肌电触发电刺激对偏瘫上肢运动功能恢复的研究进展

吴琼,丛芳,桑德春 ,侯勇伦

肌电生物反馈(electromygraphic biofeedback)是生物反馈疗法的重要种类之一,是治疗神经肌肉疾病常用的辅助手段[1-2]。近年来单纯的肌电生物反馈疗法逐渐被肌电生物反馈与神经肌肉电刺激的联合疗法所取代,后者又称为肌电信号触发的神经肌肉电刺激(electromyography-triggered neuromuscular electrical stimulation,EMG-stim)或肌电触发电刺激(electromyography-triggered stimulation,EMG-stim),是普通肌电生物反馈与神经肌肉电刺激疗法的有机结合。据文献报道,脑卒中患者中约有85%伴有上肢功能障碍,其中55%～75%在发病3～6个月时仍有上肢功能障碍[3-4]。上肢功能尤其是手的精细动作在日常生活活动中至关重要,且恢复难度大,所需时间长,给社会和家庭带来沉重负担。EMG-stim治疗从促进单块肌肉功能的恢复,到肢体、器官水平的功能恢复以及个体整体功能的康复都有明显的作用。本文对EMG-stim在改善偏瘫患者上肢运动功能恢复方面进行综述。

1 治疗原理

EMG-stim疗法是将普通肌电生物反馈与神经肌肉电刺激相结合,它可以检测出脑卒中患者瘫痪肢体残存的微弱肌电信号,当患者努力使其瘫痪肌群自身的肌电信号达到特设阈值时,仪器将自动输出一组电流刺激,促使患肌收缩,强化其想做而又难以完成的动作,并可引起明显的关节运动,此时由于输出电流引起的被动运动将有机地融于患者的主动运动之中。当患者的自发肌电信号值不断升高时,仪器将调高阈值,促使患者加大肌肉收缩力度,努力达到更大的肌肉运动幅度,最终使患者脱离仪器,达到功能独立水平。EMG-stim疗法不仅具有普通肌电生物反馈与神经肌肉电刺激的单独作用,而且在意识支配下,通过电刺激产生的肌群或肢体的运动,会对中枢神经系统产生本体感觉或运动觉的刺激,促使主动肌与拮抗肌之间形成协调性动作,后者以接近正常的运动模式反馈给受损的中枢神经系统,有助于激活中枢神经系统中的潜在性突触,或形成新的突触联系,以建立新的感觉兴奋痕迹,重建神经环路,因而此疗法具有单纯被动治疗方式不可比拟的作用[5]。

2 对偏瘫患者上肢运动功能恢复的作用

2.1 诱发肌肉运动 EMG-stim疗法对患肌肌电信号的改善有促进作用。李雪芹等选择发病在4周内的脑卒中患者,分为两组,各30例,治疗组在常规治疗基础上对偏瘫上肢进行每天20 min的EMG-stim治疗,平均治疗16.8次,发现治疗后两组伸腕时肌肉最大收缩的肌电值均有提高(P＜0.05);且治疗组肌电值的改善明显高于对照组(P＜0.01)[6]。

对初始肌电信号为0的患者可采取患肢完全被动的电刺激,或由健肢肌电信号触发,使输出电流刺激于患肌,以诱发出瘫痪肌的随意运动。谢光柏等对38例脑卒中后偏瘫患者进行治疗,对患肌肌力0级、肌电信号为0者,先采用被动循环电刺激法治疗,经3～5次被动电刺激治疗后,多数情况下可检测出患肌微弱的肌电信号,再改用肌电生物反馈与电刺激疗法治疗,取得较好的疗效[7]。

但也有学者认为,EMG-stim是由来自靶肌肉(患肌)的肌电信号所启动的,是一种闭环刺激,而不是由刺激机器给予的被动性开环刺激,故其治疗的前提条件是患肌能够自发地产生肌电信号,一般认为EMG值至少大于5 μ V,因此EMG-stim 对于瘫痪肢体本身尚无可测的自主性肌电信号或不能主动积极配合治疗的认知障碍患者效果不理想[8-9]。

2.2 增强肌力 近年来的研究提示,偏瘫患者患肢的肌肉除了收缩时控制能力减弱外,本身肌力也减弱,特别是收缩速度减慢,对肢体活动有着重要的影响。患者肢体活动能力减弱是肌力减弱与肌肉随意控制力减弱综合作用的结果。EMG-stim治疗可以帮助患者和治疗师了解某一特殊肌肉或肌群的活动状况,促进力弱或控制障碍的患肌康复,通过训练可提高肌肉的紧张度和活动性[10]。

姜稳妮等在常规神经内科药物治疗和运动疗法基础上对治疗组偏瘫患者进行EMG-stim,治疗前后按改良的Lovett肌力测定法评定肌力,结果治疗组肌力改善明显优于对照组[11]。

2.3 缓解痉挛,扩大关节活动度 脑卒中患者除了有随意运动的减弱或丧失外,还可出现腱反射亢进、肌张力增强等牵张反射亢进表现,上肢以屈肌更为明显。EMG-stim治疗可以降低肌张力,缓解痉挛,减轻异常的协同运动。

Wolf等应用EMG-stim对病程1年以上的痉挛性偏瘫患者进行放松性训练,结果治疗组的功能明显改善,上肢主要活动范围增大[12]。对于已经出现严重痉挛的患者,痉挛肌与拮抗肌重复性的主动锻炼在过多强调关节活动度的同时有时会适得其反,使痉挛加重。EMG-stim治疗在主动的运动阶段和休息阶段之间加以辅助的电刺激阶段,通过刺激痉挛肌的拮抗肌可反射性地抑制痉挛,帮助患者降低肌张力,使其更好地参与主动运动。

朱琳选取18例恢复期痉挛性偏瘫患者,随机分为非康复训练组、传统训练加抗痉挛药物组以及EMG-stim组,治疗6个月后,手指近端关节运动功能评价(knee-mouth test)显示,传统训练加抗痉挛药物组以及EMG-stim组能够协调地完成触到对侧膝盖再回到碰嘴的动作;手指远端关节运动功能评价(finger test)显示,EMG-stim组患者手指功能由仅能屈曲改善至屈伸基本协调,而其余两组无明显变化;腕关节背伸ROM评定显示,EMG-stim组患者腕关节背伸角度由原来的 10°增至60°,而传统训练加抗痉挛药物组平均只增加10°左右[13]。

2.4 改善腕背伸功能 偏瘫患者常出现腕背伸困难,这一功能的丧失是影响手功能恢复的首要障碍。通常在训练手抓握功能之前也要先训练腕的背伸功能。通过EMG-stim治疗可缓解手部屈肌痉挛,诱发手指的集团伸展和分指的随意运动,促进腕指背伸功能的恢复。

Cauraugh等选取11例脑卒中1年以上的患者,随机分组,治疗组7例,进行EMG-stim治疗12次;对照组4例,进行腕关节主动背伸练习。分别在治疗前、后进行拾小木块等简易手功能检测和肌肉持续收缩时间的测量,结果治疗组的疗效优于对照组,研究表明ETMS可促进中风1年以上的患者恢复腕指伸展功能[14];此外,研究发现主动性肌电刺激结合重复性运动训练[15]、偏瘫侧上肢进行腕伸肌的EMG-stim同时结合健侧腕伸肌主动运动[16]均可更好地促进偏瘫患者上肢功能的恢复。Fritz[17]、Page[18]和Gabr[19]的研究认为,EMG-stim可诱发或促进脑卒中后偏瘫患者腕部的主动伸展,从而促使患者参与强制性运动训练(constraint-induced movement therapy)。

韩瑞等将79例脑卒中偏瘫患者随机分成治疗组(药物+运动疗法+EMG-stim)40例和对照组(药物+运动疗法)39例。入组时和病程3个月时分别测定腕背伸的主动关节活动范围(AROM)、腕背伸时肌肉最大收缩的肌电值。结果显示治疗前后组内及组间比较均有显著性差异(P＜0.05);病程3个月时治疗组AROM、EMG幅值积分的恢复明显优于对照组(P＜0.01)[20]。

Bolton等搜索PubMed和Cochrane上关于 EMG-stim对上肢、手的运动功能恢复的文章共7篇,选择避免倾向性、双盲及分析了遗漏患者的文章共5篇,共有86例患者参与,其中治疗组47例,对照组39例,经 Meta分析发现两组差别有显著性意义,表明EMG-stim疗法是促进脑卒中后患肢腕背伸功能恢复的有效手段[21]。

Shin等探讨EMG-stim对慢性期脑卒中后偏瘫患者患腕背伸功能恢复及相关皮层兴奋模式变化的影响。将14例偏瘫患者随机分为EMG-stim组和对照组,每组各7例,EMG-stim组进行每天2次、30 min/次、5次/周、共10周的 EMG-stim 治疗,治疗前后分别进行木块(box and block)测试、肌力测试、精准度(the accuracy index)测试、肌肉收缩的启动/停止时间(the on/offset time of muscle contraction)测试以及手指屈伸时的功能性核磁(functional MRI,fMRI)检查等。结果显示,EMG-stim组的各项测试评估结果均较对照组有显著性改善,主要皮层兴奋区域变化由同侧的感觉运动皮质区移行至对侧的感觉运动皮质区[22],表明为期10周的EMG-stim治疗可促进偏瘫上肢的功能恢复,并可诱发皮质兴奋模式变化。

2.5 促进分离运动 EMG-stim治疗不仅能降低肌张力和缓解痉挛,而且能减轻异常的协同运动模式,有助于增加分离运动的成分。李韶辉选择脑卒中偏瘫患者 56例,均为Brunnstrom分期Ⅰ～Ⅲ期的患者,随机分为治疗组和对照组,治疗组在常规康复治疗基础上进行 EMG-stim治疗,20～30 min/次,2次/d,4周后进行上田敏功能分级评定。结果治疗组的疗效明显优于对照组(P＜0.01)[23],提示在常规康复治疗的基础上运用EMG-stim治疗可诱发偏瘫患者瘫痪肢体的分离运动,进一步提高患者的运动功能。

2.6 改善整体功能 李志贤等将122例首次发病的急性期脑梗死患者分为治疗组(运动疗法+EMG-stim)和对照组(常规康复训练),每组各61例。治疗前、治疗后1周和治疗后2周时分别应用美国国立卫生研究院卒中量表(NIHSS)和Fugl-Meyer评定量表(FMA)评价神经残损程度和运动功能,应用Barthel指数(BI)评价日常生活能力(ADL)。结果显示,治疗组NIHSS评分、FMA评分和BI评分的改善明显好于对照组(P＜0.01)[24],说明EMG-stim能有效促进脑梗死偏瘫患者肢体运动功能的恢复及日常生活能力的提高。

张华等将139例发病2周内的脑梗死患者分为研究组(71例)和对照组(68例),研究组在常规药物及康复治疗基础上增加EMG-stim治疗。治疗前后采用改良的Rankin量表、中国脑卒中临床神经功能缺损程度评分量表(CSS)、ADL量表、老年认知筛查量表(ECAQ)、修订的长谷川简易智能量表(HDS-R)、简易精神状态检查法(MMSE)和临床记忆量表(MQ)检测。结果:经过平均1个月的治疗,与治疗前及对照组比较,研究组Rankin和CSS评分明显降低,ADL、ECAQ、HDS-R、MMSE和MQ评分均明显提高(P＜0.05)[25]。结论:EMG-stim疗法结合常规康复训练能明显改善脑梗死患者的神经功能缺损,提高认知功能。EMG-stim疗法对脑梗死患者认知功能障碍的有效性可能与仪器的反复机械刺激,促进脑内侧支循环建立和全身血液循环加快,调节脑缺血区神经递质水平,抑制其过量引起的神经毒性作用等有关[26]。在治疗中将康复训练和心理治疗融为一体,在临床医生言语强化、心理疏导及鼓励下,使患者的心理状态调整至最佳水平,并积极主动配合训练,从而对肢体的康复及认知障碍的恢复起到事半功倍的效果。EMG-stim治疗可使临床神经功能缺损程度明显减轻,与有关报道结论相一致[27]。

2.7 治疗继发性运动障碍 肩关节半脱位、肩痛、肩手综合征是偏瘫患者常见的并发症。在偏瘫的弛缓期由于上肢肌无力易导致肩关节半脱位的发生,Basmajian认为,EMG-stim治疗可使冈上肌和三角肌的协同作用加强,并可增加斜方肌和前后三角肌的肌力和控制力,不仅能减轻肩关节的半脱位,还能增加肩关节的活动范围,同时缩短肌力恢复所需的时间,从而对抗患者因卧床而产生的废用性肌萎缩;还可通过对痉挛肌和拮抗肌的控制训练,达到生物力学上的平衡[28-29]。

王桥根等选取急性期脑出血患者140例,分为治疗组和对照组,治疗组在采用常规药物治疗基础上外加肢体康复训练及EMG-stim治疗,电极置于上肢肩部的冈上肌、三角肌、前臂背侧肌群和上臂伸肌群。治疗后两组继发性运动障碍的发生率分别为:治疗组肩痛15%、肩关节半脱位12%、肩手综合征6%;对照组肩痛 34%、肩关节半脱位22%、肩手综合征 39%,两组间比较具有显著性差异[30]。

卫其华对32例脑卒中后肩手综合征患者采用手法、远红外线及 EMG-stim治疗(使腕关节作背伸活动,每次20 min,每日1次),结果9例肩手疼痛、水肿、皮温、皮肤颜色及关节活动度基本正常,14例明显改善,6例改善,3例无效,总有效率为91%[31],认为EMG-stim等有助于早期肩手综合征的恢复。

3 现存问题及研究方向

综上所述,EMG-stim治疗可应用于脑卒中后偏瘫上肢功能康复的各个阶段。但目前文献报道中有关此类技术的命名五花八门、尚未统一,如肌电触发电刺激[34]、肌电生物反馈[6-7,11,13,20,23-25]、肌电诱发的神经肌肉电刺激[10]、闭环肌电反馈电刺激[8]、操作性肌电生物反馈[14]、神经康复重建仪治疗[35]、神经功能重建康复仪治疗[36]、神经功能重建仪治疗[37]、神经网络重建仪治疗[38]等,不利于各项研究之间的比较及专业技术的发展。此外,针对脑卒中偏瘫上肢功能恢复方面,各文献中所用的方法及参数也不尽相同,EMG-stim治疗与单纯的肌电生物反馈治疗或与神经肌肉电刺激治疗的对比研究报道尚少,EMG-stim治疗与强制性运动训练和/或运动想象疗法等联合治疗[39]的疗效方面亦有待于进一步的研究和探讨。

[1]郑华,孙宝民,吕燕华,等.肌电生物反馈对急性偏瘫康复的临床疗效[J].中华物理医学与康复杂志,2006,28(9):620-621.

[2]Armagan O,Tascioglu F,Oner C.Electromyographic biofeedback in the treatment of the hemiplegic hand:a placebocontrolled study[J].Am J Phys Med Rehabil,2003,82(11):856-861.

[3]Brokes JG,Lankhorst JG,Rumping K,et al.The longterm outcome arm function after stroke:results of a followup study[J].Disabil Rehabil,1999,21(8):357-364.

[4]Kwakkel GW,Wagenaar RC,Twisk JW,et al.Intensity of legand arm trainingofprimary middle-cerebral-artery stroke:A randomized trial[J].Lancet,1999,354(9174):191-196.

[5]Fields RW.Electromyographically triggered electric muscle stimulation for chronic hemiplegia[J].Arch Phys Med Rehabil,1987,68(7):407-414.

[6]李雪芹,庞洪波.肌电生物反馈治疗脑卒中偏瘫患者上肢运动功能障碍的疗效观察[J].安徽医学,2008,29(4):446-447.

[7]谢光柏,董贺玲,姚文钧.肌电生物反馈对脑卒中康复的作用[J].第二军医大学学报,1996,17:598-600.

[8]郑萍,张健,段立彦,等.闭环肌电反馈电刺激在偏瘫早期康复训练中的应用[J].中国康复理论与实践,2002,8(3):160-161.

[9]Francisco G,Chae J,Chawla H,et al.Electromyogramtriggered neuromuscular stimulation for improving the arm function of acute stroke survivors:a randomized pilot study[J].Arch Phys Med Rehabil,1998,79(5):570-575.

[10]郑萍,纪树荣,张勃,等.肌电诱发神经肌肉电刺激在偏瘫康复中应用的研究[J].中国康复医学杂志,2006,2l(8):710-711.

[11]姜稳妮,李春梅,董海燕.肌电生物反馈与康复训练对脑卒中上肢肌力恢复的对比分析[J].中国误诊学杂志,2008,8(21):5088-5089.

[12]Wolf SL,Binder-MacLeod SA.Electromyographic biofeedback applications to the hemipligic patients:changes in upper extremity neuromuscular and functional status[J].Phys Ther,1983,63(9):1393-1403.

[13]朱琳.肌电生物反馈在卒中患者中的应用[J].中国康复理论与实践,2006,12(2):177.

[14]Cauraugh J,Light K,Kim S,et al.Chronic motor dysfunction after stroke:recovering wrist and finger extension byelectromyography-triggered neuromuscularstimulation[J].Stroke,2000,31(6):1360-1364.

[15]Cauraugh JH,Kim SB.Stroke motor recovery:active neuromuscular stimulation and repetitive practice schedules[J].J Neurol Neurosurg Psychiatr,2003,74(11):1562-1566.

[16]Cauraugh JH,Kim SB,Duley A.Coupled bilateral movementsand active neuromuscularstimulation:intralimb transfer evidence during bimanual aiming[J].Neurosci Lett,2005,382(1-2):39-44.Epub 2005-03-17.

[17]Fritz SL,Chiu YP,Malcolm MP,et al.Feasibility of electromyography-triggered neuromuscular stimulation as an adjunct to constraint-induced movement therapy[J].Phys T-her,2005,85(5):428-442.

[18]Page SJ,Levine P.Back from the brink:electromyography-triggered stimulation combined with modified constraintinduced movement therapy in chronic stroke[J].Arch Phys Med Rehabil,2006,87(1):27-31.

[19]Gabr U,Levine P,Page SJ.Home-based electromyography-triggered stimulation in chronic stroke[J].Clin Rehabil,2005,19(7):737-745.

[20]韩瑞,倪朝民.肌电生物反馈治疗对脑卒中偏瘫患者上肢功能的影响[J].中国康复理论与实践,2005,11(3):209-210.

[21]Bolton DA,Cauraugh JH,Hausenblas.Electromyogramtriggered neuromuscular stimulation and stroke motor recovery of arm/hand functions:a meta-analysis[J].J Neurol Sci,2004,223(2):121-127.

[22]Shin HK,Cho SH,Jeon HS,et al.Cortical effect and functional recovery by the electromyography-triggered neuromuscular stimulation in chronic stroke patients[J].Neurosci Lett,2008,442(3):174-179.Epub 2008-07-15.

[23]李韶辉.肌电生物反馈疗法在诱发偏瘫患者分离运动中的作用[C].中国康复医学会运动疗法专业委员会第九届全国学术会议论文选编,2007.

[24]李志贤,白江来,平会坤.肌电生物反馈对偏瘫肢体功能的影响[J].中国康复理论与实践,2009,15(8):765-766.

[25]张华,王宏娟,罗英姿,等.肌电生物反馈疗法对急性脑梗死患者神经功能及认知障碍的影响[J].中国康复,2007,22(4).232-234.

[26]Pang J,Itano T,Sumitani K,et a1.Electroacupuncture attenuates both glutamate release and hyperemia after transient ischemia in gerbils[J].Am J Chin Med,2003,31(2):295-303.

[27]吴毅,安华,施桂珍,等.常规康复治疗结合神经肌肉电刺激对脑卒中患者的疗效观察[J].中国康复医学杂志,2004,19:25-27.

[28]Basmajian JV.Biofeedback in rehabilitation:a review of principles and practices[J].Arch Phys Med Rehabil,1981,62(10):469-475.

[29]Basmajian JV,Gowland C,Brandstater ME,et al.EMG feedback treatment of upper limb in hemiplegic stroke patients:a pilot study[J].Arch Phys Med Rehabil.1982,63(12):613-616.

[30]王桥根,程赣萍,邵锦根,等.脑出血患者急性期的康复训练及肌电生物反馈治疗[J].现代康复,2007,4(9):1373-1374.

[31]卫其华.手法结合理疗治疗脑卒中后肩-手综合征32例疗效观察[J].按摩与导引,2008,24(3):29-30.

[32]霍速,赵文汝,孙丽,等.操作性肌电生物反馈治疗偏瘫患者伸腕功能障碍的疗效分析[J].中国康复医学杂志,2004,l9(7):494-495.

[33]赵文汝.操作性肌电生物反馈疗法在康复医学中的应用[J].中国康复医学杂志,2004,l9(7):484-485.

[34]章国伟,史立新,吴红专,等.肌电触发电刺激对偏瘫上肢功能的影响[J].中国康复理论与实践,2007,13(6):544-545.

[35]王宏娟,张华.神经康复重建仪对急性脑梗死偏瘫患者肢体功能恢复的影响[J].中国康复医学杂志,2007(5):465-466.

[36]叶燕萍,俞海燕,陈庆瑶,等.神经功能重建康复仪治疗对脑卒中后偏瘫肢体运动功能的影响[J].华北煤炭医学院学报,2009,11(2):154-156.

[37]姜秀芹,潘海燕,杨军东,等.神经功能重建仪治疗脑卒中偏瘫疗效观察[J].实用心脑肺血管病杂志,2009,17(11):980-981.

[38]牛陵川,阎平建,雷靖安.神经网络重建仪治疗改善脑卒中偏瘫患者肢体运动功能和日常生活活动能力[J].中国临床康复,2005,9(9):8-9.

[39]Hemmen B,Seelen HA.Effects of movement imagery and electromyography-triggered feedback on arm hand function in stroke patients in the subacute phase[J].Clin Rehabil,2007,21(7):587-594.