慢性腰痛的表面肌电研究进展

黄武杰，李雅萍，刘红，江征

福建中医药大学康复医学院，中医骨伤及运动康复教育部重点实验室，福建福州市 350000

慢性腰痛(chronic low back pain,CLBP)的疼痛感受和活动受限使患者生活质量严重下降，由于腰痛所造成的停工和治疗花销也是巨大的经济负担[1]。其发病机制方面，部分研究观察到椎间盘病变[2]、小面关节紊乱[3]、椎体终板改变[4-5]等；部分研究者认为，腰椎肌肉的运动策略和激活模式失常[6-7]与慢性腰痛发病有关。腰椎的稳定-运动模型，被广为接受的是三亚系模型[8-9]：由肌肉构成的主动稳定系统，由椎体、椎间盘、关节韧带构成的被动稳定系统，以及整合感觉输入和运动输出的中枢神经系统，其中一个或多个亚系功能障碍都可能造成脊柱偏离正常中立位，从而导致周围组织损伤和疼痛[10]。

肌肉的协调活动是正常动作的基础，腰椎周围肌肉相互协调才能使动作效率最大。慢性腰痛患者的异常步态或其他异常运动模式提示相关肌肉，如核心肌群和下肢肌肉的运动、协调功能发生改变[11]。

表面肌电因无创、便捷的特性，被广泛应用于观察运动时的肌肉活动。表面肌电检测装置接收肌肉产生的动作电位，并对原始肌电信号进行翻正、滤波、标准化等处理后，可获得肌电振幅、激活时间、激活顺序等参数，在一定程度上反映肌肉接受神经冲动后的募集程度、肌肉活动的持续时间和各肌肉激活的顺序。常见的肌肉活动肌电分析包括三类：①对比不同肌群或相同肌群不同运动间的活动水平，通常以积分肌电值或平均肌电值为对象；肌肉活动水平偏高或偏低均提示可能存在运动模式异常，可进一步分析主动肌、拮抗肌等肌电水平之间的关系，探讨动作的协调性；②观察动作相关肌肉肌电活动起始和结束时间，探讨肌肉激活顺序是否符合正常运动模式；③分析肌电频域，了解肌肉的易疲劳程度，揭示肌耐力与运动表现的关系。

慢性腰痛患者的肌肉激活模式可能发生改变。患者为了避免疼痛，可能倾向于减少相关肌肉的活动，并采用各种代偿策略。许多日常生活活动，如步行、坐站转换、下蹲等，均需腰腹部肌肉参与。腰腹部肌肉作为人体的核心肌群，不仅通过竖脊肌、髂肋肌、腹直肌等浅层肌肉提供躯干屈伸、旋转、侧曲等大幅度活动，深层的多裂肌、腹横肌等也作为稳定肌，为脊柱、四肢的活动提供稳定基础。慢性腰痛患者腰部的稳定与活动可能受影响。

1 步行

慢性腰痛患者步行过程中，竖脊肌和腹直肌肌电水平较高[12]。竖脊肌和腹直肌为浅层肌肉，可使躯干完成大幅度动作，而步行时慢性腰痛患者并没有表现出躯干活动范围的增加[13]，提示浅层肌肉的过度活动是为了代偿深层稳定肌功能不足，保证步行过程中的腰椎稳定性。Hanada等[14]发现，慢性腰痛患者步行时下部腹直肌持续激活，腹内斜肌则为阶段性激活，提示慢性腰痛患者腹部肌群协同活动较差；同样观察到腹内斜肌和后侧肌群之间协同性不佳的现象。

多数慢性腰痛患者的步行研究多局限于腰腹部肌肉，较为一致的结果为竖脊肌活动水平较高[15]。骨盆和髋关节作为连接躯干与下肢的重要枢纽，所附着的臀大肌和腘绳肌在功能上与竖脊肌关系密切，相关研究相对较少。van der Hulst等[16]发现，慢性腰痛患者步行时，竖脊肌、臀大肌相对于股二头肌活动明显延迟。髋伸肌群的激活对于稳定、传导髋关节力量有重要作用[17]，异常的肌肉激活时序提示步行时伸髋模式异常。腰椎-骨盆-髋关节的协调活动使身体可以应对复杂的外界环境，保持稳定的步行。将来应将更多关注骨盆和髋关节周围肌肉，分析其协调性。

2 疼痛恐惧心理

患者对疼痛的恐惧会导致“警惕动作模式”[18]，对步行时的躯干肌肉活动造成影响。对比不同程度的疼痛恐惧心理慢性腰痛患者的竖脊肌在步态摆动相与双足支撑相时的肌电比值，发现恐惧心理程度与该比值呈正相关[19]，提示恐惧程度越高，步行时竖脊肌越紧张。Pakzad 等[20]比较慢性腰痛高恐惧人群和低恐惧人群在步行中双侧腰最长肌、髂肋肌、多裂肌、腹外斜肌、腹直肌的肌电振幅，发现高恐惧人群双多裂肌和右腹直肌激活水平较高，而双腹外斜肌在特定步态时相中也表现出类似的肌电升高。

3 外力干扰

腰-骨盆-髋关节的稳定是活动的基础，使人体可以调整姿势以应对外界的干扰，保持平衡；疼痛使参与平衡调节的肌肉活动受到影响。Boudreau 等[21]对健康受试者进行注射后模拟急性腰痛，发现其在应对前后向的外力干扰时，躯干肌肉活动降低。Jones 等[22]观察到，慢性腰痛患者在面对多方位地面倾斜干扰时，躯干肌肉共同激活程度增加。Larsen 等[23]也发现，在应对随机多方位地面倾斜干扰时，单侧和双侧腰痛患者腰腹部肌电活动均增加，双侧疼痛者更加明显。Jubany 等[24]更换干扰条件，嘱受试者保持身体前倾、微屈髋屈膝，手持托盘，外界的干扰源于托盘上随机施加的重量，发现慢性腰痛患者在应对干扰时肌电激活顺序改变，具体表现为第一个肌电信号延迟出现。

在应对失衡时，由于腰腹部肌肉无法协调高效活动，采用相对单调的增强肌肉活动方式替代，这不仅增加身体能量消耗，而且长期较高的肌肉活动也会对关节造成较大的挤压应力。

4 坐位

随着生活工作方式的改变，久坐现象越来越常见[25-26]，长时间姿势变换减少[27-28]使腰部肌肉柔韧性和力量下降[29]。肌力下降意味着维持脊柱稳定性更多依靠椎间盘和关节，可能导致椎间盘退化[30-31]；不良坐姿造成的脊柱间应力增加和分布不均，也是导致腰痛的重要生物力学因素[32]。然而，对现有研究的系统性评价还不能证实久坐和腰痛之间的一致性联系[33-35]。Jia等[36]发现，正常人在无支撑持续静坐40 min时，上下背部不适增加，局部肌肉疲劳肌电指数增加。Ringheim 等[37]检测维持静坐者的腰部肌电活动，发现尽管慢性腰痛组感觉用力和疼痛程度较高，但肌电活动与非腰痛组不存在显著性差异，表征疲劳程度的肌电指标也没有增加。猜测这可能是腰痛患者静坐时激活了其他肌肉进行代偿，从而避免活化腰部肌肉。该研究没有检测静坐时腹部肌肉的活动，有待进一步完善。

5 俯卧髋后伸(prone hip extension,PHE)

PHE是临床检测腰椎骨盆运动的一种检测手段，可辅助评价慢性腰痛患者的运动功能。慢性腰痛患者PHE时表现为过度骨盆前倾、外倾和旋转[38]，可能增加骨盆周围软组织压力，从而造成疼痛。慢性腰痛患者执行功能性任务的其他几项研究却发现[39-44]，患者腰椎、骨盆活动幅度较小。在执行PHE 时，多裂肌、竖脊肌、臀大肌、腘绳肌承担着稳定和运动功能，使得动作得以协调进行。腰痛患者臀大肌激活延迟，竖脊肌、臀大肌和腘绳肌激活水平较高[45-49]，提示肌肉运动策略异常。Wattananon等[50]发现，与正常人相比，慢性腰痛患者PHE时竖脊肌和多裂肌的协同性较差。

类似的检查还有Sorceson 测试(受试者俯卧于治疗床上，上半身伸出床外，保持身体挺直状态)，Cai 等[51]对受试者髂肋肌与最长肌进行测试，慢性腰痛者的肌电变化与非腰痛者无显著性差异。

6 稳定性训练

许多临床实践指南均推荐慢性腰痛患者进行运动训练，但哪种运动训练方式疗效更佳并没有一致结论[52]。训练深层肌肉(腹横肌、多裂肌)提升躯干稳定性的运动疗法近年来应用较多，多认为稳定肌正常收缩可使动作协调进行[53]。Lomond 等[54]比较躯干稳定性训练和基于运动系统功能障碍而设计的运动训练对躯干姿势调节能力的影响，发现慢性腰痛患者在执行姿势调整任务时肌肉活动水平更高，但姿势调节能力在训练前后无显著性差异。Shamsi等[55]对比运动控制训练和常规训练对于躯干稳定性的影响，没有发现存在显著性差异。尽管以激活特定肌肉、训练特定动作的运动疗法有可能改善躯体的稳定性和协调性，但治疗效果的研究结论仍有争议。

7 小结

目前多数研究观察的动作为日常生活中常用的动作，如步行、坐站转换、躯干反复屈伸等，虽然这些活动所要求的肌肉负荷不大，但长期不良模式造成的关节受力不对称等问题会使得躯体微小损伤持续积累。

步行需要全身肌肉参与，对平衡协调能力的要求也较高，因而研究较多。目前针对步行的表面肌电研究局限于腰腹部肌肉，而慢性腰痛患者步行时骨盆旋转较少、膝关节摆动相末期伸展角过大[56]，提示骨盆周围肌肉，如臀大肌、臀中肌、腘绳肌、股直肌的肌肉活动可能异常，需要进一步测试分析。

早期研究中，表面肌电指标多局限于各肌肉肌电振幅、激活时间等，而观察运动时各肌肉协调情况需要综合分析更多的肌电参数。Orakifar 等[57]观察腰痛患者坐-站转换时腰腹部和腘绳肌肌肉活动，检测指标除肌电振幅外，还包括肌肉活动时间、肌电达峰时间，以及左右对称性。今后对慢性腰痛的表面肌电研究，应该全面检测动作相关肌肉，综合多方面肌电参数，分析动作协调性。

保证肌电信号数据的有效性、可靠性，除严格按照规范进行备皮、电极粘贴等操作外，后期处理也十分重要。干扰表面肌电信号的因素较多，如受试者的用力意愿[58]、电极位置偏差、检测时间等，对肌电信号进行标准化处理十分重要。目前的标准化方案有：①目标肌肉行规范的最大自主收缩(maximum voluntary contraction,MVC)，将原始肌电数值与MVC 行标准化处理；②目标肌肉行特定动作，测量亚最大自主收缩(Sub-MVC)肌电值，行标准化处理；③以运动过程中的肌电均值或峰值作标准化处理。由于无法保证患者按要求完成规范化动作[58]，MVC 和Sub-MVC 的肌电数值有效性并不肯定。今后也需要进一步探讨不同标准化处理的可靠性和有效性。

慢性腰痛的表面肌电研究已经涉及多种活动类型，但肌肉的选择、提取的肌电特征值仍然需要进一步完善。如何将肌电特征转化为临床诊疗手段仍需要进一步探讨。