表面肌电在针灸临床研究中的应用

李 波 李建华

（浙江中医药大学第二临床医学院·杭州 310053）

表面肌电(surface electromyography sEMG)是一种通过贴附在人体骨骼肌表面的电极记录和观测肌肉活动情况的技术[1],它能在一定程度上反映神经肌肉的活动。与传统的针肌电相比，它的信号态具有较强的随机性和不稳定性的弱点，但同时也具有无痛，可重复性好和探测空间较大的优点。在规范化控制的条件下，表面肌电信号可以定量的反映出肌肉的疲劳程度、肌力水平、多肌群的协调性等功能状况[2]。本文针对表面肌电在目前针灸疗效评估中的一些应用做出总结与讨论。

1 表面肌电信号特点及其常用分析指标

sEMG 信号源于大脑运动皮质控制之下的脊髓α 运动神经元的生物电活动,形成于众多外周运动单位电位在时间和空间上的总和,经表面电极引导、放大、显示和记录所获得的一维电压时间序列信号,具有较大的随机性和不稳定性。其振幅约为0—6000μV,频率0—350Hz,振幅和频率等特征变化取决于中枢神经系统运动单位活动同步化、肌纤维募集水平和与细胞酸中毒有关的肌纤维兴奋传导速度等生理性因素,以及探测电极大小和位置、表皮温度、肌肉运动方式等测量性因素的共同作用[3]。表面肌电图在神经肌肉病损功能评估中常用的指标有时域分析的积分肌电值(integrated EMG,IEMG)、平均肌电值(average EMG,AEMG)、均方根值(rootmean-square,RMS),以及频域分析的平均功率频率(meanpower frequency,MPF) 和中位频率(median frequency,MF)。其中时域分析指标常被应用于实时、无损伤地反映肌肉活动状态,其数值变化通常与肌肉收缩力大小等有关。而频域分析指标则被用来定量描述sEMG 信号功率谱曲线的转移或者各种频率分量的相对变化,通常与肌肉功能状态即疲劳程度有关。上述时域分析和频域分析均属于线性分析，但电生理研究表明每一运动神经元都具有本身的发放阈值和募集等级，在肌肉关节和脊髓细胞之间存在本体感觉纤维即存在反馈通道，因此运动神经系统本质上是一个高度非线性的动力学[4]，所以非线性指标熵、复杂度，确定性线段百分比等也逐渐被用于表面肌电信号分析中。

2 临床应用

2.1 表面肌电图在针刺治疗脑卒中患者中的应用

脑卒中是危害中老年人生命与健康的常见病，存活者中70%以上存在着不同程度的功能障碍[5]。其中20%～30%的脑卒中患者在3 个月内不能恢复独立行走，而更多数的患者虽然恢复独立步行能力，却呈典型的偏瘫步态。王芗斌等[6]通过表面肌电来观察不同频率电针对脑卒中下肢痉挛患者的影响，证实100Hz 与50Hz 组的疗效较2Hz 组好,不仅膝伸肌和踝跖屈肌群的痉挛得到一定的控制,膝屈曲与踝背屈的协同收缩率下降,100Hz 的电针治疗还使踝背屈时健患侧的协同收缩比值也趋于平衡。王东岩等则利用表面肌电研究了不同针刺方法对脑卒中后腕背伸功能重建的对比，发现合谷刺法加断续波组表面肌电信号特征值提高明显，在临床应用中具有明确疗效[7]。Zhao JG 等[8]则对针灸治疗中风后的痉挛状态进行了观察，通过对受影响的肢臂的肌电活动分析，认为针刺椎体交叉的表面投影区可以有效的改善中风后的痉挛状态。与此同时，Fraqoso AP 和Ferreira AS 则提出了不同的看法，他们通过对健康志愿者和中风患者针刺曲池与天泉穴后肱二头肌表面肌电信号的观察，发现手捻针对健康患者组的肌肉募集有显著改变，而中风患者组则没有显现出肌电活动的减少和最大肌力收缩的改变，认为需要更大样本的试验来进行进一步的评估[9]。

2.2 表面肌电图在针刺治疗腰间盘突出症中的应用

腰椎间盘突出症在不同程度上与腰部肌肉疲劳和收缩能力下降有着互为因果的关系[10]。朱思刚等[11]对12 例健康志愿者(对照组)和12 例腰椎间盘突出症患者(腰椎间盘突出组)的表面肌电图平均肌电值、频域分析、时频分析和复杂度C(n)等指标变化斜率进行检测及比较。发现腰椎间盘突出组频域分析、时频分析和C(n)的变化斜率较对照组明显加快。王瑞琦[12]采用表面肌电对电针的不同波型对腰椎间盘突出症缓解期肌肉功能恢复的疗效进行了观察，发现电针疏密波组频率斜率差值相比电针连续波组有显著差异，证明电针疏密波更能改善肌肉功能。而吴淑平和陈彩霞[13-14]则利用肌电图对不同穴位治疗腰间盘突出症进行了比较认为针刺可以改善腰椎间盘突出症患者腰部表面肌电异常的EMG 波幅值，调节双侧表面肌电趋向平衡，并为优化取穴方案提供依据。

2.3 表面肌电图在针刺治疗痉挛型脑瘫中的应用

痉挛型脑瘫患儿占脑瘫患儿的60%～70%，其临床特点为痉挛性瘫痪。由于受损伤的脑所支配部位的肌肉紧张性增高，导致运动功能障碍。针刺治疗痉挛型脑病的效果已得到临床的广泛认可，但未有明确的衡量指标对针刺的效果作出定量的判断[15]。表面肌电图的出现，使得动态监测脑瘫患儿的肌张力变化成为可能。张学君[16]等通过观察针刺与运动进行不同干预次序组合，对痉挛型脑瘫患儿腓肠肌即时肌电积分的影响，发现单纯针刺委中、承山穴及先针刺后运动的治疗组合可使患儿腓肠肌的肌电积分值升高，单纯运动及先运动后针刺的治疗组合不会使患儿腓肠肌的肌电积分值发生变化。

2.4 表面肌电图在针刺评估中其他方面的应用

除上述方面，许多作者在表面肌电图应用于针刺治疗其他疾病方面也进行了一些研究。

Fabiano Politti 等[17]研究了耳针对骨骼肌的影响。他们将15 名正常人分为安慰剂组和耳针组，观察针刺耳穴前后的前、中、后三角肌和斜方肌的RMS(均方根值)，发现安慰机组同针刺前组的三次测试结果并无显著差异（秩和检验，P>0.05），但ACP（针刺前）和ACP2（针刺后）差异具有显著性P<0.003。大量文献表明针刺在肢体功能障碍患者的康复治疗过程有明显的效果,针刺镇痛已经在大量的实验中得以证实,针刺能从整体调动机体神经、循环、内分泌系统达到一个相对平衡的稳态来改善患者局部症状并提高肌肉的抗疲劳性。有作者通过观察针刺侠白穴对志愿者的双侧肱二头肌上的表面肌电指标与肌肉疲劳的变化，结果显示针刺组的MF和MPF 值比休息组的明显升高,表示针灸对缓解肌肉疲劳有效果[18]，但Larissa Araujo Costa 等[19]的实验得出的结论认为局部穴位可以减少附近肌肉的活动。此外有作者对表面肌电图应用于针灸治疗周围性面瘫评价方面进行了尝试，研究对147 例发病在7 天内的周围性面瘫患者分别在针灸治疗前后进行表面肌电图检测与H-B 量表评分，然后将二者进行比较，结果显示表面肌电图与H-B 量表对面瘫程度评价的比较，未见显著性差异，利用表面肌电图检测周围性面瘫，不仅可较为客观的评价面瘫严重程度，而且对周围性面瘫的预后还能进行比较准确的预测[20]。亦有日本学者应用表面肌电对针刺外关治疗痉挛性斜颈效果进行评价，发现针刺后平均整流电位均呈明显的经时性下降，表明患肌的异常放电降低，异常姿势亦有改善。提示针刺远端经穴对痉挛性斜颈有效[21]。

3 结语

针灸学是祖国医学的宝贵遗产，具有独特的医疗保健作用，针灸治疗疾病以其适应症广泛、疗效迅速、治疗方便及经济安全无毒副作用等特点，不仅深受国内广大人民群众欢迎，而且被愈来愈多的国家和地区人们所接受，但是在针灸的发展过程中也面临着一些问题：①针刺操作规范研究，即针刺的量—效规律。②腧穴效应特异性研究，以指导临床选穴。③重视针灸优势病种的研究。④科学规范的疗效评价体系的建立[22]。这些问题的解决必然要借助现代科技和各种自然科学方法。表面肌电(Surface electromyography,sEMG)信号分析技术因其特点和优点在国外已被广泛应用于临床医学，康复运动学和人体工程学等领域，应用日趋成熟，国内外也逐渐开始利用表面肌电图对针灸的临床效果进行评价，但缺乏统一的评价指标，目前应用指标主要集中在RMS、MF、MPF等线性分析指标上。为了更为有效、可靠地提取表面肌电信号的特征，可以考虑利用信号中所蕴含的非线性动力学信息。而关联维数，复杂度，确定性线段百分比等非线性指标也已被用于肌肉收缩舒张状态和病理诊断的研究[23]但是这些指标的算法复杂且都需要信噪比较高和较长的时间序列，难以满足实时性要求。相信随着研究的深入进行，表面肌电图的信号分析技术将会越来越成熟，其在针灸临床疗效评估中的应用价值也将会被人们越来越认识到。

[1] Pullman SL,Goodin DS,Marquinez AI,et al.Clinical utility of surface EMG:report of the therapeutics and technology assessment subcommittee of the American Academy Of Neurology.Neurology 2000;55:171–7

[2] 王健，金德文.康复医学领域的表面肌电应用研究[J].中国康复医学杂志，2006,21（1）

[3] 王丽,刘加海,王健.表面肌电与腰背功能评价方法研究进展[J].中国康复医学杂志,2006,21(1):84-87

[4] Deluca C.Physiology and mathematics of myoelectric signals[J].IEEE Trans.Biomed Eng1979

[5] 南邓坤.康复医学[M].北京：人民卫生出版社，2008（4）.

[6] 王芗斌陈剑李天骄等.不同频率电针对脑卒中下肢痉挛患者肌电图及步行能力的影响:随机对照研究[J].中国针灸,2011,7:580-584.

[7] 王东岩董旭冯丽嫒.不同针刺方法对脑卒中后腕背伸功能重建的对比研究[J].中医药学报,2011,39(2):83-85.

[8] Zhao JG,Cao CH,Liu CZ.Effect of acupunc turetreatment on spastic states of stroke patients[J].JNeurol Sci,2009,276(1-2):143-147.

[9] Fragoso AP,Ferreira AS.Immediate effects of acupuncture on biceps brachiimuscle function in healthy and poststroke subjects[J].Chinese Medicine2012,7:7.

[10] 高庆方诗元.肌电图评价腰椎问盘突出症的临床价值[J].中国组织工程研究与临床康复,2011,15(13):2438-2441.

[11] 朱思刚,陈筑,杨澎湃.腰椎间盘突出症患者表面肌电图信号分析[J].山东医药,2007,47(27):158-159。

[12] 王瑞琦.电针的不同波型对腰椎间盘突出症缓解期肌肉功能恢复的疗效观察[D]；福建中医学院，2009.

[13] 吴淑平.循经取穴与加刺大椎穴对腰椎间盘突出症临床疗效及表面肌电图影响的对照观察[D]；福建中医学院，2008.

[14] 陈彩霞.秩边透承扶结合腰部夹脊穴治腰间盘突出下肢痛疗效观察[D]；福建中医学院，2009.

[15] 张学君吴强林栋.表面肌电图在针刺治疗痉挛型脑瘫中的应用[J].福建中医学院学报,2010,年1(2):51-52.

[16] 张学君.针刺与运动疗法二者不同干预次序组合对痉挛型脑瘫患儿腓肠肌即时肌电积分的影响[D]；福建中医学院，2008年.

[17] Fabiano Politti,Cesar Ferreira Amorim.The use of surface electromyography for the study of auricular acupancture[J].Journal of Bodywork＆Movement Therapies(2010)14,219-226.

[18] 尹文举.针刺缓解肱二头肌疲劳的表面肌电变化研究[D];北 京中医药大学,2011.

[19] Larisa,AC and Joao,EA.The immediate effects of local and adjacent acupuncture on the tibialis anterior muscle:a human study.Chin Med3:17,2008.

[20] 孙湖刘立安.应用表面肌电图评价针刺治疗周围性面瘫的临床研究[J].中医临床研究2012,4(2),24-25.

[21] 陈淑红，唐有为（译）.针刺远端单一经穴对痉挛性斜颈疗效的电生理研究:外关穴留针的表面肌电图评价[J］.国外医学·中医中药分册，1999，21（4）：50

[22] 石学敏,张春红.新世纪针灸学科面临的挑战和对策[J].天津中医药大学学报，2008,27(3)：121－126

[23] 杨建群,刘秉正,彭建华等.表面肌电的非线性动力学初步分析[J].航天医学与医学工程,1999,12(3):185-187