瑜伽鍛煉改善AIS大學生患者脊柱形態與椎旁肌肌電信號的研究

劉曉慧，杜 美，牛會康，王卓琳，崔建梅

（中北大學 體育學院，山西 太原030000）

在不斷追求綜合素質發展的今天，青少年的體態問題逐漸受到了人們的關注。無論是繁重的課業壓力，還是新時代下電子產品的迅速發展，都在一定程度上導致了青少年脊柱形態異常的問題。AIS是青少年發育初期的一種病因尚不明確的常見畸形，一般表現為脊柱冠狀面彎曲角度超過10°。在形態上，AIS除了會導致患者的脊柱形態異常，還會使患者的胸廓、肩胛骨、骨盆出現一系列的問題。AIS在青少年中的患病率已經達到了1%～3%［1］。2019年，在天津市六區的調查顯示，10～18歲的人群中，AIS患病率達到了2.48%［2］。由于其高發年齡段在16～20歲［3］，所以在校大學生也是不容忽視的群體之一。在金雄哲［4］的研究中發現，延邊大學的大學生AIS患病率達到了2.63%。AIS患病率的不斷增加，患者從青少年到大學生范圍的擴大，也給相關學者深入研究AIS提供了進一步的需求。因此，脊柱形態的矯正也得到了越來越多的關注。現如今，治療AIS的方法通常分為兩種，Cobb角＞40°的患者建議進行手術治療，但由于手術過程的復雜和費用昂貴，對于Cobb角未達到40°的患者建議運動治療［5］。隨著運動療法的興起，它配合傳統的支具治療，能緩解長期佩戴支具的肌肉僵硬［5］。所以，運動療法的廣泛應用可以為AIS患者的恢復帶來更佳的效果。現國內出現的運動療法包括結合中醫的推拿正骨、易罐拉伸，以及結合現代康復理念的懸吊運動、有氧結合抗阻運動、普拉提運動等。瑜伽作為大學生公體課的選項之一，被大學生們廣泛接受，它的運動理念是將呼吸和體式有機的結合起來，所有的動作都要配合呼吸去進行。并且，瑜伽能緩解疼痛和促進血液循環等理療作用也得到了相關學者的認可［6］。

各種形式的運動療法層出不窮，通過運動改善脊柱形態的研究已經得到了大家的重視，但是通過運動改善AIS的機理研究仍非常少。本研究從表面肌電圖的角度，探究AIS患者椎旁肌兩側的電信號變化來證實運動對AIS患者的改善。況且近年來，利用表面肌電圖（surface electromyography，sEMG）評價AIS患者凹凸側椎旁肌肌電活動的研究也成為了一項熱點，通過動態檢測得到的客觀指標，也表現出較好的臨床應用價值［7］。因此，本文通過探討瑜伽鍛煉對大學生AIS患者的椎旁肌肌電影響及脊柱形態改善效果，為瑜伽改善AIS提供理論依據。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

經中北大學2019年新生體檢肺結核篩查項目，通過分析X線片選取24名大學生作為研究對象，其中16名具有明顯的脊柱彎曲，8名脊柱形態未見異常。納入標準：年齡18～20歲男性AIS雙彎型大學生患者（由于肌電測試裸露上身的特殊性以及中北大學作為理工類綜合性大學的綜合原因，其男性患者相對較多，所以受試者全部選取男性；均在13～18歲間被臨床診斷為AIS）；Adam試驗呈陽性同時X光片測量結果10°＜Cobb角＜40°；未接受過手術治療，且近期沒有進行支具治療的計劃；無運動性器官疾病；對本研究知情同意，自愿參與并簽署知情同意書。使用隨機分組方式將16名AIS患者分為瑜伽組（n=8）和側凸對照組（n=8）；其余8名大學生為正常對照組，該組默認Cobb角為0°，研究對象基本情況見表1、表2。各組間大學生的年齡、身高、體重均無統計學差異（p＞0.05），其中瑜伽組和側凸對照組的胸、腰段Cobb角、PO、CA、凹凸側AEMG、IEMG也無統計學差異（p＞0.05）。

表1 研究對象基本情況（1）

表2 研究對象基本情況（2）

1.2 研究方法

1.2.1 瑜伽方案

瑜伽組的受試者進行為期12周（2019年10月至2020年1月）的瑜伽鍛煉，一周4次，每次90min；除按時參加練習外，在剩余的日常生活中每天需要注意保持正確的學習姿勢，維持良好生活作息，培養健康生活習慣；其余對照組不做任何特殊要求。練習方案包括：1）松解。包括手法松解和泡沫軸松解，持續時間15～20min。首先患者需要裸露上身，呈俯臥位，利用筋膜棒將患者背部的凹凸側（先凹后凸）肌肉進行松解，主要針對背闊肌、斜方肌、腰大肌的表層肌群，然后利用手法徒手對其背部的深層肌肉（豎脊肌、腰方肌、肋間肌）進行放松和撥離，最后利用泡沫軸將背部整體進行松解。2）拉伸。本研究采用門閂式拉伸，包括自主拉伸和拮抗拉伸。胸段的拉伸采用跪位；腰段采用跪坐位，拉伸時必須配合呼吸（10個呼吸/組，完成2組）。3）核心肌群激活。該環節為了激活目標肌肉（腰方肌、腹內外斜肌、腹橫肌、腹直肌等）采用平衡球上坐位單腿平衡（15個呼吸/組，完成4組）、平衡球上平板支撐（15個呼吸/組，完成2組）。4）弱鏈激活。目的是激活背部凹凸側的斜方肌、豎脊肌、腰大肌、前鋸肌、背闊肌，以方便進行之后的練習。采用3種體式，①貓式小側呼吸，3個呼吸為1組，左右兩側各完成5組；②虎式平衡下側抬腿，15個呼吸為一組，完成2組；③虎式平衡下屈肘拮抗，15個呼吸為1組，完成2組。5）旋轉訓練。目的為了改善背部凹側的肌肉（髂腰肌、腰方肌、椎旁肌、肋間肌）力量，采用側臥屈膝位，進行胸椎旋轉練習。15個呼吸為1組，完成3組。6）整體訓練。目的是均衡背部凹凸兩側肌肉力量，對前期訓練肌肉的再次加強。采用3個體式，①虎式平衡，10個呼吸為1組，完成2組；②蝗蟲式，15個呼吸為1組，完成2組，注意在最后一組呼氣時，將四肢同時抬起，吸氣時還原。③山式站立，維持15呼吸。7）放松。目的是讓激活的肌肉得到充足的放松及恢復。采用2個體式，①嬰兒式拉伸，呼吸時采用腹式呼吸，呼氣時向前延展，吸氣時還原，維持10個呼吸；②舍恩呼吸，患者俯臥，鼻息口呼，吸一次呼3次，呼氣時給患者進行背部的按壓，使患者在呼氣時保持完全放松，維持15個呼吸。

1.2.2 椎旁肌表面肌電監測方案

采用Noraxon 16導遙測肌電儀對患者椎旁肌表面肌電活動進行監測，測量要求：室溫26℃，測量前24h未進行劇烈運動，測量前一周沒有使用任何藥物，患者熟悉測量流程，能按照要求完成指定動作。程序如下：患者裸露上身，俯臥于治療床上，雙臂自然放置于體側，電極片1、2貼至脊柱胸段開始彎曲的頂錐左右兩側2cm處，電極片3、4放置于胸段最大Cobb角頂錐左右兩側2cm處，電極片5、6放置于T12豎脊肌兩側2cm處，電極片7、8放置于腰段最大Cobb角頂錐左右兩側2cm處，每位患者均采用8導聯表面肌信號，見圖1。

圖1 患者椎旁肌表面肌電活動檢測示意圖

BST試驗，患者上身裸露，呈俯臥位，貼完電極片后，用綁帶將下肢固定于治療床上，患者將雙臂放置于體側，上身置于治療床外，聽到口令后，患者主動發力，用力背起至最大限度，直至患者疲勞即停止試驗，并記錄表面肌電信號，見圖2。

圖2 試驗方法示意圖

將試驗所獲得的表面肌電信號輸入MR3.10軟件進行信號處理，提取椎旁肌表面肌電信號指標IEMG，并計算凹凸側AEMG比值，最后進行統計學分析。

1.3 觀察指標

觀察指標包括形態學指標和椎旁肌肌電指標，其中形態學指標有Cobb角、PO、CA；椎旁肌肌電指標有IEMG、AEMG。

1.3.1 Cobb角

Cobb角指的是頭側端椎上緣的垂線與尾側端椎下緣垂線的交角［8］。見圖3。干預前后，利用飛利浦Digital1 Diagnost Device影像分析儀分別測得瑜伽組的胸、腰段Cobb角，進行前后對比；干預后，將瑜伽組與側凸對照組的胸、腰段Cobb角進行對比分析。

圖3 Cobb角示意圖

1.3.2 骨盆傾斜角

骨盆傾斜角指的是兩側髂棘最高點的連線與水平參考線之間的夾角［9］。見圖4。通過拍攝X線片測得PO，進行干預前后的對比；干預后，將瑜伽組與側凸對照組的PO進行對比分析改善效果。

圖4 PO角示意圖

1.3.3 鎖骨角

鎖骨角指的是左右兩側鎖骨最高點的連線和水平參考線的夾角［10］，是評價肩部平衡情況的參考指標。見圖5。通過拍攝X線片測得CA，進行干預前后的對比；干預后，將瑜伽組與側凸對照組的CA進行對比分析改善效果。

圖5 CA角示意圖

1.3.4 sEMG信號

椎旁肌肌電信號指標：①積分肌電（integrated electromyogram，IEMG），是指在一定時間內肌肉中參加工作的運動單位放電總量，即在時間不變的前提下，其值的大小在一定程度上反映了參加工作的運動單位數量的多少和運動單位群放電的大小，其值可以判斷肌肉活動總體的強弱。②平均肌電波幅（average EMG，AEMG），是在某一周期中振幅的大小，是用來反映肌肉活動強弱的指標之一，也是用來比較在完成規定任務中比較有代表性的肌肉的神經支配總量和各肌肉的比例分布依據［11］。干預前后，分別測得24名受試者的背部椎旁肌IEMG，并計算AEMG比值，進行前后對比；干預后，對瑜伽組的凸凹側IEMG、AEMG比值進行對比；干預后，將3組間的IEMG、AEMG比值進行對比分析。

1.4 統計學方法

所有實驗數據均使用SPSS17.0軟件進行處理，采用mean±SD表示，采用配對t檢驗進行瑜伽干預前后組內的差異性比較，以及側凸對照組與正常對照組的前后比較；采用獨立樣本t檢驗進行瑜伽組和側凸對照組的組間及瑜伽組和正常對照組的組間差異性比較；采用單因素方差分析進行3組間的比較，均以p＜0.05表示具有顯著性統計學差異，p＜0.01表示具有極為顯著統計學差異。

2 結果

2.1 瑜伽對AIS患者Cobb角的影響

干預前，瑜伽組與側凸對照組的胸段Cobb角、腰段Cobb角無統計學差異（胸段F=0.002，p=0.746；腰段F=2.388，p=0.230）。

配對樣本t檢驗顯示，干預后，瑜伽組的胸、腰段的Cobb角與干預前比較，均有顯著的降低，胸段降低了13.24%，腰段降 低 了12.57%（胸 段t=11.538，p=0.000，腰 段t=8.557，p=0.000）。獨立樣本t檢驗顯示，瑜伽組和側凸對照組在干預后（12周后）的比較發現，瑜伽組的胸段Cobb角明顯低于側凸對照組，腰段Cobb角略低于側凸對照組，但結果無統計學差異（胸段：F=0.112，p=0.034；腰段：F=0.246，p=0.346）。

2.2 瑜伽對AIS患者PO、CA的影響

干預前，瑜伽組與側凸對照組的PO、CA無統計學差異（PO：F=0.022，p=0.885；CA：F=0.848，p=0.373）；瑜伽組與正常對照組的PO、CA比較無統計學差異（PO：F=0.028，p=0.870；CA：F=0.522，p=0.482）。

干預后，瑜伽組PO、CA均有明顯降低，PO較干預前比較降低幅度達12.38%，CA降低幅度達33.68%（PO：t=6.251，p=0.000，CA：t=9.308，p=0.000）。見表4。干預后，瑜伽組PO、CA明顯低于側凸對照組，且有顯著差異（PO：F=0.013，p=0.034，；CA：F=0.887，p=0.001）；瑜伽組與正常對照組的比較發現，瑜伽組的PO、CA明顯高于正常對照組，且差異顯著，說明PO、CA雖整體均有明顯降低，但仍未達到正常水平（PO：F=0.364，p=0.000；CA：F=1.382，p=0.000）。說明經過瑜伽鍛煉，可以有效改善AIS患者的PO、CA，雖然正常組的PO、CA明顯低于瑜伽組，但從正常對照組的大學生測量的PO、CA可以發現，其也有一定程度的骨盆傾斜和高低肩，這與學生長期的學習姿態（駝背、蹺二郎腿等）以及背單肩包等行為有關。

表4 干預前后PO、CA變化比較

2.3 瑜伽對AIS患者的sEMG信號影響

表3 干預前后Cobb角變化比較

干預前，瑜伽組與側凸對照組的背部凸、凹側AEMG對比發現，凸側AEMG明顯高于凹側，兩組均有極為顯著的統計學差異 （瑜伽組t=9.107，p=0.000；側凸對照組t=10.804，p=0.000），正常對照組背部左右側AEMG對稱，無顯著統計學差異（t=-0.857，p=0.532）；瑜伽組與側凸對照組凸凹側AEMG的組間比較，無顯著性統計學差異（p=0.529），瑜伽組、側凸對照組與正常對照組分別比較發現，有顯著差異（p=0.000）。瑜伽組、側凸對照組與正常對照組AEMG的組間比較發現，瑜伽組與側凸對照組的凸凹側AEMG明顯不對等，而正常對照組左右側幾乎對等，3組的組內比較發現，均有顯著性差異（p=0.000）。見表5。以上說明瑜伽組與側凸對照組的AIS患者背部凹凸側肌力顯著不對稱，有明顯改善的必要，而正常對照組的大學生背部肌力呈現對稱。

表5 干預前后椎旁肌sEMG信號變化（±S，單位：μV/s）

表5 干預前后椎旁肌sEMG信號變化（±S，單位：μV/s）

注：@@p＜0.01，@p＜0.05側凸對照組和實驗組比較

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干預后，瑜伽組的背部凸凹側AEMG比值較干預前有明顯下降，下降幅度22.78%（t=6.965，p=0.000），說明瑜伽鍛煉可以有效改善AIS患者背部肌肉力量的平衡性；側凸對照組AEMG比值與干預前比較雖有一定程度的增加，但并未表現出顯著的統計學差異（p=0.119）；正常對照組的AEMG比值與干預前比較發現，無顯著性差異（p=0.275），說明不進行運動干預的AIS患者，側彎程度存在進展的可能。

干預后，瑜伽組與側凸對照組的比較發現，側凸對照組的AEMG比值明顯高于瑜伽組，（F=7.928，p=0.001），說明瑜伽鍛煉有效改善AIS患者背部肌力的不平衡。瑜伽組凹側的IEMG、AEMG較 干 預 前 有 顯 著 增 加 （IEMG：t=-13.173，p=0.000；AEMG：t=-8.016，p=0.000），說明瑜伽鍛煉有效增強患者背部肌力，從而使得背部肌肉力量達到進一步的對稱。

3 討論

特發性脊柱側彎（idiopathic scoliosis，IS）是指脊柱無任何先天性異常或伴有神經肌肉疾病的前提下，在冠狀面及矢狀面發生旋轉的疾病，其表現為脊柱側彎或三維旋轉［12］。AIS則是發生在10～18歲之間最為常見的脊柱疾病，其占IS的80%［13］。在傳統的脊柱側彎評估方法中，Cobb角一直作為判斷的金標準，其中Cobb角在10°及以上的患者建議進行相關治療，角度在40°以上建議手術治療，輕度患者則建議保守治療。而研究發現，保守治療AIS的方法中運動療法是最佳的［14］。而運動療法的優勢在于項目多樣、大眾易接受、價格合適且適合輕度患者。隨著時代的發展出現了多種運動療法，包括結合中醫的推拿按摩、易罐拉伸，結合科學運動方法的有氧配合抗阻訓練、懸吊運動等等，在此基礎上還有結合現流行的運動項目（如普拉提等）。AIS的糾正重在改善脊柱旋轉導致彎曲的問題，而脊柱的彎曲會導致背部肌肉力量的失衡［15］，改善側彎現象可以通過平衡背部凹凸兩側肌肉力量來實現，不對稱的肌肉力量可以通過拉伸和加強來實現。而這正和瑜伽的運動理念不謀而合。它配合特殊的呼吸方式和正反平衡原則十分有助于脊柱形態的矯正［5］。在祁俊菊［16］的研究中證實了瑜伽鍛煉通過伸展肌肉來增強脊柱柔韌性和加強核心肌群力量能緩解下腰痛的效果，在她的研究中，發現借助瑜伽呼吸法能為患者脊柱的穩定提供保障。在Williams［17］等人的研究中，經過16周的瑜伽鍛煉，瑜伽組的下腰痛患者，無論在疼痛強度還是疼痛藥物使用方面都有顯著下降。在Fishman［18］等人的研究中，對56名患者進行了5個月（至少1次/天）的瑜伽練習，瑜伽鍛煉明顯改善了AIS患者的胸、腰段Cobb角。由此認為依靠瑜伽鍛煉對AIS患者的脊柱形態有矯正效果。本研究的研究對象針對的是S型彎曲的AIS男性患者，對其進行12周的瑜伽練習，瑜伽組的患者胸、腰段Cobb角較干預前均顯著降低，下降幅度分別為13.24%、12.75%；與側凸對照組相比，瑜伽組的患者胸、腰段Cobb角均明顯低于側凸對照組，由于瑜伽運動中，拉伸動作加強對肌肉的控制與伸展、特殊的呼吸方式配合動作，可能是使得胸段Cobb角下降幅度大于腰段的原因之一。在Jin［19］等人研究中，建議運動超過6個月，對于Cobb角的改善更大。而本研究沒有對該8名瑜伽組受試者的后期維持進行追蹤，所以，在后續治療中，可適當加長瑜伽鍛煉的周期，繼續驗證瑜伽對AIS患者康復的長期影響。

各種形式的運動療法層出不窮，通過運動改善脊柱形態的研究已經得到了大家的重視，但是通過運動改善AIS的機理研究仍非常少。本研究從表面肌電圖的角度，探究AIS患者椎旁肌兩側的電信號變化來證實運動對AIS患者的改善。況且近年來，利用表面肌電圖（surface electromyography，sEMG）評價AIS患者凹凸側椎旁肌肌電活動的研究也已經成為一項熱點，通過動態檢測得到的客觀指標，也表現出較好的臨床應用價值［6］。應用表面肌電圖（sEMG）技術研究脊柱側彎的例子也屢見不鮮。2005年John［20］等人通過對IS患者椎旁肌肌電圖的初步研究中，證實了椎旁肌肌電活動對脊柱側彎有預測作用。2007年，脊柱側彎的軀干凸凹側旋轉力量不對稱在Kelvin［21］等人的研究中也被證實，凹側旋轉力量較弱，凸側旋轉力量較強。杜根紅［7］等人的研究中，也證實了在中醫脊柱治療法下，AIS患者的椎旁肌肌電信號AEMG比值有顯著下降。本研究中，通過對24名受試者背部肌電信號的采集和分析發現，16名AIS患者的背部椎旁肌IEMG、AEMG信號顯著不對稱，與正常對照組的8名同學IEMG、AEMG有顯著差異，同樣通過AIS患者椎旁肌肌電信號的不對稱證實了AIS患者的背部凹凸側肌力失衡，這與之前學者研究的結果相符。在經過12周的瑜伽練習后，瑜伽組的患者AEMG比值有顯著下降，并明顯低于側凸對照組，且差異顯著，說明瑜伽鍛煉可以有效改善患者椎旁肌肌力的平衡性，但通過與正常對照組的AEMG比值比較發現，AIS患者的椎旁肌肌力對稱性與正常人的差距還是明顯的，這可能與瑜伽鍛煉的持續時間及患者的自身維持有關，在后續的研究中可以加長鍛煉時長，根據患者的學習習慣增加新的體式練習，并進行進一步的實驗驗證。通過對干預前后瑜伽組患者的椎旁肌肌電信號比較發現，凹側IEMG、AEMG均有顯著的增加，雖然無法直接證明患者背部凹側的肌肉力量增加，但背部表面肌電信號的改變提示患者背部凸凹側肌力的對稱性的改善從而改善了AIS患者的背部形態，也可以側面提示患者背部肌肉力量的改善。但由于技術局限性，本研究對背部肌肉疲勞的相關驗證沒有取得進一步進展，后續研究中將嘗試突破該問題，繼續探究AIS患者椎旁肌兩側肌肉耐力的變化。

總之，運動改善AIS的結論在本研究中得到再次驗證，瑜伽的呼吸法和體式針對AIS的康復效果是顯著的，所以瑜伽鍛煉可以成為AIS患者的康復手段。通過對AIS患者椎旁肌肌電信號的分析，提示了針對AIS患者的體態糾正重點應該放在椎旁肌凹凸側的肌肉力量對稱性的改善。