健康中老年踝關節背屈和跖屈肌群最大等長收縮的表面肌電圖研究①

羅夢，周國平，徐敏，許秀洪

·臨床研究·

健康中老年踝關節背屈和跖屈肌群最大等長收縮的表面肌電圖研究①

羅夢1，周國平1，徐敏2，許秀洪1

目的 建立健康中老年雙下肢踝關節背屈和跖屈肌群最大等長收縮時相應肌群積分肌電值正常值參考范圍。方法2015年9月至12月，收集41～75歲健康受試者110例，分為41～50歲組、51～60歲組和〉60歲組，測量受試者雙下肢踝關節背屈和跖屈肌群最大等長收縮時相應肌群積分肌電值。結果與結論 在踝關節背屈及跖屈運動模式下，脛骨前肌、腓骨長肌、脛骨短肌、腓腸肌在不同年齡組的積分肌電值均無顯著性差異(F〈4.545,P〉0.05)；同一肌肉同一踝關節運動模式下左右側及不同性別積分肌電值比較亦無顯著性差異(F〈7.028,P〉0.05)。建立了健康中老年雙下肢踝關節背屈和跖屈肌群最大等長收縮時相應肌群積分肌電值正常值參考范圍。

健康；中老年；等長收縮；表面肌電圖；積分肌電值

下肢功能障礙，尤其是腦卒中后足下垂的發生，嚴重影響患者的步行，給患者身體和心理造成沉重的負擔[1-2]。近年來國內外表面肌電(surface electromyography,sEMG)技術已經廣泛應用于肢體功能障礙的研究[3-4]。但是國內外對于踝關節背屈和跖屈肌群肌電值正常參考范圍還沒有統一的標準。

流行病學顯示，腦卒中多發于中老年人[5]。結合本單位實際情況，本研究主要收集了41～75歲健康受試者，旨在通過對大樣本健康中老年不同年齡段最大等長收縮時踝關節背屈和跖屈肌群進行sEMG分析，初步揭示健康中老年踝關節背屈和跖屈肌群最大等長收縮時相關肌群積分肌電值(integrated electromyogram,iEMG)(iEMG與肌力及肌張力在一定程度上呈正相關)與年齡變化的關系，初步建立健康中老年最大等長收縮時踝關節背屈和跖屈肌群iEMG的正常值參考范圍，打破以往量表評估的局限性，為臨床下肢功能評估尤其是腦卒中后足下垂功能評估及康復治療指導提供更為直接、客觀的科學參考依據。

1 對象與方法

1.1 對象

本研究以南方醫科大學中西醫結合醫院針推康復科職工、陪護人員、患者家屬及2015年9月至2015年12月期間來院體檢人員為研究對象。

納入標準：①既往體健，參加研究前3個月內無下肢損傷；②無心臟、神經、骨骼系統疾患；③簡易精神狀態檢查(Mini-Mental State Examination,MMSE)總分在正常范圍；④所有受試者均簽署知情同意書。

共入選110例，其中女性60例，男性50例；年齡41～75歲，平均年齡(56.3±16.7)歲。將受試者按年齡分成三組。各年齡段年齡、人數、性別、身高及體質量分布見表1。

1.2 儀器

MyoMove-COW表面肌電圖技術與分析軟件：上海諾誠電氣有限公司。系統主要由裝有前置放大器的電極線、8通道的表面肌電系統和與之相連的計算機系統三部分組成。前置放大器固定于電極的位置，具有高輸入阻抗、低噪聲和高共模抑制比的特點，可以放大sEMG信號，減少其他信號干擾。所有記錄sEMG信號的電極都是一次性專用電極(編碼：W7JD-DY-12V/1.5A)，電極間的間距2～3 cm為宜，電極走向應符合安放標準，即電極片安放與肌纖維走向平行[6]。參考電極粘置于靠近記錄電極附近的脛骨上或踝關節周圍等骨性區域[7]。

1.3 測量方法

參數設置：采樣頻率2048 Hz，共模抑制比≥110 dB，輸入阻抗≥1000 MΩ，幅頻特性0.2 Hz～10 kHz。電極安放位置：將電極貼分別置于小腿前、外側肌群(脛骨前肌、腓骨長短肌)和腓腸肌內外側肌肉上(具體安放位置見參考文獻[8])。

測試前，受試者熟悉實驗過程及注意事項2～3 min，并練習在保持屈髖屈膝的同時，盡最大努力進行踝關節背屈和跖屈(最大等長收縮)。正式測試前先讓受試者盡量放松，使肌電信號保持在基線附近(上下不超過10 μV)。

測試時，受試者取仰臥位，雙下肢屈髖屈膝，被側下肢固定于可調節支架上，膝關節固定于屈曲50°，踝關節中立位。囑受試者用最大的力背屈或跖屈踝關節保持5 s左右(分析時統一取中間3 s)，每次每側踝關節背屈或跖屈3次，間隔3 s左右，取最大值。測試過程中測試者始終大聲鼓勵受試者。每次先測試受試者小腿前肌群，再測腓腸肌。

1.4 統計學分析

采用SPSS 17.0軟件進行統計分析。所有數據均采用(xˉ±s)表示。同一關節運動模式下，不同年齡組的左右側肌肉及不同性別進行比較采用組內分組的方差分析。顯著性水平α=0.05。

2 結果

在踝關節背屈及跖屈運動模式下，脛骨前肌、腓骨長肌、脛骨短肌、腓腸肌在不同年齡組的iEMG均無顯著性差異(P〉0.05)。同一肌肉、同一踝關節運動模式下左右側及不同性別iEMG比較亦無顯著性差異(P〉0.05)。見表2～表21。

由于各年齡段、各肌肉iEMG均無顯著性差異，故將三組合并為一組進行分析。同一肌肉、同一踝關節運動模式下左右側及不同性別iEMG比較亦無顯著性差異，故將共計220側踝關節iEMG數據作為一個整體進行統計分析。初步建立健康中老年踝關節背屈和跖屈肌群最大等長收縮時相應肌群iEMG正常值參考范圍。見表22。注：F年齡=2.480,P=0.086;F性別=3.281,P=0.057

表1 健康受試者各年齡段人數、年齡、性別、身高及體質量分布

表2 踝背屈時左右側脛骨前肌iEMG(μV?s)

表3 踝跖屈時左右側脛骨前肌iEMG(μV?s)

表4 踝背屈時男女脛骨前肌iEMG(μV?s)

表5 踝跖屈時男女脛骨前肌iEMG(μV?s)

表6 踝背屈時左右側腓骨長肌iEMG(μV?s)

表7 踝跖屈時左右側腓骨長肌iEMG(μV?s)

表8 踝背屈時男女腓骨長肌iEMG(μV?s)

表9 踝跖屈時男女腓骨長肌iEMG(μV?s)

表10 踝背屈時左右側腓骨短肌iEMG(μV?s)

表11 踝跖屈時左右側腓骨短肌iEMG(μV?s)

表12 踝背屈時男女腓骨短肌iEMG(μV?s)

表13 踝跖屈時男女腓骨短肌iEMG(μV?s)

表14 踝背屈時左右側腓腸肌內側肌iEMG(μV?s)

表15 踝跖屈時左右側腓腸肌內側肌iEMG(μV?s)

表16 踝背屈時男女腓腸肌內側肌iEMG(μV?s)

表17 踝跖屈時男女腓腸肌內側肌iEMG(μV?s)

表18 踝背屈時左右側腓腸肌外側肌iEMG(μV?s)

表19 踝跖屈時左右側腓腸肌外側肌iEMG(μV?s)

表20 踝背屈時男女腓腸肌外側肌iEMG(μV?s)

表21 踝跖屈時男女腓腸肌外側肌iEMG(μV?s)

表22 不同踝關節運動模式下不同肌肉iEMG(μV?s)

3 討論

sEMG是從皮膚表面通過電極引導、放大、顯示和記錄下來的神經肌肉系統活動時的生物電信號。其最大的特點是非損傷性、多靶點檢測以及信號特征變化與內在生理、病理改變的一致性。長期以來一直使用肌力分級評價、肌肉力量檢測和肌肉痙攣度檢測等方法進行檢測，由于檢測效度的主觀性、檢測結果難以精確定量，以及檢測儀器昂貴等原因而使其普遍受到質疑和限制[9]。而sEMG信號分析能夠在一定程度上反映運動單位募集和同步化等中樞控制因素以及肌肉興奮傳導速度等外周因素的共同作用[10]。通過sEMG，可以對肌肉功能狀態、肌力變化水平進行定量分析。因此，近年來sEMG越來越多應用于肌肉功能和肌力的評定，尤其是在下肢方面的研究[11-13]。

sEMG技術具有操作簡單、無創傷性、實時性以及直觀性的優點。該技術采用無線電技術，避免了以往線路固定、操作受限的弊端，整個測試過程只需10 min左右，受試者未有任何不適，易于接受。對于數據采集也非常簡便而直觀，sEMG分析軟件可以對每次踝關節背屈或跖屈肌群最大等長收縮時相應肌群sEMG信號進行分析、記錄，并以圖形及數字的形式保存下來。

iEMG作為sEMG時域分析中最常用的分析指標，反映的是一定時間內肌肉參與活動的運動單位的放電總量，在一定程度上反映了參加工作的運動單位的數量和放電大小，體現肌肉在單位時間內的收縮特性。而有研究者發現，肌肉進行隨意靜力收縮時，表面電極測定的iEMG與肌力及肌張力在一定程度上呈正相關[14]。

目前有關中國正常人踝關節背屈和跖屈肌群最大等長收縮時sEMG大樣本研究在國內尚未見報道。本研究通過對國內健康受試者雙下肢踝關節背屈和跖屈肌群最大等長收縮時相應肌群的肌電活動(以iEMG作為觀測指標)進行分析，結果發現，各年齡組、左右側別及不同性別之間均無顯著性差異。初步可以認為年齡、側別及性別可能均不是下肢踝關節背屈和跖屈肌群肌電活動的影響因素。而對于正常人雙下肢踝關節背屈和跖屈肌群最大等長收縮時相應肌群的iEMG參考范圍的研究，無論是國際上還是在國內也未見報道。基于此，本研究率先利用sEMG記錄了41～75歲健康中老年雙下肢踝關節背屈和跖屈肌群最大等長收縮時相應肌群的iEMG的大小，從而初步建立了健康中老年雙下肢踝關節背屈和跖屈肌群最大等長收縮時相應肌群的iEMG正常值參考范圍。

現代研究表明，腦卒中后足下垂主要是由于大腦高級中樞損傷，失去對低位中樞反射的抑制作用，表現為小腿前、外側肌群如脛骨前肌、腓骨長短肌肌力下降及小腿后側肌群如小腿三頭肌痙攣，出現劃圈樣步態[15]。目前對于腦卒中后足下垂的評估還限于踝關節活動度測量，小腿肌肉肌力、肌張力量表評估等方式，但均存在一定的主觀性及精確度差的問題，而作為神經肌肉疾病傳統檢測手段的針極肌電圖，也存在創傷性較大，患者難以接受的弊端。

sEMG技術主要是通過表面電極對肌肉活動信號進行檢測分析，具有無創性、痛苦少的優點，并且可以對肌肉活動進行定量分析，在評價神經肌肉功能狀態方面具有良好的特異性、靈敏性和客觀性[16]。建立踝關節背屈和跖屈肌群最大等長收縮時相應肌群的iEMG正常參考值范圍，有利于量化評估下肢功能障礙，尤其是腦卒中后足下垂功能障礙的嚴重程度，為康復治療方案的制定提供量化的參考，有利于提高患者的康復信心及康復療效，同時打破既往量表評估的局限性，為康復評估提供一種更為量化客觀的評估手段。

本研究也存在一些問題和不足。首先，本研究只納入41～75歲的健康受試者，年齡分層也不夠全面，有必要進一步擴大樣本量及年齡層次，明確年齡因素是否是下肢踝關節背屈和跖屈肌群肌電活動的影響因素，從而建立更為全面、準確的iEMG參考范圍。其次，試驗過程中難免受到操作者主觀因素、受試者配合程度以及環境因素的影響，造成一定的試驗誤差，因此我們應當嚴格按照試驗操作規程，與受試者做好充分的解釋工作，保證數據的準確性及客觀性。

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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

[本文著錄格式] 羅夢，周國平，徐敏，等.健康中老年踝關節背屈和跖屈肌群最大等長收縮的表面肌電圖研究[J].中國康復理論與實踐,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.廣東省科技廳項目(No.2013A032500014)；2.南方醫科大學“臨床研究啟動計劃”項目(No.LC2016ZD033)；3.廣東省中醫藥局科研項目(No.20173012)。

1.南方醫科大學中西醫結合醫院，廣東廣州市510315；2.湖南中醫藥大學針灸推拿學院，湖南長沙市410208。作者簡介：羅夢(1990-)，男，湖南邵東縣人，碩士研究生，主要研究方向：中風病的中西醫結合康復。通訊作者：周國平，主任醫師，主要研究方向：中風病的中西醫結合康復。E-mail：doctorzgp@sina.com。

2017-03-20

2017-05-07)