股四頭肌常用康復(fù)訓(xùn)練動作的表面肌電分析

股四頭肌常用康復(fù)訓(xùn)練動作的表,肌電分析摘要：目的比較目前常用的5種康復(fù)訓(xùn)練動作中股四頭肌肌肉發(fā)力程度、股內(nèi)側(cè)肌與股外側(cè)肌的肌肉發(fā)力平衡情況。方法14名健康受試者分別進行靜蹲、股四頭肌靜力收縮、短弧伸膝、直腿抬高以及坐位伸膝等5種方式的膝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練動作，使用Delsys無線表面肌電測試系統(tǒng)采集訓(xùn)練時股內(nèi)側(cè)肌、股直肌與股外側(cè)肌的肌電信號。分析5種康復(fù)動作各肌肉積分肌電與股內(nèi)側(cè)肌與股外側(cè)肌發(fā)力平衡性。結(jié)果5項康復(fù)訓(xùn)練肌肉發(fā)力平衡性中靜蹲訓(xùn)練與短弧伸膝、直腿抬高存在顯著差異(p<0.05,p<0.05),靜力收縮與短弧訓(xùn)練存在顯著差異(p<0.05)。因動作發(fā)力方式不同，將5種動作分為動力性與靜力性進行發(fā)力程度對比。3項動力性訓(xùn)練中，直腿抬高訓(xùn)練股直(iEMG值與短弧伸膝、坐位伸膝存在非常顯著差異性(p<0.01,p<0.01),股內(nèi)側(cè)肌與股外側(cè)肌發(fā)力無顯著差異(p>0.05)；兩項靜力性訓(xùn)練中，靜力收縮時股直肌與股外側(cè)肌iEMG值顯著高于靜蹲(p<0.05),股內(nèi)側(cè)肌發(fā)力無顯著差異(p>0.05)。結(jié)論在目前常用的5種康復(fù)訓(xùn)練動作中，靜蹲訓(xùn)練股內(nèi)側(cè)肌與股外側(cè)肌發(fā)力平衡值最高；動力性康復(fù)訓(xùn)練中直腿抬高相比短弧伸膝、坐位伸膝可更有效刺激股直??；靜力性收縮中股四頭肌靜力收縮可以有效刺激股直肌和股外側(cè)肌。康復(fù)訓(xùn)練中應(yīng)根據(jù)患者股四頭肌發(fā)力障礙特點選擇適合的康復(fù)動作。關(guān)鍵詞：股四頭肌；康復(fù)訓(xùn)練；表面肌電；運動醫(yī)學(xué)；身體活動膝關(guān)節(jié)是運動損傷的好發(fā)關(guān)節(jié)0膝關(guān)節(jié)損傷后局部出現(xiàn)疼痛、腫脹等癥狀，產(chǎn)生保護性肌肉抑制，進而造成肌肉的廢用性萎縮，肌力下降,膝關(guān)節(jié)功能障礙等,嚴(yán)重影響患者的日常生活!康復(fù)訓(xùn)練是膝關(guān)節(jié)損傷后的常用治療方式之一，可促進下肢血液循環(huán)，防止肌肉萎縮,提高患者膝關(guān)節(jié)力量，增加膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性等，在骨關(guān)節(jié)炎、4股關(guān)節(jié)疼痛、半月板損傷的治療或膝關(guān)節(jié)術(shù)后康復(fù)中均取得良好效果：1-3]0股四頭肌是膝關(guān)節(jié)的唯一伸膝肌，對膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用,因此被認(rèn)為是康復(fù)訓(xùn)練的重點0股四頭肌由股內(nèi)側(cè)肌(vastusmedialisobliquus,VMO)、股外側(cè)肌(Vastuslateralis,VL)、股中間肌(vastusinternus,VI)和股直肌(rectusfemoris,RF)4部分組成!當(dāng)膝關(guān)節(jié)發(fā)生不同損傷時，患者在運動過程中可能會出現(xiàn)股四頭肌不同部分差異性激活的現(xiàn)象⑷,如有研究發(fā)現(xiàn)4股關(guān)節(jié)疼痛患者相比健康人群在進行下樓梯、下蹲等活動時會出現(xiàn)股內(nèi)側(cè)肌激活程度減小，股外側(cè)肌發(fā)力增加的現(xiàn)象；同樣的現(xiàn)象也存在于4腱末端病患者當(dāng)中⑸。同時，股四頭肌差異性激活也可能是引起膝關(guān)節(jié)疼痛的主要原因⑹。因此對不同膝關(guān)節(jié)疾病患者應(yīng)選擇適合的康復(fù)訓(xùn)練動作進行針對性干預(yù)表面肌電測試(surfaceelectromyography,sEMG)廣泛應(yīng)用于人體肌肉活動情況的研究中0表面肌電信號是神經(jīng)沖動傳導(dǎo)至肌肉導(dǎo)致肌肉收縮時產(chǎn)生的可傳導(dǎo)至皮膚表面的生物電信號，當(dāng)神經(jīng)肌肉活動導(dǎo)致肌肉收縮時，信號可通過表面肌電測試系統(tǒng)在皮膚表面收集并進行分析，可一定程度上反應(yīng)局部肌肉激活水平、疲勞程度與收縮形式等⑻。在目前將表面肌電應(yīng)用于康復(fù)訓(xùn)練動作的研究中，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)閉鏈運動比開鏈運動能更好地促進股四頭肌的平衡發(fā)力回。而國內(nèi)目前尚無針對臨床上常用的康復(fù)訓(xùn)練動作的肌肉發(fā)力情況進行綜合對)的研究0因此，本實驗采用表面肌電測試技術(shù)，對目前臨床常用的5種股四頭肌康復(fù)訓(xùn)練動作中肌肉發(fā)力情況進行對比分析，旨在為膝關(guān)節(jié)不同損傷類型患者的康復(fù)訓(xùn)練中選擇適合的訓(xùn)練動作提供一定的可參考依據(jù)!1研究對象與方法1-1研究對象2020年5月于石家莊德瑞運動康復(fù)醫(yī)療中心進行實驗,共招募14名受試者參與本次研究，其中男性8例，女性6例,年齡18至37歲，平均年齡(26.64±6.01)歲0所有受試者均身體健康，實驗前24h內(nèi)，未參加劇烈運動,不存在肌肉疲勞狀況0受試者均自愿參與本次實驗，并對實驗內(nèi)容均完全知情!受試者基本信息見表1。表1受試者基本情況表例數(shù)性別(男/女)年齡(歲) 身高(CL) 體重!kg)14 8/6 26.64±6.01 171.14±8.0870.50±12.571.2研究方法1.2.1測試準(zhǔn)備本研究采用Trigno型無線遙測表面肌電測試系統(tǒng)(Del-sys，美國)對表面肌電信號進行采集0選擇受試者優(yōu)勢腿進行測試，選取股四頭肌中股內(nèi)側(cè)肌、股外側(cè)肌、股直肌為肌電主要測試肌肉!測試前首先對受試者皮膚進行處理，剔除汗毛,使用75%醫(yī)用酒精擦拭皮膚，用棉球擦拭各肌肉電極位點及其周圍的液體!將電極延肌肉方向貼于各肌肉肌腹處!具體電極位置如下叫1)股內(nèi)側(cè)肌：電極片置于從膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間隙到H前上棘距離的20%處,兩電極片連線與股骨長軸成55。夾角。2)股直?。弘姌O片置于大腿前側(cè)，4骨上緣與骼前上棘連線的中點。3)股外側(cè)肌：電極片置于4骨外上角到骼前上棘距離的1/10的位置，兩電極片連線與股骨長軸成15。夾角。1.2.2測試步驟正式實驗前，由實驗組織者告知測試者實驗?zāi)康募安襟E,對5種康復(fù)運動方式進行充分的熟悉，能正確完成動作，要求動作連貫自然0受試者在測試前進行2min準(zhǔn)備活動。受試者首先進行最大自主等長收縮測試(MaximumVol-untaryContraction,MVC)$11]0受試者取坐位,保持屈髓屈膝60。,測試過程中以非彈性綁帶固定骨盆與小腿處,所有受試者進行3次全力伸膝，每次維持5s的最大自主等長收縮，確定MVC肌電數(shù)據(jù)。受試者休息30min后進行康復(fù)動作測試，康復(fù)動作依據(jù)發(fā)力形式不同可分為動力性動作與靜力性動作，動力性動作包括直腿抬高、短弧伸膝、坐位伸膝；靜力性動作包括股四頭肌靜力收縮和靜蹲$12%。測試動作說明如下：股四頭肌靜力收縮:仰臥位,膝關(guān)節(jié)伸直，進行股四頭肌靜力收縮。直腿抬高：仰臥位，膝關(guān)節(jié)伸直，抬離床面至30。,而后緩慢下落!短弧伸膝:仰臥位,在測試腿膝關(guān)節(jié)下方放置訓(xùn)練板,使膝關(guān)節(jié)呈60。，固定大腿不動,緩慢伸膝抬起小腿至膝關(guān)節(jié)完全伸直，而后緩慢下落。坐位伸膝:坐位,將胴窩貼住椅子以固定大腿，膝關(guān)節(jié)呈90。,緩慢抬起小腿至完全伸膝,而后緩慢下落0靜蹲:站立位背靠墻，緩慢下蹲屈膝至膝關(guān)節(jié)呈45。,做半蹲狀。5個動作的先后順序采用抽簽方式生成。為保證肌電測試時間統(tǒng)一，所有動作每次均以5s完成。其中靜力性動作持續(xù)5s,動力性動作采取發(fā)力2s,還原3s的方式進行測試。每個動(重復(fù)3次。受試者完成一個動作的測試后，經(jīng)過2min的休息后接著進行下一種動作測試。1.2.3表面肌電信號處理獲得的表面肌電數(shù)據(jù)使用EMGserver分析軟件進行處理0將原始肌電信號經(jīng)過濾波(20?400Hz)、整流處理后，計算每塊肌肉的積分肌電值(integratedelectromyogram,iEMG),使用MVC測試數(shù)據(jù)對各康復(fù)動作肌電信號進行標(biāo)準(zhǔn)化(%MVC),使用重復(fù)3次動作的iEMG相對值的平均值進行數(shù)據(jù)分析$11]01.3數(shù)據(jù)分析采用SPSS24.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析，正態(tài)分布數(shù)據(jù)用平均值土標(biāo)準(zhǔn)差(W±SD)表示。由于5種康復(fù)訓(xùn)練方式肌肉收縮形式不同，因此僅將VMO&VL指標(biāo)進行所有康復(fù)動作)較，而后分別比較動力性動作與靜力性動作中不同肌肉的發(fā)力程度。VMO：VL值與3種動力性動作采用重復(fù)測量方差分析；2種靜力性動作采用配對樣本T檢驗，分析不同康復(fù)動作對受試者股四頭肌肌肉活動的影響。以（＜0.05為顯著性差異,（＜0.01為非常顯著性差異%2結(jié)果2.1康復(fù)訓(xùn)練的發(fā)力平衡表2與圖1顯示5種膝關(guān)節(jié)康復(fù)動作中股內(nèi)側(cè)肌與股外側(cè)肌肌肉發(fā)力程度比值的變化。靜蹲股四頭肌VMO：VL值最高，直腿抬高最低。靜蹲、靜力收縮與坐位伸膝動（VMO：VL值大于1；短弧伸膝與直腿抬高訓(xùn)練VMO：VL值小于1。結(jié)果顯示，Wilks'Lambda=0.268,F（4,10）=6.82,p＜0.01,表明5種康復(fù)動作中的發(fā)力平衡存在非常顯著性差異％事后檢驗顯示靜蹲與直腿抬高、短弧伸膝存在顯著性差異（（＜0.05,（＜0.05）；靜力性收縮與短弧訓(xùn)練存在顯著性差異（（＜0.05）,其他動作間無顯著差異（（＞0.05）。表2不同康復(fù)訓(xùn)練的發(fā)力平衡比較靜蹲 靜力收縮短弧伸膝直腿抬高坐位伸膝VMO：VL1.16±0.411.01±0.300.86±0.310.84±0.111.08±0.15靜蹲靜力收縮短弧伸膝直腿抬高坐位伸膝圖1不同康復(fù)訓(xùn)練的發(fā)力平衡圖2.2動力性動作股四頭肌發(fā)力程度表3與圖2顯示不同動力性康復(fù)動作所有測試肌肉的iEMG值的變化。結(jié)果顯示3種動力性動作中股直肌發(fā)力程度存在顯著性差異,F（2,12）=13.23,p＜0.01；而股內(nèi)側(cè)?。海?,12）=1.91,（＞0.05,股外側(cè)肌F（2,12）=6.24,（＞0.05,顯示3種訓(xùn)練中股內(nèi)側(cè)肌與股外側(cè)肌不存在顯著性差異。事后檢驗結(jié)果顯示直腿抬高訓(xùn)練股直肌發(fā)力與其他兩動作存在非常顯著差異性（（＜0.01,（＜0.01）。表3動力性康復(fù)訓(xùn)練相對iEMG值股內(nèi)側(cè)肌股直肌股外側(cè)肌短弧伸膝0.19±0.090.17±0.100.25±0.15直腿抬高0.17±0.100.44±0.26**0.23±0.17坐位伸膝0.14±0.090.24±0.140.15±0.12注:**代表（＜0.01,與其他兩組存在非常顯著差異圖2動力性動作股四頭肌發(fā)力程度2.3靜力性動作股四頭肌發(fā)力程度表4顯示兩種靜力性康復(fù)動作所有測試肌肉的iEMG值的變化。本研究結(jié)果顯示，靜力性動作中，股直肌與股外側(cè)肌肌肉發(fā)力情況存在顯著性差異（（＜0.05）,而股內(nèi)側(cè)肌不存在顯著性差異（p＞0.05）o表4靜力性康復(fù)訓(xùn)練相對iEMG值股內(nèi)側(cè)肌股直肌股外側(cè)肌靜蹲0.61±0.290.30±0.200.57±0.34靜力性收縮0.84±0.260.47±0.27*0.92±0.37**注:*代表（＜0.05,存在顯著差異；**代表（＜0.01,存在非常顯著差異靜蹲 靜力性收縮圖3靜力性動作股四頭肌發(fā)力程度3討論膝關(guān)節(jié)是人體下肢的主要負重關(guān)節(jié)，在運動中其穩(wěn)定性有賴于膝關(guān)節(jié)周圍肌肉，股四頭肌作為膝關(guān)節(jié)唯一的伸膝肌,在膝關(guān)節(jié)的動態(tài)穩(wěn)定性方面具有至關(guān)重要的作用。骨骼肌具有快速適應(yīng)外界環(huán)境變化的特點，在較強機械力的作用下表現(xiàn)為相應(yīng)的肥大，而在制動、固定及失重狀態(tài)下則表現(xiàn)為相應(yīng)的肌肉萎縮，導(dǎo)致肌力、耐力減退等功能性變化［4］。膝關(guān)節(jié)損傷后，由于活動減少，患者股四頭肌存在不同程度的肌力下降%當(dāng)股四頭肌力量下降時,會造成關(guān)節(jié)穩(wěn)定性降低,在運動過程中極易出現(xiàn)膝關(guān)節(jié)新的急性損傷，惡性循環(huán)％不僅如此，因無法維持膝關(guān)節(jié)各組織間的相對穩(wěn)定，組織間長期產(chǎn)生異常摩擦也容易引起一些慢性的勞損,如滑膜炎、4骨軟化、骨性關(guān)節(jié)炎等。因此恢復(fù)膝關(guān)節(jié)損傷患者股四頭肌的力量十分重要%目前常用于臨床的股四頭肌康復(fù)訓(xùn)練中，依據(jù)肌肉收縮形式的不同，可分為動力性訓(xùn)練與靜力性訓(xùn)練％靜力性訓(xùn)練為通過長時間的等長收縮以刺激肌肉，常見訓(xùn)練包括股四頭肌靜力收縮、靜蹲等，多用于康復(fù)初期或膝關(guān)節(jié)屈伸會引起癥狀加重的患者#動力性訓(xùn)練中肌肉通過向心與離心收縮的方式進行訓(xùn)練，常見訓(xùn)練包括短弧伸膝、坐位伸膝、直腿抬高等，多用于需要提高膝關(guān)節(jié)主動伸膝能力患者$表面肌電指標(biāo)可分為時域指標(biāo)與頻域指標(biāo)%13&$時域分析指標(biāo)主要觀察肌肉收縮過程中募集的肌電程度的大小，即肌電信號的振幅特征，反映運動單位募集數(shù)量的變化%#&$iEMG值是目前常用的時域指標(biāo)之一，指表面肌電圖單位時間內(nèi)整流波的面積，可以反映單位時間內(nèi)骨骼肌放電總量和肌力的變化，在運動系統(tǒng)傷病評定過程中有非常重要的價值%5&$本研究通過對股四頭肌，重點對股內(nèi)側(cè)肌、股直肌、股外側(cè)肌在進行靜蹲、靜力收縮、短弧伸膝、直腿抬高以及坐位伸膝等5種不同運動形式的康復(fù)訓(xùn)練的iEMG信號進行采集與分析,研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)在發(fā)力平衡方面，靜蹲、靜力收縮與坐位伸膝動作發(fā)力平衡值大于1,短弧伸膝與直腿抬高訓(xùn)練發(fā)力平衡值小于1,但5種康復(fù)訓(xùn)練動作中靜蹲訓(xùn)練發(fā)力平衡明顯優(yōu)于短弧伸膝與直腿抬高,靜力性收縮優(yōu)于短弧伸膝,顯示坐位伸膝與兩種靜力性訓(xùn)練對于股四頭肌平衡發(fā)力更好；3種動力性動作中,直腿抬高動作股直肌發(fā)力高于短弧伸膝與坐位伸膝,在刺激股直肌方面效果更好；）種靜力性動作中股四頭肌靜力性收縮股直肌與股外側(cè)肌發(fā)力程度高于45。靜蹲,對肌肉刺激效果更佳$康復(fù)訓(xùn)練的目的是以增加膝關(guān)節(jié)力量為主$不同康復(fù)訓(xùn)練動作對肌肉的刺激作用也存在差異$Irish%11&通過對比靜蹲、坐位伸膝與弓步蹲等3種訓(xùn)練動作，發(fā)現(xiàn)靜蹲訓(xùn)練刺激股內(nèi)側(cè)肌效果優(yōu)于坐位伸膝與弓步蹲，坐位伸膝和靜蹲訓(xùn)練刺激股外側(cè)肌效果優(yōu)于弓步蹲$本研究結(jié)果顯示，短弧收縮、直腿抬高以及坐位伸膝3項動力性動作中，對于股內(nèi)側(cè)肌與股外側(cè)肌的刺激程度基本相同$而直腿抬高對股直肌的激活程度顯著高于其他兩項$不同于股內(nèi)側(cè)肌與股外側(cè)肌，股直肌起自H前下棘和髓臼上方，跨過髓關(guān)節(jié)與膝關(guān)節(jié),屬于雙關(guān)節(jié)肌,在伸膝的同時還具有屈髓的功能$而直腿抬高是在股四頭肌發(fā)力維持伸膝的同時進行屈髓運動，因此對股直肌有更好的刺激作用$在兩項靜力性動作中,結(jié)果顯示在進行靜力收縮時股直肌與股外側(cè)肌的肌肉發(fā)力程度高于靜蹲,而股內(nèi)側(cè)肌發(fā)力不存在差異$這是由于在股四頭肌靜力收縮過程中，患者采用全力的方式進行股四頭肌收縮，肌纖維得到了更高的動員$而在靜蹲過程中，患者膝關(guān)節(jié)僅需要使用維持身體的姿勢,因此發(fā)力較小$肌纖維的活動依賴于神經(jīng)信息的驅(qū)動，在膝關(guān)節(jié)損傷后,股四頭肌不僅出現(xiàn)肌力下降，肌肉的激活也會發(fā)生障礙，即肌肉不能啟動所有的運動單位或從啟動的運動單位中不能獲得最大放電率?？赡苁且蛳リP(guān)節(jié)損傷后異常的傳入信息改變了！;經(jīng)對肌肉紡錘體的驅(qū)動%14&，影響了脊髓或更高水平中樞對股四頭肌的運動;經(jīng)元池的興奮驅(qū)動，引起了肌肉的抑制%15&$就股四頭肌而言，具體表現(xiàn)為VM0與VL的差異性激活$在股四頭肌的肌群中，VM0和VL是相互協(xié)同又互為拮抗的兩塊肌肉，股內(nèi)側(cè)肌與股外側(cè)肌的肌力平衡，對4股關(guān)節(jié)接觸應(yīng)力分布和4骨運動軌跡有非常大的影響$股內(nèi)斜肌和股外側(cè)肌在肌力、激發(fā)順序等方面的異常均可能導(dǎo)致兩者的不平衡狀態(tài)，影響4骨活動軌跡，進而導(dǎo)致伸膝裝置的功能異常%16]$如Mirzaie等詢通過對比健康人群與4骨關(guān)節(jié)疼痛患者在進行功能性動作時的下肢表面肌電情況，結(jié)果表明4股關(guān)節(jié)綜合征患者在運動中股內(nèi)側(cè)肌激活程度小于股外側(cè)肌$VM0和VL的iEMG）值（VM0：VL）是衡量股內(nèi)斜肌/股外側(cè)肌之間肌力平衡狀況的重要指標(biāo)%11]$當(dāng)VM0：VL值等于或大于1時有利于4骨關(guān)節(jié)在運動過程中的穩(wěn)定口引。因此有學(xué)者提出在康復(fù)訓(xùn)練中應(yīng)重視訓(xùn)練動作肌肉發(fā)力平衡情況，而針對不同損傷后出現(xiàn)膝關(guān)節(jié)的股四頭肌各部分萎縮與激活差異進行針對性訓(xùn)練%6&$繆萍等詢對下肢開鏈運動與閉鏈運動對股四頭肌中股內(nèi)側(cè)肌與股外側(cè)肌的練習(xí)平衡性的影響進行了研究，結(jié)果顯示坐位伸膝中股外側(cè)肌與股內(nèi)側(cè)肌比值大于雙足下蹲，且大于1,雙足半蹲動作更接近膝關(guān)節(jié)的發(fā)力平衡，認(rèn)為屈膝時的閉鏈運動能夠更有選擇性地激發(fā)股內(nèi)側(cè)肌$而在本研究的訓(xùn)練動作中，靜蹲屬于閉鏈訓(xùn)練，其余4種訓(xùn)練動作屬于開鏈訓(xùn)練$5種康復(fù)訓(xùn)練結(jié)果同樣顯示靜蹲訓(xùn)練"VM0：VL）值大于1,發(fā)力平衡比值最高，且與短弧伸膝、直腿抬高等開鏈運動存在差異,與其研究結(jié)果一致$而在本研究的開鏈訓(xùn)練中,坐位伸膝與靜力收縮肌肉發(fā)力比值同樣大于1,結(jié)果與