基于新型肌肉定量評估儀分析影響小腿三頭肌硬度的因素

李亞鵬，馮亞男，朱 毅，張紅慶，劉書芳，張志杰

1.廣州體育學(xué)院運動康復(fù)教研室，廣東廣州市510500；2.河南省洛陽正骨醫(yī)院，河南省骨科醫(yī)院，河南洛陽市471002；3.海南省農(nóng)墾總醫(yī)院康復(fù)治療中心，海南海口市570311

肌肉硬度是肌肉機(jī)械特性的重要參數(shù)之一[1]，能夠客觀反映肌肉的功能狀態(tài)[2]。通常肌肉在疲勞[3]、痙攣[4]和帕金森病[5]等病變狀態(tài)下硬度顯著增加。目前臨床中對肌肉硬度的檢查往往通過雙手觸診來評估，但是雙手觸診有很大的主觀性，不能對肌肉機(jī)械特性進(jìn)行量化評估[6]。因此，及時準(zhǔn)確地測量肌肉硬度對早期病變的監(jiān)測有重要意義。此外，肌肉的硬度受性別、年齡和負(fù)重程度等因素影響。

目前，臨床上對肌肉硬度的評估有磁共振彈性成像(magnetic resonance elastography,MRE)和超聲彈性成像(ultrasound elastography)。Domire等[7]用 MRE 分析年齡對骨骼肌剪切模量的影響，發(fā)現(xiàn)兩者之間不相關(guān)。Chino等[8]對放松狀態(tài)下腓腸肌肉硬度、Brandenburg等[9]對健康兒童被動拉伸下腓腸肌肉硬度進(jìn)行測量并進(jìn)行信度研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)超聲彈性成像有很高的信度，而且沒有性別差異。Eby等[10]發(fā)現(xiàn)，無論哪個年齡段，女性肌肉剪切模量總比男性高。Chino等[11]發(fā)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)跖屈30°下，腓腸肌內(nèi)側(cè)頭硬度無性別差異。目前，新型肌肉定量評估儀MyotonPRO也可以測量肌肉硬度，例如肱二頭肌[12]、股四頭肌[13]和小腿三頭肌[14]等，有操作簡單、無創(chuàng)、便攜和快速檢測等優(yōu)點。

前期研究結(jié)果顯示，影響肌肉硬度的因素?zé)o確切的結(jié)果。本研究旨在應(yīng)用新型MyotonPRO探討影響小腿三頭肌硬度的因素。

1 對象與方法

1.1 對象

2016年8月于河南省洛陽正骨醫(yī)院(河南省骨科醫(yī)院)篩選40例健康實習(xí)生參加，其中男性20例，女性20例；平均(24.50±1.26)歲；身高(168.72±8.80)cm；體質(zhì)量(61.05±9.70)kg；體質(zhì)量指數(shù)(body mass index,BMI)(21.35±2.16)kg/m2；每周運動時間1～5.0 h，平均2.5 h。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①無小腿部肌肉拉傷史、創(chuàng)傷史；②無骨盆傾斜；③無扁平足和踝關(guān)節(jié)內(nèi)、外翻；④無腦及脊髓神經(jīng)病變等導(dǎo)致的頸肩部、小腿肌肉萎縮等疾病。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①患有跟腱炎、足底筋膜炎；②測前有大量運動；③測量過程中不配合。

本研究經(jīng)河南省洛陽正骨醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，所有受試者均簽署知情同意書。

1.2 儀器及測量原理

MyotonPRO通過將探頭把預(yù)壓力(0.18 N)加于被測目標(biāo)的表面，通過機(jī)械脈沖快速釋放0.58 N(15 ms)，再由加速度感應(yīng)器記錄肌肉的振蕩(400 ms)，然后通過對原始信號進(jìn)行處理(10 ms)計算出參數(shù)(5 ms)。這些參數(shù)包括：①肌張力或肌肉壓力的狀況，自然阻尼振蕩頻率(Hz)(natural oscillation frequency,F)描述肌張力或肌肉壓力；②生物力學(xué)特性，動態(tài)硬度(dynamic stiffness,S)、自然阻尼振蕩的對數(shù)衰減量(logarithmic decrement of natural oscillation,D)描述肌肉彈性；③黏彈性，機(jī)械壓力釋放時間(ms)(mechanical stress relaxation time,R)、肌肉達(dá)到最大變形所需時間和肌肉內(nèi)部機(jī)械壓力釋放時間的比率(ratio of deformation and relaxation time,C)又稱為德博拉數(shù)。本研究只觀察S。

1.3 腓腸肌內(nèi)、外側(cè)頭硬度測量

測量前，告知受測人員測試程序，取得受測人員配合。令受試者俯臥于治療床，下肢自然伸直，雙腳懸于床外[15]。測量點位于腘窩橫紋兩側(cè)至內(nèi)、外踝距離的30%處，因為此處肌肉橫截面積最大[16]。測量前令受試者先休息放松5 min，之后由測試人員用MyotonPRO測量利腿與非利腿腓腸肌內(nèi)、外側(cè)頭的硬度。其中利腿按照在受試者面前放一個足球，受試者潛意識用哪條腿踢球來選取[17]。每個標(biāo)記部位分別測量3次，取平均值。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

本研究采用SPSS 16.0統(tǒng)計軟件對所測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。所有計量資料均以(xˉ±s)表示。采用獨立t檢驗分析性別對腓腸肌肉硬度的影響。采用相關(guān)性分析分析體質(zhì)量對腓腸肌肉硬度的影響。采用配對t檢驗分析對比利腿和非利腿腓腸肌外側(cè)頭和內(nèi)側(cè)頭硬度。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

男性兩側(cè)腓腸肌內(nèi)、外側(cè)頭硬度明顯大于女性(P＜0.01)。見表1。體質(zhì)量與兩側(cè)腓腸肌內(nèi)、外側(cè)頭硬度均呈正相關(guān)(P＜0.05)。見表2。利腿與非利腿外側(cè)頭、內(nèi)側(cè)頭硬度均無顯著性差異(P＞0.05)。見表3。

表1 不同性別受試者兩側(cè)腓腸肌內(nèi)、外側(cè)頭硬度(N/m)

表2 體質(zhì)量與兩側(cè)腓腸肌內(nèi)、外側(cè)頭硬度的相關(guān)性分析

表3 利腿與非利腿內(nèi)、外側(cè)頭硬度比較(N/m)

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)，性別對腓腸肌肉內(nèi)、外側(cè)頭硬度有影響，其中男性利腿外側(cè)比女性大23.23%，內(nèi)側(cè)比女性大13.47%；非利腿外側(cè)比女性大18.42%，內(nèi)側(cè)比女性大14.98%。Morse[18]對腓腸肌被動拉伸下的硬度進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)男性硬度比女性大，其原因可能是不同性別人群肌肉黏彈性不同。Dietsch等[19]用Myoton-3測量不同年齡、性別受試者的肌肉硬度，發(fā)現(xiàn)與性別顯著性相關(guān)，并表明可能與組織成分和厚度有很大的關(guān)系。Wang等[20]對放松和收縮狀態(tài)下肌肉硬度進(jìn)行性別對比，結(jié)果表明女性比男性硬度低；可能與男性肌肉有更大的橫截面積、質(zhì)量，有更多的肌肉纖維橫橋和肌聯(lián)蛋白有關(guān)。因此，在評估患者肌肉硬度時，應(yīng)注意性別差異引起的肌肉硬度的不同。

本研究還發(fā)現(xiàn)，腓腸肌內(nèi)、外側(cè)頭硬度與體質(zhì)量呈正相關(guān)，這與先前國外學(xué)者關(guān)于負(fù)重研究結(jié)果相一致。Blackburn等[21]進(jìn)行等長、等張訓(xùn)練對腘繩肌硬度的影響，用肌電圖評估腘繩肌肉硬度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)硬度與等長訓(xùn)練明顯相關(guān)(P=0.006)，與等張訓(xùn)練不相關(guān)(P=0.089)。Green等[22]通過MRE對倒走離心訓(xùn)練后腓腸肌內(nèi)側(cè)頭硬度進(jìn)行測量，結(jié)果硬度增加17%。Murayama等[23]進(jìn)行肘屈肌離心訓(xùn)練的研究，結(jié)果肌肉硬度在3 d后增加45%。同樣Janecki等[24]用Myoton-3對肘屈肌離心訓(xùn)練后即時效應(yīng)進(jìn)行測量，結(jié)果硬度增加13%，并且保持5 d。負(fù)重對肌肉硬度的影響可能是因為過大的負(fù)重增加肌肉內(nèi)的壓力與張力，日久改變肌肉纖維不同類型的構(gòu)成比例。不同的負(fù)重訓(xùn)練研究，可以科學(xué)地指導(dǎo)康復(fù)鍛煉。

此外，本研究還發(fā)現(xiàn)利腿與非利腿的內(nèi)、外側(cè)頭硬度均無顯著性差異。表明在兩側(cè)對稱性良好的前提下，進(jìn)行臨床評估時，可以用健側(cè)與患側(cè)對比，進(jìn)行對照分析治療前后的效果。

MyotonPRO是由愛莎尼亞Vain博士發(fā)明的，能夠無創(chuàng)測量身體表面肌肉和其他生物軟組織。Agyapong-Badu等[12]用MyotonPRO研究年齡對股直肌、肱二頭肌張力的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著年齡的增加，肌肉硬度和張力增加，黏彈性下降，與Eby等[10]的研究結(jié)果一致。很多國外學(xué)者基于MyotonPRO評估技術(shù)進(jìn)行了大量的健康人群基礎(chǔ)研究，如Mullix等[25]對股直肌、股二頭肌肉，Agyapong-Badu等[26]對年輕、年老健康男性股直肌和肱二頭肌測量信度進(jìn)行研究，結(jié)果均為優(yōu)秀。還有一些學(xué)者對肱二頭肌[27]、股四頭肌[13]對稱性進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)老年男性肱二頭肌對稱性差，股四頭肌對稱性良好。李亞鵬等[28]研究斜方肌上束的信度與對稱性，結(jié)果測試者間信度和重測信度為好和優(yōu)秀，且雙側(cè)無顯著性差異，左右對稱。Nair等[29]對健康人腰部筋膜硬度進(jìn)行測量，結(jié)果男性筋膜硬度比女性高，右側(cè)筋膜硬度比左側(cè)高。Brendle[30]對靜態(tài)拉伸與動態(tài)拉伸進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明動態(tài)牽拉有助于田徑運動員肌肉爆發(fā)力的增加，在熱身后優(yōu)選靜態(tài)拉伸。Schneider等[31]在失重狀態(tài)下對肌肉組織特性改變進(jìn)行研究，結(jié)果在失重狀態(tài)下肌肉硬度顯著降低。

此外，MyotonPRO還可以實時監(jiān)測治療效果。Wang等[32]發(fā)現(xiàn)用貼扎技術(shù)治療扁平足患者后，能夠即時降低下肢肌肉的硬度。Gordon等[33]利用筋膜觸發(fā)點釋放法治療慢性肩痛前后肌肉硬度進(jìn)行評估，結(jié)果治療區(qū)硬度明顯降低。還有學(xué)者[34]進(jìn)行針刺前后的肌肉特性觀察?？梢奙yotonPRO可以精準(zhǔn)、快速、無創(chuàng)實時監(jiān)測肌肉的特性，為臨床服務(wù)。

本研究在測量前休息放松5 min，主要目的是消除因行走等帶來的肌肉緊張；測量部位的選取主要由于該處皮下組織薄，肌肉豐厚，利于肌肉硬度真實值的測量；每部位測量3次，取平均值，降低誤差。另外本研究的受測者BMI為(21.35±2.16)kg/m2，屬于正常值18.5～24.99 kg/m2，為中等體型。然而，本研究仍存在一定的誤差，比如測前每個人運動量無法統(tǒng)一、測量定位誤差、探針與測量部位表面夾角等都會影響數(shù)值的高低。本研究考慮到此些因素，并盡可能地排除干擾因素。

盡管MRE、超聲彈性成像和MyotonPRO都可以用來測量肌肉硬度，但MyotonPRO相對于MRE、超聲彈性成像操作更方便、測量結(jié)果更直觀，能夠無創(chuàng)、快速提供被測量肌肉特性參數(shù)。MyotonPRO測量不受體位和重力的影響，可以在航天醫(yī)學(xué)中應(yīng)用；測量結(jié)果數(shù)字化，精準(zhǔn)，重測信度高，方便攜帶。然而，該測量儀器只能測淺表層肌肉，不能測深層肌肉；只能測單個肌肉不能測量肌肉群；厚度小于3 mm的肌肉不能測。

綜上所述，性別和體質(zhì)量對左右兩側(cè)腓腸肌肉硬度有很大的影響，且下肢左右兩側(cè)肌肉硬度對稱。臨床檢查腓腸肌肉硬度過程中，要考慮到性別和體質(zhì)量帶來的個體差異，必要時可進(jìn)行雙側(cè)對比來診斷。

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[1]Chuang LL,Wu CY,Lin KC.Reliability,validity,and responsiveness of myotonometric measurement of muscle tone,elasticity,and stiffness in patients with stroke[J].Arch Phys Med Rehabil,2012,93(3):532-540.

[2]Yanagisawa O,Niitsu M,Kurihara T,et al.Evaluation of human muscle hardness after dynamic exercise with ultrasound real-time tissue elastography:a feasibility study[J].Clin Radiol,2011,66(9):815-819.

[3]Niitsu M,Michizaki A,Endo A,et al.Muscle hardness measurement by using ultrasound elastography:a feasibility study[J].Acta Radiol,2011,52(1):99-105.

[4]Leonard CT,Stephens JU,Stroppel SL.Assessing the spastic condition of individuals with upper motoneuron involvement:validity of the myotonometer[J].Arch Phys Med Rehabil,2001,82(10):1416-1420.

[5]Marusiak J,Jaskólska A,Budrewicz S,et al.Increased muscle belly and tendon stiffness in patients with Parkinson's disease,as measured by myotonometry[J].Mov Disord,2011,26(11):2119-2122.

[6]Ishikawa H,Muraki T,Morise S,et al.Changes in stiffness of the dorsal scapular muscles before and after computer work:a comparison between individuals with and without neck and shoulder complaints[J].Eur J Appl Physiol,2017,117(1):179-187.

[7]Domire ZJ,Mccullough MB,Chen Q,et al.Feasibility of using magnetic resonance elastography to study the effect of aging on shear modulus of skeletal muscle[J].J Appl Biomech,2009,25(1):93-97.

[8]Chino K,Akagi R,Dohi M,et al.Reliability and validity of quantifying absolute muscle hardness using ultrasound elastography[J].PLoS One,2012,7(9):e45764.

[9]Brandenburg JE,Eby SF,Song P,et al.Feasibility and reliability of quantifying passive muscle stiffness in young children by using shear wave ultrasound elastography[J].J Ultrasound Med,2015,34(4):663-670.

[10]Eby SF,Cloud BA,Brandenburg JE,et al.Shear wave elastography of passive skeletal muscle stiffness:Influences of sex and age throughout adulthood[J].Clin Biomech(Bristol,Avon),2014,30(1):22-27.

[11]Chino K,Takahashi H.Measurement of gastrocnemius muscle elasticity by shear wave elastography:association with passive ankle joint stiffness and sex differences[J].Eur J Appl Physiol,2016,116(4):823-830.

[12]Agyapong-Badu S,Warner M,Samuel D,et al.Measurement of ageing effects on muscle tone and mechanical properties of rectus femoris and biceps brachii in healthy males and females using a novel hand-held myometric device[J].Arch Gerontol Geriatr,2016,62:59-67.

[13]Aird L,Samuel D,Stokes M.Quadriceps muscle tone,elasticity and stiffness in older males:Reliability and symmetry using the MyotonPRO[J].Arch Gerontol Geriatr,2012,55(2):e31-e39.

[14]張志杰,王季,洪文俠,等.深層肌肉刺激對小腿三頭肌張力影響的短期效果[J].中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志,2016,31(11):1253-1254.

[15]Taniguchi K,Shinohara M,Nozaki S,et al.Acute decrease in the stiffness of resting muscle belly due to static stretching[J].Scand J Med Sci Sports,2015,25(1):32-40.

[16]Kanehisa H,Ikegawa S,Tsunoda N,et al.Cross-sectional areas of fat and muscle in limbs during growth and middle age[J].Int J Sports Med,1994,15(7):420-425.

[17]Guette M,Gondin J,Martin A.Time-of-day effect on the torque and neuromuscular properties of dominantand non-dominant quadriceps femoris[J].Chronobiol Int,2005,22(3):541-558.

[18]Morse CI.Gender differences in the passive stiffness of the human gastrocnemius muscle during stretch[J].Eur J Appl Physiol,2011,111(9):2149-2154.

[19]Dietsch AM,Clark HM,Steiner JN,et al.Effects of age,sex,and body position on orofacial muscle tone in healthy adults[J].J Speech Lang Hear Res,2015,58(4):1145-1150.

[20]Wang D,De Vito G,Ditroilo M,et al.A comparison of muscle stiffness and musculoarticular stiffness of the knee joint in young athletic males and females[J].J Electromyogr Kinesiol,2015,25(3):495-500.

[21]Blackburn JT,Norcross MF.The effects of isometric and isotonic training on hamstring stiffness and anterior cruciate ligament loading mechanisms[J].J Electromyogr Kinesiol,2014,24(1):98-103.

[22]Green MA,Sinkus R,Gandevia SC,et al.Measuring changes in muscle stiffness after eccentric exercise using elastography[J].NMR Biomed,2012,25(6):852-858.

[23]Murayama M,Nosaka K,Yoneda T,et al.Changes in hardness of the human elbow flexor muscles after eccentric exercise[J].Eur JAppl Physiol,2000,82(5):361-367.

[24]Janecki D,Jarocka E,Jaskólska A,et al.Muscle passive stiffness increases less after the second bout of eccentric exercise compared to the first bout[J].J Sci Med Sport,2011,14(4):338-343.

[25]Mullix J,Warner M,Stokes M.Testing muscle tone and mechanical properties of rectus femoris and biceps femoris using a novel hand held MyotonPRO device:relative ratios and reliability[J].Working Papers in Health Sciences,2012,1:1-8.

[26]Agyapong-Badu S,Aird L,Bailey L,et al.Interrater reliability of muscle tone,stiffness and elasticity measurements of rectus femoris and biceps brachii in healthy young and older males[J].Working Papers in Health Sciences,2013,1:1-11.

[27]Bailey L.Parameters representing muscle tone,elasticity and stiffness of biceps brachii in healthy older males:symmetry and within-session reliability using the MyotonPRO[J].J Neurol Disord,2013,1(1):1-7.

[28]李亞鵬,馮亞男,劉春龍,等.一種新型彈性測試儀用于健康人群斜方肌彈性評估的信度研究[J].中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志,2017,32(10):1183-1185.

[29]Nair K,Masi AT,Andonian BJ,et al.Stiffness of resting lumbar myofascia in healthy young subjects quantified using a handheld myotonometer and concurrently with surface electromyography monitoring[J].J Bodyw Mov Ther,2016,20(2):388-396.

[30]Brendle S.Acute effect of static and dynamic stretching on tone and elasticity of hamstring muscle and on vertical jump performance in track-and-field athletes[J].Acta Kinesiologiae Universitatis Tartuensis,2014,20(3):48-59.

[31]Schneider S,Peipsi A,Stokes M,et al.Feasibility of monitoring muscle health in microgravity environments using Myoton technology[J].Med Biol Eng Comput,2015,53(1):57-66.

[32]Wang JS,Um GM,Choi JH.Immediate effects of kinematic taping on lower extremity muscle tone and stiffness in flexible flat feet[J].J Phys Ther Sci,2016,28(4):1339-1342.

[33]Gordon CM,Andrasik F,Schleip R,et al.Myofascial triggerpoint release(MTR)for treating chronic shoulder pain:A novel approach[J].J Bodyw Mov Ther,2016,20(3):614-622.

[34]Ortega-Cebrian S,Luchini N,Whiteley R.Dry needling:effects on activation and passive mechanical properties of the quadriceps,pain and range during late stage rehabilitation of ACL reconstructed patients[J].Phys Ther Sport,2016,21:57-62.