Application value of surface electromyography in the repair of peripheral nerve injury

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.1078

Abstract

Abstract:

BACKGROUND: Surface electromyography is an objective quantitative index that has many advantages, such as safety, non-invasion, painless, reliability, and objective quantification and plays an irreplaceable role in rehabilitation evaluation.
OBJECTIVE: To summarize and analyze the application of surface electromechanical in rehabilitation medicine, thereby providing clues and directions for further clinical application.
METHODS: Medline, PubMed, WanFang, VIP and CNKI databases were retrieved for the literature published between 2006 and 2018 with the keywords of “surface electromyography assessment, rehabilitation assessment, clinical” in English and Chinese, respectively. After screening, 59 eligible articles were reviewed.
RESULTS AND CONCLUSION: Extensive application of surface electromyography in rehabilitation and sports medicine can objectively and quantificationally detect the physical activity of the limb of stroke patients, especially in motion analysis, and muscle function evaluation. Surface electromyography plays an important role in the evaluation of rehabilitation and the establishment of rehabilitation goals, which can directly reflect the changes of muscle function.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

Key words: Electromyography, Peripheral Nerves, Stroke, Tissue Engineering

CLC Number:

R444

Xia Ling, Wang Pan, Wu Chunfang, Zhang Zhaobo. Application value of surface electromyography in the repair of peripheral nerve injury[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2019, 23(7): 1142-1148.

Figures/Tables 2

2.1 表面肌电图常用的分析指标包括时域指标、频域指标、协调性指标。频域指标相对时域指标而言变异较小而更具有优势。 2.1.1 时域指标主要包括标准化平均肌电振幅值(average EMG，AEMG)、积分肌电值(integrated electromyogram，iEMG)、均方根值(root mean square，RMS)等；标准化平均肌电值是一段时间内瞬间肌电图振幅的平均值，其变化主要反映肌肉活动时运动单位激活的数量、参与活动的运动单位类型以及其同步化程度，与不同肌肉负荷强度条件下的中枢控制功能有关[2-3]。积分肌电值是指所得肌电信号经整流滤波后单位时间曲线下的积分面积，其值的大小反映了参加工作的运动单位的数量多少和每个运动单位的放电大小，体现了肌肉在单位时间内的收缩特性。均方根值是一段时间内瞬间肌电图所有振幅的均方根值，反映神经放电的有效值。近几年Kim等[4]研究证实均方根值可作为评估肌张力的有效指标。均方根值还可用于肢体运动功能测试及功能评价。平均肌电振幅值和均方根值的临床意义基本相同，疲劳时肌电信号的平均肌电振幅值增高，势必引起均方根值的增加，可以通过比较不同时期的均方根值，确定疲劳发生的时间和疲劳的程度。 2.1.2 频域指标是根据功率谱密度确定表面肌电信号中不同频段信号分布情况，随肌肉运动至疲劳出现肌电频谱左移，频率下降，广泛应用于肌肉疾病评估和肌肉疲劳的分析。包括中位频率(median frequency，MF)及平均功率频率(mean power fre quency，MPF)。中位频率是指骨骼肌收缩过程中肌纤维放电频率的中间值，人体不同部位骨骼肌的中位频率值高低主要受肌肉组织中的快肌纤维及慢肌纤维组成比例的影响。平均功率频率是反映局部肌肉疲劳的客观指标，其高低与外周运动单位动作电位的传导速度，参与活动的运动单位类型以及其同步化程度有关。一般认为中位频率在抗噪声干扰方面具有优势，平均功率频率在反映较低负荷收缩时的灵敏度较高。 2.1.3 协调性指标主要反映了肌肉运动时拮抗肌和主动肌的协调程度[5]，包括了屈曲放松比、协同收缩率等指标。 2.2 表面肌电图在康复医学常见疾病的应用进展表面肌电检测技术近几年在很多领域都体现出了其优越性，如脑损伤后患者的步态分析[6]、吞咽、平衡协调[7]、康复治疗效果的评估等应用。 2.2.1 脑卒中脑损伤性疾病，包括脑卒中、颅脑损伤、肿瘤术后等，均可表现为肌力、肌张力、平衡协调、吞咽等障碍，然后以最为常见的脑卒中为例脑卒中患者临床表现包括偏瘫侧肢体肌力下降、肌张力异常、肌群间协调性紊乱等，其中肌力下降可能是导致上肢功能障碍的主要原因之一[8]。表面肌电图能检测脑卒中患者肢体功能活动状况，尤其对脑卒中患者偏瘫侧肢体肌肉收缩状况、吞咽障碍、痉挛等功能的评估及康复疗效进行评价，见表1。"

(1)肢体功能障碍：表面肌电图在肌力评估的应用中，常用最大等长收缩、均方根值等作为评估指标，主要用于评估上肢肘关节屈伸肌群、下肢膝关节屈伸、步态等。最大等长收缩(maximum isometric voluntary contraction，MIVC)被认为是定量评定肌肉功能的可靠指标，姜丽等[9]在脑卒中恢复期偏瘫患者膝屈伸最大等长收缩时大腿肌肉的表面肌电图特征研究发现，伸膝时，健侧股直肌的积分肌电值明显小于正常对照，而患侧股内侧肌、股直肌及股外侧肌的积分肌电值明显小于正常对照及健侧；屈膝时则相反，从而得出恢复期脑卒中偏瘫患者双下肢肌肉收缩能力下降，下肢伸肌可能存在轻度痉挛的结论。付丽等[10]对脑卒中患者偏瘫侧肱二头肌、拇短屈肌及第一骨间背侧肌做最大等长收缩时表面肌电信号变化及其与上肢运动功能恢复间的相关性进行了研究，计算表面肌电图信号的均方根值等，偏瘫侧所检肌肉均方根值随康复日程延长呈上升趋势，且末次检测值明显大于首次检测值，此研究表明表面肌电图既可反映上肢康复进程，又能反映肌力及运动功能恢复情况，可作为一种定量康复评估指标，从而为临床制订个体化肢体功能康复训练方案提供参考资料。表面肌电有助于了解其肌力及运动功能恢复情况，同时还能直观观察患者瘫侧上肢康复过程中神经肌肉活动变化，从而为制订个体化上肢功能康复训练方案提供理论指导及依据。 (2)痉挛：大多数脑卒中患者在运动功能恢复的过程中都会出现不同程度的痉挛，表现为上肢屈肌、下肢伸肌为主的肌张力增高[11]。目前改良Ashworth痉挛分级多用于评估痉挛的程度，此量表存在一定的主观性。均方根值常用于痉挛的评估，与传统痉挛评估量表相比较，表面肌电具有客观、可量化等优势。Onishi等[12]研究积分肌电值与肌张力和肌力之间的关系指出：肌肉随意收缩时积分肌电值与肌张力及肌力存在正性相关。徐嘉等[13]在分析脑卒中患侧下肢肌张力的研究中发现表面肌电图可以定量分析脑卒中患者患侧肢体的痉挛程度。程霜霜等[14]对脑卒中患者在最大等长收缩状态下不同肌肉表面肌电值进行研究，发现屈肘时肱二头肌健侧的积分肌电值显著大于患侧，伸肘时则相反，从而得出患者偏瘫侧痉挛上肢常表现为屈肌痉挛及典型异常的协同运动模式，在康复治疗中，应以增强主动肌收缩、抑制拮抗肌的协同收缩为主。Zhu等[15]采用综合疗法对患者进行治疗，治疗前后评估患者肱二头肌、胫前肌、腓肠肌的均方根值，结果表明均方根值可作为评估肌肉痉挛的表面肌电指标。表面肌电检测技术测得的表面肌电值能很好的反映痉挛的程度，同时也可作为临床康复治疗前后肢体改善程度的有效评估手段，在治疗过程中指导临床医师及治疗师对痉挛肌肉进行协调性训练，从而提高康复疗效。 (3)吞咽障碍：吞咽障碍是指由多种原因引起的，可发生于不同部位的吞咽时的咽下闲难，是脑卒中患者最常见的并发症之一，也是影响脑卒中后患者预后的重要危险因素[16-17]。国外报道，近年来随着住院时间延长，发生肺部感染、营养不良、心理障碍的风险增高，并发吞咽障碍的脑卒中患者病死率、致残率明显增加，严重影响患者脑功能的恢复[18-19]。临床中有多种方法评估、筛查吞咽功能障碍，如视频透视吞咽检查，能准确地对吞咽功能进行定性、定量评估，是临床上公认的诊断金标准，但该技术应用受诸多条件限制而受到制约。表面肌电可对吞咽过程中口腔准备期、口腔期、咽期和食管期等吞咽肌群肌力评估，吞咽障碍评估中常用的指标包括吞咽时限、平均振幅及最大募集振幅等。有研究者让受试者在吞咽约5 mL液体时咽部收缩、舌骨抬高和声门开闭，发现吞咽时吞咽肌群sSMG信号先于各期吞咽动作出现，与吞咽动作具有较高的相关性[20]。刘玲玲等[21]选取200名正常成人受试者，按年龄不同将其分组，采用表面肌电图技术测量受试者静息状态、空吞咽、吞咽5 mL水、吞咽20 mL水时相关肌群肌电活动的平均肌电振幅值，分析其不同差异，结果显示正常成人咽期吞咽相关肌群肌电活动的平均肌电振幅值与年龄变化无关，与吞咽模式有关。王珧等[22]通过观察正常老年人咽期吞咽相关肌群在不同吞咽模式下肌电活动振幅水平的特点，不同吞咽模式下两组不同吞咽肌群均方根值均有非常高度显著性差异，为临床吞咽障碍的筛查和评估提供了可靠的参考依据。肖灵君等[23]通过研究同样证实了上述结论。表面肌电图具有独特的技术优势，可以和其他种类的吞咽功能检查(如吞咽造影等)相结合，相互补充[24]，明显提高了吞咽功能障碍的诊断精确度。表面肌电图技术的应用，有助于早期对吞咽障碍患者进行评估和诊断，尽早的进行康复治疗。 (4)康复疗效评价：表面肌电可反映临床某种治疗方法治疗前后运动功能改善情况，如周建文等[25]将两组脑卒中患者分别采用不同康复治疗方法，两组患者均于治疗前、后采用表面肌电分析系统进行腰背肌肌紧张度测量，数值越高表示患者腰背肌肌张力越高，此研究表明改善患者偏瘫步态、躯干控制可有效降低患者因步态代偿而引起的腰背肌肌张力增高。史文红等[26]采用表面肌电对脑卒中患者进行持续踝关节等速被动运动的方法进行评估，于运动前后测定双下肢在直腿坐位、踝关节被动90°时的腓肠肌表面肌电均方根值，结果显示持续等速被动运动能后均方根值明显下降，有效缓解了脑卒中患者腓肠肌肌痉挛，并提示均方根值高低与肌痉挛程度存在一定的对应关系。葛瑞东等[27]对偏瘫患者不同体位下指压刺激不同穴位，测定刺激前后胫前肌和腓骨长、短肌最大等长收缩的积分肌电值，结果显示指压足三里穴对诱发胫前肌收缩的即刻效应和延续效应优于足临泣穴；指压足临泣穴对诱发腓骨长、短肌收缩的即刻效应和延续效应优于足三里穴，优化了指压穴位刺激法在脑卒中偏瘫康复中的应用。梁明等[28]对脑卒中患者进行常规作业治疗和虚拟厨房上肢康复训练，记录患侧肘关节屈曲、伸展最大等长收缩时表面肌电图，计算肘关节屈伸力矩及相应的协同收缩率，证实常规作业治疗结合虚拟厨房上肢康复训练能较快的增强患者偏瘫侧上肢伸肘力量、改善肘关节屈伸运动的协调性。表面肌电全面评估患者肢体功能，为临床康复治疗疗效提供了有效依据。 2.2.2 帕金森病主要表现为静止性震颤、肌僵直、运动迟缓和姿势不稳，是中老年人群的中枢神经系统变性疾病中常见的一种。多年来早期临床诊断往往比较困难，中晚期帕金森病可依靠临床症状诊断，为此国内外学者不断研究，寻找早期诊断和亚临床诊断的客观依据，以达到提前进行干预和治疗的目的。表面肌电图技术是客观评估帕金森病症状的一个敏感工具[29]，该技术已开始应用于帕金森病神经肌肉状态和运动功能的评估。蔡奇芳等[30]对帕金森病患者在不同负重情况下进行表面肌电图信号分析，研究得出帕金森病患者在表面肌电图上肢体乏力主要表现为时域参数的变化，而静止性震颤主要表现为频域参数的变化。吕文等[31]同样对帕金森患者进行不同负重情况下研究，记录其肱二头肌平均肌电振幅值及平均功率频率值，得出帕金森病患者在执行等张屈肘运动时，其肱二头肌表面肌电图信号与健康志愿者间存在显著差异，该现象可能与帕金森患者执行等张屈肘运动时其运动单位活动模式发生改变有关。王荣丽等[32]对中老年帕金森患者的研究，同样得出了上述结果，同时也得出与等长收缩运动比较，等张运动或许能够更敏感地反映出帕金森患者和健康人群之间表面肌电图特征的差异，且这种差异可能在有负荷的运动情况下更明显。上述研究提示帕金森患者和健康人群在肌肉激活模式上存在着一定的差异，并且不同测试因素(如肌肉运动方式、负荷水平)对于表面肌电图信号指标具有一定的影响作用，提示在一定负荷下进行等张运动测试与等长运动比较或许可以更敏感地检测出帕金森患者和健康人群之间表面肌电图特征的差异，为临床工作者对帕金森病患者早诊断、早治疗提供了客观依据，同时也可对治疗疗效评价提供重要的依据。 2.2.3 骨与关节损伤表面肌电主要检测的是肌肉电生理的变化，所以临床常用于对骨与关节损伤的评价。骨与关节临床常见疾病为：慢性非特异性腰病、颈肩痛、青少年特发性脊柱侧凸、膝关节功能障碍等(常见疾病部位示意图见图1)。"

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