基于豎脊肌高密度表面肌電變化的軍事訓(xùn)練性下腰痛核心穩(wěn)定訓(xùn)練療效評價

侯振海,陳宣辰,金文光,郝增明,周愛斌,葛云林,趙志芳,盧一生,姚 遠

1.解放軍聯(lián)勤保障部隊第903醫(yī)院骨科,杭州 310004; 2.浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)院,杭州 310027; 3.中山大學(xué)第一附屬醫(yī)院,廣州 510275; 4.94865部隊醫(yī)院,杭州 310002; 5.解放軍聯(lián)勤保障部隊第903醫(yī)院急診科,杭州 310004

下腰痛(low back pain,LBP)是以腰骶部及兩側(cè)臀部區(qū)域疼痛為主要癥狀的綜合征,是所有健康問題中最常見和造成功能障礙最多的問題之一[1],同時也是我軍官兵軍事訓(xùn)練中最常見的疾病之一[2-3]。腰部肌肉是維持脊柱動態(tài)穩(wěn)定的重要因素,腰部肌肉穩(wěn)定系統(tǒng)的破壞與腰部慢性疼痛及腰痛反復(fù)發(fā)作有關(guān)。表面肌電(surface electromyography,sEMG)作為一種簡單、無創(chuàng)性的肌肉活動檢測技術(shù),已經(jīng)廣泛應(yīng)用于腰痛患者,但傳統(tǒng)的電極片收集的肌電信號較少,不能克服電極片位置和電極間距等因素對腰部肌肉功能評價的影響。近年來高密度表面肌電信號(high density surface electromyography,HDsEMG)朝向多通道、陣列式發(fā)展[4-5],通過緊密相連的電極陣列來獲取表面肌電信號的空間拓撲分布,提供肌纖維興奮傳導(dǎo)速度和肌肉活動的空間分布等重要信息,從而更準(zhǔn)確地評價神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的功能狀態(tài)。本研究前瞻性分析核心穩(wěn)定性訓(xùn)練對地面機務(wù)人員豎脊肌HDsEMG的影響,為建立客觀有效的LBP療效評價方法提供依據(jù)。

資料與方法

1 一般資料

本研究時間為 2021年5—10月,選擇某空軍飛行旅219名機務(wù)人員(機務(wù)人員擔(dān)負著戰(zhàn)斗機維修、保養(yǎng)及保障飛行訓(xùn)練安全的重要任務(wù),工作強度大,下腰痛發(fā)病率較高),自制下腰痛問卷調(diào)查表,進行集中填寫問卷,記錄一般情況及下腰痛相關(guān)內(nèi)容。發(fā)放問卷219份,回收219份,回收率100%(合格率100%)。共有52名機務(wù)人員診斷為非特異性下腰痛[6](診斷標(biāo)準(zhǔn):排除已知疾病或病理變化所導(dǎo)致的腰部、骶部疼痛或不適感并可伴或不伴有下肢放射痛的疾病),發(fā)病率為23.7%。隨機數(shù)字表法選取其中40名患者納入本研究(便于開展訓(xùn)練分組及統(tǒng)計分析)。納入標(biāo)準(zhǔn):(1)年齡≥18歲;(2)正常參加軍事訓(xùn)練和機務(wù)工作。排除標(biāo)準(zhǔn):(1)X線片、CT及MRI檢查診斷為腰椎間盤疾患、腰椎滑脫、峽部裂等脊柱疾患;(2)由腫瘤、感染、代謝性疾病、盆腔內(nèi)臟疾病、骨折等引起的下腰痛;(3)腰椎手術(shù)史。按隨機數(shù)字表法分為核心穩(wěn)定性訓(xùn)練組及對照組各20例。兩組患者一般資料比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),見表1。本研究獲解放軍聯(lián)勤保障部隊第903醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)(20210308/03/01/002),所有患者簽署知情同意書。

表1 兩組患者一般資料比較

2 訓(xùn)練方法

所有人員參加軍事訓(xùn)練大綱中共同科目的正常訓(xùn)練,訓(xùn)練組在共同科目的訓(xùn)練之后,再增加核心穩(wěn)定性訓(xùn)練,而對照組則不進行核心穩(wěn)定性訓(xùn)練。本課題研究人員到駐地部隊給帶兵班長及醫(yī)院軍醫(yī)進行講課培訓(xùn),傳授核心穩(wěn)定性訓(xùn)練的方法,同時定期到干預(yù)現(xiàn)場進行指導(dǎo)。自行設(shè)計的核心穩(wěn)定性訓(xùn)練具體方法如下:(1)俯臥床上去枕,雙手向前平舉,用力挺胸抬頭,使頭胸離開床面;同時膝關(guān)節(jié)伸直,兩大腿用力向后也離開床面(圖1a),持續(xù)5s后放松休息5s,重復(fù)10次。(2)仰臥床上,去枕屈膝,雙肘部及背部頂住床,腹部及臀部向上抬起,依靠頭部、雙肘部和雙腳這五點支撐起整個身體的重量(圖1b),維持5s后放松躺平休息5s,重復(fù)10次。(3)多裂肌平衡訓(xùn)練:膝手跪位,同時抬高一側(cè)下肢和對側(cè)上肢并與軀干呈同一水平面(圖1c),維持30s,放松在對側(cè)重復(fù)此動作,每側(cè)各做10次。(4)側(cè)方搭橋運動:側(cè)臥位,下方肘關(guān)節(jié)屈曲90°作為支撐,上方的手自然伸直置于體側(cè),雙下肢伸直,以下方手、肘和足部作為支點,緩慢撐起軀干,至雙下肢、軀干和頭在同一直線上(圖1d),維持10s后緩慢復(fù)位,重復(fù)10次。每天訓(xùn)練1次,時間約30min,于每日的20:30—21:30間進行,持續(xù)12周。訓(xùn)練期間兩組均不給與非甾體類抗炎藥物及其他鎮(zhèn)痛藥物,不接受物理治療及其他腰背肌訓(xùn)練。

圖1 a～d.核心穩(wěn)定性訓(xùn)練示意圖

3 測試指標(biāo)

受試者做1min的Biering-Sorensen測試,盡量保持軀干平行于地面,骨盆及以下部位固定,兩手置于身體兩側(cè),上身懸空,豎脊肌對抗受試者自身髂前上棘以上體質(zhì)量(圖2a)。使用自行設(shè)計的高密度表面肌電電極陣列(專利號ZL 2014 1 0469846.X)分別置于左右兩側(cè)豎脊肌,遠端邊緣對應(yīng)髂棘水平,內(nèi)側(cè)邊緣距脊柱中線20mm(圖2b),收集1min肌電信號。視覺模擬評分(visual analogue scale,VAS)[7]評定受試者腰痛疼痛程度(0～10分)。Oswestry功能障礙指數(shù)(Oswestry disability index,ODI)[8]評定受試者功能障礙情況,本研究刪除性生活狀況選項,所得分數(shù)越高表明功能障礙越嚴重。所有受試者在訓(xùn)練開始前及12周后各進行1次評估。

圖2 a.Biering-Sorensen測試示意圖;b.高密度表面肌電電極位置

4 統(tǒng)計學(xué)分析

采用自行研制的“多通道生物肌電監(jiān)測軟件 V2.5”(登記號 2016SR028677)對每一個通道的肌電信號特征值進行線性回歸分析,計算各自的變化斜率并進行標(biāo)準(zhǔn)化,然后對左右兩側(cè)分別進行平均化,獲得中位頻率斜率(median frequency slope,MFs)以評估豎脊肌疲勞特性。應(yīng)用SPSS 22.0統(tǒng)計軟件對訓(xùn)練前后兩組的MFs、VAS及ODI進行重復(fù)測量資料方差分析,比較兩組間差異,并采用兩組間多重比較方法,比較特定時間點兩組間差異。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

兩兩比較顯示,訓(xùn)練前兩組MFs、VAS、ODI比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。重復(fù)測量資料方差分析及組間多重比較顯示,訓(xùn)練后兩組MFs、VAS、ODI比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),時點、組間、交互比較,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。見表2。

表2 兩組患者訓(xùn)練前、后MFs、VAS、ODI比較

討 論

空軍地面機務(wù)人員擔(dān)負著戰(zhàn)斗機維修、保養(yǎng)及保障飛行訓(xùn)練安全的重要任務(wù),工作強度大,下腰痛發(fā)病率較高,關(guān)于機務(wù)人員下腰痛防治措施的報道較少,局限于藥物治療、物理治療及腰背肌鍛煉等。目前認為腰部核心肌群失活或延遲激活是引起腰椎不穩(wěn)定、產(chǎn)生下腰痛的重要因素之一[9]。豎脊肌為脊柱后方的長肌,起自骶骨背面、腰椎棘突、髂嵴后部及腰背筋膜,上達枕骨后方,填于棘突與肋角間的溝內(nèi)。肌束向上,由內(nèi)到外逐漸分為并列的三個縱行肌束,內(nèi)側(cè)為棘肌,中部為最長肌,外側(cè)為髂肋肌。豎脊肌為腰背肌中最長最強有力的脊柱伸肌,是腰背淺層核心肌群,主要作用是牽引脊柱后伸和加強椎骨之間的穩(wěn)定性,是維持脊柱穩(wěn)定、人體直立姿勢的重要結(jié)構(gòu)。針對其功能評估多采用Biering-Sorensen測試:受試者上身懸空,骨盆及以下部位固定,兩手置于身體兩側(cè),利用豎脊肌的等長收縮盡量保持軀干平行于地面,本測試具有良好的可信度[10-11]。

sEMG是神經(jīng)肌肉系統(tǒng)活動時的生物電變化經(jīng)表面電極引導(dǎo)、放大、顯示和記錄所獲得的一維電壓時間序列信號,作為一種簡單、無創(chuàng)性的檢測肌肉活動的技術(shù),已經(jīng)廣泛應(yīng)用于腰痛患者的檢測[12],但具有較大的隨機性和不穩(wěn)定性。使用傳統(tǒng)的電極片不能克服電極位置和電極間距等因素對腰部肌肉功能評價的影響,無法清楚地獲取腰部肌肉活動的空間分布及變化信息。HDsEMG基于其高分辨率的優(yōu)點,可以很好地解決電極放置位置和電極間距等問題,而且還提供肌纖維興奮傳導(dǎo)速度和肌肉活動的空間分布等重要信息,從而更準(zhǔn)確地評價神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的功能狀態(tài)[13-14]。本研究中HDsEMG采集系統(tǒng)基于模塊化分層架構(gòu)、異步采集和同步聚合方法、雙緩存和時隙切換的實時肌電采集模式,實現(xiàn)了128通道1kHz采樣率的16位精度的sEMG信號的實時采集、處理和傳輸,在通信周期為50ms條件下,通道之間的同步誤差<320μs,刷新率可達20Hz,系統(tǒng)的平均延時<80ms,提高空間分辨率,彌補了傳統(tǒng)表面肌電的不足。MFs指標(biāo)反映了肌肉活動的抗疲勞性,MFs的絕對值越小代表肌肉的抗疲勞性越強[15]。本研究顯示:12周核心穩(wěn)定性訓(xùn)練可以提高下腰痛患者的豎脊肌抗疲勞性。在目前缺乏定量觀察指標(biāo)的情況下,HDsEMG有望成為下腰痛診斷和療效評價的客觀指標(biāo)。

在腰痛的治療中,運動療法扮演著重要的角色,核心穩(wěn)定性訓(xùn)練是針對核心區(qū)域肌群(腹部、下背部、骨盆部肌群)及其深層小肌群進行的力量、穩(wěn)定、平衡等能力的訓(xùn)練,可以增加腰背部和腹部核心肌群肌梭的反射性活動,并通過Ⅰa型感覺神經(jīng)纖維迅速傳入脊髓的α運動神經(jīng)元,提高大腦運動皮層的興奮性,激活潛在的運動單位,募集更多運動單位參與肌肉收縮,提高肌肉間協(xié)調(diào)能力,緩解腰背部肌肉群的緊張狀態(tài),減輕腰部疼痛[16]。有不借助器械的單人練習(xí),也可以使用各種輔助器械如瑞士球、懸吊帶等。在部隊的日常訓(xùn)練和工作中開展器械訓(xùn)練難度較大,如何保證官兵有足夠的時間和精力來完成核心肌群訓(xùn)練具有一定難度。為此筆者制定了核心肌群鍛煉方法,每次不超過30min,包括俯臥位、仰臥位、豎脊肌平衡和側(cè)方搭橋四個動作,簡便易行,強調(diào)將軀干部作為一個圓柱體,對軀干前方、后方和兩側(cè)肌肉開展核心肌群力量訓(xùn)練,注重強度漸增、由靜態(tài)到動態(tài)的訓(xùn)練方法,要求嚴格控制身體姿態(tài)。本研究選用的VAS和ODI是目前公認的評估腰痛的兩種不同方法,VAS側(cè)重自我感覺疼痛水平,將患者的主觀感覺量化;ODI反映患者的功能障礙情況,兩者結(jié)合可以較為全面地評估治療效果[7-8]。本研究結(jié)果可以看出,核心肌群訓(xùn)練組在12周訓(xùn)練后VAS和ODI得分均明顯下降,運動干預(yù)可以很好地降低下腰痛患者的疼痛程度,提高他們的日常生活能力。

本研究由于受測單位人員的限制,樣本量較小,在后續(xù)研究中筆者擬在更多不同軍事訓(xùn)練單位開展相關(guān)研究,增加樣本量以得到更加準(zhǔn)確的研究結(jié)論。同時在本研究進行過程中,筆者針對基層衛(wèi)生隊提出幫助建設(shè)、完善功能康復(fù)室的建議,對基層軍醫(yī)及衛(wèi)生員進行定期培訓(xùn),以期能夠時刻為官兵提供康復(fù)指導(dǎo)。

作者貢獻聲明：侯振海:研究設(shè)計、數(shù)據(jù)收集整理、論文撰寫;陳宣辰:數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、論文撰寫;金文光、郝增明:數(shù)據(jù)收集、統(tǒng)計分析;周愛斌、葛云林、趙志芳、盧一生:收集整理病例資料;姚遠:研究設(shè)計、論文審定