青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸椎旁肌表面肌電研究進展

李香蘭 廖八根 張曉輝

(廣州體育學院運動醫(yī)學實驗室 廣東廣州 515500)

脊柱側(cè)彎（Scoliosis）是一種三維畸形，其定義是脊柱在冠狀面上彎曲大于10°。根據(jù)發(fā)病類型可以分為先天性脊柱側(cè)彎、綜合性脊柱側(cè)彎以及特發(fā)性脊柱側(cè)彎［1-2］。青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎（Adolescence Idiopathic Scoliosis，AIS）是指脊柱結(jié)構(gòu)性橫向并伴隨旋轉(zhuǎn)的彎曲，出現(xiàn)在青春期或青春期前后的健康兒童身上［3］。文獻中常報道AIS 的發(fā)病率在2%～3%之間，男女發(fā)病比例為1：7［4］。在亞洲地區(qū)發(fā)生的概率大概在0.4%～3%之間［5］，我國中小學生發(fā)生率為0.11%～2.64%［6］。AIS的病因至今仍未被闡明，只是當前針對其發(fā)病機制存在幾種假說，并涉及遺傳學、中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）、骨骼生長和骨代謝、代謝途徑、生物力學等［5，7］。其中，生物力學因素被廣泛認為在脊柱側(cè)彎的發(fā)展中有著重要的作用［8］。脊柱的三維變化極其復雜，生物力學虛擬仿真模型很難反映脊柱在三維空間上的變化［9］，而對脊柱側(cè)彎進行生物力學評估，有助于脊柱側(cè)彎的治療與管理。對脊柱側(cè)彎患者的生物力學研究包括運用三維運動捕捉技術(shù)進行動力學研究，以及運用表面肌電技術(shù)對相關肌肉進行運動學研究等。

1 表面肌電技術(shù)介紹

表面肌電技術(shù)自誕生以來，因具有探測性好、靈敏度高、無創(chuàng)傷以及安全可靠等特點而被廣泛應用。運用軟件可分析中樞控制的特征變化規(guī)律、準確反映肌肉活動狀態(tài)和功能狀態(tài)、肌肉活動的持續(xù)時間以及各肌肉激活的順序等［10-11］。由于表面肌電反應迅速且無創(chuàng)，在康復領域應用廣泛，特別是在神經(jīng)肌肉系統(tǒng)疾病的診斷、后續(xù)評估，以及康復訓練過程中，能非常方便地監(jiān)測肌肉活動，評估治療效果。近些年，國內(nèi)外不少學者在青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎的表面肌電研究方面發(fā)表了高質(zhì)量文章。

AIS患者隨著生長發(fā)育，脊柱和胸廓都會發(fā)生復雜的變化。椎旁肌位于脊柱兩側(cè)，對脊柱的穩(wěn)定有著不可代替的作用，與AIS 的發(fā)生與發(fā)展密切相關。對脊柱側(cè)彎患者椎旁肌的研究主要集中在脊柱旁1～2cm內(nèi)。雖然有很多文章對脊柱側(cè)彎患者椎旁肌進行了表面肌電的研究，但是其變化規(guī)律有各種原因，目前也并不清楚。目前，對青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎椎旁肌表面肌電的系統(tǒng)綜述較少，該文旨在歸納AIS 患者椎旁肌表面肌電與冠狀位Cobb角的關聯(lián)性，探究不同動作模式下表面肌電的改變以及手術(shù)矯正前后的變化，梳理用表面肌電來預測脊柱側(cè)彎椎旁肌活動特征的進展，從而為探索青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎的復雜性三維畸形的發(fā)病機制、診療研究提供更詳盡的信息。

2 AIS患者椎旁肌表面肌電與冠狀位Cobb角的關聯(lián)性

AIS中的椎旁肌與健康人相比，其對稱性具有很大的差異。大多數(shù)研究發(fā)現(xiàn)AIS患者椎旁肌在凹凸兩側(cè)有差異性，例如，凸側(cè)含有更多的Ⅰ型肌纖維，線粒體數(shù)量、血管分布密集度、代謝活動都比凹側(cè)高。凹側(cè)則有更多的Ⅱ型肌纖維。無論凹側(cè)還是凸側(cè)，二者都存在著很大程度的萎縮［12］。

我國有不少的學者對不同類型的青少年脊柱側(cè)彎患者都進行過椎旁肌表面肌電的研究。但是彎弧不同，表面肌電的位置也有所差異。其中，許軼等人［13］研究了C型彎和S型彎，C型彎電極在頂錐和下端錐脊柱兩側(cè)旁開2cm，S彎的電極貼在頂錐兩側(cè)。然后進行腰背肌耐力負荷實驗，收集表面肌電的時域指標，計算凹凸側(cè)表面肌電的比值與冠狀面Cobb 角之間的關系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，凸凹兩側(cè)的表面肌電信號比值隨Cobb角度增大而增大，表明Cobb 角度越大，凸凹側(cè)的肌力差異越大，失衡越明顯。這個結(jié)論與關春雷等人［14］的研究結(jié)果一致，凸側(cè)椎旁肌肌電活動與AIS 嚴重程度呈正相關，與凹側(cè)呈負相關。而脊柱的側(cè)彎程度由Cobb角直接反映，Cobb角越大，脊柱側(cè)彎程度以及椎體畸形越嚴重，椎旁肌兩側(cè)肌電活動也明顯不對稱。但是也有一些與之不一樣的結(jié)果，比如賀晨等人［15］也對青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者進行了椎旁肌研究，發(fā)現(xiàn)無論是靜息站立還是雙手水平持物站立，椎旁肌凸側(cè)與凹側(cè)的比值都是大于1的，雙手持物后，這種比值的差異更大了。但是他們未得出椎旁肌均方根值凸凹側(cè)比值與Cobb角有顯著的相關性這個結(jié)論。盡管有了很多椎旁肌表面肌電與冠狀位之間關系的研究，但這僅僅是一維研究，目前未見椎旁肌表面肌電特征與三維畸形相關性的分析。

3 不同動作下AIS患者椎旁肌表面肌電研究

脊柱側(cè)彎患者在不同體位運動時，椎旁肌表面肌電的表現(xiàn)也不一樣。Farahpour［16］研究了正常人和AIS患者T6、T10、L3水平的椎旁肌在不同動作下的激活狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)同為右胸彎或胸腰彎的脊柱側(cè)彎患者在站立位左側(cè)屈時，右側(cè)T6水平的豎脊肌的激活程度明顯高于左側(cè)同水平豎脊肌。但在右側(cè)屈時，并沒有表現(xiàn)出與上述類似的激活特征。Feipel［17］也在右胸腰彎的 AIS 患者中得出相似的結(jié)論，即在向左彎曲的過程中，頂錐兩側(cè)的椎旁肌，凸側(cè)比凹側(cè)的激活程度更高，同時也比健康人更高。而在健康人中不存在這種不對稱的改變。Farahpour還發(fā)現(xiàn)，這些患者在俯臥位左側(cè)屈，T6和L3 錐體水平的豎脊肌表面肌電遠大于正常人。這些動作都能清晰地顯示出側(cè)彎區(qū)域的肌肉異常情況。

Park等人［18］采集了不同側(cè)彎型的側(cè)凸患者在俯臥位椎旁肌等長收縮的表面肌電。在雙彎、胸腰彎和腰彎類型的AIS 患者中，T12、L3（都為頂錐）凹側(cè)的均方根值都明顯低于凸側(cè)，在非頂點處并無不對稱表現(xiàn)；但是在單胸彎和雙胸彎的患者中，頂點處凹凸側(cè)之間卻無明顯改變。這個結(jié)論與之前大部分學者都不同。相關分析還表明，胸腰彎型和腰彎型的脊柱側(cè)彎患者在腰3水平的椎旁肌不對稱率與Cobb角呈線性相關。

Garcia Kwok 等人［19］則對AIS 患者最常用的姿勢（坐和站）進行了研究，同時也研究了建議站姿和建議坐姿患者椎旁肌的凹凸側(cè)比值。從他們的研究來看，IA期和IIC期的脊柱側(cè)彎患者的習慣性站姿和坐姿，凸側(cè)的肌肉激活程度都比凹側(cè)大，這與前人的研究是相似的。與習慣性的姿勢相比，建議站姿和坐姿椎旁肌的均方根肌電比更接近于1，脊柱兩側(cè)則更平衡。IB期受試者中發(fā)現(xiàn)了一種矛盾的情況，與IA 期和IIC 期受試者不同的是，IB 期受試者凹側(cè)肌肉區(qū)域的均方根肌電值大于凸側(cè)的均方根值。這可能是由于IB期受試者的脊柱彎曲程度相對較小。具有單一胸彎或胸腰彎的IA期和IIC期受試者，采用建議的坐姿和站姿更能使脊柱平衡。這表明在對稱運動中，單彎患者受益更多，脊柱兩側(cè)的椎旁肌平衡程度會比雙彎患者更好。

在脊柱側(cè)彎的運動治療中，以矯形動作訓練為主的脊柱側(cè)彎特定運動療法最為重要，并已經(jīng)在南歐、東歐得到了廣泛運用，但這些矯形動作對不同患者是否均有益處，尚無定論［20］。但是鍛煉作為保守治療的手段，是可以提高治療效果的，尤其是特定運動療法，比普通的電療或者牽引更有用［21-22］。目前，這些脊柱側(cè)彎特定運動療法在我國也有一定的發(fā)展，但是也缺乏表面肌電在脊柱側(cè)彎特定運動療法中改變椎旁肌的研究。所以這方面還有一定的研究空間。

4 矯正手術(shù)前后椎旁肌表面肌電的變化

當脊柱側(cè)彎患者的Cobb角大于45°，Risser征小于等于2或者Cobb角大于50°，Risser征大于等于3時，就建議進行手術(shù)治療［23］。雖然手術(shù)治療可以改善脊柱平衡的同時，阻止側(cè)彎繼續(xù)發(fā)展，但是在術(shù)前計劃中需要考慮很多因素，包括側(cè)彎的類型和度數(shù)、脊柱平衡、靈活性和骨骼發(fā)育成熟度水平等［24］。其中，椎旁肌對脊柱的穩(wěn)定起著重要的作用，而表面肌電可以用來評估術(shù)前椎旁肌的活動。這種動態(tài)活動數(shù)據(jù)采集有助于對患者進行術(shù)前評估、制訂手術(shù)計劃和術(shù)后的隨訪。需要手術(shù)矯正的AIS患者，與健康對照組相比，在不同的側(cè)屈過程中，椎旁肌的活動發(fā)生了顯著的變化。這些變化主要發(fā)生在接近脊柱側(cè)彎頂錐的椎旁肌，AIS患者在左側(cè)屈曲過程中，頂錐右側(cè)椎旁肌活動比健康人更明顯。此外，在患者的胸椎椎旁肌中，在左側(cè)屈過程中，右側(cè)的活動更強烈，變化更明顯。這種不對稱性在健康人的測試中是不存在的［25］。

脊柱側(cè)彎手術(shù)矯正后進行脊柱融合是最基本的方法，但脊柱融合術(shù)后椎旁肌功能變化尚不清楚，有學者對此進行了研究。他們采集了健康人和AIS患者術(shù)前術(shù)后的上胸段（T3-T4）、下胸段（T10-T11）和腰椎段（L2-L3）區(qū)域左右兩側(cè)的椎旁肌的表面肌電，術(shù)后采集是在2 年后，這期間會對患者一直進行隨訪調(diào)查。與正常人及術(shù)前側(cè)彎患者相比，融合術(shù)后脊柱側(cè)彎患者的均方根值在胸椎區(qū)域較低，在腰椎區(qū)域增高［26］。這表明，側(cè)彎患者在融合術(shù)后，手術(shù)區(qū)域的肌肉可能發(fā)生萎縮，腰部均方根值增高可能是代償原因?qū)е?。但是就整體來說，脊柱融合后會減小椎旁肌激活水平，即使融合能緩解脊柱的不平衡，但手術(shù)也不能幫助脊柱兩側(cè)恢復到正常值。表面肌電能夠檢測到術(shù)后腰部的異常情況，由此可以用表面肌電來評估肌肉的改變，為物理治療師對患者進行術(shù)后康復提供更好的參考。

5 椎旁肌表面肌電預測AIS的進展

目前普遍認為，椎旁肌不對稱是導致特發(fā)性脊柱側(cè)彎發(fā)生發(fā)展的一個因素?？梢酝ㄟ^測量椎旁肌的肌電活動，來評估特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者的肌電活動與脊柱側(cè)彎曲線的進展是否存在關系［27-28］。椎旁肌的活動度可以反映出AIS 患者活動過程中肌肉參與度的差異，這可能與脊柱側(cè)彎的發(fā)展程度相關。研究發(fā)現(xiàn)［29］，無論是進展性脊柱側(cè)彎還是非進展性脊柱側(cè)彎，在凸側(cè)與凹側(cè)頂點處的椎旁肌，其肌電活動的比值都是大于1 的，根本不能區(qū)分肌電不對稱是凹側(cè)活動減少的結(jié)果還是凸側(cè)活動增加的結(jié)果，反而在側(cè)彎的下端椎發(fā)現(xiàn)了肌電活動不對稱與脊柱側(cè)彎的發(fā)展程度有關。側(cè)彎患者初始角度越大，側(cè)彎的發(fā)展程度就越深。而且脊柱側(cè)彎的發(fā)展程度不僅僅跟椎旁肌有關系，還與患者的性別、年齡、生長發(fā)育潛能、地域等都有關系。而維持或者阻止側(cè)彎的發(fā)展，對患者來說，治療就成功了一半。所以在保守治療的過程中，一定要觀察患者的側(cè)彎發(fā)展情況，減少對患者的傷害。

6 結(jié)論

目前所知的關于青少年脊柱側(cè)彎椎旁肌的表面肌電研究，有各種不同的方式，但也有很多局限性?？傮w來說，已知的關于脊柱側(cè)彎表面肌電研究的文獻綜述，其證據(jù)的質(zhì)量不高。總的局限性表現(xiàn)在以下幾個方面：招募的受試者數(shù)量較少、分型不夠完善、側(cè)彎度數(shù)差異過大、沒有做長期隨訪的比較等。而結(jié)論的差異性則有可能是參與研究的脊柱側(cè)彎受試者沒有受到足夠的損害，或者沒有表現(xiàn)出肌肉功能或肌肉纖維的變化。

大量的研究表明，脊柱側(cè)彎患者凸側(cè)的整體激活水平大于凹側(cè)，這種側(cè)彎是原發(fā)性還是繼發(fā)性的，或是二者之間相互影響的，其原因未知。大部分的結(jié)果表明，Cobb 角越大，凸側(cè)與凹側(cè)的均方根比值就越大，它們之間呈正相關。肌電信號幅值隨力的增大而增大。但是也有研究者提出，肌電幅度的差異不是由于凸側(cè)肌肉活動的增加引起，而是由于凹側(cè)肌肉活動的減少引起。與凹側(cè)相比，凸側(cè)由于負荷更高，該肌肉的疲勞率也更高［30］。無論凹側(cè)肌肉萎縮是原因還是結(jié)果，人們認為加強凹側(cè)的椎旁肌可以平衡背部肌肉的張力，這對脊柱側(cè)彎的治療有幫助。做過脊柱融合術(shù)的患者，更應該接受長期隨訪調(diào)查，以便觀察肌肉功能和運動變化，以及是否有肌肉無力或者萎縮現(xiàn)象等。因此，利用表面肌電技術(shù)研究脊柱側(cè)彎術(shù)后的神經(jīng)肌肉活動變化，對于制定有效的康復方案，以防止脊柱融合后肌肉的惡化具有重要意義。此外，由于不對稱的類型不同，脊柱旁的不對稱也會影響到曲線的鄰近節(jié)段，考慮到曲線類型和不對稱模式，通過表面肌電確認不對稱模式，對加強背部肌肉力量是有幫助的。

7 結(jié)語

綜上，表面肌電有助于進一步闡明椎旁肌的功能特征，從而幫助有關學者更深入了解這一疾病。對三維畸形骨骼與肌肉的形態(tài)與功能的全面分析，將有利于AIS診斷、治療與管理。