脑卒中偏瘫病人呼吸肌表面肌电信号特征研究

王修敏，张洪宇，周 康，夏 清

脑卒中病人发病后呼吸功能异常，易出现脑卒中相关性肺炎、心肺功能明显下降，影响病人整体康复预后[1]。临床上积极评估和治疗呼吸功能障碍成为脑卒中病人全面康复的重要部分[2]。表面肌电图(surface electromygraphy，sEMG)在脑卒中偏瘫病人的肢体运动、躯干控制的评价方面运用广泛，用于评价呼吸功能的对象多为慢性阻塞性肺病(COPD)病人[3]。目前评价呼吸功能指标众多，但采用表面肌电图评价脑卒中病人呼吸肌功能的临床研究较少[4]。本研究分析脑卒中恢复期偏瘫病人和健康成人在平静状态下和用力呼吸时呼吸肌表面肌电信号特征，为呼吸功能康复疗效评价提供新的客观依据。

1 资料与方法

1.1 临床资料 选取2021年1月—2021年5月合肥市第二人民医院康复科收治的脑卒中偏瘫病人21例作为观察组。纳入标准：符合全国第四届脑血管疾病会议修订的诊断标准，经头颅CT或MRI证实，病情稳定，首次发病；存在一侧肢体瘫痪；年龄30～75岁；病程≤6个月；简易精神状态检查(Mini Mental State Examination，MMSE)评分>20分以上，能够完成指令性动作。排除标准：生命体征不平稳或伴有认知障碍，MMSE得分≤20分；有心肺基础疾病；有头颈及躯干肌肉或骨骼损伤影响正常呼吸运动者；双侧肢体瘫痪；2次及以上脑卒中；情绪不稳定依从性差。另外选取22名健康体检者作为健康组，年龄30～75岁，认知功能正常，排除心肺基础疾病。所有受试者参与前均签署知情同意书。两组研究对象一般资料比较差异无统计学意义(P>0.05)，详见表1。

表1 两组一般资料比较

1.2 方法 受试者测试体位及动作：正面避开肌电显示屏幕，采用端坐位坐在无靠背椅子上，双上肢自然置于体侧。测试动作包括：①平静呼吸；②最大用力呼吸。检测房间室温控制在25～28 ℃，空气湿度70%～80%，先用75%乙醇棉球擦拭电极目标位置皮肤。采用芬兰MEGA公司生产的ME-6000-T8表面肌电测试仪，表面电极选用一次性使用Ag-AgCl心电电极，导电区直径6 mm。胸锁乳突肌(EMGsc)：检测电极位于双侧胸锁乳突肌总长度的1/3和2/3处，参考电极置于胸骨上窝；胸骨旁(EMGpara)：将表面检测电极双侧置于第二肋间隙，约3 cm胸骨旁，参考电极置于胸骨角；膈肌(EMGdi)：电极置于双侧腋前线与第6～8肋间连接区；腹直肌(EMGrec)：脐水平两侧旁开2 cm[5]。检测开始时观察肌电信号基线平稳5 s后，先记录病人平静呼吸肌电信号3 min，采集其中1 min用于观察；然后嘱病人做最大用力吸气和呼气动作，中间无屏气过程。重复3次，每次间隔30 s，取最大值用于观察。提取时域指标均方根值(root mean square，RMS)，分析软件为Megawin 2.4，测试参数：共模抑制比110 dB，模拟/数字转换14位，采样频率1 000 Hz，最大漂移噪声绝对值1.6 μV，滤波器范围8～500 Hz，有效测试范围±8 000 μV，输入阻抗20 GΩ，噪声<1 μV，增益305，可用通道8。

2 结 果

2.1 两组平静呼吸时呼吸肌表面肌电RMS值比较 平静呼吸时，观察组胸骨旁肋间外肌RMS值较健康组高，差异有统计学意义(P<0.05)，其余各肌群RMS值比较差异均无统计学意义(P>0.05)。详见表2。

表2 两组平静呼吸时呼吸肌表面肌电RMS值比较[M(P25,P75)] 单位：μV

2.2 两组最大用力呼吸时呼吸肌表面肌电RMS值比较 最大用力呼吸时，观察组两侧胸锁乳突肌、胸骨旁肋间外肌、两侧膈肌及腹直肌RMS水平均较健康组偏低，差异均有统计学意义(P<0.05)。两组左侧膈肌RMS均较右侧膈肌高，差异有统计学意义(P<0.05)。详见表3。

表3 两组最大用力呼吸时呼吸肌表面肌电RMS值比较(±s) 单位：μV

3 讨 论

脑卒中病人可以出现肢体运动、平衡、感觉等多方面功能异常，其中肺功能与日常生活如呼吸、言语甚至吞咽等方面密切相关。脑卒中发病早期肺功能下降容易引发脑卒中相关性肺炎[6]，恢复期病人病情平稳，躯干活动受限可能影响肺功能康复。可能的原因有：躯干核心肌群力量下降，膈肌收缩功能异常，吸气肌肌力和耐力不足；躯干肌群张力升高造成胸廓在呼吸过程中扩张度不足，顺应性下降[7]，因此，脑卒中病人肺功能表现为限制性通气功能障碍[8]。潮气量减少，残气量增多，影响正常气体交换，脑卒中病人更容易出现呼吸疲劳[9]。

目前直接评价肺功能的物理方法主要为肺功能测定、膈肌彩超等。肺功能测定指标包括用力肺活量(FVC)、第1秒用力肺活量(FEV1)占预计值的百分比、潮气量等，检测时需要病人主动配合，很多脑卒中病人尤其是发病早期病情不稳定不能有效完成检测。膈肌在躯干核心肌群稳定性方面发挥重要作用，不仅是主要的呼吸肌，也是躯干姿势控制方面的重要肌肉[10]。膈肌彩超能够定量检测膈肌活动度、厚度及变化率[11]，多用来评价呼吸训练后肺功能改善程度[12]，但其检测方法并无统一标准，临床上争议较多。

表面肌电图是一种检测体表肌肉收缩时肌电信号的无创性手段，能够反映肌肉内在的病理生理改变，可以采集包括呼吸肌在内的骨骼肌电信号[13]，近年来临床运用广泛。目前使用表面肌电评价脑卒中病人呼吸肌电生理的研究较少。一方面，由于呼吸肌位置特殊，不同于肢体表面肌肉易于暴露便于采集信号，现有的方法是采用多导食管电极管采集膈肌肌电信号[14]，由于该侵袭性操作对于脑卒中病人无论是急性期还是恢复期均有较大风险，临床使用较少；另一方面，呼吸肌表面肌电检测普遍存在的疑点：表面肌电电极采集到的肌电信号能否真实反映呼吸肌如膈肌的电生理水平？Wu等[3]检测稳定期慢性阻塞性肺疾病病人平板运动时的呼吸肌表面肌电，认为胸骨旁肋间肌RMS值与经食管采集膈肌RMS值的相容性和相关性最好，可从电生理角度用于间接评估膈肌功能。确定呼吸肌如肋间肌肌电信号能够用来评价膈肌功能后，研究对象也在逐渐扩展。以往慢性阻塞性肺疾病稳定期病人研究较多[15]，后期纳入急性加重期病人[16]。除此之外，表面肌电也用于健康人呼吸负荷时呼吸肌功能和疲劳情况的研究[17]。

本研究采集脑卒中恢复期偏瘫病人呼吸主动肌及辅助肌的表面肌电信号，分析其与健康人之间的差异，对于研究呼吸肌肌力、耐力及疲劳程度等均有重要临床意义。RMS是表面肌电时域分析中常用的幅度参数，用于描述一段时间内肌肉放电平均变化特征，直接反映肌肉收缩时产生的能量大小，通常用来评估肌力。RMS取决于运动单位的募集程度和兴奋节律的同步化程度，肌肉收缩时肌力大小与兴奋募集的肌纤维数目呈正相关，即参与肌肉收缩的肌纤维数目越多，产生的肌力就越大。因此，本研究采用RMS反映病人在一定时间内呼吸肌收缩放电的能量大小。

平静呼吸运动与膈肌、胸壁肋间肌的收缩密切相关；用力呼吸时，胸锁乳突肌、腹直肌等辅助肌群也参与其中。脑卒中病人呼吸肌无力究竟是单侧还是双侧存在很大争议。Fluck[18]研究认为，脑卒中病人自主深呼吸时，瘫痪侧的胸壁运动是减少的；Troyer等[19]也认为脑出血病人自主呼吸时肋间肌和瘫痪侧膈肌肌电信号明显减少，原因考虑为呼吸肌同样受交叉神经纤维支配。然而，Kim等[20]的研究发现，脑卒中病人最大用力吸气与呼气末时患侧膈肌厚度均明显薄于非患侧；呼气末时，脑卒中病人与健康人之间膈肌厚度差异并不明显，但在最大用力吸气时，脑卒中病人瘫痪侧与非瘫痪侧膈肌厚度均明显低于健康人，这与本研究中最大用力吸气时脑卒中偏瘫病人双侧膈肌肌电信号均低于健康人的结论是一致的。随着病程的迁延，病人整体运动量的下降，膈肌失神经支配及失用均会导致收缩功能整体减退，病人胸壁活动度明显下降，而瘫痪侧胸壁失去神经支配后运动会较对侧明显受限[21]。正因如此，脑卒中病人接受胸廓松动术后，胸壁呼吸肌运动受限得到缓解，胸壁扩展度与肺功能能够明显改善[22]。

本研究中脑卒中病人在平静呼吸时胸骨旁肋间肌RMS值较健康人高，差异有统计学意义；胸锁乳突肌、膈肌和腹直肌RMS组间比较差异均无统计学意义。可能的原因为：脑卒中恢复期偏瘫病人躯干张力异常，平静呼吸时病人为克服胸廓扩张受限导致的限制性通气阻力，肋间肌收缩反而需要较健康人更加明显；两组间左右侧膈肌RMS差异无统计学意义，可能为样本量偏少且膈肌RMS数值低导致。平静呼吸时呼吸辅助肌如胸锁乳突肌及腹直肌几乎不参与收缩。用力呼吸时，呼吸主动肌与辅助肌RMS值较健康人均有明显差异，考虑系脑卒中病人用力呼吸时，双侧胸锁乳突肌、肋间肌、腹直肌及膈肌的收缩肌力及耐力较健康成人均明显下降，符合脑卒中病人体能及肺功能改变特征[9]，也说明呼吸肌表面肌电可以反映出脑卒中恢复期偏瘫病人呼吸功能的变化。心脏附近的躯干肌群在做表面肌电检测时容易受到心电信号的干扰而影响其真实性。确实，本研究中无论平静呼吸还是最大用力呼吸时，左侧膈肌的RMS值均较右侧偏高，且具有统计学差异，原因考虑为左侧膈肌的肌电信号叠加了同侧心电信号。虽然电信号有所叠加，但通过设置对照组，排除心脏基础疾病等因素研究控制，左侧膈肌RMS仍可作为评价其肌电活动的客观指标。如欲避免心电信号的影响真实反映膈肌电活动，胸骨旁肋间肌与右侧膈肌肌电信号参考价值更高。

综上所述，脑卒中偏瘫病人的躯干包括呼吸肌活动下降会影响肺功能的康复预后。本研究从肌电信号角度认为，脑卒中病人的呼吸肌表现为双侧收缩功能下降。呼吸肌表面肌电或可用于判断不同训练方法对脑卒中病人呼吸肌肌力及肺功能改善程度等的观察指标。本研究不足之处在于，由于样本量偏少，未分别将瘫痪侧与非瘫痪测呼吸肌表面肌电信号值与健康人做同侧的比较。未来将扩大样本量，分析脑卒中病人双侧呼吸肌肌电信号之间的差异，结合肺功能检测、膈肌彩超等进一步研究各项观察指标之间的相关性。