一項基于表面肌電檢測技術的神經—骨骼肌教學實驗改革

孫岑岑 梅汝煥 于曉云 方 瑜 鄭 燕 高鈴鈴 王夢令 厲旭云

浙江大學醫學院基礎醫學實驗教學中心，浙江省杭州市 310000

動物實驗是醫學、生命科學研究的基礎和重要手段，長期以來高等醫學院校生理學實驗教學亦以動物實驗為主。隨著社會進步和科技的發展, 我國實驗教學亦不斷進行改革，逐步減少動物實驗，提高人體實驗和虛擬仿真實驗的比例，以動物實驗的3R原則(Reduction-減少，Replacement-替代，Refinement-優化)為指導，逐步與國際接軌。而人體實驗的增加亦可增強生理學實驗與臨床應用的聯系，加強學生對理論知識的理解和應用[1]。

蟾蜍坐骨神經—腓腸肌的興奮收縮實驗是經典的生理科學實驗，通過觀察不同刺激因素對肌肉收縮的影響，用實驗方法驗證神經興奮到肌肉的機械收縮的過程[2]。但該實驗的實驗標本為已處死蟾蜍的離體或在體神經—骨骼肌標本，電刺激直接作用于神經，而在臨床應用中，往往需要對人體進行檢測，因此該實驗課檢測方法并不適用。為了進一步加強實驗課與臨床應用的密切結合，迎合實驗教學改革趨勢，筆者對神經—骨骼肌實驗進行改革，從傳統的動物實驗，轉變為無創人體實驗，利用表面肌電檢測技術對神經—肌肉興奮收縮過程進行一系列測定。

1 對象與方法

1.1 實驗對象 選取2018級臨床專業學生420名作為觀察對象，年齡19～21歲，性別不限。

1.2 方法

1.2.1 項目一：神經傳導速度的測定。利用NDI-097肌電圖機(上海海神醫療電子儀器有限公司)，刺激腕部正中神經，檢測并記錄手部大魚際肌的表面肌電信號。具體如下：(1)閾刺激測定：刺激電極置于腕部中央，刺激強度由0逐漸增大，通過肌電信號變化，測定閾刺激。(2)神經傳導速度測定：采用兩點刺激法，分別在腕部中央和肘部中央附近用超強刺激刺激正中神經，采集并記錄動作電位，計算得到神經傳導的平均速度，最快速度、最慢速度。

1.2.2 項目二：握力與肌電的關系測定。利用WP100型握力傳感器(成都儀器廠)和RM6240生物信號采集系統(成都儀器廠)，檢測不同握力強度下，肌電信號的變化。具體方法如下：記錄電極置于橈側腕長伸肌肌腹表面，分別記錄握力達到最大握力(MVC)，20% MVC，40% MVC，60% MVC和80% MVC相對應的肌電信號。利用RM6240生物采集信號系統分析軟件，測定每一握力對應的肌電積分和肌電頻率。

1.2.3 項目三：肌疲勞的測定。利用RM6240生物信號采集系統，檢測肌肉疲勞狀態下的肌電信號。具體方法如下：記錄電極置于肱二頭肌肌腹表面，受試者被測手緩慢抓取一定重量的啞鈴，并保持姿勢不變直至力竭，采集并記錄肌電曲線。利用RM6240生物采集信號系統的分析軟件，計算肌電積分和肌電頻率的變化趨勢。

1.2.4 學生課程評價調查：課程結束后，以問卷調查的形式，調查選修該實驗課的所有學生對本實驗內容的滿意程度、對本實驗的建議等。

1.3 統計學方法 使用SPSS13.0軟件進行數據分析，實驗數據以平均值±標準差表示，顯著性差異通過two-tailed Student’st-test進行分析計算。以P<0.05表示差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 人體神經—骨骼肌實驗結果 利用表面肌電檢測技術結合神經—肌肉興奮收縮相關理論知識，設置神經傳導速度、握力與肌電關系及肌肉疲勞3個實驗項目，均可得到理想實驗結果，差異具有統計學意義(P<0.05)，重復性好，并可利用相關理論知識進行分析解釋。具體如下：(1)項目一：神經傳導速度的測定。如圖1所示，利用表面肌電圖儀可測得正中神經的閾刺激和超強刺激強度，且兩者之間存在非常顯著性差異(P<0.01)，結合兩點測定法，通過數據分析可分別得到神經纖維的最快、最慢、和平均傳導速度，且三組數據差異顯著(P<0.01)。這一結果符合神經干、神經纖維的興奮傳導特點。見表1。(2)項目二：握力與肌電的關系。實驗結果顯示，隨握力增大，肌電積分和肌電頻率均隨之增大，具有正相關但非線性關系。該結果符合不同類型肌纖維特點和肌肉收縮原理。如圖2所示。(3)項目三：肌疲勞的測定。如圖3所示，隨著肌肉持續收縮，肌電積分不斷增大，肌電頻率逐漸減小，符合肌肉疲勞特點[4]。

圖1 人正中神經—大魚際肌興奮收縮的表面肌電圖

表1 正中神經的閾刺激強度及神經傳導速度

圖2 握力與肌電的關系

圖3 肌肉疲勞的肌電變化情況

2.2 教學滿意度評價 本實驗已在我校18級臨床醫學專業的生理科學實驗中開展，為獲得學生對該實驗反饋的第一手資料，以問卷調查的形式收集并分析了學生對本實驗的滿意度評價。結果顯示，95%的學生對該實驗感興趣，無學生對該實驗不感興趣；所有學生均對實驗設計的合理性表示認同； 對課程的建議方面，63.8%的學生希望課前獲得更多的參考資料，31.8%的學生希望得到更多的實驗指導。見表2。

表2 學生對人體神經—骨骼肌實驗的評價(%)

3 討論

與傳統經典的蟾蜍神經—骨骼肌興奮收縮實驗相比，改革后的人體神經—骨骼肌實驗具有以下優點：第一，包含知識點更多，內容涉及從神經興奮到肌肉收縮再到疲勞整個過程，如項目一涉及神經干、神經纖維的興奮傳導特點，可加深學生的直觀理解；項目二可加深學生對不同類型肌纖維的特點及肌肉收縮原理的認識；項目三可幫助學生對肌肉疲勞有更加直觀的認識，擴充對肌疲勞現象及產生機制的了解[3]。而傳統經典的神經—骨骼肌實驗對神經傳導速度、不同肌纖維類型及肌疲勞等方面的知識并未涉及。第二，與臨床密切相關，表面肌電圖在臨床診斷中亦不可或缺，故其更有利于基礎醫學實驗與臨床的銜接，有助于學生由理論向實際應用的過渡。第三，減少動物實驗，符合3R原則，迎合國家基礎醫學實驗教改趨勢，與國際接軌。此外，改革后的人體神經—肌肉興奮收縮實驗還具有以下特點：(1)為無創實驗，安全性高；(2)對實驗設備要求不高，表面肌電圖儀和RM6240均為常規實驗設備；(3)操作簡單，學生容易掌握。故該人體神經—骨骼肌實驗開設難度不大，易在實驗教學中廣泛開展。

滿意度調查結果顯示，學生對課程的滿意和認可程度較高，很多學生建議提供更多的學習資料和實驗指導，反映出學生對該實驗具有較高的興趣，亦說明新的人體神經—肌肉興奮收縮實驗可激發學生對相關理論知識的求知欲和探索欲。

總之，新的人體神經—骨骼肌實驗涵蓋更廣的理論知識內容，與臨床聯系緊密，符合國家教改趨勢，開設難度較小，且推行后學生反饋較好，因此值得推廣開展。