鄭依莉 ，胡浩宇，劉曉晨，董煜琳，張娟，龔迪，宋歌，王雪強(qiáng),3

1.上海體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)康復(fù)中心，上海市 200438；2.上海市第二康復(fù)醫(yī)院治療部，上海市 200438；3.上海上體傷骨科醫(yī)院康復(fù)科，上海市 200438

非特異性腰痛(nonspecific low back pain,NLBP)不僅影響健康、生活質(zhì)量和工作，也造成沉重醫(yī)療負(fù)擔(dān)和間接社會(huì)成本[1?2]。盡管NLBP 找不到確切的病因[3?4]，但目前多項(xiàng)研究通過對(duì)比下肢肌群與腹部核心肌群的肌肉激活時(shí)序，認(rèn)為腰部核心肌群延遲激活是引起腰椎不穩(wěn)定的重要因素之一[5?7]。

本研究通過表面肌電信號(hào)(surface electromyogra?phy,sEMG)分析，探究在靜態(tài)平衡模式改變時(shí)，NLBP 患者與正常人的上肢肌群和腰背部核心肌群激活時(shí)間的差異，并對(duì)比肌肉激活模式，從而為NLBP的發(fā)病機(jī)制研究提供新的證據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2017年9月至12月在上海上體傷骨科醫(yī)院就診并自愿參與本研究的NLBP 患者21 例(NLBP 組)，年齡19～37 歲，視覺模擬評(píng)分(Visual Analogue Score,VAS)(2.86±1.01)分，病程(23.5±10.3)個(gè)月。

NLBP組納入標(biāo)準(zhǔn)：①生命體征穩(wěn)定，意識(shí)清醒，無認(rèn)知障礙；②年齡18～60 歲，能聽懂語言且愿意配合；③病程≥3個(gè)月。

NLBP 組排除標(biāo)準(zhǔn)：①嚴(yán)重的心、肝、腎、肺功能不全，腫瘤、孕婦、術(shù)后功能障礙；②既往有智力障礙；③既往有精神疾病或長期使用鎮(zhèn)靜劑；④既往有心腦血管疾?。虎萦杏绊懠∪夤趋老到y(tǒng)方面的疾病，如椎間盤突出、脊柱骨折、嚴(yán)重的關(guān)節(jié)炎，骨性椎管狹窄、強(qiáng)直性脊柱炎等。

2017年11月至12月通過網(wǎng)絡(luò)招募自愿參與本研究的正常受試者21例(正常組)，年齡18～28歲。

正常組納入標(biāo)準(zhǔn)：①無慢性腰痛病史；②無腰部外傷史；③無中樞神經(jīng)病史；④無既往脊柱手術(shù)史；⑤非妊娠期婦女。

兩組年齡、身高、體質(zhì)量和體質(zhì)量指數(shù)(body mass index,BMI)均無顯著性差異(P＞0.05)。見表1。

本研究經(jīng)上海體育學(xué)院科學(xué)研究倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，受試者通過實(shí)驗(yàn)員了解實(shí)驗(yàn)過程及潛在風(fēng)險(xiǎn)后，簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1實(shí)驗(yàn)儀器

本研究采用銀/氯化銀一次性使用心電電極(上海乾康醫(yī)療)與Noraxon16導(dǎo)遙測(cè)肌電DTS系統(tǒng)(美國No?raxon Inc.,采樣頻率1500 Hz)進(jìn)行表面肌電信號(hào)采集。

1.2.2表面肌電放置位置

將電極片置于右側(cè)三角肌前束、中束，雙側(cè)豎脊肌，雙側(cè)多裂肌的對(duì)應(yīng)體表位置。實(shí)驗(yàn)時(shí)剃除測(cè)試區(qū)域毛發(fā)，并用細(xì)砂紙和75%醫(yī)用酒精擦拭皮膚。電極片的具體貼放位置如下：豎脊肌，于L1棘突旁開2 cm放置一測(cè)量電極，另一電極貼放于該電極片上方，并與脊柱中線平行；多裂肌，在L4?5間隙旁開2 cm 放置一電極，另一電極貼放于該電極下方，并與脊柱中線平行；三角肌中束，受試者抗阻外展，電極片沿手臂長軸方向貼放于三角肌中束肌腹肌肉最豐厚的位置；三角肌前束，受試者抗阻前屈，將電極片沿手臂長軸方向，置于三角肌前束肌腹的位置。

表1 兩組一般資料比較

1.2.3實(shí)驗(yàn)流程

受試者自然站立，兩腳分開與肩同寬，雙手自然下垂，右手握持0.5 kg[8]的啞鈴，兩眼平視前方，脊柱處于中立位，重心線位于兩腿間中點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)人員待觀察各肌肉肌電信號(hào)平穩(wěn)之后，給予聲音信號(hào)，令受試者以平穩(wěn)速度完成右側(cè)上肢運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過程中盡量避免軀干旋轉(zhuǎn)及聳肩動(dòng)作，并記錄肌電信號(hào)。所有受試者均完成上肢前屈(約170°)、外展(約170°，囑受試者外展超過90°時(shí)，肩關(guān)節(jié)外旋)，每個(gè)動(dòng)作間隔30 s，實(shí)驗(yàn)重復(fù)2次。

1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.3.1疼痛

采用VAS 評(píng)價(jià)腰痛程度。在長度100 mm 的線段兩端標(biāo)注“0”和“10”，0 表示無痛，10 表示難以忍受的劇痛。受試者根據(jù)主觀感受，標(biāo)出腰痛發(fā)作時(shí)的疼痛程度在線段上的所在位置。

1.3.2相對(duì)激活時(shí)間

首先，將所有肌電信號(hào)通過帶通濾波(10～500 Hz)，并采用平均值進(jìn)行平滑處理(remove mean)，隨后進(jìn)行全波整流，最后采用低通濾波(10 Hz)對(duì)肌電信號(hào)進(jìn)行處理。

其次，取每個(gè)肌電通道的前400 幀信號(hào)作為基準(zhǔn)噪聲，計(jì)算其平均值與標(biāo)準(zhǔn)差。將超過平均值2 倍標(biāo)準(zhǔn)差的信號(hào)值定義為肌肉激活閾值。

再次，確定肌肉激活時(shí)間，將肌電信號(hào)連續(xù)超過該閾值50 ms的起始時(shí)間定義為肌肉激活時(shí)間[9]。

最后，計(jì)算主動(dòng)肌與其他肌肉間的相對(duì)激活時(shí)間[10]。相對(duì)激活時(shí)間=其他肌肉激活時(shí)間-主動(dòng)肌(三角肌前束/中束)激活時(shí)間。若差值為正，表明目標(biāo)肌肉在主動(dòng)肌之后激活；反之，則在主動(dòng)肌之前激活。本實(shí)驗(yàn)中，右臂前屈的主動(dòng)肌為三角肌前束，外展的主動(dòng)肌為三角肌中束。

以上數(shù)據(jù)通過MATLAB 2016a 軟件編寫程序與Microsoft Excel 2013函數(shù)計(jì)算進(jìn)行處理。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 20.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。所有計(jì)量資料采用(xˉ±s)表示。組內(nèi)比較采用重復(fù)測(cè)量方差分析，采用事后檢驗(yàn)(Post Hoc Tests)觀察組內(nèi)各個(gè)肌肉間相對(duì)激活時(shí)間的差異；組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，觀察兩組對(duì)應(yīng)肌肉的相對(duì)激活時(shí)間的差異。對(duì)腰痛受試者的疼痛程度、病程與各個(gè)肌肉間相對(duì)激活時(shí)間進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 上肢前屈時(shí)各肌肉相對(duì)激活時(shí)間的差異

上肢前屈時(shí)，兩組左側(cè)多裂肌、右側(cè)三角肌中束在主動(dòng)肌(三角肌前束)之后激活，而右側(cè)多裂肌、雙側(cè)豎脊肌則提前激活。見表2。

正常組各個(gè)肌肉間相對(duì)激活時(shí)間比較有顯著性差異(P＜0.05)，NLBP 組各個(gè)肌肉間相對(duì)激活時(shí)間無顯著性差異(P＞0.05)。正常組左側(cè)多裂肌所需的相對(duì)激活時(shí)間顯著長于右側(cè)多裂肌、雙側(cè)豎脊肌和右側(cè)三角肌中束(P＜0.05)；且右側(cè)三角肌中束所需的相對(duì)激活時(shí)間顯著長于雙側(cè)豎脊肌(P＜0.05)。見表2。

NLBP 組左側(cè)多裂肌的延遲激活時(shí)間小于正常組(P＜0.05)；NLBP 組右側(cè)豎脊肌的相對(duì)激活時(shí)間則大于正常組(P＜0.05)。見表2。

2.2 上肢外展時(shí)各肌肉相對(duì)激活時(shí)間的差異

上肢外展時(shí)，正常組右側(cè)三角肌前束在主動(dòng)肌(三角肌中束)之后激活，雙側(cè)多裂肌和雙側(cè)豎脊肌則提前激活；NLBP 組雙側(cè)多裂肌、右側(cè)豎脊肌在主動(dòng)肌之后激活，左側(cè)豎脊肌和右側(cè)三角肌前束則在主動(dòng)肌之前激活。見表3。

表2 上肢前屈時(shí)兩組肌肉相對(duì)激活時(shí)間比較(s)

兩組內(nèi)各個(gè)肌肉間相對(duì)激活時(shí)間比較均無顯著性差異(P＞0.05)。見表3。

NLBP 組和正常組對(duì)應(yīng)肌肉的相對(duì)激活時(shí)間均無顯著性差異(P＞0.05)。見表3。

2.3 NLBP 患者疼痛程度、病程與各肌肉相對(duì)激活時(shí)間的相關(guān)性

NLBP 組疼痛程度與左側(cè)多裂肌的相對(duì)激活時(shí)間呈正相關(guān)(P＜0.05)，與前屈時(shí)左側(cè)豎脊肌(P＜0.05)、外展時(shí)右側(cè)三角肌前束(P＜0.05)呈正相關(guān)。NLBP 組病程與右側(cè)多裂肌的相對(duì)激活時(shí)間呈正相關(guān)(P＜0.05)。見表4。

3 討論

本實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠碜杂贐elen'ki? 的一個(gè)經(jīng)典研究，通過讓受試者快速向前平舉手臂，發(fā)現(xiàn)腿和軀干的肌肉會(huì)因手臂的自主運(yùn)動(dòng)而提前發(fā)生活動(dòng)，從而提出肌肉預(yù)先激活的概念[11]。在手臂發(fā)生活動(dòng)前，腰腿部肌肉就產(chǎn)生激活，這被認(rèn)為是面對(duì)可能發(fā)生的姿勢(shì)干擾時(shí)，神經(jīng)肌肉控制系統(tǒng)的代償反應(yīng)[12?13]；是隨意運(yùn)動(dòng)造成的內(nèi)部干擾發(fā)生時(shí)，姿勢(shì)肌肉基于心理預(yù)期活動(dòng)的前饋控制(feed?forward mechanism)的典型表現(xiàn)[14?15]。本實(shí)驗(yàn)將手臂向前平舉的速度減慢，以一個(gè)穩(wěn)定均勻的速度將小質(zhì)量啞鈴平舉過頭，同樣得出相似的結(jié)論。健康受試者兩側(cè)豎脊肌和同側(cè)多裂肌均在主動(dòng)肌(三角肌前束)之前激活，而對(duì)側(cè)多裂肌及三角肌中束在主動(dòng)肌之后激活。

Sadeghi 等[8]通過表面肌電結(jié)合腦電圖研究在右側(cè)上臂快速屈伸過程中的前饋反應(yīng)及身體姿勢(shì)的預(yù)調(diào)整，結(jié)果發(fā)現(xiàn)NLBP 受試者相較于正常受試者，其對(duì)側(cè)腹外斜肌及雙側(cè)腹內(nèi)/腹橫肌表現(xiàn)出延遲激活，但背部肌肉未見明顯延遲。但是有研究表明[16]，腰痛受試者腰骶區(qū)域肌肉活動(dòng)增強(qiáng)，尤其是豎脊肌，導(dǎo)致腰椎和髖部運(yùn)動(dòng)減少，進(jìn)而在平衡模式改變時(shí)，髖策略執(zhí)行減少。本研究發(fā)現(xiàn)，NLBP 組與正常組相比，在上肢外展時(shí)，背部多裂肌及豎脊肌的相對(duì)激活時(shí)間未發(fā)現(xiàn)顯著差異，我們推測(cè)腰痛患者可能更傾向于使用踝策略來對(duì)抗上臂外展引起的姿勢(shì)體位變化。

Aruin 等[12]研究不同舉臂方向和不同負(fù)重對(duì)肌肉預(yù)期姿勢(shì)調(diào)節(jié)(anticipatory postural adjustments,APAs)和補(bǔ)償姿勢(shì)調(diào)節(jié)(compensatory postural adjustments,CPAs)的影響，發(fā)現(xiàn)前后方向的舉臂活動(dòng)造成的前饋控制效應(yīng)強(qiáng)于側(cè)位方向。這與本研究結(jié)果相符，本研究發(fā)現(xiàn)健康受試者手臂外展時(shí)，與主動(dòng)肌(三角肌中束)相比，除三角肌前束外，其余肌肉(雙側(cè)豎脊肌和雙側(cè)多裂肌)均提前激活，但不同肌肉之間的相對(duì)激活時(shí)間不存在顯著性差異。而前屈時(shí)，與主動(dòng)肌(三角肌前束)相比，受試者對(duì)側(cè)多裂肌激活時(shí)間顯著長于其他肌肉，三角肌中束激活時(shí)間顯著長于雙側(cè)豎脊肌。

本研究的主要目的是研究當(dāng)人體的靜態(tài)平衡改變時(shí)，NLBP 患者和正常人群的腰背部和上肢的肌肉激活時(shí)間是否存在差異。我們發(fā)現(xiàn)NLBP 患者的上肢前屈時(shí)，其右側(cè)豎脊肌較正常人群延遲激活，而左側(cè)豎脊肌和右側(cè)多裂肌則存在延遲激活的趨勢(shì)。在上肢外展時(shí)，NLBP 患者的雙側(cè)多裂肌和豎脊肌的激活時(shí)間與正常人群相比，雖然沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但存在延遲激活的趨勢(shì)。

多裂肌的功能是通過產(chǎn)生壓力的同時(shí)產(chǎn)生使腰椎伸展的力矩來穩(wěn)定腰椎和骨盆區(qū)域[17?19]。有研究通過記錄受試者在俯臥伸髖時(shí)，臀大肌、半腱肌、股直肌、闊筋膜張肌、多裂肌、豎脊肌的肌電信號(hào)，分析各肌肉在運(yùn)動(dòng)過程中的激活時(shí)間及激活程度，并結(jié)合骨盆的運(yùn)動(dòng)學(xué)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)雙側(cè)多裂肌與豎脊肌的延遲激活與骨盆前傾的增加呈顯著相關(guān)；髖部的主動(dòng)肌和拮抗肌之間激活程度的不平衡會(huì)增加腰椎?骨盆區(qū)域的活動(dòng)[20]，以上兩個(gè)因素均增加了骨盆前傾的風(fēng)險(xiǎn)。另外，多裂肌對(duì)脊柱運(yùn)動(dòng)控制的精細(xì)調(diào)整有著重要作用[18,21?22]。因此，NLBP 患者多裂肌的延遲激活會(huì)在姿勢(shì)變化時(shí)降低腰椎的穩(wěn)定性，而腰椎的不穩(wěn)定反過來又加重腰痛癥狀[23?24]，形成惡性循環(huán)。

表3 上肢外展時(shí)兩組的肌肉相對(duì)激活時(shí)間比較(s)

表4 NLBP組VAS評(píng)分、病程與各肌肉相對(duì)激活時(shí)間的相關(guān)性分析(n=21)

本研究發(fā)現(xiàn)NLBP 患者的背部核心肌群的激活時(shí)間有延遲的趨勢(shì)，因此，在臨床實(shí)踐中，建議治療師考慮采用改變NLBP 患者肌肉激活模式的干預(yù)方案，增加多裂肌的訓(xùn)練。因?yàn)橛醒芯恐赋?，?duì)某塊肌肉進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練可以提高肌肉的激活時(shí)間[25?27]。

同時(shí)本研究存在以下局限。第一，受試者的年齡范圍較窄，多集中在18～35 歲，因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能完全反映不同年齡層的NLBP 患者腰背肌群的激活情況，在后續(xù)的研究中，可以完善受試者的招募，擴(kuò)大樣本量，注意各個(gè)年齡層分布比。第二，本實(shí)驗(yàn)NLBP 患者的疼痛多為雙側(cè)疼痛(13 例雙側(cè)疼痛，6 例右側(cè)疼痛，2 例左側(cè)疼痛)，需在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步研究疼痛側(cè)別對(duì)腰背肌群的激活時(shí)間的影響。第三，本研究?jī)H對(duì)比在站立位靜態(tài)平衡改變時(shí)，NLBP 患者與正常人的腰背肌群的激活時(shí)間的差異，未來可采集不同體位不同姿勢(shì)，使人體平衡模式發(fā)生變化時(shí)，收集NLBP 患者腰背部核心肌群表面肌電信號(hào)，分析其激活時(shí)間的變化及差異。盡管存在這些局限，本研究數(shù)據(jù)表明，腰痛人群的腰背部核心肌群的激活時(shí)間有延遲的趨勢(shì)，對(duì)康復(fù)從業(yè)人員制定治療腰痛的運(yùn)動(dòng)處方，提供了理論依據(jù)。

綜上所述，正常人群通過上肢的前屈和外展來改變靜態(tài)平衡時(shí)，腰背部核心肌群會(huì)提前激活，而NLBP患者的核心肌群則有延遲激活的趨勢(shì)。