腦卒中偏癱病人呼吸肌表面肌電信號特征研究

王修敏，張洪宇，周 康，夏 清

腦卒中病人發(fā)病后呼吸功能異常，易出現(xiàn)腦卒中相關性肺炎、心肺功能明顯下降，影響病人整體康復預后[1]。臨床上積極評估和治療呼吸功能障礙成為腦卒中病人全面康復的重要部分[2]。表面肌電圖(surface electromygraphy，sEMG)在腦卒中偏癱病人的肢體運動、軀干控制的評價方面運用廣泛，用于評價呼吸功能的對象多為慢性阻塞性肺病(COPD)病人[3]。目前評價呼吸功能指標眾多，但采用表面肌電圖評價腦卒中病人呼吸肌功能的臨床研究較少[4]。本研究分析腦卒中恢復期偏癱病人和健康成人在平靜狀態(tài)下和用力呼吸時呼吸肌表面肌電信號特征，為呼吸功能康復療效評價提供新的客觀依據。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選取2021年1月—2021年5月合肥市第二人民醫(yī)院康復科收治的腦卒中偏癱病人21例作為觀察組。納入標準：符合全國第四屆腦血管疾病會議修訂的診斷標準，經頭顱CT或MRI證實，病情穩(wěn)定，首次發(fā)病；存在一側肢體癱瘓；年齡30～75歲；病程≤6個月；簡易精神狀態(tài)檢查(Mini Mental State Examination，MMSE)評分>20分以上，能夠完成指令性動作。排除標準：生命體征不平穩(wěn)或伴有認知障礙，MMSE得分≤20分；有心肺基礎疾病；有頭頸及軀干肌肉或骨骼損傷影響正常呼吸運動者；雙側肢體癱瘓；2次及以上腦卒中；情緒不穩(wěn)定依從性差。另外選取22名健康體檢者作為健康組，年齡30～75歲，認知功能正常，排除心肺基礎疾病。所有受試者參與前均簽署知情同意書。兩組研究對象一般資料比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，詳見表1。

表1 兩組一般資料比較

1.2 方法 受試者測試體位及動作：正面避開肌電顯示屏幕，采用端坐位坐在無靠背椅子上，雙上肢自然置于體側。測試動作包括：①平靜呼吸；②最大用力呼吸。檢測房間室溫控制在25～28 ℃，空氣濕度70%～80%，先用75%乙醇棉球擦拭電極目標位置皮膚。采用芬蘭MEGA公司生產的ME-6000-T8表面肌電測試儀，表面電極選用一次性使用Ag-AgCl心電電極，導電區(qū)直徑6 mm。胸鎖乳突肌(EMGsc)：檢測電極位于雙側胸鎖乳突肌總長度的1/3和2/3處，參考電極置于胸骨上窩；胸骨旁(EMGpara)：將表面檢測電極雙側置于第二肋間隙，約3 cm胸骨旁，參考電極置于胸骨角；膈肌(EMGdi)：電極置于雙側腋前線與第6～8肋間連接區(qū)；腹直肌(EMGrec)：臍水平兩側旁開2 cm[5]。檢測開始時觀察肌電信號基線平穩(wěn)5 s后，先記錄病人平靜呼吸肌電信號3 min，采集其中1 min用于觀察；然后囑病人做最大用力吸氣和呼氣動作，中間無屏氣過程。重復3次，每次間隔30 s，取最大值用于觀察。提取時域指標均方根值(root mean square，RMS)，分析軟件為Megawin 2.4，測試參數：共模抑制比110 dB，模擬/數字轉換14位，采樣頻率1 000 Hz，最大漂移噪聲絕對值1.6 μV，濾波器范圍8～500 Hz，有效測試范圍±8 000 μV，輸入阻抗20 GΩ，噪聲<1 μV，增益305，可用通道8。

2 結 果

2.1 兩組平靜呼吸時呼吸肌表面肌電RMS值比較 平靜呼吸時，觀察組胸骨旁肋間外肌RMS值較健康組高，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，其余各肌群RMS值比較差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。詳見表2。

表2 兩組平靜呼吸時呼吸肌表面肌電RMS值比較[M(P25,P75)] 單位：μV

2.2 兩組最大用力呼吸時呼吸肌表面肌電RMS值比較 最大用力呼吸時，觀察組兩側胸鎖乳突肌、胸骨旁肋間外肌、兩側膈肌及腹直肌RMS水平均較健康組偏低，差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。兩組左側膈肌RMS均較右側膈肌高，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。詳見表3。

表3 兩組最大用力呼吸時呼吸肌表面肌電RMS值比較(±s) 單位：μV

3 討 論

腦卒中病人可以出現(xiàn)肢體運動、平衡、感覺等多方面功能異常，其中肺功能與日常生活如呼吸、言語甚至吞咽等方面密切相關。腦卒中發(fā)病早期肺功能下降容易引發(fā)腦卒中相關性肺炎[6]，恢復期病人病情平穩(wěn)，軀干活動受限可能影響肺功能康復。可能的原因有：軀干核心肌群力量下降，膈肌收縮功能異常，吸氣肌肌力和耐力不足；軀干肌群張力升高造成胸廓在呼吸過程中擴張度不足，順應性下降[7]，因此，腦卒中病人肺功能表現(xiàn)為限制性通氣功能障礙[8]。潮氣量減少，殘氣量增多，影響正常氣體交換，腦卒中病人更容易出現(xiàn)呼吸疲勞[9]。

目前直接評價肺功能的物理方法主要為肺功能測定、膈肌彩超等。肺功能測定指標包括用力肺活量(FVC)、第1秒用力肺活量(FEV1)占預計值的百分比、潮氣量等，檢測時需要病人主動配合，很多腦卒中病人尤其是發(fā)病早期病情不穩(wěn)定不能有效完成檢測。膈肌在軀干核心肌群穩(wěn)定性方面發(fā)揮重要作用，不僅是主要的呼吸肌，也是軀干姿勢控制方面的重要肌肉[10]。膈肌彩超能夠定量檢測膈肌活動度、厚度及變化率[11]，多用來評價呼吸訓練后肺功能改善程度[12]，但其檢測方法并無統(tǒng)一標準，臨床上爭議較多。

表面肌電圖是一種檢測體表肌肉收縮時肌電信號的無創(chuàng)性手段，能夠反映肌肉內在的病理生理改變，可以采集包括呼吸肌在內的骨骼肌電信號[13]，近年來臨床運用廣泛。目前使用表面肌電評價腦卒中病人呼吸肌電生理的研究較少。一方面，由于呼吸肌位置特殊，不同于肢體表面肌肉易于暴露便于采集信號，現(xiàn)有的方法是采用多導食管電極管采集膈肌肌電信號[14]，由于該侵襲性操作對于腦卒中病人無論是急性期還是恢復期均有較大風險，臨床使用較少；另一方面，呼吸肌表面肌電檢測普遍存在的疑點：表面肌電電極采集到的肌電信號能否真實反映呼吸肌如膈肌的電生理水平？Wu等[3]檢測穩(wěn)定期慢性阻塞性肺疾病病人平板運動時的呼吸肌表面肌電，認為胸骨旁肋間肌RMS值與經食管采集膈肌RMS值的相容性和相關性最好，可從電生理角度用于間接評估膈肌功能。確定呼吸肌如肋間肌肌電信號能夠用來評價膈肌功能后，研究對象也在逐漸擴展。以往慢性阻塞性肺疾病穩(wěn)定期病人研究較多[15]，后期納入急性加重期病人[16]。除此之外，表面肌電也用于健康人呼吸負荷時呼吸肌功能和疲勞情況的研究[17]。

本研究采集腦卒中恢復期偏癱病人呼吸主動肌及輔助肌的表面肌電信號，分析其與健康人之間的差異，對于研究呼吸肌肌力、耐力及疲勞程度等均有重要臨床意義。RMS是表面肌電時域分析中常用的幅度參數，用于描述一段時間內肌肉放電平均變化特征，直接反映肌肉收縮時產生的能量大小，通常用來評估肌力。RMS取決于運動單位的募集程度和興奮節(jié)律的同步化程度，肌肉收縮時肌力大小與興奮募集的肌纖維數目呈正相關，即參與肌肉收縮的肌纖維數目越多，產生的肌力就越大。因此，本研究采用RMS反映病人在一定時間內呼吸肌收縮放電的能量大小。

平靜呼吸運動與膈肌、胸壁肋間肌的收縮密切相關；用力呼吸時，胸鎖乳突肌、腹直肌等輔助肌群也參與其中。腦卒中病人呼吸肌無力究竟是單側還是雙側存在很大爭議。Fluck[18]研究認為，腦卒中病人自主深呼吸時，癱瘓側的胸壁運動是減少的；Troyer等[19]也認為腦出血病人自主呼吸時肋間肌和癱瘓側膈肌肌電信號明顯減少，原因考慮為呼吸肌同樣受交叉神經纖維支配。然而，Kim等[20]的研究發(fā)現(xiàn)，腦卒中病人最大用力吸氣與呼氣末時患側膈肌厚度均明顯薄于非患側；呼氣末時，腦卒中病人與健康人之間膈肌厚度差異并不明顯，但在最大用力吸氣時，腦卒中病人癱瘓側與非癱瘓側膈肌厚度均明顯低于健康人，這與本研究中最大用力吸氣時腦卒中偏癱病人雙側膈肌肌電信號均低于健康人的結論是一致的。隨著病程的遷延，病人整體運動量的下降，膈肌失神經支配及失用均會導致收縮功能整體減退，病人胸壁活動度明顯下降，而癱瘓側胸壁失去神經支配后運動會較對側明顯受限[21]。正因如此，腦卒中病人接受胸廓松動術后，胸壁呼吸肌運動受限得到緩解，胸壁擴展度與肺功能能夠明顯改善[22]。

本研究中腦卒中病人在平靜呼吸時胸骨旁肋間肌RMS值較健康人高，差異有統(tǒng)計學意義；胸鎖乳突肌、膈肌和腹直肌RMS組間比較差異均無統(tǒng)計學意義。可能的原因為：腦卒中恢復期偏癱病人軀干張力異常，平靜呼吸時病人為克服胸廓擴張受限導致的限制性通氣阻力，肋間肌收縮反而需要較健康人更加明顯；兩組間左右側膈肌RMS差異無統(tǒng)計學意義，可能為樣本量偏少且膈肌RMS數值低導致。平靜呼吸時呼吸輔助肌如胸鎖乳突肌及腹直肌幾乎不參與收縮。用力呼吸時，呼吸主動肌與輔助肌RMS值較健康人均有明顯差異，考慮系腦卒中病人用力呼吸時，雙側胸鎖乳突肌、肋間肌、腹直肌及膈肌的收縮肌力及耐力較健康成人均明顯下降，符合腦卒中病人體能及肺功能改變特征[9]，也說明呼吸肌表面肌電可以反映出腦卒中恢復期偏癱病人呼吸功能的變化。心臟附近的軀干肌群在做表面肌電檢測時容易受到心電信號的干擾而影響其真實性。確實，本研究中無論平靜呼吸還是最大用力呼吸時，左側膈肌的RMS值均較右側偏高，且具有統(tǒng)計學差異，原因考慮為左側膈肌的肌電信號疊加了同側心電信號。雖然電信號有所疊加，但通過設置對照組，排除心臟基礎疾病等因素研究控制，左側膈肌RMS仍可作為評價其肌電活動的客觀指標。如欲避免心電信號的影響真實反映膈肌電活動，胸骨旁肋間肌與右側膈肌肌電信號參考價值更高。

綜上所述，腦卒中偏癱病人的軀干包括呼吸肌活動下降會影響肺功能的康復預后。本研究從肌電信號角度認為，腦卒中病人的呼吸肌表現(xiàn)為雙側收縮功能下降。呼吸肌表面肌電或可用于判斷不同訓練方法對腦卒中病人呼吸肌肌力及肺功能改善程度等的觀察指標。本研究不足之處在于，由于樣本量偏少，未分別將癱瘓側與非癱瘓測呼吸肌表面肌電信號值與健康人做同側的比較。未來將擴大樣本量，分析腦卒中病人雙側呼吸肌肌電信號之間的差異，結合肺功能檢測、膈肌彩超等進一步研究各項觀察指標之間的相關性。