一项基于表面肌电检测技术的神经—骨骼肌教学实验改革

孙岑岑 梅汝焕 于晓云 方 瑜 郑 燕 高铃铃 王梦令 厉旭云

浙江大学医学院基础医学实验教学中心，浙江省杭州市 310000

动物实验是医学、生命科学研究的基础和重要手段，长期以来高等医学院校生理学实验教学亦以动物实验为主。随着社会进步和科技的发展, 我国实验教学亦不断进行改革，逐步减少动物实验，提高人体实验和虚拟仿真实验的比例，以动物实验的3R原则(Reduction-减少，Replacement-替代，Refinement-优化)为指导，逐步与国际接轨。而人体实验的增加亦可增强生理学实验与临床应用的联系，加强学生对理论知识的理解和应用[1]。

蟾蜍坐骨神经—腓肠肌的兴奋收缩实验是经典的生理科学实验，通过观察不同刺激因素对肌肉收缩的影响，用实验方法验证神经兴奋到肌肉的机械收缩的过程[2]。但该实验的实验标本为已处死蟾蜍的离体或在体神经—骨骼肌标本，电刺激直接作用于神经，而在临床应用中，往往需要对人体进行检测，因此该实验课检测方法并不适用。为了进一步加强实验课与临床应用的密切结合，迎合实验教学改革趋势，笔者对神经—骨骼肌实验进行改革，从传统的动物实验，转变为无创人体实验，利用表面肌电检测技术对神经—肌肉兴奋收缩过程进行一系列测定。

1 对象与方法

1.1 实验对象 选取2018级临床专业学生420名作为观察对象，年龄19～21岁，性别不限。

1.2 方法

1.2.1 项目一：神经传导速度的测定。利用NDI-097肌电图机(上海海神医疗电子仪器有限公司)，刺激腕部正中神经，检测并记录手部大鱼际肌的表面肌电信号。具体如下：(1)阈刺激测定：刺激电极置于腕部中央，刺激强度由0逐渐增大，通过肌电信号变化，测定阈刺激。(2)神经传导速度测定：采用两点刺激法，分别在腕部中央和肘部中央附近用超强刺激刺激正中神经，采集并记录动作电位，计算得到神经传导的平均速度，最快速度、最慢速度。

1.2.2 项目二：握力与肌电的关系测定。利用WP100型握力传感器(成都仪器厂)和RM6240生物信号采集系统(成都仪器厂)，检测不同握力强度下，肌电信号的变化。具体方法如下：记录电极置于桡侧腕长伸肌肌腹表面，分别记录握力达到最大握力(MVC)，20% MVC，40% MVC，60% MVC和80% MVC相对应的肌电信号。利用RM6240生物采集信号系统分析软件，测定每一握力对应的肌电积分和肌电频率。

1.2.3 项目三：肌疲劳的测定。利用RM6240生物信号采集系统，检测肌肉疲劳状态下的肌电信号。具体方法如下：记录电极置于肱二头肌肌腹表面，受试者被测手缓慢抓取一定重量的哑铃，并保持姿势不变直至力竭，采集并记录肌电曲线。利用RM6240生物采集信号系统的分析软件，计算肌电积分和肌电频率的变化趋势。

1.2.4 学生课程评价调查：课程结束后，以问卷调查的形式，调查选修该实验课的所有学生对本实验内容的满意程度、对本实验的建议等。

1.3 统计学方法 使用SPSS13.0软件进行数据分析，实验数据以平均值±标准差表示，显著性差异通过two-tailed Student’st-test进行分析计算。以P<0.05表示差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 人体神经—骨骼肌实验结果 利用表面肌电检测技术结合神经—肌肉兴奋收缩相关理论知识，设置神经传导速度、握力与肌电关系及肌肉疲劳3个实验项目，均可得到理想实验结果，差异具有统计学意义(P<0.05)，重复性好，并可利用相关理论知识进行分析解释。具体如下：(1)项目一：神经传导速度的测定。如图1所示，利用表面肌电图仪可测得正中神经的阈刺激和超强刺激强度，且两者之间存在非常显著性差异(P<0.01)，结合两点测定法，通过数据分析可分别得到神经纤维的最快、最慢、和平均传导速度，且三组数据差异显著(P<0.01)。这一结果符合神经干、神经纤维的兴奋传导特点。见表1。(2)项目二：握力与肌电的关系。实验结果显示，随握力增大，肌电积分和肌电频率均随之增大，具有正相关但非线性关系。该结果符合不同类型肌纤维特点和肌肉收缩原理。如图2所示。(3)项目三：肌疲劳的测定。如图3所示，随着肌肉持续收缩，肌电积分不断增大，肌电频率逐渐减小，符合肌肉疲劳特点[4]。

图1 人正中神经—大鱼际肌兴奋收缩的表面肌电图

表1 正中神经的阈刺激强度及神经传导速度

图2 握力与肌电的关系

图3 肌肉疲劳的肌电变化情况

2.2 教学满意度评价 本实验已在我校18级临床医学专业的生理科学实验中开展，为获得学生对该实验反馈的第一手资料，以问卷调查的形式收集并分析了学生对本实验的满意度评价。结果显示，95%的学生对该实验感兴趣，无学生对该实验不感兴趣；所有学生均对实验设计的合理性表示认同； 对课程的建议方面，63.8%的学生希望课前获得更多的参考资料，31.8%的学生希望得到更多的实验指导。见表2。

表2 学生对人体神经—骨骼肌实验的评价(%)

3 讨论

与传统经典的蟾蜍神经—骨骼肌兴奋收缩实验相比，改革后的人体神经—骨骼肌实验具有以下优点：第一，包含知识点更多，内容涉及从神经兴奋到肌肉收缩再到疲劳整个过程，如项目一涉及神经干、神经纤维的兴奋传导特点，可加深学生的直观理解；项目二可加深学生对不同类型肌纤维的特点及肌肉收缩原理的认识；项目三可帮助学生对肌肉疲劳有更加直观的认识，扩充对肌疲劳现象及产生机制的了解[3]。而传统经典的神经—骨骼肌实验对神经传导速度、不同肌纤维类型及肌疲劳等方面的知识并未涉及。第二，与临床密切相关，表面肌电图在临床诊断中亦不可或缺，故其更有利于基础医学实验与临床的衔接，有助于学生由理论向实际应用的过渡。第三，减少动物实验，符合3R原则，迎合国家基础医学实验教改趋势，与国际接轨。此外，改革后的人体神经—肌肉兴奋收缩实验还具有以下特点：(1)为无创实验，安全性高；(2)对实验设备要求不高，表面肌电图仪和RM6240均为常规实验设备；(3)操作简单，学生容易掌握。故该人体神经—骨骼肌实验开设难度不大，易在实验教学中广泛开展。

满意度调查结果显示，学生对课程的满意和认可程度较高，很多学生建议提供更多的学习资料和实验指导，反映出学生对该实验具有较高的兴趣，亦说明新的人体神经—肌肉兴奋收缩实验可激发学生对相关理论知识的求知欲和探索欲。

总之，新的人体神经—骨骼肌实验涵盖更广的理论知识内容，与临床联系紧密，符合国家教改趋势，开设难度较小，且推行后学生反馈较好，因此值得推广开展。