表面肌电屈曲-放松测试及影响因素研究进展

李扬政 吴方超 李建华

浙江大学医学院附属邵逸夫医院康复医学科（浙江杭州310016）

表面肌电屈曲-放松测试及影响因素研究进展

李扬政 吴方超 李建华

浙江大学医学院附属邵逸夫医院康复医学科（浙江杭州310016）

随着康复医学的快速发展，表面肌电图（surface electromyography，sEMG）作为一种肌肉功能评估的无创、实时客观的手段，在康复医学领域的应用越来越多。表面肌电图是利用电极在皮肤表面采集到肌肉活动状态下的肌电信号，通过收集、分析、放大、显示而记录到的类似于噪声的一种一维电压信号。该信号经过不同的分析转换后得出的指标可一定程度上反映肌肉功能的变化情况。其中，表面肌电屈曲-放松（Flexionrelaxation）指标可应用于肌肉放松和协调能力评估，在腰痛、颈椎病等疾病的肌肉功能评估方面有着重要意义。但是，目前国内外的不同研究中，对于屈曲-放松现象（Flexion-relaxation phenomenon，FRP）等指标的研究方法和判定标准等仍存在一定的争议[1]，故本文对此进行综述，以期为进行表面肌电图屈曲-放松相关研究提供标准化的操作方案参考。

1 屈曲-放松现象及其临床意义

表面肌电图是应用于肌肉功能评估的一种客观量化的评估工具，表面肌电测试获得的原始肌电值经过不同的转换后得出的指标可一定程度上反映局部肌肉收缩能力、耐疲劳性以及肌肉协同和放松能力等特征。

Floyd等[2]在一项健康人的研究中发现，当人体处于直立状态，腰椎前屈至一定角度时，腰部椎旁肌的原始表面肌电信号会出现突然下降，以后的学者进一步证实了该现象并称之为屈曲-放松现象。

至今，已有不少学者针对屈曲-放松现象的出现部位和机制进行了深入研究。有许多研究结果证实了大部分无腰痛症状的正常人群能在其腰部记录到屈曲-放松现象[3]，而存在明显腰痛的人群中，屈曲-放松出现的概率则明显下降[4]。近年来，也有研究发现多数健康人群颈椎旁竖脊肌也存在屈曲-放松现象，且在颈椎病患者中，该现象的出现概率同样显著降低[5]。研究发现正常人群颈椎屈曲-放松现象的出现概率约为85.7%，而在颈椎病患者中该比例降至36.3%[6]。有学者发现躯干背伸肌群如腘绳肌在躯干前屈过程中也可出现肌电值的明显下降[7]。

在脊柱屈伸活动中，主要由三个系统相互作用来维持脊柱稳定，即骨骼、椎间盘、韧带等组成的被动系统、深浅层肌肉收缩组成的主动系统及中枢神经主导的控制系统。三个系统相辅相成，共同维持脊柱稳定，其中任何一个系统的功能下降均可导致脊柱稳定性下降[8]。

屈曲-放松现象被认为是人体自身肌肉收缩调节的控制。有学者认为当脊柱前屈至一定角度时，重量负荷从肌肉等主动系统转向软组织、韧带等被动系统，肌肉激活策略由浅层肌群激活转至深层肌群激活，从而出现肌肉表面肌电值突然下降的现象，而疼痛或肌肉功能的异常均可影响肌肉负荷的转移策略，导致屈曲-放松现象消失[9]。

由此可见，屈曲-放松现象可作为颈腰痛患者腰部肌肉功能评估以及疾病筛查的手段之一。而对于屈曲-放松现象与颈腰痛患者肌肉功能改变之间的关系研究，对于临床评估疾病程度和发病机制有着重要的临床意义。

2 屈曲放松现象的研究方法

屈曲-放松现象的研究距今已有70余年的历史，很多学者试图从屈曲-放松的发生机制和消失的原因方面对颈部或腰部肌肉功能改变的过程进行一定的解释。但笔者发现，许多屈曲-放松现象相关的文献其采用的屈曲-放松研究方法至今并未有统一标准，许多研究对于表面电极的放置、屈伸时相的时间控制等的说法仍不相同。

2.1 表面电极放置

进行表面肌电图评估肌肉功能检查时，在仪器及皮肤准备工作做好后，需要放置表面电极。表面电极主要分为记录电极和参考电极。记录电极可采集贴布位置肌肉的表面肌电活动，而参考电极主要用于排除原始表面肌电值以外的一些干扰，一般放置于非待测肌肉或骨性凸起处。不同的表面肌电图仪器可能有不同的参考电极，但针对每一块待测肌肉而言记录电极一般为两个，且两个记录电极放置一般间隔2 cm，走向须与待测肌肉的肌纤维走向平行，记录电极采集到的表面肌电的特征主要反映两个记录电极之间的那部分肌肉的收缩功能。

在进行腰椎表面肌电图屈曲-放松检查时，记录电极置于腰椎椎旁肌群。腰3棘突旁开的竖脊肌处于腰部活动度最大的位置，可以很好地反映出腰椎活动时腰部肌肉的肌电活动情况，也是比较容易出现腰椎屈曲-放松现象的位置[10]。解剖结构上分析，腰部多裂肌在腰5棘突旁开2 cm处有一小部分不在腰部竖脊肌的覆盖范围之内，是少数可以探测到腰椎深部核心肌群肌电活动的部位之一，故腰部多裂肌的记录电极放置位置一般在腰5棘突旁开2 cm左右位置[11]。目前，多数腰椎屈曲-放松的研究将记录电极放置在腰2棘突至腰5棘突旁开水平之间[9，12]。腰2棘突旁开位置比较靠近胸椎，易受胸椎活动影响，而腰4和腰5棘突旁开位置比较靠近骨盆，易受骨盆活动影响。故采取腰3棘突旁开竖脊肌2～4 cm左右肌腹最饱满处为中心，上下1 cm处各放置一枚记录电极。沿腰部竖脊肌走行进行电极放置较能反映腰部屈曲-放松现象，实际操作更为简便。

在颈椎屈曲-放松相关的研究中，大多数学者[13]将记录电极的位置放置在颈4棘突旁开2 cm左右，采集颈部椎旁竖脊肌的表面肌电值。在颈椎屈曲-放松的研究过程中，也有学者对健康人上部斜方肌和胸部竖脊肌的屈曲-放松现象进行了研究，上部斜方肌的记录电极贴布位置为肩峰与C7棘突连线的中点，胸段竖脊肌的记录电极贴布位置为胸椎旁开2 cm左右肌腹最饱满处，但研究表明斜方肌及胸段竖脊肌在脊柱完全前屈时并未记录到相应肌肉的肌电值显著下降，提示斜方肌及胸段竖脊肌并不存在屈曲-放松现象[14]。颈椎的活动度一般由C1至C7椎体活动所提供，而C4椎体处于颈椎活动的中心位置，该处记录到的表面肌电活动情况很大程度上可反映出颈部椎旁竖脊肌的肌电特点，故目前研究中针对颈部屈曲-放松研究的记录电极放置位置是比较一致的。

2.2 屈曲--放松测试体位

在进行屈曲-放松测试时，不同研究其采取的体位设计并不一致。有学者专门研究了站立位、坐位、前倾位等不同体位情况下屈曲-放松现象的变化情况，发现不同体位对屈曲-放松测试结果存在一定的影响[4，15]。目前，多数研究进行腰部屈曲-放松测试时采用站立位，而颈部采用端坐位[16，17]。

进行腰部屈曲-放松测试时，受试者两腿分开与肩同宽，两眼平视前方，脊柱处于中立位，重心位于两腿之间中点，两臂放松置于身旁，躯干肌放松，站立位保持躯干直立。进行颈部屈曲-放松测试时，大多数的研究者一般选择坐位进行测试，受试者屈髋屈膝90度坐位，双脚与肩同宽，肩膀放松置于身体两侧，眼睛平视，胸部由带子固定于同一水平的椅背上以避免颈部前屈时胸部代偿性前屈，保持上半身直立[13]。

2.3 屈曲--放松测试过程

屈曲-放松测试一般包括4个时相。腰椎屈曲-放松测试：第1时相为躯干直立位放松状态，第2时相为腰椎在矢状面上从直立位至完全前屈位的过程，第3时相为腰椎完全前屈位维持，第4时相为腰椎从完全前屈位回复至直立位置的过程。颈椎屈曲-放松测试与腰椎屈曲-放松测试类似：第1时相为躯干直立位放松状态，第2时相为头部在矢状面上从直立位至完全前屈位的过程而躯干保持直立，第3时相为头部完全前屈位维持而躯干保持直立，第4时相为头部从完全前屈位回复至直立位置的过程而躯干保持直立[10]。

颈椎与腰椎的屈曲-放松现象测试结果图形上存在一定的类似之处。一般来讲，第1时相的肌电值较小，因直立位时重心较为接近脊柱中轴线，大部分的自身重力负荷承载在骨骼等被动组织上，竖脊肌只需在很小的激活甚至无肌肉激活状态下便可维持脊柱稳定；第2时相缓慢前屈过程中力矩逐渐增大，椎旁肌群需加强收缩以维持脊柱稳定性，故相应椎旁肌群记录到的表面肌电值逐渐增大；第3时相头部或腰椎前屈至一定角度或最大角度时，肌电值突然变小；第4时相头部或腰椎缓慢回复至中立位时，竖脊肌表面肌电值再次增大。

为保证获取肌电值的稳定性，测试动作需平滑稳定，且动作的开始和结束一般有电子节拍器进行提示，以便在每个时相动作持续的时间上进行很好的控制。目前研究中一般每个时相的持续时间在3～5 s之间[13]，整个动作完成时间共12～20 s。但在腰部屈曲-放松测试研究时也有学者采取了4个时相联起来整个动作仅耗时4 s的方案[10]。

目前对于屈曲-放松测试时每个时相的持续时间尚无统一标准。屈曲-放松测试时每个时相的持续时间对于测试的结果存在较大的影响，故也是所有屈曲-放松测试研究中急需规范统一的重点之一。Pialasse等[18]研究了不同速度对于颈部屈曲-放松测试的影响，发现每个时相的速度越快，屈曲-放松测试时获得的各个时相的肌电值越大。测试动作过快时，脊柱周围肌群需增加肌肉收缩以及肌肉的预激活程度以维持脊柱的稳定，因此容易导致所采集的每个时相的表面肌电值均增大，从而减少了实验的可靠性。而测试动作过慢则不太符合腰部或颈部活动的特点，容易导致前屈或背伸时肌电值减小。因此，在前述研究的基础上，笔者认为选择目前研究中应用较多的每个时相维持3 s、共12 s完成所有动作的持续时间较为合理，既可以获得较为稳定的肌电值，又符合脊柱活动的特点，屈曲-放松测试结果相对可靠。

针对前屈过程即第2时相的肌电值小于背伸过程即第4时相肌电值的现象，笔者认为该现象与肌肉的工作效率有关。离心收缩时，肌肉的工作效率较向心收缩时高，离心收缩时募集较少的运动单位即可产生克服自身负荷所需的肌肉收缩力，而在克服同等负荷情况下，向心收缩时需要募集的运动单位更多，故离心收缩时所产生的总和放电量较向心收缩时小，从而表现为第2时相的肌电值较第4时相低。

2.4 屈曲--放松出现的判定标准

表面肌电图时域指标是将肌电信号看作时间的函数，用来刻画时间序列信号的振幅特征，反映运动单位募集数量的变化，其数值变化通常与肌肉收缩力有关，主要包括平均肌电值（average electromyogram，AEMG）和均方根值（root mean square，RMS）等指标。目前，国内外的研究中多采用AEMG值或RMS值进行计算得出屈曲-放松指标。

很多学者并没有确切地定义屈曲-放松现象出现或消失的标准，而代之以第3时相出现表面肌电值明显下降或接近静息状态等较为主观的描述定义屈曲-放松现象是否出现[19]，但多数研究指出脊柱完全前屈时，椎旁肌群仍可采集到一些微小的肌电活动。

屈曲-放松现象出现或消失的定义标准对于研究结果的判定有着重要的影响。目前大多数学者仍然采用视觉观察法确定屈曲-放松现象的出现或消失，如O'Sullivan等[20]对坐位情况下的腰部屈曲放松状态进行检测时所采取的方法，主要是对原始肌电值进行平滑处理后根据第3时相肌电值有无明显下降至接近静息状态作为判定标准，这一判断标准较为简便，但因存在较大的主观性而受到广泛质疑。因此，有学者认为在对原始数据平滑处理后，屈曲-放松现象出现的确定标准是第3时相的AEMG值小于第1时相AEMG值的3倍[21]，也有学者以第3时相的AEMG值小于第4时相最大AEMG值的10%作为屈曲-放松现象出现的确定标准[22]。Neblett等[10]在颈椎屈曲-放松的研究中发现，以视觉观察法观察第3时相出现表面肌电值明显下降为界定标准，20位无颈痛症状的受试者中仅有5位存在屈曲-放松现象，而根据不同的界定标准计算得出的屈曲-放松现象出现人数从0～13个不等，由此认为屈曲-放松现象的界定标准对于实验的结果有着很大的影响。因此，笔者认为对于屈曲-放松现象机制和临床意义的研究受制于屈曲-放松现象界定标准的不一致，导致许多研究结果之间相互进行对比参照的可信度和可行性明显下降，因此出现了很多不同研究结果有不同的解释。这一点也是目前对屈曲-放松相关指标进行发生机制和临床指导意义研究中亟待规范统一标准的重点之一。

根据不同的界定标准，不是所有的健康受试者均存在屈曲-放松现象，也不是所有的腰痛或颈痛患者均不能检测到屈曲-放松现象。脊柱屈伸活动时，颈部或腰部的椎旁肌群收缩加强脊柱的稳定性，故第3时相静止时肌电活动消失仅可代表肌肉的放松能力，而第2时相和第4时相的肌电活动情况代表肌肉收缩时的激活情况。屈曲-放松比值（Flexion-relaxation Ratio，FRR）是屈曲-放松测试第2时相或第4时相肌电值除以第3时相肌电值所得出的一个比值，它的提出一定程度上对屈曲-放松现象进行了量化分析，将屈曲-放松现象从有或无这样一个界定变成一个量化的比值，最大程度上减少了因屈曲-放松现象出现的界定标准不一导致研究结果出现很大偏差的可能性。因其与脊柱稳定性及脊柱周围肌群的募集模式相关，而脊柱稳定性的下降和肌肉收缩模式的异常是导致非特异性腰痛的机制之一，故该指标一定程度上也可作为衡量脊柱疼痛的一个无创的客观指标。

Watson等[23]采用第2时相最大RMS值除以第3时相平均RMS值的方法来计算屈曲-放松比值，结果发现腰痛患者的屈曲-放松比值较正常人明显减小，同时发现大部分正常人群腰部屈曲-放松比值的正常范围在12～15之间。颈部的屈曲-放松比值正常值较腰部小，笔者分析认为这可能是由于颈部肌肉横截面积较小，且表面被斜方肌覆盖，而斜方肌收缩时产生的动作仅有一部分是执行脊柱后伸而一部分动作执行维持双侧肩关节和肩胛骨的稳定，故第2时相或第4时相所产生的肌电活动较小，从而导致正常人群颈部的屈曲-放松比值较腰椎小。

2.5 屈曲--放松测试的影响因素

屈曲-放松现象的出现或消失不仅受到该指标不同判定标准的影响，也与很多其他因素有关。体位的设计对屈曲-放松测试的结果影响较大。Pialasse等[24]研究了19例健康受试者在端坐位和躯干前倾45°体位时颈椎屈曲-放松现象的改变情况，发现端坐位时颈椎屈曲-放松出现率为84.2%，而躯干前倾45°体位时受试者的屈曲-放松出现率为90.5%，同时，研究还发现躯干前倾45°体位进行屈曲-放松测试时第4时相的肌电值明显较以端坐位进行屈曲-放松测试时第4时相的肌电值大，因此更容易达到屈曲-放松现象出现的界定标准。据此，研究者分析指出前倾位可能使屈曲-放松现象的出现率升高。

同时，脊柱屈曲活动角度、电极贴布位置、屈曲-放松测试节律、肌肉负荷情况以及支持面的稳定性等均可影响屈曲-放松现象的出现。有很多学者对脊柱屈曲活动的角度与屈曲-放松现象之间的关系进行了研究，Neblett等[25]发现，腰椎融合术后腰痛患者腰椎前屈角度下降的同时，其腰椎屈曲-放松现象的出现概率也明显降低，这与O’Shaughnessy等[26]的研究结果类似。也有学者[11]通过研究发现，腰背肌测试时，在腰2～腰3和腰4～腰5两个不同采样通道所采集的肌电值并无显著差异，得出该结果的原因可能是腰5棘突旁开多裂肌位置相对较深，该位置采集的肌电信号可受到竖脊肌收缩活动的协同效应影响，因此主要表现为竖脊肌的肌电活动特征。Pialasse等[18]研究了正常受试者颈椎在无负荷、减重状态下以及头顶700 g负荷状态下屈曲-放松现象的改变情况，发现头部负荷越大的情况下屈曲-放松维持的时间越短，甚至导致屈曲-放松现象消失，此外，屈曲-放松测试时所承受的负荷和屈曲-放松测试过程的节律快慢会对得到的肌电值产生一定的影响，每个时相的速度越快，屈曲-放松测试时获得的各个时相的肌电值越大。Behm等[27]则对比了健康女性和健康男性在稳定和不稳定平面支撑下腰部屈曲-放松现象的出现情况，结果发现不稳定情况下的腰部屈曲-放松现象出现程度与稳定支撑情况下出现的腰部屈曲-放松现象类似，而在不稳定情况下比目鱼肌和上肢肌群的肌电活动明显增加。人体处于不稳定平面时会做出不同的运动控制策略改变以维持正常活动的进行，出现这一现象的原因可能是肢体活动的代偿性作用抵消了不稳定情况下腰部肌肉激活模式的改变，同时研究发现，性别对于屈曲-放松现象的出现并无明显影响。长期的固定姿势如坐位工作[28]和高空作业[29]对于腰部及颈部的屈曲-放松现象均存在明显影响，腰部肌肉和颈部肌肉的长期固定姿势导致相应部位的肌肉僵硬、疲劳，第3时相的肌电激活明显增加，最终导致屈曲-放松现象消失。

因此，在屈曲-放松测试研究中，同一负荷和每个时相的持续时间均统一的状态下才具有可比性。接近于颈椎或腰椎的生理活动情况下得到的屈曲-放松测试研究结果对日常的生活指导和康复训练有着更加可靠的意义。

3 总结

屈曲-放松现象对腰部和颈部肌肉肌群的募集模式、协调能力、放松能力等的评估有着不可忽视的作用，但目前针对屈曲-放松测试的体位、测试时各个时相的持续时间等具体研究方法国内外尚无公认的界定标准，这也直接或间接导致了不同的屈曲-放松测试研究得出的结果可比性下降。颈椎和腰椎屈曲-放松测试标准化方案的探索以及临床指导意义是今后需开展的研究重点。既往的研究中，在正常人群腰部屈曲-放松测试中发现腘绳肌也存在着屈曲-放松现象[30]，是否颈部及腰部肌肉以外还有其他肌肉存在着特殊体位下的屈曲-放松现象以及屈曲-放松发生的机制研究也是今后的研究方向之一。

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2016.02.24

李扬政，Email：xiaowu515515@163.com