正常人群咀嚼肌表面肌电图及下颌运动轨迹的联合分析

吴亚男1,2,3，方梦如1,2,3，王云2，汪萌芽1

(皖南医学院1.细胞电生理研究室;2.口腔正畸学教研室;3.启明星小组,安徽芜湖241002)

【摘要】目的：建立咀嚼肌表面肌电图(sEMG)与下颌运动轨迹描记仪(MKG)同步记录技术，联合分析正常牙合

下颌运动的特性。

方法：应用sEMG和MKG同步记录20例正常牙合

青年志愿者在牙尖交错位(ICP)、下颌姿势位(MPP)、咀嚼等7种下颌运动状态下咬肌、二腹肌前腹的肌电活动和下颌运动轨迹，并进行时域和相关性分析。

结果：sEMG时域分析显示，不仅各咀嚼肌肌电的幅值、平均肌电值(AEMG)和峰值在不同下颌运动中有不同程度的差异，而且在同一种下颌运动中各咀嚼肌肌电的幅值、平均肌电值AEMG和峰值均有显著性差异(除在ICP和MPP的幅值、峰值，在ICP和最大开闭口的AEMG外)。MKG的同步检测和分析表明各参数中倾斜度(Slant)、垂直位移(Vertical)、前后位移(A./P.)在不同下颌运动中也具有显著性差异，并与sEMG参数有一定的相关性。结论：通过sEMG与MKG同步记录和联合分析下颌运动的方法，可以分析下颌运动的特征性参数。

【关键词】咀嚼肌；肌电图(EMG);下颌运动轨迹描记仪(MKG);下颌运动；运动控制

【文献标识码】【中图号】R 782A

DOI【】10.3969/j.issn.1002-0217.2015.01.026

文章编号：1002-0217(2015)01-0090-04

基金项目：安徽省全球基金艾滋病社会动员项目(2013-C8)

收稿日期：2014-05-08

作者简介：张晓龙(1989-)，男，2009级本科生，(电话)15626453966，(电子信箱)1245741151@qq.com；

通讯作者文育锋，男，教授，硕士生导师，(电子信箱)wyf@wnmc.edu.cn，.

Correlative analyses of surface electromyogram and mandibular kinesiogram on jaw movement properties in subjects with normal occlusionWUYa′nan,FANGMengru,WANGYun,WANGMengya

Cell Electrophysiology Laboratory，Wannan Medical College,Wuhu 241002,China

Abstract【】Objective：To establish simultaneous recording technology for correlative analysis of surface electromyogram(sEMG) for masticatory muscles and mandibular kinesiograph (MKG) in order to characterize jaw movement properties.Methods:By using an 8-channel polygraph and an MKG set,sEMG in masseter and anterior digastric muscles as well as MKG were simultaneously recorded in 20 young volunteers with normal occlusion in 7 diverse mandibular position,including intercuspal cusp position (ICP),the mandibular postural position (MPP) and mastication,etc,and correlative and time-domain analyses were performed in different jaw movement modality.Results:Time-domain analysis showed some differences in sEMG amplitude,average sEMG values and peak of the masticatory muscles in different jaw movements,and presented with significant differences of sEMG amplitude,average sEMG values and peak in individual masticatory muscle in the same jaw movement and mandibular postural position(excluding amplitude and peak in ICP and MPP,average sEMG value in ICP at maximum opening and close movement).Still,MKG parameters indicated significant differences in diverse mandibular movements and correlation with sEMG parameters (P<0.01 or P<0.05).Conclusion:Simultaneous sEMG and MKG recording technology may be used to correlatively characterize masticatory muscle during mandibular movement.

【Key words】 masticatory muscles;electromyography;mandibular movement kinesiograph;mandibular movements;motor control

口腔功能的实现有赖于下颌运动，临床上常利用下颌运动轨迹的特征来判断口颌系统的健康与否[1]。目前常运用下颌运动轨迹描记仪(mandibular kinesiograph，MKG),精确地观察下颌中切牙切点的运动轨迹[2]。另外，表面肌电图(surface electromyography，sEMG)也常用于口颌系统肌功能的检测[3]。要进行咀嚼运动控制机制的研究，首先要分析下颌运动的特性，这就需要进行sEMG和MKG的同步记录和联合分析。为此，本研究在已建立正常牙合成人咀嚼肌表面肌电图的参数分析[4-9]基础上，将sEMG与MKG联合同步记录正常牙合青年下颌在不同运动时的轨迹及sEMG原始信号的分析，对相关参数进行联合时域分析，以获得正常牙合人群下颌运动的代表性参数，为进一步开展下颌运动控制机制研究，以及口颌系统疾病的早期诊断和疗效评估提供实验基础。

1对象和方法

1.1研究对象普查某医学院口腔医学专业2011、2012级学生280名，随机选取20例正常牙合样本(男8例、女12例)，平均年龄(19.2±1.3)岁。样本纳入标准：牙齿排列整齐无间隙，磨牙关系中性，前牙覆牙合覆盖正常，中线一致，牙周健康,面部左右对称，无不良口腔习惯、正畸治疗史，咀嚼肌无压痛，双侧髁突运动基本对称，无弹响，开口度37～45 mm。

1.2实验仪器澳大利亚AD公司生产的PowerLab 8通道多用途生理记录仪，配置成4通道的咀嚼肌肌电图记录和分析系统；美国BioRESEARCH公司生产的下颌运动轨迹描记仪(JT-3D)及其分析软件；丹麦Ambu公司产蓝点电极片(型号:N-00-S);粘蜡；绿箭口香糖等。

1.3实验方法本实验方法经过皖南医学院医学伦理委员会审查批准，实验前所有志愿者均签署知情同意书。

1.3.1实验条件室内安静，电屏蔽，室温(20±1) ℃。受试者面部清洁，放松，端坐位，两眼平视前方。

1.3.2记录部位咀嚼肌sEMG记录位点：左侧咬肌(left masseter,LMM)、右侧咬肌(right masseter，RMM)、左侧二腹肌前腹(left anterior digastric,LDA)和右侧二腹肌前腹(right anterior digastric，RDA)。MKG记录位点：下颌中切牙唇侧颈部贴附磁钢。

1.3.3实验操作①受试者左侧手臂贴地极，表面肌电图记录时所设参数:采样速率2 k/s，采样量程1 mV，缩放比例100∶1。②佩戴下颌运动轨迹描记仪面架并固定，在受试者的下颌中切牙位置贴上磁钢，插入磁棒。

1.3.4实验过程①测试前准备：告知受试者测试过程的运动。②记录受试者双侧MM和DA在ICP、MPP、最大开闭口、最大前伸、后退接触位(RCP)、咀嚼、侧方运动(左右方向)等7种功能状态下的肌电活动和下颌运动轨迹。

2结果

2.1sEMG与MKG的同步记录最大开闭口运动时sEMG与MKG同步记录的典型记录结果例示于图1。

上图：MKG，由上往下分别是开闭口、前后、左右方向的位移；

下图：sEMG,由上往下分别是LMM、LDA、RMM、RDA的肌电图

图1最大开闭口运动的sEMG与MKG同步记录

2.2sEMG的时域分析

2.2.1咀嚼肌的肌电幅值比较在时限范围内，最大负峰与最大正峰的幅度差，反映了肌肉电信号的强度及参与的运动单位数目。除ICP和MPP外,其他各下颌运动状态时咀嚼肌间肌电幅值差异均具有显著性意义。同样，每一咀嚼肌在不同下颌运动状态间肌电幅值差异亦具有显著性意义(表1)。

2.2.2咀嚼肌的平均肌电值比较是一段时间内瞬间肌电图振幅的平均，是反映sEMG信号振幅变化的特征性指标，其变化主要反映肌肉活动时运动单位激活的数量、参与活动的运动单位类型以及其同步化程度，与不同肌肉负荷强度条件下的中枢控制功能有关。除ICP、最大开闭口和最大前伸外,其他各下颌运动状态时咀嚼肌间AEMG差异均具有显著性意义。但只有LMM在不同下颌运动状态间AEMG差异亦具有显著性意义(表2)。

2.2.3咀嚼肌的肌电峰值比较反映肌肉收缩的强度，是肌肉做功的表现。除ICP和MPP外,其他各下颌运动状态时咀嚼肌间肌电峰值差异均具有显著性意义。同样，每一咀嚼肌在不同下颌运动状态间肌电峰值差异亦具有显著性意义(表3)。

2.3下颌运动轨迹的时域分析不同下颌运动状态的MKG各参数中除了Lateral之外，其他参数都具有显著性差异(表4)。

±s，n=20)

LMMRMMLDARDAF值ICP66.90±25.5483.00±61.4086.96±39.3787.65±65.240.74MPP61.93±25.8063.71±34.2679.83±44.1781.30±52.321.30最大开闭口163.73±78.93198.93±84.47558.30±171.72623.11±246.7348.21**最大前伸53.46±17.5377.34±40.2896.68±47.95105.54±73.004.47**RCP27.45±5.6731.87±10.58128.97±80.86102.42±39.7025.07**咀嚼74.51±26.1070.12±21.46170.53±38.44159.28±54.6441.13**侧方运动47.87±14.1163.28±27.1390.63±33.8888.86±21.5113.49**F值30.47**26.44**94.01**70.7**

单因素方差分析：**P<0.01

±s，n=20)

LMMRMMLDARDAF值ICP19.92±4.4653.28±11.9128.60±6.4022.85±5.112.72MPP11.76±2.6323.34±5.2221.66±4.8430.59±6.8412.25**最大开闭口47.10±10.5354.91±12.2874.06±16.56210.08±46.970.32最大前伸12.52±2.8029.75±6.6528.19±6.3061.54±13,762.50RCP7.43±1.667.55±1.6923.66±5.2918.68±4.183.63*咀嚼10.80±2.4110.81±2.4223.02±5.1532.84±7.345.39**侧方运动12.08±2.7013.19±2.9516.44±3.6817.17±3.844.18**F值2.55*0.720.750.19

单因素方差分析：*P<0.05,**P<0.01

±s，n=20)

LMMRMMLDARDAF值ICP0.09±10.285.92±21.249.08±33.101.43±11.380.21MPP1.35±8.454.12±15.6612.55±35.131.05±5.662.69最大开闭口2.43±19.511.85±25.855.13±38.282.65±53.0024.41**最大前伸5.66±8.565.07±30.947.56±40.163.99±20.352.86*RCP1.15±7.012.55±9.637.11±50.550.49±19.6814.59**咀嚼1.72±4.741.15±8.006.39±21.522.44±11.1519.16**侧方运动4.79±15.163.81±13.8610.65±34.670.41±10.887.50**F值10.89**14.76**114.83**24.15**

单因素方差分析：*P<0.05,**P<0.01

±s，n=20)

SlantVerticalA./P.LateralICP0.18±0.190.11±0.100.08±0.180.05±0.09MPP0.48±0.420.35±0.370.22±0.27-0.10±0.37最大开闭口30.93±3.9923.66±2.3119.93±3.881.54±2.57最大前伸4.48±1.513.32±1.07-2.82±1.540.83±0.67RCP0.70±0.410.32±0.230.58±0.43-0.09±0.23咀嚼8.21±3.227.29±2.683.67±2.020.06±2.13侧方运动2.03±0.701.25±0.71-1.18±1.12-0.19±5.06F值579.98**712.16**364.93**1.53

单因素方差分析：*P<0.05,**P<0.01,A./P.负值默认方向向前，Lateral负值默认方向向右

2.4sEMG与MKG的相关性分析根据各参数间相关性即直线相关系数r值的分析，参数相关关系具有显著意义(P<0.05或P<0.01)，初步筛选为相应下颌运动的sEMG和MKG特征性参数(表5)。

表5不同下颌运动的sEMG和MKG参数相关性(r值)
Tab 5The correlation of sEMG and MKG parameters in diverse jaw movements(r)

μVmmsEMG幅值MKG峰值LMMRMMLDARDALMMRMMLDARDAICPMax.Slant0.1860.0520.450*0.472*0.3480.0850.4180.251Slant0.539*0.3610.3220.652**0.3940.1500.1290.456*OPENVertical0.477*0.2570.1770.601**0.510*0.2250.2530.509*A./P.0.580**0.459*0.3900.661**0.3370.1220.0490.367Slant0.1480.2000.3280.4030.3560.591**0.497*0.357最大前伸Vertical0.0210.0250.2240.618**0.2610.4210.521*0.431A./P.0.2120.4000.3550.0870.3820.614**0.3400.146Slant0.2880.3540.574**0.616**0.2450.0810.2930.378RCPVertical0.3980.533*0.3140.4030.1580.0910.3640.315A./P.0.2470.2970.617**0.630**0.2130.1050.2630.356MaxA./P.0.1660.518*0.2060.1990.1480.3970.2770.198Max.lateral0.3710.511*0.3020.1600.487*0.0690.0120.184咀嚼运动Slant0.3920.500*0.492*0.2220.3680.783*0.1500.229Vertical0.3120.452*0.4270.1870.3120.786**0.1470.218A./P.0.494*0.586**0.604**0.2940.3720.702**0.1200.246侧方运动Max.Vertical0.1370.716**0.0760.0410.1650.643**0.1870.109

*P<0.05，**P<0.01

3讨论

实验中下颌处于ICP时，咀嚼肌表面肌电图幅值、峰值均无显著差异正是下颌处于稳定状态的体现；而处于MPP时，咀嚼肌表面肌电图幅值、峰值均无显著差异是咬肌与二腹肌前腹参与收缩的肌束较少，肌电信号不活跃的表现，受神经调控肌肉处于放松的状态。

咀嚼肌的平均肌电值在正常牙合人群的下颌正中方向(即仅在矢状面、垂直面的运动，下颌无偏斜)运动时，包括最大开闭口、最大前伸及后退三种边缘运动下均无显著差异性说明咀嚼肌在神经中枢的调控下不同肌肉已达到稳定的负荷强度，且不存在左右侧肌肉电活动的显著差异，亦反证正常牙合人群的筛选标准。

下颌运动ICP的特征性参数是双侧DA的幅值和Max.Slant；最大开闭口运动时的特征性参数是双侧MM、DA的幅值、峰值和Slant、A./P.、Vertical；最大前伸运动时的特征性参数是双侧MM的峰值和Slant；RCP时的特征性参数是双侧DA的幅值和A./P.；咀嚼运动时的特征性参数是双侧MM、DA的幅值和Max.Lateral、Max.Slant；侧方运动时的特征性参数是双侧MM的幅值和Max Slant。

由于实验采集样本容量的限制，相关参数的采集具有一定的局限性，如在MKG的各指标中,Lateral在MPP、RCP与侧方运动时均表示偏向右侧，这可能与受试者的习惯性动作有关[10]，其原因还有待于进一步研究。

下颌运动有赖于神经系统的调控，通过运动下颌的肌肉、颞下颌关节及牙合的协同作用而完成。受试者在完成实验所设计的下颌运动是受中枢神经系统来调控相关咀嚼肌的收缩，在肌肉收缩期间，其收缩力量取决于支配肌细胞的α神经运动神经元激活的下行运动控制通路的数目。换言之，募集的运动神经元愈多，激活的运动单位就愈多，其探测的是肌肉收缩力量也愈大，sEMG记录的肌纤维电活动就愈强。下颌运动轨迹以下颌中切牙为记录参照点描述下颌运动，记录的位移实时反映下颌运动的轨迹。

咀嚼肌肌电图是记录肌肉放电活动的有效手段，但缺乏对于动作完成的实质性记录，在判断受试者完成受试动作的方向性、流程性以及是否到位具有一定的局限性[11]，且个体差异的皮肤、皮下脂肪和筋膜均可削弱肌电的记录。反之，下颌运动轨迹描记仪单独记录动作，忽视了咀嚼肌功能在下颌运动中发挥的作用[12]。通过sEMG与MKG同步记录技术，既可在动作实施的过程中观察肌肉的放电活动，亦可精确判断受试动作的完成情况。运用sEMG和MKG的瞬时生物反馈在干预治疗中发挥效果，同时结合二者在各种下颌运动的特征性参数，使得口颌系统疾病的诊断与疗效评估具有重要指数可循。

致谢：皖南医学院细胞电生理研究室王邦安高级实验师提供技术协助。

【参考文献】

[1] Faulkner KD,Atkinson HF.Mandibular movement in lateral excursions[J] .J Oral Rehabil,1984,11(2):103-109.

[2] 李国珍,韩科.下颌运动轨迹描记仪对健康人各类下颌运动范围的定量研究[J] .中华口腔医学杂志,1993,28(3):140-142.

[3] 马庆春,李林.表面肌电图在儿童神经康复医学中的应用现状[J] .中国康复理论与实践,2010,16(12):1144-1146.

[4] 杨超,王云,王邦安,等.正常牙合成人咀嚼肌表面肌电图的参数分析[J] .皖南医学院学报，2011,30(5):345-350.

[5] 潘文平,范建中.表面肌电图在康复医学中的一些应用[J] .中国康复，2011，2(1):59-60.

[6] Al-Saleh MA,Armijo-Olivo S,Flores-Mir C.Electromyography in diagnosing temporomandibular disorders[J] .J Am Dent Assoc，2012,143(4):351-362.

[7] Castroflorio T,Falla D,Tartaglia GM.Myoelectric manifestations of jaw elevator muscle fatigue and recovery in healthy and TMD subjects[J] .J Oral Rehabil,2012,39(9):648-658.

[8] 王建超,梁锐英,吴文慧.咀嚼肌肌电图在口腔研究领域的应用[J] .当代医学,2010，16(3):21-22.

[9] Armijo-Olivo S,Silvestre R,Fuentes J.Electromyographic activity of the cervical flexor muscles in patients with temporomandibular disorders while performing the craniocervical flexion test:a cross-sectional study[J] .Phys Ther,2011,91(8):1184-1197.

[10]邓末宏,龙星,李小丹,等.正常人群下颌运动轨迹的研究[J] .口腔医学研究,2005,21(5)：552-554.

[11]陈玉琴,钱海馨,耿屹,等.牙列重度磨耗和磨牙症患者咀嚼肌肌电信号分析[J] .上海交通大学学报,2008,28(2):200-202.

[12]颜朝云,王美青,陈金武,等.单侧部分后牙锁牙合者的咀嚼运动轨迹研究[J] .实用口腔医学杂志,2004,20(5):558-562.

·大学生科技园地·