青少年特发性脊柱侧凸椎旁肌表面肌电研究进展_李香兰.pdf

专家论坛2023年(第13卷)第6期当代体育科技(Contemporary Sports Technology)青少年特发性脊柱侧凸椎旁肌表面肌电研究进展李香兰 廖八根*张晓辉(广州体育学院运动医学实验室 广东广州 515500)摘 要：表面肌电可以记录神经电信号，从而反映肌肉活动，常被应用于神经肌肉疾病的诊断以及康复治疗的评估。青少年特发性脊柱侧弯（AIS）是一种原因不明的脊柱的三维改变，常发生于青春期前后的儿童身上。表面肌电由于具有灵敏、便携和无创的特点，也常用于分析脊柱侧弯患者的椎旁肌激活情况。通过对比不同严重程度脊柱侧弯患者在不同动作模式下、干预前后、手术前后的椎旁肌肌电激活特征，可为探索青少年特发性脊柱侧弯的复杂性三维畸形的发病机制和诊疗研究提供更详尽的信息。该文就目前国内外在上述领域的研究进展进行综述，为临床提供科研参考。关键词：青少年特发性脊柱侧弯 表面肌电 椎旁肌 研究进展中图分类号：R682.3 文献标识码：A文章编号：2095-2813(2023)06-0011-05Research Progress on Surface Electromyography of Paraspinal Muscles of Adolescent Idiopathic ScoliosisLI Xianglan LIAO Bagen*ZHANG Xiaohui(Sports Medicine Laboratory，Guangzhou Sport University，Guangzhou,Guangdong Province,515500 China)Abstract:Surface electromyography can record neuroelectric signals to reflect muscle activity,which is often used in the diagnosis of neuromuscular diseases and the evaluation of rehabilitation treatment.Adolescent idiopathic scoliosis(AIS)is a unexplained three-dimensional change of the spine,which often occurs in children before and after puberty.Because surface electromyography is sensitive,portable and non-invasive,it is also often used to analyze paraspinal muscle activation in patients with scoliosis.By comparing the EMG activation characteristics of paraspinal muscles in patients with different severity of scoliosis in different action modes,before and after invention,and before and after operation,it can provide more detailed information for exploring the pathogenesis and diagnosis and treatment of complex three-dimensional deformity of adolescent idiopathic scoliosis.This article reviews the current research progress in the above fields at home and abroad to provide scientific reference for clinical practice.Key Words:Adolescent idiopathic scoliosis;Surface electromyograpy;Paraspinal muscle;Research progress脊柱侧弯（Scoliosis）是一种三维畸形，其定义是脊柱在冠状面上弯曲大于10。根据发病类型可以分为先天性脊柱侧弯、综合性脊柱侧弯以及特发性脊柱侧弯1-2。青少年特发性脊柱侧弯（Adolescence Idiopathic Scoliosis，AIS）是指脊柱结构性横向并伴随旋转的弯曲，出现在青春期或青春期前后的健康儿童身上3。文献中常报道AIS的发病率在2%3%之间，男女发病比例为1：74。在亚洲地区发生的概率大概在0.4%DOI：10.16655/ki.2095-2813.2210-1579-9674作者简介：李香兰（1998），女，硕士在读，研究方向为青少年特发性脊柱侧弯临床研究。张晓辉（1979），男，博士，副教授，研究方向为运动医学、脊柱侧凸非手术疗法。通信作者：廖八根（1966），男，博士，教授，研究方向为运动损伤康复、脊柱侧弯矫形、运动适应的分子机制，Email:。11当代体育科技(Contemporary Sports Technology)2023年(第13卷)第6期专家论坛3%之间5，我国中小学生发生率为 0.11%2.64%6。AIS的病因至今仍未被阐明，只是当前针对其发病机制存在几种假说，并涉及遗传学、中枢神经系统（CNS）、骨骼生长和骨代谢、代谢途径、生物力学等5，7。其中，生物力学因素被广泛认为在脊柱侧弯的发展中有着重要的作用8。脊柱的三维变化极其复杂，生物力学虚拟仿真模型很难反映脊柱在三维空间上的变化9，而对脊柱侧弯进行生物力学评估，有助于脊柱侧弯的治疗与管理。对脊柱侧弯患者的生物力学研究包括运用三维运动捕捉技术进行动力学研究，以及运用表面肌电技术对相关肌肉进行运动学研究等。1 表面肌电技术介绍 表面肌电技术自诞生以来，因具有探测性好、灵敏度高、无创伤以及安全可靠等特点而被广泛应用。运用软件可分析中枢控制的特征变化规律、准确反映肌肉活动状态和功能状态、肌肉活动的持续时间以及各肌肉激活的顺序等10-11。由于表面肌电反应迅速且无创，在康复领域应用广泛，特别是在神经肌肉系统疾病的诊断、后续评估，以及康复训练过程中，能非常方便地监测肌肉活动，评估治疗效果。近些年，国内外不少学者在青少年特发性脊柱侧弯的表面肌电研究方面发表了高质量文章。AIS患者随着生长发育，脊柱和胸廓都会发生复杂的变化。椎旁肌位于脊柱两侧，对脊柱的稳定有着不可代替的作用，与AIS的发生与发展密切相关。对脊柱侧弯患者椎旁肌的研究主要集中在脊柱旁12内。虽然有很多文章对脊柱侧弯患者椎旁肌进行了表面肌电的研究，但是其变化规律有各种原因，目前也并不清楚。目前，对青少年特发性脊柱侧弯椎旁肌表面肌电的系统综述较少，该文旨在归纳AIS患者椎旁肌表面肌电与冠状位Cobb角的关联性，探究不同动作模式下表面肌电的改变以及手术矫正前后的变化，梳理用表面肌电来预测脊柱侧弯椎旁肌活动特征的进展，从而为探索青少年特发性脊柱侧弯的复杂性三维畸形的发病机制、诊疗研究提供更详尽的信息。2 AIS患者椎旁肌表面肌电与冠状位Cobb角的关联性 AIS中的椎旁肌与健康人相比，其对称性具有很大的差异。大多数研究发现AIS患者椎旁肌在凹凸两侧有差异性，例如，凸侧含有更多的型肌纤维，线粒体数量、血管分布密集度、代谢活动都比凹侧高。凹侧则有更多的型肌纤维。无论凹侧还是凸侧，二者都存在着很大程度的萎缩12。我国有不少的学者对不同类型的青少年脊柱侧弯患者都进行过椎旁肌表面肌电的研究。但是弯弧不同，表面肌电的位置也有所差异。其中，许轶等人13研究了C型弯和S型弯，C型弯电极在顶锥和下端锥脊柱两侧旁开2cm，S弯的电极贴在顶锥两侧。然后进行腰背肌耐力负荷实验，收集表面肌电的时域指标，计算凹凸侧表面肌电的比值与冠状面Cobb角之间的关系。结果发现，凸凹两侧的表面肌电信号比值随Cobb角度增大而增大，表明Cobb角度越大，凸凹侧的肌力差异越大，失衡越明显。这个结论与关春雷等人14的研究结果一致，凸侧椎旁肌肌电活动与AIS严重程度呈正相关，与凹侧呈负相关。而脊柱的侧弯程度由Cobb角直接反映，Cobb角越大，脊柱侧弯程度以及椎体畸形越严重，椎旁肌两侧肌电活动也明显不对称。但是也有一些与之不一样的结果，比如贺晨等人15也对青少年特发性脊柱侧弯患者进行了椎旁肌研究，发现无论是静息站立还是双手水平持物站立，椎旁肌凸侧与凹侧的比值都是大于1的，双手持物后，这种比值的差异更大了。但是他们未得出椎旁肌均方根值凸凹侧比值与Cobb角有显著的相关性这个结论。尽管有了很多椎旁肌表面肌电与冠状位之间关系的研究，但这仅仅是一维研究，目前未见椎旁肌表面肌电特征与三维畸形相关性的分析。3 不同动作下AIS患者椎旁肌表面肌电研究 脊柱侧弯患者在不同体位运动时，椎旁肌表面肌电的表现也不一样。Farahpour16研究了正常人和AIS患者T6、T10、L3水平的椎旁肌在不同动作下的激活状态，发现同为右胸弯或胸腰弯的脊柱侧弯患者在站立位左侧屈时，右侧T6水平的竖脊肌的激活程度明显高于左侧同水平竖脊肌。但在右侧屈时，并没有表现出与上述类似的激活特征。Feipel17也在右胸腰弯的 AIS患者中得出相似的结论，即在向左弯曲的过程中，顶锥两侧的椎旁肌，凸侧比凹侧的激活程度更高，同时也比健康人更高。而在健康人中不存在这种不对称的改变。Farahpour还发现，这些患者在俯卧位左侧屈，T6和L3锥体水平的竖脊肌表面肌电远大于正常人。这些动作都能清晰地显示出侧弯区域的肌肉异常情况。Park等人18采集了不同侧弯型的侧凸患者在俯卧位椎旁肌等长收缩的表面肌电。在双弯、胸腰弯和腰弯类型的AIS患者中，T12、L3（都为顶锥）凹侧的均方根值都明显低于凸侧，在非顶点处并无不对称表现；但是在单胸弯和双胸弯的患者中，顶点处凹凸侧之间却无明显改变。这个结论与之前大部分学者都不同。相关分析还表明，胸腰弯型和腰弯型的脊柱侧弯患者在12当代体育科技(Contemporary Sports Technology)专家论坛2023年(第13卷)第6期腰3水平的椎旁肌不对称率与Cobb角呈线性相关。Garcia Kwok 等人19则对 AIS 患者最常用的姿势（坐和站）进行了研究，同时也研究了建议站姿和建议坐姿患者椎旁肌的凹凸侧比值。从他们的研究来看，IA期和IIC期的脊柱侧弯患者的习惯性站姿和坐姿，凸侧的肌肉激活程度都比凹侧大，这与前人的研究是相似的。与习惯性的姿势相比，建议站姿和坐姿椎旁肌的均方根肌电比更接近于1，脊柱两侧则更平衡。IB期受试者中发现了一种矛盾的情况，与IA期和IIC期受试者不同的是，IB期受试者凹侧肌肉区域的均方根肌电值大于凸侧的均方根值。这可能是由于IB期受试者的脊柱弯曲程度相对较小。具有单一胸弯或胸腰弯的IA期和IIC期受试者，采用建议的坐姿和站姿更能使脊柱平衡。这表明在对称运动中，单弯患者受益更多，脊柱两侧的椎旁肌平衡程度会比双弯患者更好。在脊柱侧弯的运动治疗中，以矫形动作训练为主的脊柱侧弯特定运动疗法最为重要，并已经在南欧、东欧得到了广泛运用，但这些矫形动作对不同患者是否均有益处，尚无定论20。但是锻炼作为保守治疗的手段，是可以提高治疗效果的，尤其是特定运动疗法，比普通的电疗或者牵引更有用21-22。目前，这些脊柱侧弯特定运动疗法在我国也有一定的发展，但是也缺乏表面肌电在脊柱侧弯特定运动疗法中改变椎旁肌的研究。所以这方面还有一定的研究空间。4 矫正手术前后椎旁肌表面肌电的变化 当脊柱侧弯患者的Cobb角大于45，Risser征小于等于2或者Cobb角大于50，Risser征大于等于3时，就建议进行手术治疗23。虽然手术治疗可以改善脊柱平衡的同时，阻止侧弯