青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎椎旁肌表面肌電信號(hào)對(duì)稱性及與側(cè)彎角度的相關(guān)性研究

賀 晨，李 琳，李彥樂，徐流芳，吳會(huì)東

脊柱側(cè)彎是一種病因復(fù)雜、發(fā)病率較高的脊柱疾病，其中以青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎最為常見。脊柱側(cè)彎的發(fā)病可能與基因遺傳、內(nèi)分泌、神經(jīng)系統(tǒng)和椎旁肌的異常等多種原因有關(guān)[1]，其中椎旁肌的異常被認(rèn)為是脊柱側(cè)彎發(fā)生、發(fā)展的重要因素[2]。脊柱側(cè)彎患者的椎旁肌與正常人椎旁肌相比構(gòu)成成分、肌電圖、微結(jié)構(gòu)和影像學(xué)均會(huì)有所不同[3]。研究表明脊柱側(cè)彎患者椎旁?、?、Ⅱ型肌纖維凹凸側(cè)分布是不平衡的，而正常人脊柱周圍Ⅰ、Ⅱ型肌纖維的分布應(yīng)該是大致相同的。Shao X等[2]發(fā)現(xiàn)凸側(cè)Ⅰ型肌纖維的分布要高于凹側(cè)，約占80%～90%；吳亮等[4]發(fā)現(xiàn)凹側(cè)中Ⅱ型肌纖維的比例要高于凸側(cè)，肌纖維的分布與Cobb角的大小也有關(guān)系，并且他們推斷當(dāng)維持平衡的Ⅰ型肌纖維不夠時(shí)，Ⅱ型肌纖維會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)棰裥图±w維。由此可見，脊柱側(cè)彎患者椎旁肌凸側(cè)和凹側(cè)的肌纖維分布、功能狀態(tài)等是不平衡的，這種不平衡在頂椎區(qū)表現(xiàn)的更加明顯[5]，這些研究為研究脊柱側(cè)彎患者的表面肌電信號(hào)（surface electromyography，sEMG）的特點(diǎn)提供了理論基礎(chǔ)。

sEMG是一種可以在體表進(jìn)行無創(chuàng)傷地檢測(cè)肌肉活動(dòng)情況的方法，sEMG監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過電極片和傳感器采集肌纖維收縮時(shí)產(chǎn)生的微弱的電位差，并將這種電位差以幅值和時(shí)間的波形圖表示出來。董振宇等[6]、Cheung J等[7]研究了脊柱側(cè)彎患者sEMG凸側(cè)和凹側(cè)的比值，發(fā)現(xiàn)患者椎旁肌頂椎區(qū)sEMG比值增大，即兩側(cè)更不平衡；當(dāng)凸凹側(cè)sEMG比值＞2時(shí)，脊柱側(cè)彎發(fā)生的可能性就會(huì)變大。也有研究發(fā)現(xiàn)，脊柱側(cè)彎患者兩側(cè)的椎旁肌的sEMG并無明顯的不對(duì)稱[8]。目前，脊柱側(cè)彎患者椎旁肌sEMG對(duì)稱性研究的結(jié)論各異。脊柱側(cè)彎的角度越大，椎旁肌的畸形也可能越大，sEMG就可能越不對(duì)稱，但是脊柱側(cè)彎患者椎旁肌sEMG對(duì)稱性與側(cè)彎角度的相關(guān)性尚不明確。因此筆者旨在探索青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者椎旁肌sEMG的對(duì)稱性，以及椎旁肌sEMG對(duì)稱性與Cobb角的相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1 臨床材料

選擇2021年2月至8月在中山市小欖人民醫(yī)院就診的青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者18例，均符合脊柱側(cè)彎診斷標(biāo)準(zhǔn)[9]。其中男性1例，女性17例；年齡10～18歲，平均年齡13.56歲（標(biāo)準(zhǔn)差3.00歲）；身高140.31～169.24 cm，平均身高157.30 cm（標(biāo)準(zhǔn)差14.16 cm）；體質(zhì)量33.50～51.50 kg，平均體質(zhì)量43.43 kg（標(biāo)準(zhǔn)差11.02 kg）；坐高75.60～91.72 cm，平均坐高83.51 cm（標(biāo)準(zhǔn)差7.21 cm）；Cobb角18.50°～45.70°，平均Cobb角32.54°（標(biāo)準(zhǔn)差10.83°）；Risser征0～4；S型8例[年齡10～18歲，平均年齡13.63歲（標(biāo)準(zhǔn)差1.69歲）；身高151.84～169.24 cm，平均身高162.39 cm（標(biāo)準(zhǔn)差7.86 cm）；體質(zhì)量40.50～51.50 kg，平均體質(zhì)量48.68 kg（標(biāo)準(zhǔn)差7.91 kg）；坐高82.40～91.72 cm，平均坐高86.52 cm（標(biāo)準(zhǔn)差4.29 cm）；Cobb角21.50°～45.70°，平均Cobb角33.69°（標(biāo)準(zhǔn)差12.22°）]，頂椎位于T8～9和L2～3；C型10例[年齡10～17歲，平均年齡13.50歲（標(biāo)準(zhǔn)差3.84歲）；身高140.31～166.18 cm，平均身高153.23 cm（標(biāo)準(zhǔn)差17.00 cm）；體質(zhì)量33.50～49.50 kg，平均體質(zhì)量39.41 kg（標(biāo)準(zhǔn)差11.76 kg）；坐高75.60～88.63 cm，平均坐高81.10 cm（標(biāo)準(zhǔn)差8.32 cm）；Cobb角18.50°～45.70°，平均Cobb角30.70°（標(biāo)準(zhǔn)差8.41°）]，頂椎位于T12～L2；年齡<15歲11例，≥15歲7例；Cobb角＜30°7例，Cobb角≥30°11例。

選擇標(biāo)準(zhǔn)：診斷為青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎；Cobb角<60°；年齡10～18歲；Risser征0～5。

排除標(biāo)準(zhǔn)：先天性脊柱畸形的患者；習(xí)慣性（姿勢(shì)性）脊柱側(cè)彎患者；非原發(fā)性青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者，如神經(jīng)系統(tǒng)異常等結(jié)構(gòu)性脊柱側(cè)彎。

1.2 方法

1.2.1 表面肌電信號(hào)采集方法

采用NORAXON人體表面肌電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采集患者頂椎區(qū)椎旁肌的sEMG數(shù)據(jù)。

（1）電極片的貼放：用75%乙醇溶液棉片順著肌肉的纖維擦拭皮膚，清除皮膚表面的油脂，以確保皮膚和電極片之間有良好的接觸面，減少皮膚阻力和其他因素的干擾。對(duì)于“C型”患者，貼2個(gè)電極片；分別貼在脊柱側(cè)彎頂椎左右2 cm處，即豎脊肌的位置。電極片的貼放位置要與椎旁肌縱軸基本一致，2個(gè)電極片之間的間距約為3～4 cm。對(duì)于“S型”患者，貼4個(gè)電極片；2個(gè)貼在最大Cobb角對(duì)應(yīng)的頂椎左右2 cm處，2個(gè)貼在最小Cobb角對(duì)應(yīng)的頂椎左右2 cm處，粘貼位置要與椎旁肌縱軸基本一致，2個(gè)電極片之間的間距約為3～4 cm。將傳感器貼在電極片旁邊1 cm處，連接傳感器和電極片。

（2）sEMG的檢測(cè)：讓患者保持豎直站立位，放松身體，雙腿保持直立，記錄此時(shí)靜息狀態(tài)sEMG；患者雙臂平舉2 kg的重物并保持水平狀態(tài)，記錄此時(shí)負(fù)重狀態(tài)患者椎旁肌的sEMG。

1.2.2 分析指標(biāo)與分析方法

主要分析了sEMG的均方根值（root mean square，RMS）。sEMG RMS可以反映sMEG的肌電幅值大小，即sMEG的振幅大小，因此用來研究肌肉在收縮過程中的變化情況。定義RMS凸凹側(cè)比值為脊柱側(cè)彎椎旁肌sEMG對(duì)稱性指標(biāo)，若比值越接近1說明對(duì)稱性越好，越遠(yuǎn)離1說明對(duì)稱性越差。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

使用SPSS統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。所有的數(shù)據(jù)都以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示。計(jì)算分析sEMG時(shí)域參數(shù)的RMS值。采用配對(duì)t檢驗(yàn)，比較患者椎旁肌頂椎區(qū)sEMG凹凸側(cè)RMS的差異；采用Pearson相關(guān)性，分析研究sEMG凹凸側(cè)RMS比值與患者Cobb角的相關(guān)性。

2 結(jié)果

2.1 測(cè)得的椎旁肌表面肌電信號(hào)

對(duì)患者的椎旁肌頂椎區(qū)sEMG凸凹側(cè)的RMS進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（表1、圖1）。結(jié)果顯示，在靜息、負(fù)重狀態(tài)下，RMS凸側(cè)＞RMS凹側(cè)，RMS負(fù)重狀態(tài)＞RMS靜息狀態(tài)，差異有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.000＜0.01）。站立時(shí)負(fù)重狀態(tài)較之于靜息狀態(tài)，RMS凸凹側(cè)比值的差值會(huì)進(jìn)一步加大，由6.362μV提高到38.048μV。兩側(cè)比值也會(huì)進(jìn)一步變大，由1.38提高到1.84。

表1 椎旁肌頂椎區(qū)sEMG凸凹側(cè)RMS比較Tab.1 Comparison of convex RMS and concave RMS of sEMG at the apex level of paravertebral muscles

根據(jù)患者年齡分為＜15歲組（11例）和≥15歲組（7例），比較兩組脊柱側(cè)彎患者sEMG RMS對(duì)稱性發(fā)現(xiàn)：站立時(shí)，不論是靜息狀態(tài)還是負(fù)重狀態(tài)，兩組患者的sEMG RMS對(duì)稱性比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。根據(jù)側(cè)彎角度將側(cè)彎脊柱分為Cobb角＜30°組與Cobb角≥30°組，比較兩組sEMG RMS對(duì)稱性發(fā)現(xiàn)：站立時(shí)，不論是靜息狀態(tài)還是負(fù)重狀態(tài)，兩組的sEMG RMS對(duì)稱性比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。根據(jù)側(cè)彎類型將患者分為“C型”組（10例）和“S型”組（8例），比較兩組患者sEMG RMS對(duì)稱性發(fā)現(xiàn)，站立時(shí)，不論是靜息狀態(tài)還是負(fù)重狀態(tài)，兩組患者的sEMG RMS對(duì)稱性差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。由此可見，患者年齡、側(cè)彎角度、側(cè)彎類型對(duì)脊柱側(cè)彎患者椎旁肌sEMG的不對(duì)稱性沒有顯著影響。

站立時(shí)在靜息狀態(tài)下，椎旁肌sEMG RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角的Pearson相關(guān)系數(shù)r為-0.253，P=0.096＞0.05，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。站立時(shí)在負(fù)重狀態(tài)下，椎旁肌sEMG RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角的Pearson相關(guān)系數(shù)r為0.034，P=0.971＞0.05，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.2 表面肌電信號(hào)的分析

2.2.1 不同年齡表面肌電信號(hào)凸凹側(cè)RMS比值與Cobb角相關(guān)性的分析

對(duì)于15歲以下患者，靜息和負(fù)重狀態(tài)下，sEMG RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角的Pearson相關(guān)系數(shù)r分別為-0.401和0.270，P＞0.05。說明兩種狀態(tài)下二者都沒有顯著的相關(guān)性。對(duì)于15歲以上患者，靜息和負(fù)重狀態(tài)下，sEMG RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角的Pearson相關(guān)系數(shù)r分別為0.044和-0.123，P＞0.05。說明兩種狀態(tài)下二者都沒有顯著的相關(guān)性。見表2。

表2 不同年齡sEMG RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角相關(guān)性分析Tab.2 Correlation analysis of convexity ratio of sEMG RMS and Cobb angle in different ages

2.2.2 不同側(cè)彎角度表面肌電信號(hào)RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角相關(guān)性的分析

Cobb角＜30°患者，在靜息狀態(tài)下，sEMG RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角的Pearson相關(guān)系數(shù)r為0.525，P=0.634＞0.05。說明二者可能存在相關(guān)性，但這種相關(guān)性無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Cobb角＜30°患者，在負(fù)重狀態(tài)下，sEMG RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角的Pearson相關(guān)系數(shù)r為0.337，P＞0.05。說明二者都沒有顯著的相關(guān)性。Cobb角≥30°患者，靜息和負(fù)重狀態(tài)下，sEMG RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角的Pearson相關(guān)系數(shù)r分別為-0.428和0.153，P＞0.05。說明兩種狀態(tài)下二者都沒有顯著的相關(guān)性。見表3。

表3 不同側(cè)彎角度患者椎旁肌頂椎區(qū)凸凹側(cè)sEMG RMS比值與Cobb角相關(guān)性分析Tab.3 Correlation analysis of sEMG RMS ratio of paravertebral parietal and Cobb angle in different angles

2.2.3 不同側(cè)彎類型的表面肌電信號(hào)RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角的相關(guān)性分析

C型患者，在靜息和負(fù)重狀態(tài)下，sEMG RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角的Pearson相關(guān)系數(shù)r分別為-0.057和0.261，P＞0.05。說明兩種狀態(tài)下二者都沒有顯著的相關(guān)性。S型患者，在靜息和負(fù)重狀態(tài)下，sEMG RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角的Pearson相關(guān)系數(shù)r分別為-0.357和-0.026，P＞0.05。說明兩種狀態(tài)下二者都沒有顯著的相關(guān)性。見表4。

表4 不同側(cè)彎類型患者椎旁肌頂椎區(qū)凸凹側(cè)sEMG RMS比值與Cobb角相關(guān)性分析Tab.4 Correlation analysis of sEMG RMS ratio of paravertebral parietal and Cobb angle in different types

3 討論

筆者研究發(fā)現(xiàn)，站立時(shí)不論是在靜息狀態(tài)還是在負(fù)重狀態(tài)下，青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者椎旁肌sEMG RMS值兩側(cè)不對(duì)稱，凸側(cè)明顯大于凹側(cè)，且在負(fù)重狀態(tài)時(shí)這種不對(duì)稱進(jìn)一步加大。這與梁崎等[10]研究結(jié)果一致，他們發(fā)現(xiàn)青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者椎旁肌sEMG RMS凸側(cè)要大于凹側(cè)。該試驗(yàn)選取脊柱側(cè)彎患者25例、正常健康對(duì)照組14例，在進(jìn)行腰背肌負(fù)荷耐力試驗(yàn)（biering-sorensen testing，BST）和抬物試驗(yàn)的時(shí)候采集sEMG，最后分析患者的平均肌電波幅和頻譜面積發(fā)現(xiàn)青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者頂椎區(qū)椎旁肌凸側(cè)平均肌電波幅和頻譜面積明顯高于凹側(cè)。Lu WW等[11]利用sEMG研究了青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者脊柱融合手術(shù)前后脊柱肌肉的功能變化。他們招募了19例脊柱融合術(shù)術(shù)后患者和15例健康受試者，記錄了所有受試者的sEMG，發(fā)現(xiàn)青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者的椎旁肌肌電信號(hào)是失衡的，并且與健康受試者比較，手術(shù)后這種不平衡會(huì)消失，但是EMG并沒有恢復(fù)到對(duì)照組的水平。Feipel V等[12]研究了青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者背部和腹部EMG，招募了10例青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者和10例健康受試者為對(duì)照組，對(duì)他們椎旁?。?8個(gè)位置）和腹部（4個(gè)位置）的肌肉活動(dòng)情況進(jìn)行了測(cè)量和記錄，發(fā)現(xiàn)sEMG可以用來作為青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者手術(shù)前的一個(gè)非侵入式、非輻照性的評(píng)定指標(biāo)。

對(duì)于筆者研究中的青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者，發(fā)現(xiàn)椎旁肌RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角沒有顯著的相關(guān)性。Cobb角是評(píng)估脊柱側(cè)彎嚴(yán)重程度的重要指標(biāo)，研究Cobb角與青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者椎旁肌sEMG RMS凸凹側(cè)比值的相關(guān)性可以分析脊柱側(cè)彎病情嚴(yán)重程度與sEMG的關(guān)系。關(guān)春雷等[13]記錄了64例青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者椎旁肌兩側(cè)的肌電信號(hào)，分析凸凹側(cè)肌電和Cobb角的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)凸凹側(cè)的肌力差異隨著Cobb角度的增大而增大，即脊柱側(cè)彎的嚴(yán)重程度與患者sEMG呈線性相關(guān)。而筆者研究發(fā)現(xiàn)青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者凸凹側(cè)肌電比值與Cobb角沒有顯著的相關(guān)性。出現(xiàn)不同的研究結(jié)果的原因可能是招募患者的年齡和側(cè)彎角度不同，該研究中受試者Cobb角[12°～43°（22.65°±6.74°）]比筆者研究中受試者Cobb角[18°～60°（32.54°±10.83°）]略小。筆者研究也觀察到，輕度脊柱側(cè)彎患者（Cobb角＜30°）sEMG RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角相關(guān)性略高（r=0.525），但無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。由于筆者研究中Cobb角＜30°的患者只有7例（11條側(cè)彎弧度），后續(xù)還需要更多患者數(shù)據(jù)進(jìn)一步驗(yàn)證該現(xiàn)象。鄭斌等[14]利用針極肌電研究了青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者凸凹側(cè)肌電活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)小年齡組（7～10歲）與對(duì)照組相比凹凸側(cè)針極肌電信號(hào)無顯著性差異，而大年齡組（11～14歲）與對(duì)照組比較有顯著差異，特別是凸側(cè)椎旁肌?？赡艿慕忉屖请S著脊柱側(cè)彎患者年齡增加，側(cè)彎角度變大，凸側(cè)肌肉所承載的負(fù)荷也越大，因此兩側(cè)肌電活動(dòng)的不對(duì)稱就會(huì)更加顯著。筆者將患者按照不同年齡分組分析后，發(fā)現(xiàn)青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者sEMG RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角都沒有顯著的相關(guān)性，也就是這種相關(guān)性并不受到年齡的影響。這可能是不同的研究方法和研究參數(shù)導(dǎo)致的（鄭斌等采集的是針極肌電信號(hào)，筆者研究采集的是sEMG）。另外，筆者研究按照不同側(cè)彎角度、不同側(cè)彎類型分組分析后，發(fā)現(xiàn)各組患者sEMG RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角都沒有顯著的相關(guān)性，后續(xù)應(yīng)進(jìn)行大樣本量的長(zhǎng)期隨訪試驗(yàn)來研究凸凹側(cè)肌電對(duì)稱性和Cobb角的相關(guān)性及其影響因素。

筆者研究通過采集和分析青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者在站立時(shí)靜息狀態(tài)和手上負(fù)重狀態(tài)時(shí)側(cè)彎椎旁肌頂椎區(qū)的sEMG，研究了青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者椎旁肌凸凹側(cè)sEMG RMS的對(duì)稱性及其與Cobb角的相關(guān)性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者椎旁肌頂椎區(qū)sEMG凸側(cè)明顯大于凹側(cè)，負(fù)重狀態(tài)時(shí)這種差異會(huì)進(jìn)一步加大。此外，筆者研究中的青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者椎旁肌RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角無顯著相關(guān)性。