健康青年下臺(tái)階時(shí)股內(nèi)側(cè)肌、股直肌和股外側(cè)肌間的表面肌電變化①

史昊楠，桂沛君，徐大衛(wèi)，郭輝，謝瑛

健康青年下臺(tái)階時(shí)股內(nèi)側(cè)肌、股直肌和股外側(cè)肌間的表面肌電變化①

史昊楠1，桂沛君1，徐大衛(wèi)1，郭輝2，謝瑛1

目的 探討健康青年下臺(tái)階時(shí)股內(nèi)側(cè)肌、股直肌及股外側(cè)肌的肌肉收縮強(qiáng)度差異。方法 2016年，選取首都醫(yī)科大學(xué)2015級(jí)30名健康在校大學(xué)生，將電極貼于優(yōu)勢(shì)側(cè)股四頭肌上，采集受試者下臺(tái)階過(guò)程中的股內(nèi)側(cè)肌、股直肌及股外側(cè)肌的肌電信號(hào)。結(jié)果 在下臺(tái)階過(guò)程中，股直肌的最大收縮幅值和平均收縮幅值顯著小于股內(nèi)側(cè)肌和股外側(cè)肌(P〈0.001)；而股內(nèi)側(cè)肌和股外側(cè)肌無(wú)顯著性差異(P〉0.05)。結(jié)論 健康青年在下臺(tái)階過(guò)程中股內(nèi)側(cè)肌及股外側(cè)肌的活性顯著高于股直??；股內(nèi)側(cè)肌與股外側(cè)肌協(xié)同收縮活性相當(dāng)。

下臺(tái)階；股四頭肌；收縮強(qiáng)度；表面肌電圖

股四頭肌是膝關(guān)節(jié)伸展的動(dòng)力裝置[1]，具有幾方面的生物力學(xué)功能，包括穩(wěn)定膝關(guān)節(jié)、減慢跟骨觸地的速度以及在正常行走過(guò)程中減少關(guān)節(jié)面間的沖撞[2-3]。后兩者在減少膝關(guān)節(jié)面間的撞擊性受力方面非常重要。因此，正常的股四頭肌肌力能夠保護(hù)膝關(guān)節(jié)免受異常負(fù)荷。已有研究表明，股內(nèi)側(cè)肌與股外側(cè)肌在肌力與激發(fā)順序等方面的異常會(huì)造成膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定[4-5]，在骨關(guān)節(jié)病患者中也存在內(nèi)外側(cè)肌力的平衡異常，上下臺(tái)階困難是影響很多骨關(guān)節(jié)病患者日常生活自理能力的重要方面[6]，而股四頭肌在此過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。本實(shí)驗(yàn)分析健康青年群中股內(nèi)側(cè)肌與股外側(cè)肌的收縮強(qiáng)度及兩者間的對(duì)比。

表面肌電圖(surface electromyography)是將神經(jīng)肌肉系統(tǒng)活動(dòng)時(shí)的生物電變化在皮膚表面加以引導(dǎo)、放大、顯示和記錄所獲得的時(shí)間序列信號(hào)。它可用于采集骨骼肌收縮時(shí)的電活動(dòng)，通過(guò)波幅和波形特征反映神經(jīng)沖動(dòng)產(chǎn)生和肌肉系統(tǒng)的激活特征。表面肌電信號(hào)活動(dòng)的變化在很大程度上能夠定量反映肌肉活動(dòng)的局部疲勞程度、肌力水平、肌肉激活模式、運(yùn)動(dòng)單位興奮傳導(dǎo)速度、多肌群協(xié)調(diào)性等肌肉活動(dòng)和中樞控制特征的變化規(guī)律[7]，參與收縮的肌纖維數(shù)目增多，在肌電圖上表現(xiàn)為振幅增加。振幅均值對(duì)于分析周期的持續(xù)時(shí)間差異不敏感，較適用于比較分析[8]。而且表面肌電圖的振幅均值能夠較好地描述在一個(gè)特定運(yùn)動(dòng)中特定肌肉的總的神經(jīng)支配量[9]。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取首都醫(yī)科大學(xué)2015級(jí)30名健康在校大學(xué)生，其中男性15名，女性15名；平均年齡(23.0±0.5)歲；體質(zhì)量指數(shù)(body mass index,BMI)為(21.42±1.67)kg/m2；采用利足利手檢查量表評(píng)定所有受試者的利側(cè)[10]，其中右利足18名(男性8名，女性10名)，左利足12名(男性7名，女性5名)。受試者均無(wú)膝關(guān)節(jié)疼痛和運(yùn)動(dòng)損傷史。在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，所有受試者均簽署知情同意書(shū)。

1.2 實(shí)驗(yàn)器材

DelsysMyomonitorⅢEMG system表面肌電圖測(cè)試儀系統(tǒng)(美國(guó))、筆記本電腦、Delsys專用電極貼、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)木質(zhì)臺(tái)階(共3級(jí)臺(tái)階，每級(jí)臺(tái)階90×30×15 cm)、秒表、75%酒精及棉球等去角質(zhì)層用品。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備

①皮膚準(zhǔn)備：暴露受試者大腿中下段，用75%酒精擦拭受試區(qū)皮膚直至擦紅，以去除皮膚表面角質(zhì)層，減少電阻，若有毛發(fā)應(yīng)去除。②粘貼電極：將電極順著肌纖維方向依次貼于股直肌、股內(nèi)側(cè)肌、股外側(cè)肌肌腹表面，具體的粘貼位置如表1所示[11]。參考電極置于腓骨頭皮膚。③實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前向受試者解釋具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程并讓其熟悉實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)。④調(diào)整儀器到初始位置，做好準(zhǔn)備。

1.3.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

將電極貼于優(yōu)勢(shì)側(cè)指定位置后，受試者在臺(tái)階上自然站立，雙腿放松。聽(tīng)到行走口令后，受試者開(kāi)始下臺(tái)階，先邁優(yōu)勢(shì)側(cè)大腿，要求受試者下臺(tái)階時(shí)軀干保持直立，按口令下臺(tái)階(每秒下一級(jí)臺(tái)階)。設(shè)定3個(gè)通道分別收集記錄股內(nèi)側(cè)肌、股直肌、股外側(cè)肌在下臺(tái)階過(guò)程中的表面肌電信號(hào)。

1.3.3 信號(hào)處理

將股直肌、股內(nèi)側(cè)肌以及股外側(cè)肌的原始肌電信號(hào)經(jīng)過(guò)整合、平滑化等處理后，采用DelSysEMG-works Analysis分析軟件導(dǎo)出所有運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)的振幅值，根據(jù)原始信號(hào)確定每一個(gè)信號(hào)周期的時(shí)間范圍，找出該時(shí)間段內(nèi)的最大收縮幅值。同一周期內(nèi)的信號(hào)經(jīng)整合、平滑化處理后，計(jì)算平均收縮幅值。

采用表面肌電圖記錄受試者下臺(tái)階時(shí)股四頭肌的肌電變化，由于本次試驗(yàn)設(shè)定臺(tái)階為3階，所以共采集到3個(gè)周期肌電信號(hào)，用軟件分析得到各周期中所測(cè)肌肉的最大收縮幅值及平均收縮幅值，計(jì)算三個(gè)周期各肌肉的最大收縮幅值及平均收縮幅值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

應(yīng)用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，所得數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，以(xˉ±s)表示。股直肌、股內(nèi)側(cè)肌、股外側(cè)肌三者間最大收縮幅值及平均收縮幅值數(shù)據(jù)的比較采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用Bonferroni法。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

在下臺(tái)階過(guò)程中，股直肌、股內(nèi)側(cè)肌、股外側(cè)肌三者間的最大收縮幅值和平均收縮幅值均有非常高度顯著性差異(P〈0.001)。股直肌最大收縮幅值和平均收縮幅值顯著小于股內(nèi)側(cè)肌和股外側(cè)肌(P〈0.001)。而股內(nèi)側(cè)肌與股外側(cè)肌比較無(wú)顯著性差異(P〉0.05)。見(jiàn)表2。

表1 股直肌、股內(nèi)側(cè)肌、股外側(cè)肌的粘貼位置

表2 股直肌、股內(nèi)側(cè)肌、股外側(cè)肌最大收縮幅值、平均收縮幅值的比較(μV)

3 討論

股四頭肌是伸膝裝置中唯一的動(dòng)力性結(jié)構(gòu)，可分為股內(nèi)側(cè)肌、股外側(cè)肌、股中間肌和股直肌，股內(nèi)側(cè)肌又分為股內(nèi)斜肌和股內(nèi)直肌，分別起到將髕骨向內(nèi)后側(cè)牽拉和向上牽拉的作用。各肌肉的合力是保持運(yùn)動(dòng)中髕股關(guān)節(jié)正常對(duì)位、保持髕骨穩(wěn)定的動(dòng)力因素，從而維持膝關(guān)節(jié)的正常功能[12]。在伸膝過(guò)程中，股內(nèi)斜肌和股外側(cè)肌在冠狀面的橫軸上起相互協(xié)同作用，兩者在肌力及激發(fā)順序等方面的異常都會(huì)導(dǎo)致兩者的不平衡，進(jìn)而導(dǎo)致伸膝裝置功能異常[13]。已有研究表明，在骨關(guān)節(jié)炎患者中，下臺(tái)階時(shí)存在股外側(cè)肌活性高于股內(nèi)側(cè)肌，且病情越嚴(yán)重，兩者的活性差距越大[8]。因此股內(nèi)側(cè)肌和股外側(cè)肌狀態(tài)的平衡是維持股四頭肌正常功能狀態(tài)的重要因素。下樓時(shí)，支撐腿股四頭肌做離心收縮，離心性的收縮較向心性收縮具有更高的效率[14]，因此下樓梯時(shí)也需要具有比較高的綜合能力。

此次試驗(yàn)選取在校大學(xué)生30名，用表面肌電圖記錄在下臺(tái)階過(guò)程中股直肌、股內(nèi)側(cè)肌以及股外側(cè)肌的肌電信號(hào)。表面肌電圖又稱動(dòng)態(tài)肌電圖，是利用放置于表面皮膚的記錄電極采集肌肉收縮時(shí)的電流，并通過(guò)一系列的技術(shù)處理獲得肌電信號(hào)，進(jìn)而分析數(shù)據(jù)，了解相關(guān)肌肉功能狀況的一種無(wú)創(chuàng)、簡(jiǎn)便、價(jià)廉的體表肌肉功能無(wú)創(chuàng)檢查手段[15-16]。原始肌電信號(hào)經(jīng)過(guò)不同的分析轉(zhuǎn)換方法得出的指標(biāo)可以一定程度上反映運(yùn)動(dòng)單位活動(dòng)同步化、肌纖維募集、肌肉疲勞程度、肌肉激活順序和激活時(shí)間等情況，可通過(guò)檢測(cè)某一肌肉的肌電狀況，對(duì)單塊肌肉的功能作出評(píng)價(jià)[17-19]。

本次實(shí)驗(yàn)共采集到3個(gè)周期的肌電信號(hào)，利用肌電圖分析軟件得到在一個(gè)下臺(tái)階的過(guò)程中優(yōu)勢(shì)側(cè)腿股直肌、股內(nèi)側(cè)肌和股外側(cè)肌肌肉的最大收縮幅值。本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，股直肌收縮強(qiáng)度明顯小于股內(nèi)側(cè)肌。目前，無(wú)論國(guó)內(nèi)或國(guó)外肌皮瓣的移植一直是熱門(mén)的研究課題，股直肌的肌皮瓣移植也不例外[20-21]。有研究表明股直肌對(duì)伸膝功能作用較小，切除后對(duì)伸膝功能影響不大[22]，同時(shí)又由于其有豐富的血供，在臨床經(jīng)常被用作皮瓣。結(jié)合本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可知健康青年股直肌在伸膝過(guò)程中收縮幅度較小，所起作用最小。

Bennell等[9]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)股四頭肌的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)功能與膝關(guān)節(jié)的屈曲程度僅有微弱的相關(guān)性，故而骨關(guān)節(jié)炎的患者由于股四頭肌功能減退，不能很好地控制其離心收縮，使運(yùn)動(dòng)過(guò)程中膝關(guān)節(jié)負(fù)荷增大。Hubley-Kozey等[23]也證明骨關(guān)節(jié)炎患者大都表現(xiàn)為外側(cè)肌肉活性升高，內(nèi)側(cè)肌肉活性降低，以減輕內(nèi)側(cè)膝關(guān)節(jié)的負(fù)荷。股內(nèi)、外側(cè)肌的不平衡會(huì)造成膝關(guān)節(jié)疾病，引起膝關(guān)節(jié)的不穩(wěn)定。繆萍等[24]也通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，髕股疼痛綜合征患者在雙足半蹲以及坐位伸膝動(dòng)作時(shí)，股內(nèi)斜肌和股外側(cè)肌的肌電活動(dòng)都表現(xiàn)為失衡狀態(tài)，股內(nèi)斜肌的運(yùn)動(dòng)單位募集和活化程度明顯低于股外側(cè)?。欢Ｈ嗽陔p足半蹲時(shí)，股內(nèi)斜肌和股外側(cè)肌的肌電活動(dòng)表現(xiàn)為平衡狀態(tài)。本研究也發(fā)現(xiàn)，在健康青年中，股內(nèi)側(cè)肌與股外側(cè)肌最大收縮幅值與平均收縮幅值之間無(wú)很大差異，說(shuō)明在下臺(tái)階過(guò)程中，股內(nèi)側(cè)肌與股外側(cè)肌協(xié)同收縮，收縮強(qiáng)度平衡。

本次實(shí)驗(yàn)為了最大限度避免串?dāng)_現(xiàn)象，統(tǒng)一電極的放置位置，并使每個(gè)電極的間距大于2.5 cm[25]。此外，受試者的年齡、體質(zhì)量指數(shù)、性別及心理因素等個(gè)體特征會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本實(shí)驗(yàn)選取在校大學(xué)生，并對(duì)身高進(jìn)行篩選，性別隨機(jī)，以降低個(gè)體差異的影響。皮膚表面的清潔程度如毛發(fā)、汗液、角質(zhì)層等都會(huì)對(duì)肌電信號(hào)產(chǎn)生影響，因此在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前我們通過(guò)去除受試者體表的毛發(fā)，用75%酒精棉擦拭需暴露的部分，以降低皮膚阻抗。

綜上所述，本研究結(jié)果表明健康青年股內(nèi)側(cè)肌與股外側(cè)肌協(xié)同收縮強(qiáng)度相當(dāng)，均大于股直肌。這也提示我們對(duì)于膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)及膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎的患者而言，物理治療師在進(jìn)行康復(fù)治療時(shí)應(yīng)加強(qiáng)股內(nèi)側(cè)肌與股外側(cè)肌的肌力訓(xùn)練，特別是股內(nèi)側(cè)肌的肌力訓(xùn)練，縮小膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎患者股內(nèi)外側(cè)肌活性差異，從而增強(qiáng)膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性。

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Surface Electromyography Changes of Vastus Medialis,Rectus Femoris and Vastus Lateralis during Stair Descent in Healthy Youth

SHI Hao-nan1,GUI Pei-jun1,XU Da-wei1,GUO Hui2,XIE Ying1
1.Beijing Friendship Hospital,Capital Medcial University,Beijing 100050,China;2.Beijing Bo'ai Hospital,China Rehabilitation Research Center,Beijing 100068,China

Objective To evaluate the activities of vastus medialis,rectus femoris and vastus lateralis during stair descent in healthy youth.Methods Thirty healthy college students were recruited from the Capital Medical University 2015 admissions in 2016.The electrode was put on the dominant side of the quadriceps.Surface electromyography was used to record muscle activity during stair descent.Results During stair descent,the maximum amplitude and mean amplitude were significantly lower in rectus femoris than in vastus medialis and vastus lateralis(P〈0.001).No significant difference was found between vastus medialis and vastus lateralis(P〉0.05).Conclusion The activation of both vastus medialis and vastus lateralis during stair descent is significantly higher than that of rectus femoris.The coactivation of vastus medialis and vastus lateralis is equal in healthy youth.

stair descent;quadriceps;contraction intensity;surface electromyography

XIE Ying.E-mail：13691446412@126.com

R322.7

A

1006-9771(2017)10-1162-04

10.3969/j.issn.1006-9771.2017.10.008

[本文著錄格式] 史昊楠，桂沛君，徐大衛(wèi)，等.健康青年下臺(tái)階時(shí)股內(nèi)側(cè)肌、股直肌和股外側(cè)肌間的表面肌電變化[J].中國(guó)康復(fù)理論與實(shí)踐,2017,23(10)：1162-1165.

CITED AS：Shi HN,Gui PJ,Xu DW,et al.Surface electromyography changes of vastus medialis,rectus femoris and vastus lateralis during stair descent in healthy youth[J].Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2017,23(10)：1162-1165.

1.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院，北京市100050；2.中國(guó)康復(fù)研究中心北京博愛(ài)醫(yī)院PT3科，北京市100068。作者簡(jiǎn)介：史昊楠(1987-)，女，漢族，北京市人，技師，主要研究方向：神經(jīng)系統(tǒng)疾病的康復(fù)。通訊作者：謝瑛。E-mail：13691446412@126.com。

2017-03-03

2017-05-02)