健康中老年踝关节背屈和跖屈肌群最大等长收缩的表面肌电图研究①

罗梦，周国平，徐敏，许秀洪

·临床研究·

健康中老年踝关节背屈和跖屈肌群最大等长收缩的表面肌电图研究①

罗梦1，周国平1，徐敏2，许秀洪1

目的 建立健康中老年双下肢踝关节背屈和跖屈肌群最大等长收缩时相应肌群积分肌电值正常值参考范围。方法2015年9月至12月，收集41～75岁健康受试者110例，分为41～50岁组、51～60岁组和〉60岁组，测量受试者双下肢踝关节背屈和跖屈肌群最大等长收缩时相应肌群积分肌电值。结果与结论 在踝关节背屈及跖屈运动模式下，胫骨前肌、腓骨长肌、胫骨短肌、腓肠肌在不同年龄组的积分肌电值均无显著性差异(F〈4.545,P〉0.05)；同一肌肉同一踝关节运动模式下左右侧及不同性别积分肌电值比较亦无显著性差异(F〈7.028,P〉0.05)。建立了健康中老年双下肢踝关节背屈和跖屈肌群最大等长收缩时相应肌群积分肌电值正常值参考范围。

健康；中老年；等长收缩；表面肌电图；积分肌电值

下肢功能障碍，尤其是脑卒中后足下垂的发生，严重影响患者的步行，给患者身体和心理造成沉重的负担[1-2]。近年来国内外表面肌电(surface electromyography,sEMG)技术已经广泛应用于肢体功能障碍的研究[3-4]。但是国内外对于踝关节背屈和跖屈肌群肌电值正常参考范围还没有统一的标准。

流行病学显示，脑卒中多发于中老年人[5]。结合本单位实际情况，本研究主要收集了41～75岁健康受试者，旨在通过对大样本健康中老年不同年龄段最大等长收缩时踝关节背屈和跖屈肌群进行sEMG分析，初步揭示健康中老年踝关节背屈和跖屈肌群最大等长收缩时相关肌群积分肌电值(integrated electromyogram,iEMG)(iEMG与肌力及肌张力在一定程度上呈正相关)与年龄变化的关系，初步建立健康中老年最大等长收缩时踝关节背屈和跖屈肌群iEMG的正常值参考范围，打破以往量表评估的局限性，为临床下肢功能评估尤其是脑卒中后足下垂功能评估及康复治疗指导提供更为直接、客观的科学参考依据。

1 对象与方法

1.1 对象

本研究以南方医科大学中西医结合医院针推康复科职工、陪护人员、患者家属及2015年9月至2015年12月期间来院体检人员为研究对象。

纳入标准：①既往体健，参加研究前3个月内无下肢损伤；②无心脏、神经、骨骼系统疾患；③简易精神状态检查(Mini-Mental State Examination,MMSE)总分在正常范围；④所有受试者均签署知情同意书。

共入选110例，其中女性60例，男性50例；年龄41～75岁，平均年龄(56.3±16.7)岁。将受试者按年龄分成三组。各年龄段年龄、人数、性别、身高及体质量分布见表1。

1.2 仪器

MyoMove-COW表面肌电图技术与分析软件：上海诺诚电气有限公司。系统主要由装有前置放大器的电极线、8通道的表面肌电系统和与之相连的计算机系统三部分组成。前置放大器固定于电极的位置，具有高输入阻抗、低噪声和高共模抑制比的特点，可以放大sEMG信号，减少其他信号干扰。所有记录sEMG信号的电极都是一次性专用电极(编码：W7JD-DY-12V/1.5A)，电极间的间距2～3 cm为宜，电极走向应符合安放标准，即电极片安放与肌纤维走向平行[6]。参考电极粘置于靠近记录电极附近的胫骨上或踝关节周围等骨性区域[7]。

1.3 测量方法

参数设置：采样频率2048 Hz，共模抑制比≥110 dB，输入阻抗≥1000 MΩ，幅频特性0.2 Hz～10 kHz。电极安放位置：将电极贴分别置于小腿前、外侧肌群(胫骨前肌、腓骨长短肌)和腓肠肌内外侧肌肉上(具体安放位置见参考文献[8])。

测试前，受试者熟悉实验过程及注意事项2～3 min，并练习在保持屈髋屈膝的同时，尽最大努力进行踝关节背屈和跖屈(最大等长收缩)。正式测试前先让受试者尽量放松，使肌电信号保持在基线附近(上下不超过10 μV)。

测试时，受试者取仰卧位，双下肢屈髋屈膝，被侧下肢固定于可调节支架上，膝关节固定于屈曲50°，踝关节中立位。嘱受试者用最大的力背屈或跖屈踝关节保持5 s左右(分析时统一取中间3 s)，每次每侧踝关节背屈或跖屈3次，间隔3 s左右，取最大值。测试过程中测试者始终大声鼓励受试者。每次先测试受试者小腿前肌群，再测腓肠肌。

1.4 统计学分析

采用SPSS 17.0软件进行统计分析。所有数据均采用(xˉ±s)表示。同一关节运动模式下，不同年龄组的左右侧肌肉及不同性别进行比较采用组内分组的方差分析。显著性水平α=0.05。

2 结果

在踝关节背屈及跖屈运动模式下，胫骨前肌、腓骨长肌、胫骨短肌、腓肠肌在不同年龄组的iEMG均无显著性差异(P〉0.05)。同一肌肉、同一踝关节运动模式下左右侧及不同性别iEMG比较亦无显著性差异(P〉0.05)。见表2～表21。

由于各年龄段、各肌肉iEMG均无显著性差异，故将三组合并为一组进行分析。同一肌肉、同一踝关节运动模式下左右侧及不同性别iEMG比较亦无显著性差异，故将共计220侧踝关节iEMG数据作为一个整体进行统计分析。初步建立健康中老年踝关节背屈和跖屈肌群最大等长收缩时相应肌群iEMG正常值参考范围。见表22。注：F年龄=2.480,P=0.086;F性别=3.281,P=0.057

表1 健康受试者各年龄段人数、年龄、性别、身高及体质量分布

表2 踝背屈时左右侧胫骨前肌iEMG(μV∙s)

表3 踝跖屈时左右侧胫骨前肌iEMG(μV∙s)

表4 踝背屈时男女胫骨前肌iEMG(μV∙s)

表5 踝跖屈时男女胫骨前肌iEMG(μV∙s)

表6 踝背屈时左右侧腓骨长肌iEMG(μV∙s)

表7 踝跖屈时左右侧腓骨长肌iEMG(μV∙s)

表8 踝背屈时男女腓骨长肌iEMG(μV∙s)

表9 踝跖屈时男女腓骨长肌iEMG(μV∙s)

表10 踝背屈时左右侧腓骨短肌iEMG(μV∙s)

表11 踝跖屈时左右侧腓骨短肌iEMG(μV∙s)

表12 踝背屈时男女腓骨短肌iEMG(μV∙s)

表13 踝跖屈时男女腓骨短肌iEMG(μV∙s)

表14 踝背屈时左右侧腓肠肌内侧肌iEMG(μV∙s)

表15 踝跖屈时左右侧腓肠肌内侧肌iEMG(μV∙s)

表16 踝背屈时男女腓肠肌内侧肌iEMG(μV∙s)

表17 踝跖屈时男女腓肠肌内侧肌iEMG(μV∙s)

表18 踝背屈时左右侧腓肠肌外侧肌iEMG(μV∙s)

表19 踝跖屈时左右侧腓肠肌外侧肌iEMG(μV∙s)

表20 踝背屈时男女腓肠肌外侧肌iEMG(μV∙s)

表21 踝跖屈时男女腓肠肌外侧肌iEMG(μV∙s)

表22 不同踝关节运动模式下不同肌肉iEMG(μV∙s)

3 讨论

sEMG是从皮肤表面通过电极引导、放大、显示和记录下来的神经肌肉系统活动时的生物电信号。其最大的特点是非损伤性、多靶点检测以及信号特征变化与内在生理、病理改变的一致性。长期以来一直使用肌力分级评价、肌肉力量检测和肌肉痉挛度检测等方法进行检测，由于检测效度的主观性、检测结果难以精确定量，以及检测仪器昂贵等原因而使其普遍受到质疑和限制[9]。而sEMG信号分析能够在一定程度上反映运动单位募集和同步化等中枢控制因素以及肌肉兴奋传导速度等外周因素的共同作用[10]。通过sEMG，可以对肌肉功能状态、肌力变化水平进行定量分析。因此，近年来sEMG越来越多应用于肌肉功能和肌力的评定，尤其是在下肢方面的研究[11-13]。

sEMG技术具有操作简单、无创伤性、实时性以及直观性的优点。该技术采用无线电技术，避免了以往线路固定、操作受限的弊端，整个测试过程只需10 min左右，受试者未有任何不适，易于接受。对于数据采集也非常简便而直观，sEMG分析软件可以对每次踝关节背屈或跖屈肌群最大等长收缩时相应肌群sEMG信号进行分析、记录，并以图形及数字的形式保存下来。

iEMG作为sEMG时域分析中最常用的分析指标，反映的是一定时间内肌肉参与活动的运动单位的放电总量，在一定程度上反映了参加工作的运动单位的数量和放电大小，体现肌肉在单位时间内的收缩特性。而有研究者发现，肌肉进行随意静力收缩时，表面电极测定的iEMG与肌力及肌张力在一定程度上呈正相关[14]。

目前有关中国正常人踝关节背屈和跖屈肌群最大等长收缩时sEMG大样本研究在国内尚未见报道。本研究通过对国内健康受试者双下肢踝关节背屈和跖屈肌群最大等长收缩时相应肌群的肌电活动(以iEMG作为观测指标)进行分析，结果发现，各年龄组、左右侧别及不同性别之间均无显著性差异。初步可以认为年龄、侧别及性别可能均不是下肢踝关节背屈和跖屈肌群肌电活动的影响因素。而对于正常人双下肢踝关节背屈和跖屈肌群最大等长收缩时相应肌群的iEMG参考范围的研究，无论是国际上还是在国内也未见报道。基于此，本研究率先利用sEMG记录了41～75岁健康中老年双下肢踝关节背屈和跖屈肌群最大等长收缩时相应肌群的iEMG的大小，从而初步建立了健康中老年双下肢踝关节背屈和跖屈肌群最大等长收缩时相应肌群的iEMG正常值参考范围。

现代研究表明，脑卒中后足下垂主要是由于大脑高级中枢损伤，失去对低位中枢反射的抑制作用，表现为小腿前、外侧肌群如胫骨前肌、腓骨长短肌肌力下降及小腿后侧肌群如小腿三头肌痉挛，出现划圈样步态[15]。目前对于脑卒中后足下垂的评估还限于踝关节活动度测量，小腿肌肉肌力、肌张力量表评估等方式，但均存在一定的主观性及精确度差的问题，而作为神经肌肉疾病传统检测手段的针极肌电图，也存在创伤性较大，患者难以接受的弊端。

sEMG技术主要是通过表面电极对肌肉活动信号进行检测分析，具有无创性、痛苦少的优点，并且可以对肌肉活动进行定量分析，在评价神经肌肉功能状态方面具有良好的特异性、灵敏性和客观性[16]。建立踝关节背屈和跖屈肌群最大等长收缩时相应肌群的iEMG正常参考值范围，有利于量化评估下肢功能障碍，尤其是脑卒中后足下垂功能障碍的严重程度，为康复治疗方案的制定提供量化的参考，有利于提高患者的康复信心及康复疗效，同时打破既往量表评估的局限性，为康复评估提供一种更为量化客观的评估手段。

本研究也存在一些问题和不足。首先，本研究只纳入41～75岁的健康受试者，年龄分层也不够全面，有必要进一步扩大样本量及年龄层次，明确年龄因素是否是下肢踝关节背屈和跖屈肌群肌电活动的影响因素，从而建立更为全面、准确的iEMG参考范围。其次，试验过程中难免受到操作者主观因素、受试者配合程度以及环境因素的影响，造成一定的试验误差，因此我们应当严格按照试验操作规程，与受试者做好充分的解释工作，保证数据的准确性及客观性。

[1]Ward AB.Managing spastic foot drop after stroke[J].Eur J Neurol,2014,21(8)：1053-1054.

[2]李宏玉,朱路文,唐强,等.早期介入功能性电刺激对脑梗死足下垂患者下肢运动功能的影响[J].康复学报,2015,25(1)：6-9.

[3]夏清,袁海,王修敏,等.表面肌电在脑卒中患者肢体功能障碍评价中的意义[J].中国康复医学杂志,2013,28(11)：1046-1050.

[4]黄美玲,杨万章,范佳进,等.早期使用踝足矫形器对脑卒中偏瘫患者步行功能影响的表面肌电信号研究[J].中国康复医学杂志,2014,29(5)：446-450.

[5]吴江.神经病学[M].北京：人民卫生出版社,2014：155-179.

[6]Konrad P.The ABC of EMG：A Practical Introduction to Kinesiological Electromyography[M].USA：Noraxon INC,2005：18-19.

[7]李建华,王健.表面肌电图诊断技术临床应用[M].杭州：浙江大学出版社,2015：59.

[8]李玉章.表面肌电在体育中应用[M].上海：复旦大学出版社,2015：37-47.

[9]Ashby P,Nailis A,Hunter J.The evaluation of“spasticity”[J].Can J Neurol Sci,1987,14(3)：497-500.

[10]Frontera WR,Grimby L,Larsson L.Firing rate of the lower motoneuron and contractile properties of its muscle fibers after upper motoneuron lesion in man[J].Muscle Nerve,1997,20(8)：938-947.

[11]Peters S,Ivanova TD,Teasell R,et al.Is the recovery of functional balance and mobility accompanied by physiological recovery in people with severe impairments after stroke?[J].Neurorehabil Neural Repair,2014,28(9)：847-855.

[12]赵军,张通,芦海涛,等.脑卒中偏瘫步态表面肌电图和动态关节角度分析及康复策略研究[J].中国实用内科杂志,2013,28(6)：948-952.

[13]Kubinski SN,McQueen CA,Sittloh KA,et al.Walking with wider steps increases stance phase gluteus medius activity[J].Gait Posture,2015,41(1)：130-135.

[14]Onishi H,Yagi R,Akasaka K,et al.Relationship between EMG signals and force in human vastus lateralis muscle using multiple bipolar wire electrodes[J].J Electromyogr Kinesiol,2000,10(1)：59-67.

[15]Chung Y,Kim JH,Cha Y,et al.Therapeutic effect of functional electrical stimulation-triggered gait training corresponding gait cycle for stroke[J].Gait Posture,2014,40(3)：471-475.

[16]Aslan SC,Chopra MK,Mckay WB,et al.Evaluation of respiratory muscle activation using Respiratory Motor Control Assessment(RMCA)in individuals with chronic spinal cord injury[J].J Vis Exp,2013,77：1-14.

Characteristics of Surface Electromyography in Maximum Isometric Voluntary Contraction of Ankle Dorsiflexors and Plantarflexors in Healthy Middle to Old People

LUO Meng1,ZHOU Guo-ping1,XU Min2,XU Xiu-hong1
1.Integrated Hospital of Traditinal Chinese Medicine,Southern Medical University,Guangzhou,Guangdong 510315,China;2.College of ACU-Moxibustion and Tuina,Hunan University of Chinese Medicine,Changsha,Hunan 410208,China

Objective To establish normal reference range of surface electromyography(sEMG)in related myoelectric activity when maximum isometric voluntary contraction of ankle dorsiflexors and plantarflexors in healthy middle to old people.Methods From September to December,2015,a total of 110 healthy people aged 41 to 75 years were divided into 41 to 50 years group,51 to 60 years group and〉60 years group according to age.The integral electrical values were measured in each subject by sEMG technique and analysis system under maximum isometric voluntary contraction of ankle dorsiflexors and plantarflexors.Results and Conclusion Under ankle dorsiflexion and plantar flexion movement modes,no significant difference was found in the integral electrical values of tibialis anterior muscle,long peroneal muscle,short tibial muscle and gastrocnemius among different groups(F〈4.545,P〉0.05).No significant difference was found in the integral electrical values of different sides and different genders(F〈7.028,P〉0.05).Normal reference range for integral electrical values was established under maximum isometric voluntary contraction of ankle dorsiflexors and plantarflexors in healthy people.

health;middle-old age;isometric contraction;surface electromyography;integrated electromyogram

ZHOU Guo-ping.E-mail：doctorzgp@sina.com

R322.7

A

1006-9771(2017)10-1157-05

10.3969/j.issn.1006-9771.2017.10.007

[本文著录格式] 罗梦，周国平，徐敏，等.健康中老年踝关节背屈和跖屈肌群最大等长收缩的表面肌电图研究[J].中国康复理论与实践,2017,23(10)：1157-1161.

CITED AS：Luo M,Zhou GP,Xu M,et al.Characteristics of surface electromyography in maximum isometric voluntary contraction of ankle dorsiflexors and plantarflexors in healthy middle to old people[J].Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2017,23(10)：1157-1161.

1.广东省科技厅项目(No.2013A032500014)；2.南方医科大学“临床研究启动计划”项目(No.LC2016ZD033)；3.广东省中医药局科研项目(No.20173012)。

1.南方医科大学中西医结合医院，广东广州市510315；2.湖南中医药大学针灸推拿学院，湖南长沙市410208。作者简介：罗梦(1990-)，男，湖南邵东县人，硕士研究生，主要研究方向：中风病的中西医结合康复。通讯作者：周国平，主任医师，主要研究方向：中风病的中西医结合康复。E-mail：doctorzgp@sina.com。

2017-03-20

2017-05-07)