表面肌電信號分析腰椎滑脫術(shù)后椎旁肌功能

張 曉 唐 娟 賈云超 阮 智

退行性腰椎滑脫(degenerative lumbar spondylolisthesis, DLS)是由于椎體間出現(xiàn)相對滑移而改變了椎體間穩(wěn)定性,病因以退變性腰椎滑脫最為多見,好發(fā)于中老年人,主要臨床癥狀為腰背痛和下肢放射痛,嚴(yán)重者甚至?xí)憩F(xiàn)為間歇性跛行。當(dāng)腰痛癥狀保守治療無效或出現(xiàn)神經(jīng)受壓癥狀時(shí),需要考慮手術(shù)治療[1]。目前腰椎后路椎板開窗+椎間盤切除+椎體間植骨融合椎弓根螺釘系統(tǒng)內(nèi)固定術(shù) (posterior lumbar interbody fusion, PLIF)為穩(wěn)定脊柱的最佳方法,行后正中縱行切口的PLIF術(shù),需要剝離兩側(cè)的椎旁肌顯露雙側(cè)椎板、小關(guān)節(jié)及橫突根部,另外術(shù)中較長時(shí)間使用撐開器,都會對肌肉組織產(chǎn)生不可避免的損傷,且術(shù)后易發(fā)生腰背部僵硬、頑固性酸痛、肌無力以及萎縮等并發(fā)癥[2～4]。在以往研究椎旁肌的功能中,運(yùn)用的多普勒超聲對于操作者經(jīng)驗(yàn)要求較高,CT有輻射暴露的危害,MRI影像學(xué)技術(shù)成本高、耗時(shí)長,肌肉組織活檢及組織學(xué)等手段因有創(chuàng)性而有局限性[5～8]。

有研究報(bào)道,sEMG的肌電信號對肌肉疲勞和肌肉收縮力的變化非常敏感,有助于客觀評價(jià)神經(jīng)肌肉功能變化[9]。目前sEMG在臨床診斷、評估腰背痛患者相關(guān)肌肉功能變化、神經(jīng)肌肉疾病的變化及康復(fù)運(yùn)動治療方面有較為廣泛應(yīng)用[10]。目前PLIF術(shù)后腰椎旁肌功能變化尚不清楚。因此,本研究將sEMG作為檢測術(shù)前及術(shù)后椎旁肌變化的評估指標(biāo),有助于制定有效的術(shù)后康復(fù)方案,對促進(jìn)PLIF術(shù)后腰椎旁肌功能的有效恢復(fù)具有重要意義。

對象與方法

1.研究對象:本研究取得石河子大學(xué)第一附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理學(xué)委員會批準(zhǔn)(倫理學(xué)審批號:KJX-2021-011-02)。將2021年1月～2022年8月在石河子大學(xué)第一附屬醫(yī)院脊柱外科接受PLIF治療的43例退行性腰椎滑脫癥患者納入DLS組,同時(shí)選取40例體檢的健康同齡人作為對照組。所有患者術(shù)前及術(shù)后第3個月在門診均進(jìn)行了 sEMG、腰椎正側(cè)位及曲伸位X線、腰椎計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)和腰椎磁共振成像(MRI1.5T)檢查。所有受試者基本臨床資料詳見表1,組間比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

表1 入選兩組受試者的基本資料比較

2.患者納入標(biāo)準(zhǔn):①明確診斷為退行性腰椎滑脫癥合并腰背痛及下肢放射痛;②經(jīng)非手術(shù)治療無緩解;③有單節(jié)段腰椎滑脫;④簽署知情同意書。

3.患者排除標(biāo)準(zhǔn):①診斷不明確且合并相關(guān)腰椎脊髓疾病患者;②病理性脊柱疾病,如腰部的感染性疾病如結(jié)核、化膿性感染、脊柱腫瘤、先天性腰椎畸形致腰椎脊髓受損者和伴有椎體骨折的患者;③既往有腰背部手術(shù)史;④術(shù)后發(fā)現(xiàn)深部組織感染者;⑤影像學(xué)資料、表面肌電圖數(shù)據(jù)不足及失訪的病例,術(shù)后臨床隨訪數(shù)據(jù)不滿3個月的患者。

4.治療方法:本次研究的患者均由同組手術(shù)醫(yī)生操作,并使用椎弓根釘和剛性鈦合金棒進(jìn)行椎旁固定,術(shù)后佩戴腰部護(hù)具3個月,可日?；顒?但不進(jìn)行體育鍛煉及體力勞動。

5.椎旁肌sEMG檢測:sEMG檢查室的環(huán)境溫度維持在25～28℃,在測試前獲得所有受試者同意并簽署知情同意書,詳細(xì)告知患者測試流程。充分暴露檢查部位,使用75%乙醇對局部皮膚重復(fù)擦試,進(jìn)行脫脂處理以減少皮膚和電極片之間的電阻,待皮膚完全干燥后,再貼電極片。本研究統(tǒng)一采用一次性吸附表面電極片,將3塊電極片粘貼在對應(yīng)肌肉皮膚表面,電極片沿著所測肌肉纖維的長軸方向粘貼在肌腹最飽滿的部位。其中測試電極片之間相距2cm,參考電極粘貼在距離測試電極外側(cè)3cm的位置[11]。

在進(jìn)行表面肌電圖檢查前,均采用VAS-LBP和VAS-LP評分法評價(jià)患者腰背部疼痛和下肢放射痛的程度。使用肌電圖儀(型號: QP-946BK,日本 Nihon-Kohden公司)檢測術(shù)前、術(shù)后3個月患者進(jìn)行抬物動作試驗(yàn)三步中的椎旁肌肉肌電信號變化情況,并通過系統(tǒng)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析[12]。第一步:被測者保持站立位,雙下肢直立,雙腳打開與雙肩等寬,檢測1min,選取中間50s波段的均方根值(root mean aquare of the spectrum,RMS)。第二步:被測者軀干前屈90°,雙手握起置于被測者前方重約2kg的四腳凳子,然后被測者軀干伸直并后伸約5s,取軀干伸直時(shí)中間3s的RMS值。第三步,被測者雙手臂均保持水平位置,當(dāng)其無法處于水平位置時(shí)(以雙手臂下垂>10°為標(biāo)準(zhǔn))應(yīng)立即停止實(shí)驗(yàn),取從30s后開始連續(xù)檢測1min的中位頻率值(median frequency,MF)分別取左右兩側(cè)平均值。受試者在休息5min后重復(fù)以上實(shí)驗(yàn),最后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。上述實(shí)驗(yàn)操作及數(shù)據(jù)采集都由同一個熟練掌握sEMG技術(shù)的神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)生完成。

結(jié) 果

1.抬物實(shí)驗(yàn)第一步椎旁肌sEMG的分析:術(shù)前DLS組椎旁肌RMS值為16.11±6.86μV,術(shù)后為9.25±3.56μV。對照組椎旁肌RMS值為10.64±4.29μV,通過統(tǒng)計(jì)學(xué)分析顯示,術(shù)前DLS組椎旁肌RMS值均明顯高于對照組(P<0.05);術(shù)后DLS組椎旁肌RMS值明顯低于術(shù)前水平(P<0.05);且低于對照組,兩組間比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),詳見圖1。

圖1 抬物實(shí)驗(yàn)第一步中兩組椎旁肌RMS值的比較

2.抬物實(shí)驗(yàn)第二步椎旁肌sEMG的分析:術(shù)前DLS組椎旁肌RMS值為43.25±13.78μV,術(shù)后為25.20±8.20μV。對照組椎旁肌RMS為47.56±15.95μV。通過統(tǒng)計(jì)學(xué)分析表明,術(shù)前DLS組測定的椎旁肌RMS值低于對照組水平,兩組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);術(shù)后DLS組椎旁肌RMS值明顯低于術(shù)前(P<0.05),并明顯低于對照組,兩組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),詳見圖2。

圖2 抬物實(shí)驗(yàn)第二步椎旁肌RMS值比較

3.抬物實(shí)驗(yàn)第三步椎旁肌耐力信號分析:術(shù)前DLS組患者椎旁肌的MF值為61.63±26.09Hz,術(shù)后為72.79±26.76Hz。對照組椎旁肌MF為100.25±33.32Hz。結(jié)果顯示,術(shù)前DLS組患者椎旁肌的MF數(shù)值低于對照組(P<0.05),術(shù)后明顯高于術(shù)前(P<0.05),但仍低于對照組,兩組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),詳見圖3。

圖3 抬物實(shí)驗(yàn)第三步椎旁肌耐力肌電信號比較

討 論

腰椎滑脫癥是引起腰背部酸脹痛的原因之一,嚴(yán)重的腰椎滑脫會出現(xiàn)椎間孔狹窄、神經(jīng)根受壓及下肢放射痛[13]。目前PLIF手術(shù)是治療腰椎滑脫癥的經(jīng)典手術(shù)方法。既往研究表明,手術(shù)可以提高脊柱穩(wěn)定性[2]。脊柱穩(wěn)定性的維持不僅和椎體、椎間關(guān)節(jié)有關(guān),也和周圍椎旁肌群十分相關(guān)[14]。而PLIF術(shù)可能會造成周圍椎旁肌肉組織的破壞,目前鮮有關(guān)于DLS患者經(jīng)過PLIF手術(shù)治療后腰椎旁肌功能變化的報(bào)道。該研究首次利用sEMG檢測DLS患者椎旁肌組織肌電活動變化,目的是探究患者經(jīng)PLIF手術(shù)治療前、后的椎旁肌功能變化。

在sEMG的時(shí)域分析中,RMS是評估肌肉收縮活動最常見的參考指標(biāo)[15]。在既往研究中,MF被證明是評估健康受試者和患者椎旁肌肉疲勞的可靠的肌電參數(shù),MF值是指在骨骼肌收縮運(yùn)動中肌纖維釋放頻率的中間數(shù)值[16]。研究顯示,DLS組患者在安靜站立狀態(tài)時(shí)其椎旁肌RMS水平值高于對照組,這可能與其導(dǎo)致椎旁肌肉處于高度緊張狀態(tài)相關(guān)。此外腰椎滑脫患者常伴隨腰背部酸脹痛,疼痛可能會使椎旁肌肉產(chǎn)生保護(hù)性收縮,引起椎旁肌群間壓力升高,使靜息狀態(tài)站立時(shí)肌肉刺激增大。PLIF手術(shù)治療后患者椎旁肌電活動比術(shù)前顯著下降,說明手術(shù)治療可以改善腰椎滑脫癥患者脊柱的穩(wěn)定性、緩解腰部疲勞及減輕疼痛。術(shù)后DLS組患者腰椎旁肌電活動雖仍比對照組低,但無明顯差異,這或許是由于手術(shù)對椎旁肌剝離所引起肌電活動的減少。

軀干抬物伸展實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,術(shù)后椎旁肌肌電活動比對照組明顯下降。所以,當(dāng)術(shù)后腰椎旁肌出現(xiàn)萎縮和脂肪浸潤時(shí),有必要進(jìn)行相應(yīng)腰椎旁肌群的功能鍛煉或電刺激[17]。這將會對PLIF術(shù)后患者神經(jīng)肌肉功能的修復(fù)、避免和逆轉(zhuǎn)肌肉萎縮起到重要的作用。

在持物保持狀態(tài)時(shí),因椎旁肌肉長期以過度緊張狀態(tài)來維持脊柱的穩(wěn)定,造成肌肉疲勞程度明顯增加[18]。研究表明,不管椎旁肌是靜息還是活動狀態(tài),由于肌肉疲勞,肌電圖的頻譜均會發(fā)生向左移動的情況,即頻域的MF值減小[19]。本實(shí)驗(yàn)表明,患者在持物保持時(shí)MF值顯著低于對照組,說明椎旁肌處于嚴(yán)重疲勞狀態(tài),這也是由于長期椎體滑脫或不穩(wěn)定引起脊柱失衡而導(dǎo)致椎旁肌肉功能下降。術(shù)后椎旁肌抗疲勞能力較術(shù)前明顯提高,但仍低于對照組,這可能與術(shù)中操作對椎旁肌的破壞導(dǎo)致其萎縮及肌肉纖維數(shù)量減少有關(guān),最終導(dǎo)致術(shù)前與對照組沒有同樣抗疲勞性。

綜上所述,本研究結(jié)果顯示,與同齡的健康人比較,退行性腰椎滑脫癥患者在靜止站立狀態(tài)其椎旁肌明顯激活,而在軀干抬物伸展活動時(shí)椎旁肌的活動性明顯下降,在水平抬物時(shí)肌肉的疲勞程度較高。手術(shù)能明顯改善患者在站立時(shí)的緊張狀態(tài),提高椎旁肌的抗疲勞性。PLIF術(shù)融合滑脫的椎體以恢復(fù)脊柱的生理結(jié)構(gòu),這將會改善椎旁肌肉功能,進(jìn)而提高椎旁神經(jīng)肌肉控制能力。此外患者術(shù)后的椎旁肌功能與正常人群存在明顯差別,因此,對于積極進(jìn)行術(shù)后康復(fù)訓(xùn)練來提高患者神經(jīng)肌肉功能具有重要意義。