肌電生物反饋聯合康復訓練對不完全性脊髓損傷下肢肌力及步態的影響

俞 兵，周 濤，吳 健，汪紅亮，田 燕，張大炯，王 璐

脊髓損傷患者損傷平面以下功能常部分或完全喪失，嚴重影響生存質量[1]。能否恢復正常的行走能力是患者最常關注的問題[2]，行走功能的預后常與肌肉力量、痙攣程度、下肢畸形類型及康復治療的有效性有關。肌電生物反饋療法通過將體內意識不到的肌肉收縮時產生的肌電信號實時呈現出來，患者可結合其信號反饋功能積極主動參與康復訓練，醫師可以根據儀器反饋的多種肌電特征參數評估康復訓練效果。研究顯示[3-4]肌電生物反饋療法對脊髓損傷的康復有很好的療效，但患者經過治療后的步態改善情況鮮有報道。2017年7月～2019年4月，馬鞍山市人民醫院及馬鞍山市中醫院采用單純康復訓練或聯合肌電生物反饋療法治療42例不完全性脊髓損傷患者，本研究探討其對下肢肌力及步態參數的影響，報道如下。

1 材料與方法

1.1 病例選擇納入標準：① 符合骨科不完全性脊髓損傷診斷標準；② 年齡 18～65 歲；③ 病程半年以內；④ 下肢癥狀以膝、踝功能障礙為主，無基礎骨科疾病，股四頭肌、脛前肌肌肉力量2～3級；⑤ 脊髓損傷步行指數(WISCI)≥6級；⑥ 無認知功能障礙，能夠與治療師正常交流并遵循康復鍛煉意見。 排除標準：① 有其他多器官多系統損傷基礎疾病者；② 患側膝、踝關節肌張力Ashworth分級≥2級。

1.2 病例資料本研究共納入42例，按患者康復訓練時間順序分為治療組及對照組，每組21例。① 治療組：男 13例，女 8 例，年齡33～55(45.5±10.9)歲，脊髓損傷至康復訓練開始時間為1.0～1.7(1.3±0.3) 個月，脊柱骨折節段C6～L2，損傷程度ASIA分級：C 級12例，D級9例。② 對照組：男 14 例，女 7 例，年齡35～57(47.3±9.7) 歲，脊髓損傷至康復訓練開始時間為0.9～1.8(1.2±0.4) 個月，脊柱骨折節段C7～L2，損傷程度ASIA分級：C 級11例，D級10例。兩組性別、年齡、脊髓損傷至康復訓練開始時間以及損傷程度比較差異均無統計學意義(P>0.05)。

1.3 治療方法兩組患者自康復起3個月內均在胸腰支具保護下接受常規康復訓練，并根據康復階段及康復進展針對性改進康復訓練內容。常規康復訓練內容包括: 關節主、被動屈伸練習，功能性電刺，減重步態訓練，中醫針灸，作業治療，體位擺放及姿勢訓練，關鍵肌肌力練習，軟組織牽拉練習等。對照組只進行常規康復訓練，治療組除常規康復訓練外給予肌電生物反饋療法。兩組患者總體治療療程保持一致。

肌電生物反饋療法：與安徽工業大學機械工程學院實驗人員共同完成，設備采用實驗室自主研發的16通道表面肌電采集分析系統。sEMG信號進行帶通過濾過器(10～200 Hz)濾過，全波整流，采樣頻率1 000 Hz，共模抑制比>130 dB，增益1 000，A/D轉換12 Bit。每個通道附有3個表面電極，表面電極為 Ag-AgCl心電監護電極，其中2個是肌電記錄電極，1個是接地電極。用乙醇清潔皮膚后，將2個肌電記錄電極放置于肌腹處且電極連線與肌纖維走向平行，2個記錄電極之間放置接地電極。在安靜的治療室內，讓患者平臥或坐在顯示器前，治療前由治療師詳細講解治療方法、治療要求、注意事項以及治療的安全性。通過前幾次肌肉收縮時產生的sEMG波形反饋信號，由治療師設定患者適宜的電刺激輸出電壓，使治療部位肌肉交替性緊張或放松。開始治療時囑患者努力收縮治療部位肌肉，觀察屏幕上sEMG信號振幅，并且在進行下一次肌肉收縮活動時觀察sEMG信號振幅使之努力超過上次肌肉收縮時產生的最高峰值，如此反復直至sEMG信號無法超過提示患者肌肉疲勞時停止，反復訓練5次為1次治療，每日治療1次，4周為1個療程，連續3個療程治療后記錄最高sEMG信號數據。

1.4 觀察指標① 肌力:按 Lovett 0～5級肌力測定法分別測定治療前及經過3個療程治療后股四頭肌、脛前肌肌力。② sEMG 信號數據:收集治療前及經過3個療程治療后股四頭肌、脛前肌最高 sEMG 信號。③ 步態參數：患者穿帶有墨跡的鞋在一條10 m長的紙人行道上行走，留下腳印。為了使測量結果更加穩定精確，前2 m和后2 m的步行沒有被使用，因為當一個人開始和停止步行時，速度會發生變化。行走時間用數字秒表記錄。步長為步態過程中左右足跟先后著地時兩點間的縱向直線距離，即測量中間6 m行走的平均步長，以cm為單位。步速為總路程(中間6 m)/行走時間。步頻為受試者在1 min內走的步數。收集兩組患者治療前以及經過3個療程治療后的步長、步速、步頻。

2 結果

經過3個療程的治療，兩組患者股四頭肌、脛前肌肌力及sEMG信號均較治療前明顯改善(P<0.01)，且治療組明顯優于對照組，差異均有統計學意義(P<0.01)，見表1。兩組步長、步速、步頻治療3個療程后明顯高于治療前，差異均有統計學意義(P<0.01) 。治療3個療程后兩組間步速、步頻比較差異均有統計學意義(P<0.05)，而步長比較差異無統計學意義(P>0.05)，見表2。

表1 兩組治療前后股四頭肌、脛前肌肌力及sEMG信號比較

表2 兩組治療前后步態參數比較

3 討論

目前臨床上脊髓損傷治療的主要方法包括：早期的大劑量激素沖擊，營養神經藥物治療，解除脊髓壓迫恢復脊柱結構手術治療以及干細胞移植等。這些治療方法的目的在于減輕脊髓損傷后的二次損傷和促進神經系統的再生和修復，但是經過治療后只要殘存肢體功能障礙能及時地進行康復訓練就對功能恢復具有極重要的意義。越來越多的研究發現，在人的生長發育過程中，人類中樞神經細胞間的連接是在不斷變化和完善的[5]。根據 Raineteau(2001年)描述，脊髓損傷后的中樞神經系統的結構和功能的再生修復，可能通過突觸連接的改變發生在已存在的環路中(突觸的可塑性)，也可能通過神經芽生或解剖學重建產生在新的環路中，不完全性脊髓損傷可能產生更為顯著的軸突芽生和生長現象。動物實驗和人體研究已表明[6-7]，在康復治療中，盡早利用這種可塑性可以顯著促進神經系統的再生和恢復。因此積極的康復訓練對促進和增強功能恢復至關重要。脊髓損傷后一旦生命體征和脊柱結構穩定下來，就需做早期針對性的康復治療，這對患者生活質量的提高以及更早地融入社會具有極重要的意義。

本研究通過表面電極安全、無創地檢測外周功能障礙的目標肌肉的肌電信號，從而在一定程度上定量、定性、客觀反映中樞神經系統的恢復狀態，由此可見，表面肌電采集系統可作為康復評估手段。另外,傳統的康復訓練主要由醫務人員幫助完成，患者的訓練行為主要是被動接受，缺乏互動；而肌電生物反饋可以將患者自身的身體信息以圖形化的界面形式直觀展現出來并可進行控制操縱，治療師可通過設置閾值督促患者完成訓練，患者可結合其信號反饋功能主動參與康復訓練。指導醫師可根據儀器反饋的多種肌電特征參數評估訓練效果，為脊髓損傷患者制訂出更有效的康復訓練計劃。

雖然將肌電生物反饋技術運用于脊髓損傷的康復治療有不少報道，但是，基于特定肌群和步態參數的改善程度的相關研究報道尚未檢索到。本研究將步態參數納入到患者治療前、后的下肢功能康復的評價當中，這樣不僅在靜態檢測數值上反映了康復療效，同樣通過檢測運動時的步態參數進一步證明了肌電生物反饋療法對患者下肢運動功能的療效。

本研究結果顯示，兩組在經過3個療程的康復治療后，股四頭肌、脛前肌的sEMG信號數據、肌力及步態參數比治療前均有明顯改善，與其他研究結果相似[8-9]。相關研究也表明[10]，特定肌力與行走能力之間存在一定的關系，不完全性脊髓損傷后肌肉力量的早期恢復已被確定為水平行走預后的一個有效預測因子。在本研究中，治療3個療程后治療組較對照組步速有所增加，提示應用肌電生物反饋技術結合傳統的康復和步態訓練，可以提高股四頭肌及脛前肌的力量，從而提高行走速度。生物反饋訓練也有助于提高肌肉收縮的意識和肌肉活動的維持，膝關節與踝關節伸肌力量被發現與步態模式和速度相關，主要負責軀干的推進和向前加速，從而在提高行走速度方面起著重要作用。除行走速度增加外，本研究中，治療組的步頻較對照組有明顯增加，說明股四頭肌及脛前肌肌力不僅是步長和步速的預測指標，而且也是步頻的預測指標。雖然治療后步長的組間比較差異無統計學意義，但較治療前有明顯改善。我們分析肌力在3級以上水平時，下肢可自覺抬起抵抗重力行進，并且部分患者可借助助步器行走，此時對步長影響甚微。

綜上所述，對于伴有下肢運動功能障礙的不完全性脊髓損傷患者，肌電生物反饋療法聯合康復訓練可以使患者更大程度上取得肌力、行走能力的恢復，是一種有效的治療方法。