脑卒中偏瘫患者直立坐位及坐位屈伸运动时躯干浅表肌群表面肌电信号特征研究

乐 琳 关晨霞△ 郭钢花 李 哲 郭小伟 郭 君 李晓丽 王国胜 郝道剑

1)郑州大学第五附属医院康复医学科，河南 郑州 450052 2)郑州市骨科医院脊柱二科，河南 郑州 450003

躯干肌是维持机体平衡的主动稳定系统，当身体受到外力作用或姿势发生改变时，机体往往通过躯干腹直肌、腹内、外斜肌、斜方肌等快速反应性收缩以重新达到新的平衡[1-2]。但在偏瘫患者的康复过程中常可以看到躯干的控制能力受到损害[3]，对步行能力、平衡以及运动控制等产生不利影响[4-5]，严重影响患者的功能恢复，但目前缺乏系统的针对提高躯干稳定性的训练方法[6]。表面肌电图作为一种无创性的检查技术，已成为神经肌肉功能障碍检测与评价的一种新的重要手段，目前已应用于脑卒中患者四肢功能的分析、痉挛、步态分析及吞咽功能障碍机制研究[7-8]，但对于躯干肌群的表面肌电信号特征报道不多，我们前期研究发现正常人在躯干旋转时胸段竖脊肌、腹外斜肌呈现明显的交叉性，转向侧的胸段竖脊肌的肌电活动明显增加，对侧的腹外斜肌肌电活动明显增加，而脑卒中偏瘫患者则没有这种交叉性[9]。本研究将继续对脑卒中偏瘫患者在静息坐位、坐位下躯干前屈、后伸过程中躯干肌群的表面肌电信号特征进行分析，以进一步探讨脑卒中患者躯干肌群的控制机制，为躯干控制评估及训练提供电生理依据。

1 对象与方法

1．1研究对象及分组选择2018-01-2018-05在郑州大学第五附属医院住院的脑卒中偏瘫患者17例作为研究对象。纳入标准：(1)脑卒中符合全国第四届脑血管疾病会议修订的诊断标准，经颅脑CT或MRI证实，遗留左侧肢体瘫痪；(2)初次发病，病程≤3个月；(3)无认知功能障碍，简易精神状态检查(mini mental state examination，MMSE)[10]评分20分以上者，能够配合指令，完成动作；(4)坐位平衡Ⅱ级，能保持独立坐位20 min 以上[11]；(5)改良Ashworth分级肌张力1～2级；(6)签署知情同意书，愿意参加实验。排除标准：(1)依从性差，不能按要求完成指令；(2)腰椎间盘突出症、急性腰扭伤等影响腰部肌群肌肉功能患者；(3)胸腰椎活动受限的患者。另选择16例健康志愿者作为正常对照组。17例脑卒中患者中脑出血7例，脑梗死10例，病程(35.91±8.62)d。2组一般资料比较差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。

1．2方法

1．2．1 测试体位及动作：端坐于可调节高度的凳子上，没有背部支撑，屈髋屈膝90°，双足平放于地面，双手置于腿上，操作者帮助摆放偏瘫侧上肢[12]。脑卒中患者需做好防护，避免在体位变化过程中摔倒，背朝肌电仪屏幕。共需做3组动作：①从放松坐位到直立坐位；②从直立坐位至身体前屈45°处；③从直立坐位至后伸30°处[7]。每个动作记录3次，取其平均值。

1．2．2 表面肌电图电极放置方法及部位：在肌电图室内，室温控制在25 ℃左右，空气湿度70%～80%，先用75%酒精棉球擦拭并清洁电极放置部位皮肤，

表1 2组一般资料

然后在电极片上涂导电膏，目的是将干扰降到最低。表面电极选用一次性心电电极，导电区直径6 mm，放置在肌腹最隆起处，两片电极圆心连线与肌束走向平行。腹直肌的信号收集点为脐旁左右2 cm；胸段竖脊肌的收集点为T10棘突左右2 cm；腰段竖脊肌的收集点为L3棘突左右2 cm；腹外斜肌收集点是脐旁10 cm[13]。采用加拿大的Flex Comp表面肌电分析系统，分别记录在直立坐位、前屈45°位、后伸30°位时的肌电信号值。先观察肌电信号基线平稳3～5 s后，嘱执行相应动作，到达受试体位后保持3 s，各个动作重复3次，并持续记录表面肌电信号至动作测试完成，基线回归平稳时为止。利用BioNeuro Infiniti信号处理软件进行信号频谱分析处理，截取表面肌电信号，提取时域指标——均方根振幅(rootmean square，RMS)作为观察指标。

2 结果

2．12组直立坐位时腹直肌、腹外斜肌、胸段竖脊肌、腰段竖脊肌RMS值比较在直立坐位时正常组胸段竖脊肌、腰段竖脊肌、腹直肌、腹外斜肌的RMS值左、右侧差异无统计学意义(P>0.05)，脑卒中组各肌群瘫痪侧和非瘫痪侧RMS值差异无统计学意义(P>0.05)；脑卒中患者偏瘫痪侧上述各肌群的RMS值与正常对照组左侧各肌群的RMS值比较差异无统计学意义(P>0.05)；脑卒中患者非瘫痪侧上述各肌群的RMS值与正常对照组右侧上述各肌群的RMS值比较差异无统计学意义(P>0.05)。见表2。

2．22组坐位躯干前屈45°时腹直肌、腹外斜肌、胸段竖脊肌、腰段竖脊肌RMS值比较在坐位躯干前屈45°时正常组胸段竖脊肌、腰段竖脊肌、腹直肌和腹外斜肌左、右侧RMS值差异无统计学意义(P>0.05)，脑卒中患者瘫痪侧腹直肌、腹外斜肌的RMS值和非瘫痪侧比较差异无统计学意义(P>0.05)，而瘫痪侧胸段竖脊肌和腰段竖脊肌的RMS值低于非瘫痪侧，差异有显著性差异(P<0.05)；脑卒中患者瘫痪侧腹直肌、腹外斜肌RMS值与正常对照组左侧比较差异无统计学意义(P>0.05)，脑卒中患者瘫痪侧胸段竖脊肌和腰段竖脊肌RMS值低于正常对照组左侧，差异有统计学意义(P<0.05)，脑卒中患者非瘫痪侧胸段竖脊肌、腰段竖脊肌RMS值低于正常对照组右侧，差异有统计学意义(P<0.05)，脑卒中患者非瘫痪侧腹直肌、腹外斜肌的RMS值与正常对照组右侧比较差异无统计学意义(P>0.05)。见表3。

2．32组坐位躯干后伸30°时腹直肌、腹外斜肌、胸段竖脊肌、腰段竖脊肌RMS值比较在坐位躯干后伸30°时正常组胸段竖脊肌、腰段竖脊肌、腹直肌和腹外斜肌左、右侧RMS值差异无统计学意义(P>0.05)，脑卒中患者瘫痪侧腹直肌、胸段竖脊肌、腰段竖脊肌RMS值和非瘫痪侧比较差异无统计学意义(P>0.05)，而瘫痪侧腹外斜肌的RMS值低于非瘫痪侧，差异有统计学意义(P<0.05)；脑卒中患者瘫痪侧腹直肌、腹外斜肌、胸段竖脊肌、腰段竖脊肌的RMS值低于正常对照组左侧，差异有统计学意义(P<0.05)，脑卒中患者非瘫痪侧腹直肌、腹外斜肌、胸段竖脊肌、腰段竖脊肌的RMS值低于正常对照组右侧，差异有统计学意义(P<0.05)。见表4。

表2 2组直立坐位时腹直肌、腹外斜肌、胸段竖脊肌、腰段竖脊肌RMS值比较

2．4躯干浅表肌群在直立坐位、前屈、后伸动作中的的肌电表现从图1A中可以看出，正常组和脑卒中患者的腹直肌在坐位躯干后伸动作时肌电活动较为活跃，图1B显示正常人双侧腹外斜肌在后伸时肌电活动达到峰值，而脑卒中偏瘫患者双侧腹外斜肌在后伸时信号有增强，但折线较缓和，峰值出现不明显，图1C、D显示正常人竖脊肌在前屈位时出现峰值，而脑卒中偏瘫患者双峰值均不如正常人充分。

3 讨论

躯干作为身体的中心，是肢体活动和重心调节的基础，从躯干屈伸肌的生物力学特征及参与运动分析，躯干肌是维持腰椎生理性前凸和平衡的主动稳定系统[14-15]，躯干的控制能力与人体的平衡能力密切相关[16-17]。但在偏瘫患者的康复过程中常常可以看到其躯干的控制能力受到损害，肌肉激活的时间、比例、顺序以及他们之间的协调性均发生变化[18-22]，许多患者坐位平衡、站位平衡不足[23]，有些在行走中采取骨盆后倾、躯干弯曲等异常姿势，甚至在转移过程中摔倒，严重影响患者的功能恢复。因此，关注脑卒中患者躯干肌的控制能力训练、正确的功能评估对于提高脑卒中患者的安全性及加快康复进程意义重大[24-26]。

表3 2组前屈45°时腹直肌、腹外斜肌、胸段竖脊肌、腰段竖脊肌RMS值比较

表4 2组后伸30°时腹直肌、腹外斜肌、胸段竖脊肌、腰段竖脊肌RMS值比较

图1 A：腹直肌在不同动作中的RMS值；B：腹外斜肌在不同动作中的RMS值；C：胸段竖脊肌在不同运动中的RMS值；D：腰段竖脊肌在不同运动中RMS值Figure 1 A：RMS values of rectus abdominis in different actions；B：RMS values of external oblique abdominis in different actions；C：RMS values of thoracic erectorspinae in different actions；D：RMS values of lumbar erector spinae in different actions

表面肌电图目前用于评价脑卒中患者神经肌肉系统功能已成为康复医学研究中的一个热点领域，主要从人体生物特征角度研究肢体肌肉功能而进行康复评估。均方根振幅是表面肌电图中时域分析特征指标，均方根值大小反应肌电幅值变化[27-28]，一般认为其大小与运动单位募集的多少有关。既往研究提示通过该指标不但可以预测肌力的大小[29-30]，还可用于运动功能测试及康复的评价[31-32]。均方根值较常用于表面肌电图的定量分析，较少假象干扰[33]。故本研究选用均方根值作为反映躯干肌肌电活动的指标。

表面肌电图对于表层肌群的信号采集较为可靠，躯干表层运动肌主要为整体肌肉，包括腹直肌、腹外斜肌、竖脊肌等，这些肌肉主要起到控制脊柱运动方向的作用，产生较大力矩、较大幅度的运动[34]，当躯干由屈曲状态变为直立状态时，腹肌可产生拮抗作用[35]。本研究显示，正常人腹直肌和双侧腹外斜肌在坐位躯干后伸时肌电活动达到峰值，偏瘫患者双侧腹外斜肌在后伸时信号虽有增强，但折线较缓和，峰值出现不明显，双侧腹直肌在后伸动作时肌电活动虽较为活跃，但RMS值明显低于正常人，说明在后伸过程中，腹直肌和腹外斜肌作为运动的拮抗肌进行离心收缩以控制躯干后伸的速度和幅度，保持躯干稳定。而脑卒中患者发病后不仅瘫痪侧受到影响，非瘫痪侧也出现了明显的功能下降。这可能是临床中经常见到的脑卒中患者在躯干向后运动时容易失平衡摔倒的原因。躯干前屈的动力来自于躯干自身体质量的重力，在前屈的初始阶段，竖脊肌作为运动的拮抗肌会进行离心收缩以控制躯干前屈的速度和幅度[36]，本研究也印证了这一结果，图3和图4显示正常人胸段竖脊肌和腰段竖脊肌在坐位躯干前屈时出现峰值，而脑卒中偏瘫患者双侧峰值均不如正常人充分。

本研究显示，脑卒中患者在坐位前屈和后伸时躯干肌均受到损害，其中瘫痪侧受损更为严重，导致脑卒中患者在进行前屈和后伸动作时会出现明显的双侧不对称，表现为瘫痪侧躯干肌力相对降低，非瘫痪侧肌力相对增强，使一些与重力相关的姿势出现左右不对称现象，造成身体两侧失去平衡，重心向一侧偏移，致使身体稳定极限改变，无法维持正常姿势控制和重心的合理分布，进而影响机体平衡功能。脑卒中后偏瘫患者不仅瘫痪侧躯干功能受损，非瘫痪侧在不同动作中也出现不同程度的肌力减退，其减退的可能原因：脑卒中患者运动功能发生障碍的同时，感觉系统也发生障碍，存在于肌梭中的本体感觉器感受牵张刺激的能力降低[37]，由于瘫痪侧躯干屈肌或伸肌传人信号的减少，也可影响非瘫痪侧协同肌的激活，产生双侧都受损害的现象[38-39]；废用性萎缩也是造成躯干肌损伤的主要原因，偏瘫患者长期卧床会导致躯干横纹肌体积缩小，肌纤维变细甚至消失[40-41]。

脑卒中偏瘫患者在屈伸动作中双侧腹直肌、腹外斜肌、竖脊肌功能均受损，尤其腹外斜肌、竖脊肌离心收缩功能受损更为明显，为提高躯干稳定性，提示我们在今后的康复训练中重视脑卒中患者躯干浅表肌群的离心收缩训练，与国外研究结果一致[42]。本文样本量较少，今后将增大样本量、扩大研究肌群对脑卒中患者躯干运动的肌电信号特征进一步探讨。