肌电生物反馈疗法对膝骨性关节炎股四头肌力量和功能的影响

刘丽金，梁 杰，苏婵娟，卢惠苹，陈 昕

(福州市第二医院康复医学科，福建 福州 350007)

膝骨性关节炎(knee osteoarthritis，KOA)是一种多见于中老年人的慢性退行性骨关节病变，发病率呈逐年上升趋势。KOA患者常出现膝关节疼痛肿胀，活动受限，甚至出现关节畸形，这些症状严重影响患者生活质量，也给个人与社会带来了经济负担。临床上常采取不同的治疗方法来减轻疼痛和改善患者膝关节功能，包括药物(镇痛药和关节内药物)[1]、物理疗法(运动、生活方式)[2]和外科手术(灌洗、关节置换术)[3]，但疗效欠佳。股四头肌无力与KOA膝关节疼痛和功能丧失有关，并加剧疾病的进展。近年来肌电生物反馈疗法在肌肉骨骼疾病中应用越来越广泛，通过创建新的反馈系统并增强患者主动积极康复意识，提高治疗依从性，并有效减轻疼痛，增强肌力，当靶向特定肌肉时生物反馈设备通过表面应用电极来记录肌肉活动。将肌肉活动转变为视觉、听觉或其他提示，随肌肉张力的增加或减少而变化，患者获得反馈，并根据反馈信息能够改变肌肉力量[4]。本研究将探讨肌电生物反馈疗法对KOA患者股四头肌力量和功能的影响，为临床上进一步推广提供一定的理论基础。

1 资料与方法

1.1一般资料：选取2019年1月～2019年12月福州市第二医院康复医学科门诊及住院收治的确诊单侧KOA患者52例，根据就诊顺序将患者的信息输入电脑，电脑随机分为治疗组和对照组各26例。比较两组患者的年龄、体重指数(BMI)、病程、性别等差异均无统计学意义(P>0.05)，本研究经我院医学伦理委员会批准。见表1。

表1 两组患者的一般资料比较例)

1.2纳入与排除标准：纳入标准：①符合2010年中华医学会风湿病学分会制定的《骨关节炎诊断及治疗指南》中的诊断标准[5]；②根据膝关节X线或MRI的检查符合Kellgren-LawrenceⅡ～Ⅲ级分级；③年龄在45～74岁之间的单膝KOA患者；④治疗前患者均已签署知情同意书。排除标准：①合并膝关节的炎症性疾病；②存在膝关节创伤如骨折、韧带、半月板损伤等疾病；③存在影响患侧下肢的神经系统疾病；④存在癫痫、严重心律失常、糖尿病等内科疾病；⑤存在严重的认知功能不能配合者。

1.3治疗方法

1.3.1常规的康复治疗：治疗组及对照组患者均进行常规的康复治疗，常规康复治疗包括理疗和运动训练。理疗：在患膝局部行干扰电治疗，选用国产HGM-200II中频静电治疗仪，将两组电极交叉对置患膝周围，调整治疗内生模式为6挡(骨关节疾病)，治疗强度设置为患者可耐受的程度，1次/d，每次治疗20 min，每周治疗5 d，治疗6周。运动训练：在治疗师的引导下进行患侧下肢各关节屈伸肌力、活动度训练，适当下肢抗阻训练，1次/d，每次治疗20 min，每周治疗5 d，治疗6周。

1.3.2肌电生物反馈疗法：治疗组除了接受与对照组相同的常规康复治疗的同时还额外接受了肌电生物反馈治疗，选用德国Myo Trac的仪器进行患侧股四头肌[股外侧肌(VL)、股直肌(RF)、股内侧肌(VMO)]肌电生物训练，进行等距收缩刺激训练。使用表面电极记录肌肉活动，3个电极安放位置参考如下[6]：①股外侧肌：正电极片置于髌骨外侧缘上方15 cm肌腹隆起处，负电极平行放置于正电极旁 2 cm处；②股内侧肌：正电极片位于髌骨内侧缘上方5 cm肌腹隆起处，负电极平行置于该电极旁2 cm处。将肌电生物反馈系统的配置调整为刺激频率为50 Hz，脉宽为200 μs；选择仰卧位，开始训练之前要求患者在患膝下方用毛巾垫起成半屈膝状态，当听到仪器发出“收缩”指令时指导患者做伸膝动作，此时仪器会给予一次电刺激，患者将股四头肌最大收缩至肌电阈值水平，收缩时间为10 s，并记录最高点作为下次阈值水平；当仪器发出 “放松” 指令时刺激停止，患者放松肌肉，然后休息20 s。1次/d，每次治疗20 min,每周治疗5 d，共治疗6周。

1.4评价指标

1.4.1Lyshlom膝关节评分量表(LKSS)：采用LKSS评分量表评估KOA患者治疗前、后膝关节功能的恢复情况，根据LKSS评估表中的8项内容记录得分，将临床疗效分为：优为85分、良为84～70分、中为69～60分和差为<59分[7]。

1.4.2表面肌电参数评定:采用上海诺诚医疗器械有限公司(型号为MEGA-ME 6000)的表面肌电图测试仪采集治疗前、后患侧下肢VL、VMO的肌电信号，设置数据采集频率为1 000 Hz，采用处理软件Mega Win进行数据处理。安放电极位置、步骤参考同肌电生物反馈治疗，在60°/s时采集等速向心伸膝时相应肌肉的sEMG信号，选取均方根值RMS作为评估股四头肌力量。

1.4.3等速肌力参数评定：使用等速肌力测试训练系统(美国公司Biodex System)评估治疗前、后膝关节屈伸力量测试。方法如下[6]：选择角速度为60°/s的等速向心收缩模式，测试前嘱患者在进行膝关节屈伸训练5 min，在适应后嘱患者连续10次最大强度最大范围的膝关节屈伸运动，取均值作为受试者患侧样本参数，记录屈/伸肌峰力矩比(H/Q)评估膝关节稳定性。

2 结果

2.1两组患者治疗前、后LKSS评分比较：两组患者治疗前的LKSS评分差异无统计学意义(P>0.05)。治疗2周后，对照组评分较治疗前差异无统计学意义(P>0.05)；治疗组LKSS评分高于治疗前，且高于对照组，差异均有统计学意义(P<0.05)。治疗6周后，两组LKSS评分均高于治疗前，且治疗组明显高于对照组，差异均有统计学意义(P<0.05)。见表2。

表2 两组患者治疗前、后LKSS评分比较

2.2针对LKSS评分的重复测量方差分析：对LKSS重复测量方差分析(详见表3及图1)，提示时间的P<0.05说明在不同的观察节点的两组LKSS评分对比存在差异，时间*组别的P<0.05说明分组对结果的产生存在一定的影响。具体的影响进一步行简单效应分析，分析结果与组间两两一致。

原来如此……袁安的母亲在妓院里听到的，李离的父亲由酒席上听到的，那些不可思议的故事，那些流光溢彩的传奇，都来自一个在深山里信口开河的老瞎子，就像柳毅遇到洞庭龙王，魏征砍掉泾河龙王的脑袋，这样半真半假的传奇，茶余饭后是很好的消遣，可是你选择了相信它，并因此跋山涉水梦寐求之……袁安抬头盯着李离看，李离将手捂在双眼上，四个少年，一时间觉得之前吞到胃里的黄粱酒，比黄连胆汁来得都要苦。

表3 治疗前、治疗2周、治疗6周LKSS评分重复测量方差分析结果

图1 两组LKSS评分重复测量边际平均值图

2.3两组患者治疗前、后股四头肌RMS比较：两组患者治疗前VMO、VL的RMS差异无统计学意义(P>0.05)。治疗2周后，对照组RMS与治疗前差异无统计学意义(P>0.05)；治疗组的VMO、VL的RMS评分高于治疗前，且高于对照组，差异均有统计学意义(P<0.05)。治疗6周后，治疗组、对照组两组RMS均高于治疗前，且治疗组明显高于对照组，差异均有统计学意义。见表4。

表4 两组患者治疗前后在60°/s的等速向心训练RMS的比较

2.4针对VM、VL的RMS评分的重复测量方差分析：对VM、VL的RMS重复测量方差分析(详见表5、表6及图2、图3)，提示时间的P<0.05说明在不同的观察节点的两组RMS对比存在差异，时间*组别的P<0.05说明分组对结果的产生存在一定的影响。具体的影响进一步行简单效应分析，分析结果与组间两两一致。

表5 治疗前、治疗2周、治疗6周VM的RMS值重复测量方差分析结果

图2 两组VM的RMS值重复测量边际平均值图

表6 治疗前、治疗2周、治疗6周VL的RMS均值重复测量方差分析结果

图3 两组VL的RMS值重复测量边际平均值图

2.5两组患者治疗前、后屈伸肌力矩比值(H/Q)比较：治疗前，两组H/Q差异无统计学意义(P>0.05)。治疗2周后，对照组(H/Q)与治疗前差异无统计学意义(P>0.05)；治疗组的H/Q值低于治疗前，且低于对照组，差异均有统计学意义(P<0.05)。治疗6周后，治疗组、对照组两组H/Q均低于治疗前，且治疗组明显低于对照组，差异均有统计学意义(P<0.05)。见表7。

表7 两组患者治疗前、后在60°/s的等速训练H/Q的比较

2.6针对H/Q的重复测量方差分析：对H/Q重复测量方差分析(见表8及图4)，提示时间的P<0.05说明在不同的观察节点的两组H/Q对比存在差异，时间*组别的P<0.05说明分组对结果的产生存在一定的影响。具体的影响进一步行简单效应分析，分析结果与组间两两一致。

表8 治疗前、治疗2周、治疗6周H/Q比值重复测量方差分析结

图4 两组H/Q重复测量边际平均值图

3 讨论

KOA好发于中老年人，流行病学调查显示发病率呈逐年升高趋势，给个人及社会带来巨大的经济负担。在临床上早中期KOA提倡保守治疗，保守治疗方法繁多，相关的研究表明物理疗法和运动疗法的联合使用对KOA的治疗是值得肯定的[8-9]。常用物理因子治疗如干扰电可改善膝周局部血液循环，抑制感觉神经提高痛阈而达到镇痛效果[10]。运动疗法能增强KOA患者膝周肌力和活动度，提高膝关节的稳定性，从而改善膝关节功能[11]。但是运动疗法对缓解疼痛作用有限，且患者需要长期治疗，很多患者常因疼痛等原因对运动治疗表示抗拒、服从性差[12]。因此寻求一种综合的康复治疗方法改善KOA患者的早期症状迫在眉睫。

KOA患者常因疼痛、肿胀、活动障碍等原因导致膝周血液、淋巴循环和关节软骨营养减少，软组织粘连及挛缩，进而引起膝周无力、关节失稳、本体感觉减退以及髌股关节紊乱[13]。KOA患者常常伴随股四头肌无力，Omori G等认为股四头肌肌肉力量下降与 KOA密切相关，提高股四头肌力量可有效降低KOA发生风险，减少股胫关节间隙狭窄的进展[14]。当膝关节不稳定时也会加剧KOA的病变过程，强化股四头肌肌力训练可以有效提高膝周稳定能力。股四头肌的持续无力是KOA康复的最大问题，如何提高KOA患者的股四头肌力是KOA康复治疗的主要目标。

近年来肌电生物反馈治疗越来越多地被运用于半月板损伤、前交叉韧带损伤术后等膝周肌肉骨骼疾病康复治疗，肌电生物反馈能够采集并将肌肉松弛或收缩时的肌电信号放大，将肌电活动进行视觉、听觉信号转换，患者能够以视觉、听觉方式判断相关肌肉功能的即时变化情况，进而增加神经中枢对肌肉的控制能力，促进机体功能恢复[15]。肌电生物反馈疗法将肌电和神经肌肉电刺激相结合，主动反复刺激、收缩，使神经、肌肉细胞发生兴奋，促使中枢神经系统释放内源性类吗啡，提高肌群力量控制和神经肌肉功能恢复，有效提高康复治疗积极性和依从性[16]。

本研究使用表面肌电参数客观量化评估股四头肌收缩能力，表面肌电信号为神经肌肉系统活动过程中生物电变化的一维电压时间序列信号，能够在一定程度上反映肌肉活动水平与功能状态的变化，与肌纤维构成存在一定关联性[17]。表面肌电RMS值与肌肉收缩能力成线性关系，一定程度上可以反映肌力的大小。KOA患者因股四头肌肌肉横截面积减少，募集能力下降，表现为表面肌电信号值下降[18]。马磊等研究发现通过肌电生物反馈疗法对股内侧肌进行针对性治疗，可以有效提高髌股关节疼痛综合征患者的股内侧肌力，为髌股关节提供更好的稳定性[19]。Anwer等发现肌电生物反馈治疗可以提高股四头肌的最大等长收缩肌力[20]。本研究发现治疗组KOA患者予2周的肌电生物反馈治疗联合常规康复治疗后股内侧肌、股外侧肌及股直肌的RMS评分较治疗前有增加，且随着治疗时间的延长，6周后两组患者的RMS均值进一步增加。说明了膝周肌肉力量均较治疗前有改善，而肌电生物反馈组治疗较对照组改善明显。考虑是肌电生物反馈提高了靶向目标肌肉激活及控制能力，增加肌肉的募集和负荷，使肌肉的放电速度加快，使神经中枢冲动的频率加快，提高肌肉中枢同步兴奋程度。一定程度上股四头肌和腘绳肌比值可以反映膝关节屈伸肌的肌力平衡，是衡量膝关节稳定性的重要指标[21]，机体通过改变膝屈伸肌的共同活动来代偿维持关节稳定。俞晓杰等的研究显示，KOA腘绳肌共同活动的比率增加缘于KOA直接损伤和关节源性肌肉抑制(Arthrogenic Muscle Inhibition，AMI)，持续的股四头肌的AMI影响膝关节的动态稳定并增加膝关节结构负荷[22]。本研究采用等速测试膝关节屈、伸肌力矩比值(H/Q)精准量化评估膝关节稳定性。KOA患者屈伸肌力出现不平衡衰减，导致膝关节力学上的不平衡，即H/Q比值升高[23]。在本研究中发现肌电生物反馈治疗可以降低H/Q比值，膝关节稳定性增加。分析原因可能有两方面：一方面肌电生物反馈治疗根据神经可塑性、运动皮层理念可以部分消除股四头肌的AMI[24]；一方面是患者在视听觉反馈下有意识进行股四头肌肌群的主动收缩，进而对感觉运动皮质产生不断刺激作用，达到新的感觉兴奋痕迹建立的目的，输送给中枢神经系统大量运动及本体感觉信息，有助于机体感觉运动中枢对股四头肌肌电活动产生新感知达到肌群运动功能的正常控制[25]。

本研究结果显示肌电生物反馈组治疗2周后LKSS评分较治疗前明显提高，治疗6周后两组的LKSS评分均较治疗前明显提高，且治疗组高于对照组，差异均有统计学意义(P<0.05)。说明治疗组在膝关节功能的恢复上更具有优势。考虑膝关节功能改善的内在作用机制可能是股四头肌表面肌电信号升高，膝关节稳定性增强同时与肌电生物反馈提高患者正反馈的依从性有一定关联。而常规康复治疗2周后各种指标均较治疗前改善，但差异均无统计学意义(P>0.05)，考虑与治疗时间2周不足有关[26]。GOH等研究比较运动干预对KOA患者的疗效，结果显示运动疗效在2个月左右时达到最大,其主要原因是患者锻炼依从性较差，且运动初期容易诱发疼痛[27]。

本研究表明肌电生物反馈治疗结合常规治疗可有效提高临床股四头肌肌肉力量及膝关节的稳定性，改善膝关节功能，预防膝骨性关节炎的进一步加重，值得在临床上进一步推广使用。本研究的主要局限性是样本量少，且研究时间短，无法说明肌电生物反馈治疗的长期疗效，有必要再进一步扩大样本量及延长观察时间窗。