引用本文： 李佩芳, 聶涌, 陳佳麗, 寧寧. 表面肌電及其生物反饋在下腰痛中的應用進展. 中國修復重建外科雜志, 2017, 31(4): 504-507. doi: 10.7507/1002-1892.201609078 復制
下腰痛是以腰背部疼痛為主的一組癥狀綜合征，具體指背部胸第 12 肋下緣至臀紋之間的疼痛和不適，伴或不伴下肢疼痛[1]。作為一種高發病率的癥候群，其涉及人群廣泛，已成為影響人們身體健康、職業活動能力和生活質量的重要疾患[2-4]。基礎研究發現，下腰痛的致病原因較多，病理機制復雜，但各種原因導致的下腰痛均在不同程度上與慢性腰部肌肉疲勞和收縮能力下降有著互為因果的關系[5]。表面肌電（surface electromyography，sEMG）監測患者軀干肌群肌肉活動的整體功能和狀態時，具有無痛無創、操作方便、信號可儲存等特點[6]。近年來，生物反饋被引入 sEMG 技術形成表面肌電生物反饋（surface electromygraphic biofeedback，sEMGBF），sEMGBF 是指把微弱的肌電信號加以放大，以聲或光的形式反饋給被試者，被試者根據這種反饋信號操縱肌肉活動，從而使肌肉放松或增強的一種反饋方式[7]。基于 sEMG 及 sEMGBF 的特性，其廣泛應用于下腰痛診治的相關研究中。現回顧 sEMG 及 sEMGBF 在下腰痛中應用的相關研究，并對其在下腰痛診斷和治療中的應用現狀進行總結。
1 sEMG 及 sEMGBF 在下腰痛診斷中的應用進展
下腰痛的形成原因非常復雜，軀干肌結構功能改變是其發生的重要原因[2]。Laasonen[8]對單側疼痛的下腰痛患者研究發現，疼痛側椎旁肌較非疼痛側椎旁肌體積小 10%～30%。同時，下腰痛患者的椎旁肌還具有微觀解剖異常。Zhao 等[9]發現在下腰痛患者中，患側多裂肌Ⅰ型和Ⅱ型纖維明顯小于健側，某些病理變化（纖維類型組合異常、蟲蝕樣外觀、成群萎縮、小角狀纖維、內部出現細胞核等）比健側更為明顯。肌電信號對于反映肌肉功能狀態、肌肉水平、多肌群協調性具有較高的敏感性[2]。故 sEMG 作為下腰痛的一種輔助診斷手段應用于很多相關研究中。同時，研究發現下腰痛患者存在腰椎旁肌疲勞、軀干肌活動失調、屈曲放松現象缺失和椎旁肌肌電活動不對稱等現象，而這些神經肌肉活動的異常被證實與下腰痛發生具有相關性[10]。
1.1 腰椎旁肌疲勞
下腰痛患者通常表現為腰椎旁肌耐力下降，即椎旁肌更易疲勞。在肌電測試的眾多指標中，平均功率頻率（mean power frequency，MPF）和中位頻率（median frequency slope，MFs）被認為是反映肌肉疲勞最可靠的研究指標[11]，研究者通過對下腰痛患者椎旁肌耐力的評價來反映椎旁肌的疲勞程度[2]。Takahashi 等[12]將下腰痛患者和正常對照者在受力狀態下維持正直站立姿勢的能力進行對比，結果發現下腰痛患者豎脊肌 MPF 顯著下降，并認為腰肌疲勞可能是引起腰痛的原因。Oddsson 等[13]研究了下腰痛患者與正常對照組的椎旁肌疲勞程度，認為 40% 和 80% 最大等長收縮時，下腰痛組的 MFs 小于正常對照組，提示在相應負荷水平上下腰痛組較正常對照組的椎旁肌疲勞程度更高。
1.2 軀干肌活動失調
下腰痛患者另一個主要的肌電特征是軀干肌活動失調。Silfies 等[14]通過比較慢性下腰痛患者與無癥狀對照組的軀干肌肌電活動，發現慢性下腰痛患者腹直肌和腹外斜肌的肌電活動較高，腹直肌、腹外斜肌的協同比則較低。Wilder 等[15]則發現對下腰痛患者突然施加負荷時，其豎脊肌活動的反應時間較正常對照者長。同樣，劉邦忠等[16]通過表面肌電圖對正常對照者與下腰痛患者進行了脊柱突然失穩時軀干肌反應的對比研究，發現在正常對照者椎旁肌群中，多裂肌較髂肋肌、豎脊肌等反應最快、最先起作用；而在下腰痛患者中，各椎旁肌幾乎同時收縮，多裂肌較正常對照者收縮延遲，功能減退。就軀干肌的總體反應而言，Radebold 等[17]對 12 塊軀干肌在各向活動時對突然負荷的反應進行了研究，發現正常對照者先關閉主動肌再開啟拮抗肌，而下腰痛患者則采取聯合收縮的方式，先保持主動肌的活化再開啟拮抗肌；另外，下腰痛患者肌肉的啟動和關閉時間都較正常對照者長，個體間的肌反應時間也有較大差異。
1.3 屈曲放松現象缺失
上世紀 50 年代，研究者們研究不同姿勢和動作下的軀干肌肌電活動時，發現了屈曲放松現象[18-19]。屈曲放松現象是指軀干完全屈曲時觀察到腰椎旁肌電活動靜止的一種現象[20-21]。它是軀干肌表面肌電活動研究中最常使用的一種類型，廣泛存在于正常人群的軀干肌肌電活動中，但在下腰痛患者中存在屈曲放松現象缺失[22-24]。一項關于軀干肌表面肌電活動的 meta 分析表明，下腰痛患者和正常對照者的屈曲放松現象存在明顯差異[25]。Watson 等[26]證實屈曲放松現象可明確區分下腰痛患者和健康人群。下腰痛患者存在屈曲放松現象缺失可能是由于疼痛、有意識地避免疼痛或肌肉對疼痛的適應，致使軀干活動范圍受限，達不到腰椎旁肌放松的范圍[27-29]。
1.4 椎旁肌肌電活動不對稱
許多研究發現下腰痛患者存在椎旁肌肌電活動不對稱的現象。Renkawitz 等[30]對下腰痛患者和正常對照者在等長軀干伸展時的豎脊肌肌電活動進行了測試，結果顯示下腰痛患者存在豎脊肌肌電活動不對稱的現象，正常對照者則無此現象。Lu 等[31]觀察了下腰痛患者抬舉動作時肌肉的 sEMG 信號，發現椎旁肌兩側肌電活動存在不對稱性；此外，在治療過程中，盡管肌肉力量有所增長，但不對稱性依舊存在。故該作者提出，椎旁肌肉活動不對稱性的存在可能導致下腰痛較高的復發率。
2 sEMG 及 sEMGBF 在下腰痛治療中的應用進展
2.1 國內應用進展
在國內，sEMG 及 sEMGBF 更多地應用于腦卒中、偏癱等患者的功能康復，在下腰痛領域未見其作為一種治療手段用于緩解下腰痛和軀干肌異常情況的文獻報道，而主要是 sEMG 用于其他干預措施（主要包括理筋療法和放血療法）緩解下腰痛的效果監測。喬杰[32]使用理筋療法治療下腰痛，治療前下腰痛組完全屈曲平均肌電值（averaged electro-myography，AEMG）大于正常對照組，背伸 AEMG 小于正常對照組，屈曲伸直比（flexion extension ratio，FER）高于正常對照組；理筋療法干預后，下腰痛組癥狀明顯側與治療前比較，完全屈曲 AEMG、FER 減小，但背伸 AEMG 無明顯差異。另外，呂俊玲[33]觀察委中穴不同放血量治療下腰痛對腰背部表面肌電的影響，發現放血量為 5～18 mL 組前屈位腰背部表面肌電波幅及中位頻率優于放血量<3 mL 組，故放血量 5～18 mL 組即刻鎮痛效果明顯優于放血量<3 mL 組。sEMG 應用于其他干預措施緩解下腰痛的治療效果監測，監測了該干預措施對下腰痛患者軀干肌肉肌電活動所產生的效果，有利于對比干預措施的效果及其持續改進。
2.2 國外應用現狀
在國外，sEMG 除應用于其他干預措施的治療效果監測，還聯合生物反饋形成 sEMGBF，作為一種治療手段，緩解下腰痛患者的疼痛和軀干肌異常情況。主要包括 sEMGBF 訓練及由此衍生出的 sEMGBF 伸展訓練。
2.2.1 sEMGBF 訓練 sEMGBF 訓練是使用 sEMGBF 儀器改善肌肉肌電異常活動，如減弱過強的肌肉肌電活動或增強過弱的肌肉肌電活動[34]，從而使肌力、軀干肌活動失衡得到改善，以達到緩解下腰痛的目的。Flor 等[35]使用 sEMGBF 訓練、行為放松訓練（無生物反饋）及常規干預方法對 3 組中度下腰痛患者進行對比干預，結果發現 sEMGBF 訓練效果明顯優于其他兩種方式。另一個研究對伴多種功能障礙的下腰痛患者進行干預效果的對比研究發現，綜合的干預手段（包括 sEMGBF 訓練）將取得更好效果。
2.2.2 sEMGBF 伸展訓練 sEMGBF 伸展訓練的機制與 sEMGBF 訓練大致相同，但 sEMGBF 伸展訓練專門為解決下腰痛患者屈曲放松現象缺失的問題而產生[36]。sEMGBF 伸展訓練主要用于軀干肌的功能恢復，有利于改善軀干活動范圍，從而緩解下腰痛患者的疼痛。Mayer 等[29]研究發現，下腰痛患者存在屈曲放松現象缺失和不正常的屈曲活動范圍，經過完整的 sEMGBF 伸展訓練干預后，患者的屈曲放松缺失現象和軀干肌屈曲活動范圍得到改善。進一步研究表明，通過完成 sEMGBF 伸展訓練，不僅可使下腰痛患者軀干肌的功能恢復，而且可重獲屈曲放松現象[37]。
3 小結
sEMG 可以直接了解患者目前肌肉活動狀況，聯合 sEMGBF 技術還可通過反饋信息控制肌肉訓練。總之，sEMG 用于下腰痛患者椎旁肌肌電活動評估具有良好的信度，下腰痛患者存在腰椎旁肌疲勞、軀干肌活動失調、屈曲放松現象缺失；但對于椎旁肌肌電活動對稱性差這一現象，不同研究存在爭議，有待進一步研究明確。就 sEMG 及 sEMGBF 在下腰痛治療中的應用而言，國外將 sEMGBF 應用于下腰痛的治療中，有利于糾正椎旁肌活動異常，從而緩解患者下腰痛；而國內則更多地將其應用于下腰痛治療效果的監測。
下腰痛是以腰背部疼痛為主的一組癥狀綜合征，具體指背部胸第 12 肋下緣至臀紋之間的疼痛和不適，伴或不伴下肢疼痛[1]。作為一種高發病率的癥候群，其涉及人群廣泛，已成為影響人們身體健康、職業活動能力和生活質量的重要疾患[2-4]。基礎研究發現，下腰痛的致病原因較多，病理機制復雜，但各種原因導致的下腰痛均在不同程度上與慢性腰部肌肉疲勞和收縮能力下降有著互為因果的關系[5]。表面肌電（surface electromyography，sEMG）監測患者軀干肌群肌肉活動的整體功能和狀態時，具有無痛無創、操作方便、信號可儲存等特點[6]。近年來，生物反饋被引入 sEMG 技術形成表面肌電生物反饋（surface electromygraphic biofeedback，sEMGBF），sEMGBF 是指把微弱的肌電信號加以放大，以聲或光的形式反饋給被試者，被試者根據這種反饋信號操縱肌肉活動，從而使肌肉放松或增強的一種反饋方式[7]。基于 sEMG 及 sEMGBF 的特性，其廣泛應用于下腰痛診治的相關研究中。現回顧 sEMG 及 sEMGBF 在下腰痛中應用的相關研究，并對其在下腰痛診斷和治療中的應用現狀進行總結。
1 sEMG 及 sEMGBF 在下腰痛診斷中的應用進展
下腰痛的形成原因非常復雜，軀干肌結構功能改變是其發生的重要原因[2]。Laasonen[8]對單側疼痛的下腰痛患者研究發現，疼痛側椎旁肌較非疼痛側椎旁肌體積小 10%～30%。同時，下腰痛患者的椎旁肌還具有微觀解剖異常。Zhao 等[9]發現在下腰痛患者中，患側多裂肌Ⅰ型和Ⅱ型纖維明顯小于健側，某些病理變化（纖維類型組合異常、蟲蝕樣外觀、成群萎縮、小角狀纖維、內部出現細胞核等）比健側更為明顯。肌電信號對于反映肌肉功能狀態、肌肉水平、多肌群協調性具有較高的敏感性[2]。故 sEMG 作為下腰痛的一種輔助診斷手段應用于很多相關研究中。同時，研究發現下腰痛患者存在腰椎旁肌疲勞、軀干肌活動失調、屈曲放松現象缺失和椎旁肌肌電活動不對稱等現象，而這些神經肌肉活動的異常被證實與下腰痛發生具有相關性[10]。
1.1 腰椎旁肌疲勞
下腰痛患者通常表現為腰椎旁肌耐力下降，即椎旁肌更易疲勞。在肌電測試的眾多指標中，平均功率頻率（mean power frequency，MPF）和中位頻率（median frequency slope，MFs）被認為是反映肌肉疲勞最可靠的研究指標[11]，研究者通過對下腰痛患者椎旁肌耐力的評價來反映椎旁肌的疲勞程度[2]。Takahashi 等[12]將下腰痛患者和正常對照者在受力狀態下維持正直站立姿勢的能力進行對比，結果發現下腰痛患者豎脊肌 MPF 顯著下降，并認為腰肌疲勞可能是引起腰痛的原因。Oddsson 等[13]研究了下腰痛患者與正常對照組的椎旁肌疲勞程度，認為 40% 和 80% 最大等長收縮時，下腰痛組的 MFs 小于正常對照組，提示在相應負荷水平上下腰痛組較正常對照組的椎旁肌疲勞程度更高。
1.2 軀干肌活動失調
下腰痛患者另一個主要的肌電特征是軀干肌活動失調。Silfies 等[14]通過比較慢性下腰痛患者與無癥狀對照組的軀干肌肌電活動，發現慢性下腰痛患者腹直肌和腹外斜肌的肌電活動較高，腹直肌、腹外斜肌的協同比則較低。Wilder 等[15]則發現對下腰痛患者突然施加負荷時，其豎脊肌活動的反應時間較正常對照者長。同樣，劉邦忠等[16]通過表面肌電圖對正常對照者與下腰痛患者進行了脊柱突然失穩時軀干肌反應的對比研究，發現在正常對照者椎旁肌群中，多裂肌較髂肋肌、豎脊肌等反應最快、最先起作用；而在下腰痛患者中，各椎旁肌幾乎同時收縮，多裂肌較正常對照者收縮延遲，功能減退。就軀干肌的總體反應而言，Radebold 等[17]對 12 塊軀干肌在各向活動時對突然負荷的反應進行了研究，發現正常對照者先關閉主動肌再開啟拮抗肌，而下腰痛患者則采取聯合收縮的方式，先保持主動肌的活化再開啟拮抗肌；另外，下腰痛患者肌肉的啟動和關閉時間都較正常對照者長，個體間的肌反應時間也有較大差異。
1.3 屈曲放松現象缺失
上世紀 50 年代，研究者們研究不同姿勢和動作下的軀干肌肌電活動時，發現了屈曲放松現象[18-19]。屈曲放松現象是指軀干完全屈曲時觀察到腰椎旁肌電活動靜止的一種現象[20-21]。它是軀干肌表面肌電活動研究中最常使用的一種類型，廣泛存在于正常人群的軀干肌肌電活動中，但在下腰痛患者中存在屈曲放松現象缺失[22-24]。一項關于軀干肌表面肌電活動的 meta 分析表明，下腰痛患者和正常對照者的屈曲放松現象存在明顯差異[25]。Watson 等[26]證實屈曲放松現象可明確區分下腰痛患者和健康人群。下腰痛患者存在屈曲放松現象缺失可能是由于疼痛、有意識地避免疼痛或肌肉對疼痛的適應，致使軀干活動范圍受限，達不到腰椎旁肌放松的范圍[27-29]。
1.4 椎旁肌肌電活動不對稱
許多研究發現下腰痛患者存在椎旁肌肌電活動不對稱的現象。Renkawitz 等[30]對下腰痛患者和正常對照者在等長軀干伸展時的豎脊肌肌電活動進行了測試，結果顯示下腰痛患者存在豎脊肌肌電活動不對稱的現象，正常對照者則無此現象。Lu 等[31]觀察了下腰痛患者抬舉動作時肌肉的 sEMG 信號，發現椎旁肌兩側肌電活動存在不對稱性；此外，在治療過程中，盡管肌肉力量有所增長，但不對稱性依舊存在。故該作者提出，椎旁肌肉活動不對稱性的存在可能導致下腰痛較高的復發率。
2 sEMG 及 sEMGBF 在下腰痛治療中的應用進展
2.1 國內應用進展
在國內，sEMG 及 sEMGBF 更多地應用于腦卒中、偏癱等患者的功能康復，在下腰痛領域未見其作為一種治療手段用于緩解下腰痛和軀干肌異常情況的文獻報道，而主要是 sEMG 用于其他干預措施（主要包括理筋療法和放血療法）緩解下腰痛的效果監測。喬杰[32]使用理筋療法治療下腰痛，治療前下腰痛組完全屈曲平均肌電值（averaged electro-myography，AEMG）大于正常對照組，背伸 AEMG 小于正常對照組，屈曲伸直比（flexion extension ratio，FER）高于正常對照組；理筋療法干預后，下腰痛組癥狀明顯側與治療前比較，完全屈曲 AEMG、FER 減小，但背伸 AEMG 無明顯差異。另外，呂俊玲[33]觀察委中穴不同放血量治療下腰痛對腰背部表面肌電的影響，發現放血量為 5～18 mL 組前屈位腰背部表面肌電波幅及中位頻率優于放血量<3 mL 組，故放血量 5～18 mL 組即刻鎮痛效果明顯優于放血量<3 mL 組。sEMG 應用于其他干預措施緩解下腰痛的治療效果監測，監測了該干預措施對下腰痛患者軀干肌肉肌電活動所產生的效果，有利于對比干預措施的效果及其持續改進。
2.2 國外應用現狀
在國外，sEMG 除應用于其他干預措施的治療效果監測，還聯合生物反饋形成 sEMGBF，作為一種治療手段，緩解下腰痛患者的疼痛和軀干肌異常情況。主要包括 sEMGBF 訓練及由此衍生出的 sEMGBF 伸展訓練。
2.2.1 sEMGBF 訓練 sEMGBF 訓練是使用 sEMGBF 儀器改善肌肉肌電異常活動，如減弱過強的肌肉肌電活動或增強過弱的肌肉肌電活動[34]，從而使肌力、軀干肌活動失衡得到改善，以達到緩解下腰痛的目的。Flor 等[35]使用 sEMGBF 訓練、行為放松訓練（無生物反饋）及常規干預方法對 3 組中度下腰痛患者進行對比干預，結果發現 sEMGBF 訓練效果明顯優于其他兩種方式。另一個研究對伴多種功能障礙的下腰痛患者進行干預效果的對比研究發現，綜合的干預手段（包括 sEMGBF 訓練）將取得更好效果。
2.2.2 sEMGBF 伸展訓練 sEMGBF 伸展訓練的機制與 sEMGBF 訓練大致相同，但 sEMGBF 伸展訓練專門為解決下腰痛患者屈曲放松現象缺失的問題而產生[36]。sEMGBF 伸展訓練主要用于軀干肌的功能恢復，有利于改善軀干活動范圍，從而緩解下腰痛患者的疼痛。Mayer 等[29]研究發現，下腰痛患者存在屈曲放松現象缺失和不正常的屈曲活動范圍，經過完整的 sEMGBF 伸展訓練干預后，患者的屈曲放松缺失現象和軀干肌屈曲活動范圍得到改善。進一步研究表明，通過完成 sEMGBF 伸展訓練，不僅可使下腰痛患者軀干肌的功能恢復，而且可重獲屈曲放松現象[37]。
3 小結
sEMG 可以直接了解患者目前肌肉活動狀況，聯合 sEMGBF 技術還可通過反饋信息控制肌肉訓練。總之，sEMG 用于下腰痛患者椎旁肌肌電活動評估具有良好的信度，下腰痛患者存在腰椎旁肌疲勞、軀干肌活動失調、屈曲放松現象缺失；但對于椎旁肌肌電活動對稱性差這一現象，不同研究存在爭議，有待進一步研究明確。就 sEMG 及 sEMGBF 在下腰痛治療中的應用而言，國外將 sEMGBF 應用于下腰痛的治療中，有利于糾正椎旁肌活動異常，從而緩解患者下腰痛；而國內則更多地將其應用于下腰痛治療效果的監測。