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        青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎椎旁肌表面肌電信號對稱性及與側(cè)彎角度的相關(guān)性研究

        2022-12-01 09:27:30李彥樂徐流芳吳會東
        關(guān)鍵詞:凸凹椎旁靜息

        賀 晨,李 琳,李彥樂,徐流芳,吳會東

        脊柱側(cè)彎是一種病因復(fù)雜、發(fā)病率較高的脊柱疾病,其中以青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎最為常見。脊柱側(cè)彎的發(fā)病可能與基因遺傳、內(nèi)分泌、神經(jīng)系統(tǒng)和椎旁肌的異常等多種原因有關(guān)[1],其中椎旁肌的異常被認(rèn)為是脊柱側(cè)彎發(fā)生、發(fā)展的重要因素[2]。脊柱側(cè)彎患者的椎旁肌與正常人椎旁肌相比構(gòu)成成分、肌電圖、微結(jié)構(gòu)和影像學(xué)均會有所不同[3]。研究表明脊柱側(cè)彎患者椎旁?、瘛ⅱ蛐图±w維凹凸側(cè)分布是不平衡的,而正常人脊柱周圍Ⅰ、Ⅱ型肌纖維的分布應(yīng)該是大致相同的。Shao X等[2]發(fā)現(xiàn)凸側(cè)Ⅰ型肌纖維的分布要高于凹側(cè),約占80%~90%;吳亮等[4]發(fā)現(xiàn)凹側(cè)中Ⅱ型肌纖維的比例要高于凸側(cè),肌纖維的分布與Cobb角的大小也有關(guān)系,并且他們推斷當(dāng)維持平衡的Ⅰ型肌纖維不夠時(shí),Ⅱ型肌纖維會轉(zhuǎn)變?yōu)棰裥图±w維。由此可見,脊柱側(cè)彎患者椎旁肌凸側(cè)和凹側(cè)的肌纖維分布、功能狀態(tài)等是不平衡的,這種不平衡在頂椎區(qū)表現(xiàn)的更加明顯[5],這些研究為研究脊柱側(cè)彎患者的表面肌電信號(surface electromyography,sEMG)的特點(diǎn)提供了理論基礎(chǔ)。

        sEMG是一種可以在體表進(jìn)行無創(chuàng)傷地檢測肌肉活動情況的方法,sEMG監(jiān)測系統(tǒng)通過電極片和傳感器采集肌纖維收縮時(shí)產(chǎn)生的微弱的電位差,并將這種電位差以幅值和時(shí)間的波形圖表示出來。董振宇等[6]、Cheung J等[7]研究了脊柱側(cè)彎患者sEMG凸側(cè)和凹側(cè)的比值,發(fā)現(xiàn)患者椎旁肌頂椎區(qū)sEMG比值增大,即兩側(cè)更不平衡;當(dāng)凸凹側(cè)sEMG比值>2時(shí),脊柱側(cè)彎發(fā)生的可能性就會變大。也有研究發(fā)現(xiàn),脊柱側(cè)彎患者兩側(cè)的椎旁肌的sEMG并無明顯的不對稱[8]。目前,脊柱側(cè)彎患者椎旁肌sEMG對稱性研究的結(jié)論各異。脊柱側(cè)彎的角度越大,椎旁肌的畸形也可能越大,sEMG就可能越不對稱,但是脊柱側(cè)彎患者椎旁肌sEMG對稱性與側(cè)彎角度的相關(guān)性尚不明確。因此筆者旨在探索青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者椎旁肌sEMG的對稱性,以及椎旁肌sEMG對稱性與Cobb角的相關(guān)性。

        1 材料與方法

        1.1 臨床材料

        選擇2021年2月至8月在中山市小欖人民醫(yī)院就診的青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者18例,均符合脊柱側(cè)彎診斷標(biāo)準(zhǔn)[9]。其中男性1例,女性17例;年齡10~18歲,平均年齡13.56歲(標(biāo)準(zhǔn)差3.00歲);身高140.31~169.24 cm,平均身高157.30 cm(標(biāo)準(zhǔn)差14.16 cm);體質(zhì)量33.50~51.50 kg,平均體質(zhì)量43.43 kg(標(biāo)準(zhǔn)差11.02 kg);坐高75.60~91.72 cm,平均坐高83.51 cm(標(biāo)準(zhǔn)差7.21 cm);Cobb角18.50°~45.70°,平均Cobb角32.54°(標(biāo)準(zhǔn)差10.83°);Risser征0~4;S型8例[年齡10~18歲,平均年齡13.63歲(標(biāo)準(zhǔn)差1.69歲);身高151.84~169.24 cm,平均身高162.39 cm(標(biāo)準(zhǔn)差7.86 cm);體質(zhì)量40.50~51.50 kg,平均體質(zhì)量48.68 kg(標(biāo)準(zhǔn)差7.91 kg);坐高82.40~91.72 cm,平均坐高86.52 cm(標(biāo)準(zhǔn)差4.29 cm);Cobb角21.50°~45.70°,平均Cobb角33.69°(標(biāo)準(zhǔn)差12.22°)],頂椎位于T8~9和L2~3;C型10例[年齡10~17歲,平均年齡13.50歲(標(biāo)準(zhǔn)差3.84歲);身高140.31~166.18 cm,平均身高153.23 cm(標(biāo)準(zhǔn)差17.00 cm);體質(zhì)量33.50~49.50 kg,平均體質(zhì)量39.41 kg(標(biāo)準(zhǔn)差11.76 kg);坐高75.60~88.63 cm,平均坐高81.10 cm(標(biāo)準(zhǔn)差8.32 cm);Cobb角18.50°~45.70°,平均Cobb角30.70°(標(biāo)準(zhǔn)差8.41°)],頂椎位于T12~L2;年齡<15歲11例,≥15歲7例;Cobb角<30°7例,Cobb角≥30°11例。

        選擇標(biāo)準(zhǔn):診斷為青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎;Cobb角<60°;年齡10~18歲;Risser征0~5。

        排除標(biāo)準(zhǔn):先天性脊柱畸形的患者;習(xí)慣性(姿勢性)脊柱側(cè)彎患者;非原發(fā)性青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者,如神經(jīng)系統(tǒng)異常等結(jié)構(gòu)性脊柱側(cè)彎。

        1.2 方法

        1.2.1 表面肌電信號采集方法

        采用NORAXON人體表面肌電監(jiān)測系統(tǒng),采集患者頂椎區(qū)椎旁肌的sEMG數(shù)據(jù)。

        (1)電極片的貼放:用75%乙醇溶液棉片順著肌肉的纖維擦拭皮膚,清除皮膚表面的油脂,以確保皮膚和電極片之間有良好的接觸面,減少皮膚阻力和其他因素的干擾。對于“C型”患者,貼2個電極片;分別貼在脊柱側(cè)彎頂椎左右2 cm處,即豎脊肌的位置。電極片的貼放位置要與椎旁肌縱軸基本一致,2個電極片之間的間距約為3~4 cm。對于“S型”患者,貼4個電極片;2個貼在最大Cobb角對應(yīng)的頂椎左右2 cm處,2個貼在最小Cobb角對應(yīng)的頂椎左右2 cm處,粘貼位置要與椎旁肌縱軸基本一致,2個電極片之間的間距約為3~4 cm。將傳感器貼在電極片旁邊1 cm處,連接傳感器和電極片。

        (2)sEMG的檢測:讓患者保持豎直站立位,放松身體,雙腿保持直立,記錄此時(shí)靜息狀態(tài)sEMG;患者雙臂平舉2 kg的重物并保持水平狀態(tài),記錄此時(shí)負(fù)重狀態(tài)患者椎旁肌的sEMG。

        1.2.2 分析指標(biāo)與分析方法

        主要分析了sEMG的均方根值(root mean square,RMS)。sEMG RMS可以反映sMEG的肌電幅值大小,即sMEG的振幅大小,因此用來研究肌肉在收縮過程中的變化情況。定義RMS凸凹側(cè)比值為脊柱側(cè)彎椎旁肌sEMG對稱性指標(biāo),若比值越接近1說明對稱性越好,越遠(yuǎn)離1說明對稱性越差。

        1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

        使用SPSS統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。所有的數(shù)據(jù)都以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示。計(jì)算分析sEMG時(shí)域參數(shù)的RMS值。采用配對t檢驗(yàn),比較患者椎旁肌頂椎區(qū)sEMG凹凸側(cè)RMS的差異;采用Pearson相關(guān)性,分析研究sEMG凹凸側(cè)RMS比值與患者Cobb角的相關(guān)性。

        2 結(jié)果

        2.1 測得的椎旁肌表面肌電信號

        對患者的椎旁肌頂椎區(qū)sEMG凸凹側(cè)的RMS進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(表1、圖1)。結(jié)果顯示,在靜息、負(fù)重狀態(tài)下,RMS凸側(cè)>RMS凹側(cè),RMS負(fù)重狀態(tài)>RMS靜息狀態(tài),差異有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.000<0.01)。站立時(shí)負(fù)重狀態(tài)較之于靜息狀態(tài),RMS凸凹側(cè)比值的差值會進(jìn)一步加大,由6.362μV提高到38.048μV。兩側(cè)比值也會進(jìn)一步變大,由1.38提高到1.84。

        表1 椎旁肌頂椎區(qū)sEMG凸凹側(cè)RMS比較Tab.1 Comparison of convex RMS and concave RMS of sEMG at the apex level of paravertebral muscles

        根據(jù)患者年齡分為<15歲組(11例)和≥15歲組(7例),比較兩組脊柱側(cè)彎患者sEMG RMS對稱性發(fā)現(xiàn):站立時(shí),不論是靜息狀態(tài)還是負(fù)重狀態(tài),兩組患者的sEMG RMS對稱性比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。根據(jù)側(cè)彎角度將側(cè)彎脊柱分為Cobb角<30°組與Cobb角≥30°組,比較兩組sEMG RMS對稱性發(fā)現(xiàn):站立時(shí),不論是靜息狀態(tài)還是負(fù)重狀態(tài),兩組的sEMG RMS對稱性比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。根據(jù)側(cè)彎類型將患者分為“C型”組(10例)和“S型”組(8例),比較兩組患者sEMG RMS對稱性發(fā)現(xiàn),站立時(shí),不論是靜息狀態(tài)還是負(fù)重狀態(tài),兩組患者的sEMG RMS對稱性差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。由此可見,患者年齡、側(cè)彎角度、側(cè)彎類型對脊柱側(cè)彎患者椎旁肌sEMG的不對稱性沒有顯著影響。

        站立時(shí)在靜息狀態(tài)下,椎旁肌sEMG RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角的Pearson相關(guān)系數(shù)r為-0.253,P=0.096>0.05,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。站立時(shí)在負(fù)重狀態(tài)下,椎旁肌sEMG RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角的Pearson相關(guān)系數(shù)r為0.034,P=0.971>0.05,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

        2.2 表面肌電信號的分析

        2.2.1 不同年齡表面肌電信號凸凹側(cè)RMS比值與Cobb角相關(guān)性的分析

        對于15歲以下患者,靜息和負(fù)重狀態(tài)下,sEMG RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角的Pearson相關(guān)系數(shù)r分別為-0.401和0.270,P>0.05。說明兩種狀態(tài)下二者都沒有顯著的相關(guān)性。對于15歲以上患者,靜息和負(fù)重狀態(tài)下,sEMG RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角的Pearson相關(guān)系數(shù)r分別為0.044和-0.123,P>0.05。說明兩種狀態(tài)下二者都沒有顯著的相關(guān)性。見表2。

        表2 不同年齡sEMG RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角相關(guān)性分析Tab.2 Correlation analysis of convexity ratio of sEMG RMS and Cobb angle in different ages

        2.2.2 不同側(cè)彎角度表面肌電信號RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角相關(guān)性的分析

        Cobb角<30°患者,在靜息狀態(tài)下,sEMG RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角的Pearson相關(guān)系數(shù)r為0.525,P=0.634>0.05。說明二者可能存在相關(guān)性,但這種相關(guān)性無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Cobb角<30°患者,在負(fù)重狀態(tài)下,sEMG RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角的Pearson相關(guān)系數(shù)r為0.337,P>0.05。說明二者都沒有顯著的相關(guān)性。Cobb角≥30°患者,靜息和負(fù)重狀態(tài)下,sEMG RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角的Pearson相關(guān)系數(shù)r分別為-0.428和0.153,P>0.05。說明兩種狀態(tài)下二者都沒有顯著的相關(guān)性。見表3。

        表3 不同側(cè)彎角度患者椎旁肌頂椎區(qū)凸凹側(cè)sEMG RMS比值與Cobb角相關(guān)性分析Tab.3 Correlation analysis of sEMG RMS ratio of paravertebral parietal and Cobb angle in different angles

        2.2.3 不同側(cè)彎類型的表面肌電信號RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角的相關(guān)性分析

        C型患者,在靜息和負(fù)重狀態(tài)下,sEMG RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角的Pearson相關(guān)系數(shù)r分別為-0.057和0.261,P>0.05。說明兩種狀態(tài)下二者都沒有顯著的相關(guān)性。S型患者,在靜息和負(fù)重狀態(tài)下,sEMG RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角的Pearson相關(guān)系數(shù)r分別為-0.357和-0.026,P>0.05。說明兩種狀態(tài)下二者都沒有顯著的相關(guān)性。見表4。

        表4 不同側(cè)彎類型患者椎旁肌頂椎區(qū)凸凹側(cè)sEMG RMS比值與Cobb角相關(guān)性分析Tab.4 Correlation analysis of sEMG RMS ratio of paravertebral parietal and Cobb angle in different types

        3 討論

        筆者研究發(fā)現(xiàn),站立時(shí)不論是在靜息狀態(tài)還是在負(fù)重狀態(tài)下,青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者椎旁肌sEMG RMS值兩側(cè)不對稱,凸側(cè)明顯大于凹側(cè),且在負(fù)重狀態(tài)時(shí)這種不對稱進(jìn)一步加大。這與梁崎等[10]研究結(jié)果一致,他們發(fā)現(xiàn)青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者椎旁肌sEMG RMS凸側(cè)要大于凹側(cè)。該試驗(yàn)選取脊柱側(cè)彎患者25例、正常健康對照組14例,在進(jìn)行腰背肌負(fù)荷耐力試驗(yàn)(biering-sorensen testing,BST)和抬物試驗(yàn)的時(shí)候采集sEMG,最后分析患者的平均肌電波幅和頻譜面積發(fā)現(xiàn)青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者頂椎區(qū)椎旁肌凸側(cè)平均肌電波幅和頻譜面積明顯高于凹側(cè)。Lu WW等[11]利用sEMG研究了青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者脊柱融合手術(shù)前后脊柱肌肉的功能變化。他們招募了19例脊柱融合術(shù)術(shù)后患者和15例健康受試者,記錄了所有受試者的sEMG,發(fā)現(xiàn)青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者的椎旁肌肌電信號是失衡的,并且與健康受試者比較,手術(shù)后這種不平衡會消失,但是EMG并沒有恢復(fù)到對照組的水平。Feipel V等[12]研究了青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者背部和腹部EMG,招募了10例青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者和10例健康受試者為對照組,對他們椎旁?。?8個位置)和腹部(4個位置)的肌肉活動情況進(jìn)行了測量和記錄,發(fā)現(xiàn)sEMG可以用來作為青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者手術(shù)前的一個非侵入式、非輻照性的評定指標(biāo)。

        對于筆者研究中的青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者,發(fā)現(xiàn)椎旁肌RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角沒有顯著的相關(guān)性。Cobb角是評估脊柱側(cè)彎嚴(yán)重程度的重要指標(biāo),研究Cobb角與青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者椎旁肌sEMG RMS凸凹側(cè)比值的相關(guān)性可以分析脊柱側(cè)彎病情嚴(yán)重程度與sEMG的關(guān)系。關(guān)春雷等[13]記錄了64例青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者椎旁肌兩側(cè)的肌電信號,分析凸凹側(cè)肌電和Cobb角的相關(guān)性,發(fā)現(xiàn)凸凹側(cè)的肌力差異隨著Cobb角度的增大而增大,即脊柱側(cè)彎的嚴(yán)重程度與患者sEMG呈線性相關(guān)。而筆者研究發(fā)現(xiàn)青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者凸凹側(cè)肌電比值與Cobb角沒有顯著的相關(guān)性。出現(xiàn)不同的研究結(jié)果的原因可能是招募患者的年齡和側(cè)彎角度不同,該研究中受試者Cobb角[12°~43°(22.65°±6.74°)]比筆者研究中受試者Cobb角[18°~60°(32.54°±10.83°)]略小。筆者研究也觀察到,輕度脊柱側(cè)彎患者(Cobb角<30°)sEMG RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角相關(guān)性略高(r=0.525),但無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。由于筆者研究中Cobb角<30°的患者只有7例(11條側(cè)彎弧度),后續(xù)還需要更多患者數(shù)據(jù)進(jìn)一步驗(yàn)證該現(xiàn)象。鄭斌等[14]利用針極肌電研究了青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者凸凹側(cè)肌電活動,發(fā)現(xiàn)小年齡組(7~10歲)與對照組相比凹凸側(cè)針極肌電信號無顯著性差異,而大年齡組(11~14歲)與對照組比較有顯著差異,特別是凸側(cè)椎旁肌??赡艿慕忉屖请S著脊柱側(cè)彎患者年齡增加,側(cè)彎角度變大,凸側(cè)肌肉所承載的負(fù)荷也越大,因此兩側(cè)肌電活動的不對稱就會更加顯著。筆者將患者按照不同年齡分組分析后,發(fā)現(xiàn)青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者sEMG RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角都沒有顯著的相關(guān)性,也就是這種相關(guān)性并不受到年齡的影響。這可能是不同的研究方法和研究參數(shù)導(dǎo)致的(鄭斌等采集的是針極肌電信號,筆者研究采集的是sEMG)。另外,筆者研究按照不同側(cè)彎角度、不同側(cè)彎類型分組分析后,發(fā)現(xiàn)各組患者sEMG RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角都沒有顯著的相關(guān)性,后續(xù)應(yīng)進(jìn)行大樣本量的長期隨訪試驗(yàn)來研究凸凹側(cè)肌電對稱性和Cobb角的相關(guān)性及其影響因素。

        筆者研究通過采集和分析青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者在站立時(shí)靜息狀態(tài)和手上負(fù)重狀態(tài)時(shí)側(cè)彎椎旁肌頂椎區(qū)的sEMG,研究了青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者椎旁肌凸凹側(cè)sEMG RMS的對稱性及其與Cobb角的相關(guān)性。結(jié)果發(fā)現(xiàn),青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者椎旁肌頂椎區(qū)sEMG凸側(cè)明顯大于凹側(cè),負(fù)重狀態(tài)時(shí)這種差異會進(jìn)一步加大。此外,筆者研究中的青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者椎旁肌RMS凸凹側(cè)比值與Cobb角無顯著相關(guān)性。

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