通过肌电图评估神经驱动并不能直接推测出肌力,虽然这种局限性众所周知,但在临床试验中却极少被重视。来自澳大利亚昆士兰大学的 François 教授等撰写了相关临床评论,并发表在 Journal of Orthopaedic & Sports Physical Therapy 2015 年 5 月的期刊上。
该评论主要通过髌股疼痛(patellofemoral pain,PFP)时股内侧肌(VM)和股外侧肌(VL)肌力的不平衡来探讨上述局限性。而两者肌力的不平衡常被认为是 PFP 产生的主要原因。
使用肌电图评估神经驱动之间的平衡主要有两种方法,即测量 VM 和 VL 的肌电图起始时间以及两者肌电信号幅度比。
有研究发现 PFP 患者步行和完成动作任务时 VM 较 VL 肌电起始延迟约 20ms。但并非每个 PFP 患者都能观察到这种激活延迟。且不同研究得出的 VM 较 VL 的肌电起始时间差异很大(波动于提前 17.5ms 至延迟 50ms)。
另外必须强调的是肌电信号延迟并不能直接证明力量产生延迟。
表面电极位置相对于运动点的位置可以引起 20ms 的时间记录差。电机械延迟也可以引起时间差。电机械延迟定义为肌肉电刺激和髌骨运动开始之间的时间,包括电化学过程(突触传递和兴奋收缩偶联)和机械过程(力量传递)。机械过程取决于肌肉的结构和特性,在 PFP 患者中各不相同。
近期有研究使用高帧率超声(200 HZ)来研究电机械延迟,但时间分辨率仍不够,可以考虑采用超速超声成像(图像采集频率高达 5kHz)进行相关研究,以证实 VM 肌电信号的触发和髌骨的肌肉活动的延迟是否相关,并精确定量 VM 和 VL 活动的时间差。
PEP 患者和无疼痛对照组间 VL/VM 激活比是否存在差异目前尚未取得一致意见。激活比在不同受试者间差异巨大(波动于 0.8-3)。且 VL/VM 激活比并不能代表 VL/VM 力量比,后者才是临床研究希望获取的最重要的信息。
肌力受各种生物力学因素的共同影响。其中最重要的是拉紧度(Tspe,即单位面积所产生的最大力量)和生理横断面积(PCSA,定义为与肌纤维垂直的肌肉面积)。
最大等长收缩时,单个肌肉产生的最大力量 Fmmax 可通过公式 1 计算:Fmmax = PCSA×Tspe。单个肌肉在非最大程度的等长收缩时可通过公式 2 计算:Fmmax = PCSA×Tspe×%activation,其中%activation 是激活百分比,将神经驱动所产生的肌肉激活程度与最大主动收缩时的激活程度进行标准化得出。
从公式中可以看出,计算肌肉力量十分困难。首先,计算生物体的拉紧度并不容易,已报道的数值相差很大,平均为 25N/cm2(250kPa),踝跖屈肌肉波动于 9.7-62.8N/cm2。动物和人类实验均表明 Tspe 取决于肌肉类型,II 型肌纤维多则 Tspe 高。此外,单块肌肉力量还与 PCSA 密切相关,也就是肌肉体积和羽状角。
Kan 通过采集 MRI 的弥散张量成像,发现健康人 VL 远端斜肌的 PCSA 是 VM 的两倍,VL 比 VM 体积更大(约 1.5 倍)。VL 相比 VM 具有更高的激活度和更高的 Tspe 外,在无疼痛的对照组中,VL 的力量也比 VM 更大,两者间力量是不平衡的。
评估肌力时仍需考虑其他两个机械因素。第一,肌肉产生力量时由主动和被动因素共同参与。被动因素无法通过肌电图测量,或许可以通过单块肌肉的弹性成像得以评估。第二,肌肉几何学(作用力线和运动臂)在评估髌骨受力的机械影响时也需充分考虑。
精确量化同一组肌群之间肌肉力量的平衡要求对单块肌肉力量进行精确量化。但目前尚无无创的实验技术可以做到这点。因此,单块肌肉力量的评估仍然是生物力学最主要的挑战之一。
该临床评论提出了四个主要的注意点:
(1)基于现有的肌电图和 PCSA 数据,在健康无症状受试者中 VL 的力量普遍高于 VM。
(2)目前文献无法确定 PFP 患者与健康无症状受试者相比,VM 和 VL 的力量平衡是否改变。
(3)同时测量肌肉激活程度(使用肌电图)、肌肉的硬度(使用弹性成像测量)和 PCSA 可以提供一种非直接的方式来评估肌力的平衡。
(4)如需精确评估同组肌群内单块肌肉之间力量平衡是否改变,寻找新方法是关键。