等速被動運動模式下腦卒中患者下肢痙攣肌群表面肌電信號的特征

郭京偉，葛瑞東，白碩，王家璽，吳帥，王樂

1.中日友好醫(yī)院康復醫(yī)學科，北京市 100029；2.太陽宮社區(qū)衛(wèi)生服務中心康復醫(yī)學科，北京市 100028；3.亦莊醫(yī)院中醫(yī)科，北京市 100176；4.北京中醫(yī)藥大學，北京市 100029

0 引言

中樞性癱瘓引起的痙攣是一種因牽張反射亢進而導致的以速度依賴性肌張力增高、肌肉僵直為特征的運動障礙，被動運動時肌梭受到的牽拉速度越快，肌張力越高[1]。既往的表面肌電圖(surface electromyography,sEMG)研究認為，腦卒中患者痙攣肢體被動運動的角速度越快，被測肌肉的均方根值(root mean square,RMS)和積分肌電值(integrated EMG,iEMG)越高[2-4]。但是，不同肌張力水平的腦卒中患者是否都符合這一規(guī)律，以及角速度與RMS和iEMG 之間是否存在線性關系，尚未見報道。

本研究通過觀察健康受試者和不同肌張力水平的偏癱患者伸膝肌群在等速被動運動模式下不同角速度時sEMG 的變化，以期發(fā)現(xiàn)腦卒中患者下肢痙攣肌群sEMG 的特征規(guī)律，旨在為應用sEMG 參數(shù)量化評估腦卒中患者痙攣肢體的肌張力提供實驗依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2016 年10 月至2020 年7 月在中日友好醫(yī)院康復醫(yī)學科門診或住院康復治療的腦卒中偏癱患者32例，并招募年齡匹配的患者家屬11例作為對照組。

診斷標準：全國第四屆腦血管病會議提出的腦血管病診斷標準[5]，并經(jīng)顱腦CT或MRI確診。

納入標準：①生命體征平穩(wěn)，并且神經(jīng)缺失癥狀穩(wěn)定；②格拉斯哥昏迷量表(Glasgow Coma Scale,GCS)評分>8 分，并且神志清楚，主動配合；③年齡18～80 歲；④偏癱側膝關節(jié)伸展肌群肌張力水平為改良Ashworth 量表(modified Ashworth Scale,MAS)分級≤ 1+級；⑤受試者知情同意。

排除標準：①雙膝關節(jié)被動活動度小于114°；②雙膝關節(jié)被動活動疼痛；③雙下肢骨折、腫瘤、感染、動靜脈血栓等不宜被動運動；④認知障礙；⑤貼表面電極部位有瘢痕、毛發(fā)過多或局部皮膚破潰。

據(jù)前期檢驗功效分析(f=0.4,alpha=0.05,power=0.8)計算所得：sEMG指標具有顯著統(tǒng)計學差異至少需要的樣本量為每組7 例，按照通常20%的樣本脫落率，故選取每組至少9例樣本。采用MAS評估偏癱患者偏癱側伸膝肌群的肌張力，將32例偏癱患者按照伸膝肌群的肌張力水平分為MAS 0 組、MAS 1 組、MAS 1+組。見表1。

表1 4組一般資料比較

本研究經(jīng)中日友好醫(yī)院倫理委員會審查通過(No.2016-72)。所有受試者均于測試前簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 測試儀器

采用等速運動測力與訓練系統(tǒng)(美國BIODEX 公司)進行等速被動運動，采用ME6000-T8 表面肌電圖儀(芬蘭MEGA公司)進行sEMG采集。

1.2.2 sEMG采集

肌電采集對象是偏癱側股直肌及股四頭肌外側頭。近端電極分別置于股直肌及股四頭肌外側頭的肌腹最高處，遠端電極分別置于同一肌肉近端電極的遠端并緊貼近端電極放置，同一肌肉的兩電極中心相距1 cm，且與該肌肉的肌纖維走向平行，參考電極貼于近端、遠端電極的中間外側5 cm處。肉眼觀察受試者的肌肉收縮或伸膝等長抗阻時觸診肌腹，以此校正電極貼附位置的準確性。測試前用酒精和細砂紙進行皮膚處理。采用ME6000-T8 的2 個通道，采樣率≥ 1000 Hz，分辨率16 bits，頻率10～500 Hz，共模抑制比110 dB，采用MegaWin軟件進行數(shù)據(jù)處理。

觀察4組在靜止(基線)及4種角速度等速被動運動下偏癱側股直肌和股四頭肌外側頭的RMS、iEMG。

1.2.3 等速被動運動測試

受試者在等速運動測力與訓練系統(tǒng)座椅上取端坐位，軀干固定于座椅靠背，保持屈髖90°。檢查者先采用MAS 徒手進行伸膝肌群的肌張力測定，根據(jù)MAS 評估結果將受試者分為MAS 0 級組、MAS 1 級組和MAS 1+級組。將受試者被測下肢遠端(腳踝上方)固定在等速運動測力與訓練系統(tǒng)動力臂的固定件上，保證被測下肢膝關節(jié)運動軸心與等速運動測力與訓練系統(tǒng)動力臂旋轉軸心位于同一水平線上，囑受試者被測下肢放松。正式測試時，選用等速運動測力與訓練系統(tǒng)的等速被動運動模式(角速度相等)，膝關節(jié)活動范圍設置為0°～屈膝114°，先后采用90°/s、150°/s、210°/s和270°/s 4種角速度進行測試，每一種角速度重復被動運動8次，中間休息1 min。同步采集等速被動運動過程中股直肌和股四頭肌外側頭的sEMG 信號。所有受試者的測試過程均由同一檢查者完成。

1.3 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 19.0 進行統(tǒng)計分析。計量資料符合正態(tài)分布，以()表示，組內(nèi)比較采用單因素重復測量方差分析。顯著性水平α雙側=0.05。

2 結果

對照組、MAS 0 組股直肌和股四頭肌外側頭在基線和4 種角速度下的RMS、iEMG 比較均無顯著性差異(P>0.05)。MAS 1 組股直肌和股四頭肌外側頭在270°/s 角速度下的RMS、iEMG 分別大于基線和其他三種角速度(P<0.05)，其余角速度間比較無顯著性差異(P>0.05)。MAS 1+組股直肌和股四頭肌外側頭在基線和4 種角速度下的RMS、iEMG 比較均有顯著性差異(P<0.05)。見表2～表5。

表2 4組股直肌RMS比較 單位：μV

表3 4組股直肌iEMG比較 單位：μV·s

表4 4組股四頭肌外側頭RMS比較 單位：μV

表5 4組股四頭肌外側頭iEMG比較 單位：μV·s

3 討論

痙攣是一種典型的上運動神經(jīng)元損傷的陽性體征，常見于腦卒中、脊髓損傷、顱腦損傷和帕金森病等中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病，其主要表現(xiàn)有肌張力增高、肌肉僵硬、肌肉抽搐等。嚴重的痙攣往往造成患者運動障礙、日常生活活動困難和護理困難等一系列問題，如腦卒中后肌肉痙攣可嚴重制約運動控制功能，并可能進而導致不可逆的關節(jié)攣縮。因此，定量評估肌肉痙攣是神經(jīng)康復領域的重要課題之一。然而，痙攣是肌肉的一種病理狀態(tài)的神經(jīng)生理表現(xiàn)，較難直接量化評估，因此成為神經(jīng)康復領域的一個棘手問題。本研究在等速被動運動模式下，模擬臨床上常用的MAS評估法中快速被動關節(jié)活動測定肌張力的方法，通過sEMG 記錄患者痙攣肌肉的某些特征性的肌電信號，旨在找到一種在康復臨床上切實可行的，并具有較高信度、效度和敏感度的全新的痙攣定量評估方法。

國內(nèi)外對于痙攣及痙攣評估的研究已開展多年，并已發(fā)展出主觀、客觀兩大類痙攣評估方法。主觀評估法指檢查者依靠觀察及徒手操作主觀判斷痙攣程度，常用方法如Ashworth 量表法(Ashworth Scale for Spasticity,ASS)和MAS。上述評估法均屬于徒手檢查法，因其操作簡便，現(xiàn)已發(fā)展為臨床中痙攣評估最常用的方法。但檢查者的主觀判斷能力及對痙攣的辨別能力均使其敏感度、檢查者間信度等受到一定限制。另外，從統(tǒng)計意義上看，實測評分有向中間級別(2～4級)集中的趨勢，評估的敏感性受到一定影響[6-7]。

客觀評估痙攣的方法可大致分為傳統(tǒng)神經(jīng)電生理評估法、生物力學方法和sEMG 評測法三類。前兩種各自存在一些難以用技術手段彌補的缺陷。痙攣的機制可能不僅是神經(jīng)活性和傳導特性的改變，而涉及更復雜的多方面因素，故神經(jīng)電生理指標只能從一個側面反映痙攣的程度[8]。生物力學方法最主要問題是無法區(qū)分被記錄的阻力力矩中反射成分和非反射成分，反射成分由牽張反射的高興奮所造成，非反射成分由上位運動神經(jīng)元損傷繼發(fā)的肌肉攣縮、纖維化等肌肉組織、結締組織生物力學特征變化所致[9]。

sEMG 是一種非創(chuàng)傷性檢查方法，應用方便。sEMG 信號分析因其能夠在一定程度上反映運動單位募集和同步化等中樞控制因素，以及肌肉興奮傳導速度等外周因素的共同作用，且上述因素與腦卒中狀態(tài)下中樞神經(jīng)控制功能障礙關系密切，故采用sEMG 信號分析技術評估腦卒中后神經(jīng)肌肉系統(tǒng)功能狀態(tài)成為近年來神經(jīng)康復研究的一個重要課題[10]。隨著sEMG在臨床和基礎研究中應用的深入，國內(nèi)外出現(xiàn)一些將sEMG 作為一種痙攣評估方法的研究。有研究測試腦卒中后偏癱側股直肌的13種sEMG 信號指標，進而比較徒手肌力測試、ASS 與sEMG 信號指標的相關性，結果發(fā)現(xiàn)，ASS 和靜息下股直肌RMS 呈正相關[3]。國外研究證實，肌肉靜力收縮時的iEMG 與肌力和肌張力一定程度上呈正相關[11]。國內(nèi)也有學者觀察A 型肉毒毒素注射治療痙攣型雙癱患兒前后sEMG 的變化，發(fā)現(xiàn)治療后相關肌肉的iEMG 值下降，iEMG 與MAS的相關性分析亦發(fā)現(xiàn)iEMG與MAS呈線性相關，證實iEMG 可以較好地評估痙攣[12]。另外，相較等速被動測試，采用sEMG 評估痙攣的另一個重要優(yōu)勢是可以一定程度鑒別痙攣及攣縮。痙攣肌肉的iEMG 上升，而攣縮肌肉的iEMG 無明顯變化[13]。另外，已有研究將等速運動與sEMG 結合，觀察持續(xù)踝關節(jié)等速被動運動對腦卒中患者下肢sEMG 及肌痙攣的影響，研究顯示實驗組在等速被動運動前患側腓腸肌的RMS 顯著高于對照組，證實RMS 增高可一定程度反映肌纖維收縮時張力的異常上升[14]。由此可見，應用sEMG的一些時域指標，如RMS和iEMG 可以反映靜態(tài)和動態(tài)時的肌肉張力水平。但是，將sEMG 作為一種定量評估痙攣程度的檢測方法，還需要進一步明確肌肉在被動運動時RMS和iEMG指標的變化規(guī)律。

Biering-S?rensen 等[15]指出，ASS 和MAS 因其簡便，在臨床應用方面依然有價值；生物力學方法和神經(jīng)電生理學評估方法都有其各自的優(yōu)勢與不足，找到一種將它們結合起來，并有較高的信度和效度的新的痙攣評估方法將是今后研究的方向[15]。本研究將等速被動模式與sEMG 結合，觀察不同肌張力水平的偏癱患者的股直肌和股四頭肌外側頭在不同被動運動角速度下肌電參數(shù)的變化，結果發(fā)現(xiàn)腦卒中患者痙攣肢體被動運動的角速度與被測肌肉的RMS、iEMG 之間并不完全是線性正相關的關系。痙攣程度較低(MAS 1級)的患者在較低角速度(90°/s～210°/s)下被動活動肢體，其肌張力水平不會增高，只有在較高的角速度下被動活動，才能誘發(fā)牽張反射。提示我們在使用sEMG 作為評估肌張力的檢測方法時，要在較高的角速度下被動活動患者的被測肢體，并利用等速設備的被動模式，才能確保評估結果的準確和可靠。

本研究還評測患者同一肌群股直肌和股四頭肌外側頭對評測結果的影響。盡管它們都屬于伸膝肌群的一部分，但股直肌同時跨越髖關節(jié)和膝關節(jié)，股四頭肌外側頭則只跨越膝關節(jié)。所以，被動運動時髖關節(jié)的屈伸角度可能對股直肌的張力產(chǎn)生影響。結果顯示，在坐位(屈髖90°)時，被動運動引起的股直肌和股四頭肌外側頭的肌張力變化的規(guī)律是一致的。由于MAS 2 級及以上的患者數(shù)量過少，本研究暫未納入此類患者，重度痙攣肌群的sEMG 特征將在今后進一步研究。

綜上所述，sEMG 各項參數(shù)中，RMS 與iEMG 在不同肌張力水平的偏癱患者中呈現(xiàn)出不同的隨著角速度變化的規(guī)律；在同一肌張力水平的患者中測得的RMS 和iEMG 隨角速度變化的規(guī)律一致；肌張力正常的偏癱患者與健康受試者無論在低速還是高速被動運動時的RMS 和iEMG 均無變化。因此，RMS 和iEMG可以反映痙攣程度，等速被動運動模式下sEMG 量化評估痙攣的方法可用于評估腦卒中下肢痙攣，該方法的信度、效度和敏感度仍需進一步研究。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。