，駱斌，向云，眭明紅

(1.華中科技大學協(xié)和深圳醫(yī)院 深圳市南山區(qū)人民醫(yī)院康復醫(yī)學科，廣東 深圳 518052； 2.湖南中醫(yī)藥大學，長沙 410208； 3.成都體育學院運動康復系，成都 610041； 4.中國科學院深圳先進技術(shù)研究院中國科學院人機智能協(xié)同系統(tǒng)重點實驗室，廣東 深圳 518055)

肩痛是臨床較為常見的肌肉骨骼疾病，是一種反復發(fā)作的疾病，對患者的工作能力和日常生活活動產(chǎn)生重大影響[1-2]。有研究表明，肩痛的患病率隨著年齡的增長而增加，在不同人群中肩痛的患病率為1%～67%，終身患病率高達66.7%[3-4]。肩痛是一個非常復雜的綜合征，導致肩痛的原因很多，病理機制復雜，其中肩袖疾病是臨床最常見的肩痛病因，肩部肌肉疲勞及收縮能力下降直接影響肩部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而神經(jīng)肌肉功能控制障礙使疼痛進一步加重[5-6]。因此，對于肩痛患者神經(jīng)肌肉功能康復評定與療效的評價有重要的價值，但肩痛的疼痛發(fā)生機制及臨床效果缺乏客觀量化證據(jù)。

表面肌電圖(surface electromyography，sEMG)是一種廣泛使用的測量肌肉活動的工具，將表面測試電極貼置于靶肌肉表面，通過記錄或采集肌肉活動或動作時的表面信號并加以分析，定量和定性分析靶肌肉的神經(jīng)肌肉功能，并推測靶肌肉的損傷程度及性質(zhì)，具有無創(chuàng)性、實時性和多靶點測量的優(yōu)點[7-8]。近年來，隨著sEMG檢測及分析技術(shù)的進步，其在康復醫(yī)學領(lǐng)域被廣泛應用，如研究疾病神經(jīng)肌肉功能狀態(tài)、指導康復評定與療效的評價等[9-11]。現(xiàn)就sEMG在肩痛康復評定及治療中的應用予以綜述，以為其合理應用及進一步研究提供指導及試驗依據(jù)。

1 sEMG常用的分析指標

sEMG常用的分析方法可分為時域分析(線性分析)和頻域分析(非線性分析)，時域分析中常用的分析指標有平均肌電振幅值(averaged electromyography，AEMG)、均方根值(root mean square，RMS)、積分肌電值(integrated electromyography，IEMG)以及協(xié)同收縮力；頻域指標有中位頻率及平均功率頻率。IEMG是指在一定時間內(nèi)所有參與活動的肌肉放電的總量，體現(xiàn)肌肉在單位時間內(nèi)的收縮能力[12]。Onishi等[13]通過研究IEMG與肌力和肌張力的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，用表面電極測定的IEMG在肌肉隨意靜力收縮時與肌力及肌張力呈正相關(guān)；因此，IEMG可作為研究神經(jīng)肌肉功能的指標之一。AEMG是反映sEMG信號振幅變化的特征性指標，指一段時間內(nèi)瞬間肌電圖振幅的平均值[14]。RMS是一段時間內(nèi)瞬間肌電圖振幅的均分根植，與AEMG意義相同。研究表明，RMS可作為評估肌張力的指標[15]。與時域指標相比，頻域指標變異較小，準確率更高；而基于頻率信息的肌電特征分析是肌肉疲勞檢測的有效領(lǐng)域，但頻域指標與肌肉不同負荷形式下的收縮力或輸出功率的變化關(guān)系尚未明確，故導致其臨床應用仍較少[8，16]。

2 sEMG在肩痛患者肩部神經(jīng)肌肉功能評定中的應用

sEMG能對神經(jīng)肌肉功能進行定量及定性分析，其分析方式具有多樣化，對神經(jīng)肌肉功能的評定具有一定的指導意義[7-8]。目前sEMG應用于肩痛患者神經(jīng)肌肉功能的評定，主要體現(xiàn)在局部肌肉力量、肌肉疲勞度、肌肉激活及協(xié)調(diào)性及肌肉工作狀態(tài)等方面。

2.1局部肌肉力量的評定 有研究者認為，肩部肌肉力量不足可能是肩痛發(fā)生的危險因素之一[17]。另有學者認為，肩部肌肉力量下降只是疼痛和功能受限的反應形式之一[18]。因此，了解肩部肌肉在不同狀態(tài)下相應的表現(xiàn)形式，對肩痛的防治至關(guān)重要。目前，局部肌肉力量多采用徒手肌力分級法進行評定，但是主觀性太強，缺乏客觀、規(guī)范、統(tǒng)一的療效評定標準；而與徒手肌力分級法相比，sEMG可提供比較客觀、定量及定性的參考，彌補徒手肌力測試的天花板效應和不能全面反映肌耐力的缺點[19-20]。sEMG常用時域指標評估肌肉收縮力的大小，肌電信號振幅與肌肉在不同負荷形式下肌肉收縮力的變化存在一定的線性關(guān)系，因而能在一定程度上反映神經(jīng)肌肉的活動[12]。Seitz等[21]通過受試者前鋸肌、上斜方肌和下斜方肌的肌電振幅和力量的變化，對肩峰下疼痛綜合征(subacromial pain syndrome，SAPS)患者與非SAPS患者在3周家庭鍛煉(俯臥式水平外展運動)中的神經(jīng)肌肉適應性進行了比較，結(jié)果表明，每天一次家庭鍛煉，所有患者肩部神經(jīng)肌肉適應性、局部肌肉活動及力量均有不同程度的改善。Ribeiro等[22]通過觀察和分析無癥狀受試者不同體位下岡上下肌、中三角肌、后三角肌在最大等長收縮過程中sEMG的肌肉募集程度，發(fā)現(xiàn)肩胛骨持續(xù)的后外側(cè)滑翔導致肩部肌肉活動減少，表明其肌電值能很好地反映目標肌肉的神經(jīng)肌肉活動程度，同時也為臨床醫(yī)師及治療師治療方式的選擇提供了理論依據(jù)。

2.2局部肌肉疲勞度的評定 肌肉疲勞是指疲勞肌肉的功能下降，同時感覺到任務難度增加，嚴重影響肩痛患者的治療、情緒的控制及依從性[23]。有研究者提出，肌肉疲勞是肩部疼痛的原因之一[24]。肌肉疲勞的發(fā)生與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的控制及肌肉本身的神經(jīng)肌肉信息興奮、傳遞及代謝等因素相關(guān)，主要以肌肉在不同負荷形式下最大自主收縮力量或其最大輸出功率降低為主，嚴重影響了康復治療效果，故疲勞的檢測及評估對肩痛患者康復治療的指導具有重要意義[25-26]。研究表明，肌肉耐力測試主要是在靜態(tài)或動態(tài)任務中產(chǎn)生基于信號變化的疲勞定量標準；而sEMG頻域指標中平均功率頻率和中位頻率在臨床廣泛應用于肌肉疲勞的分析，是反映局部肌肉疲勞的客觀指標[8,27]。Hawkes等[28]利用sEMG評估了肩袖巨大撕裂組和健康對照組在日?；顒訜o痛任務中關(guān)鍵肩帶肌肉的疲勞性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與對照組相比，肩袖巨大撕裂組前三角肌、中三角肌及胸大肌疲勞度明顯增高，說明肩袖肌肉活動在病理條件下維持盂肱關(guān)節(jié)穩(wěn)定性方面起著不同作用。Subramaniam等[29]應用sEMG觀察和分析男性廚房工人在不同廚房任務中雙側(cè)斜方肌和豎脊肌的疲勞性，發(fā)現(xiàn)動態(tài)姿勢調(diào)整可以減少工作疲勞，但重復性工作、用力和長時間站立等危險因素的綜合作用會導致肌肉疲勞的發(fā)生。因此，肩部肌肉耐力的評定結(jié)果可作為康復療效評估的一項重要指標，可指導康復治療師為肩痛患者制訂合理的康復訓練方案。

2.3肌肉激活及協(xié)調(diào)性的評定 肌肉疼痛可以直接影響肌肉招募和肌肉活動形式，雖然許多研究的結(jié)果各不相同，但一致認為疼痛可以誘發(fā)工作節(jié)奏減慢、疼痛肌肉的肌電圖活性降低、姿勢肌肉活性增強以及手臂運動幅度改變等一系列變化[30-31]。sEMG被廣泛應用于臨床評估神經(jīng)肌肉功能和肌肉募集模式，其可靠性已被證實；而觀察和分析肌肉活動時間及肌肉之間協(xié)調(diào)性是了解神經(jīng)系統(tǒng)如何控制運動的常用分析方法，基于表面肌電信號檢測肌肉活動的時刻及相互協(xié)調(diào)能力是許多臨床生物力學研究的重要任務[32]。Muething等[33]在一項病例對照研究中選取17例肩痛患者和17名健康對照者，利用sEMG分析受試者在功能性等長收縮(前屈、前傾、外展)過程中前三角肌、上斜方肌、下斜方肌、岡下肌、前鋸肌肌肉激活的差異，結(jié)果顯示，既往有肩痛的患者在所有功能性等長收縮過程中前三角肌激活率顯著降低，下斜方肌在肩胛平面和外展任務中的激活明顯較少，該結(jié)果為臨床醫(yī)師制訂盂肱關(guān)節(jié)損傷患者的康復計劃提供了指導。Overbeek等[34]選取SAPS患者作為研究對象，利用sEMG記錄SAPS患者在基線和4年隨訪時間內(nèi)在等長外展和內(nèi)收運動中背闊肌、大圓肌、胸大肌和三角肌的激活模式，探討內(nèi)收肌共同收縮與SAPS患者預后的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，背闊肌和大圓肌共同收縮模式的增加能促進SAPS患者預后，這為SAPS患者肌肉特異性物理治療的研究開辟了一個新領(lǐng)域。

2.4局部肌肉工作狀態(tài)的評定 肩關(guān)節(jié)是由一系列復雜的骨骼、肌肉、肌腱和神經(jīng)組成，臨床上肩關(guān)節(jié)的運動分析通常是通過評估肩肱協(xié)調(diào)運動來進行，然而只有同時評估運動和肌肉活動參數(shù)才能清楚地解釋不同的肩部癥狀[6,35-36]。Huang等[37]通過分析不同肩胛骨運動障礙類型的患者在手臂抬高和下降過程中前鋸肌和斜方肌的肌電活動發(fā)現(xiàn)，在不同的肩胛骨運動障礙類型中，肩胛骨肌肉的激活和運動均有特定的改變；因此，針對不同肩胛骨運動障礙類型的患者，訓練相對應的肌肉是患者個性化康復的重點。Castelein等[38]通過表面和肌內(nèi)電極記錄17例肩峰下撞擊綜合征患者和20名健康對照者在上肢不同抬高運動過程中淺部(斜方肌、前鋸肌)及深部(肩胛提肌、胸小肌、菱形肌)肩胛胸肌的活動情況發(fā)現(xiàn)，與健康對照者相比，肩峰下撞擊綜合征患者上肢抬高運動過程中胸小肌活性顯著升高，提示胸小肌可能在肩峰下撞擊綜合征患者中扮演重要角色，增強研究者對肩胛胸肌功能障礙的認識。因此，肩痛的有效診斷和治療不僅依賴對肩關(guān)節(jié)周圍病變的詳細了解，還依賴于對疼痛神經(jīng)生理病理學的了解，未來的研究應集中于臨床實踐中運動和肌肉分析的實際結(jié)合，利用sEMG新的功能檢測技術(shù)，進一步幫助臨床醫(yī)師全面了解患者肩部狀況。

3 sEMG在肩痛患者康復治療中的應用

sEMG檢測具有無創(chuàng)性、實時性等優(yōu)點，從sEMG在肩痛患者肩部神經(jīng)肌肉功能評定中的應用分析可知肌電信號與神經(jīng)肌肉損傷程度有一定的聯(lián)系。目前，sEMG廣泛運用于肩痛患者康復治療的指導及康復療效的評定，也可用于其他相關(guān)疾病的評定和治療[10,12]。

3.1指導康復治療 sEMG不僅可以對神經(jīng)肌肉系統(tǒng)活動時產(chǎn)生的生物電變化進行定性定量分析，而且可以反映臨床某種康復治療方法治療后的功能改善情況，對指導臨床康復治療起重要作用。Jeon等[39]應用sEMG分析了腦卒中后偏癱肩痛患者岡上肌、后三角肌的肌電活動，并對患者治療前后肩關(guān)節(jié)半脫位程度、疼痛情況、局部肌肉激活及上肢功能進行了比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)以任務為導向的肌電生物反饋治療能不同程度地改善患者肩關(guān)節(jié)半脫位程度、疼痛情況、肌肉激活和上肢功能。張磊和馮喆[40]將肩關(guān)節(jié)周圍炎患者隨機分為針刺配合微波治療組和單純針刺組，利用sEMG記錄針刺肩髃、肩髎、臂臑、肩前穴前后及行針5 s時三角肌的肌電信號，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，針刺配合微波治療組的三角肌的肌電信號優(yōu)于單純針刺組，表明針刺配合微波治療是一種治療肩關(guān)節(jié)周圍炎的有效方法。Yang等[41]研究了運動貼帶對腦卒中后偏癱肩痛患者整體的影響，利用sEMG記錄患者坐位肩外展時中三角肌和岡上肌的肌電活動，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與安慰劑組相比，運動貼帶組患者治療后中三角肌和岡上肌在主動肩外展時的AEMG較治療前明顯升高，而視覺模擬評分法評分、肩外展主動活動范圍及半脫位程度也較治療前改善，表明運動貼帶療法能有效改善腦卒中后偏癱肩痛患者整體情況。綜上所述，sEMG能較好地評價肩部肌肉的神經(jīng)肌肉功能水平，評估肩痛患者康復療效，為其臨床康復治療提供有效的依據(jù)，從而進一步指導肩痛患者的康復治療。

3.2評估康復療效 康復治療的最終目的是為了提升患者生活自理能力和生活質(zhì)量，如何有效、科學地評估康復療效一直是困擾臨床醫(yī)師的難題，而sEMG能定量和定性分析靶肌肉的神經(jīng)肌肉功能，目前采用sEMG信號分析技術(shù)科學、客觀地評估康復效果，已成為康復醫(yī)學研究的一個重要領(lǐng)域[15]。有學者對頸肩疼痛患者在不同運動方式下頸肩部肌群的肌電活動過程進行研究發(fā)現(xiàn)，其疼痛側(cè)的頸豎脊肌、斜方肌上支的肌電原始信號較非疼痛側(cè)肌電原始信號弱[42]。可見，肩痛患者與非肩痛患者之間肌電信號存在差異，所以可以通過不同運動過程中表面肌電信號的變化完成肌肉功能的評定。張紅安[43]運用sEMG觀察肩周炎患者特定穴位針刺前后三角肌表面肌電的變化發(fā)現(xiàn)，三角肌表面肌電值受針刺治療的影響，其中針刺肩髃穴肌電值變化最明顯，肩前穴、臂臑穴次之，肩髎穴無顯著變化，表明表面肌電檢測指標能對臨床康復方案的制訂給予一定幫助。有學者通過sEMG研究肌肉牽張輔助治療對腦卒中后偏癱肩痛患者肌電信號的影響，采用sEMG分析方法中的RMS分析患側(cè)治療前后肱二頭肌肌力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，患者治療后肱二頭肌肌力較治療前明顯升高，表明肌肉牽張輔助治療能有效改善腦卒中后偏癱肩痛患者的臨床癥狀，提示表面肌電指標可以作為其量化的評估指標[44]。另有學者對比了腦卒中后偏癱肩痛患者經(jīng)過周圍神經(jīng)電刺激或常規(guī)物理治療后肩外展時三角肌表面肌電信號的特征，發(fā)現(xiàn)兩種治療方法對三角肌的波幅無顯著改變[45]。可見，sEMG通過表面電極測量肌肉的電活動是一種比較可靠的工具，可以量化肩痛患者的臨床療效，進而指導患者進行更加有效的康復訓練。

4 小 結(jié)

肩痛的病因有很多，對肩痛進行全面分析，才能客觀地評估肩痛患者神經(jīng)肌肉功能障礙的特點，進而找出肩痛原因并減輕肩痛癥狀。sEMG作為一種安全、無創(chuàng)性的量化神經(jīng)肌肉系統(tǒng)生物電活動的檢測技術(shù)[46]，有助于深入了解神經(jīng)肌肉系統(tǒng)行為，可較好地評估肩痛患者的肌肉功能、肌肉激活程度及協(xié)調(diào)性等，同時也可以有目的地指導肩痛患者康復治療和評估康復療效。然而，sEMG也存在一些不足，如不能量化深部肌肉、肌電信號會互相干擾、非線性分析方法還不夠成熟等，限制了研究成果之間的比較。隨著學者對其研究的進一步深入，可以探索出更為有效的方法來彌補sEMG在研究和應用過程中的不足，從而為肩痛康復治療方案的制訂和康復療效分析提供技術(shù)支持。