表面肌電在卒中后吞咽障礙領域中的應用*

唐安麗，吳 文

（南方醫科大學珠江醫院，廣東廣州 510282）

[關鍵字]表面肌電；吞咽障礙；卒中；康復；應用

近年來，隨著經濟發展、生活方式改變和人口結構老齡化快速增長，中國腦卒中發病率從204.52/10萬上升到403.08/10萬，死亡率從122.09/10萬上升到130.94/10萬，缺血性腦卒中和出血性腦卒中的發病率和死亡率均呈上升趨勢，與美國和日本相比，中國的年齡標準發病率和死亡率更高[1]，腦卒中已成為危害我國中老年人生命健康的主要原因，其高發病率、高死亡率和高致殘率給患者家庭、社會帶來沉重經濟負擔。臨床上吞咽障礙是腦卒中后常見的并發癥，卒中后吞咽障礙的發生率高達37%至78%[2]，約30%的單側腦卒中患者也并發了吞咽障礙[3]。

吞咽障礙是食物不能安全有效地由口送到胃內的一種臨床表現。吞咽障礙患者發生吸入性肺炎、營養不良及脫水等不良后果的概率明顯增加，嚴重損害患者的生活質量，甚至危害生命[4-5]。正確評估和改善吞咽功能，降低吞咽困難產生的影響至關重要。吞咽造影（videofluoroscopic swallowing study,VFSS）、纖維內窺鏡下吞咽功能檢查方法、超聲檢查、咽腔測壓等檢查是臨床上常用的檢查方法，其中VFSS被認為是診斷吞咽功能障礙的“金標準”。但它們大部分缺點顯而易見，比如：需要具有專業操作技術人員、操作復雜、有輻射、價格昂貴等，最重要的一點是不能客觀檢測吞咽肌群的功能。臨床中還使用洼田飲水試驗、反復唾液吞咽測試、標準吞咽功能評定量表等方法進行評估，這些評估方法只能定性篩查是否存在吞咽障礙，不能定量評估吞咽功能。表面肌電（Surface Electromyography,sEMG）具有無創、無輻射、患者不適程度低、操作簡單、費用低廉等優勢。通過采集吞咽肌群的肌電信號可以分析吞咽過程中肌肉活動模式的啟動時間、持續時間、結束時間、相關肌群的活動順序、對稱性、肌肉疲勞度及肌電活動幅度從而評估分析吞咽功能。目前sEMG主要用于識別吞咽動作活動的存在；分析吞咽肌群的吞咽功能包括振幅和活動時序(時序和幅度)；作為治療吞咽障礙的生物反饋策略[6]。本文研究擬總結sEMG在卒中后吞咽功能障礙領域中的研究進展，為未來sEMG在科研和臨床中的應用發展提供參考。

1 吞咽障礙的發病機制

吞咽是一系列典型且復雜的反射運動。食物通過刺激舌、口腔、咽喉周圍末梢感受器，感覺傳入沖動通過相應腦神經傳入大腦皮層和延髓吞咽中樞。大腦皮層吞咽中樞及其發出的皮質下行纖維，下行至延髓吞咽中樞。延髓吞咽中樞接受傳入沖動，并將它轉化為能被執行的沖動。來自延髓吞咽中樞的傳出沖動經過相應腦神經的神經核后傳出，到達它們所支配的肌肉，產生反射性的功能活動，從而維持吞咽的正常運行[7]。

腦血管疾病后易損害相應部位腦組織的功能，目前認為，腦卒中后吞咽障礙主要是由吞咽皮質中樞、皮質下行纖維、延髓吞咽中樞損傷所致[8]。腦皮質和皮質下通路調節著吞咽反射的閾值，參與吞咽的啟動、規劃和執行，故皮層或者核上結構受損會影響吞咽功能的控制和調控[9]。皮質卒中后吞咽障礙主要表現為不能啟動吞咽動作,吞咽反射的延遲。Hamdy研究表明大腦皮質在隨意吞咽的啟動具有重要作用[10]。皮質下腦卒中常導致口腔期控制能力下降及時間輕微延長。腦干吞咽核團的直接受損影響了支配吞咽肌肉的運動輸出，故腦干卒中后引起的吞咽障礙表現皮質腦干束支配的肌肉力量下降，吞咽各階段的不協調以及吞咽和呼吸的不協調。還有研究表明右半球卒中后經常出現咽期功能障礙、嚴重的吞咽障礙和誤吸，而左半球卒中后更容易出現口腔期功能障礙和較輕的吞咽障礙[11-12]。由此可見，吞咽動作是一個復雜的過程，腦卒中后吞咽障礙所涉及的發生機制以及神經結構也相當復雜。不同大腦部位的卒中引起的吞咽障礙具有不同臨床特點，臨床工作者應該對吞咽功能進行詳細評估，根據患者不同吞咽臨床表現特點制定個性化吞咽康復方案。

2 表面肌電對吞咽功能的評估

研究發現sEMG采集吞咽肌群的肌電信號都有其正常平均時限及其特定圖形表現[5]。吞咽過程中的口腔期可以被隨意控制，故該階段的口輪匝肌肌電信號容易受到干擾，咽期階段則是不受隨意控制的非自主性運動，咀嚼肌、頦下肌群、舌骨下肌群的肌電活動數據可靠性大[13]。sEMG對快速獲取吞咽特征信息和對吞咽障礙的快速篩查有重要的價值。

在一般住院患者中應用進食評估問卷調查工具和容積-黏度吞咽測試（the volume-viscosity swallow test,V-VST）進行臨床篩查是否有吞咽困難，以及應用sEMG評估吞咽特征，結果發現臨床篩查為吞咽困難的患者在吞咽運動過程中，頦下表面肌電信號峰值水平從103μV增加到110μV，而沒有吞咽困難的患者則沒有這種改變[14]。在臨床中，有部分患者偽裝吞咽困難。Vaiman等[15]利用sEMG觀察40例疑似假性吞咽困難患者、40例因扁桃體切除引起吞咽困難或吞咽痛患者和40例健康個體在自愿單次飲水吞咽（正常）和連續飲用100ml水時的肌電活動，發現假性吞咽困難和吞咽疼痛缺乏吞咽困難的病理信號模式。sEMG對鑒別真偽吞咽困難具有重要參考價值。Caray等[6]研究發現腦干卒中導致吞咽困難的肌電幅度和持續時間明顯高于健康者，吞咽困難患者吞咽時需要更多肌肉的激活，同時肌肉的協調性、持久性均下降。這些參數可以反映舌骨上抬和喉上抬的持續時間和難易程度[16]。Kim等[17]采用VFSS和sEMG同步記錄吞咽過程，分析發現大腦中動脈梗塞患者與健康志愿者相比，不僅肌電信號的吞咽開始時間和反射觸發前持續時間延遲，而且頦下肌群的表面肌電信號活動持續時間也較短，中風后吞咽困難可能會因喉部反應延遲而進一步受損，這代表喉部保護機制受損。振幅是肌肉力量和相關電活動關系的一個重要方面，但是，振幅與肌肉力量之間并沒有簡單的關系[18]。有研究表明時域指標中的積分肌電值與吞咽困難嚴重程度存在相關性，而且呈正相關，認為可以通過sEMG采集的積分肌電值可以作為吞咽困難診斷、判斷吞咽困難的嚴重程度及療效評估的有效指標之一[19]。經sEMG評估發現吞咽困難患者的口輪匝肌、咀嚼肌和舌骨上肌群的不協調指數均明顯大于健康者[20]。

通過分析吞咽障礙患者在吞咽康復訓練前后吞咽肌群的肌電數據變化，從而可以評估患者吞咽功能的康復情況。EI Gharib等[21]利用sEMG采集吞咽肌群的肌電活動數據評估經長時間氣管插管后拔管患者的吞咽功能康復效果，發現患者進行吞咽運動訓練后臨床吞咽情況好轉，同時在唾液吞咽及水吞咽時頦下肌群的均方根值均增大。韓婕等[22]發現吞咽困難患者在康復治療過程第4周及第8周中，相比治療前肌肉收縮時程逐漸縮短，最大振幅逐漸增高，同時洼田飲水實驗等級較前減小。通過采集比較康復訓練前后吞咽肌群的肌電活動對客觀判斷患者吞咽功能的恢復情況有著重要的參考價值。

為了動態而完整地探索吞咽相關肌肉的電生理學，近幾年出現了高密度表面肌電（high-density surface electromyography,HD sEMG）。HD sEMG是一種非侵入性的測量肌肉肌電活動的技術，在皮膚的一塊區域上覆蓋著大量緊密分布的電極。HD sEMG技術為獲得肌電活動的時間和空間特性提供了一種新的途徑[23]，研究發現HD sEMG能量圖可以提供肌肉電活動的詳細時空特性，并可視化與吞咽功能密切相關的肌肉收縮，能量圖還提示吞咽時間和努力明顯受到食物的體積和粘度影響以及當受試者將頭轉向任一側時，肌肉活動的注意力轉移到另一側[24]，HD sEMG可能是快速篩查和客觀評估吞咽功能的一種有用工具。

3 表面肌電相關參數指標對評估吞咽康復的臨床意義

sEMG不僅被用來研究評估吞咽功能，而且許多學者研究了在各種吞咽康復治療下吞咽肌群的肌電活動變化。對康復訓練在改善吞咽功能的原理機制上有了進一步認識，有助于為患者選擇高效合適的康復方案，有利于吞咽康復治療技術的進一步發展，甚至探索發現新的康復治療手段。

3.1 時域指標變化分析

時域指標是表面肌電中最常用的指標，是以時間為橫坐標，肌電振幅為縱坐標刻畫的特征曲線，包括平均肌電值、均方根值、積分肌電值。積分肌電值反映的是一定時間內肌肉中參與活動的運動單位的放電總量，體現肌肉在單位時間內的收縮特性[25]，與肌力及肌張力呈正相關[26]。平均肌電值主要反映肌肉活動時運動單位激或的數量、參與活動的運動單位類型及其同步化程度。肌肉收縮越強烈肌電圖上記錄的振幅越大，還可以反映完成動作的難易程度[27]。均方根值與肌肉負荷性因素和肌肉本身的生理、生化過程之間存在內在聯系，是瞬間的sEMG信號，反映振幅特征，臨床意義與平均肌電值基本相同。

Park等[28]利用sEMG研究探討健康人群在運動機能貼扎（Kinesiology Taping,KT）阻力訓練時對舌骨上肌群的激活作用，所有參與者在三種情況下（無KT,50%KT拉伸，80%KT拉伸）進行唾液吞咽。結果表明：與正常吞咽相比，患者在50%KT和80%KT阻力訓練時肌電圖的平均值、峰值均顯著升高，80%KT拉伸時的平均值、峰值均顯著高于50%KT拉伸，80%KT拉伸為舌骨上肌群提供了最大的負荷，同時對舌骨上肌群的激活作用最大；從而發現KT阻力訓練可以作為一種新的治療方法。Wheeler等[29]研究發現相比正常吞咽，在呼氣肌力量訓練時頦下肌群激活模式的持續時間更長、肌電活動振幅更高，呼氣肌力量訓練可以增加肌肉運動單位的募集，可以作為訓練頦下肌群的有效方法。Poorjavad等[30]利 用sEMG比 較Shaker運動（HLE組）和神經肌肉電刺激（neuromuscular electrical stimulation,NMES）對健康老年人吞咽肌群活動的影響，發現HLE組的健康老年人吞水時頦下肌群活動時間較干預前顯著縮短；治療后HLE組舌骨上肌群的活動時限和峰值潛伏期明顯短于NMES組。表明HLE組比NMES更有效地降低衰老對頦下肌群產生的影響。通過分析肌肉的肌電活動信號，從而發現更多的、更加有效的訓練康復訓練方法。通過分析肌電信號的時域指標分析可以客觀判斷吞咽康復訓練效果和對吞咽康復技術選擇具有一定的指導意義。

3.2 頻域指標變化分析

頻域指標包含平均功率頻率和中位頻率，是臨床判別肌肉活動時的疲勞度常用指標。平均功率頻率的高低與外周運動單位動作電位的傳導速度，參與活動的運動單位類型及其同步化程度有關[31]。中位頻率肌肉收縮過程中肌纖維放電頻率的中間值[32]。當肌肉出現疲勞時會出現肌電頻譜左移的現象，即頻譜的平均功率頻率值和中位頻率值均下降。

Ferdjallah等[33]利用sEMG的頻譜分析評估和量化健康受試者在Shaker運動期間舌骨上肌群、舌骨下肌群、胸鎖乳突肌的肌電活動，發現在Shaker運動中舌骨上肌群、舌骨下肌群和胸鎖乳突肌一旦開始活躍就顯示出疲勞跡象，而且胸鎖乳突肌疲勞速度最快；因此發現胸鎖乳突肌可能是限制患者Shaker訓練時間的主要因素。有研究進一步發現完成6周Shaker運動后，胸鎖乳突肌的抗疲勞能力提高；但舌骨上肌群和舌骨下肌群的中位頻率變化率增加，抗疲勞能力下降，需要更多的運動消耗[34]。相比Shaker訓練，健康受試者進行下頜抗阻運動（Chin Tuck Against Resistance,CTAR）時舌骨上肌群產生更大的振幅，同時更容易疲勞，胸鎖乳突肌與之相反；說明CTAR康復訓練在激活舌骨上肌群更加具有特異性[35]。吞咽康復運動訓練的基本原則：肌肉特異性和訓練強度[36]，過度負荷會引起肌肉疲勞，并引發神經適應和肌肉強化[37]。通過對吞咽肌群的肌肉疲勞指標（平均功率頻率和中位頻率）分析，可以指導優化康復訓練方案，有利于患者的康復訓練。

4 影響表面肌電評估吞咽功能的因素

雖然表面肌電具有無創、無輻射、不適程度低、操作簡單、費用低廉等優勢。但其測量評估易受到外界多種因素干擾，例如：吞咽方式、食物性狀、口感以及食物量、個體差異性以及系統因素，這些均會對吞咽肌群的肌電活動信號產生影響。所以在采用表面肌電進行操作評估吞咽功能時應要更好地設計評估方案，盡量控制這些影響因素，將干擾降至最低，以便在吞咽過程中獲得最可靠的肌電活動。

4.1 吞咽方式

健康受試者在門德爾松手法下吞咽時頦下肌群的最大振幅、平均振幅和持續時間明顯大于正常吞咽時的肌電活動[8]。有研究調查健康人群的分別在最小用力吞咽、正常吞咽和最大用力吞咽期間吞咽肌肉的肌電活動差異，與正常吞咽相比，最大用力吞咽導致肌電振幅增加，持續時間延長，而最小用力吞咽導致幅度降低，但持續時間無顯著差異，在吞咽過程中增加和減少吞咽的意志力都轉化為調節肌肉活動。Hrychyshyn等人[38]研究發現干吞咽過程中，頦下肌群的肌電活動平均時間比濕吞咽過程中的肌電活動平均時間長。Gupta等[39]發現干咽時肌電信號的平均功率值與濕吞咽時肌電信號的平均功率值顯著不同。

4.2 食物

食物的性狀、味道和體積均會影響吞咽相關肌群的肌電信號，包括平均振幅、峰值、活動時間。研究發現食物的味道（甜、咸、酸）和稠度均會對年輕及年老健康人群的吞咽生理產生影響，相比無味道的食物，3種味道條件下的頦下肌群和舌骨下肌群肌電活動水平較高，激活時間較短；隨著濃度增加，肌電振幅和持續時間都顯著增加；相比年輕受試者，年老受試者啟動頦下肌群的時間延遲，結果表明：味道、稠度和年齡的相互作用會對頦下肌群和舌骨下肌群的激活產生影響[40]。肖靈君等[41]人發現吞咽5ml和10ml的稀流質和糊狀食物時，食物劑量和食物性狀均會改變頦下肌群的肌電信號，隨著食物劑量的增加和食物由稀變稠，吞咽時限顯著延長，平均波幅和峰值均顯著增大。同樣，Taniguchi[42]也研究發現吞咽糊狀食物，頦下肌群sEMG的平均波幅大于吞咽相同稀流質的平均波幅。O'Kane等研究發現平均波幅和峰值隨著食物體積的增加而增大[43]。

4.3 年齡性別

Vaiman等[44]通過對420名年齡在18-70歲以及70歲以上的正常成人進行吞咽表面肌電信號研究，發現各男性與女性之間的sEMG信號形狀無差異性；年齡在70歲以上的老年患者表現年齡相關性，肌肉活動時限延長，提示老年患者肌肉之間的協調性下降。另有學者研究發現在含水吞咽及連續飲水時，相比中年組，健康老年組舌骨下肌群和頦下肌群產生的肌電信號均方根值較低[45]，意味著老化會降低頦下肌群和舌骨下肌群的力量，即使是70歲以上的健康成年人，吞咽功能也可能下降[46]，兒童吞咽肌群的活動時限與年齡顯著相關，隨著年齡的增長而縮短，在振幅上，兒童和成人沒有顯著性差異[47]。

4.4 系統影響因素

影響表面肌電評估吞咽功能的系統因素主要包括皮膚清潔度、毛發、電極質量、其他電信號干擾等。予75%酒精清潔皮膚油脂，可降低皮膚阻抗，提高信噪比。表面肌電信號研究的正常肌電振幅范圍較大，這些變化不僅是由生物原因造成的，而且還受到皮膚、電極阻抗、肌肉離皮膚表面的深度、記錄電極的位置與解剖結構的關系、肌肉大小的個體差異和溫度等因素[1]。

5 sEMG聯合其他吞咽檢查評估

吞咽是一系列復雜的活動，利用sEMG聯合其他吞咽檢查方法，可以多維度闡述吞咽或吞咽障礙的病理生理機制。Crary[48]在健康成人吞咽5mL液體硫酸鋇時進行VFSS和sEMG檢查,分析舌骨抬高、咽收縮及咽食管段開閉與頦下肌群肌電信號的時間相關性，結果表明sEMG采集的肌電信號最早發生，并且與生物力學事件有明顯的關系，其中舌骨位移與頦下肌群的肌電信號相關性最強。sEMG聯合咽腔測壓檢查可以詳細分析吞咽結構運動與神經肌肉活動之間的相關性，無論是正常吞咽還是用力吞咽，頦下表面肌電峰值與咽腔壓力均存在負相關關系[49]。Ding等[50]人還將sEMG與電聲門圖結合研究，正常吞咽和門德爾松動作的頦下肌群的肌電圖活動存在顯著差異，頦下肌群的肌電圖可以可靠地用于區分這兩種吞咽狀態，并檢測出在吞咽過程中吞咽肌群啟動激活存在時序性，即依次啟動下口輪匝肌、上口輪匝肌、咀嚼肌、頦下肌群、舌骨下肌群，這為識別異常激活順序提供了基礎。通過研究表面肌電信號與生物事件之間的相關性可以進一步分析吞咽肌肉與吞咽結構運動之間的關系，闡明吞咽的發生機制，對揭示吞咽障礙的發生有一定的指導意義。

6 表面肌電的信度和效度

Crary[51]研究表明從sEMG軌跡識別吞咽動作與非吞咽動作的準確度很高，是識別正常吞咽的有效和可靠的工具，有經驗的人員比無經驗的人員更準確，該技術的經驗可以更好地識別和判斷。肖玲君等[52]人記錄受試者吞咽5ml糊狀食物時頦下肌群的sEMG信號，分別分析吞咽時限、平均波幅及峰值指標的的測試內信度、測試者間信度和重測信度，結果表明sEMG用于吞咽功能評估具有良好的信度。利用sEMG對口腔疾病、咽部疾病和食管疾病進行的一系列研究，發現偽裝吞咽困難的患者吞咽肌電信號與吞咽困難病理性肌電信號模式不一致，證明了sEMG的可靠性[53-56]。研究表明不同的吞咽疾病肌電信號的時間和幅度上都有特定的表面肌電信號模式[18]。研究發現sEMG測量的可靠性受年齡和吞咽類型的影響，MDF在評估肌肉功能方面表現出更高的可靠性和精確度[57]。綜上所述，雖然表面肌電信號容易其他因素干擾，但是研究表明sEMG仍然是一種較可靠的評估手段。

7 小結與展望

吞咽肌電生理信息對探討吞咽功能和評價臨床康復方法的有效性有重要意義。sEMG可對吞咽功能進行快速篩查評估，具有無輻射、操作簡單、患者不適程度低等優勢。然而sEMG采集的肌電信號僅局限在表淺肌群，不能準確定位目標肌肉以及無法對深部肌肉功能評估分析。雖然既往已有許多學者旨在利用sEMG研究對正常吞咽進行分析從而建立正常人數據，但是目前臨床上仍未有正常吞咽肌群肌電數值的參考數據庫，對正常吞咽和異常吞咽的數值缺乏共識。隨著科技的進步，出現了新的表面肌電檢測技術，即HD sEMG，能較好彌補傳統表面肌電的不足，相信在未來sEMG在吞咽領域中會有更深入的研究和應用。