職文倩，黃強，李薔，李艷超，王宇章，楊明，劉曉華

北京積水潭醫(yī)院，北京市 100035

0 引言

肘部骨折是骨科常見的骨折，占骨折總數17.51%[1]。由于肘關節(jié)關節(jié)囊薄弱、肘關節(jié)內關節(jié)結構緊密、關節(jié)囊與韌帶肌肉的關系密切，肘部損傷后特別容易發(fā)生攣縮與僵硬[2-3]。創(chuàng)傷后肘關節(jié)僵硬是肘關節(jié)骨折術后常見且嚴重的并發(fā)癥之一，具有發(fā)生率高、治療困難等特點[3-4]，嚴重影響患者上肢功能和日常生活[5]。創(chuàng)傷后肘關節(jié)的康復是一個具有挑戰(zhàn)性的過程[6-8]。

創(chuàng)傷后肘關節(jié)僵硬與早期細胞因子表達、膠原纖維排列的改變有關，其中III型膠原纖維排列減少、α-平滑肌肌動蛋白的表達增加是關鍵因素[9]，這些分子和細胞的變化往往發(fā)生在早期[10]，術后早期的康復訓練對于肘關節(jié)術后患者的功能恢復發(fā)揮重要作用。肘關節(jié)骨折術后早期患者由于疼痛、腫脹和本體感受器的破壞，會產生關節(jié)源性肌肉抑制[11]，骨骼肌收縮模式發(fā)生改變并產生代償模式，限制了主動和被動關節(jié)活動度的恢復，這是影響術后早期關節(jié)活動范圍和功能恢復的重要因素[7]。一個肢體節(jié)段受傷往往會產生相鄰肢體節(jié)段的代償性改變，近期有研究發(fā)現，肘關節(jié)損傷患者的肩關節(jié)也會產生適應性運動控制改變[12]。然而當前對肘關節(jié)術后患者肩肘部肌群運動功能障礙的研究較少，對肌肉的異常運動模式了解也較少。

表面肌電(surface electromyography,sEMG)能夠實時、準確反映肌肉活動狀態(tài)和功能狀態(tài)[13]，提供一種無創(chuàng)、動態(tài)的神經肌肉功能狀況檢測方法[14]。本研究探討肘關節(jié)術后早期患者上肢sEMG 的特征性改變，為肘關節(jié)術后患者骨骼肌運動功能評估提供客觀指標，并基于肩肘部肌群sEMG討論可能的治療方案。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇北京積水潭醫(yī)院康復科2021年8月至2022年4 月肘關節(jié)骨折術后恢復期患者15 例(患者組)，均符合肘關節(jié)骨折術后診斷標準，并有影像學證據，其中橈骨頭骨折7例、尺骨鷹嘴骨折4例、肱骨遠端骨折4例；后正中入路4例、外側入路11例。

納入標準：①術后4～6 周；②年齡18～60 歲；③身體和精神狀態(tài)相對穩(wěn)定，沒有急性給藥或疾病。

排除標準：①多發(fā)性骨折或并發(fā)上肢骨關節(jié)系統(tǒng)疾病，如肩周炎、橈骨遠端骨折等；②神經系統(tǒng)疾病，如腦梗死、腦出血等；③異位骨化、感染、內固定物失效、骨折不愈合、尺神經損傷等并發(fā)癥。

選取11例性別、年齡、體質量相匹配的醫(yī)院健康職工(對照組)，無上肢外傷或神經系統(tǒng)基礎疾病。

兩組性別、年齡、身高、體質量和體質量指數比較無顯著性差異(P>0.05)。見表1。

表1 兩組一般資料比較

本研究經北京積水潭醫(yī)院倫理委員會批準(No.202104-55)。所有受試者均了解研究情況并自愿參加本研究，已簽署知情同意書。

1.2 sEMG信號采集

1.2.1 表面電極放置

采用Trigno 無線sEMG (DELSYS 公司)。進行肌肉定位[15]，使用酒精棉片對目標肌群的皮膚進行擦拭。將sEMG 順肌纖維方向分別貼于上斜方肌，三角肌前、中、后束，肱二頭肌，肱三頭肌和肱橈肌肌腹處，采樣頻率1 000 Hz。

1.2.2 測試過程

所有受試者均由同一名康復醫(yī)師測試。測試前，實驗人員向患者解釋整個實驗過程和注意事項，在正式測試前進行2 次預測試。試驗時要求受試者坐于固定背靠椅，避免軀干和骨盆在測試時發(fā)生移動。傳感器放置后，患者于肩關節(jié)0°位，執(zhí)行以下任務。每個任務重復3次，取平均值。

1.2.2.1 屈肘最大等長收縮

測試者持FET3 便攜式肌力測試儀(美國Hoggan Micro 公司)，置于患肢橈骨遠端，在患肢屈肘90°、前臂中立下進行屈肘等長抗阻。囑受試者盡最大力屈肘，待肌力測試儀上數值不再上升后，囑患者保持3 s，然后放松。

1.2.2.2 伸肘最大等長收縮

測試者持FET3 便攜式肌力測試儀，置于患肢手臂遠端，在患肢屈肘90°、前臂中立下進行伸肘等長抗阻。囑受試者盡最大力伸肘，待肌力測試儀上數值不再上升后，囑患者保持3 s，然后放松。

1.2.2.3 肘關節(jié)屈伸運動

要求受試者在肩前屈0°位時，配合電子節(jié)拍器進行穩(wěn)定頻率的屈伸活動，肘關節(jié)術后患者行肘關節(jié)最大活動范圍運動。整個過程中測試者給予口令指導。

1.3 肌電信號分析

采用Delsys EMG Works Analysis 軟件對肌電信號進行分析，截取目標區(qū)段肌電，濾波、降噪。采用分析軟件計算肌電均方根值(root mean square,RMS)，肩肘肌群sEMG共收縮率(co-contraction ratio,CR)、協(xié)同收縮率(co-synergy ratio,CSR)和肌肉激活百分比。

1.4 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 21.0 進行統(tǒng)計學分析。計量資料符合正態(tài)檢驗，以()表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗；計數資料以頻數表示，采用χ2檢驗。顯著性水平α=0.05。

2 結果

2.1 最大肌力

進行伸肘、屈肘最大等長收縮時，患者組最大肌力均顯著小于對照組(P<0.001)。屈肘最大等長收縮時，患者組肱二頭肌RMS 與對照組比較無顯著性差異(P>0.05)，在伸肘最大等長收縮時，肱三頭肌RMS顯著低于對照組(P<0.001)。見表2。

表2 兩組最大等長收縮時最大肌力和RMS的比較

2.2 sEMG

2.2.1 CR

在伸肘最大等長收縮時，肱二頭肌、肱橈肌的CR均大于對照組(P<0.05)。見表3。

表3 兩組最大等長收縮任務下拮抗肌CR比較

2.2.2 CSR

在屈肘最大等長收縮運動時，患者組斜方肌上束CSR大于對照組(P<0.05)，其他肩周肌群CSR與對照組比較無顯著性差異(P>0.05)。見表4。

表4 兩組最大等長收縮任務下肩周肌群CSR比較

2.2.3 肌肉激活百分比

屈肘活動時，患者組肱三頭肌的激活水平大于對照組(P<0.05)。伸肘活動時，患者組肱二頭肌、肱三頭肌激活水平均大于對照組(P<0.05)。見表5。

表5 兩組在屈伸肘活動中肱二頭肌、肱橈肌和肱三頭肌肌肉激活百分比比較 單位：%

3 討論

肘關節(jié)術后早期，患者存在肘關節(jié)腫脹、疼痛等問題，如未能及時改善，隨著病程進展，會造成關節(jié)纖維化、肌肉萎縮、異位骨化等并發(fā)癥，對上肢功能、生活質量造成嚴重影響。本研究顯示，肘關節(jié)骨折早期術后患者存在肌力減退、收縮模式異常和代償模式等問題，提示我們早期正確激活肘周肌群、改善收縮模式，對肘關節(jié)活動度的恢復有重要作用[2,18-19]。

sEMG 是非侵入性肌肉功能評估的重要方法，通過傳感器測量記錄電極下運動單位的動作電位總和，反映肌肉負荷或肌肉募集[20-21]變化。其中RMS 是肌電常用參數，可在時間維度上反映肌電信號振幅變化特征，且RMS 與電功率相關，具有更加直接的物理意義[22]。本研究顯示，肘關節(jié)術后患者的肱三頭肌在伸肘最大等長收縮時，其RMS 和最大肌力小于健康人。這可能與患者手術切口位置和肱二頭肌較高的CR 有關。本研究中部分患者采用后方入路，這對肱三頭肌、后方關節(jié)囊損傷更大，疼痛、腫脹等因素改變發(fā)送到中樞神經系統(tǒng)的傳入信號，導致傳遞到肱三頭肌α-運動神經元的抑制信號增加[23]，造成伸肘肌力減退。本研究還顯示，在伸肘最大等長收縮時，肘關節(jié)術后患者屈肘肌CR 增高，這可能會影響肘關節(jié)術后患者肱三頭肌的收縮效率，降低伸肘合力，造成伸肘最大肌力下降。

肘關節(jié)術后患者肱二頭肌的RMS 與健康人無明顯差別，屈肘最大等長收縮肌力小于健康人。雖然肱二頭肌最大等長收縮時肌力與肱二頭肌肌腹處RMS值具有弱相關[24-25]，但是肌力還受肌纖維收縮性能、運動單位發(fā)放率、神經肌肉控制等多因素影響[26]，sEMG 振幅也與運動單位募集、運動單位的同步度和疲勞程度等多因素相關[27-28]，這導致患者肱二頭肌在屈肘最大等長收縮時，肌力和RMS 值未呈現線性變化趨勢。最新研究發(fā)現，骨科術后患者肌力減退與肌絲蛋白水平的肌肉收縮性改變有關[29]，可能是肌細胞內環(huán)境的改變造成肌纖維收縮性能的改變，導致肌纖維收縮能力減低。提示肱二頭肌肌力下降可能與肌纖維收縮功能障礙更相關。因此對于肘關節(jié)術后患者，早期進行積極的消腫、止疼，改善骨骼肌細胞內環(huán)境可能對于提高骨骼肌細胞收縮性能、提高肌力發(fā)揮重要作用[30-31]。

神經肌肉控制是對靜態(tài)關節(jié)位置和動態(tài)關節(jié)運動的傳入信息進行識別，通過改變肌肉的募集強度和順序，維持關節(jié)穩(wěn)定和運動協(xié)調[32]。肘關節(jié)術后患者的肘關節(jié)關節(jié)囊、肌腱等機械感受器受損，改變了中樞神經系統(tǒng)的傳入信息，造成神經肌肉控制障礙[31]。sEMG 已被廣泛用于了解神經肌肉控制在功能性任務運動期間的創(chuàng)傷后變化。根據與主動肌的功能關系，本研究采用拮抗肌-主動肌的CR 和協(xié)同肌-主動肌的CSR 評價運動模式。本研究顯示，在進行伸肘最大等長收縮時，患者肱二頭肌、肱橈肌的共收縮模式較為明顯，在進行屈肘最大等長收縮時，肱三頭肌的CR呈大于健康人的趨勢，但差異無統(tǒng)計學意義。CR 升高在運動損傷、腰痛、神經損傷后等患者中很常見[33-34]，這反映了神經調控的適應性改變[35]。對于肘關節(jié)術后患者，肘周肌群共激活增加可能是增加關節(jié)穩(wěn)定性的保護性反應，在進行最大等長收縮任務時，屈肘和伸肘肌群的共同激活提高了肘關節(jié)穩(wěn)定性，并減少了施加在骨折端的拉力。

但異常收縮模式長期存在可能會影響功能預后。首先，較高的CR 增加骨骼肌表觀剛度[35]，降低骨骼肌的彈性、關節(jié)的靈活度，進而影響關節(jié)活動度的進步。其次，較高的CR 增加了關節(jié)活動中的骨骼肌能量消耗[35]，降低了主動肌的收縮效率，更容易造成肌肉疲勞。而且，較高的共激活率會導致關節(jié)的壓縮力增加[36]，導致關節(jié)負荷增加[37-38]，這種異常收縮模式如長期存在，可能會對關節(jié)造成二次損傷，如肘關節(jié)疼痛、創(chuàng)傷后骨關節(jié)炎[36]等。當前降低共激活率被認為是骨科術后早期康復治療的目標[35]，但目前關于肘關節(jié)骨折術后的研究仍較少，還需要進一步研究來確定拮抗肌激活比例增加是否影響肘關節(jié)的功能預后，以及改善共激活率的治療方案。在肘關節(jié)術后患者中，肩周肌群在肘關節(jié)屈伸活動中存在協(xié)同代償模式，尤其以上斜方肌為著，這可能與屈肘活動時聳肩代償有關。上斜方肌的過度激活與鎖骨抬高以及肩胛骨的前傾增加有關[36]，進而影響肩峰下空間的體積，這可能與部分肘關節(jié)僵硬患者肩關節(jié)疼痛有關。

sEMG是一種高度可變的信號，通過標準化處理，可以比較不同受試者之間的肌電活動，其中最大等長收縮測量是目前使用最廣泛的一種歸一化值[17]。本研究比較屈伸動作過程中各目標肌肉激活水平，結果顯示肘關節(jié)術后患者較健康人主動肌肌肉激活率呈增加的趨勢。Page 等[37]發(fā)現與健康對照組相比，肘關節(jié)僵硬組在肘關節(jié)屈伸運動期間，肘周肌肉都具有更高的激活水平。Haddara 等[38]發(fā)現肘關節(jié)術后患者肱三頭肌、肱二頭肌、肱橈肌的RMS 呈高于健康對照組的趨勢。肘關節(jié)術后患者主動肌激活率高于健康對照組，可能是由于關節(jié)僵硬，肘周肌群需要較高的激活率來實現肘關節(jié)屈伸運動。此外肘關節(jié)術后患者因為疼痛、恐懼可能導致最大等長收縮偏低，導致在執(zhí)行主動運動時骨骼肌的激活百分比較高。本研究顯示，患者在屈伸肘運動中，肘關節(jié)術后拮抗肌的激活率均高于健康對照組，在活動末端時軟組織受到牽伸，引起疼痛，拮抗肌的激活增加可能是一種自我保護機制，以限制活動末端時的關節(jié)創(chuàng)傷，維持關節(jié)穩(wěn)定性。但是這種收縮模式在高頻率的日常生活中可能造成負面后果，過度的肌肉激活，造成肌肉疲勞，影響功能改善。

綜上所述，肘關節(jié)術后患者肘關節(jié)周圍肌力下降，肘關節(jié)屈肘肌共收縮模式明顯，伸肘肌激活不足，肩周肌群的異常協(xié)同收縮明顯增強，尤其以斜方肌為著。提示肘關節(jié)術后患者康復訓練時應該加強伸肌和屈肌收縮的協(xié)調性訓練，尤其在伸肘運動時，應增加主動肌收縮，抑制拮抗肌的協(xié)同收縮。在肘關節(jié)骨折術后患者常規(guī)評估中加入肌電圖評估，可以為臨床醫(yī)生提供肌肉收縮的信息，有助于制定治療計劃。但需要提出的是，sEMG 測試具有較大的誤差，未來研究應該包括更緊密匹配的群體和更大的樣本量；未來仍需要進一步的研究來闡明拮抗肌收縮率增加是否影響功能預后，以及改善CR 的特定治療技術有效性的調查，如神經肌肉電刺激、肌電生物反饋和收縮-放松練習等，這將幫助臨床醫(yī)生為這一具有挑戰(zhàn)性的患者群體提供更有效的治療方法，最大化恢復運動和功能。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。