肌電生物反饋療法對膝骨性關節炎股四頭肌力量和功能的影響

劉麗金，梁 杰，蘇嬋娟，盧惠蘋，陳 昕

(福州市第二醫院康復醫學科，福建 福州 350007)

膝骨性關節炎(knee osteoarthritis，KOA)是一種多見于中老年人的慢性退行性骨關節病變，發病率呈逐年上升趨勢。KOA患者常出現膝關節疼痛腫脹，活動受限，甚至出現關節畸形，這些癥狀嚴重影響患者生活質量，也給個人與社會帶來了經濟負擔。臨床上常采取不同的治療方法來減輕疼痛和改善患者膝關節功能，包括藥物(鎮痛藥和關節內藥物)[1]、物理療法(運動、生活方式)[2]和外科手術(灌洗、關節置換術)[3]，但療效欠佳。股四頭肌無力與KOA膝關節疼痛和功能喪失有關，并加劇疾病的進展。近年來肌電生物反饋療法在肌肉骨骼疾病中應用越來越廣泛，通過創建新的反饋系統并增強患者主動積極康復意識，提高治療依從性，并有效減輕疼痛，增強肌力，當靶向特定肌肉時生物反饋設備通過表面應用電極來記錄肌肉活動。將肌肉活動轉變為視覺、聽覺或其他提示，隨肌肉張力的增加或減少而變化，患者獲得反饋，并根據反饋信息能夠改變肌肉力量[4]。本研究將探討肌電生物反饋療法對KOA患者股四頭肌力量和功能的影響，為臨床上進一步推廣提供一定的理論基礎。

1 資料與方法

1.1一般資料：選取2019年1月～2019年12月福州市第二醫院康復醫學科門診及住院收治的確診單側KOA患者52例，根據就診順序將患者的信息輸入電腦，電腦隨機分為治療組和對照組各26例。比較兩組患者的年齡、體重指數(BMI)、病程、性別等差異均無統計學意義(P>0.05)，本研究經我院醫學倫理委員會批準。見表1。

表1 兩組患者的一般資料比較例)

1.2納入與排除標準：納入標準：①符合2010年中華醫學會風濕病學分會制定的《骨關節炎診斷及治療指南》中的診斷標準[5]；②根據膝關節X線或MRI的檢查符合Kellgren-LawrenceⅡ～Ⅲ級分級；③年齡在45～74歲之間的單膝KOA患者；④治療前患者均已簽署知情同意書。排除標準：①合并膝關節的炎癥性疾病；②存在膝關節創傷如骨折、韌帶、半月板損傷等疾病；③存在影響患側下肢的神經系統疾病；④存在癲癇、嚴重心律失常、糖尿病等內科疾病；⑤存在嚴重的認知功能不能配合者。

1.3治療方法

1.3.1常規的康復治療：治療組及對照組患者均進行常規的康復治療，常規康復治療包括理療和運動訓練。理療：在患膝局部行干擾電治療，選用國產HGM-200II中頻靜電治療儀，將兩組電極交叉對置患膝周圍，調整治療內生模式為6擋(骨關節疾病)，治療強度設置為患者可耐受的程度，1次/d，每次治療20 min，每周治療5 d，治療6周。運動訓練：在治療師的引導下進行患側下肢各關節屈伸肌力、活動度訓練，適當下肢抗阻訓練，1次/d，每次治療20 min，每周治療5 d，治療6周。

1.3.2肌電生物反饋療法：治療組除了接受與對照組相同的常規康復治療的同時還額外接受了肌電生物反饋治療，選用德國Myo Trac的儀器進行患側股四頭肌[股外側肌(VL)、股直肌(RF)、股內側肌(VMO)]肌電生物訓練，進行等距收縮刺激訓練。使用表面電極記錄肌肉活動，3個電極安放位置參考如下[6]：①股外側肌：正電極片置于髕骨外側緣上方15 cm肌腹隆起處，負電極平行放置于正電極旁 2 cm處；②股內側肌：正電極片位于髕骨內側緣上方5 cm肌腹隆起處，負電極平行置于該電極旁2 cm處。將肌電生物反饋系統的配置調整為刺激頻率為50 Hz，脈寬為200 μs；選擇仰臥位，開始訓練之前要求患者在患膝下方用毛巾墊起成半屈膝狀態，當聽到儀器發出“收縮”指令時指導患者做伸膝動作，此時儀器會給予一次電刺激，患者將股四頭肌最大收縮至肌電閾值水平，收縮時間為10 s，并記錄最高點作為下次閾值水平；當儀器發出 “放松” 指令時刺激停止，患者放松肌肉，然后休息20 s。1次/d，每次治療20 min,每周治療5 d，共治療6周。

1.4評價指標

1.4.1Lyshlom膝關節評分量表(LKSS)：采用LKSS評分量表評估KOA患者治療前、后膝關節功能的恢復情況，根據LKSS評估表中的8項內容記錄得分，將臨床療效分為：優為85分、良為84～70分、中為69～60分和差為<59分[7]。

1.4.2表面肌電參數評定:采用上海諾誠醫療器械有限公司(型號為MEGA-ME 6000)的表面肌電圖測試儀采集治療前、后患側下肢VL、VMO的肌電信號，設置數據采集頻率為1 000 Hz，采用處理軟件Mega Win進行數據處理。安放電極位置、步驟參考同肌電生物反饋治療，在60°/s時采集等速向心伸膝時相應肌肉的sEMG信號，選取均方根值RMS作為評估股四頭肌力量。

1.4.3等速肌力參數評定：使用等速肌力測試訓練系統(美國公司Biodex System)評估治療前、后膝關節屈伸力量測試。方法如下[6]：選擇角速度為60°/s的等速向心收縮模式，測試前囑患者在進行膝關節屈伸訓練5 min，在適應后囑患者連續10次最大強度最大范圍的膝關節屈伸運動，取均值作為受試者患側樣本參數，記錄屈/伸肌峰力矩比(H/Q)評估膝關節穩定性。

2 結果

2.1兩組患者治療前、后LKSS評分比較：兩組患者治療前的LKSS評分差異無統計學意義(P>0.05)。治療2周后，對照組評分較治療前差異無統計學意義(P>0.05)；治療組LKSS評分高于治療前，且高于對照組，差異均有統計學意義(P<0.05)。治療6周后，兩組LKSS評分均高于治療前，且治療組明顯高于對照組，差異均有統計學意義(P<0.05)。見表2。

表2 兩組患者治療前、后LKSS評分比較

2.2針對LKSS評分的重復測量方差分析：對LKSS重復測量方差分析(詳見表3及圖1)，提示時間的P<0.05說明在不同的觀察節點的兩組LKSS評分對比存在差異，時間*組別的P<0.05說明分組對結果的產生存在一定的影響。具體的影響進一步行簡單效應分析，分析結果與組間兩兩一致。

原來如此……袁安的母親在妓院里聽到的，李離的父親由酒席上聽到的，那些不可思議的故事，那些流光溢彩的傳奇，都來自一個在深山里信口開河的老瞎子，就像柳毅遇到洞庭龍王，魏征砍掉涇河龍王的腦袋，這樣半真半假的傳奇，茶余飯后是很好的消遣，可是你選擇了相信它，并因此跋山涉水夢寐求之……袁安抬頭盯著李離看，李離將手捂在雙眼上，四個少年，一時間覺得之前吞到胃里的黃粱酒，比黃連膽汁來得都要苦。

表3 治療前、治療2周、治療6周LKSS評分重復測量方差分析結果

圖1 兩組LKSS評分重復測量邊際平均值圖

2.3兩組患者治療前、后股四頭肌RMS比較：兩組患者治療前VMO、VL的RMS差異無統計學意義(P>0.05)。治療2周后，對照組RMS與治療前差異無統計學意義(P>0.05)；治療組的VMO、VL的RMS評分高于治療前，且高于對照組，差異均有統計學意義(P<0.05)。治療6周后，治療組、對照組兩組RMS均高于治療前，且治療組明顯高于對照組，差異均有統計學意義。見表4。

表4 兩組患者治療前后在60°/s的等速向心訓練RMS的比較

2.4針對VM、VL的RMS評分的重復測量方差分析：對VM、VL的RMS重復測量方差分析(詳見表5、表6及圖2、圖3)，提示時間的P<0.05說明在不同的觀察節點的兩組RMS對比存在差異，時間*組別的P<0.05說明分組對結果的產生存在一定的影響。具體的影響進一步行簡單效應分析，分析結果與組間兩兩一致。

表5 治療前、治療2周、治療6周VM的RMS值重復測量方差分析結果

圖2 兩組VM的RMS值重復測量邊際平均值圖

表6 治療前、治療2周、治療6周VL的RMS均值重復測量方差分析結果

圖3 兩組VL的RMS值重復測量邊際平均值圖

2.5兩組患者治療前、后屈伸肌力矩比值(H/Q)比較：治療前，兩組H/Q差異無統計學意義(P>0.05)。治療2周后，對照組(H/Q)與治療前差異無統計學意義(P>0.05)；治療組的H/Q值低于治療前，且低于對照組，差異均有統計學意義(P<0.05)。治療6周后，治療組、對照組兩組H/Q均低于治療前，且治療組明顯低于對照組，差異均有統計學意義(P<0.05)。見表7。

表7 兩組患者治療前、后在60°/s的等速訓練H/Q的比較

2.6針對H/Q的重復測量方差分析：對H/Q重復測量方差分析(見表8及圖4)，提示時間的P<0.05說明在不同的觀察節點的兩組H/Q對比存在差異，時間*組別的P<0.05說明分組對結果的產生存在一定的影響。具體的影響進一步行簡單效應分析，分析結果與組間兩兩一致。

表8 治療前、治療2周、治療6周H/Q比值重復測量方差分析結

圖4 兩組H/Q重復測量邊際平均值圖

3 討論

KOA好發于中老年人，流行病學調查顯示發病率呈逐年升高趨勢，給個人及社會帶來巨大的經濟負擔。在臨床上早中期KOA提倡保守治療，保守治療方法繁多，相關的研究表明物理療法和運動療法的聯合使用對KOA的治療是值得肯定的[8-9]。常用物理因子治療如干擾電可改善膝周局部血液循環，抑制感覺神經提高痛閾而達到鎮痛效果[10]。運動療法能增強KOA患者膝周肌力和活動度，提高膝關節的穩定性，從而改善膝關節功能[11]。但是運動療法對緩解疼痛作用有限，且患者需要長期治療，很多患者常因疼痛等原因對運動治療表示抗拒、服從性差[12]。因此尋求一種綜合的康復治療方法改善KOA患者的早期癥狀迫在眉睫。

KOA患者常因疼痛、腫脹、活動障礙等原因導致膝周血液、淋巴循環和關節軟骨營養減少，軟組織粘連及攣縮，進而引起膝周無力、關節失穩、本體感覺減退以及髕股關節紊亂[13]。KOA患者常常伴隨股四頭肌無力，Omori G等認為股四頭肌肌肉力量下降與 KOA密切相關，提高股四頭肌力量可有效降低KOA發生風險，減少股脛關節間隙狹窄的進展[14]。當膝關節不穩定時也會加劇KOA的病變過程，強化股四頭肌肌力訓練可以有效提高膝周穩定能力。股四頭肌的持續無力是KOA康復的最大問題，如何提高KOA患者的股四頭肌力是KOA康復治療的主要目標。

近年來肌電生物反饋治療越來越多地被運用于半月板損傷、前交叉韌帶損傷術后等膝周肌肉骨骼疾病康復治療，肌電生物反饋能夠采集并將肌肉松弛或收縮時的肌電信號放大，將肌電活動進行視覺、聽覺信號轉換，患者能夠以視覺、聽覺方式判斷相關肌肉功能的即時變化情況，進而增加神經中樞對肌肉的控制能力，促進機體功能恢復[15]。肌電生物反饋療法將肌電和神經肌肉電刺激相結合，主動反復刺激、收縮，使神經、肌肉細胞發生興奮，促使中樞神經系統釋放內源性類嗎啡，提高肌群力量控制和神經肌肉功能恢復，有效提高康復治療積極性和依從性[16]。

本研究使用表面肌電參數客觀量化評估股四頭肌收縮能力，表面肌電信號為神經肌肉系統活動過程中生物電變化的一維電壓時間序列信號，能夠在一定程度上反映肌肉活動水平與功能狀態的變化，與肌纖維構成存在一定關聯性[17]。表面肌電RMS值與肌肉收縮能力成線性關系，一定程度上可以反映肌力的大小。KOA患者因股四頭肌肌肉橫截面積減少，募集能力下降，表現為表面肌電信號值下降[18]。馬磊等研究發現通過肌電生物反饋療法對股內側肌進行針對性治療，可以有效提高髕股關節疼痛綜合征患者的股內側肌力，為髕股關節提供更好的穩定性[19]。Anwer等發現肌電生物反饋治療可以提高股四頭肌的最大等長收縮肌力[20]。本研究發現治療組KOA患者予2周的肌電生物反饋治療聯合常規康復治療后股內側肌、股外側肌及股直肌的RMS評分較治療前有增加，且隨著治療時間的延長，6周后兩組患者的RMS均值進一步增加。說明了膝周肌肉力量均較治療前有改善，而肌電生物反饋組治療較對照組改善明顯。考慮是肌電生物反饋提高了靶向目標肌肉激活及控制能力，增加肌肉的募集和負荷，使肌肉的放電速度加快，使神經中樞沖動的頻率加快，提高肌肉中樞同步興奮程度。一定程度上股四頭肌和腘繩肌比值可以反映膝關節屈伸肌的肌力平衡，是衡量膝關節穩定性的重要指標[21]，機體通過改變膝屈伸肌的共同活動來代償維持關節穩定。俞曉杰等的研究顯示，KOA腘繩肌共同活動的比率增加緣于KOA直接損傷和關節源性肌肉抑制(Arthrogenic Muscle Inhibition，AMI)，持續的股四頭肌的AMI影響膝關節的動態穩定并增加膝關節結構負荷[22]。本研究采用等速測試膝關節屈、伸肌力矩比值(H/Q)精準量化評估膝關節穩定性。KOA患者屈伸肌力出現不平衡衰減，導致膝關節力學上的不平衡，即H/Q比值升高[23]。在本研究中發現肌電生物反饋治療可以降低H/Q比值，膝關節穩定性增加。分析原因可能有兩方面：一方面肌電生物反饋治療根據神經可塑性、運動皮層理念可以部分消除股四頭肌的AMI[24]；一方面是患者在視聽覺反饋下有意識進行股四頭肌肌群的主動收縮，進而對感覺運動皮質產生不斷刺激作用，達到新的感覺興奮痕跡建立的目的，輸送給中樞神經系統大量運動及本體感覺信息，有助于機體感覺運動中樞對股四頭肌肌電活動產生新感知達到肌群運動功能的正常控制[25]。

本研究結果顯示肌電生物反饋組治療2周后LKSS評分較治療前明顯提高，治療6周后兩組的LKSS評分均較治療前明顯提高，且治療組高于對照組，差異均有統計學意義(P<0.05)。說明治療組在膝關節功能的恢復上更具有優勢。考慮膝關節功能改善的內在作用機制可能是股四頭肌表面肌電信號升高，膝關節穩定性增強同時與肌電生物反饋提高患者正反饋的依從性有一定關聯。而常規康復治療2周后各種指標均較治療前改善，但差異均無統計學意義(P>0.05)，考慮與治療時間2周不足有關[26]。GOH等研究比較運動干預對KOA患者的療效，結果顯示運動療效在2個月左右時達到最大,其主要原因是患者鍛煉依從性較差，且運動初期容易誘發疼痛[27]。

本研究表明肌電生物反饋治療結合常規治療可有效提高臨床股四頭肌肌肉力量及膝關節的穩定性，改善膝關節功能，預防膝骨性關節炎的進一步加重，值得在臨床上進一步推廣使用。本研究的主要局限性是樣本量少，且研究時間短，無法說明肌電生物反饋治療的長期療效，有必要再進一步擴大樣本量及延長觀察時間窗。