魏 尊 王勝利 朱慧娟

河南省鄭州市第一人民醫(yī)院疼痛科 450000

慢性下腰痛(Chronic low back pain,CLBP)是人類(lèi)常見(jiàn)的肌肉骨骼疾病,在近80%的人類(lèi)一生中均可受到CLBP影響[1-2]。與CLBP相關(guān)的常見(jiàn)病變即為下肢神經(jīng)根病變(Chronic low back pain-radiculopathy,CLBP-R),其常見(jiàn)原因?yàn)檠甸g盤(pán)突出壓迫神經(jīng)根或腰椎管狹窄所致,導(dǎo)致坐骨神經(jīng)及其分支出現(xiàn)放射性疼痛、刺痛或麻木等癥狀[3-4]。但目前,尚不明確CLBP-R所致的下肢癥狀與下肢肌肉的激活—控制能力有何關(guān)系。既往有研究顯示,CLBP患者在雙臂快速抬高試驗(yàn)中,需要更久時(shí)間、更多微調(diào)才能達(dá)到新的平衡穩(wěn)定性[5];但與之相反,Frost等[6]發(fā)現(xiàn),在此類(lèi)試驗(yàn)中,CLBP-R患者與健康人群的平衡穩(wěn)定性方面無(wú)明顯差異性。筆者認(rèn)為,CLBP-R患者全身平衡控制能力的損害方面,不僅局限于軀干肌協(xié)調(diào)不足,而下肢肌肉激活和平衡反應(yīng)能力也起到了必不可缺的作用。為此,本文通過(guò)一項(xiàng)平衡干擾試驗(yàn)的分組對(duì)比研究,以評(píng)價(jià)CLBP-R患者的下肢肌肉激活時(shí)間和平衡反應(yīng)能力,為此類(lèi)患者的康復(fù)方案提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料 隨機(jī)納入30例CLBP-R患者,以及30例性別、年齡相匹配的健康人群進(jìn)行研究,分別作為CLBP-R組和對(duì)照組。CLBP-R組的選擇標(biāo)準(zhǔn)為:存在腰椎間盤(pán)突出或膨出,且導(dǎo)致下腰痛和單側(cè)神經(jīng)根癥狀(至少有一種疼痛、刺痛或麻木輻射到腿部和/或足部)3個(gè)月以上;不符合上述標(biāo)準(zhǔn)者,以及孕婦、有明顯身體畸形者均予以排除。對(duì)照組的選擇標(biāo)準(zhǔn)為:無(wú)慢性LBP病史,無(wú)下肢外傷、手術(shù)史和下肢畸形,患者的肢體平衡能力良好;不符合上述標(biāo)準(zhǔn)者,以及孕婦、有明顯身體畸形者均予以排除。由表1可見(jiàn),兩組人群的性別、年齡、體質(zhì)量、身高、足部?jī)?yōu)勢(shì)和體力活動(dòng)狀態(tài)方面均較為匹配。本研究獲得了我院倫理委員會(huì)的批準(zhǔn),所有參與者都簽署了知情同意書(shū)。

表1 兩組人群基線資料比較

1.2 研究方法 對(duì)兩組人群共進(jìn)行4項(xiàng)平衡干擾試驗(yàn),每項(xiàng)均開(kāi)展3次成功的試驗(yàn)并記錄其相關(guān)數(shù)值,以平均值為最終記錄數(shù)據(jù)。

研究對(duì)象站立于一個(gè)測(cè)力臺(tái)上(AccuSway,美國(guó)AMTI生物力學(xué)測(cè)試系統(tǒng),Watertown MA),將動(dòng)態(tài)紅外動(dòng)作捕捉系統(tǒng)(Optotrak 3D InvestigatorTM,加拿大NDI公司)用雙面膠粘貼于手腕或腳踝位置,以捕捉運(yùn)動(dòng)的起始時(shí)間和速度,設(shè)置采樣頻率為512Hz。此外,對(duì)受試者使用8對(duì)一次性Ag/AgCl表面肌電電極,分別放置于L4的豎脊肌(Erector spinalis,ES)、股二頭肌(Biceps femoris,BF)、腓腸肌內(nèi)側(cè)(Medial gastrocnemius,MG)和脛前肌(Tibialis anterior muscle,TA)的雙側(cè)肌腹上。原始肌電信號(hào)以10～1 000Hz進(jìn)行帶通濾波、放大,并以2 048Hz采樣。

參與者共完成以下試驗(yàn):(1)腳趾站立試驗(yàn):將紅外動(dòng)作捕捉器粘在右腳踝,以中立位站姿、雙腳間距與肩同寬,睜眼站立于測(cè)力臺(tái)上,然后在口頭提示下,盡可能快地快速提踝、腳趾站立,并保持3s,然后慢慢回到中立姿勢(shì)。試驗(yàn)過(guò)程中,要求參與者不得采取任何恢復(fù)平衡的措施。(2)雙臂快速抬高:將紅外動(dòng)作捕捉器粘在右手腕。參與者姿勢(shì)同前,雙臂置于身體兩側(cè),在口頭提示下,將雙臂快速抬高至90°,保持3s,然后慢慢回到初始位置。(3)突發(fā)性加載負(fù)荷:參與者拿著一個(gè)盒子,同時(shí)肘關(guān)節(jié)保持90°;將紅外動(dòng)作捕捉器粘在手腕上。實(shí)驗(yàn)者自5cm的高度將2.3kg的物體扔進(jìn)盒子里。參與者快速將盒子放回原始位置,以觀察其對(duì)平衡干擾的反應(yīng)。應(yīng)注意:參與者雙眼平視,不能直視盒子,亦不能看到物體落入盒子的時(shí)間。突發(fā)性加載負(fù)荷包含兩種試驗(yàn):①預(yù)期性試驗(yàn),即實(shí)驗(yàn)者以口頭倒計(jì)時(shí)告知參與者;②不可預(yù)期性試驗(yàn),參與者不知物體下落時(shí)間。

1.3 數(shù)據(jù)分析 借助于紅外運(yùn)動(dòng)捕捉器,記錄每項(xiàng)測(cè)試運(yùn)動(dòng)開(kāi)始前100ms和開(kāi)始后1 000ms內(nèi)的雙側(cè)肌肉激活時(shí)間。肌電信號(hào)經(jīng)整流處理為線性包絡(luò),然后用截止頻率為50Hz的雙低通四階Butterworth濾波器進(jìn)行處理。激活開(kāi)始的閾值被定義為處理后的肌電超過(guò)基線3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差至少20ms;運(yùn)動(dòng)開(kāi)始前,基線激活平均為150～250ms。所有的肌肉激活均經(jīng)視覺(jué)檢查和確認(rèn)。測(cè)力臺(tái)的數(shù)據(jù)采用截止頻率為6Hz的雙低通四階Butterworth濾波器進(jìn)行濾波處理。根據(jù)記錄的力和力矩計(jì)算前—后側(cè)(AP)和內(nèi)—外側(cè)(ML)方向的壓力中心(COP)。在所有試驗(yàn)中,沿AP和ML運(yùn)動(dòng)軸計(jì)算以下參數(shù):最大COP偏移(cm)、最大COP速度(cm/s)、平均COP速度絕對(duì)值(cm/s)。ML平面上的偏移是根據(jù)朝向健側(cè)或患側(cè)下肢來(lái)量化;對(duì)照組參與者被指定為對(duì)應(yīng)健側(cè)或患側(cè)下肢而模擬其LBP-R匹配。此外,分析平衡恢復(fù)階段(運(yùn)動(dòng)開(kāi)始2s內(nèi))的其他COP穩(wěn)定參數(shù):(1)穩(wěn)定潛伏期時(shí)間:校正后的COP-AP速度(cm/s)恢復(fù)到基線值(干擾前平均500ms～1 000ms)并保持50ms的時(shí)間;(2)校正次數(shù):未校正的COP-AP速度(cm/s)從干擾時(shí)間至返回基線的越過(guò)零點(diǎn)次數(shù)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 所有統(tǒng)計(jì)分析用SAS9.2軟件包完成。連續(xù)數(shù)據(jù)的正態(tài)性用Shaprio-WilkW檢驗(yàn)。符合正態(tài)分布者,兩組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn);不符合正態(tài)分布者,采用單因素方差分析。P<0.05時(shí)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 肌肉激活時(shí)間 在突發(fā)性載荷試驗(yàn)中,CLBP-R組患者健側(cè)、患側(cè)下肢與對(duì)照組人群相比,肌肉激活時(shí)間均無(wú)明顯差異(P>0.05)。肌肉激活序列方面,各組在預(yù)期性試驗(yàn)中,均表現(xiàn)出相對(duì)有序的激活模式,即先激活ES(42～48ms),再激活BF(56～61ms),再激活MG(58～65ms),見(jiàn)圖1。在對(duì)照組和CLBP-R患者的健側(cè),BF和MG的激活明顯晚于ES(P<0.05);在CLBP-R患者的患側(cè),上述肌肉的激活序列則明顯不同。各組在不可預(yù)期性試驗(yàn)中,上述模式并不明顯,各組參與者均在相近的時(shí)間內(nèi)激活了ES、BF和MG。此外,在預(yù)期性試驗(yàn)和不可預(yù)期性試驗(yàn)中,TA的激活時(shí)間均明顯晚于其他肌肉(P<0.001)。

圖1 兩組人群在突發(fā)性載荷試驗(yàn)中的肌肉激活序列圖分析

雙臂抬高試驗(yàn)中,CLBP-R組和對(duì)照組人群的上臂抬高角速度分別為(256.2±13.2)°/s和(250.0±10.9)°/s,組間無(wú)顯著差異(P>0.05);但與對(duì)照組相比,CLBP-R組患者患側(cè)MG肌肉的激活時(shí)間顯著延遲(-56.3ms VS-13.4ms,P<0.01),而兩組ES、BF肌肉的激活時(shí)間無(wú)明顯差異(P>0.05)。兩組的肌肉激活序列相似,均為手臂運(yùn)動(dòng)前85～96ms內(nèi)激活了ES和BF,顯著延遲于MG和TA等其他肌肉(P<0.01)。與對(duì)照組相比,CLBP-R患者患側(cè)TA的激活時(shí)間明顯延遲(P<0.01)。見(jiàn)圖2。

在腳趾站立試驗(yàn)中,兩組肌肉激活的一致性較差,提示CLBP-R患者與健康人群在該試驗(yàn)中的肌肉激活能力有明顯差異(P<0.01)。對(duì)照組與CLBP-R組患者腳趾站立試驗(yàn)的速度較為相近,分別為(156.7±10.4)mm/s和(165.4±14.6)mm/s,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。其中,MG肌在踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)開(kāi)始前80～92ms被激活,明顯早于所有其他肌肉的激活時(shí)間(P<0.01),但組間無(wú)顯著性差異(P>0.05)。與之相似,BF肌的激活時(shí)間也無(wú)組

圖2 兩組人群在雙臂抬高試驗(yàn)中的肌肉激活序列圖分析

間差異性,在運(yùn)動(dòng)開(kāi)始之前(-13ms)或之后(2ms)略有激活。為了在干擾過(guò)程中保持機(jī)體平衡,ES和TA肌在運(yùn)動(dòng)開(kāi)始后被激活,與對(duì)照組(42ms)相比,CLBP-R組患者患側(cè)TA肌的激活略有延遲(51ms),但無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.08)。見(jiàn)表2。

表2 各組平衡干擾試驗(yàn)中肌肉激活時(shí)間比較

2.2 平衡性參數(shù) 在預(yù)期性和不可預(yù)期性突然負(fù)荷條件下,CLBP-R患者在某些參數(shù)上的幅度COP測(cè)量明顯低于對(duì)照組(見(jiàn)表3)。特別是在不可預(yù)期性負(fù)荷下,CLBP-R組患者的最大COP前移、最大前向COP速度和最大后向COP速度均顯著低于對(duì)照組(P<0.05)。在預(yù)期性負(fù)荷下,CLBP-R組患者的最大前向COP速度和最大后向COP速度均顯著低于對(duì)照組(P<0.05)。

在腳趾站立試驗(yàn)中,也顯示出組間的一些顯著差異(見(jiàn)表3)。與對(duì)照組相比,CLBP-R組的最大COP前移、向健側(cè)最大COP漂移、健側(cè)最大COP速度、患側(cè)最大COP速度和平均絕對(duì)ML速度均明顯增加(P<0.05)。

表3 各組試驗(yàn)中的動(dòng)態(tài)平衡參數(shù)比較

雙臂抬高試驗(yàn)中,COP測(cè)量沒(méi)有顯示出CLBP-R患者與對(duì)照組之間的任何顯著差異(P>0.05,見(jiàn)表3)。此外,在雙臂抬高或突然負(fù)荷試驗(yàn)期間,COP穩(wěn)定潛伏期或校正次數(shù)在組間沒(méi)有顯著性差異(P>0.05),見(jiàn)圖3。

圖3 兩組雙臂抬起試驗(yàn)和突發(fā)性加載負(fù)荷試驗(yàn)中的相關(guān)參數(shù)比較

3 討論

本研究的上述結(jié)論發(fā)現(xiàn),與健康人群相比,CLBP-R患者在平衡干擾的反應(yīng)中,MG和TA出現(xiàn)激活延遲現(xiàn)象,且有肌肉激活序列的改變。此外,CLBP-R患者在腳趾站立試驗(yàn)中表現(xiàn)出較大的COP移動(dòng)。

3.1 突發(fā)性載荷試驗(yàn) 在突發(fā)性加載負(fù)荷試驗(yàn)中,CLBP-R患者患側(cè)和健側(cè)的肌肉激活時(shí)間沒(méi)有明顯差異,且與健康人群也無(wú)明顯差異。這一結(jié)論與Lariviere等人2010年的報(bào)告相一致[7],這可能是由于本研究納入的CLBP-R人群疼痛和功能障礙情況并不嚴(yán)重有關(guān)。然而,健康人群及CLBP-R患者的健側(cè)均在預(yù)期性加載負(fù)荷試驗(yàn)中表現(xiàn)出了明確的自上而下的肌肉激活序列,即首先激活ES,然后為BF和MG;但在CLBP-R患者的患側(cè),上述肌肉的激活序列則明顯不同,幾乎是同時(shí)激活了ES、BF和MG。這種共同激活模式類(lèi)似于所有參與者在不可預(yù)期性加載試驗(yàn)中的反應(yīng)相似。將此現(xiàn)象與動(dòng)態(tài)平衡性參數(shù)相聯(lián)系,可見(jiàn)CLBP-R患者表現(xiàn)出更低的COP偏移和速度,這與Jauregui等[8]所報(bào)告的疼痛適應(yīng)模型是一致的。

3.2 上臂快速抬起試驗(yàn) 在該試驗(yàn)中,ES和BF肌肉在CLBP-R患者患側(cè)、健側(cè)之間以及健康人群的激活時(shí)間沒(méi)有差異性;但與對(duì)照組相比,CLBP-R組患者患側(cè)MG肌肉的激活時(shí)間顯著延遲。在雙臂快速抬高過(guò)程中,MG在ES和BF激活后以前饋方式激活,以協(xié)助將身體重心向后拉,為手臂抬高過(guò)程中發(fā)生的重心前移做準(zhǔn)備。然而,該試驗(yàn)的組間動(dòng)態(tài)平衡結(jié)果沒(méi)有差異,因此這種MG激活延遲對(duì)CLBP-R患者的影響并不明顯。在對(duì)照組和CLBP-R組患者的健側(cè),TA在手臂運(yùn)動(dòng)開(kāi)始前略有激活;然而,在CLBP-R組患者患側(cè)的TA激活明顯延遲。雖然如此,但CLBP-R患者和健康人群在該試驗(yàn)中的平衡參數(shù)方面沒(méi)有顯著差異,這結(jié)論與Mok等[5]在一組相似人群中的AP COP漂移和速度結(jié)果一致。

3.3 腳趾站立試驗(yàn) 在該試驗(yàn)中,首先激活MG為運(yùn)動(dòng)做準(zhǔn)備,然后在腳跟開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的大致時(shí)間激活BF,在運(yùn)動(dòng)開(kāi)始后激活ES和TA肌肉。TA是MG的拮抗肌,因此激活TA的功能來(lái)平衡推動(dòng)腳趾站立時(shí)MG的激活。然而,由于任務(wù)的自我計(jì)時(shí)性質(zhì),TA的激活時(shí)間在所有參與者中并不統(tǒng)一,此外,在CLBP-R患者和健康人群之間的平衡參數(shù)方面也有較大出入,前者有更大的COP偏移和ML速度。這表明,當(dāng)CLBP-R患者以腳趾站立并穩(wěn)定在該位置時(shí),有偏向于其患側(cè)的位移。此外,CLBP-R患者出現(xiàn)較大的COP速度,也可被視為平衡控制能力較差所致。

3.4 延遲機(jī)制 關(guān)于CLBP-R患者出現(xiàn)肌肉激活時(shí)間延遲的原因,我們認(rèn)為有以下方面:首先,當(dāng)神經(jīng)根受壓時(shí),神經(jīng)傳導(dǎo)速度減慢,這一點(diǎn)在臨床中已有明確結(jié)論[9-12];此外,在疼痛適應(yīng)模型中,支配肌肉的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元興奮性降低,從而導(dǎo)致其支配的肌肉激活時(shí)間出現(xiàn)延遲現(xiàn)象[13]。

總之,本研究通過(guò)三組不同的人體平衡性試驗(yàn)表明,CLBP伴下肢神經(jīng)根病變患者在肌肉激活時(shí)間、序列和總體平衡控制方面與健康人群有顯著差異,尤其是下肢的差異較顯著,表明神經(jīng)根病可能在改變這些患者的平衡控制方面發(fā)揮作用。