210984360_青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸椎旁肌表面肌電研究進(jìn)展

專家論壇

2023年(第13卷)第6期

DOI： 10.16655/.2095-2813.2210-1579-9674

青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸椎旁肌表面肌電

研究進(jìn)展

李香蘭 廖八根

*

張曉輝

(廣州體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室 廣東廣州 515500)

摘 要： 表面肌電可以記錄神經(jīng)電信號(hào)，從而反映肌肉活動(dòng)，常被應(yīng)用于神經(jīng)肌肉疾病的診斷以及康復(fù)治療

的評(píng)估。青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎（AIS）是一種原因不明的脊柱的三維改變，常發(fā)生于青春期前后的兒童身

上。表面肌電由于具有靈敏、便攜和無(wú)創(chuàng)的特點(diǎn)，也常用于分析脊柱側(cè)彎患者的椎旁肌激活情況。通過(guò)對(duì)比

不同嚴(yán)重程度脊柱側(cè)彎患者在不同動(dòng)作模式下、干預(yù)前后、手術(shù)前后的椎旁肌肌電激活特征，可為探索青少

年特發(fā)性脊柱側(cè)彎的復(fù)雜性三維畸形的發(fā)病機(jī)制和診療研究提供更詳盡的信息。該文就目前國(guó)內(nèi)外在上述

領(lǐng)域的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，為臨床提供科研參考。

關(guān)鍵詞： 青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎 表面肌電 椎旁肌 研究進(jìn)展

中圖分類號(hào)： R682.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)： 2095-2813(2023)06-0011-05

Rearch Progress on Surface Electromyography of Paraspinal

Muscles of Adolescent Idiopathic Scoliosis

LI Xianglan LIAO Bagen ZHANG Xiaohui

*

(Sports Medicine Laboratory，Guangzhou Sport University， Guangzhou, Guangdong Province, 515500 China)

Abstract: Surface electromyography can record neuroelectric signals to reflect muscle activity, which is often ud in

the diagnosis of neuromuscular dias and the evaluation of rehabilitation treatment. Adolescent idiopathic scoliosis

(AIS) is a unexplained three-dimensional change of the spine, which often occurs in children before and after puberty.

Becau surface electromyography is nsitive, portable and non-invasive, it is also often ud to analyze paraspinal

muscle activation in patients with scoliosis. By comparing the EMG activation characteristics of paraspinal muscles in

patients with different verity of scoliosis in different action modes, before and after invention,and before and after

operation, it can provide more detailed information for exploring the pathogenesis and diagnosis and treatment of

complex three-dimensional deformity of adolescent idiopathic scoliosis. This article reviews the current rearch progress

in the above fields at home and abroad to provide scientific reference for clinical practice.

Key Words: Adolescent idiopathic scoliosis; Surface electromyograpy; Paraspinal muscle; Rearch progress

脊柱側(cè)彎（Scoliosis）是一種三維畸形，其定義是脊Scoliosis，AIS）是指脊柱結(jié)構(gòu)性橫向并伴隨旋轉(zhuǎn)的彎

柱在冠狀面上彎曲大于10°。根據(jù)發(fā)病類型可以分為曲，出現(xiàn)在青春期或青春期前后的健康兒童身上。

先天性脊柱側(cè)彎、綜合性脊柱側(cè)彎以及特發(fā)性脊柱側(cè)文獻(xiàn)中常報(bào)道AIS的發(fā)病率在2%~3%之間，男女發(fā)病

彎。青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎（Adolescence Idiopathic 比例為1：7。在亞洲地區(qū)發(fā)生的概率大概在0.4%~

［1-2］［4］

［3］

作者簡(jiǎn)介：李香蘭（1998—），女，碩士在讀，研究方向?yàn)榍嗌倌晏匕l(fā)性脊柱側(cè)彎臨床研究。

張曉輝（1979—），男，博士，副教授，研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)、脊柱側(cè)凸非手術(shù)療法。

通信作者：廖八根（1966—），男，博士，教授，研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)損傷康復(fù)、脊柱側(cè)彎矯形、運(yùn)動(dòng)適應(yīng)的分子機(jī)制，

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［5］［6］

，3%之間我國(guó)中小學(xué)生發(fā)生率為0.11%~2.64%。我國(guó)有不少的學(xué)者對(duì)不同類型的青少年脊柱側(cè)彎

AIS的病因至今仍未被闡明，只是當(dāng)前針對(duì)其發(fā)病機(jī)制

患者都進(jìn)行過(guò)椎旁肌表面肌電的研究。但是彎弧不

表面肌電的位置也有所差異。其中，許軼等人研同，

［13］

存在幾種假說(shuō)，并涉及遺傳學(xué)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）、

7］［5，

C型彎電極在頂錐和下端錐脊柱究了C型彎和S型彎，

骨骼生長(zhǎng)和骨代謝、代謝途徑、生物力學(xué)等。其中，

生物力學(xué)因素被廣泛認(rèn)為在脊柱側(cè)彎的發(fā)展中有著重

要的作用。脊柱的三維變化極其復(fù)雜，生物力學(xué)虛

［8］

擬仿真模型很難反映脊柱在三維空間上的變化，而

［9］

對(duì)脊柱側(cè)彎進(jìn)行生物力學(xué)評(píng)估，有助于脊柱側(cè)彎的治

療與管理。對(duì)脊柱側(cè)彎患者的生物力學(xué)研究包括運(yùn)用

三維運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究，以及運(yùn)用表面肌

電技術(shù)對(duì)相關(guān)肌肉進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)研究等。

兩側(cè)旁開(kāi)2cm，S彎的電極貼在頂錐兩側(cè)。然后進(jìn)行腰

背肌耐力負(fù)荷實(shí)驗(yàn)，收集表面肌電的時(shí)域指標(biāo)，計(jì)算凹

凸側(cè)表面肌電的比值與冠狀面Cobb角之間的關(guān)系。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，凸凹兩側(cè)的表面肌電信號(hào)比值隨Cobb角度

增大而增大，表明Cobb角度越大，凸凹側(cè)的肌力差異

越大，失衡越明顯。這個(gè)結(jié)論與關(guān)春雷等人的研究

［14］

結(jié)果一致，凸側(cè)椎旁肌肌電活動(dòng)與AIS嚴(yán)重程度呈正

相關(guān)，與凹側(cè)呈負(fù)相關(guān)。而脊柱的側(cè)彎程度由Cobb角

直接反映，Cobb角越大，脊柱側(cè)彎程度以及椎體畸形越

嚴(yán)重，椎旁肌兩側(cè)肌電活動(dòng)也明顯不對(duì)稱。但是也有

一些與之不一樣的結(jié)果，比如賀晨等人也對(duì)青少年

［15］

特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者進(jìn)行了椎旁肌研究，發(fā)現(xiàn)無(wú)論是

靜息站立還是雙手水平持物站立，椎旁肌凸側(cè)與凹側(cè)

的比值都是大于1的，雙手持物后，這種比值的差異更

大了。但是他們未得出椎旁肌均方根值凸凹側(cè)比值與

Cobb角有顯著的相關(guān)性這個(gè)結(jié)論。盡管有了很多椎旁

肌表面肌電與冠狀位之間關(guān)系的研究，但這僅僅是一

維研究，目前未見(jiàn)椎旁肌表面肌電特征與三維畸形相

關(guān)性的分析。

1 表面肌電技術(shù)介紹

表面肌電技術(shù)自誕生以來(lái)，因具有探測(cè)性好、靈敏

度高、無(wú)創(chuàng)傷以及安全可靠等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。運(yùn)

用軟件可分析中樞控制的特征變化規(guī)律、準(zhǔn)確反映肌

肉活動(dòng)狀態(tài)和功能狀態(tài)、肌肉活動(dòng)的持續(xù)時(shí)間以及各

肌肉激活的順序等。由于表面肌電反應(yīng)迅速且無(wú)

［10-11］

創(chuàng)，在康復(fù)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，特別是在神經(jīng)肌肉系統(tǒng)疾病

的診斷、后續(xù)評(píng)估，以及康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程中，能非常方便

地監(jiān)測(cè)肌肉活動(dòng)，評(píng)估治療效果。近些年，國(guó)內(nèi)外不少

學(xué)者在青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎的表面肌電研究方面發(fā)

表了高質(zhì)量文章。

AIS患者隨著生長(zhǎng)發(fā)育，脊柱和胸廓都會(huì)發(fā)生復(fù)雜

的變化。椎旁肌位于脊柱兩側(cè)，對(duì)脊柱的穩(wěn)定有著不

可代替的作用，與AIS的發(fā)生與發(fā)展密切相關(guān)。對(duì)脊

柱側(cè)彎患者椎旁肌的研究主要集中在脊柱旁1~2㎝內(nèi)。

雖然有很多文章對(duì)脊柱側(cè)彎患者椎旁肌進(jìn)行了表面肌

電的研究，但是其變化規(guī)律有各種原因，目前也并不清

楚。目前，對(duì)青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎椎旁肌表面肌電

的系統(tǒng)綜述較少，該文旨在歸納AIS患者椎旁肌表面

肌電與冠狀位Cobb角的關(guān)聯(lián)性，探究不同動(dòng)作模式下

表面肌電的改變以及手術(shù)矯正前后的變化，梳理用表

面肌電來(lái)預(yù)測(cè)脊柱側(cè)彎椎旁肌活動(dòng)特征的進(jìn)展，從而

為探索青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎的復(fù)雜性三維畸形的發(fā)

病機(jī)制、診療研究提供更詳盡的信息。

3 不同動(dòng)作下AIS患者椎旁肌表面肌電研究

脊柱側(cè)彎患者在不同體位運(yùn)動(dòng)時(shí)，椎旁肌表面肌

電的表現(xiàn)也不一樣。Farahpour研究了正常人和AIS

［16］

患者T6、T10、L3水平的椎旁肌在不同動(dòng)作下的激活狀

態(tài)，發(fā)現(xiàn)同為右胸彎或胸腰彎的脊柱側(cè)彎患者在站立

位左側(cè)屈時(shí)，右側(cè)T6水平的豎脊肌的激活程度明顯高

于左側(cè)同水平豎脊肌。但在右側(cè)屈時(shí)，并沒(méi)有表現(xiàn)出

與上述類似的激活特征。Feipel也在右胸腰彎的

［17］

AIS患者中得出相似的結(jié)論，即在向左彎曲的過(guò)程中，

頂錐兩側(cè)的椎旁肌，凸側(cè)比凹側(cè)的激活程度更高，同時(shí)

也比健康人更高。而在健康人中不存在這種不對(duì)稱的

改變。Farahpour還發(fā)現(xiàn)，這些患者在俯臥位左側(cè)屈，T6

和L3錐體水平的豎脊肌表面肌電遠(yuǎn)大于正常人。這

些動(dòng)作都能清晰地顯示出側(cè)彎區(qū)域的肌肉異常情況。

Park等人采集了不同側(cè)彎型的側(cè)凸患者在俯臥

［18］

位椎旁肌等長(zhǎng)收縮的表面肌電。在雙彎、胸腰彎和腰

彎類型的AIS患者中，T12、L3（都為頂錐）凹側(cè)的均方

根值都明顯低于凸側(cè)，在非頂點(diǎn)處并無(wú)不對(duì)稱表現(xiàn)；但

是在單胸彎和雙胸彎的患者中，頂點(diǎn)處凹凸側(cè)之間卻

無(wú)明顯改變。這個(gè)結(jié)論與之前大部分學(xué)者都不同。相

關(guān)分析還表明，胸腰彎型和腰彎型的脊柱側(cè)彎患者在在著很大程度的萎縮。

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2 AIS患者椎旁肌表面肌電與冠狀位Cobb角的

關(guān)聯(lián)性

AIS中的椎旁肌與健康人相比，其對(duì)稱性具有很大

的差異。大多數(shù)研究發(fā)現(xiàn)AIS患者椎旁肌在凹凸兩側(cè)

有差異性，例如，凸側(cè)含有更多的Ⅰ型肌纖維，線粒體

數(shù)量、血管分布密集度、代謝活動(dòng)都比凹側(cè)高。凹側(cè)則

有更多的Ⅱ型肌纖維。無(wú)論凹側(cè)還是凸側(cè)，二者都存

［12］

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腰3水平的椎旁肌不對(duì)稱率與Cobb角呈線性相關(guān)。術(shù)后的上胸段（T3-T4）、下胸段（T10-T11）和腰椎段

Garcia Kwok等人則對(duì)AIS患者最常用的姿勢(shì)

［19］

（坐和站）進(jìn)行了研究，同時(shí)也研究了建議站姿和建議

（L2-L3）區(qū)域左右兩側(cè)的椎旁肌的表面肌電，術(shù)后采集

是在2年后，這期間會(huì)對(duì)患者一直進(jìn)行隨訪調(diào)查。與

坐姿患者椎旁肌的凹凸側(cè)比值。從他們的研究來(lái)看，

正常人及術(shù)前側(cè)彎患者相比，融合術(shù)后脊柱側(cè)彎患者

IA期和IIC期的脊柱側(cè)彎患者的習(xí)慣性站姿和坐姿，凸

的均方根值在胸椎區(qū)域較低，在腰椎區(qū)域增高。這

［26］

側(cè)的肌肉激活程度都比凹側(cè)大，這與前人的研究是相

似的。與習(xí)慣性的姿勢(shì)相比，建議站姿和坐姿椎旁肌

的均方根肌電比更接近于1，脊柱兩側(cè)則更平衡。IB期

受試者中發(fā)現(xiàn)了一種矛盾的情況，與IA期和IIC期受

試者不同的是，IB期受試者凹側(cè)肌肉區(qū)域的均方根肌

電值大于凸側(cè)的均方根值。這可能是由于IB期受試者

的脊柱彎曲程度相對(duì)較小。具有單一胸彎或胸腰彎的

IA期和IIC期受試者，采用建議的坐姿和站姿更能使脊

柱平衡。這表明在對(duì)稱運(yùn)動(dòng)中，單彎患者受益更多，脊

柱兩側(cè)的椎旁肌平衡程度會(huì)比雙彎患者更好。

在脊柱側(cè)彎的運(yùn)動(dòng)治療中，以矯形動(dòng)作訓(xùn)練為主

的脊柱側(cè)彎特定運(yùn)動(dòng)療法最為重要，并已經(jīng)在南歐、東

歐得到了廣泛運(yùn)用，但這些矯形動(dòng)作對(duì)不同患者是否

均有益處，尚無(wú)定論。但是鍛煉作為保守治療的手

［20］

段，是可以提高治療效果的，尤其是特定運(yùn)動(dòng)療法，比

普通的電療或者牽引更有用。目前，這些脊柱側(cè)

［21-22］

彎特定運(yùn)動(dòng)療法在我國(guó)也有一定的發(fā)展，但是也缺乏

表面肌電在脊柱側(cè)彎特定運(yùn)動(dòng)療法中改變椎旁肌的研

究。所以這方面還有一定的研究空間。

表明，側(cè)彎患者在融合術(shù)后，手術(shù)區(qū)域的肌肉可能發(fā)生

萎縮，腰部均方根值增高可能是代償原因?qū)е隆５?/span>

就整體來(lái)說(shuō)，脊柱融合后會(huì)減小椎旁肌激活水平，即使

融合能緩解脊柱的不平衡，但手術(shù)也不能幫助脊柱兩

側(cè)恢復(fù)到正常值。表面肌電能夠檢測(cè)到術(shù)后腰部的異

常情況，由此可以用表面肌電來(lái)評(píng)估肌肉的改變，為物

理治療師對(duì)患者進(jìn)行術(shù)后康復(fù)提供更好的參考。

5 椎旁肌表面肌電預(yù)測(cè)AIS的進(jìn)展

目前普遍認(rèn)為，椎旁肌不對(duì)稱是導(dǎo)致特發(fā)性脊柱

側(cè)彎發(fā)生發(fā)展的一個(gè)因素。可以通過(guò)測(cè)量椎旁肌的肌

電活動(dòng)，來(lái)評(píng)估特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者的肌電活動(dòng)與脊

柱側(cè)彎曲線的進(jìn)展是否存在關(guān)系。椎旁肌的活動(dòng)

［27-28］

度可以反映出AIS患者活動(dòng)過(guò)程中肌肉參與度的差

異，這可能與脊柱側(cè)彎的發(fā)展程度相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，

［29］

無(wú)論是進(jìn)展性脊柱側(cè)彎還是非進(jìn)展性脊柱側(cè)彎，在凸

側(cè)與凹側(cè)頂點(diǎn)處的椎旁肌，其肌電活動(dòng)的比值都是大

于1的，根本不能區(qū)分肌電不對(duì)稱是凹側(cè)活動(dòng)減少的

結(jié)果還是凸側(cè)活動(dòng)增加的結(jié)果，反而在側(cè)彎的下端椎

發(fā)現(xiàn)了肌電活動(dòng)不對(duì)稱與脊柱側(cè)彎的發(fā)展程度有關(guān)。

側(cè)彎患者初始角度越大，側(cè)彎的發(fā)展程度就越深。而

且脊柱側(cè)彎的發(fā)展程度不僅僅跟椎旁肌有關(guān)系，還與

患者的性別、年齡、生長(zhǎng)發(fā)育潛能、地域等都有關(guān)系。

而維持或者阻止側(cè)彎的發(fā)展，對(duì)患者來(lái)說(shuō)，治療就成功

了一半。所以在保守治療的過(guò)程中，一定要觀察患者

的側(cè)彎發(fā)展情況，減少對(duì)患者的傷害。

4 矯正手術(shù)前后椎旁肌表面肌電的變化

當(dāng)脊柱側(cè)彎患者的Cobb角大于45°，Risr征小于

等于2或者Cobb角大于50°，Risr征大于等于3時(shí)，就

建議進(jìn)行手術(shù)治療。雖然手術(shù)治療可以改善脊柱平

［23］

衡的同時(shí)，阻止側(cè)彎繼續(xù)發(fā)展，但是在術(shù)前計(jì)劃中需要

考慮很多因素，包括側(cè)彎的類型和度數(shù)、脊柱平衡、靈

活性和骨骼發(fā)育成熟度水平等。其中，椎旁肌對(duì)脊

［24］

柱的穩(wěn)定起著重要的作用，而表面肌電可以用來(lái)評(píng)估

術(shù)前椎旁肌的活動(dòng)。這種動(dòng)態(tài)活動(dòng)數(shù)據(jù)采集有助于對(duì)

患者進(jìn)行術(shù)前評(píng)估、制訂手術(shù)計(jì)劃和術(shù)后的隨訪。需

要手術(shù)矯正的AIS患者，與健康對(duì)照組相比，在不同的

側(cè)屈過(guò)程中，椎旁肌的活動(dòng)發(fā)生了顯著的變化。這些

變化主要發(fā)生在接近脊柱側(cè)彎頂錐的椎旁肌，AIS患者

在左側(cè)屈曲過(guò)程中，頂錐右側(cè)椎旁肌活動(dòng)比健康人更

明顯。此外，在患者的胸椎椎旁肌中，在左側(cè)屈過(guò)程

中，右側(cè)的活動(dòng)更強(qiáng)烈，變化更明顯。這種不對(duì)稱性在

健康人的測(cè)試中是不存在的。

［25］

脊柱側(cè)彎手術(shù)矯正后進(jìn)行脊柱融合是最基本的方

法，但脊柱融合術(shù)后椎旁肌功能變化尚不清楚，有學(xué)者

對(duì)此進(jìn)行了研究。他們采集了健康人和AIS患者術(shù)前二者之間相互影響的，其原因未知。大部分的結(jié)果表

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6 結(jié)論

目前所知的關(guān)于青少年脊柱側(cè)彎椎旁肌的表面肌

電研究，有各種不同的方式，但也有很多局限性。總體

來(lái)說(shuō)，已知的關(guān)于脊柱側(cè)彎表面肌電研究的文獻(xiàn)綜述，

其證據(jù)的質(zhì)量不高。總的局限性表現(xiàn)在以下幾個(gè)方

面：招募的受試者數(shù)量較少、分型不夠完善、側(cè)彎度數(shù)

差異過(guò)大、沒(méi)有做長(zhǎng)期隨訪的比較等。而結(jié)論的差異

性則有可能是參與研究的脊柱側(cè)彎受試者沒(méi)有受到足

夠的損害，或者沒(méi)有表現(xiàn)出肌肉功能或肌肉纖維的

變化。

大量的研究表明，脊柱側(cè)彎患者凸側(cè)的整體激活

水平大于凹側(cè)，這種側(cè)彎是原發(fā)性還是繼發(fā)性的，或是

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角越大，明，Cobb凸側(cè)與凹側(cè)的均方根比值就越大，它idiopathic scoliosis [J].Annals Of Biomedical Engineering,

們之間呈正相關(guān)。肌電信號(hào)幅值隨力的增大而增大。

但是也有研究者提出，肌電幅度的差異不是由于凸側(cè)

肌肉活動(dòng)的增加引起，而是由于凹側(cè)肌肉活動(dòng)的減少

引起。與凹側(cè)相比，凸側(cè)由于負(fù)荷更高，該肌肉的疲勞

率也更高。無(wú)論凹側(cè)肌肉萎縮是原因還是結(jié)果，人

［30］

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[9]Millner P A,Dickson R A.Idiopathic scoliosis: Biome?

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[10]黃武杰,李雅萍,劉紅,等.慢性腰痛的表面肌電研究

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們認(rèn)為加強(qiáng)凹側(cè)的椎旁肌可以平衡背部肌肉的張力，

[11]劉凡,曹蕾.表面肌電應(yīng)用的新進(jìn)展[J].體育世界

(學(xué)術(shù)版),2019,(7):149-151.

這對(duì)脊柱側(cè)彎的治療有幫助。做過(guò)脊柱融合術(shù)的患

者，更應(yīng)該接受長(zhǎng)期隨訪調(diào)查，以便觀察肌肉功能和運(yùn)

動(dòng)變化，以及是否有肌肉無(wú)力或者萎縮現(xiàn)象等。因此，

利用表面肌電技術(shù)研究脊柱側(cè)彎術(shù)后的神經(jīng)肌肉活動(dòng)

變化，對(duì)于制定有效的康復(fù)方案，以防止脊柱融合后肌

肉的惡化具有重要意義。此外，由于不對(duì)稱的類型不

同，脊柱旁的不對(duì)稱也會(huì)影響到曲線的鄰近節(jié)段，考慮

到曲線類型和不對(duì)稱模式，通過(guò)表面肌電確認(rèn)不對(duì)稱

模式，對(duì)加強(qiáng)背部肌肉力量是有幫助的。

[12]Shahidi B,Yoo A,Farnsworth C,et inal muscle

morphology and composition in adolescent idiopathic

scoliosis: A histological analysis[J].JOR Spine,2021,4(3):

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[13]許軼,王楚懷,賴建洋,等.青少年特發(fā)性脊柱側(cè)彎癥

患者凸凹側(cè)椎旁肌平均肌電比值與Cobb角度相

關(guān)度的分析研究[J].中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志,2007(12):

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綜上，表面肌電有助于進(jìn)一步闡明椎旁肌的功能

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維畸形骨骼與肌肉的形態(tài)與功能的全面分析，將有利

于AIS診斷、治療與管理。

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