兩種主動直腿抬高動作相關肌群募集模式的分析

卞榮，陸曉，熊浩，曹文月，朱海燕，蔡雨生

1.南京醫科大學第一附屬醫院康復醫學中心，江蘇南京市210029；2.南京醫科大學康復醫學院，江蘇南京市210000

主動直腿抬高(active straight leg raise,ASLR)可用于腰椎和骨盆疼痛患者的康復治療，以及其他人群的核心控制訓練[1]，也是早期腦卒中偏癱患者為達到步行能力在床上完成的常規基礎治療方法。

ASLR試驗是骶髂關節或者腹股溝疼痛的重要評估和診斷工具。許多研究認為ASLR評估骨盆負荷轉移具有良好的信度和效度[2-3]。既往研究ASLR動作沒有統一的標準，有的研究采用抬起放下的連貫動作，要求平穩流暢，沒有停頓[4-5]；有的則要求抬到固定的高度并滯空保持等長收縮，然后再放下，滯空的時間5～45 s不等[6-8]。這兩種動作的差別對ASLR動作的精準評估和治療均造成一定的困擾，不利于該動作模型進一步的研究和推廣。

很多學者提出不同人群的ASLR動作中腹部肌群存在不同的運動控制策略。如de Groot等[5]發現雙側腹外斜肌激活增加；Beales等[9]發現同側的腹內斜肌和腹外斜肌激活增加，表現為同側優勢模式、對側優勢模式或者對角優勢模式。那么正常人兩種方式的ASLR動作會采取哪種優勢模式？等長、等張的兩種ASLR動作中哪種更省力、效率更高？

針對以上問題，本研究擬使用表面肌電圖(surface electromyography,sEMG)記錄雙側腹內斜肌、腹外斜肌、腹直肌以及同側股直肌的肌電募集率，研究分析正常人兩種ASLR動作的運動控制模式，為該動作更好地作為評估和治療方法提供理論依據。

1 資料與方法

1.1 一般資料

招募2018年6月至10月在南京醫科大學第一附屬醫院實習的11例健康青年受試者，其中男性7例，女性4例，平均年齡(22.8±3.1)歲，身高(169.3±3.9)cm，體質量(60.9±10.8)kg，體質量指數(21.6±2.4)kg/m2。

納入標準：①青年在校大學生；②無腰背傷史；③近半年無特異性腰痛或腰骶損傷。

排除標準：①1年內手術病史；②神經系統疾病；③心肺相關疾病；④關節不穩；⑤步行障礙；⑥低血壓史。

所有受試者均自愿參加本測試，測試前均向每位受試者解釋存在的風險并簽署知情同意書。本研究經本院倫理委員會審核通過。

1.2 方法

采用MyoMuscle DTS無線表面肌電分析系統(美國Noraxon公司)，16通道，采樣頻率l500 Hz，采集率為1秒平均模式，操作軟件MyoResearch 3.10。用2223CN一次性自粘心電電極(美國3M公司)，成分為Ag/AgCl，直徑大小、電極材料、粘性強度均符合測試要求。測試電極間距2 cm，平行于肌肉纖維方向，參考電極貼于另一塊肌肉上[10]。

采集雙側腹內斜肌、雙側腹外斜肌、雙側腹直肌以及同側股直肌等共7塊肌肉的sEMG信號。輕輕剃除測試部位皮膚表面的毛發，用75%乙醇清潔皮膚以降低電阻。各肌肉表面電極放置方法：腹直肌電極定位于臍部水平線以上1 cm，旁開臍2 cm；腹內斜肌電極定位于髂前上棘內側1 cm，且在雙側髂前上棘連線下方0.5 cm處，測試電極與身體中線成45°；腹外斜肌電極定位于臍部水平線以上1 cm，旁開腹直肌外側緣1 cm，測試電極與身體中線成45°；股直肌電極定位于髂前上棘與髕骨上緣的正中位置[11]。

ASLR動作測試分為兩種動作。

動作A：囑受試者仰臥位，雙腿伸展并保持中立位，兩腳分開20 cm，腰部放平，緊貼床面；在“抬腿”口令下，受試者優勢側腿完成直腿抬高動作，每次抬到固定高度(離床面60 cm)，再將腿放回到起始位置，要求整個抬腿動作平穩流暢，沒有停頓；每組5次，每次間隔5 s[12]，共3組。

動作B：基本類似動作A，但在最高點維持滯空動作10 s，用視覺調節足跟與固定標識物的位置關系，要求動作盡量平穩不晃動。每組5次，每次間隔10 s，共3組。

本文使用“同側”指ASLR時的抬腿側，“對側”指另一側。

肌電數據采集分析分為三個部分。

采集7塊肌肉的標準化參考值。讓受試者的7塊肌肉分別做最大自主等長收縮(maximal voluntary isometric contraction,MVⅠC)，持續5 s，每塊肌肉重復3次，每次之間休息2 min[13]。設置肌電信號處理區間，通過去心電干擾、濾波、平滑處理等操作步驟，用Make MVⅠC選項運算處理，得到每塊肌肉MVⅠC的均方根肌電(root mean square,RMS)。該RMS值即為參考值。各肌肉測量體位及方法參考肌肉測試手冊[14]。

分別采集ASLR動作A和B中的sEMG信號。用標記定位程序選取一串肌電波作為目標處理區間，經過相應預處理得到各塊肌肉RMS值。

sEMG信號標準化。將3組測定的ASLR平均值與MVⅠC參考值的百分比(%MVⅠC)作為肌肉募集率，如圖1。募集率反映每塊肌肉在ASLR動作中的募集程度，參照下列公式。

1.3 統計學分析

圖1 兩種ASLR動作的相關肌群募集率肌電圖圖示

2 結果

所有受試者均完成測試。

在動作B中，同側的腹直肌、腹外斜肌和腹內斜肌募集率均大于對側(P＜0.05)。見表1～表3。

表1 兩種動作的腹直肌募集率比較(%MVⅠC)

表2 兩種動作的腹外斜肌募集率比較(%MVⅠC)

表3 兩種動作的腹內斜肌募集率比較(%MVⅠC)

在動作A中，同側腹外斜肌和腹內斜肌募集率均大于對側(P＜0.05)。見表2、表3。

動作A的同側腹內斜肌、對側腹內斜肌和同側股直肌均高于動作B的同名肌募集率(P＜0.05)。見表3、表4。

表4 兩種動作的股直肌募集率比較(%MVⅠC)

3 討論

本研究觀察無痛正常青年人在低水平負荷下兩種ASLR動作的sEMG募集率指標，發現作為主動肌的股直肌的募集率不到20%MVⅠC，其他腹部肌群也都處于較小的激活狀態，募集率均小于5%MVⅠC。

3.1 肌群運動控制模式

正常年青人ASLR動作A的同側腹內斜肌和腹外斜肌表現為同側優勢模式；動作B中，同側的腹內斜肌、腹外斜肌和腹直肌均也表現為同側優勢模式。即兩種動作中都表現為同側優勢模式，等長收縮為主的動作B中，腹直肌也參與同側優勢模式中。

從生物力學角度來分析，ASLR其實是一系列復雜的運動控制過程。在直腿抬高的過程中，屈髖肌對同側髂骨施加前傾的拉力。Mens等[15]從影像學上證實髂骨確實會存在前傾動作。這時對側的股二頭肌激活阻止了該側髂骨跟隨出現的前傾趨勢[7]，在同側屈髖肌和對側伸髖肌的作用下，兩側髂骨在冠狀面上會出現分離。兩側腹內斜肌和腹外斜肌形成兩條相互交叉過中線的“前斜拉索”[16]，交叉的前斜拉索收縮發力可以將兩側髂骨壓在骶骨上，這樣骨盆在冠狀面上就會成為一個整體活動。這與Snijders等[17]提出的骨盆上“力鎖合”(force closure)機制是一致的。同時腹壁相關肌群激活可以協助穩定骨盆，為屈髖肌提供一個穩定起點的基面。

然而，兩種ASLR動作均表現為同側腹肌優勢激活模式。與“前斜拉索”上腹內斜肌和腹外斜肌對稱性收縮的傳統觀念并不一致。從運動機能學角度看，腹內斜肌起于髂嵴，止于胸廓下3對肋和腹白線；腹外斜肌起自下位8個肋骨，后部肌束向下止于髂嵴前部。這兩塊腹部肌肉連接著同側的髂嵴和胸廓，如果同側腹內斜肌和腹外斜肌協同收縮，會產生更大的同側縱向力。而同側髂骨在ASLR動作中被屈髖肌牽拉，有向前傾的趨勢[8]，恰好需要更多的同側縱向拉力平衡。因此，動作A和動作B的同側腹內斜肌和腹外斜肌募集率較對側多一點，表現為同側優勢模式。這樣可以有效地對抗同側髂骨的縱向力分量，以更好地穩定骨盆[18]。

在Hu等[7]的研究中，當增加負重或者難度時，雙側腹肌激活的不對稱更大。動作B與動作A相比，10 s的等長收縮滯空動作會產生同側髂骨更多的不穩定。因此，同側腹直肌較對側更多地收縮以參與穩定同側髂骨，表現為股直肌的同側優勢模式。這與de Groot等[5]和 Beales等[8]報道的一致。

3.2 相關肌群募集率

動作A是等張向心和等張離心收縮組合；動作B除了等張收縮組合以外，還需要持續10 s等長收縮完成滯空動作，按常理應該會調動更多的運動單元參與。但研究結果恰恰相反，動作B中腹內斜肌和股直肌的募集率相對動作A較低，表現為動作B的滯空動作效率更高。

持續的、低負荷的肌肉收縮(如維持身體姿勢的任務)需要遵循Henneman的經典“大小原則(Size Principle)”的募集順序[19]。動作A中從零開始逐步加力至下肢自重，完成等張向心，然后是等張離心，整個動作過程用時很短，遵循的“大小原則”是一種自發模式。等張向心動作時，小而低閾值的運動單位較大而高閾值的運動單位先被募集，肌電圖的波幅隨募集運動單位的數目增加而增大。向心收縮的運動單位募集方式主要是數目的增加，不伴有發放頻率的調節[20]。在接下來的等張離心動作中，運動單位募集的順序從大到小。如圖1所示動作A的肌電圖呈單峰型。

動作B相關肌肉的募集率較動作A小，其中腹內斜肌和股直肌有顯著性差異。動作B與動作A所不同的是中間有一段10 s的等長收縮過程。在此階段，為了能夠保持穩定的滯空狀態，需要視覺和本體感覺進行感覺-運動整合[21]，這些感覺反饋會影響神經肌肉調控系統。動態平穩地募集小運動單位，盡量不產生大小運動單位的頻繁快速變化，這個策略很有意思。募集慢的不易疲勞的小運動單位，簡化了中樞神經系統的控制[22]，并可以較長時間使用這些不易疲勞的肌肉纖維產生穩定動作，可確保平順的肌力變化和耐力。此外，在Leitch等[23]的研究中發現，等長和等張收縮運動中，等長收縮頻率比等張收縮低，而力和頻率在一定條件下呈正相關[24]。因此，在做同樣負荷的動作時等長收縮的募集率相對于等張收縮較低，這與我們得到的結果一致。

本文是針對ASLR模型的系列前驅研究之一，后續會在此基礎上研究ASLR動作中每塊肌群的激活時間順序，分析其神經控制機制。本研究發現，兩種ASLR動作中都呈現出腹肌同側優勢模式，體現了正常人腹肌的非對稱性運動控制策略。動作B中腹內斜肌和股直肌的募集率相對動作A較小，提示由于感覺反饋產生的“滯空動作”運動效率更高。在今后的ASLR評估和訓練中，治療師可以根據需要選擇不同的ASLR動作。