表面肌電信號分析腰椎滑脫術后椎旁肌功能

張 曉 唐 娟 賈云超 阮 智

退行性腰椎滑脫(degenerative lumbar spondylolisthesis, DLS)是由于椎體間出現相對滑移而改變了椎體間穩定性,病因以退變性腰椎滑脫最為多見,好發于中老年人,主要臨床癥狀為腰背痛和下肢放射痛,嚴重者甚至會表現為間歇性跛行。當腰痛癥狀保守治療無效或出現神經受壓癥狀時,需要考慮手術治療[1]。目前腰椎后路椎板開窗+椎間盤切除+椎體間植骨融合椎弓根螺釘系統內固定術 (posterior lumbar interbody fusion, PLIF)為穩定脊柱的最佳方法,行后正中縱行切口的PLIF術,需要剝離兩側的椎旁肌顯露雙側椎板、小關節及橫突根部,另外術中較長時間使用撐開器,都會對肌肉組織產生不可避免的損傷,且術后易發生腰背部僵硬、頑固性酸痛、肌無力以及萎縮等并發癥[2～4]。在以往研究椎旁肌的功能中,運用的多普勒超聲對于操作者經驗要求較高,CT有輻射暴露的危害,MRI影像學技術成本高、耗時長,肌肉組織活檢及組織學等手段因有創性而有局限性[5～8]。

有研究報道,sEMG的肌電信號對肌肉疲勞和肌肉收縮力的變化非常敏感,有助于客觀評價神經肌肉功能變化[9]。目前sEMG在臨床診斷、評估腰背痛患者相關肌肉功能變化、神經肌肉疾病的變化及康復運動治療方面有較為廣泛應用[10]。目前PLIF術后腰椎旁肌功能變化尚不清楚。因此,本研究將sEMG作為檢測術前及術后椎旁肌變化的評估指標,有助于制定有效的術后康復方案,對促進PLIF術后腰椎旁肌功能的有效恢復具有重要意義。

對象與方法

1.研究對象:本研究取得石河子大學第一附屬醫院醫學倫理學委員會批準(倫理學審批號:KJX-2021-011-02)。將2021年1月～2022年8月在石河子大學第一附屬醫院脊柱外科接受PLIF治療的43例退行性腰椎滑脫癥患者納入DLS組,同時選取40例體檢的健康同齡人作為對照組。所有患者術前及術后第3個月在門診均進行了 sEMG、腰椎正側位及曲伸位X線、腰椎計算機斷層掃描(CT)和腰椎磁共振成像(MRI1.5T)檢查。所有受試者基本臨床資料詳見表1,組間比較差異無統計學意義(P<0.05)。

表1 入選兩組受試者的基本資料比較

2.患者納入標準:①明確診斷為退行性腰椎滑脫癥合并腰背痛及下肢放射痛;②經非手術治療無緩解;③有單節段腰椎滑脫;④簽署知情同意書。

3.患者排除標準:①診斷不明確且合并相關腰椎脊髓疾病患者;②病理性脊柱疾病,如腰部的感染性疾病如結核、化膿性感染、脊柱腫瘤、先天性腰椎畸形致腰椎脊髓受損者和伴有椎體骨折的患者;③既往有腰背部手術史;④術后發現深部組織感染者;⑤影像學資料、表面肌電圖數據不足及失訪的病例,術后臨床隨訪數據不滿3個月的患者。

4.治療方法:本次研究的患者均由同組手術醫生操作,并使用椎弓根釘和剛性鈦合金棒進行椎旁固定,術后佩戴腰部護具3個月,可日常活動,但不進行體育鍛煉及體力勞動。

5.椎旁肌sEMG檢測:sEMG檢查室的環境溫度維持在25～28℃,在測試前獲得所有受試者同意并簽署知情同意書,詳細告知患者測試流程。充分暴露檢查部位,使用75%乙醇對局部皮膚重復擦試,進行脫脂處理以減少皮膚和電極片之間的電阻,待皮膚完全干燥后,再貼電極片。本研究統一采用一次性吸附表面電極片,將3塊電極片粘貼在對應肌肉皮膚表面,電極片沿著所測肌肉纖維的長軸方向粘貼在肌腹最飽滿的部位。其中測試電極片之間相距2cm,參考電極粘貼在距離測試電極外側3cm的位置[11]。

在進行表面肌電圖檢查前,均采用VAS-LBP和VAS-LP評分法評價患者腰背部疼痛和下肢放射痛的程度。使用肌電圖儀(型號: QP-946BK,日本 Nihon-Kohden公司)檢測術前、術后3個月患者進行抬物動作試驗三步中的椎旁肌肉肌電信號變化情況,并通過系統軟件進行數據分析[12]。第一步:被測者保持站立位,雙下肢直立,雙腳打開與雙肩等寬,檢測1min,選取中間50s波段的均方根值(root mean aquare of the spectrum,RMS)。第二步:被測者軀干前屈90°,雙手握起置于被測者前方重約2kg的四腳凳子,然后被測者軀干伸直并后伸約5s,取軀干伸直時中間3s的RMS值。第三步,被測者雙手臂均保持水平位置,當其無法處于水平位置時(以雙手臂下垂>10°為標準)應立即停止實驗,取從30s后開始連續檢測1min的中位頻率值(median frequency,MF)分別取左右兩側平均值。受試者在休息5min后重復以上實驗,最后進行數據分析。上述實驗操作及數據采集都由同一個熟練掌握sEMG技術的神經內科醫生完成。

結 果

1.抬物實驗第一步椎旁肌sEMG的分析:術前DLS組椎旁肌RMS值為16.11±6.86μV,術后為9.25±3.56μV。對照組椎旁肌RMS值為10.64±4.29μV,通過統計學分析顯示,術前DLS組椎旁肌RMS值均明顯高于對照組(P<0.05);術后DLS組椎旁肌RMS值明顯低于術前水平(P<0.05);且低于對照組,兩組間比較差異無統計學意義(P>0.05),詳見圖1。

圖1 抬物實驗第一步中兩組椎旁肌RMS值的比較

2.抬物實驗第二步椎旁肌sEMG的分析:術前DLS組椎旁肌RMS值為43.25±13.78μV,術后為25.20±8.20μV。對照組椎旁肌RMS為47.56±15.95μV。通過統計學分析表明,術前DLS組測定的椎旁肌RMS值低于對照組水平,兩組差異無統計學意義(P>0.05);術后DLS組椎旁肌RMS值明顯低于術前(P<0.05),并明顯低于對照組,兩組間比較差異有統計學意義(P<0.05),詳見圖2。

圖2 抬物實驗第二步椎旁肌RMS值比較

3.抬物實驗第三步椎旁肌耐力信號分析:術前DLS組患者椎旁肌的MF值為61.63±26.09Hz,術后為72.79±26.76Hz。對照組椎旁肌MF為100.25±33.32Hz。結果顯示,術前DLS組患者椎旁肌的MF數值低于對照組(P<0.05),術后明顯高于術前(P<0.05),但仍低于對照組,兩組間比較差異有統計學意義(P<0.05),詳見圖3。

圖3 抬物實驗第三步椎旁肌耐力肌電信號比較

討 論

腰椎滑脫癥是引起腰背部酸脹痛的原因之一,嚴重的腰椎滑脫會出現椎間孔狹窄、神經根受壓及下肢放射痛[13]。目前PLIF手術是治療腰椎滑脫癥的經典手術方法。既往研究表明,手術可以提高脊柱穩定性[2]。脊柱穩定性的維持不僅和椎體、椎間關節有關,也和周圍椎旁肌群十分相關[14]。而PLIF術可能會造成周圍椎旁肌肉組織的破壞,目前鮮有關于DLS患者經過PLIF手術治療后腰椎旁肌功能變化的報道。該研究首次利用sEMG檢測DLS患者椎旁肌組織肌電活動變化,目的是探究患者經PLIF手術治療前、后的椎旁肌功能變化。

在sEMG的時域分析中,RMS是評估肌肉收縮活動最常見的參考指標[15]。在既往研究中,MF被證明是評估健康受試者和患者椎旁肌肉疲勞的可靠的肌電參數,MF值是指在骨骼肌收縮運動中肌纖維釋放頻率的中間數值[16]。研究顯示,DLS組患者在安靜站立狀態時其椎旁肌RMS水平值高于對照組,這可能與其導致椎旁肌肉處于高度緊張狀態相關。此外腰椎滑脫患者常伴隨腰背部酸脹痛,疼痛可能會使椎旁肌肉產生保護性收縮,引起椎旁肌群間壓力升高,使靜息狀態站立時肌肉刺激增大。PLIF手術治療后患者椎旁肌電活動比術前顯著下降,說明手術治療可以改善腰椎滑脫癥患者脊柱的穩定性、緩解腰部疲勞及減輕疼痛。術后DLS組患者腰椎旁肌電活動雖仍比對照組低,但無明顯差異,這或許是由于手術對椎旁肌剝離所引起肌電活動的減少。

軀干抬物伸展實驗結果表明,術后椎旁肌肌電活動比對照組明顯下降。所以,當術后腰椎旁肌出現萎縮和脂肪浸潤時,有必要進行相應腰椎旁肌群的功能鍛煉或電刺激[17]。這將會對PLIF術后患者神經肌肉功能的修復、避免和逆轉肌肉萎縮起到重要的作用。

在持物保持狀態時,因椎旁肌肉長期以過度緊張狀態來維持脊柱的穩定,造成肌肉疲勞程度明顯增加[18]。研究表明,不管椎旁肌是靜息還是活動狀態,由于肌肉疲勞,肌電圖的頻譜均會發生向左移動的情況,即頻域的MF值減小[19]。本實驗表明,患者在持物保持時MF值顯著低于對照組,說明椎旁肌處于嚴重疲勞狀態,這也是由于長期椎體滑脫或不穩定引起脊柱失衡而導致椎旁肌肉功能下降。術后椎旁肌抗疲勞能力較術前明顯提高,但仍低于對照組,這可能與術中操作對椎旁肌的破壞導致其萎縮及肌肉纖維數量減少有關,最終導致術前與對照組沒有同樣抗疲勞性。

綜上所述,本研究結果顯示,與同齡的健康人比較,退行性腰椎滑脫癥患者在靜止站立狀態其椎旁肌明顯激活,而在軀干抬物伸展活動時椎旁肌的活動性明顯下降,在水平抬物時肌肉的疲勞程度較高。手術能明顯改善患者在站立時的緊張狀態,提高椎旁肌的抗疲勞性。PLIF術融合滑脫的椎體以恢復脊柱的生理結構,這將會改善椎旁肌肉功能,進而提高椎旁神經肌肉控制能力。此外患者術后的椎旁肌功能與正常人群存在明顯差別,因此,對于積極進行術后康復訓練來提高患者神經肌肉功能具有重要意義。