基于數(shù)字化彈性觸診儀分析下肢體位對(duì)小腿三頭肌硬度的影響

張瑾,張順喜,彭源,鄭嘉璇,袁聯(lián)雄,華學(xué)鋒,蘭月*

(1.廣州市第一人民醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科,廣東 廣州 510180；2.汕頭市中心醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科,廣東 汕頭 515000；3.中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院科教信息科,廣東 廣州 510180；4.廣州市第一人民醫(yī)院肝膽外科二科,廣東 廣州 510180)

小腿三頭肌是產(chǎn)生膝、踝關(guān)節(jié)屈曲及維持站立姿勢(shì)的重要肌肉,腦卒中、帕金森病、腦癱等多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病及各種下肢損傷都可能會(huì)累及小腿三頭肌,引起疼痛、痙攣、步行障礙、代償性肥大等,因此全面評(píng)定小腿三頭肌的功能狀況是進(jìn)行精準(zhǔn)康復(fù)治療的保障,同時(shí)也是評(píng)定治療有效性的依據(jù)之一[1]。在評(píng)定方法選擇上,除肌力、感覺、關(guān)節(jié)活動(dòng)度、肌肉圍度及步態(tài)分析外,肌肉硬度等肌肉本身機(jī)械特性的測(cè)試也是需要涉及的內(nèi)容[2-4]。數(shù)字化彈性觸診儀MyotonPRO(愛沙尼亞Myoton公司)采用阻尼振蕩模型,通過施加短時(shí)脈沖在肌肉表面,可以直觀、簡便和快速地計(jì)算出反映肌肉機(jī)械特征的生物力學(xué)指標(biāo),目前已經(jīng)在康復(fù)醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[5,6]。本文將采用MyotonPRO測(cè)試健康人群不同體位下小腿三頭肌硬度的數(shù)值,以分析體位對(duì)小腿三頭肌硬度的影響,同時(shí)分析年齡、性別、體質(zhì)量指數(shù)(body mass index,BMI)對(duì)小腿三頭肌硬度的影響,為肌骨疾病精準(zhǔn)康復(fù)評(píng)定提供新的思路,并挖掘MyotonPRO在人體生物力學(xué)評(píng)估中的意義。

1 對(duì)象與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

2018年6月-12月間于廣州市第一人民醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科篩選 25例大學(xué)本、?？茖?shí)習(xí)生志愿者參加本研究。

1.1.1納入標(biāo)準(zhǔn) ①無3月內(nèi)下肢肌肉等軟組織創(chuàng)傷史,無1年內(nèi)下肢骨折史；②無跟腱炎、足底筋膜炎等足踝疾病史；③無足踝關(guān)節(jié)畸形；④無腦及脊髓等神經(jīng)系統(tǒng)病變史；⑤患者能夠配合該實(shí)驗(yàn)并簽署知情同意書。

1.1.2排除標(biāo)準(zhǔn) ①患有跟腱炎、足底筋膜炎；②測(cè)試前3天內(nèi)有大量運(yùn)動(dòng)；③測(cè)量過程中不配合。④有3月內(nèi)下肢肌肉創(chuàng)傷史,有1年內(nèi)下肢骨折史；⑤有足踝關(guān)節(jié)畸形；⑥有腦及脊髓神經(jīng)病變史。

本研究經(jīng)廣州市第一人民醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn),所有受試者均簽署知情同意書。

1.2 MyotonPRO測(cè)量及原理

MyotonPRO通過將探頭將預(yù)壓力(0.18 N)施加于被測(cè)靶肌的表面,通過機(jī)械脈沖快速釋放壓力 0.40 N (15 ms)于被測(cè)靶肌的表面,再由加速度感應(yīng)器記錄靶肌的振蕩(400 ms),對(duì)該振蕩進(jìn)行記錄并進(jìn)行原始信號(hào)處理,可得到檢測(cè)靶肌阻尼振蕩的位移(s)、速度(v)和加速度(a)(見圖1)[7]。然后通過對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行處理計(jì)算出參數(shù)[1],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(dòng)態(tài)硬度 (dynamic stiffness,S)，自然阻尼振蕩的對(duì)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(shí)間(ms) (mechanical stress relaxation time,R)，肌肉達(dá)到最大變形所需時(shí)間和肌肉內(nèi)部機(jī)械壓力釋放時(shí)間的比率(ratio of deformation and relaxation time,C)，又稱為德博拉數(shù)。本研究只觀察肌肉的硬度[8],代表肌肉抵抗外力發(fā)生形變的能力,是客觀反映肌肉的功能狀態(tài)的典型機(jī)械特征指標(biāo)之一。

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1.3 比目魚肌,腓腸肌內(nèi)側(cè)頭及外側(cè)頭硬度測(cè)量

參與研究的一名康復(fù)醫(yī)師和兩名康復(fù)治療師,在試驗(yàn)前接受MyotonPRO(愛沙尼亞Myoton公司)操作培訓(xùn)并通過培訓(xùn)測(cè)試。測(cè)試前向受試者說明測(cè)試程序,取得受測(cè)人員配合。受試者以俯臥位、站立位、踮足位三種體位順序進(jìn)行測(cè)試。俯臥位令受試者俯臥于治療床,下肢自然伸直,雙腳懸于床外。站立位時(shí)令受試者赤足站立在平地上,無負(fù)重。應(yīng)力位時(shí)受試者墊腳足部長軸與地面呈45°,雙手可輕微扶持椅背,無其他負(fù)重。測(cè)試前用記號(hào)筆標(biāo)記靶肌測(cè)量點(diǎn),腓腸肌內(nèi)外側(cè)頭測(cè)量點(diǎn)位于腘窩橫紋兩側(cè)至內(nèi)、外踝距離的30%處,此處肌肉橫截面積最大[9],比目魚肌的測(cè)量點(diǎn)位于腓腸肌內(nèi)側(cè)頭測(cè)試點(diǎn)以遠(yuǎn)及腓腸肌中線內(nèi)側(cè)2.0 cm[1],每種體位測(cè)試前令受試者先休息放松5 min,之后由測(cè)試人員用MyotonPRO測(cè)量俯臥位、站立位及踮足位右下肢比目魚肌、腓腸肌內(nèi)側(cè)頭及外側(cè)頭的硬度。每一體位各靶肌分別測(cè)量3次,每次測(cè)量間隔1分鐘,每次按預(yù)設(shè)工作模式?jīng)_擊靶肌10次,取3次測(cè)量的平均值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

本研究采用SAS統(tǒng)計(jì)軟件9.2對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。所有計(jì)量資料均以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。由于每位受試者均接受了3種體位的測(cè)量,同一受試者不同體位間存在相關(guān)性,因此采用線性混合效應(yīng)模型[10]分析體位對(duì)小腿三頭肌硬度的影響,進(jìn)一步將年齡、性別、體重指數(shù)納入模型作為校正因素。P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般資料

25例健康人群參加本研究,其中男性13例,女性12例；平均( 22.0±3.39)歲；平均體重指數(shù)(20.29±2.11 ) kg/m2,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

2.2 不同體位下小腿三頭肌硬度

俯臥位、站立位、踮足位三種體位下比目魚肌、腓腸肌外側(cè)頭、腓腸肌內(nèi)側(cè)頭局部的硬度見表1。

2.3 體位對(duì)比目魚肌硬度的影響

2.3.1不考慮年齡、性別等因素,只考慮不同體位對(duì)比目魚肌硬度的影響 結(jié)果顯示不同體位下的肌肉硬度有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(F=74,P<0.0001),以踮足位為參照組,其它兩種體位與踮足位相比,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.0001),偏回歸系數(shù)為負(fù)(站立位為-59.0556,俯臥位為-300.56),結(jié)合偏回歸系數(shù)可知俯臥位<站立位<踮足位,見表2。

表1 俯臥位、站立位、踮足位三種體位下比目魚肌、腓腸肌外側(cè)頭、腓腸肌內(nèi)側(cè)頭局部的硬度。(單位N/m)

表2 不考慮年齡、性別等因素,體位對(duì)比目魚肌的影響

2.3.2進(jìn)一步考慮年齡,性別,BMI的影響,提示在考慮了上述三個(gè)因素的影響下,體位仍然是一個(gè)獨(dú)立的影響因素(F=73.11,P<0.0001)。年齡、性別和BMI均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。(P>0.05),見表3。

表3 考慮年齡,性別,BMI的影響,體位對(duì)比目魚肌的影響

2.4 體位對(duì)腓腸肌內(nèi)側(cè)頭硬度的影響

2.4.1不考慮年齡、性別等因素,只考慮體位對(duì)腓腸肌內(nèi)側(cè)頭硬度的影響 結(jié)果顯示不同體位下的肌肉硬度差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(F=52.68,P<.0001),以踮足位為參照組,其它兩種體位與踮足位相比差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),偏回歸系數(shù)為負(fù)(站立位為-183.94,俯臥位為-297.56),結(jié)合回歸系數(shù)大小可知俯臥位<站立位<踮足位,見表4。

表4 不考慮年齡,性別,BMI的影響,體位對(duì)腓腸肌內(nèi)側(cè)頭的影響

2.4.2進(jìn)一步考慮年齡,性別,體重指數(shù)的影響 結(jié)果提示在考慮了上述三個(gè)因素的影響下,體位仍然是一個(gè)獨(dú)立影響因素(F=50.59,P<0.0001)。性別(1：男,2：女)因素有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(偏回歸系數(shù)=-157.75,P=0.0082),提示女性平均比男性肌肉硬度低157.75。年齡和BMI均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見表5。

表5 考慮年齡,性別,BMI的影響,體位對(duì)腓腸肌內(nèi)側(cè)頭的影響

2.5 體位對(duì)腓腸肌外側(cè)頭硬度的影響

2.5.1不考慮年齡、性別、體重指數(shù),只考慮體位對(duì)腓腸肌外側(cè)頭肌肉硬度的影響 結(jié)果顯示不同體位下的肌肉硬度差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=38.6,P<0.05),以踮足位為參照組,其它兩種體位與踮足位相比差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),偏回歸系數(shù)為負(fù)(站立位為-118.33,俯臥位為-229.94),結(jié)合回歸系數(shù)大小可知俯臥位<站立位<踮足位。見表6。

表6 考慮年齡,性別,BMI的影響,體位對(duì)腓腸肌內(nèi)側(cè)頭的影響

2.5.2進(jìn)一步考慮年齡,性別,BMI的影響 結(jié)果提示在考慮了上述三個(gè)因素的影響下,體位仍然是一個(gè)獨(dú)立影響因素(F=40.63,P<0.0001)。性別(1：男,2：女)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(偏回歸系數(shù)=-122.77,P=0.027 7),提示女性平均比男性肌肉硬度低122.77。年齡和BMI均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見表7。

表7

3 討論

小腿三頭肌主要的機(jī)能為近端固定小腿三頭肌收縮,使足在踝關(guān)節(jié)處跖屈；腓腸肌收縮使小腿在膝關(guān)節(jié)處屈曲。遠(yuǎn)端固定小腿三頭肌使股骨下端和脛骨和腓骨上端向后方,使膝關(guān)節(jié)伸展,協(xié)同維持人體直立[11][12]。作為膝踝關(guān)節(jié)重要的屈曲主動(dòng)肌及維持站立姿勢(shì)的重要肌肉,腦卒中、脊髓損傷及跟腱斷裂等多種疾病均會(huì)累及小腿三頭肌,產(chǎn)生肌肉機(jī)械特征的改變,從而影響步態(tài)[13-15]。因此小腿三頭肌是多種疾病康復(fù)治療的主要靶肌之一,正確及便利的評(píng)定小腿三頭肌的機(jī)械特征,對(duì)疾病的康復(fù)及步態(tài)的改善具有重要的意義。同時(shí)考慮到小腿三頭肌支持、保護(hù)及運(yùn)動(dòng)的功能需要,除靜止?fàn)顟B(tài)外,在不同負(fù)荷狀態(tài)下及在不同下肢關(guān)節(jié)角度下肌肉機(jī)械特征的測(cè)定顯得更為有意義[15-17]。

肌肉硬度是肌肉機(jī)械特性的重要參數(shù)之一,代表肌肉抵抗外力發(fā)生形變的能力,單位N/m,數(shù)值越大,硬度越高,是能夠客觀反映肌肉的功能狀態(tài),是反映肌肉機(jī)械特征的典型指標(biāo)之一[2]。研究證明,肌肉在疲勞[18]、痙攣[19-20,13]和筋膜疼痛綜合征[21-22]等狀態(tài)下硬度發(fā)生顯著變化,因此,及時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)量肌肉硬度對(duì)早期病變的監(jiān)測(cè)及康復(fù)治療效果的評(píng)定有重要意義。目前臨床中對(duì)肌肉硬度的檢查往往通過雙手觸診來評(píng)估,然而觸診有很大的主觀性,不能對(duì)肌肉機(jī)械特征進(jìn)行量化[23],同時(shí)大部分研究關(guān)注于生理或病理情況中非負(fù)荷狀態(tài)下的肌肉機(jī)械特征,而對(duì)功能活動(dòng)中負(fù)荷狀態(tài)下的肌肉機(jī)械特怔未予以充分重視,導(dǎo)致了康復(fù)評(píng)定的局限性。本研究不但應(yīng)用定量化的數(shù)字化彈性觸診儀MyotonPRO于靶肌進(jìn)行肌肉機(jī)械特征的測(cè)試,更對(duì)靶肌施加不同體位的干預(yù),測(cè)定更接近于功能狀態(tài)下的肌肉機(jī)械特征,具有一定的先進(jìn)性。

目前,臨床上對(duì)肌肉硬度的評(píng)估有磁共振彈性成像(magnetic resonance elastography,MRE)[24]和超聲彈性成像(ultrasound elastography)[25]。但這兩種方式花費(fèi)較高,操作復(fù)雜,需要耗費(fèi)較長的培訓(xùn)時(shí)間,均未在臨床大量開展。客觀上需要一種較為簡便,方便操作且信度和效度都較高的方法來對(duì)肌肉硬度進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)試。MyotonPRO[26-28]由愛莎尼亞Vain博士發(fā)明的,原理是測(cè)試軟組織或肌肉在受到壓力后產(chǎn)生的位移,并對(duì)這一位移進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算,從而得出肌肉機(jī)械特性的參數(shù)。目前這一測(cè)試已廣泛應(yīng)用于軟組織或肌肉機(jī)械特征的評(píng)定,其在不同時(shí)間及不同測(cè)試者之間的測(cè)量信度已經(jīng)得到廣泛驗(yàn)證[13][4],且因?yàn)樵摐y(cè)試方式與超聲彈性測(cè)試有非常高的相關(guān)性,可以替代彈性超聲進(jìn)行肌肉機(jī)械特性的檢查[9],在Joseph P. Kelly的研究中研究者甚至發(fā)現(xiàn)在軟組織負(fù)荷狀態(tài)下,MyotonPRO的敏感性優(yōu)于彈性超聲[16]。既往的大量研究證明,MyotonPRO在康復(fù)醫(yī)學(xué)中,可以用來評(píng)定肌肉機(jī)械特怔,為各種疾病診斷提供補(bǔ)充信息,并檢測(cè)各種治療方法的預(yù)后及效果[22-23,29]；MyotonPRO在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)中可以檢測(cè)肌肉訓(xùn)練的效果,檢測(cè)肌肉疲勞,優(yōu)化訓(xùn)練方案,避免運(yùn)動(dòng)損傷[30]；MyotonPRO在職業(yè)病防治中可用于檢測(cè)由于不良姿勢(shì)導(dǎo)致的肌肉機(jī)械特征異常,并對(duì)職業(yè)預(yù)防做出指導(dǎo)[31],同時(shí)因?yàn)镸yotonPRO的測(cè)量不受重力影響,可以失重或微重力情況下工作,該測(cè)試在航天醫(yī)學(xué)中也有著重要的應(yīng)用前景[32]。

在本研究中,無論有無年齡、性別、體重指數(shù)等影響,均顯示不同體位下的肌肉硬度差別較大,以踮足位肌肉硬度為參照組(偏回歸系數(shù)為0),站立位組、俯臥位組兩種體位與之相比,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,結(jié)合偏回歸系數(shù)可知小腿三頭肌肌肉硬度俯臥位<站立位<踮足位。KocurP[33]在臥位及坐位測(cè)量上斜方肌肌肉硬度,證明兩者有明顯差別,坐位大于仰臥位。Liu C L[3]的研究中表明上肢抬高后上斜方肌硬度較上肢下垂位有明顯差異。Morgan G E[15]在俯臥位及站立位下測(cè)量跟腱復(fù)合體的硬度得到了完全不同的測(cè)量曲線。這些研究雖然靶組織不同,但結(jié)果與本研究有類似性,證明了本研究結(jié)果的合理性。在關(guān)于這一結(jié)果的解釋上,我們通過既往文獻(xiàn)的檢索,發(fā)現(xiàn)肌肉硬度等機(jī)械特征與肌肉負(fù)荷有著相關(guān)性,且MyotonPRO可以定量化地反映這一規(guī)律[16],我們認(rèn)為不同體位的差異本質(zhì)上就是肌肉負(fù)荷的差異,因此造成不同體位下肌肉硬度的變化,而肌肉處于負(fù)荷狀態(tài)是肌肉發(fā)揮日常功能的常見功能狀態(tài),如站立、行走、跳躍。這個(gè)發(fā)現(xiàn)提示無論在還是生理情況還是病理情況下進(jìn)行肌肉硬度等機(jī)械特征的測(cè)試時(shí),都需考慮體位的影響,方能實(shí)現(xiàn)全面評(píng)定功能狀態(tài)下的肌肉機(jī)械特征[15]。此外,本研究證明MyotonPRO可以明顯區(qū)分健康人群不同體位下小腿三頭肌的硬度,也從另一方面說明了數(shù)字化彈性觸診儀能夠?qū)⒉煌δ軤顟B(tài)下肌肉的硬度區(qū)分出來,體現(xiàn)了其應(yīng)用價(jià)值。Joseph P. Kelly應(yīng)用MyotonPRO與彈性超聲測(cè)量不同負(fù)荷肌肉的硬度,得出MyotonPRO在靶肌負(fù)荷狀態(tài)下,肌肉機(jī)械特征測(cè)試的區(qū)分度甚至優(yōu)于彈性超聲[16]。

進(jìn)一步將年齡、性別、體重指數(shù)納入模型作為校正因素,我們發(fā)現(xiàn)性別對(duì)腓腸肌內(nèi)側(cè)頭及外側(cè)頭肌肉硬度有影響(P<0.05,偏回歸系數(shù)分別為-157.75、-122.77)。女性相對(duì)與男性肌硬度較低。Wang等[34]對(duì)放松和收縮狀態(tài)下肌肉硬度進(jìn)行性別對(duì)比,結(jié)果表明女性比男性硬度低。Dietsch等[35]用MyotonPRO的前代產(chǎn)品Myoton-3 測(cè)量不同年齡、性別受試者的肌肉硬度,發(fā)現(xiàn)其與性別顯著性相關(guān)。Nair K[36]應(yīng)用該方式進(jìn)行腰肌筋膜的特征測(cè)定,證明男性組織硬度大于女性。以上研究與本研究結(jié)果相一致,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)。說明測(cè)試肌肉硬度時(shí),性別也是需要考慮的方面之一。年齡對(duì)比目魚肌、腓腸肌內(nèi)外側(cè)頭硬度無影響。Agyapong-Badu等[37]用MyotonPRO研究年齡對(duì)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。PiotrKocur[33]對(duì)斜方肌的研究證明年齡增加,上斜方肌硬度增加。Eby等[38]應(yīng)用彈性超聲研究肌肉機(jī)械特征,證明年齡增加,肌硬度增加。這種趨勢(shì),可能與不同年齡皮下脂肪厚度相關(guān)。本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果與之前的研究不一致,可能與本實(shí)驗(yàn)受試者年輕,且無明顯肥胖者及體型消瘦者有關(guān),這也是我們?cè)诮窈蟮臏y(cè)試中需要進(jìn)一步驗(yàn)證的。最后我們發(fā)現(xiàn)體重指數(shù)對(duì)比目魚肌、腓腸肌內(nèi)側(cè)頭及外側(cè)頭硬度無影響,PiotrKocur對(duì)斜方肌的研究證明上斜方肌硬度的變化,與體重指數(shù)無明顯相關(guān)[33],Gafin Ericson Morgan研究中證明體重指數(shù)與正常跟腱硬度無相關(guān)性[15]。本研究結(jié)果與以往研究相一致,提示BMI對(duì)小腿三頭肌的硬度無影響。

綜上所述,本研究中體位對(duì)小腿三頭肌硬度有很大的影響,是決定小腿三頭肌硬度的獨(dú)立影響因素。性別對(duì)腓腸肌內(nèi)外側(cè)頭的硬度也有影響,而年齡、體重指數(shù)則未發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象。提示在臨床檢查小腿三頭肌肌肉硬度時(shí),要考慮到體位、性別所帶來的個(gè)體差異。需在不同體位下對(duì)肌肉硬度進(jìn)行全面評(píng)估,而不應(yīng)只進(jìn)行非負(fù)荷狀態(tài)下的肌肉測(cè)試。同時(shí)MyotonPRO可以有效區(qū)分出不同體位下小腿三頭肌的硬度,且測(cè)量結(jié)果精準(zhǔn),重測(cè)信度高,方便攜帶,是一個(gè)非常有應(yīng)用前景的肌肉軟組織生物力學(xué)測(cè)試工具。