胡麗杰，李耀民，王連成

青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸 （adolescent idiopathic scoliosis，AIS） 是指從10 歲開始直至骨骼成熟期間，脊柱側(cè)凸角度（Cobb 角）≥10°且沒有明確病因所引起的脊柱畸形[1]。該疾病的發(fā)病率在1.5%～3.0%，女性多于男性[2～4]，且在生長期有持續(xù)進展的風(fēng)險[5，6]，是嚴重危害青少年身心健康的骨科疾病之一。目前，治療AIS 有多種手段，對于輕度、骨骼接近成熟的AIS患者可采取定期觀察、運動體操、電刺激等預(yù)防措施，對輕中度、外觀畸形明顯的AIS 患者多采用支具治療，而對于度數(shù)較大且持續(xù)進展的患者則采取手術(shù)治療[7～9]。一旦診斷為脊柱側(cè)凸，患者則需長時間定期拍攝X 射線片以監(jiān)測側(cè)凸進展變化。同時運動療法、推拿牽引等是否有效、支具治療是否可以延緩其進展、手術(shù)治療后能否會持續(xù)保持效果等存在一定的爭議。AIS 治療難度大，具有挑戰(zhàn)性是因其發(fā)病及進展因素不明，AIS 患者基因染色體、生長發(fā)育、激素代謝、神經(jīng)肌肉系統(tǒng)等存在異常，可能是多種因素綜合作用引起的一種復(fù)雜性疾病[10，11]。盡管AIS 被定義為在沒有任何相關(guān)肌肉骨骼疾病情況下的脊柱彎曲，但多數(shù)關(guān)于AIS 病因假說和推測都涉及神經(jīng)肌肉理論。其中有學(xué)者發(fā)現(xiàn)AIS 患者的椎旁肌與同齡正常人在結(jié)構(gòu)功能存在不同[11]，因此椎旁肌結(jié)構(gòu)功能的改變可能會誘發(fā)和加重脊柱側(cè)凸，而這需要一個簡便、精密、安全、客觀的指標評價椎旁肌的功能活動。

目前，表面肌電（surface electromyography，sEMG）技術(shù)多應(yīng)用于偏癱、下腰痛、腦癱、尿失禁等疾病，其他系統(tǒng)的疾病研究較少。近年來，sEMG 技術(shù)在AIS領(lǐng)域的研究日益增多，并受到廣泛關(guān)注。在中國國內(nèi)，利用此技術(shù)在AIS 領(lǐng)域尚處于起步階段，鮮見相關(guān)文獻綜述。筆者通過查閱國內(nèi)外關(guān)于sEMG 技術(shù)對AIS患者的相關(guān)研究，希望能為國內(nèi)的相關(guān)研究提供一定參考，并為臨床評估治療提供新思路。

1 肌肉失衡假說

椎旁肌改變被認為是AIS 發(fā)病和進展的可能因素之一[10，11]。椎旁肌主要是由背闊肌、棘肌、多裂肌等肌肉組成，有著維持運動功能、輔助呼吸、保證脊柱柔韌性等作用。因此椎旁肌的改變會影響脊柱功能。有學(xué)者提出在AIS 患者側(cè)凸角度進展中的可能機制為肌肉平衡力量維持脊柱穩(wěn)定性，當發(fā)生AIS 時，凸側(cè)肌肉處于恒定張力下，出現(xiàn)纖維化，而凹側(cè)肌肉過度拉伸脊柱，使得肌肉出現(xiàn)塌陷、肌漿溶解及肌纖維斷裂等改變，以頂椎部位最為明顯。凹凸側(cè)肌肉過度消耗，打破肌力均衡狀態(tài)。而當力量不足時，側(cè)彎由于內(nèi)在的旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定性使角度增大[12]。而隨著不平衡加劇，側(cè)凸進展，繼而引起高低肩、肋骨隆凸等一系列體態(tài)變化，對青少年造成腰背部疼痛、外觀畸形等問題。早在20世紀60年代，已有學(xué)者首先證實了AIS 患者椎旁肌存在神經(jīng)電生理方面的不對稱性問題[13]。多數(shù)研究認為AIS 椎旁肌肌電活動增加主要表現(xiàn)在凸側(cè)[14，15]。而在組織形態(tài)上也存在同樣表現(xiàn)，Stetkarova I 等[14]在AIS 患者的組織學(xué)檢查中發(fā)現(xiàn)椎旁肌的肌纖維再分布發(fā)生了顯著變化，脊柱彎弧凸側(cè)的優(yōu)勢纖維為Ⅰ型纖維（慢肌纖維）。通過超聲檢查測量，發(fā)現(xiàn)行矯正手術(shù)前的AIS 患者中，凹側(cè)椎旁肌周長及橫截面積顯著高于凸側(cè)[16]。此外較低的骨骼肌體積和較高的多裂肌、豎脊肌脂肪變性與AIS 患者在成年期的胸腰/腰曲線進展有關(guān)[17]。研究提示AIS 患者存在椎旁肌不平衡現(xiàn)象，在電生理、纖維含量、組織形態(tài)等也多有表現(xiàn)。椎旁肌不對稱改變及活動異常導(dǎo)致脊柱姿勢和運動控制不協(xié)調(diào)，繼而影響青少年的活動能力，活動能力的降低則會加劇肌肉的不平衡性和失調(diào)，從而形成惡性循環(huán)。sEMG 技術(shù)可定量、定性分析肌肉活動變化，從而制定更具有針對性的治療方案。

2 表面肌電技術(shù)概述

sEMG 技術(shù)通過表面電極采集目標肌肉活動下原始神經(jīng)肌電信號，再用不同的轉(zhuǎn)化方式，從而得出目標肌肉的募集能力、疲勞程度、收縮能力等特征，從而記錄肌肉的活動狀態(tài)，對肌肉活動進行定性、定量分析。早在19世紀早期，Carlo M 使用檢流計檢測并證實蛙類肌肉收縮時存在動作電位。1922年，美國神經(jīng)生理學(xué)家采用新發(fā)明的陰極射線示波器在肌肉活動觀察到生物電的變化，證實肌肉活動與肌電有著密切的聯(lián)系[18]。在隨后的發(fā)展中，sEMG 技術(shù)有著持續(xù)的改進。電極引導(dǎo)方法主要發(fā)展為針極肌電圖（needle electromyogram） 和表面肌電圖 （surface electromyogram）兩種；檢測技術(shù)由有線傳輸?shù)綗o線傳輸，由“點探測”的信號采集到“面探測”的陣列式sEMG；信號分析由傳統(tǒng)的線性分析到非線性及圖象分析；測試方法也更加多樣化，應(yīng)用范圍更是涉及到臨床醫(yī)學(xué)、康復(fù)醫(yī)學(xué)、人體工程等領(lǐng)域，并聯(lián)合其他檢測手段如步態(tài)分析、平衡測試、腦電圖等共同探測神經(jīng)肌肉活動。

sEMG 信號分析和特征提取主要集中在時域指標和頻域指標。時域指標主要包括標準化平均表面肌電（average surface electromyography，AEMG）值、積分肌電 （integrated electromyogram，iEMG） 值、均方根（root mean square，RMS）值等，這些參數(shù)的變化主要反映外周運動單位參與肌肉活動的數(shù)量、激活模式、肌肉協(xié)調(diào)性及同步化等。頻域指標分析主要應(yīng)用了快速傅里葉轉(zhuǎn)換而獲得的肌電信號的頻譜或者功率譜，然后通過計算獲取其中的參數(shù)，如中位頻率（median frequency，MF）、平均功率頻率（mean power frequency，MPF）及衍生指標MF 斜率、MPF 斜率，這些參數(shù)則反映了外周神經(jīng)的疲勞性和不同類型運動單位參與活動的比例等[19]。

3 表面肌電技術(shù)在青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸中的應(yīng)用

3.1 預(yù)測青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸進展風(fēng)險

AIS 廣泛發(fā)生于青少年生長發(fā)育階段，且在骨骼發(fā)育成熟前，側(cè)凸角度有增大的風(fēng)險[20]。因此預(yù)測患者進展風(fēng)險，以進行治療干預(yù)，避免曲線進一步發(fā)展，具有較好的臨床意義。Cheung J 等[21]對27 例AIS 患者進行階段性的X 射線片和sEMG 檢測，發(fā)現(xiàn)患者頂椎水平都顯示凸側(cè)肌肉的sEMG 活動增加。并得出當凸側(cè)和凹側(cè)的肌電活動比率為1.25 時，進展的可能性為68.9%。而當脊柱生長速度為15 mm/年，且肌電比值為2 時，其進展的可能性為89%。且只有進展型AIS 患者存在下端椎水平兩側(cè)肌電活動的差異，而未進展的患者肌電比值無明顯差異[22]。因此將脊柱生長率和肌電信號差異率相結(jié)合可以預(yù)測AIS 進展情況，避免產(chǎn)生更大的危害?；颊叨啾憩F(xiàn)凸側(cè)肌電活動高于凹側(cè)，有學(xué)者[14]認為這種現(xiàn)象可能是對凸側(cè)肌肉更高負荷需求的二次適應(yīng)，且與曲線進展有關(guān)。椎旁肌肌電活動不平衡同時也是脊柱側(cè)凸的預(yù)測因子[23，24]，AIS 患者椎旁肌AEMG 比值與Cobb 角呈正相關(guān)，Cobb 角越大，凹凸側(cè)的肌電差異越大，失衡越明顯。Cobb 角的大小影響腰背部肌肉的協(xié)調(diào)性，凸側(cè)sEMG肌電數(shù)值會隨著Cobb 角的增大而加強[25～27]。

通過sEMG 監(jiān)測椎旁肌肌電的比值變化，預(yù)估AIS 進展力，可為患者提供合理的治療計劃，同時也可減少患者拍攝X 射線片的頻率。但AIS 的進展受生長速率、激素、內(nèi)分泌等多種因素的影響，因此將sEMG 與其他影響因素相結(jié)合，可有效地評估其進展力。

3.2 青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸平衡能力分析

AIS 患者脊柱形態(tài)發(fā)生改變，這同時影響了脊柱兩側(cè)的肌肉活動模式與協(xié)調(diào)能力，在身體平衡穩(wěn)定活動中肌肉激活及發(fā)力次序有異于健康同齡人。AIS 患者穩(wěn)定性及平衡能力降低，有中等跌倒的風(fēng)險[28，29]。杜青等[29]研究發(fā)現(xiàn)當去除視覺、聽覺干擾時的不穩(wěn)定站立位，更易激活A(yù)IS 患者凸側(cè)頂椎水平椎旁肌的活動水平。此外，骨盆高度的不同及脊柱側(cè)凸的區(qū)域和方向也會影響壓力分布，造成腹外斜肌、豎脊肌、腰多裂肌的不對稱肌肉活動模式[30]。椎旁肌是被認為是脊柱姿勢的感應(yīng)和效應(yīng)裝置，在維持脊柱的生理狀態(tài)和適應(yīng)病理狀態(tài)中起重要作用，具有穩(wěn)定脊柱平衡、調(diào)節(jié)脊柱活動的能力[31]。而AIS 患者凹凸側(cè)肌肉活動不對稱改變了肌肉活動模式，導(dǎo)致AIS 患者平衡能力的降低。同樣，步態(tài)運動也會發(fā)生相應(yīng)的改變。Garg B 等[32]在步態(tài)過程中觀察到，AIS 患者步速、步幅、步長、步態(tài)偏差指數(shù)（gait deviation index，GDI）和步態(tài)輪廓分數(shù)（gait profile score，GPS）均低于健康受試者，同時豎脊肌和下肢肌肉的肌電激活峰值與健康同齡人存在差異。但術(shù)后AIS 患者下肢的步態(tài)運動沒有受到手術(shù)的影響，并且腰部椎旁肌的雙側(cè)肌電激活持續(xù)時間顯著縮短[33]。步態(tài)的改變源于脊柱結(jié)構(gòu)的改變，由于AIS患者病史不一，因此病程的長短及側(cè)凸嚴重程度可能對步態(tài)產(chǎn)生一定影響。

脊柱畸形會引起骨盆及下肢步態(tài)的變化，從而影響AIS 患者的平衡能力。sEMG 技術(shù)可分析豎脊肌及下肢肌肉功能變化從而發(fā)現(xiàn)AIS 平衡能力的改變。但AIS 患者平衡功能異常是疾病繼發(fā)性結(jié)果還是疾病原發(fā)性因素，目前尚無定論。

3.3 監(jiān)測青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸治療效果

sEMG 能夠反映療法在治療前后肌肉功能活動的狀態(tài)，可通過時域指標AEMG、iEMG、RMS 等比值計算兩側(cè)椎旁肌的協(xié)調(diào)性。目前，AIS 的治療方法主要有運動療法、功能性鍛煉、牽引、支具、中醫(yī)推拿和手術(shù)等[34～37]。每種方法有其自身的特點和優(yōu)勢，而sEMG 可作為評估治療效果的手段之一。Lu WW 等[38]用sEMG 評估手術(shù)前后肌電信號的變化，發(fā)現(xiàn)術(shù)前脊椎兩旁肌肉明顯不對稱，在手術(shù)治療后能夠減少肌肉的不對稱性，但并沒有恢復(fù)正常。表現(xiàn)為胸段脊椎旁肌肉有較低的肌電信號，而腰段的肌電信號較高。在脊柱手術(shù)過程中，sEMG 同時也可作為一種監(jiān)護手段，最大限度保護脊髓神經(jīng)功能[39]。宋圣閣[40]則采取中醫(yī)綜合療法（脊柱平衡導(dǎo)引、脊柱平衡推拿、小針刀），對106 例AIS 患者進行肌電檢測，在治療2年后AEMG 比值持續(xù)減小，趨向于1，表明凹凸兩側(cè)的肌張力趨于平衡，而佩戴支具的患者AEMG 比值增加。支具作為療法之一，其治療效果是肯定的。支具根據(jù)側(cè)凸曲線對身體外部施加壓力，以此矯正側(cè)凸，重獲身體平衡。因其壓力的施加，軀干肌為對抗壓力在短期內(nèi)發(fā)生變化，而對于中度AIS 患者，支具治療配合康復(fù)訓(xùn)練是保守治療中相對安全且有效的選擇。目前還未有文獻利用sEMG 技術(shù)對牽引、功能性鍛煉等療法進行評估。

當前，對AIS 腰背部肌肉評估姿勢未統(tǒng)一化，常用的方法有Biering Sφrensen 測試（Biering-Sφrensen test，BST）、頭后頂墻[25]等靜態(tài)耐力性試驗?zāi)康氖鞘辜∪庾鲎畲蟮乳L收縮。此外，還有拾物動作、臀橋等動作測試目的是評估肌肉的協(xié)調(diào)力和控制力。電極片的貼片位置、貼片組數(shù)、測試設(shè)備也不盡相同，這限制了不同個體間結(jié)果的比較。采用何種手段和如何貼放電極片來評估AIS 患者椎旁肌功能目前尚無定論，但有學(xué)者提出，應(yīng)采取兩種及以上的檢測方法及采用多組電極片對AIS 患者椎旁肌進行評估和檢測，以此得到更為可靠客觀的結(jié)果[27]。

3.4 輔助青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸康復(fù)治療

AIS 患者常常會出現(xiàn)高低肩、長短腿、骨盆側(cè)傾及背部隆起等體態(tài)現(xiàn)象，這對正處于青春期的患者造成心理負擔(dān)。有學(xué)者提出自我矯正訓(xùn)練，從而糾正AIS 患者異常的姿勢活動、提高身體穩(wěn)定性和運動控制能力，但這需通過特定的方式來學(xué)習(xí)[41]。表面肌電圖與生物反饋系統(tǒng)相聯(lián)合可將sEMG 信號放大，并以視覺、聽覺等方式反饋受試者，從而監(jiān)測肌肉活動，輔助康復(fù)治療[42]，又被稱為表面肌電生物反饋（surface electromygraphic biofeedback，sEMGBF）。Kwok HCG[43]開發(fā)了基于sEMG 信號同步的傳感背心，用于早期AIS 患者的姿勢訓(xùn)練。鼓勵患者通過使用與姿勢監(jiān)測傳感器同步的sEMG 信號訓(xùn)練軟件來管理肌肉活動。在經(jīng)過30 d 的姿勢訓(xùn)練后，大多數(shù)患者能夠以較低的肌肉活動信號參與活動，脊柱兩側(cè)肌肉相對更加平衡，從而更有效地提高其運動控制和協(xié)調(diào)能力。此外，有學(xué)者對日常生活動作進行分析，以此觀察AIS 患者分別在習(xí)慣性姿勢與矯正姿勢下的肌電數(shù)值的變化。Kwok G 等[44]利用sEMG 對26 例AIS 患者習(xí)慣性站立和靜坐時的肌肉活動進行了全面的評價，發(fā)現(xiàn)習(xí)慣性姿勢中椎旁肌的凸側(cè)往往比凹側(cè)具有更強的肌電值，而凹側(cè)具有較低的生物電活動。這影響了椎旁肌的活動，造成了肌肉損傷。但是當要求患者進行治療師建議的站姿和坐姿，保持身體端正筆直，并記錄椎旁肌的肌電信號，發(fā)現(xiàn)脊柱兩側(cè)的脊柱旁肌肉能夠達到更平衡的狀態(tài)。在動作選擇中，Ko JY 等[45]做了一項測試，對AIS 患者非對稱性脊柱穩(wěn)定訓(xùn)練中雙側(cè)豎脊肌、腹直肌、腹外斜肌的肌肉激活模式進行了監(jiān)測研究，發(fā)現(xiàn)非對稱運動可引發(fā)加強一側(cè)椎旁肌和腹部肌肉活動，故認為可以根據(jù)AIS 患者曲線模式選擇性地加強弱側(cè)肌肉，從而使兩側(cè)椎旁肌力量達到平衡。sEMGBF 作為一種非侵入性干預(yù)，通過監(jiān)測自身肌肉活動來訓(xùn)練特定區(qū)域肌群以改善癥狀是具有可行性的[46]。

AIS 患者在日常生活中可通過使用sEMGBF 作為肌肉康復(fù)工具學(xué)習(xí)正確的姿勢或特定的運動[47]，從而使脊柱兩側(cè)肌肉達到平衡，改善異常。但目前對sEMGBF 的文獻研究較少，不能確定其有效性。但可以作為輔助治療AIS 的一種方法。因為反饋不能直接影響目標身體功能，所以在治療中提高效率、保持患者的積極性和依從性是非常有必要的。同時也存在設(shè)備損耗、不便捷等問題。如何利用肌電輔助患者訓(xùn)練，需要進一步探討及深入研究。

4 展望

現(xiàn)有的研究肯定了sEMG 技術(shù)的應(yīng)用價值，但目前對AIS 患者肌電的相關(guān)研究多為低證據(jù)研究，缺乏高質(zhì)量的隨機對照試驗，因此sEMG 技術(shù)的臨床應(yīng)用價值需要進一步驗證。但其作為一種無創(chuàng)檢查，能夠動態(tài)監(jiān)測肌肉收縮時電生理活動，定量分析肌肉的功能狀態(tài)，為臨床醫(yī)生和研究人員提供了便利。通過對AIS 患者腰背部及腹部肌肉的檢測能夠分析肌肉活動狀態(tài)，從而預(yù)測進展風(fēng)險，強化肌肉訓(xùn)練，指導(dǎo)日常生活活動等。另外，sEMG 技術(shù)還可以聯(lián)合步態(tài)分析、平衡儀等共同檢測分析AIS 患者的運動機制。sEMG技術(shù)的最終目的是指導(dǎo)康復(fù)和治療，利用此技術(shù)制定個體化的最優(yōu)康復(fù)治療方案是需要解決的問題。