瑜伽锻炼改善AIS大学生患者脊柱形态与椎旁肌肌电信号的研究

刘晓慧，杜 美，牛会康，王卓琳，崔建梅

（中北大学 体育学院，山西 太原030000）

在不断追求综合素质发展的今天，青少年的体态问题逐渐受到了人们的关注。无论是繁重的课业压力，还是新时代下电子产品的迅速发展，都在一定程度上导致了青少年脊柱形态异常的问题。AIS是青少年发育初期的一种病因尚不明确的常见畸形，一般表现为脊柱冠状面弯曲角度超过10°。在形态上，AIS除了会导致患者的脊柱形态异常，还会使患者的胸廓、肩胛骨、骨盆出现一系列的问题。AIS在青少年中的患病率已经达到了1%～3%［1］。2019年，在天津市六区的调查显示，10～18岁的人群中，AIS患病率达到了2.48%［2］。由于其高发年龄段在16～20岁［3］，所以在校大学生也是不容忽视的群体之一。在金雄哲［4］的研究中发现，延边大学的大学生AIS患病率达到了2.63%。AIS患病率的不断增加，患者从青少年到大学生范围的扩大，也给相关学者深入研究AIS提供了进一步的需求。因此，脊柱形态的矫正也得到了越来越多的关注。现如今，治疗AIS的方法通常分为两种，Cobb角＞40°的患者建议进行手术治疗，但由于手术过程的复杂和费用昂贵，对于Cobb角未达到40°的患者建议运动治疗［5］。随着运动疗法的兴起，它配合传统的支具治疗，能缓解长期佩戴支具的肌肉僵硬［5］。所以，运动疗法的广泛应用可以为AIS患者的恢复带来更佳的效果。现国内出现的运动疗法包括结合中医的推拿正骨、易罐拉伸，以及结合现代康复理念的悬吊运动、有氧结合抗阻运动、普拉提运动等。瑜伽作为大学生公体课的选项之一，被大学生们广泛接受，它的运动理念是将呼吸和体式有机的结合起来，所有的动作都要配合呼吸去进行。并且，瑜伽能缓解疼痛和促进血液循环等理疗作用也得到了相关学者的认可［6］。

各种形式的运动疗法层出不穷，通过运动改善脊柱形态的研究已经得到了大家的重视，但是通过运动改善AIS的机理研究仍非常少。本研究从表面肌电图的角度，探究AIS患者椎旁肌两侧的电信号变化来证实运动对AIS患者的改善。况且近年来，利用表面肌电图（surface electromyography，sEMG）评价AIS患者凹凸侧椎旁肌肌电活动的研究也成为了一项热点，通过动态检测得到的客观指标，也表现出较好的临床应用价值［7］。因此，本文通过探讨瑜伽锻炼对大学生AIS患者的椎旁肌肌电影响及脊柱形态改善效果，为瑜伽改善AIS提供理论依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

经中北大学2019年新生体检肺结核筛查项目，通过分析X线片选取24名大学生作为研究对象，其中16名具有明显的脊柱弯曲，8名脊柱形态未见异常。纳入标准：年龄18～20岁男性AIS双弯型大学生患者（由于肌电测试裸露上身的特殊性以及中北大学作为理工类综合性大学的综合原因，其男性患者相对较多，所以受试者全部选取男性；均在13～18岁间被临床诊断为AIS）；Adam试验呈阳性同时X光片测量结果10°＜Cobb角＜40°；未接受过手术治疗，且近期没有进行支具治疗的计划；无运动性器官疾病；对本研究知情同意，自愿参与并签署知情同意书。使用随机分组方式将16名AIS患者分为瑜伽组（n=8）和侧凸对照组（n=8）；其余8名大学生为正常对照组，该组默认Cobb角为0°，研究对象基本情况见表1、表2。各组间大学生的年龄、身高、体重均无统计学差异（p＞0.05），其中瑜伽组和侧凸对照组的胸、腰段Cobb角、PO、CA、凹凸侧AEMG、IEMG也无统计学差异（p＞0.05）。

表1 研究对象基本情况（1）

表2 研究对象基本情况（2）

1.2 研究方法

1.2.1 瑜伽方案

瑜伽组的受试者进行为期12周（2019年10月至2020年1月）的瑜伽锻炼，一周4次，每次90min；除按时参加练习外，在剩余的日常生活中每天需要注意保持正确的学习姿势，维持良好生活作息，培养健康生活习惯；其余对照组不做任何特殊要求。练习方案包括：1）松解。包括手法松解和泡沫轴松解，持续时间15～20min。首先患者需要裸露上身，呈俯卧位，利用筋膜棒将患者背部的凹凸侧（先凹后凸）肌肉进行松解，主要针对背阔肌、斜方肌、腰大肌的表层肌群，然后利用手法徒手对其背部的深层肌肉（竖脊肌、腰方肌、肋间肌）进行放松和拨离，最后利用泡沫轴将背部整体进行松解。2）拉伸。本研究采用门闩式拉伸，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，拉伸时必须配合呼吸（10个呼吸/组，完成2组）。3）核心肌群激活。该环节为了激活目标肌肉（腰方肌、腹内外斜肌、腹横肌、腹直肌等）采用平衡球上坐位单腿平衡（15个呼吸/组，完成4组）、平衡球上平板支撑（15个呼吸/组，完成2组）。4）弱链激活。目的是激活背部凹凸侧的斜方肌、竖脊肌、腰大肌、前锯肌、背阔肌，以方便进行之后的练习。采用3种体式，①猫式小侧呼吸，3个呼吸为1组，左右两侧各完成5组；②虎式平衡下侧抬腿，15个呼吸为一组，完成2组；③虎式平衡下屈肘拮抗，15个呼吸为1组，完成2组。5）旋转训练。目的为了改善背部凹侧的肌肉（髂腰肌、腰方肌、椎旁肌、肋间肌）力量，采用侧卧屈膝位，进行胸椎旋转练习。15个呼吸为1组，完成3组。6）整体训练。目的是均衡背部凹凸两侧肌肉力量，对前期训练肌肉的再次加强。采用3个体式，①虎式平衡，10个呼吸为1组，完成2组；②蝗虫式，15个呼吸为1组，完成2组，注意在最后一组呼气时，将四肢同时抬起，吸气时还原。③山式站立，维持15呼吸。7）放松。目的是让激活的肌肉得到充足的放松及恢复。采用2个体式，①婴儿式拉伸，呼吸时采用腹式呼吸，呼气时向前延展，吸气时还原，维持10个呼吸；②舍恩呼吸，患者俯卧，鼻息口呼，吸一次呼3次，呼气时给患者进行背部的按压，使患者在呼气时保持完全放松，维持15个呼吸。

1.2.2 椎旁肌表面肌电监测方案

采用Noraxon 16导遥测肌电仪对患者椎旁肌表面肌电活动进行监测，测量要求：室温26℃，测量前24h未进行剧烈运动，测量前一周没有使用任何药物，患者熟悉测量流程，能按照要求完成指定动作。程序如下：患者裸露上身，俯卧于治疗床上，双臂自然放置于体侧，电极片1、2贴至脊柱胸段开始弯曲的顶锥左右两侧2cm处，电极片3、4放置于胸段最大Cobb角顶锥左右两侧2cm处，电极片5、6放置于T12竖脊肌两侧2cm处，电极片7、8放置于腰段最大Cobb角顶锥左右两侧2cm处，每位患者均采用8导联表面肌信号，见图1。

图1 患者椎旁肌表面肌电活动检测示意图

BST试验，患者上身裸露，呈俯卧位，贴完电极片后，用绑带将下肢固定于治疗床上，患者将双臂放置于体侧，上身置于治疗床外，听到口令后，患者主动发力，用力背起至最大限度，直至患者疲劳即停止试验，并记录表面肌电信号，见图2。

图2 试验方法示意图

将试验所获得的表面肌电信号输入MR3.10软件进行信号处理，提取椎旁肌表面肌电信号指标IEMG，并计算凹凸侧AEMG比值，最后进行统计学分析。

1.3 观察指标

观察指标包括形态学指标和椎旁肌肌电指标，其中形态学指标有Cobb角、PO、CA；椎旁肌肌电指标有IEMG、AEMG。

1.3.1 Cobb角

Cobb角指的是头侧端椎上缘的垂线与尾侧端椎下缘垂线的交角［8］。见图3。干预前后，利用飞利浦Digital1 Diagnost Device影像分析仪分别测得瑜伽组的胸、腰段Cobb角，进行前后对比；干预后，将瑜伽组与侧凸对照组的胸、腰段Cobb角进行对比分析。

图3 Cobb角示意图

1.3.2 骨盆倾斜角

骨盆倾斜角指的是两侧髂棘最高点的连线与水平参考线之间的夹角［9］。见图4。通过拍摄X线片测得PO，进行干预前后的对比；干预后，将瑜伽组与侧凸对照组的PO进行对比分析改善效果。

图4 PO角示意图

1.3.3 锁骨角

锁骨角指的是左右两侧锁骨最高点的连线和水平参考线的夹角［10］，是评价肩部平衡情况的参考指标。见图5。通过拍摄X线片测得CA，进行干预前后的对比；干预后，将瑜伽组与侧凸对照组的CA进行对比分析改善效果。

图5 CA角示意图

1.3.4 sEMG信号

椎旁肌肌电信号指标：①积分肌电（integrated electromyogram，IEMG），是指在一定时间内肌肉中参加工作的运动单位放电总量，即在时间不变的前提下，其值的大小在一定程度上反映了参加工作的运动单位数量的多少和运动单位群放电的大小，其值可以判断肌肉活动总体的强弱。②平均肌电波幅（average EMG，AEMG），是在某一周期中振幅的大小，是用来反映肌肉活动强弱的指标之一，也是用来比较在完成规定任务中比较有代表性的肌肉的神经支配总量和各肌肉的比例分布依据［11］。干预前后，分别测得24名受试者的背部椎旁肌IEMG，并计算AEMG比值，进行前后对比；干预后，对瑜伽组的凸凹侧IEMG、AEMG比值进行对比；干预后，将3组间的IEMG、AEMG比值进行对比分析。

1.4 统计学方法

所有实验数据均使用SPSS17.0软件进行处理，采用mean±SD表示，采用配对t检验进行瑜伽干预前后组内的差异性比较，以及侧凸对照组与正常对照组的前后比较；采用独立样本t检验进行瑜伽组和侧凸对照组的组间及瑜伽组和正常对照组的组间差异性比较；采用单因素方差分析进行3组间的比较，均以p＜0.05表示具有显著性统计学差异，p＜0.01表示具有极为显著统计学差异。

2 结果

2.1 瑜伽对AIS患者Cobb角的影响

干预前，瑜伽组与侧凸对照组的胸段Cobb角、腰段Cobb角无统计学差异（胸段F=0.002，p=0.746；腰段F=2.388，p=0.230）。

配对样本t检验显示，干预后，瑜伽组的胸、腰段的Cobb角与干预前比较，均有显著的降低，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）。独立样本t检验显示，瑜伽组和侧凸对照组在干预后（12周后）的比较发现，瑜伽组的胸段Cobb角明显低于侧凸对照组，腰段Cobb角略低于侧凸对照组，但结果无统计学差异（胸段：F=0.112，p=0.034；腰段：F=0.246，p=0.346）。

2.2 瑜伽对AIS患者PO、CA的影响

干预前，瑜伽组与侧凸对照组的PO、CA无统计学差异（PO：F=0.022，p=0.885；CA：F=0.848，p=0.373）；瑜伽组与正常对照组的PO、CA比较无统计学差异（PO：F=0.028，p=0.870；CA：F=0.522，p=0.482）。

干预后，瑜伽组PO、CA均有明显降低，PO较干预前比较降低幅度达12.38%，CA降低幅度达33.68%（PO：t=6.251，p=0.000，CA：t=9.308，p=0.000）。见表4。干预后，瑜伽组PO、CA明显低于侧凸对照组，且有显著差异（PO：F=0.013，p=0.034，；CA：F=0.887，p=0.001）；瑜伽组与正常对照组的比较发现，瑜伽组的PO、CA明显高于正常对照组，且差异显著，说明PO、CA虽整体均有明显降低，但仍未达到正常水平（PO：F=0.364，p=0.000；CA：F=1.382，p=0.000）。说明经过瑜伽锻炼，可以有效改善AIS患者的PO、CA，虽然正常组的PO、CA明显低于瑜伽组，但从正常对照组的大学生测量的PO、CA可以发现，其也有一定程度的骨盆倾斜和高低肩，这与学生长期的学习姿态（驼背、跷二郎腿等）以及背单肩包等行为有关。

表4 干预前后PO、CA变化比较

2.3 瑜伽对AIS患者的sEMG信号影响

表3 干预前后Cobb角变化比较

干预前，瑜伽组与侧凸对照组的背部凸、凹侧AEMG对比发现，凸侧AEMG明显高于凹侧，两组均有极为显著的统计学差异 （瑜伽组t=9.107，p=0.000；侧凸对照组t=10.804，p=0.000），正常对照组背部左右侧AEMG对称，无显著统计学差异（t=-0.857，p=0.532）；瑜伽组与侧凸对照组凸凹侧AEMG的组间比较，无显著性统计学差异（p=0.529），瑜伽组、侧凸对照组与正常对照组分别比较发现，有显著差异（p=0.000）。瑜伽组、侧凸对照组与正常对照组AEMG的组间比较发现，瑜伽组与侧凸对照组的凸凹侧AEMG明显不对等，而正常对照组左右侧几乎对等，3组的组内比较发现，均有显著性差异（p=0.000）。见表5。以上说明瑜伽组与侧凸对照组的AIS患者背部凹凸侧肌力显著不对称，有明显改善的必要，而正常对照组的大学生背部肌力呈现对称。

表5 干预前后椎旁肌sEMG信号变化（±S，单位：μV/s）

表5 干预前后椎旁肌sEMG信号变化（±S，单位：μV/s）

注：@@p＜0.01，@p＜0.05侧凸对照组和实验组比较

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干预后，瑜伽组的背部凸凹侧AEMG比值较干预前有明显下降，下降幅度22.78%（t=6.965，p=0.000），说明瑜伽锻炼可以有效改善AIS患者背部肌肉力量的平衡性；侧凸对照组AEMG比值与干预前比较虽有一定程度的增加，但并未表现出显著的统计学差异（p=0.119）；正常对照组的AEMG比值与干预前比较发现，无显著性差异（p=0.275），说明不进行运动干预的AIS患者，侧弯程度存在进展的可能。

干预后，瑜伽组与侧凸对照组的比较发现，侧凸对照组的AEMG比值明显高于瑜伽组，（F=7.928，p=0.001），说明瑜伽锻炼有效改善AIS患者背部肌力的不平衡。瑜伽组凹侧的IEMG、AEMG较 干 预 前 有 显 著 增 加 （IEMG：t=-13.173，p=0.000；AEMG：t=-8.016，p=0.000），说明瑜伽锻炼有效增强患者背部肌力，从而使得背部肌肉力量达到进一步的对称。

3 讨论

特发性脊柱侧弯（idiopathic scoliosis，IS）是指脊柱无任何先天性异常或伴有神经肌肉疾病的前提下，在冠状面及矢状面发生旋转的疾病，其表现为脊柱侧弯或三维旋转［12］。AIS则是发生在10～18岁之间最为常见的脊柱疾病，其占IS的80%［13］。在传统的脊柱侧弯评估方法中，Cobb角一直作为判断的金标准，其中Cobb角在10°及以上的患者建议进行相关治疗，角度在40°以上建议手术治疗，轻度患者则建议保守治疗。而研究发现，保守治疗AIS的方法中运动疗法是最佳的［14］。而运动疗法的优势在于项目多样、大众易接受、价格合适且适合轻度患者。随着时代的发展出现了多种运动疗法，包括结合中医的推拿按摩、易罐拉伸，结合科学运动方法的有氧配合抗阻训练、悬吊运动等等，在此基础上还有结合现流行的运动项目（如普拉提等）。AIS的纠正重在改善脊柱旋转导致弯曲的问题，而脊柱的弯曲会导致背部肌肉力量的失衡［15］，改善侧弯现象可以通过平衡背部凹凸两侧肌肉力量来实现，不对称的肌肉力量可以通过拉伸和加强来实现。而这正和瑜伽的运动理念不谋而合。它配合特殊的呼吸方式和正反平衡原则十分有助于脊柱形态的矫正［5］。在祁俊菊［16］的研究中证实了瑜伽锻炼通过伸展肌肉来增强脊柱柔韧性和加强核心肌群力量能缓解下腰痛的效果，在她的研究中，发现借助瑜伽呼吸法能为患者脊柱的稳定提供保障。在Williams［17］等人的研究中，经过16周的瑜伽锻炼，瑜伽组的下腰痛患者，无论在疼痛强度还是疼痛药物使用方面都有显著下降。在Fishman［18］等人的研究中，对56名患者进行了5个月（至少1次/天）的瑜伽练习，瑜伽锻炼明显改善了AIS患者的胸、腰段Cobb角。由此认为依靠瑜伽锻炼对AIS患者的脊柱形态有矫正效果。本研究的研究对象针对的是S型弯曲的AIS男性患者，对其进行12周的瑜伽练习，瑜伽组的患者胸、腰段Cobb角较干预前均显著降低，下降幅度分别为13.24%、12.75%；与侧凸对照组相比，瑜伽组的患者胸、腰段Cobb角均明显低于侧凸对照组，由于瑜伽运动中，拉伸动作加强对肌肉的控制与伸展、特殊的呼吸方式配合动作，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，建议运动超过6个月，对于Cobb角的改善更大。而本研究没有对该8名瑜伽组受试者的后期维持进行追踪，所以，在后续治疗中，可适当加长瑜伽锻炼的周期，继续验证瑜伽对AIS患者康复的长期影响。

各种形式的运动疗法层出不穷，通过运动改善脊柱形态的研究已经得到了大家的重视，但是通过运动改善AIS的机理研究仍非常少。本研究从表面肌电图的角度，探究AIS患者椎旁肌两侧的电信号变化来证实运动对AIS患者的改善。况且近年来，利用表面肌电图（surface electromyography，sEMG）评价AIS患者凹凸侧椎旁肌肌电活动的研究也已经成为一项热点，通过动态检测得到的客观指标，也表现出较好的临床应用价值［6］。应用表面肌电图（sEMG）技术研究脊柱侧弯的例子也屡见不鲜。2005年John［20］等人通过对IS患者椎旁肌肌电图的初步研究中，证实了椎旁肌肌电活动对脊柱侧弯有预测作用。2007年，脊柱侧弯的躯干凸凹侧旋转力量不对称在Kelvin［21］等人的研究中也被证实，凹侧旋转力量较弱，凸侧旋转力量较强。杜根红［7］等人的研究中，也证实了在中医脊柱治疗法下，AIS患者的椎旁肌肌电信号AEMG比值有显著下降。本研究中，通过对24名受试者背部肌电信号的采集和分析发现，16名AIS患者的背部椎旁肌IEMG、AEMG信号显著不对称，与正常对照组的8名同学IEMG、AEMG有显著差异，同样通过AIS患者椎旁肌肌电信号的不对称证实了AIS患者的背部凹凸侧肌力失衡，这与之前学者研究的结果相符。在经过12周的瑜伽练习后，瑜伽组的患者AEMG比值有显著下降，并明显低于侧凸对照组，且差异显著，说明瑜伽锻炼可以有效改善患者椎旁肌肌力的平衡性，但通过与正常对照组的AEMG比值比较发现，AIS患者的椎旁肌肌力对称性与正常人的差距还是明显的，这可能与瑜伽锻炼的持续时间及患者的自身维持有关，在后续的研究中可以加长锻炼时长，根据患者的学习习惯增加新的体式练习，并进行进一步的实验验证。通过对干预前后瑜伽组患者的椎旁肌肌电信号比较发现，凹侧IEMG、AEMG均有显著的增加，虽然无法直接证明患者背部凹侧的肌肉力量增加，但背部表面肌电信号的改变提示患者背部凸凹侧肌力的对称性的改善从而改善了AIS患者的背部形态，也可以侧面提示患者背部肌肉力量的改善。但由于技术局限性，本研究对背部肌肉疲劳的相关验证没有取得进一步进展，后续研究中将尝试突破该问题，继续探究AIS患者椎旁肌两侧肌肉耐力的变化。

总之，运动改善AIS的结论在本研究中得到再次验证，瑜伽的呼吸法和体式针对AIS的康复效果是显著的，所以瑜伽锻炼可以成为AIS患者的康复手段。通过对AIS患者椎旁肌肌电信号的分析，提示了针对AIS患者的体态纠正重点应该放在椎旁肌凹凸侧的肌肉力量对称性的改善。