基于肌张力描记技术测量的慢性非特异性腰痛竖脊肌收缩特性分析

李绪，许子琢，鲁俊，保沁彤，刘欣荣，赵若欣，许光旭,4

1.南京医科大学，江苏南京市 210029；2.School of Kinesiology and Health Study of Queen University，Canada，K7L 3N6；3.南京医科大学第一附属医院老年康复医学科，江苏南京市 210029；4.南京医科大学附属江苏盛泽医院康复医学科，江苏苏州市 215228

慢性非特异性腰痛(chronic nonspecific low back pain,CNLBP)是指身体后侧第12 肋至臀褶之间的区域在无明确病因情况下出现的肌肉骨骼源性疼痛，且疼痛持续时间超过12 周[1-2]。CNLBP 是最常见的肌肉骨骼疾病之一[3]。2012 年对全球腰痛患病率的回顾报告称，全球腰痛的平均患病率高达11.9%，1年的患病率达到23.2%[4]。同时有超过80%的成年人在整个人生过程中至少会遭受一次腰部疼痛[5]。持续的腰痛不仅会影响患者的日常活动能力，还会给患者带来心理和经济负担。

尽管CNLBP 的发病率很高，且常伴有残疾[6]，但其病理生理学仍不清楚。传统影像学检查(如X 线和MRI 等)通常与患者症状的相关性不高，仅对少数有严重病理学改变的患者有帮助[7]。fMRI 研究已经明确腰痛患者椎旁肌肉的结构(肌肉萎缩和脂肪浸润)[8]和功能改变(收缩延迟和减弱)与患者的症状存在一定的关联[9]。目前，最常用的椎旁肌肉评估方法是表面肌电图(surface electromyography,sEMG)和超声。sEMG 可以通过测量神经肌肉电活动的信息来评估肌肉的疲劳状态。sEMG虽是一种无创性检查，患者接受度较高，但其缺点主要是表面肌电信号本身的强度不高，在传导过程中，表皮和组织对其有一定的削弱，使得记录的表面肌电信号强度更加微弱，也更容易受到干扰[10]，在信号的保真度方面存在很大问题；同时sEMG 也不能测量肌肉的生物力学特性[11]。而超声虽然是非侵入性的，但其对肌肉收缩的测量通常以休息时和收缩时的肌肉厚度(或横截面积)的差异为依据，当无法确定肌肉处于“休息”状态时(如姿势性张力、肌肉痉挛等)，测量结果可能就会有较大误差[12]。所以目前临床上还缺乏一种简单易行且可靠率较高，用来评估腰痛患者的腰部肌肉收缩特性的技术。

肌张力描记技术(tensiomyography,TMG)是一种非侵入式检测工具，通过位移感受器记录骨骼肌在单一电刺激下肌腹在径向位移时产生的一系列参数，能够测量肌肉的收缩特性，同时可以直接测量肌肉组织的结构改变程度[13]及生物力学特性[14]，被认为是估算浅表肌肉硬度[15-16]和疲劳性的可靠方法[17-18]。TMG 已广泛应用于竞技体育和运动科学领域[18-20]。近年来，在康复医学领域也逐渐受到关注[21]。本研究拟通过TMG定量评估CNLBP 患者竖脊肌的收缩特性，比较CNLBP 患者与无症状对照人群的竖脊肌收缩特性的差异，明确竖脊肌的收缩特性与患者的疼痛和功能障碍是否相关，为CNLBP 的临床诊疗、制定康复训练计划、评定康复疗效提供精准的客观依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2020 年1 月至6 月于南京医科大学第一附属医院老年康复医学科门诊和病房收治的CNLBP 患者24例(CNLBP组)，并招募性别、身高、体质量、体质量指数相匹配的无症状志愿者26例(对照组)。

CNLBP 诊断标准：①身体后侧第12 肋至臀褶之间的区域在无明确病因情况下出现的肌肉骨骼源性疼痛，且疼痛持续时间超过12 周[1-2]；②影像学检查未发现明显异常(椎管狭窄、腰椎骨折、腰椎占位、腰椎滑脱等)。

纳入标准：①年龄18～65 岁，性别不限；②单侧疼痛；③腰部疼痛的视觉模拟评分(Visual Analogue Score,VAS)≥4分；④签署知情同意书。

排除标准：①由腰椎以外的问题引起的疼痛(如主动脉瘤破裂)，影响腰椎疼痛的特定疾病(如硬膜外脓肿、压缩性骨折、风湿性疾病、脊柱肿瘤、马尾综合征、腰椎特异性或非特异性感染性疾病等)及由腰椎间盘突出或椎管狭窄等有明确病理改变引起的腰痛[1-2,22]；②妊娠；③腰椎有手术史；④近期接受过腰痛治疗(包括物理治疗、口服止痛药等)；⑤严重心脑血管疾病、精神异常、认知功能障碍等不能理解配合；⑥不适合完成本研究的情况。

脱落标准：①发生严重不良事件导致不得不临时退出试验；②因自身原因要求退出试验。

两组年龄、性别、身高、体质量、体质量指数和左右利手均无显著性差异(P＞0.05)。见表1。

本研究经南京医科大学第一附属医院伦理委员会审批通过(No.2020-SR-280)。

表1 两组一般资料比较

1.2 方法

在评估之前，参与者被要求24 h 内不进行剧烈的体力活动。在测定身高和体质量后，进行TMG检查。

采用TMG 测量设备(TMG-BMC,Ljubljana,Slovenia)对研究对象双侧竖脊肌进行测量，该设备由高度灵敏的数字位移传感器、固定装置、电刺激器和电极组成。由2 名具有1 年TMG 操作经验的医生进行评估。

受试者俯卧位，双手置于额头，腰部放松；参照Lohr 等[23]的方法，将位移传感器垂直置于L1～L5旁竖脊肌最饱满的肌腹处，弹簧常数为0.17 N•mm-1，将两片自粘电极(50×50 mm)对称置于传感器近端与远端1.5 cm 处的竖脊肌上；给予竖脊肌单相方波电刺激，脉冲1 ms，电流初始强度为30 mA，采用TMG MUSCLE DIAGNOSTICS v3.6 软件(TMG-BMC Ltd.,Ljubljana)记录竖脊肌位移-时间曲线(图1)。电流强度每次增加10 mA，间隔30 s，直至达到最大位移，或达到最大电流强度(110 mA)。

1.3 评估指标

1.3.1 TMG参数

11月27日，蚂蚁金服、信美人寿公布对“相互保”的整改结果——产品更名为“相互宝”，成为由蚂蚁金服独立运营的网络互助计划，而非由保险公司信美人寿承保的保险产品。这是在“相互保”的同类产品“京东互保”11月14日短暂上线即下架、监管约谈信美人寿之后，相互保的运营方根据监管要求作出的调整。这意味着，相互宝此后将不再是一款保险产品，其性质与现有的网络互助无异。

利用TMG MUSCLE DIAGNOSTICS v3.6 软件提取位移-时间曲线相关参数。①峰值径向位移(Dm)：指肌肉最大径向位移距离。Dm 可以表示肌肉的僵硬程度，Dm 越小表示肌肉越僵硬[24]。②收缩时间(Tc)：指Dm 从峰值的10%增加到90%所需要的时间。Tc 值受到Dm 值变化的影响，但是在许多情况下，Tc 值的改变与Dm 值的改变不成比例。在此种情况下，Macgregor 等[25]认为Tc 值是由肌肉收缩速度(VC)决定的，独立于Dm 值。③延迟时间(Td)：指从电刺激开始到达到10%Dm 所需的时间。④持续时间(Ts)：指Dm 峰值两侧50%之间的时间；⑤放松时间(Tr)：指在下降曲线上从90%Dm 到50%Dm 的时间。⑥双侧对称性(lateral symmetry,LS)：指左右两侧竖脊肌的对称性[26-27]；⑦根据Dm 和Tc 计算VC，VC是指从10%Dm到90%Dm 之间的平均速度(见公式)。García-Manso等[28]的研究表明，VC是一项评价外周肌肉疲劳状态的重要潜在指标，de Paula Simola 等[29]发现肌肉疲劳时VC减小。

图1 TMG产生的收缩位移-时间曲线[25]

1.3.2 疼痛与功能评估

1.3.2.1 VAS

采用VAS评价患者腰部的疼痛程度。采用一把刻度有0～10 的硬尺，0 为没有疼痛，10 为最大疼痛，患者依据自身感觉，从0～10中间选择一个能够代表自己疼痛程度的刻度。3 分以下(1～3 分)：疼痛比较轻微，患者可以忍受；4～6 分：患者的疼痛会影响睡眠，但也可以忍受；7～10分：患者有非常强烈的疼痛感，不能忍受，甚至影响睡眠及食欲。

1.3.2.2 ODI

采用ODI评估患者的功能障碍程度。ODI由10个问题组成，包括疼痛(疼痛的强度、疼痛干扰睡眠的程度)、单项功能(提物、步行、坐位、站立)和个人的综合功能(生活自理能力、社会生活、性生活和旅游)等3个方面。每个问题6个选项，评分为0～5分。ODI计算方法：实际分数之和/50×100%，分数越高，功能障碍越严重。

1.4 统计学分析

采用SPSS 25.0 软件进行分析。采用Shapiro-Wilk检验评价数据分布的正态性。符合正态分布的数据用以()表示，组间比较使用独立样本t检验；不符合正态分布的数据用M(Ql,Qu)表示，组间比较使用Mann-WhitneyU检验。对CNLBP 患者的VAS 和ODI评分与TMG 参数进行相关性分析，正态分布数据采用Pearson 相关分析，非正态分布数据采用Spearson相关分析。显著性水平α=0.05。

2 结果

2.1 竖脊肌TMG参数

2.2 双侧竖脊肌对称性

CNLBP 组竖脊肌的双侧对称性为67.0% (57.8%,84.0%)，对照组为71.5%(64.0%,79.5%)，两组间比较均无显著性差异(Z=-0.350,P=0.727)。

2.3 Dm、VC与VAS和ODI的相关性分析

CNLBP组双侧竖脊肌的Dm、VC与VAS和ODI均无显著性相关(P＞0.05)。见表3。

3 讨论

竖脊肌为脊椎后方的伸肌，最主要的功能是维持腰椎的稳定。有研究发现[8]，竖脊肌形态改变与慢性腰痛密切相关。本研究显示，与无症状人群相比，CNLBP 患者双侧竖脊肌的Dm 和VC均降低，但左右无显著性差异，且Dm 和VC与患者的疼痛和功能障碍无显著性相关。

TMG 是一种非侵入性骨骼肌功能潜力测量技术，用于测量目标骨骼肌在等长条件下接受非自愿(即非中枢激活)单一电刺激的机械反应。该技术便于动态观察和多次重复检查，是评估肌肉类型分布[30-31]、僵硬程度、肌肉损伤程度、疲劳状态和双侧肌肉对称性[32-33]的有效方法，且具有较高的可靠性[23]。本研究显示，CNLBP 患者疼痛侧竖脊肌的僵硬程度较无症状人群增加。Shirley 等[34]通过对L3和L4施加前后振荡压力，发现腰痛患者脊柱僵硬程度高于无症状者。Brodeur等[35]采用类似的技术，发现男性腰痛患者脊柱僵硬程度高于无症状者。同时，有研究发现[36-37]，局部肌肉的疲劳会使Dm 降低；还有研究发现[19]，全身性的疲劳也会引起Dm 的下降。本研究还显示，CNLBP 患者的疼痛侧竖脊肌处于疲劳状态。以上表明该技术能同时评估肌肉的僵硬程度和疲劳状态，这也是国内外第一次采用TMG 来评估CNLBP 患者的腰部肌肉的僵硬度和疲劳性。

sEMG 已被认为是一种评估腰背部肌肉疲劳的客观和非侵入性的常见工具[38-39]。在评估CNLBP 患者时，背伸肌疲劳性的评估越来越重要，许多研究通过耐力测试结合sEMG 记录进行。然而，大多数sEMG研究都是在等长收缩条件下进行的，实验过程中重复的屈伸循环可能对于患有CNLBP 的受试者来说有些困难，特别是疼痛感比较重的受试者[40]。

TMG 检测时则无需患者重复做等长收缩，只需在放松体位状态，即可快速完成腰部肌肉僵硬和疲劳程度评估。本研究与Rose-Dulcina 等[41]研究结论不一致的原因可能是评估肌肉疲劳状态的方法不同：本研究中在进行TMG 评估时腰部肌肉处于静息状态；而Rose-Dulcina等则是采用EMG 评估腰部肌肉持续等长收缩时的疲劳状态。

表2 CNLBP组疼痛侧与非疼痛侧竖脊肌TMG参数比较

表3 CNLBP组双侧竖脊肌的Dm、VC与VAS和ODI相关性分析

本研究发现，CNLBP 患者竖脊肌的双侧对称性与无症状人群比较无显著性差异，原因可能是本研究纳入的是CNLBP 患者，病程较长，患者在站立、行走以及体位转移等日常活动中，出现代偿与适应。

本研究还发现，CNLBP 患者非疼痛侧竖脊肌的Dm 和VC减小，而其余各参数均无显著性差异。说明CNLBP 患者非疼痛侧竖脊肌的收缩特性也发生变化，提示我们在实施干预措施时不能仅局限于疼痛侧，还应关注非疼痛侧。

本研究中CNLBP 患者双侧竖脊肌的Dm 和VC与患者的疼痛程度和功能障碍均无相关性，可能是由于VAS 和ODI 都为主观评价，受患者个体差异影响较大。Koppenhaver等[9]的结论与本研究结果一致。此外Koppenhaver等[9]还发现，腰部多裂肌的僵硬程度与患者的疼痛程度显著相关，但是TMG 只能测量浅表肌群的收缩特性，而无法测量深层肌肉的收缩特性，这也是TMG 的缺点之一。横断面的研究设计仅能发现CNLBP 患者竖脊肌收缩特性与无症状人群之间的差异，而无法说明竖脊肌收缩特性与腰痛的因果关系。未来需要设计良好的前瞻性研究进一步明确竖脊肌收缩特性与腰痛的因果关系。

综上所述，CNLBP 患者双侧竖脊肌的僵硬程度与疲劳程度显著高于无症状人群，但竖脊肌的收缩特性与患者的疼痛和功能障碍程度没有显著性相关。TMG 作为一种非侵入式肌肉收缩特性检测工具，是通过机械信号传输数据，它对外界噪音的敏感度较低，不受皮肤阻力和出汗的影响，技术难度较低，检测精准，可及时反馈定性定量数据，并可同时评估腰部肌肉的僵硬程度和疲劳状态，因此对腰痛患者的评估变得更高效、全面和客观，在临床上为CNLBP 患者的精准诊疗提供依据。

利益冲突声明：所有作者声明不存在利益冲突。