表面肌电图在肩痛康复评定和治疗中的应用

严鹭慧，张辰希，骆斌，向云，眭明红

(1.华中科技大学协和深圳医院 深圳市南山区人民医院康复医学科，广东 深圳 518052； 2.湖南中医药大学，长沙 410208； 3.成都体育学院运动康复系，成都 610041； 4.中国科学院深圳先进技术研究院中国科学院人机智能协同系统重点实验室，广东 深圳 518055)

肩痛是临床较为常见的肌肉骨骼疾病，是一种反复发作的疾病，对患者的工作能力和日常生活活动产生重大影响[1-2]。有研究表明，肩痛的患病率随着年龄的增长而增加，在不同人群中肩痛的患病率为1%～67%，终身患病率高达66.7%[3-4]。肩痛是一个非常复杂的综合征，导致肩痛的原因很多，病理机制复杂，其中肩袖疾病是临床最常见的肩痛病因，肩部肌肉疲劳及收缩能力下降直接影响肩部结构的稳定性，而神经肌肉功能控制障碍使疼痛进一步加重[5-6]。因此，对于肩痛患者神经肌肉功能康复评定与疗效的评价有重要的价值，但肩痛的疼痛发生机制及临床效果缺乏客观量化证据。

表面肌电图(surface electromyography，sEMG)是一种广泛使用的测量肌肉活动的工具，将表面测试电极贴置于靶肌肉表面，通过记录或采集肌肉活动或动作时的表面信号并加以分析，定量和定性分析靶肌肉的神经肌肉功能，并推测靶肌肉的损伤程度及性质，具有无创性、实时性和多靶点测量的优点[7-8]。近年来，随着sEMG检测及分析技术的进步，其在康复医学领域被广泛应用，如研究疾病神经肌肉功能状态、指导康复评定与疗效的评价等[9-11]。现就sEMG在肩痛康复评定及治疗中的应用予以综述，以为其合理应用及进一步研究提供指导及试验依据。

1 sEMG常用的分析指标

sEMG常用的分析方法可分为时域分析(线性分析)和频域分析(非线性分析)，时域分析中常用的分析指标有平均肌电振幅值(averaged electromyography，AEMG)、均方根值(root mean square，RMS)、积分肌电值(integrated electromyography，IEMG)以及协同收缩力；频域指标有中位频率及平均功率频率。IEMG是指在一定时间内所有参与活动的肌肉放电的总量，体现肌肉在单位时间内的收缩能力[12]。Onishi等[13]通过研究IEMG与肌力和肌张力的关系发现，用表面电极测定的IEMG在肌肉随意静力收缩时与肌力及肌张力呈正相关；因此，IEMG可作为研究神经肌肉功能的指标之一。AEMG是反映sEMG信号振幅变化的特征性指标，指一段时间内瞬间肌电图振幅的平均值[14]。RMS是一段时间内瞬间肌电图振幅的均分根植，与AEMG意义相同。研究表明，RMS可作为评估肌张力的指标[15]。与时域指标相比，频域指标变异较小，准确率更高；而基于频率信息的肌电特征分析是肌肉疲劳检测的有效领域，但频域指标与肌肉不同负荷形式下的收缩力或输出功率的变化关系尚未明确，故导致其临床应用仍较少[8，16]。

2 sEMG在肩痛患者肩部神经肌肉功能评定中的应用

sEMG能对神经肌肉功能进行定量及定性分析，其分析方式具有多样化，对神经肌肉功能的评定具有一定的指导意义[7-8]。目前sEMG应用于肩痛患者神经肌肉功能的评定，主要体现在局部肌肉力量、肌肉疲劳度、肌肉激活及协调性及肌肉工作状态等方面。

2.1局部肌肉力量的评定 有研究者认为，肩部肌肉力量不足可能是肩痛发生的危险因素之一[17]。另有学者认为，肩部肌肉力量下降只是疼痛和功能受限的反应形式之一[18]。因此，了解肩部肌肉在不同状态下相应的表现形式，对肩痛的防治至关重要。目前，局部肌肉力量多采用徒手肌力分级法进行评定，但是主观性太强，缺乏客观、规范、统一的疗效评定标准；而与徒手肌力分级法相比，sEMG可提供比较客观、定量及定性的参考，弥补徒手肌力测试的天花板效应和不能全面反映肌耐力的缺点[19-20]。sEMG常用时域指标评估肌肉收缩力的大小，肌电信号振幅与肌肉在不同负荷形式下肌肉收缩力的变化存在一定的线性关系，因而能在一定程度上反映神经肌肉的活动[12]。Seitz等[21]通过受试者前锯肌、上斜方肌和下斜方肌的肌电振幅和力量的变化，对肩峰下疼痛综合征(subacromial pain syndrome，SAPS)患者与非SAPS患者在3周家庭锻炼(俯卧式水平外展运动)中的神经肌肉适应性进行了比较，结果表明，每天一次家庭锻炼，所有患者肩部神经肌肉适应性、局部肌肉活动及力量均有不同程度的改善。Ribeiro等[22]通过观察和分析无症状受试者不同体位下冈上下肌、中三角肌、后三角肌在最大等长收缩过程中sEMG的肌肉募集程度，发现肩胛骨持续的后外侧滑翔导致肩部肌肉活动减少，表明其肌电值能很好地反映目标肌肉的神经肌肉活动程度，同时也为临床医师及治疗师治疗方式的选择提供了理论依据。

2.2局部肌肉疲劳度的评定 肌肉疲劳是指疲劳肌肉的功能下降，同时感觉到任务难度增加，严重影响肩痛患者的治疗、情绪的控制及依从性[23]。有研究者提出，肌肉疲劳是肩部疼痛的原因之一[24]。肌肉疲劳的发生与中枢神经系统的控制及肌肉本身的神经肌肉信息兴奋、传递及代谢等因素相关，主要以肌肉在不同负荷形式下最大自主收缩力量或其最大输出功率降低为主，严重影响了康复治疗效果，故疲劳的检测及评估对肩痛患者康复治疗的指导具有重要意义[25-26]。研究表明，肌肉耐力测试主要是在静态或动态任务中产生基于信号变化的疲劳定量标准；而sEMG频域指标中平均功率频率和中位频率在临床广泛应用于肌肉疲劳的分析，是反映局部肌肉疲劳的客观指标[8,27]。Hawkes等[28]利用sEMG评估了肩袖巨大撕裂组和健康对照组在日常活动无痛任务中关键肩带肌肉的疲劳性，结果发现与对照组相比，肩袖巨大撕裂组前三角肌、中三角肌及胸大肌疲劳度明显增高，说明肩袖肌肉活动在病理条件下维持盂肱关节稳定性方面起着不同作用。Subramaniam等[29]应用sEMG观察和分析男性厨房工人在不同厨房任务中双侧斜方肌和竖脊肌的疲劳性，发现动态姿势调整可以减少工作疲劳，但重复性工作、用力和长时间站立等危险因素的综合作用会导致肌肉疲劳的发生。因此，肩部肌肉耐力的评定结果可作为康复疗效评估的一项重要指标，可指导康复治疗师为肩痛患者制订合理的康复训练方案。

2.3肌肉激活及协调性的评定 肌肉疼痛可以直接影响肌肉招募和肌肉活动形式，虽然许多研究的结果各不相同，但一致认为疼痛可以诱发工作节奏减慢、疼痛肌肉的肌电图活性降低、姿势肌肉活性增强以及手臂运动幅度改变等一系列变化[30-31]。sEMG被广泛应用于临床评估神经肌肉功能和肌肉募集模式，其可靠性已被证实；而观察和分析肌肉活动时间及肌肉之间协调性是了解神经系统如何控制运动的常用分析方法，基于表面肌电信号检测肌肉活动的时刻及相互协调能力是许多临床生物力学研究的重要任务[32]。Muething等[33]在一项病例对照研究中选取17例肩痛患者和17名健康对照者，利用sEMG分析受试者在功能性等长收缩(前屈、前倾、外展)过程中前三角肌、上斜方肌、下斜方肌、冈下肌、前锯肌肌肉激活的差异，结果显示，既往有肩痛的患者在所有功能性等长收缩过程中前三角肌激活率显著降低，下斜方肌在肩胛平面和外展任务中的激活明显较少，该结果为临床医师制订盂肱关节损伤患者的康复计划提供了指导。Overbeek等[34]选取SAPS患者作为研究对象，利用sEMG记录SAPS患者在基线和4年随访时间内在等长外展和内收运动中背阔肌、大圆肌、胸大肌和三角肌的激活模式，探讨内收肌共同收缩与SAPS患者预后的关系，结果发现，背阔肌和大圆肌共同收缩模式的增加能促进SAPS患者预后，这为SAPS患者肌肉特异性物理治疗的研究开辟了一个新领域。

2.4局部肌肉工作状态的评定 肩关节是由一系列复杂的骨骼、肌肉、肌腱和神经组成，临床上肩关节的运动分析通常是通过评估肩肱协调运动来进行，然而只有同时评估运动和肌肉活动参数才能清楚地解释不同的肩部症状[6,35-36]。Huang等[37]通过分析不同肩胛骨运动障碍类型的患者在手臂抬高和下降过程中前锯肌和斜方肌的肌电活动发现，在不同的肩胛骨运动障碍类型中，肩胛骨肌肉的激活和运动均有特定的改变；因此，针对不同肩胛骨运动障碍类型的患者，训练相对应的肌肉是患者个性化康复的重点。Castelein等[38]通过表面和肌内电极记录17例肩峰下撞击综合征患者和20名健康对照者在上肢不同抬高运动过程中浅部(斜方肌、前锯肌)及深部(肩胛提肌、胸小肌、菱形肌)肩胛胸肌的活动情况发现，与健康对照者相比，肩峰下撞击综合征患者上肢抬高运动过程中胸小肌活性显著升高，提示胸小肌可能在肩峰下撞击综合征患者中扮演重要角色，增强研究者对肩胛胸肌功能障碍的认识。因此，肩痛的有效诊断和治疗不仅依赖对肩关节周围病变的详细了解，还依赖于对疼痛神经生理病理学的了解，未来的研究应集中于临床实践中运动和肌肉分析的实际结合，利用sEMG新的功能检测技术，进一步帮助临床医师全面了解患者肩部状况。

3 sEMG在肩痛患者康复治疗中的应用

sEMG检测具有无创性、实时性等优点，从sEMG在肩痛患者肩部神经肌肉功能评定中的应用分析可知肌电信号与神经肌肉损伤程度有一定的联系。目前，sEMG广泛运用于肩痛患者康复治疗的指导及康复疗效的评定，也可用于其他相关疾病的评定和治疗[10,12]。

3.1指导康复治疗 sEMG不仅可以对神经肌肉系统活动时产生的生物电变化进行定性定量分析，而且可以反映临床某种康复治疗方法治疗后的功能改善情况，对指导临床康复治疗起重要作用。Jeon等[39]应用sEMG分析了脑卒中后偏瘫肩痛患者冈上肌、后三角肌的肌电活动，并对患者治疗前后肩关节半脱位程度、疼痛情况、局部肌肉激活及上肢功能进行了比较，结果发现以任务为导向的肌电生物反馈治疗能不同程度地改善患者肩关节半脱位程度、疼痛情况、肌肉激活和上肢功能。张磊和冯喆[40]将肩关节周围炎患者随机分为针刺配合微波治疗组和单纯针刺组，利用sEMG记录针刺肩髃、肩髎、臂臑、肩前穴前后及行针5 s时三角肌的肌电信号，结果发现，针刺配合微波治疗组的三角肌的肌电信号优于单纯针刺组，表明针刺配合微波治疗是一种治疗肩关节周围炎的有效方法。Yang等[41]研究了运动贴带对脑卒中后偏瘫肩痛患者整体的影响，利用sEMG记录患者坐位肩外展时中三角肌和冈上肌的肌电活动，结果发现，与安慰剂组相比，运动贴带组患者治疗后中三角肌和冈上肌在主动肩外展时的AEMG较治疗前明显升高，而视觉模拟评分法评分、肩外展主动活动范围及半脱位程度也较治疗前改善，表明运动贴带疗法能有效改善脑卒中后偏瘫肩痛患者整体情况。综上所述，sEMG能较好地评价肩部肌肉的神经肌肉功能水平，评估肩痛患者康复疗效，为其临床康复治疗提供有效的依据，从而进一步指导肩痛患者的康复治疗。

3.2评估康复疗效 康复治疗的最终目的是为了提升患者生活自理能力和生活质量，如何有效、科学地评估康复疗效一直是困扰临床医师的难题，而sEMG能定量和定性分析靶肌肉的神经肌肉功能，目前采用sEMG信号分析技术科学、客观地评估康复效果，已成为康复医学研究的一个重要领域[15]。有学者对颈肩疼痛患者在不同运动方式下颈肩部肌群的肌电活动过程进行研究发现，其疼痛侧的颈竖脊肌、斜方肌上支的肌电原始信号较非疼痛侧肌电原始信号弱[42]。可见，肩痛患者与非肩痛患者之间肌电信号存在差异，所以可以通过不同运动过程中表面肌电信号的变化完成肌肉功能的评定。张红安[43]运用sEMG观察肩周炎患者特定穴位针刺前后三角肌表面肌电的变化发现，三角肌表面肌电值受针刺治疗的影响，其中针刺肩髃穴肌电值变化最明显，肩前穴、臂臑穴次之，肩髎穴无显著变化，表明表面肌电检测指标能对临床康复方案的制订给予一定帮助。有学者通过sEMG研究肌肉牵张辅助治疗对脑卒中后偏瘫肩痛患者肌电信号的影响，采用sEMG分析方法中的RMS分析患侧治疗前后肱二头肌肌力，结果发现，患者治疗后肱二头肌肌力较治疗前明显升高，表明肌肉牵张辅助治疗能有效改善脑卒中后偏瘫肩痛患者的临床症状，提示表面肌电指标可以作为其量化的评估指标[44]。另有学者对比了脑卒中后偏瘫肩痛患者经过周围神经电刺激或常规物理治疗后肩外展时三角肌表面肌电信号的特征，发现两种治疗方法对三角肌的波幅无显著改变[45]。可见，sEMG通过表面电极测量肌肉的电活动是一种比较可靠的工具，可以量化肩痛患者的临床疗效，进而指导患者进行更加有效的康复训练。

4 小 结

肩痛的病因有很多，对肩痛进行全面分析，才能客观地评估肩痛患者神经肌肉功能障碍的特点，进而找出肩痛原因并减轻肩痛症状。sEMG作为一种安全、无创性的量化神经肌肉系统生物电活动的检测技术[46]，有助于深入了解神经肌肉系统行为，可较好地评估肩痛患者的肌肉功能、肌肉激活程度及协调性等，同时也可以有目的地指导肩痛患者康复治疗和评估康复疗效。然而，sEMG也存在一些不足，如不能量化深部肌肉、肌电信号会互相干扰、非线性分析方法还不够成熟等，限制了研究成果之间的比较。随着学者对其研究的进一步深入，可以探索出更为有效的方法来弥补sEMG在研究和应用过程中的不足，从而为肩痛康复治疗方案的制订和康复疗效分析提供技术支持。