表面肌电图对腰肌劳损病人竖脊肌功能的评价

蔚二文 陈维毅

1 大同市第五人民医院(大同 037006)

2 太原理工大学(太原 030024 )

0.引言

表面肌电图（sEMG）是一种简单、无创、容易被受试者接受的肌电活动，可用于测试较大范围内的EMG 信号，并有助于反映运动过程中肌肉生理、生化等方面的改变；不仅可在静止状态测定肌肉活动，而且可在各种运动过程中持续观察肌肉活动的变化；不仅是一种对运动功能有意义的诊断评价方法，而且也是一种较好的生物反馈治疗技术[1]。因此，在临床医学的神经肌肉疾病诊断，高等院校人机工效学领域的肌肉工作的工效学分析，体育系统（体科所）疲劳判定，运动技术合理性分析，肌纤维类型和无氧阈值的无损伤性预测，医院康复领域神经肌肉疾病诊断，肌肉功能评价等方面均有重要的实用价值[2]。

本试验利用sEMG 配合等速测试仪，观察腰肌劳损病人竖脊肌在不同负荷条件下的功能状况，期望能找到评价腰部肌肉功能的较好指标。

1.对象和方法

设计：病例——对照分析。

单位：大同市第五人民医院。

对象：选择有下腰痛病史的患者20 名，年龄25～46 岁（30.25±2.54 岁）；体重48～64kg（58.46±7.26kg）；身高158～182cm（168.34±3.26cm），患者均无高血压及明显的心血管疾病。患者对测量评估均知情同意，实验经过医院伦理委员会批准。

主要仪器：FlexComp 表面肌电分析系统；cybex6000 型等速仪。

设计、实施、评估者：实验设计为第二作者，实验实施为第一、第三作者，结果分析和评估由第一作者完成。

方法：将患者固定于等速仪上，分别选择等速仪的等长运动模式和等速运动模式，测量其在不同屈曲角度、不同收缩力矩下腰部竖脊肌的表面肌电信号。

主要观察指标：MPF(平均功率频率)；MPF slope(平均功率频率的斜率)；RMS(均方根值)。

统计学方法：由第一、第三作者采用Dynamap Suite 表面肌电分析软件对各项指标进行统计分析。

2.结果

20 名受试者均完成测试，全部进入结果分析。

用力程度和屈曲角度对MPF 值的影响，见表1、表2。

从表1 可以分析出各肌MPF 值与屈曲角度显著相关，MPF值随屈曲角度逐渐增加而下降（负相关）。

竖脊肌的MPF 值与用力程度（MVC）显著相关，MPF值随用力程度逐渐增加而下降（负相关）。

用力程度和屈曲角度对RMS 值的影响，见表3。

RMS 值受用力程度影响，RMS 随用力程度的增加而增加（正相关）。

表1.不同角度时的MPF 值(Hz)(x±SD)n=20

表2.不同用力程度的MPF 值(Hz)(x±SD)n=20

表3.不同用力程度的RMS 值(uV)(x±SD)n=20

表4 角速度与MPF,MPF slope 和RMS 值的关系

表5.不同角速度时的RMS 值(uV)(x±SD)n=20

等速运动下角速度与MPF、MPF slope 和RMS 值的关系，见表4。

角速度为 90、60、30、12 度/秒时， MPF、MPF slope 与运动角速度不相关。

不同角速度时的RMS 值(uV)(X 士SD)n=20，见表5。

RMS 值与角速度正相关，运动角速度越快，RMS 值越大。

3.讨论

由一个运动神经元、轴突、神经肌肉突触和肌纤维所组成的解剖、生理单位称为运动单位。不同肌肉运动单位的数量不同，手足小肌肉运动单位数量少，而肢体大肌肉运动单位数量多。在一块肌肉中运动单位通常呈圆形或卵圆形分布，同时不同的运动单位间有相当大的重叠。由于运动单元的发放频率限制了肌肉的工作范围，说明肌力收缩活动的分级主要通过运动单元的募集，即随着收缩程度的增加，参加的运动单元数量也增加。由于许多运动神经元发放频率是不同步的，因而不同的运动单元在不同时间内参加进去，互相配合，相继活动。这个时期内一些运动单元被活化，而在另一个时期内另一些运动单元被活化，这样使肌肉平滑收缩，而且收缩也会按照各运动单元的平均抽搐频率而改变。正常肌肉能够根据不同的生理需要，改变参加收缩的运动单元的数量和运动单元的发放频率。如果运动神经发放频率增加，参加收缩募集的运动单元数量增多，则在任一时间内发生收缩的量也增加。这些个别的力加在一起，一起牵动肌肉的力量也增加，如果参加收缩的运动单元数量少，频率低，则产生的力量也小[3]。

竖脊肌为脊柱后方的长肌，下起骶骨背面，上达枕骨后方，填于棘突与肋角之间的沟内。竖脊肌两侧同时收缩可使脊柱后伸，是维持人体直立姿势的重要结构，故又名竖躯干肌。一侧竖脊肌收缩，可使躯干向同侧侧屈。在背部肌肉中，最容易受到伤害的是竖脊肌。它的作用是：牵引脊柱实现后仰。竖脊肌深部为短肌，有明显的节段性，连于相邻两个椎骨或数个椎骨之间，能够加强椎骨之间的连接和脊柱运动的灵活性。竖脊肌受全部脊神经后支支配。很多时候竖脊肌的受伤往往会造成神经剧烈疼痛。

慢性下腰痛患者竖脊肌HE 染色见肌纤维呈不同程度的长条状、角状及圆形萎缩，肌纤维水肿、变性坏死，肌纤维间及肌束间结缔组织增生，肌核内移，中央核上述改变不一。病程越长，改变越明显[4]。组织化学染色发现下腰痛患者与对照组比较 Ⅰ型纤维少，Ⅱ型纤维多。Ⅰ型纤维的横切面积和面积百分比显著小于对照组，Ⅱ型纤维的横切面积两者无明显差异，但由于Ⅰ型纤维的减少，Ⅱ型纤维的面积百分比在下腰痛患者显著高于对照组[5]。竖脊肌型纤维的面积百分比与患者的病程呈直线负相关。病程越长，Ⅰ型纤维所占的肌肉面积越小[6]。竖脊肌中Ⅰ型纤维所占的面积越小，则竖脊肌在收缩过程中抗疲劳的能力越低[5]。而腰背肌易于疲劳是下腰痛发生发展的重要危险因素[6]。

有学者研究表面肌电图在神经肌肉病损功能评估中的具体应用。采用肌电积分与平均功率频率、中位频率分别对数种神经肌肉疾病导致的功能障碍进行肌力、肌张力与肌肉疲劳度的评估，探索其在康复评估中的应用价值。研究发现:时域指标在肌肉疲劳过程变化的特异性较差,而频域指标的特异性较好,且其时间序列曲线的斜率与等长负荷持续时间呈明显统计相关[7]。研究结果表明，sEMG 频域指标时间序列曲线的斜率是评价腰部竖脊肌功能的较好指标。[8]腰椎间盘突出症的患者多因相应节段的脊神经受压而引起一侧下肢的疼痛与麻木，同时其肌力也有一定减退。临床上常将表面电极分别放置在双侧股四头肌与绳肌或双侧胫前肌与腓肠肌的运动点上，嘱患者做每次持续1s 的肌肉反复随意的等长收缩，评估双下肢被测肌肉的肌电积分值，结果大多数患者在每次等长收缩时的肌电积分值患侧低于健侧[9]。腰痛伴随左下肢疼痛麻木的患者，腰椎CT 显示L4-5 椎间盘突出，L4 椎体Ⅰ度滑脱，给予双下肢胫前肌做维持90s 的最大等长收缩，显示左侧MPFS、MFS 的绝对值大于右侧，即左侧的MPF、MF 下降程度大于右侧，故左侧胫前肌明显比右侧显示疲劳。给予腰牵、超声波、激光等综合治疗2 周后，观察左侧胫前肌的MPFS、MFS 的绝对值较治疗前有明显下降[9]。本实验发现力矩与MPF 值呈负相关，说明用力程度越高，力矩越大，疲劳发生的时间越早，疲劳感越明显，MPF 值下降显著；屈曲角度与MPF值两者呈负相关，因为屈曲角度越大，肌纤维的长度越增加，收缩效率越下降，为达到同等的功率输出，必然动用更多的肌纤维参与活动，更早疲劳，因而造成MPF 下降；力矩的绝对值与RMS 正相关，力矩增加表明用力程度逐渐增加，用力程度增加肌电活动增加，就会出现RMS 值增加。有报道称在等负荷状态下运动速度逐渐加大，频谱右移，MPF增加。本实验采用自由负荷，未发现MPF 值与运动角速度相关，所以，负荷的大小才是MPF 值变化的根本原因。运动角速度与RMS 值正相关，运动角速度越快， RMS 值越大，说明运动角速度越快，运动单位电位的募集越多， RMS 值越大。力矩与MPF 值的关系：力矩与MPF 值呈负相关，说明用力程度越高，力矩越大，疲劳发生的时间越早，疲劳感越明显，MPF 值下降显著。

[1]吴毅,俞晓杰.等速技术和表面肌电图技术在骨关节炎中的应用.继续医学教育.2006,20(30):15.

[2]王 键.sEMG 信号分析及其应用研究进展 .体育科学.2000,2(4):56-60.

[3]杨锡让.应用运动生理学.北京：北京体育大学出版社.1998.

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[8]王键.等长负荷诱发腰部脊竖肌疲劳时sEMG 的变化.中国体育科技.2000,39(2)：4-7.

[9]杨坚，张颖.表面肌电图在神经肌肉病损功能评估中的应用.中国临床康复.2004,8(22):05.