動(dòng)態(tài)下脊柱側(cè)提時(shí)移除的肌電圖研究

動(dòng)態(tài)下脊柱側(cè)提時(shí)移除的肌電圖研究

通過模擬一只手的負(fù)荷臂的側(cè)方運(yùn)動(dòng)，可以調(diào)查下肢損傷的原因。側(cè)提常可增加下腰部損傷的危險(xiǎn)性。動(dòng)力性側(cè)提時(shí)這種危險(xiǎn)性比靜止?fàn)顟B(tài)下的側(cè)提增高3倍,因?yàn)?需要控制骨骼肌,協(xié)調(diào)多個(gè)部位位置的改變,配合軀干運(yùn)動(dòng)和平衡的穩(wěn)定。下腰部的損傷可以發(fā)生在骨骼肌不協(xié)調(diào)活動(dòng)的狀況下。因此,詳細(xì)了解側(cè)提時(shí)軀干肌活動(dòng)及其特性,可以幫助改善勞動(dòng)環(huán)境和活動(dòng)姿勢(shì),減少脊柱損傷。肌電圖(EMG)監(jiān)控軀干肌活動(dòng),對(duì)肌電定性和定量可以研究軀干骨骼肌的協(xié)調(diào)活動(dòng)。在應(yīng)用表面電極的EMG測(cè)量和200N單手側(cè)提的生物力學(xué)模型研究中,不同的軀干側(cè)提位置顯示EMG無改變。應(yīng)用肌內(nèi)電極在靜態(tài)軀干位置監(jiān)控軀干肌,顯示大多數(shù)骨骼肌活動(dòng)依賴于軀干位置的變化,并且雙側(cè)腹部肌比背部肌參與更多的軀干協(xié)調(diào)活動(dòng)。本文研究動(dòng)態(tài)下脊柱側(cè)方運(yùn)動(dòng)時(shí)軀干肌的反應(yīng)特點(diǎn),并了解單手不同負(fù)重側(cè)提和側(cè)放間的軀干肌反應(yīng)。1材料和方法1.1試驗(yàn)2:單次屈位向最大位負(fù)面為0.3側(cè)屈和復(fù)位后屈曲試驗(yàn)6位健康人,5男1女,平均年齡(25±4)歲,平均體重(78±8)kg和平均身高(1.82±0.04)m。受試者站立,單手(右手)分別負(fù)重0kg、2kg和20kg,進(jìn)行軀干側(cè)屈運(yùn)動(dòng)。軀干在冠狀面上從最大同側(cè)(負(fù)重側(cè))屈位向最大位對(duì)側(cè)(非負(fù)重側(cè))側(cè)屈,然后復(fù)位。前者側(cè)提,后者側(cè)放,來回側(cè)屈運(yùn)動(dòng)持續(xù)2s+2s(用節(jié)拍器控制)。受試者還進(jìn)行2s單一40kg側(cè)放運(yùn)動(dòng),即從最大位的對(duì)側(cè)(非負(fù)重)向最大同側(cè)(負(fù)重側(cè))屈位側(cè)屈。每項(xiàng)活動(dòng)重復(fù)3次,記錄最后一次的試驗(yàn)用來分析。重物放入鐵盒中,與一根不能被拉長的繩相連,通過固定于天花板和地板上的滑輪與手柄連結(jié),手柄與繩間與可調(diào)長短的鐵鏈連接,以適應(yīng)不同的身高。鐵盒周圍置框架防止重物擺動(dòng)(見圖1a)。受試者胸前置橫桿,限制軀干前后屈伸和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。雙足站立分開,距兩足的第1跖趾關(guān)節(jié)間30cm。一臺(tái)VHS攝像機(jī)(S-VHSAG-450,Panasonic)置受試者身后監(jiān)視脊柱S1、L1和C7上的標(biāo)記(見圖1a),以利軀干冠狀面運(yùn)動(dòng)的數(shù)字化處理。1.2肌電圖的記錄B型超聲波引導(dǎo)定位下,消毒注射針頭分別從L3,4水平位置插入雙極線性電極(編織的銀電極LeicoIndustries,USA)到右側(cè)腰、背、腹肌群內(nèi):腰大肌(PS),腰方肌(QL),腹橫肌(TrA),外側(cè)和內(nèi)側(cè)豎直肌(ESL和ESM),腹內(nèi)斜肌(OI),腹外斜肌(OE)和腹直肌(RA)。首先,記錄各肌最大靜態(tài)收縮(MVC)的肌電圖;然后進(jìn)入試驗(yàn)。1.3術(shù)后同側(cè)和主動(dòng)肌運(yùn)動(dòng)情況APAS系統(tǒng)(ArielDynamics,LaJolla,CA,USA)對(duì)脊柱標(biāo)記作半自動(dòng)數(shù)字化處理,計(jì)算脊柱S1~C7和L1~C7對(duì)垂直軸的角位移(0°),正值示脊柱向同側(cè)(負(fù)重側(cè))的側(cè)屈,負(fù)值示向?qū)?cè)側(cè)屈(見圖1c)。脊柱角位移資料的主要目的是認(rèn)證不同軀干肌運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)肌電活動(dòng)期相。全脊柱側(cè)方運(yùn)動(dòng)期間,軀干5個(gè)位置被認(rèn)證;單一側(cè)放中,有3個(gè)位置被認(rèn)證(見圖1b,1c)?；谡J(rèn)證點(diǎn),前者分為B、C、D、E四個(gè)運(yùn)動(dòng)期,后者分為D、E兩個(gè)運(yùn)動(dòng)期。此外,起點(diǎn)前的200ms定義為側(cè)提前期(A)。典型的肌電活動(dòng)見圖2。以認(rèn)證位置進(jìn)行肌電分析。計(jì)算各同名肌群同側(cè)與對(duì)側(cè)EMG的比率,為同名雙側(cè)肌的協(xié)同活動(dòng)率(同側(cè)指負(fù)重側(cè))。對(duì)協(xié)同活動(dòng)率分析僅限于B和E期,因該二期是對(duì)側(cè)主動(dòng)肌主要活動(dòng)和同側(cè)拮抗肌相對(duì)處于穩(wěn)定功能狀態(tài)時(shí)期。用美國數(shù)學(xué)會(huì)軟件Statistica做統(tǒng)計(jì)分析,計(jì)算EMG和協(xié)同活動(dòng)率的均值和標(biāo)準(zhǔn)誤(SE)、t檢驗(yàn)、單因素方差檢驗(yàn)和Post-hocSchéffé檢驗(yàn)評(píng)價(jià)變量的顯著性差異P<0.05。2結(jié)果2.1s1c7c75處全脊柱(S1~C7)側(cè)屈約34°~38°,上半脊柱(L1~C7)26°~31°。側(cè)提期,兩節(jié)段的角位移大約在脊柱位置0°~-5°處相等,接近軀干直立(見圖1,2)。S1~C7最大側(cè)屈的角位移約-27°~-38°和L1~C7約-22°~-31°。側(cè)放期,在-1°~3°時(shí),兩節(jié)段的脊柱角位移再一次接近直立。負(fù)重0~20kg,運(yùn)動(dòng)范圍從750減低到61°(S1~C7),61°~49°(L1~C7)。40kg單一側(cè)放,平均運(yùn)動(dòng)范圍分別是65°(S1~C7)和53°(L1~C7)。2.2測(cè)負(fù)行為與肌肉emg%mvc的變化總的EMG規(guī)律,承重0~2kg,在軀干來回運(yùn)動(dòng)的全程中,軀干肌以3個(gè)基本活動(dòng)期表現(xiàn)(見圖2)。第一個(gè)來自對(duì)側(cè)肌,第二個(gè)同側(cè)肌,第三個(gè)再來自對(duì)側(cè)肌。承重20kg和單一側(cè)放40kg,同側(cè)肌活動(dòng)缺失或非常低?；顒?dòng)水平?jīng)Q定于運(yùn)動(dòng)期相、負(fù)重大小和側(cè)提還是側(cè)放(見圖2~4)。對(duì)側(cè)肌活動(dòng)隨負(fù)荷增加而增加,與運(yùn)動(dòng)期相有關(guān);最高對(duì)側(cè)肌活動(dòng)在早期側(cè)提(B),最高同側(cè)肌活動(dòng)在早期側(cè)放(D)。整個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi),側(cè)提時(shí)對(duì)側(cè)肌活動(dòng)比同一負(fù)荷的側(cè)放要高。對(duì)側(cè)肌EMG的振幅(%MVC,圖3左側(cè))腹部肌:運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi),腹橫肌活動(dòng)17%~78%,腹內(nèi)斜肌12%~77%,腹外斜肌12%~84%,腹直肌5%~54%。腹直肌活動(dòng)顯著低于其他腹部肌。所有肌的最高活動(dòng)在B期,負(fù)重時(shí)最低活動(dòng)在D期,非負(fù)重時(shí)側(cè)提晚期(C)也較低。負(fù)重增加,B、C、E期腹部肌活動(dòng)逐漸增加;而側(cè)提前期(A)和D期變化較少。側(cè)放晚期(E)肌活動(dòng)顯著低于對(duì)應(yīng)側(cè)提期(B),分別是21%~47%對(duì)54%~84%。40kg單一側(cè)放E期,腹直肌活動(dòng)為34%,而腹橫肌,腹內(nèi)、外斜肌均為50%。背部肌:外側(cè)豎直肌活動(dòng)2%~78%,內(nèi)側(cè)豎直肌4%~72%,腰方肌5%~72%和腰大肌5%~53%。背部肌活動(dòng)與腹部肌相似,但趨于更低,特別于0~2kg時(shí)。背部肌的期相依從性與腹部肌一樣。背部肌EMG在期相B和C隨負(fù)重增加而增高;但是,這種結(jié)果在期相A、D和E時(shí)確不明顯。側(cè)放晚期(E)與腹部肌一樣,低于側(cè)提早期(B)(20%~28%對(duì)53%~78%)。40kg單一側(cè)放E期約24%~32%。背部肌活動(dòng)(12%~32%)少于腹橫肌、內(nèi)、外斜肌(16%~50%)。同側(cè)肌的EMG(%MVC,見圖3)腹部肌:腹橫肌活動(dòng)7%~27%,腹內(nèi)斜肌8%~38%,腹外斜肌7%~36%,腹直肌0~24%。最大活動(dòng)在非負(fù)重和輕負(fù)重的側(cè)放早期(D)。EMG低活動(dòng)(2%~19%)顯示在20kg和40kg負(fù)重,期相間沒有明顯差別。非負(fù)重和輕負(fù)重時(shí),腹內(nèi)、外斜肌活動(dòng)兩倍于高負(fù)重的同期。背部肌:外側(cè)豎直肌活動(dòng)2%~27%,內(nèi)側(cè)豎直肌1%~27%,腰方肌1%~19%和腰大肌1%~14%。唯一可見到的不同在非負(fù)重和輕負(fù)重情況下。D期,外側(cè)、內(nèi)側(cè)豎直肌和腰方肌活動(dòng)很強(qiáng)。內(nèi)側(cè)豎直肌在C期較強(qiáng)。背部肌對(duì)負(fù)重和期相的依賴性與腹部肌一樣;但是,大多數(shù)情況下同側(cè)背部肌活動(dòng)弱到可以被忽視,而且不受負(fù)重和運(yùn)動(dòng)的影響。2.3腹、肢體協(xié)同活動(dòng)率負(fù)重,所有肌在側(cè)提早期(B)的協(xié)同活動(dòng)率是3%~49%;對(duì)應(yīng)側(cè)放期(E)的協(xié)同活動(dòng)率7%~88%。側(cè)放時(shí)肌協(xié)同活動(dòng)率比側(cè)提時(shí)更高(E>B),與負(fù)重條件無關(guān)。增加負(fù)重,所有腹、背部肌的B、E期的協(xié)同活動(dòng)率均降低。負(fù)重下,無論在側(cè)提還是側(cè)放,腹部肌的協(xié)同活動(dòng)率都比背部肌高,而且對(duì)負(fù)重和運(yùn)動(dòng)比背部肌更敏感。3討論3.1腰椎協(xié)同活動(dòng)情況這項(xiàng)研究的主要發(fā)現(xiàn)有3點(diǎn):①側(cè)對(duì)側(cè)脊柱運(yùn)動(dòng)期間,軀干肌共濟(jì)協(xié)調(diào)活動(dòng)取決于軀干位置和負(fù)重。②腹部肌,特別是斜肌和橫肌,協(xié)同活動(dòng)水平較高,顯示他們穩(wěn)定脊柱的作用比其他肌更大,特別在輕負(fù)重側(cè)放時(shí)。③雙側(cè)肌協(xié)同活動(dòng)的程度側(cè)放比側(cè)提更高,無負(fù)重和輕負(fù)重比重負(fù)重更高。3.2不同期相的干法活動(dòng)脊柱側(cè)方運(yùn)動(dòng)的平均角速度大約在15°/s,具有彈道的特性,無論有負(fù)重、無負(fù)重這些運(yùn)動(dòng)都是相當(dāng)流暢和對(duì)稱的。期相B,重力對(duì)抗軀干同側(cè)運(yùn)動(dòng),取決于軀干位置的變化。直立位置時(shí),重力隨力臂的縮短而降低;而期相C,重力協(xié)助軀干向?qū)?cè)側(cè)屈。重力在側(cè)放時(shí)作用則相反,即期相D對(duì)抗運(yùn)動(dòng),期相E協(xié)助運(yùn)動(dòng)。因此,當(dāng)骨骼肌產(chǎn)生的力矩大于重力所產(chǎn)生的力矩時(shí),在期相B會(huì)產(chǎn)生對(duì)側(cè)運(yùn)動(dòng),期相D產(chǎn)生軀干同側(cè)加速運(yùn)動(dòng);但期相C向?qū)?cè)和期相E向同側(cè)做軀干減速運(yùn)動(dòng)。也就是說同側(cè)單手負(fù)重,在期相B和E時(shí)需要對(duì)側(cè)肌更多的肌力做功,而在期相C和D時(shí)對(duì)同側(cè)肌肌力的需要量減少。為了適應(yīng)外來負(fù)荷變化引起的動(dòng)力輸出,神經(jīng)系統(tǒng)不得不調(diào)整內(nèi)力環(huán)境,如:骨骼肌長度和力臂長度的改變、被動(dòng)結(jié)構(gòu)的拉伸和壓縮、以及骨骼肌活動(dòng)類型,以影響作為某種活動(dòng)狀態(tài)下肌肉凈力矩的產(chǎn)出。本實(shí)驗(yàn)所表現(xiàn)的基本EMG類型顯示在側(cè)提第一部分(B)和側(cè)放最后部分(E)的對(duì)側(cè)肌活動(dòng);并與側(cè)提最后部分(C)和側(cè)放第一部分(D)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)(P)處的同側(cè)肌活動(dòng)交替出現(xiàn)。前者,活動(dòng)隨負(fù)重的增加而增加;后者,反而減低。后者因增加負(fù)重被減速。側(cè)對(duì)側(cè)的軀干運(yùn)動(dòng)是一個(gè)鏡照關(guān)系,提示相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)期相肌力或力矩的需求是一致的,即B和E,C和D;但是,與加速時(shí)對(duì)比,肌活動(dòng)的水平在減速運(yùn)動(dòng)期相時(shí)明顯降低。減速運(yùn)動(dòng)是離心性肌肉活動(dòng),肌肉拉長;加速運(yùn)動(dòng)是向心性活動(dòng),肌肉縮短。離心性活動(dòng)時(shí),肌肉活動(dòng)產(chǎn)生力較向心性活動(dòng)要少。負(fù)重時(shí)對(duì)側(cè)運(yùn)動(dòng)期相(期相C和D),也可因手臂和身體間的摩擦力所加強(qiáng),從而產(chǎn)生側(cè)提阻抗力矩和側(cè)放協(xié)助力矩。3.3抗肌作用的穩(wěn)定性對(duì)側(cè)肌活動(dòng)引起運(yùn)動(dòng)的加速和減速,肌活動(dòng)時(shí)力矩對(duì)抗外力矩。從力學(xué)的觀點(diǎn)來看,運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生對(duì)抗力矩是按照需要來達(dá)到效果,需要拮抗肌的協(xié)助。軀干非均勻負(fù)重時(shí),拮抗肌協(xié)同活動(dòng)是為了增加穩(wěn)定、繃緊關(guān)節(jié)和調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)面的應(yīng)力分布。拮抗肌活動(dòng)對(duì)平衡所有平面和所有腰部關(guān)節(jié)的力矩是必要的。生物力學(xué)模型研究提示腹肌的共同收縮能夠增進(jìn)腰部脊柱的穩(wěn)定性。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)雙側(cè)協(xié)同活動(dòng)提示腹部肌比背部肌起著更重要的作用。無負(fù)重和輕負(fù)重時(shí),對(duì)拮抗肌協(xié)同活動(dòng)的需求更大。這與早期觀察靜態(tài)條件和生物力學(xué)模型實(shí)驗(yàn)的預(yù)測(cè)是一致的。本文協(xié)同活動(dòng)的程度以同側(cè)/對(duì)側(cè)間的比率為例。側(cè)提和側(cè)放中隨負(fù)重的增加協(xié)同活動(dòng)率很低,主要是因?yàn)閷?duì)側(cè)肌活動(dòng)的增加;而且增加負(fù)重,同側(cè)肌活動(dòng)不變或更低。冠狀面上手抓重負(fù)荷,對(duì)穩(wěn)定需要減低。提高主動(dòng)肌活動(dòng)同樣增加穩(wěn)定;但也可以失穩(wěn)定,是為了不干擾因負(fù)擔(dān)重負(fù)荷所需對(duì)側(cè)肌凈力矩的產(chǎn)生,來減少同側(cè)肌的活動(dòng)。3.4重心輕、少自主活動(dòng)的原因同期相負(fù)重,對(duì)側(cè)腹、背肌活動(dòng)相同。與靜態(tài)條件下的最高值比較,即非負(fù)重10%~26%和負(fù)重20kg20%~48%比17%~41%和54~84%,證明必需增加肌肉活動(dòng)來加速上部機(jī)體(期相B)的運(yùn)動(dòng);側(cè)放期(D)的7%~28%比20%~47%。盡管側(cè)放的值未能大于靜態(tài)下的值,但仍然產(chǎn)生了額外的力來使運(yùn)動(dòng)減速,是離心行動(dòng)的電機(jī)械效應(yīng)。此時(shí)在期相B和D,同側(cè)背肌的活動(dòng)非常低(<9%),但同側(cè)腹肌活動(dòng)稍高(5%~16%)。腹部肌和背部肌的差別與靜態(tài)條件下相同,與腹部肌活動(dòng)相同(2%~15%),而背部肌更低(1%~3%)。負(fù)重情況下,同側(cè)背部肌的活動(dòng)也比腹部肌更低,這就是其低協(xié)同活動(dòng)率的主要原因。軀干45°向前外側(cè)屈曲和負(fù)重200N側(cè)提的實(shí)驗(yàn)中報(bào)道了同樣的值,即15%~37%的同側(cè)和對(duì)側(cè)肌活動(dòng)。結(jié)果是相當(dāng)高的協(xié)同活動(dòng)率,腹部肌和背部肌間無差別。但是這個(gè)實(shí)驗(yàn)是在斜角面上,是屈、側(cè)屈和扭的結(jié)合運(yùn)動(dòng),無法與當(dāng)前資料作對(duì)比。背、腹肌群中運(yùn)動(dòng)期相和負(fù)重活動(dòng)的規(guī)律與各肌肉的情況是一致的。軀干肌活動(dòng)按照力學(xué)優(yōu)勢(shì)被征用(如力臂長度的優(yōu)勢(shì))的假設(shè)在這里缺乏強(qiáng)有力的支持。但是,本實(shí)驗(yàn)仍觀察到有這樣的趨向,腹直肌和腰大肌總處于低活動(dòng),因?yàn)閮烧叩慕馄饰恢媒咏谛D(zhuǎn)的矢狀軸。生物力學(xué)模型研究和直接測(cè)量證實(shí)矢狀負(fù)重增加腹壓是脊柱的力學(xué)功能;并且