基于不同角度的桥式运动表面肌电特征分析

李扬政 李建华 吴方超

浙江大学医学院附属邵逸夫医院康复医学科（杭州310000）

“桥式运动”是一种选择性伸髋运动，是患者早期体位转移训练的重要内容之一。桥式运动作为脑卒中后偏瘫患者腰背肌康复训练的常用方法，能帮助脑卒中患者增加躯干的运动，减少褥疮的发生，促进髋和膝等下肢关节的分离运动，增加髋膝关节的稳定性[1，2]。已有研究发现脑卒中患者早期进行桥式运动可增加腰背部和髋关节周围肌肉的力量，有利于患者步行功能的恢复，同时为坐站训练打下基础，早期的桥式运动训练干预可明显促进患者下肢肌群和腰背部肌群的恢复，缩短患者康复时间[3]。国内也有学者对比了腰痛患者和正常人在桥式运动下的表面肌电特征，发现表面肌电图可以很好地区分正常人和腰痛患者[4]，且腰痛患者在不同体位姿势下其腰背部肌肉的肌电变化存在一定的特征性[5，6]。但是，目前针对这一临床常用的训练方法，其在何种角度下进行桥式运动训练可获得最大的目标肌肉的运动单位募集尚未见报道，本研究对此进行探讨。

1 资料与方法

1.1 研究对象

2016年1月至2016年6月我院门诊张贴招募通知后招募到19 名健康男性志愿者，其平均年龄为53.55± 3.22岁。否认既往存在颈肩腰腿痛以及脊柱相关疾病病史，年龄在50岁～60岁之间，自愿参与本研究，并签署知情同意书，排除1年内有腰痛病史者、认知功能障碍者、骨折病史者、重大内科疾病病史者以及不能配合完成实验研究者。

1.2 研究方法

1.2.1 实验准备

浙江大学医学部附属邵逸夫医院康复医学科表面肌电图室，由空调控制室温为25℃，空气湿度70%～80%之间，以此避免空气温度及湿度对于实验准确性的影响。表面肌电图采集使用芬兰产ME6000-T8 型表面肌电图仪，电极使用杭州迅达公司生产心电电极（直径3 cm，成分为氯化银，直径大小、电极材料、粘性强度等符合测试要求），物理治疗床1 张，配套的便携式手提电脑，通过无线网卡将表面肌电图仪器与手提电脑相连接，电脑预装了配套的MegaWin3.0 表面肌电软件。

（2）受试前准备

受试者在参加表面肌电测试前进行测试相关动作要领的熟悉准备工作，且在正式测试前24小时均未进行任何剧烈体力活动，所有患者需由本人或授权的家属签署知情同意书。正式表面肌电测试开始前，先做5分钟适当的牵伸等热身练习，后进行正式的表面肌电测试。

（3）信号采集部位

本研究采集的肌肉包括腰背部肌群、臀部肌群、下肢大腿及小腿肌群，基本上包括了桥式运动参与的主要肌肉。具体采集肌电信号的肌肉包括：竖脊肌、股四头肌内外侧头、臀大肌、股二头肌长头、腓肠肌外侧头、胫前肌。因受试者均为健康人群，故本研究统一采集受试者左侧肢体的肌肉肌电信号进行数据分析。完成一次的桥式运动训练，受试者在运动过程中相应的目标肌肉均可出现相应的运动单位募集从而产生相应的肌电信号。所有表面肌电信号均采集三次，采用三次测试的平均值作为本次研究的数据。

1.2.2 测试方案

（1）皮肤处理

刮除毛发、死皮，用砂纸打磨皮肤，用75%的酒精擦拭处理皮肤表面的油脂（包括腰部竖脊肌、股四头肌内外侧头、臀大肌、股二头肌长头、腓肠肌外侧头、胫前肌），如受试者皮肤毛发较长影响测试，必要时可进行剃毛处理。

本来此行并没我的份，最后是有人退出，我被递补空缺。坐上车开拔的一刻感觉心头“落停”，受够了今年北京不讲理的闷热，一想起辽阔而凉爽的草原，心都绿着。

（2）电极贴布

根据Konrad等的方法[7]定好电极安放点，电极贴于肌腹部分隆起的最高处，与肌肉纤维走向平行，两个记录电极间距2 cm，参考电极置于骨性凸起处。

（3）关节角度固定

利用关节角度仪控制受试者关节屈曲的角度，受试者在进行桥式运动前将左侧踝关节根据实验要求固定在不同的角度，使小腿与床面的角度分别为15°、45°和75°。

（4）桥式运动

受试者在进行具体测试前先熟悉相关测试动作和流程。桥式运动的要点为：受试者取仰卧位，双手交叉放置在腹部中心，膝关节屈曲，双足平踏在床面上，用力使臀部抬离床面，嘱患者尽最大力量做桥式运动至膝关节、髋关节和颈部在同一连线上则认为患者桥式运动合格，然后受试者在终末端肌肉收缩稳定3 秒后采集5秒原始表面肌电值数据[6]。

（5）肌电图参数设置，信号传送及处理

在配套的计算机中安装MegaWin3.0 信号处理软件，建立实验所需的测量方案，根据既往研究采取的相应方案设置：采样率为1000 Hz，带通为20～500 Hz，共模抑制比＞130 db，总增益412，噪音＜1 μV，模数转换比12 bit。测试中获取的肌电信号经无线网卡传入计算机。测试结束后，利用MegaWin3.0 配套软件进行肌电数据的分析处理，并提取AEMG指标值进行分析。

1.3 统计学方法

采用SPSS16.0统计软件对采集的数据进行统计分析。正态分布数据用均数±标准差（±s）表示。不同角度的组间比较采用独立样本t检验方法进行数据统计分析。设定双侧α=0.05，P＜0.05 被认为差异具有统计学意义。

2 结果

所有患者均顺利完成实验和数据分析，研究结果见表1。随着小腿与床面形成夹角的角度增加，单侧腰背部及下肢所记录肌群的表面肌电平均肌电值总和逐渐减少，小腿与床面呈45°夹角和75°夹角时腰背及下肢肌群肌电激活程度均较15°角时下降，差异有统计学意义（P＜0.05）；小腿与床面呈75°夹角情况时腰背及下肢肌群肌电激活程度较45°角时下降，但差异无统计学意义（P＞0.05）。

由于本研究样本量较少，故本研究可以将所有19例受试者的单侧肢体肌肉AEMG值总和采用雷达图的形式表示，不同角度情况下的单侧肢体肌肉AEMG 值总和如图1所示。

表1 三个角度的单侧肢体肌肉AEMG值总和比较

图1 19名受试者三个角度的单侧肢体肌肉AEMG值总和比较

3 讨论

表面肌电（surface electromyography，sEMG）信号是神经冲动传导至肌肉导致肌肉收缩时产生的可传导至皮肤表面的生物电信号，该信号本质上是众多运动神经元激活导致的肌纤维收缩所产生的生物电的总和。当神经肌肉活动导致肌肉收缩时，信号可通过表面电极在皮肤表面收集并进行分析。表面肌电信号的大小主要与运动单位激活的同步化程度、肌纤维的兴奋传导速度以及肌肉收缩的方式有关，但信号的大小也受到电极粘贴位置、温度等因素的影响[8]。

表面肌电图检查具有无创、实时分析、数据客观等优势，故在检查过程中患者的配和程度良好，且不受患者主观心理因素的明显影响。经过分析后的表面肌电指标可在一定程度上反映局部肌肉激活水平、局部肌肉疲劳程度和局部肌肉收缩模式等特征，在不同动作的肌肉激活时序、肌肉负荷分析以及训练方案的制定和效果评价等方面存在较高的临床价值。表面肌电图的标准化是公认的难题，无论是采用肌肉最大等长收缩情况下的肌电值作为标准化或是采取其中一块肌肉进行标准化均存在明显的误差。故本研究将每个受试者单侧腰背肌、臀部、下肢的相关肌肉所采集的AEMG值的总和作为受试者进行受试动作时的神经肌肉募集情况进行分析。

时域分析指标主要观察肌肉收缩过程中募集的肌电程度的大小，即肌电信号的振幅特征，反映运动单位募集数量的变化，在正常人群中一定收缩范围内，表面肌电信号的大小与肌肉收缩力呈正相关的关系，表面肌电平均肌电值（average electromyogram，AEMG）即为时域指标中的一种。Onishi 等[9]研究证实了肌肉随意静力收缩时时域指标与肌力和肌张力在一定程度上呈正相关关系。当受试者在静力收缩时，肌肉表面获取的原始肌电信号经过分析得出的时域指标值反映了运动单位募集的数量的多少，时域指标值的大小与肌肉收缩力呈正相关，同时也间接反映了患者执行肌肉收缩过程的费力程度。故表面肌电AEMG指标可以反映神经肌肉募集的程度，可一定程度上解释受试者进行某一动作时的费力程度。

桥式运动在康复训练中较为常见，是患者床上体位变换基础的重要内容之一，患者一旦熟练掌握，就可以随意地使臀部处于舒适的位置，进而减少褥疮的发生，而且也便于其它体位和姿势的转换。临床上脑卒中患者发病初期经常利用桥式运动训练促进患者体位的变换，提高患者的日常生活活动能力。因桥式运动简单易行，许多脑卒中患者早期就可掌握动作要领，故在脑卒中患者以及腰痛患者的腰背肌肉功能锻炼中十分常用。Tsuji等[10]研究认为桥式运动可以作为偏瘫患者有氧能力锻炼的重要手段。而廖志平等[11]研究发现，脑卒中患者进行桥式运动时患侧竖脊肌的AEMG值大于健侧，而患者竖脊肌的中值频率值小于健侧，提示脑卒中患者进行桥式运动时存在两侧躯干肌群的激活失衡以及患侧躯干肌群的代偿性募集增加等现象。

本研究结果显示，随着小腿与床面形成夹角的角度增加，单侧腰背部及下肢所记录肌群的表面肌电平均肌电值总和逐渐减少，小腿与床面呈45°和75°夹角时腰背及下肢肌群肌电激活程度明显较15°角时下降，虽然小腿与床面呈75°夹角时腰背及下肢肌群肌电激活程度较45°角时下降，但差异并无统计学意义（P＞0.05）。小腿与床面之间的角度在90°内随着角度的增大，个体的AEMG值总和相对应的减少，受试者的费力程度相应的降低。因此，小腿与床面之间的夹角越小可能越有利于神经肌肉的募集增加，从而增加桥式运动锻炼的效果。

但本研究所测试的夹角角度仅分为3 组，进一步研究中可根据更小的角度进行更多分组研究，观察不同角度变化下的表面肌电值变化特征。此外，本研究的结果只针对于健康受试人群进行分析。对于脑卒中、下腰痛等常进行桥式运动训练的具体疾病而言尚需要进一步深入的研究和分析，这也是笔者下一步需要进行研究的内容。

4 结论

小腿与床之间的夹角在90°角范围内活动时，随着夹角的增大，受试者的终末端费力程度逐渐降低，较小的角度可获得更大的神经肌肉募集。