医疗保健
Article椎旁肌活动与腰椎间活动范围的关系
阿利斯特·杜·罗斯 1,2,* †和艾伦·布林 1,†
收到日期：2015年12月2日；接受日期：2015年12月24日；发表日期：2016年1月5日 学术编辑：罗伯特·J·加切尔 1英欧整脊学院肌肉骨骼研究与临床实施研究所，英国伯恩茅斯帕克伍德路BH52DF； imrci.ABreen@aecc.ac.uk2伯恩茅斯大学科学与技术学院，英国普尔费恩巴罗BH125B*通讯作者： adurose@aecc.ac.uk；电话：+44‐(0)1202‐436‐353 †这些作者对本研究的贡献相同。
摘要：
腰椎的控制需要主动和被动子系统共同参与。识别这些系统之间的相互作用可能有助于了解 下背痛的机制。然而，作为第一步，研究正常情况下的表现尤为重要。本研究旨在探讨在健康对照 组中，通过定量透视法（QF）和表面肌电图（sEMG）测量负重屈曲过程中腰椎间活动范围与椎旁 肌活动之间的关系。在受控的主动屈曲过程中 60˝，使用放置于胸最长肌胸段（TES）、胸最长肌 腰段（LES）和多裂肌（LMU）上的电极同步记录腰椎sEMG和QF运动序列。归一化均方根（ RMS）sEMG振幅数据在五个时间段内进行平均，并计算各时段间的振幅变化。同时还确定了 LMU/LES、LMU/TES和LES/TES的表面肌电比值。采用QF测量L2‐S1节段的最大椎间活动范围， 并计算sEMG振幅变量与这些测量值之间的相关系数。此外，还评估了所有三种椎旁肌的组内和组间 会话sEMG振幅可重复性。sEMG振幅测量具有高度可重复性，且sEMG振幅变化与L4‐5和L5‐S1椎 间最大活动范围显著相关（r= ´0.47至0.59）。LES/TES的sEMG振幅比值也与L4‐L5椎间最大 活动范围相关（r=´0.53）。所发现的关系在考虑下背痛康复时可能具有重要意义。
关键词： 脊柱运动学；透视；表面肌电图；可靠性；一致性 t
1.引言
在自主躯干弯曲过程中，脊柱的最佳控制需要众多躯干肌肉的精细协调[1]。这种动态控制被认 为是由三个子系统之间的相互作用所调节的，即被动（椎骨、椎间盘和韧带）、主动（肌肉和肌腱） 以及控制（中枢神经系统和神经）系统[2,3]。然而，由于脊柱结构复杂且属于隐藏的运动链，研究这 些子系统之间的相互作用十分困难。因此通常需要多种不同的技术手段，而每种技术都有其自身的局 限性。
为了直接研究脊柱的被动和主动子系统，已有许多研究致力于同时测量脊柱运动学和肌肉活动[4– 12]。这些研究大多采用表面肌电图结合皮肤表面运动学测量技术，如Fastrak[8,13],、Isotrak [9,11,12],或相机[4,5,7]。然而，这些方法仅限于对整体脊柱运动的研究。若要获取节段数据，通常 需要使用侵入性技术。
例如通过手术植入骨内针。Kaigle等.（1998）研究了在完全屈曲期间腰部肌肉活动的减少（屈曲松 弛）以及椎间水平的脊柱运动学[10]。然而，通常仅考虑单个运动节段，并且肌电图也仅从一个水平 记录（例如胸最长肌腰部）[10]。
1.1.椎间被动与运动控制系统的同步监测
研究脊柱关节和肌肉的整体功能需要在整个运动过程中同步进行多节段运动学和肌电监测。这是 为了将时序、幅度和分段纳入这两个系统，以表征控制机制。多节段表面肌电图满足了运动控制系统 的需求，而定量透视法（QF）可测量一系列连续椎间运动变量[14]。因此，同步记录这些指标可对脊 柱的被动与主动系统进行整体评估，且建议该方法在评估下腰痛（LBP）患者时可能具有应用价值 [4,15]。本研究首次联合使用定量荧光透视（QF）和腰椎表面肌电图（sEMG）。通过在健康对照人 群中研究腰椎的生物力学特性，旨在更深入理解LBP人群生物力学变化的意义。
1.2.变量选择
为了研究节段性运动学与局部肌肉活动之间的关系，必须从两者中选择合适的变量。尽管已有研 究探讨了对扰动的反应[16],以及屈曲放松现象（即在完全矢状面屈曲过程中椎旁肌活动的消失（ FRP））[17,18],，但很少有研究包含整个周期中的表面肌电图幅值变化（sEMGamplitude changes），无论其是增加还是减少。因此，本研究针对这些参数进行了分析。定量屈曲（QF）可在 负重或仰卧运动过程中测量冠状面和矢状面内的连续椎间旋转和平移，并可由此推算瞬时旋转轴（ IAR）和旋转范围达到率。然而，由于本研究还需要将椎间活动范围（IV‐RoM）与sEMG进行比较， 因此需要连续运动信息。因此，IAR旋转和达到率可能并不十分适用。此外，平移范围较小，使得该 指标不适合进行数值比较，因而最大旋转运动成为首选的测量指标。
为了研究腰椎肌肉活动与弯曲过程中椎间节段活动受限之间的关系，需要获取最大椎间活动范围 (IV‐RoMmax)。连续椎间旋转数据不仅能够实现与其他变量的时间比较，还能提取实际的最大椎间 活动范围(IV‐RoMmax)，而非仅在自主躯干弯曲极限时的椎间活动范围。在站立位进行记录可实现 此类比较。
1.3.增强功能评估
Sanchez‐Zuriagaet al.(2015)提出，不同下背痛患者群体与健康对照组在椎旁肌活动和局部腰 椎运动方面仅存在细微差异[4]。这意味着肌肉活动可能对活动范围没有影响，或者我们未能掌握各 个椎间节段发生情况的细节。例如，复发性下背痛患者在屈曲过程中椎旁肌活动可能增加，但活动范 围无差异，而活动范围的分布可能在运动的不同阶段于不同椎间水平之间发生了转移。椎旁肌在屈曲 过程中的主要作用是抵抗椎间运动[19]，因此可能在某一特定节段运动受到限制，并在其他部位得 到代偿，这种代偿可能发生在其他腰椎节段、胸椎或骨盆。因此，在试图理解功能障碍与下背痛之间 关系时，必须针对各个椎间水平，从运动学及其相关肌肉活动两方面进行评估。
1.4.可重复性
量化屈曲技术的发展使其在下腰痛研究中的应用变得更加普遍[20–22]。椎间活动范围（I V‐RoM）是评估椎间运动最常用的量化屈曲技术指标[22–24],，已证明其具有较高的准确性和可靠性 [22,25]。然而，众所周知，表面肌电图记录本质上具有较大的变异性[26,27]。因此，开展了一项子研 究，以评估整个屈曲及回复周期中平均归一化均方根（RMS）表面肌电幅值记录的会话内和会话间可 重复性（信度与一致性）。
1.5.研究目的
本研究的目的是量化腰椎屈曲过程中最大椎间活动范围与伴随的椎旁肌活动之间的关系。
1.6.具体目标
确定在负重矢状面屈曲及返回过程中标准化sEMG振幅的组间和组内会话信度与一致性。
‚确定腰椎不同椎间节段竖脊肌sEMG振幅的比值是否与腰椎椎间水平的最大椎间活动范围相关。
‚确定前屈周期不同阶段sEMG振幅的变化是否与腰椎椎间水平的最大椎间活动范围相关。
2.实验部分
2.1.参与者
本研究的纳入标准见表1。研究招募了20名来自英欧整脊学院（AECC）学生群体的男性参与者。
本研究已获得国家研究伦理服务（NRES）批准（布里斯托尔10/H0106/65），并在数据采集前获得 了所有参与者的书面知情同意。定量屈曲（QF）和表面肌电图（sEMG）数据采集同时进行。为了尽 量减少软组织厚度（STT）和脊柱退变（如椎间盘高度降低）等参数变异可能带来的影响，招募对象 仅限于年轻成年男性。
| 表1.纳入标准。 | |
|---|---|
| 纳入标准 | 排除标准 |
| 20至40岁男性 | 英语理解能力差 |
| 能够理解书面信息 | 正在接受骨质疏松治疗 |
| 愿意参与并能够提供 知情同意 | 近期腹部或盆腔手术 |
| 同意告知全科医生 | 既往腰椎手术 |
| 体重指数< 30 | 体重指数> 30 |
| 无下背痛病史，且在过去一年中未因下背痛导致至少一天无法进行正常活动 | 上一年中有任何医疗辐射暴露 |
| 过去一年中有任何医疗辐射暴露 或在过去两年中暴露于某一剂量 大于8毫希沃特 | |
| 目前是否参与任何其他研究项目 |
2.2.运动学数据采集与处理（定量透视法）
使用西门子ArcadisAvanticVC10A数字透视机（CE0123）和直立式运动支架，以15赫兹采集 腰椎透视图像，该支架可稳定参与者并引导其进行弯曲运动。要求参与者右侧身体靠在运动框架上 （图1），并跟随一个旋转扶手，使其完成一定范围的 60˝前屈
在连续20秒的荧光透视成像期间进行屈曲和恢复直立。选择 60˝的范围是基于腰椎整体具有 80˝（屈 曲和伸展部分）[28]的范围。运动框架装置可根据参与者的身材完全调节，中心射线定位在L4，以确 保所有椎骨（L2‐S1）均包含在成像范围内。
在开始图像采集之前，参与者被以20°为增量逐步移动至最大60°，以确保他们能够耐受该运动。
运动框架的运动通过其电机驱动的电子反馈进行记录，并与荧光透视成像同步。为避免在髋关节处弯 曲，使用腰带固定于髂前上棘并连接到置于下骶段的支撑垫上，以稳定骨盆。参与者穿戴铅围裙以保 护性腺。
然后将屈曲和复位序列传输到台式计算机，使用在Matlab（剑桥MathWorks公司）中编写的 定制图像处理代码进行分析[14]。在每个序列的第一幅图像中，通过屏幕光标使用电子模板手动标记 L2‐S1的椎体轮廓。该过程在每个序列中重复五次，并对结果取平均值以提高精确度。在后续的每一 帧图像中，软件程序自动追踪每个椎骨，从而在整个弯曲序列过程中连续测量其运动[14]。通过视频 回放目视检查模板跟踪情况，以确保模板在整个序列中保持正确对齐。
提取的数据包括屈曲过程中的连续椎间角和最大椎间活动范围。每个椎间水平（L2‐3、L3‐4、L4‐5和 L5‐S1）的最大椎间活动范围是通过在60°躯干屈曲及回复周期中任意时刻达到的最大角度范围计算得出的。
2.3.肌电图
在开始数据采集之前，参与者呈俯卧位，以便使用皮肤标记笔在其背部标记12个电极位置。准备 过程中，对其下背部皮肤进行轻微磨擦，用酒精棉片清洁，必要时进行剃毛，以准备表面肌电图电极 的贴附。随后，在参与者保持轻度屈曲体位时（图2），将一次性预凝胶自粘式Ag‐AgCl电极以20毫 米电极中心间距贴附于三个双侧肌群上，具体位置如下：胸段竖脊肌（TES）（T9棘突外侧5厘米）、 腰段竖脊肌（LES）以及腰段多裂肌（LMU）（L2和L5棘突外侧2厘米）。
尽管多块肌肉的串扰不可避免地会影响每个电极位置记录的信号，但每个电极位置处的脊柱横断 面显示，在T9（TES）和L2（LES）处起主导作用的肌肉是胸最长肌，而在L5（LMU）处为多裂肌 [31]。随后，将三个Biopac无线发射器（Bionomadix双通道无线肌电系统）通过自粘式魔术贴垫固 定在下背部。在屈曲及回复周期中，左右两侧记录的归一化平均表面肌电振幅之间无显著差异。因此， 所有分析均采用两侧平均振幅的均值[15]。
2.4电极定位准确性
电极应用精度 准确性依赖于骨性解剖结构的主观识别 标志点，因此现有方法受限于人为主观性和个体解剖结构差异[32–35]。然而有研究表明，当技术结 合时，准确性可显著提高[36]。本研究被整合到一项正在进行的更大规模的正常值数据库研究中，该 研究要求在开始负重成像之前先进行仰卧位QF成像。为了提高电极定位准确性，在仰卧位操作过程 中将一个电极放置在L3棘突上。这为电极的应用提供了更优的解剖学参考点（图3）。
2.5.表面肌电图设备
表面肌电信号数据以2000赫兹的采样率记录，共模抑制比（CMRR）为110分贝，输入阻抗为1000兆欧。
这六个信号在10–500Hz范围内进行带通滤波并全波整流。对每位参与者的周期计算均方根（ RMS）振幅，并在后期处理中将其标准化为次最大自主收缩，以sMVC的百分比表示。
2.6.参考收缩
当数据采集完成后，为了提供次最大自主收缩（sMVC）参考[37],要求参与者俯卧于带软垫的长 凳上，双手置于头后。然后要求他们将躯干抬离床面，并保持该姿势五秒钟，同时固定其腿部和骨盆。
此过程重复三次，取平均sMVC作为参考。选择该方法而非归一化至峰值，主要是因为该方法可使所 研究的肌群受力更均匀，同时也可避免参与者为完成相同动作时肌肉激活模式的差异问题。
2.7.同步
QF运动框架控制器记录和表面肌电（sEMG）数据记录通过安装在框架运动臂上的触发开关进行 协调。这会在sEMG时间线上注册一个数据点（图4）。
2.8.表面肌电振幅重复性研究
另外使用了一个包含10名参与者的便利样本进行sEMG振幅的个体内和个体间重复性研究。这些 研究未结合QF成像进行。采集周期在基线和随访时各重复四次（每次间隔数分钟）。组内会话结果 比较了四次周期中的第1次和第2次，而组间会话结果则通过计算四个周期内记录的左、右归一化振幅 均值的平均值得出。所有分析均由ADR完成。
2.9.数据分析
仅在屈曲阶段，根据左侧和右侧标准化的sEMG（RMS）振幅计算sEMG比值[38,39] ，具体包 括LMU/LES、LES/TES和LMU/TES。为了计算屈曲周期不同阶段的sEMG变化，将每位参与者的 前屈阶段分为五个时段[15]。各时段之间平均sEMG的变化为 然后计算（例如，屈曲早期阶段的变化计算为（时段1‐2）） 每个TES、LES和LMU。该过程重复进行，以确定所有时间段在各个水平之间的变化。
所有数据均使用夏皮罗‐威尔克检验进行正态性检验。对于符合正态分布的数据，采用皮尔逊积矩 相关系数分析IV‐RoMmax与sEMG比值及其变化之间的关系；对于非正态分布数据，则采用斯皮尔 曼等级相关。显著关系（p值< 0.05）进一步通过简单线性回归进行分析。受试者内标准化均方根 表面肌电图振幅在整个屈曲及回复周期中的可靠性与一致性分别采用组内相关系数(ICC3,1)[40],和 测量标准误(SEM)进行评估[41]。统计分析使用IBMSPSS（版本21）完成。
3.结果与讨论
3.1.结果
20名在过去一年中无下背痛病史的男性同意参与研究。其中两名参与者的序列出现模板跟踪失败， 因此其定量屈曲（QF）和表面肌电图（sEMG）数据被剔除。参与者的平均（标准差）年龄、身高和 体重指数（BMI）分别为27.6岁（4.4）、1.8米（0.06）和24（2.2）。该组的平均放射摄影曝光参数 记录为79.7千伏（标准差5.4）和55.4毫安（标准差3.4）。使用国际辐射防护委员会103号出版物（ ICRP103）转换软件PCXMC（蒙特卡洛模拟软件包）[42],计算得出平均有效剂量为0.143毫西弗。
因此，完成一次腰椎运动序列所需的辐射剂量低于单次传统X光片[14]。在屈曲周期中，胸椎竖脊肌 （TES）的归一化均方根表面肌电图（normalisedRMSsEMG）平均值范围为3%至21%，腰椎竖 脊肌（LES）为2%至31%，腰椎多裂肌（LMU）为13%至40%。
3.1.1.信度与一致性
在弯曲序列期间，所有肌肉水平的标准化肌肉活动的组内会话和组间会话信度与一致性均较高 （表2）。组内会话LMU的组内相关系数最高（ICC= 0.990，95%置信区间0.961–0.998），组内 会话TES的标准误测量最低，为0.5%。组间会话LES的组内相关系数最低（ICC= 0.872，95%置信 区间0.508–0.968），组间会话LES的标准误测量最高（SEM= 3.9%）。
| 表2.负重矢状面QF协议期间归一化均方根表面肌电图振幅的会话内和会话间信度与一致性（n= 10）。 | ||||
|---|---|---|---|---|
| 组内会话ICC (3,1)(95%可信区间) | 组间会话ICC (3,1)(95%可信区间) | 组内会话 标准误测量 (%) | 组间会话 标准误测量 (%) | |
| TES | 0.996（0.986–0.999） | 0.895（0.606–0.974） | 0.5 | 2.7 |
| LES | 0.984（0.939–0.996） | 0.872（0.508–0.968） | 1.2 | 3.9 |
| LMU | 0.990（0.961–0.998） | 0.974（0.902–0.993） | 1.4 | 2.8 |
| ### 3.1.2.背部背曲活动变化与IV‐RoMmax之间的相关性 | ||||
| 所有肌肉活动变化与最大椎间活动范围（IV‐RoMmax）之间相关性的汇总见（表3）。仅在下 腰段节段性运动（L4‐5和L5‐S1）中发现显著相关性。这些相关性始终为中等强度（r值范围为– 0.48至0.59），并包括与所有三个肌肉水平的椎体间关系。结果还显示了许多接近显著性的相关性； 其中确实包括与上腰段椎体间水平（L2‐3和L3‐4）运动的关系。 |
所有显著相关性均通过简单线性回归进行进一步分析。背肌活动变化对IV‐RoMmax的影响如 （表4）所示。该表显示，r2值范围为0.177至0.247。
| 表3。所有椎间节段（n= 18）最大椎间活动范围与肌肉活动变化（三组，五个时间段）之间的相关性 * | ||||
|---|---|---|---|---|
| 椎间水平 | ||||
| 肌肉活动变化 | L2‐L3 | L3‐L4 | L4‐L5 | L5‐S1 |
| TES时期1‐2 | r 0.404 | 0.316 | ´0.164 | 0.224 |
| p 0.097 | 0.201 | 0.516 | 0.371 | |
| TES时期2‐3 | r 0.083 | ´0.02 | 0.036 | ´0.477 |
| p 0.743 | 0.938 | 0.888 | 0.045 | |
| TES时期3‐4* | r ´0.059 | ´0.077 | ´0.171 | ´0.434 |
| p 0.817 | 0.760 | 0.496 | 0.072 | |
| TES时期4‐5 | r ´0.124 | ´0.194 | ´0.134 | ´0.103 |
| p 0.625 | 0.441 | 0.596 | 0.683 | |
| LES时期1‐2* | r ´0.203 | 0.070 | 0.595 | 0.391 |
| p 0.418 | 0.782 | 0.009 | 0.108 | |
| LES时期2‐3 | r ´0.045 | 0.257 | 0.295 | 0.497 |
| p 0.86 | 0.303 | 0.234 | 0.036 | |
| LESepoch3‐4 | r ´0.117 | ´0.118 | 0.211 | 0.266 |
| p 0.645 | 0.642 | 0.4 | 0.286 | |
| 腰椎竖脊肌第4‐5阶段 * | r 0.228 | 0.215 | ´0.088 | ´0.055 |
| p 0.362 | 0.392 | 0.729 | 0.829 | |
| 腰椎多裂肌第1‐2阶段 | r 0.14 | 0.334 | 0.314 | ´0.144 |
| p 0.58 | 0.176 | 0.204 | 0.567 | |
| LMU时期2‐3* | r 0.021 | 0.062 | 0.317 | 0.139 |
| p 0.935 | 0.807 | 0.200 | 0.581 | |
| LMU时期3‐4 | r ´0.039 | 0.164 | 0.455 | 0.273 |
| p 0.877 | 0.517 | 0.058 | 0.272 | |
| LMU时期4‐5 | r ´0.159 | 0.067 | 0.429 | 0.461 |
| p 0.53 | 0.793 | 0.076 | 0.027 | |
| 显著相关性以粗斜体标出。接近显著性的相关性以粗体标出。*表示该行包含非参数数据，因此使用斯皮尔 曼 等级相关。所有其他正态分布的数据均采用皮尔逊积矩相关系数进行分析。r=相关系数，p= p值。 |
| 表4。简单线性回归分析：显著相关性 | ||||
|---|---|---|---|---|
| 变量 | 椎间水平 | r | p | r² |
| LMU时期4‐5 | L5‐S1 | 0.461 | 0.027 | 0.212 |
| LES时期2‐3 | L5‐S1 | 0.497 | 0.036 | 0.247 |
| TES时期2‐3 | L5‐S1 | ´0.477 | 0.045 | 0.227 |
| LES时期1‐2* | L4-5 | 0.595 | 0.009 | 0.177 |
| *表示该行包含非参数数据，因此使用斯皮尔曼等级相关。所有其他正态分布的数据采用皮尔逊积矩相关系数 进行分析。r=相关系数，p= p‐值以及r2=决定系数。 |
3.1.3.表面肌电比值与最大椎间活动范围之间的相关性
所有椎间节段的sEMG比值与IV‐RoMmax之间的相关性如（表5）所示。唯一显著的关系出现在 LES/TES比值与L4‐5处的IV‐RoMmax之间，该关系由（图5）中的散点图展示。该图突出了 LES/TES比值与L4‐L5IV‐RoMmax之间的负相关，表明当LES的肌肉活动相对于TES增加时， L4‐L5处的IV‐RoMmax会减小。另一个接近显著性的相关性为LMU/LES比值与L5‐S1处 IV‐RoMmax的相关性（r= 0.37, p= 0.13）。
| 表5.所有椎间节段肌肉活动比值与最大椎间活动范围之间的相关性（n = 18）。 | ||||
|---|---|---|---|---|
| 椎间水平 | ||||
| 比值 | L2‐L3 | L3‐L4 | L4‐L5 | L5‐S1 |
| LMU/TES | r 0.046 | −0.013 | −0.236 | 0.152 |
| p 0.856 | 0.958 | 0.345 | 0.548 | |
| LMU/LES | r −0.209 | 0.04 | 0.263 | 0.37 |
| p 0.405 | 0.875 | 0.292 | 0.13 | |
| LES/TES | r 0.095 | −0.217 | −0.533 | −0.242 |
| p0.7080.3870.023 | 0.333 | |||
| r=皮尔逊积矩相关系数，p= p‐值。 |
3.2.讨论
3.2.1.信度与一致性
建议在肌电图研究中使用的任何程序都应经过可靠性测试[43]。本研究中，所有肌肉水平的会话 内和会话间信度与一致性均为“实质性”[40]。表面肌电图研究的一个常见问题是其结果存在较大的 变异性[44,45],因此，本研究所显示的高可靠性令人欣慰。通常，部分变异性可归因于缺乏标准化以 及肌电图变量的标准化方法[46]。然而，结果（表2）表明，QF协议所提供的运动范围、速度和方向 的标准化可能在减少由此类原因引起的变异性影响方面发挥了重要作用。但应注意的是，在组间会话 群体中，信度与一致性相对较差，特别是LES的SEM增加了（3.9%）。由于肌肉活动变化在功能性任 务中可能较为细微，这可能对未来的组间会话研究构成局限性。
3.2.2.屈曲周期不同阶段sEMG振幅的变化
结果表明，在前屈周期的各个阶段，TES、LES和LMU活动的变化在一定程度上均与下腰椎水平 （L4‐5和L5‐S1）的最大椎间活动范围相关。已有研究指出，节段间力维持或减少椎间运动[47,48],因 此，如果后部肌肉的作用是抵抗矢状面屈曲，那么为了使椎间运动发生，这种支持性肌肉组织必须去 激活，这似乎是合理的。图6显示了在健康对照受试者中，最靠近L5‐S1椎间节段的肌肉（LMU）在 屈曲最后阶段活动显著降低的一个示例。这与运动图中相邻椎间水平运动起始时的相位滞后[49]在活 动变化之间的对应关系
时间段，在这种情况下，屈曲周期最后阶段的失活程度越大，L5‐S1处的最大椎间活动范围就越大。这表明存在一定程度的局部控制，但也不能排除为了保 持脊柱在图像范围内并避免髋关节对运动产生影响而对骨盆进行稳定的可能外部因素。竖脊肌与腰椎上位椎间运动节段之间并未表现出这种对应水平的直接 关系（表5），这可能提示该水平存在解剖学特异性的控制。然而，研究也强调了腰椎竖脊肌和胸椎竖脊肌的潜在重要性。
特别值得关注的是，TES和LES对L5‐S1最大椎间活动范围（IV‐RoMmax）的影响之间存在明 显的差异（图7）。在周期的第2至第3时间段（早期中期），随着LES活动性的降低，L5‐S1 IV‐RoMmax相应增加；而在同一周期阶段，TES的变化（减少）则与L5‐S1IV‐RoMmax的降低显 著相关（图8）。这表明TES和LES可能在控制远端运动节段的活动范围方面发挥着不同的作用。当 L5‐S1节段的运动增加时，LES活动可能减少，而TES活动增加，反之亦然。
当考虑将LES视为局部（节段间）肌肉而将TES视为整体（多节段）肌肉时[50],，这些发现可能 具有重要的临床意义，因为它们提出了节段特异性稳定/控制的可能性。关于局部和整体肌肉在脊柱稳 定性中的作用，目前存在相互矛盾的观点：伯格马克认为节段间（局部）肌肉是主要的稳定肌[50],， 而克里斯科和帕纳比则认为较大的多节段（整体）肌肉更具力量[51]。在一项探讨不同躯干肌肉对腰 椎稳定性相对贡献的研究中，霍莱维基和范弗利特得出结论：尽管竖脊肌中的节段间和多节段部分相 较于其他肌肉（如腰大肌和腹直肌）对稳定的效应最大，但两者之间并无显著区别[52]。
有许多接近显著性的相关性（表3），因此未来样本量更大的研究很可能会揭示更多具有统计学 意义的关系，可能涉及上腰椎椎间节段。
3.2.3.表面肌电比值
先前的研究表明，腰椎上部与下部节段的运动学行为存在明显差异[53]。因此，预计最大椎间活 动范围（IV‐RoMmax）与腰椎多裂肌/腰椎竖脊肌（LMU/LES）的肌肉活动比率之间可能存在关系。 然而，这种关系并不显著，提示运动节段在脊柱曲度中的位置或被动结构（如强韧的髂腰韧带）的影 响可能对这类相互作用产生影响。然而，腰椎竖脊肌/胸椎竖脊肌（LES/TES）的比率确实显示出与 L4‐L5节段活动范围之间存在具有统计学意义的负相关关系（图5和表5）。
在之前的一些研究中，已对腰椎竖脊肌与胸椎竖脊肌活动的比值进行了探讨[38,39,54–56]。基于 从两名健康受试者收集的肌电数据建立的肌肉骨骼躯干模型，乔莱维奇和麦吉尔提出，优先募集 LES而非TES可能是增加脊柱刚度的一种策略[54]。另一项比较健康对照组与腰痛患者肌肉募集模式 的研究发现，后者具有更高的LES/TES比值[38]。这些结果得出结论：组间差异很可能是为增强脊柱 稳定性而形成的一种适应性改变。这一理论进一步得到了VanDenHoornet al.（2012）的支持，他 们还证明了腰痛患者在步态过程中LES/TES比值显著更高[55]。
Reeveset al.还在校队运动员中研究了这种肌肉激活失衡现象，尽管他们认为节段间的肌肉失衡 与下背痛之间确实存在关联，但作者也发现，在一些有下背痛病史的个体中，TES活动可能占主导地 位[39]。作者认为，这可能由病理因素解释，例如中枢神经系统优化激活以最小化压缩力，或由于不 同组间肌肉纤维类型的差异，以补偿与疲劳相关的疼痛[39]。然而关键的是，文中也提到了这些模式 可能是由于不同类型的姿势或脊柱前凸所致，并且进一步的研究可能会考虑这一效应的影响。
本研究的结果表明，在无长期下背痛病史的人群中，LES/TES的比值可能存在差异，并且似乎与 该人群中的椎间力学变化相关。已有研究提出，腰椎节段间运动还受到脊柱形态的影响[57],，但这 些结果提供了更具节段特异性的详细信息，显然，应根据椎间活动范围变化采用不同的募集策略。该 研究领域经常提出的一个问题是：这些策略是相关运动学改变的原因还是结果。
有观点认为，节段间的肌肉失衡并不会导致下背痛损伤[39]。同时也有观点认为，失衡并不一定 等同于功能障碍。因此，纠正患者的肌肉失衡不应作为首要目标。然而，如果L4‐L5或L5‐S1是关注的 节段，或是怀疑产生疼痛的节段，且该节段的运动被认为是问题的一部分，则减少肌肉失衡可能具有 重要意义。
在无下背痛的人群样本中，肌肉活动模式的差异可能并不代表对疼痛的适应。然而，这并不意味 着特定的肌肉活动模式以及相应的运动学行为不会成为未来发生下背痛的风险因素。这也对那些将下 背痛人群与健康无痛对照组进行比较的研究结论提出了质疑，因为肌肉活动模式可能并非对疼痛发作 的适应性反应。
有研究表明，实现足够的稳定性是一个动态变化的目标，因此没有单一肌肉可被视为最佳稳定肌， 因为最重要的肌肉会根据任务的不同而瞬时变化[58]。本研究结果展示了在前屈任务中这一概念的实 际体现。尽管效应量较小，但此处已表明椎间运动受到肌肉活动的影响。看来，最大椎间活动范围 （IV‐RoMmax）不仅取决于多个躯干肌肉的相对激活程度，还受其他生物力学变量的影响，因此下 一步合理的做法可能是评估每个因素的重要性。这将需要对更大样本量的人群进行多变量分析。如果 能够确定每个因素的相对重要性，那么在模型类型和输入的选择上就可能做出更为明智的决策。“正 常”样本中肌肉激活模式的多样性凸显了以有限的受试者数量作为系统模型基础的问题，而还原论方 法通常又受限于所选变量效应大小的局限性。如果能找到对运动学影响最大的变量，则在模型以及下 背痛（LBP）/控制研究中有选择地使用这些变量可能会带来益处。
最后，本研究的一个局限性在于未纳入非特异性下背痛患者，然而了解这些在屈曲过程中与维持 椎骨适当稳定相关的机制在患者中受到何种程度的破坏显得尤为重要。如果确实如此，这将为基于生 物力学的患者分层提供潜在途径。因此有必要开展此类研究。本研究仅针对一个狭窄的人群（i.e.,年 轻健康的成年男性），因此结果不能推广到其他群体。预计与年龄相关变化和性别相关的运动学和形 态学参数差异也会影响最大椎间活动范围（IV‐RoMmax），因而同样需要进一步研究。未来的研究 者还可能希望纳入胸椎后凸角和骨盆入射角等测量指标，以深入了解腰椎以外区域的运动学行为变化。
4.结论
本研究发现，在不同椎间节段水平上，肌肉活动变化、比值与最大椎间活动范围（I V‐RoMmax）之间存在弱至中等但显著的相关性。特别值得关注的是，在屈曲后期第五腰椎与骶骨之 间（L5‐S1）腰椎多裂肌（LMU）活动减少与IV‐RoMmax增加之间的相关性，从早期到中期屈曲过 程中腰椎竖脊肌（LES）与胸椎竖脊肌（TES）之间表现出的明显相互依赖关系，以及LES/TES比值 对L4‐L5节段IV‐RoMmax的影响。当特定椎间节段被认为是疼痛产生来源，并在考虑康复或手术规 划时，这些关系结合其他影响因素可能具有重要意义。有必要在更大样本中进行多变量研究，有望进 一步开展针对下背痛人群的纵向预后研究。
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