表面肌電在針灸臨床研究中的應(yīng)用

李 波 李建華

（浙江中醫(yī)藥大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院·杭州 310053）

表面肌電(surface electromyography sEMG)是一種通過貼附在人體骨骼肌表面的電極記錄和觀測(cè)肌肉活動(dòng)情況的技術(shù)[1],它能在一定程度上反映神經(jīng)肌肉的活動(dòng)。與傳統(tǒng)的針肌電相比，它的信號(hào)態(tài)具有較強(qiáng)的隨機(jī)性和不穩(wěn)定性的弱點(diǎn)，但同時(shí)也具有無痛，可重復(fù)性好和探測(cè)空間較大的優(yōu)點(diǎn)。在規(guī)范化控制的條件下，表面肌電信號(hào)可以定量的反映出肌肉的疲勞程度、肌力水平、多肌群的協(xié)調(diào)性等功能狀況[2]。本文針對(duì)表面肌電在目前針灸療效評(píng)估中的一些應(yīng)用做出總結(jié)與討論。

1 表面肌電信號(hào)特點(diǎn)及其常用分析指標(biāo)

sEMG 信號(hào)源于大腦運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)控制之下的脊髓α 運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的生物電活動(dòng),形成于眾多外周運(yùn)動(dòng)單位電位在時(shí)間和空間上的總和,經(jīng)表面電極引導(dǎo)、放大、顯示和記錄所獲得的一維電壓時(shí)間序列信號(hào),具有較大的隨機(jī)性和不穩(wěn)定性。其振幅約為0—6000μV,頻率0—350Hz,振幅和頻率等特征變化取決于中樞神經(jīng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)單位活動(dòng)同步化、肌纖維募集水平和與細(xì)胞酸中毒有關(guān)的肌纖維興奮傳導(dǎo)速度等生理性因素,以及探測(cè)電極大小和位置、表皮溫度、肌肉運(yùn)動(dòng)方式等測(cè)量性因素的共同作用[3]。表面肌電圖在神經(jīng)肌肉病損功能評(píng)估中常用的指標(biāo)有時(shí)域分析的積分肌電值(integrated EMG,IEMG)、平均肌電值(average EMG,AEMG)、均方根值(rootmean-square,RMS),以及頻域分析的平均功率頻率(meanpower frequency,MPF) 和中位頻率(median frequency,MF)。其中時(shí)域分析指標(biāo)常被應(yīng)用于實(shí)時(shí)、無損傷地反映肌肉活動(dòng)狀態(tài),其數(shù)值變化通常與肌肉收縮力大小等有關(guān)。而頻域分析指標(biāo)則被用來定量描述sEMG 信號(hào)功率譜曲線的轉(zhuǎn)移或者各種頻率分量的相對(duì)變化,通常與肌肉功能狀態(tài)即疲勞程度有關(guān)。上述時(shí)域分析和頻域分析均屬于線性分析，但電生理研究表明每一運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元都具有本身的發(fā)放閾值和募集等級(jí)，在肌肉關(guān)節(jié)和脊髓細(xì)胞之間存在本體感覺纖維即存在反饋通道，因此運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)本質(zhì)上是一個(gè)高度非線性的動(dòng)力學(xué)[4]，所以非線性指標(biāo)熵、復(fù)雜度，確定性線段百分比等也逐漸被用于表面肌電信號(hào)分析中。

2 臨床應(yīng)用

2.1 表面肌電圖在針刺治療腦卒中患者中的應(yīng)用

腦卒中是危害中老年人生命與健康的常見病，存活者中70%以上存在著不同程度的功能障礙[5]。其中20%～30%的腦卒中患者在3 個(gè)月內(nèi)不能恢復(fù)獨(dú)立行走，而更多數(shù)的患者雖然恢復(fù)獨(dú)立步行能力，卻呈典型的偏癱步態(tài)。王薌斌等[6]通過表面肌電來觀察不同頻率電針對(duì)腦卒中下肢痙攣患者的影響，證實(shí)100Hz 與50Hz 組的療效較2Hz 組好,不僅膝伸肌和踝跖屈肌群的痙攣得到一定的控制,膝屈曲與踝背屈的協(xié)同收縮率下降,100Hz 的電針治療還使踝背屈時(shí)健患側(cè)的協(xié)同收縮比值也趨于平衡。王東巖等則利用表面肌電研究了不同針刺方法對(duì)腦卒中后腕背伸功能重建的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)合谷刺法加斷續(xù)波組表面肌電信號(hào)特征值提高明顯，在臨床應(yīng)用中具有明確療效[7]。Zhao JG 等[8]則對(duì)針灸治療中風(fēng)后的痙攣狀態(tài)進(jìn)行了觀察，通過對(duì)受影響的肢臂的肌電活動(dòng)分析，認(rèn)為針刺椎體交叉的表面投影區(qū)可以有效的改善中風(fēng)后的痙攣狀態(tài)。與此同時(shí)，F(xiàn)raqoso AP 和Ferreira AS 則提出了不同的看法，他們通過對(duì)健康志愿者和中風(fēng)患者針刺曲池與天泉穴后肱二頭肌表面肌電信號(hào)的觀察，發(fā)現(xiàn)手捻針對(duì)健康患者組的肌肉募集有顯著改變，而中風(fēng)患者組則沒有顯現(xiàn)出肌電活動(dòng)的減少和最大肌力收縮的改變，認(rèn)為需要更大樣本的試驗(yàn)來進(jìn)行進(jìn)一步的評(píng)估[9]。

2.2 表面肌電圖在針刺治療腰間盤突出癥中的應(yīng)用

腰椎間盤突出癥在不同程度上與腰部肌肉疲勞和收縮能力下降有著互為因果的關(guān)系[10]。朱思剛等[11]對(duì)12 例健康志愿者(對(duì)照組)和12 例腰椎間盤突出癥患者(腰椎間盤突出組)的表面肌電圖平均肌電值、頻域分析、時(shí)頻分析和復(fù)雜度C(n)等指標(biāo)變化斜率進(jìn)行檢測(cè)及比較。發(fā)現(xiàn)腰椎間盤突出組頻域分析、時(shí)頻分析和C(n)的變化斜率較對(duì)照組明顯加快。王瑞琦[12]采用表面肌電對(duì)電針的不同波型對(duì)腰椎間盤突出癥緩解期肌肉功能恢復(fù)的療效進(jìn)行了觀察，發(fā)現(xiàn)電針疏密波組頻率斜率差值相比電針連續(xù)波組有顯著差異，證明電針疏密波更能改善肌肉功能。而吳淑平和陳彩霞[13-14]則利用肌電圖對(duì)不同穴位治療腰間盤突出癥進(jìn)行了比較認(rèn)為針刺可以改善腰椎間盤突出癥患者腰部表面肌電異常的EMG 波幅值，調(diào)節(jié)雙側(cè)表面肌電趨向平衡，并為優(yōu)化取穴方案提供依據(jù)。

2.3 表面肌電圖在針刺治療痙攣型腦癱中的應(yīng)用

痙攣型腦癱患兒占腦癱患兒的60%～70%，其臨床特點(diǎn)為痙攣性癱瘓。由于受損傷的腦所支配部位的肌肉緊張性增高，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)功能障礙。針刺治療痙攣型腦病的效果已得到臨床的廣泛認(rèn)可，但未有明確的衡量指標(biāo)對(duì)針刺的效果作出定量的判斷[15]。表面肌電圖的出現(xiàn)，使得動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)腦癱患兒的肌張力變化成為可能。張學(xué)君[16]等通過觀察針刺與運(yùn)動(dòng)進(jìn)行不同干預(yù)次序組合，對(duì)痙攣型腦癱患兒腓腸肌即時(shí)肌電積分的影響，發(fā)現(xiàn)單純針刺委中、承山穴及先針刺后運(yùn)動(dòng)的治療組合可使患兒腓腸肌的肌電積分值升高，單純運(yùn)動(dòng)及先運(yùn)動(dòng)后針刺的治療組合不會(huì)使患兒腓腸肌的肌電積分值發(fā)生變化。

2.4 表面肌電圖在針刺評(píng)估中其他方面的應(yīng)用

除上述方面，許多作者在表面肌電圖應(yīng)用于針刺治療其他疾病方面也進(jìn)行了一些研究。

Fabiano Politti 等[17]研究了耳針對(duì)骨骼肌的影響。他們將15 名正常人分為安慰劑組和耳針組，觀察針刺耳穴前后的前、中、后三角肌和斜方肌的RMS(均方根值)，發(fā)現(xiàn)安慰機(jī)組同針刺前組的三次測(cè)試結(jié)果并無顯著差異（秩和檢驗(yàn)，P>0.05），但ACP（針刺前）和ACP2（針刺后）差異具有顯著性P<0.003。大量文獻(xiàn)表明針刺在肢體功能障礙患者的康復(fù)治療過程有明顯的效果,針刺鎮(zhèn)痛已經(jīng)在大量的實(shí)驗(yàn)中得以證實(shí),針刺能從整體調(diào)動(dòng)機(jī)體神經(jīng)、循環(huán)、內(nèi)分泌系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)相對(duì)平衡的穩(wěn)態(tài)來改善患者局部癥狀并提高肌肉的抗疲勞性。有作者通過觀察針刺俠白穴對(duì)志愿者的雙側(cè)肱二頭肌上的表面肌電指標(biāo)與肌肉疲勞的變化，結(jié)果顯示針刺組的MF和MPF 值比休息組的明顯升高,表示針灸對(duì)緩解肌肉疲勞有效果[18]，但Larissa Araujo Costa 等[19]的實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論認(rèn)為局部穴位可以減少附近肌肉的活動(dòng)。此外有作者對(duì)表面肌電圖應(yīng)用于針灸治療周圍性面癱評(píng)價(jià)方面進(jìn)行了嘗試，研究對(duì)147 例發(fā)病在7 天內(nèi)的周圍性面癱患者分別在針灸治療前后進(jìn)行表面肌電圖檢測(cè)與H-B 量表評(píng)分，然后將二者進(jìn)行比較，結(jié)果顯示表面肌電圖與H-B 量表對(duì)面癱程度評(píng)價(jià)的比較，未見顯著性差異，利用表面肌電圖檢測(cè)周圍性面癱，不僅可較為客觀的評(píng)價(jià)面癱嚴(yán)重程度，而且對(duì)周圍性面癱的預(yù)后還能進(jìn)行比較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)[20]。亦有日本學(xué)者應(yīng)用表面肌電對(duì)針刺外關(guān)治療痙攣性斜頸效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)針刺后平均整流電位均呈明顯的經(jīng)時(shí)性下降，表明患肌的異常放電降低，異常姿勢(shì)亦有改善。提示針刺遠(yuǎn)端經(jīng)穴對(duì)痙攣性斜頸有效[21]。

3 結(jié)語

針灸學(xué)是祖國(guó)醫(yī)學(xué)的寶貴遺產(chǎn)，具有獨(dú)特的醫(yī)療保健作用，針灸治療疾病以其適應(yīng)癥廣泛、療效迅速、治療方便及經(jīng)濟(jì)安全無毒副作用等特點(diǎn)，不僅深受國(guó)內(nèi)廣大人民群眾歡迎，而且被愈來愈多的國(guó)家和地區(qū)人們所接受，但是在針灸的發(fā)展過程中也面臨著一些問題：①針刺操作規(guī)范研究，即針刺的量—效規(guī)律。②腧穴效應(yīng)特異性研究，以指導(dǎo)臨床選穴。③重視針灸優(yōu)勢(shì)病種的研究。④科學(xué)規(guī)范的療效評(píng)價(jià)體系的建立[22]。這些問題的解決必然要借助現(xiàn)代科技和各種自然科學(xué)方法。表面肌電(Surface electromyography,sEMG)信號(hào)分析技術(shù)因其特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)在國(guó)外已被廣泛應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)，康復(fù)運(yùn)動(dòng)學(xué)和人體工程學(xué)等領(lǐng)域，應(yīng)用日趨成熟，國(guó)內(nèi)外也逐漸開始利用表面肌電圖對(duì)針灸的臨床效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，但缺乏統(tǒng)一的評(píng)價(jià)指標(biāo)，目前應(yīng)用指標(biāo)主要集中在RMS、MF、MPF等線性分析指標(biāo)上。為了更為有效、可靠地提取表面肌電信號(hào)的特征，可以考慮利用信號(hào)中所蘊(yùn)含的非線性動(dòng)力學(xué)信息。而關(guān)聯(lián)維數(shù)，復(fù)雜度，確定性線段百分比等非線性指標(biāo)也已被用于肌肉收縮舒張狀態(tài)和病理診斷的研究[23]但是這些指標(biāo)的算法復(fù)雜且都需要信噪比較高和較長(zhǎng)的時(shí)間序列，難以滿足實(shí)時(shí)性要求。相信隨著研究的深入進(jìn)行，表面肌電圖的信號(hào)分析技術(shù)將會(huì)越來越成熟，其在針灸臨床療效評(píng)估中的應(yīng)用價(jià)值也將會(huì)被人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到。

[1] Pullman SL,Goodin DS,Marquinez AI,et al.Clinical utility of surface EMG:report of the therapeutics and technology assessment subcommittee of the American Academy Of Neurology.Neurology 2000;55:171–7

[2] 王健，金德文.康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的表面肌電應(yīng)用研究[J].中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志，2006,21（1）

[3] 王麗,劉加海,王健.表面肌電與腰背功能評(píng)價(jià)方法研究進(jìn)展[J].中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志,2006,21(1):84-87

[4] Deluca C.Physiology and mathematics of myoelectric signals[J].IEEE Trans.Biomed Eng1979

[5] 南鄧?yán)?康復(fù)醫(yī)學(xué)[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2008（4）.

[6] 王薌斌陳劍李天驕等.不同頻率電針對(duì)腦卒中下肢痙攣患者肌電圖及步行能力的影響:隨機(jī)對(duì)照研究[J].中國(guó)針灸,2011,7:580-584.

[7] 王東巖董旭馮麗嬡.不同針刺方法對(duì)腦卒中后腕背伸功能重建的對(duì)比研究[J].中醫(yī)藥學(xué)報(bào),2011,39(2):83-85.

[8] Zhao JG,Cao CH,Liu CZ.Effect of acupunc turetreatment on spastic states of stroke patients[J].JNeurol Sci,2009,276(1-2):143-147.

[9] Fragoso AP,Ferreira AS.Immediate effects of acupuncture on biceps brachiimuscle function in healthy and poststroke subjects[J].Chinese Medicine2012,7:7.

[10] 高慶方詩元.肌電圖評(píng)價(jià)腰椎問盤突出癥的臨床價(jià)值[J].中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù),2011,15(13):2438-2441.

[11] 朱思剛,陳筑,楊澎湃.腰椎間盤突出癥患者表面肌電圖信號(hào)分析[J].山東醫(yī)藥,2007,47(27):158-159。

[12] 王瑞琦.電針的不同波型對(duì)腰椎間盤突出癥緩解期肌肉功能恢復(fù)的療效觀察[D]；福建中醫(yī)學(xué)院，2009.

[13] 吳淑平.循經(jīng)取穴與加刺大椎穴對(duì)腰椎間盤突出癥臨床療效及表面肌電圖影響的對(duì)照觀察[D]；福建中醫(yī)學(xué)院，2008.

[14] 陳彩霞.秩邊透承扶結(jié)合腰部夾脊穴治腰間盤突出下肢痛療效觀察[D]；福建中醫(yī)學(xué)院，2009.

[15] 張學(xué)君吳強(qiáng)林棟.表面肌電圖在針刺治療痙攣型腦癱中的應(yīng)用[J].福建中醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào),2010,年1(2):51-52.

[16] 張學(xué)君.針刺與運(yùn)動(dòng)療法二者不同干預(yù)次序組合對(duì)痙攣型腦癱患兒腓腸肌即時(shí)肌電積分的影響[D]；福建中醫(yī)學(xué)院，2008年.

[17] Fabiano Politti,Cesar Ferreira Amorim.The use of surface electromyography for the study of auricular acupancture[J].Journal of Bodywork＆Movement Therapies(2010)14,219-226.

[18] 尹文舉.針刺緩解肱二頭肌疲勞的表面肌電變化研究[D];北 京中醫(yī)藥大學(xué),2011.

[19] Larisa,AC and Joao,EA.The immediate effects of local and adjacent acupuncture on the tibialis anterior muscle:a human study.Chin Med3:17,2008.

[20] 孫湖劉立安.應(yīng)用表面肌電圖評(píng)價(jià)針刺治療周圍性面癱的臨床研究[J].中醫(yī)臨床研究2012,4(2),24-25.

[21] 陳淑紅，唐有為（譯）.針刺遠(yuǎn)端單一經(jīng)穴對(duì)痙攣性斜頸療效的電生理研究:外關(guān)穴留針的表面肌電圖評(píng)價(jià)[J］.國(guó)外醫(yī)學(xué)·中醫(yī)中藥分冊(cè)，1999，21（4）：50

[22] 石學(xué)敏,張春紅.新世紀(jì)針灸學(xué)科面臨的挑戰(zhàn)和對(duì)策[J].天津中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào)，2008,27(3)：121－126

[23] 楊建群,劉秉正,彭建華等.表面肌電的非線性動(dòng)力學(xué)初步分析[J].航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程,1999,12(3):185-187