两种主动直腿抬高动作相关肌群募集模式的分析

卞荣，陆晓，熊浩，曹文月，朱海燕，蔡雨生

1.南京医科大学第一附属医院康复医学中心，江苏南京市210029；2.南京医科大学康复医学院，江苏南京市210000

主动直腿抬高(active straight leg raise,ASLR)可用于腰椎和骨盆疼痛患者的康复治疗，以及其他人群的核心控制训练[1]，也是早期脑卒中偏瘫患者为达到步行能力在床上完成的常规基础治疗方法。

ASLR试验是骶髂关节或者腹股沟疼痛的重要评估和诊断工具。许多研究认为ASLR评估骨盆负荷转移具有良好的信度和效度[2-3]。既往研究ASLR动作没有统一的标准，有的研究采用抬起放下的连贯动作，要求平稳流畅，没有停顿[4-5]；有的则要求抬到固定的高度并滞空保持等长收缩，然后再放下，滞空的时间5～45 s不等[6-8]。这两种动作的差别对ASLR动作的精准评估和治疗均造成一定的困扰，不利于该动作模型进一步的研究和推广。

很多学者提出不同人群的ASLR动作中腹部肌群存在不同的运动控制策略。如de Groot等[5]发现双侧腹外斜肌激活增加；Beales等[9]发现同侧的腹内斜肌和腹外斜肌激活增加，表现为同侧优势模式、对侧优势模式或者对角优势模式。那么正常人两种方式的ASLR动作会采取哪种优势模式？等长、等张的两种ASLR动作中哪种更省力、效率更高？

针对以上问题，本研究拟使用表面肌电图(surface electromyography,sEMG)记录双侧腹内斜肌、腹外斜肌、腹直肌以及同侧股直肌的肌电募集率，研究分析正常人两种ASLR动作的运动控制模式，为该动作更好地作为评估和治疗方法提供理论依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料

招募2018年6月至10月在南京医科大学第一附属医院实习的11例健康青年受试者，其中男性7例，女性4例，平均年龄(22.8±3.1)岁，身高(169.3±3.9)cm，体质量(60.9±10.8)kg，体质量指数(21.6±2.4)kg/m2。

纳入标准：①青年在校大学生；②无腰背伤史；③近半年无特异性腰痛或腰骶损伤。

排除标准：①1年内手术病史；②神经系统疾病；③心肺相关疾病；④关节不稳；⑤步行障碍；⑥低血压史。

所有受试者均自愿参加本测试，测试前均向每位受试者解释存在的风险并签署知情同意书。本研究经本院伦理委员会审核通过。

1.2 方法

采用MyoMuscle DTS无线表面肌电分析系统(美国Noraxon公司)，16通道，采样频率l500 Hz，采集率为1秒平均模式，操作软件MyoResearch 3.10。用2223CN一次性自粘心电电极(美国3M公司)，成分为Ag/AgCl，直径大小、电极材料、粘性强度均符合测试要求。测试电极间距2 cm，平行于肌肉纤维方向，参考电极贴于另一块肌肉上[10]。

采集双侧腹内斜肌、双侧腹外斜肌、双侧腹直肌以及同侧股直肌等共7块肌肉的sEMG信号。轻轻剃除测试部位皮肤表面的毛发，用75%乙醇清洁皮肤以降低电阻。各肌肉表面电极放置方法：腹直肌电极定位于脐部水平线以上1 cm，旁开脐2 cm；腹内斜肌电极定位于髂前上棘内侧1 cm，且在双侧髂前上棘连线下方0.5 cm处，测试电极与身体中线成45°；腹外斜肌电极定位于脐部水平线以上1 cm，旁开腹直肌外侧缘1 cm，测试电极与身体中线成45°；股直肌电极定位于髂前上棘与髌骨上缘的正中位置[11]。

ASLR动作测试分为两种动作。

动作A：嘱受试者仰卧位，双腿伸展并保持中立位，两脚分开20 cm，腰部放平，紧贴床面；在“抬腿”口令下，受试者优势侧腿完成直腿抬高动作，每次抬到固定高度(离床面60 cm)，再将腿放回到起始位置，要求整个抬腿动作平稳流畅，没有停顿；每组5次，每次间隔5 s[12]，共3组。

动作B：基本类似动作A，但在最高点维持滞空动作10 s，用视觉调节足跟与固定标识物的位置关系，要求动作尽量平稳不晃动。每组5次，每次间隔10 s，共3组。

本文使用“同侧”指ASLR时的抬腿侧，“对侧”指另一侧。

肌电数据采集分析分为三个部分。

采集7块肌肉的标准化参考值。让受试者的7块肌肉分别做最大自主等长收缩(maximal voluntary isometric contraction,MVⅠC)，持续5 s，每块肌肉重复3次，每次之间休息2 min[13]。设置肌电信号处理区间，通过去心电干扰、滤波、平滑处理等操作步骤，用Make MVⅠC选项运算处理，得到每块肌肉MVⅠC的均方根肌电(root mean square,RMS)。该RMS值即为参考值。各肌肉测量体位及方法参考肌肉测试手册[14]。

分别采集ASLR动作A和B中的sEMG信号。用标记定位程序选取一串肌电波作为目标处理区间，经过相应预处理得到各块肌肉RMS值。

sEMG信号标准化。将3组测定的ASLR平均值与MVⅠC参考值的百分比(%MVⅠC)作为肌肉募集率，如图1。募集率反映每块肌肉在ASLR动作中的募集程度，参照下列公式。

1.3 统计学分析

图1 两种ASLR动作的相关肌群募集率肌电图图示

2 结果

所有受试者均完成测试。

在动作B中，同侧的腹直肌、腹外斜肌和腹内斜肌募集率均大于对侧(P＜0.05)。见表1～表3。

表1 两种动作的腹直肌募集率比较(%MVⅠC)

表2 两种动作的腹外斜肌募集率比较(%MVⅠC)

表3 两种动作的腹内斜肌募集率比较(%MVⅠC)

在动作A中，同侧腹外斜肌和腹内斜肌募集率均大于对侧(P＜0.05)。见表2、表3。

动作A的同侧腹内斜肌、对侧腹内斜肌和同侧股直肌均高于动作B的同名肌募集率(P＜0.05)。见表3、表4。

表4 两种动作的股直肌募集率比较(%MVⅠC)

3 讨论

本研究观察无痛正常青年人在低水平负荷下两种ASLR动作的sEMG募集率指标，发现作为主动肌的股直肌的募集率不到20%MVⅠC，其他腹部肌群也都处于较小的激活状态，募集率均小于5%MVⅠC。

3.1 肌群运动控制模式

正常年青人ASLR动作A的同侧腹内斜肌和腹外斜肌表现为同侧优势模式；动作B中，同侧的腹内斜肌、腹外斜肌和腹直肌均也表现为同侧优势模式。即两种动作中都表现为同侧优势模式，等长收缩为主的动作B中，腹直肌也参与同侧优势模式中。

从生物力学角度来分析，ASLR其实是一系列复杂的运动控制过程。在直腿抬高的过程中，屈髋肌对同侧髂骨施加前倾的拉力。Mens等[15]从影像学上证实髂骨确实会存在前倾动作。这时对侧的股二头肌激活阻止了该侧髂骨跟随出现的前倾趋势[7]，在同侧屈髋肌和对侧伸髋肌的作用下，两侧髂骨在冠状面上会出现分离。两侧腹内斜肌和腹外斜肌形成两条相互交叉过中线的“前斜拉索”[16]，交叉的前斜拉索收缩发力可以将两侧髂骨压在骶骨上，这样骨盆在冠状面上就会成为一个整体活动。这与Snijders等[17]提出的骨盆上“力锁合”(force closure)机制是一致的。同时腹壁相关肌群激活可以协助稳定骨盆，为屈髋肌提供一个稳定起点的基面。

然而，两种ASLR动作均表现为同侧腹肌优势激活模式。与“前斜拉索”上腹内斜肌和腹外斜肌对称性收缩的传统观念并不一致。从运动机能学角度看，腹内斜肌起于髂嵴，止于胸廓下3对肋和腹白线；腹外斜肌起自下位8个肋骨，后部肌束向下止于髂嵴前部。这两块腹部肌肉连接着同侧的髂嵴和胸廓，如果同侧腹内斜肌和腹外斜肌协同收缩，会产生更大的同侧纵向力。而同侧髂骨在ASLR动作中被屈髋肌牵拉，有向前倾的趋势[8]，恰好需要更多的同侧纵向拉力平衡。因此，动作A和动作B的同侧腹内斜肌和腹外斜肌募集率较对侧多一点，表现为同侧优势模式。这样可以有效地对抗同侧髂骨的纵向力分量，以更好地稳定骨盆[18]。

在Hu等[7]的研究中，当增加负重或者难度时，双侧腹肌激活的不对称更大。动作B与动作A相比，10 s的等长收缩滞空动作会产生同侧髂骨更多的不稳定。因此，同侧腹直肌较对侧更多地收缩以参与稳定同侧髂骨，表现为股直肌的同侧优势模式。这与de Groot等[5]和 Beales等[8]报道的一致。

3.2 相关肌群募集率

动作A是等张向心和等张离心收缩组合；动作B除了等张收缩组合以外，还需要持续10 s等长收缩完成滞空动作，按常理应该会调动更多的运动单元参与。但研究结果恰恰相反，动作B中腹内斜肌和股直肌的募集率相对动作A较低，表现为动作B的滞空动作效率更高。

持续的、低负荷的肌肉收缩(如维持身体姿势的任务)需要遵循Henneman的经典“大小原则(Size Principle)”的募集顺序[19]。动作A中从零开始逐步加力至下肢自重，完成等张向心，然后是等张离心，整个动作过程用时很短，遵循的“大小原则”是一种自发模式。等张向心动作时，小而低阈值的运动单位较大而高阈值的运动单位先被募集，肌电图的波幅随募集运动单位的数目增加而增大。向心收缩的运动单位募集方式主要是数目的增加，不伴有发放频率的调节[20]。在接下来的等张离心动作中，运动单位募集的顺序从大到小。如图1所示动作A的肌电图呈单峰型。

动作B相关肌肉的募集率较动作A小，其中腹内斜肌和股直肌有显著性差异。动作B与动作A所不同的是中间有一段10 s的等长收缩过程。在此阶段，为了能够保持稳定的滞空状态，需要视觉和本体感觉进行感觉-运动整合[21]，这些感觉反馈会影响神经肌肉调控系统。动态平稳地募集小运动单位，尽量不产生大小运动单位的频繁快速变化，这个策略很有意思。募集慢的不易疲劳的小运动单位，简化了中枢神经系统的控制[22]，并可以较长时间使用这些不易疲劳的肌肉纤维产生稳定动作，可确保平顺的肌力变化和耐力。此外，在Leitch等[23]的研究中发现，等长和等张收缩运动中，等长收缩频率比等张收缩低，而力和频率在一定条件下呈正相关[24]。因此，在做同样负荷的动作时等长收缩的募集率相对于等张收缩较低，这与我们得到的结果一致。

本文是针对ASLR模型的系列前驱研究之一，后续会在此基础上研究ASLR动作中每块肌群的激活时间顺序，分析其神经控制机制。本研究发现，两种ASLR动作中都呈现出腹肌同侧优势模式，体现了正常人腹肌的非对称性运动控制策略。动作B中腹内斜肌和股直肌的募集率相对动作A较小，提示由于感觉反馈产生的“滞空动作”运动效率更高。在今后的ASLR评估和训练中，治疗师可以根据需要选择不同的ASLR动作。