健康人與慢性頸痛病患的頭部復位動作控制模式之差異

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健康人與慢性頸痛病患的頭部復位動作控制模式之差異

物治系 鄭智修 助理教授

  頸部疼痛是現代社會中常見的骨骼肌肉系統疾病。頸痛會造成頸部肌肉的肌力及耐力下降,且影響頸部活動時的協調性。在慢性頸痛患者的頸部肌肉體表肌電圖研究中,亦發現其肌肉控制的模式會發生改變,如肌肉協調不良、頸部肌肉的預期活化程度不足、神經肌肉系統的活化效率不佳(需要更多的肌肉活動來產生同等的肌力)、以及頸屈曲肌群較容易疲勞等等 ( Falla et al., 2004 )。因此,早期診斷出不正常的肌肉模式,對於預防頸部病變是很重要的。

  動覺敏銳度 ( kinesthetic sensibility ),即人體判斷關節位置的能力,可幫助維持關節動作的協調性。頭部的動覺敏銳度測試常用於分析受試者頭部復位 ( repositioning ) 的能力,可以判定頭部方位感 ( head position sense ) 的好壞。在慢性頸部病患族群的研究中,亦發現有動作不規則 ( Ajolander et al., 2008 ),以及動作失誤率 ( Lee et al., 2008 ) 增加等動覺敏銳度缺損的情形。疼痛本身會造成肌梭性質的變化,進而影響關節角度的判斷,以致於改變中樞神經系統的控制策略。然而,頸痛病患在頭部復位動作下的神經肌肉控制機制,則尚未被探討過。

  自主活動反應指數 ( voluntary response index ) 是近年來用來評估頸部肌肉控制模式正常與否的方法之一。由 Lee 等學者首度提出 ( Lee et al., 2004 ),用以量化分析受試者在功能性活動下的體表肌電圖資訊。自主活動反應指數包括相似指數”( similarity index )肌電反應值” ( magnitude of response vector ) 兩個部分。相似指數是指某個受試者的肌電圖模式、與正常人平均的肌電圖模式之差異程度。肌電反應值則是呈現在自主活動下,所有同時量測的肌肉群之整體活動程度。其優點如下:1. 能夠客觀地呈現一整群肌肉在功能性活動下的肌電圖模式,而非侷限於觀察個別肌肉;2. 相似指數可以用來量化分析個人與一般正常人的差異;3. 肌電反應值可以代表整群肌肉在活動中能量的消耗情況。將這兩項指標在平面上作圖,則提供一種視覺化分析的方式,可探討不同受試者肌電圖模式間的差異,以及做為臨床診斷的工具。而病患在復健運動過程中,不僅要強調正確動作模式的訓練,亦要著重其整體肌群控制策略的應用。因此,自主活動反應指數分析法將整體肌群的表現化為一個簡單的指數,可幫助了解受試者控制不同肌群間的能力。之前的研究顯示,自主活動反應指數還可用以監測運動訓練過程中,神經肌肉控制的改善程度 ( Lim et al., 2005 )。

  根據上述的背景,我們提出一個臨床的研究,探討年輕健康人與頸痛病患在頭部復位動作時、其位置精確度以及肌肉控制模式的差異,藉以探討頭部的方位感和神經肌肉控制模式之間的關係。復位動作的位置精確度,是以回到正中位置的測試來評估;而動作過程中的頸部肌電圖,則是以自主活動反應指數做為評估工具,以幫助了解中樞神經系統,在控制動態平衡時所採取的策略。

  在這個研究中,徵集了 12 位年輕健康的受試者以及 12 位年齡相當、具有慢性且非創傷性的頸痛病史的病患。健康的受試者族群 ( 7 名男性及 5 名女性,平均 24.9 )沒有任何頸痛病史或是頸部不適。頸痛族群( 6 名男性及 6 名女性,平均 25.4)則至少都有兩年以上的頸痛病史。疼痛的主因皆為工作所引起,但病患並沒有接受過頸椎手術或是呈現任何的神經學症狀。所有的病患都是兩側的頸部皆有疼痛現象。病患頸部疼痛的程度為輕微至中度(疼痛指數為 3-5 級,共 10 )。而根據頸部失能量表的結果,疼痛問題影響日常生活活動的情況為輕度 (失能指數為 5-22 分,總分 50 )。實驗量測的肌群,包括胸鎖乳突肌(頸屈曲肌),以及夾肌和半棘肌(頸伸展肌)。實驗過程中除了肌電訊號的量測之外,同時也以貼附在額頭上的雙軸電子量角器,記錄矢狀平面的頭部運動。

  實驗中首先要求受試者坐在穩固的椅子上,頭擺在正中位置。受試者需依序執行兩個階段的指令。在第一階段時,受試者頭頂住垂直於牆面的測力元,做頸部前後方向上的最大自主等長收縮。在第二階段部分,受試者以自己覺得最舒服的速度,做前彎及後仰方向上的自主活動。頸前彎的動作定義為,由正中姿勢至頸屈曲姿勢,停住三秒鐘,再由頸屈曲姿勢回到正中姿勢。同樣的,頸後仰動作則是依照正中姿勢-頸伸展姿勢-正中姿勢的順序進行。

  在第一階段最大自主收縮動作後,可得最大肌電值,用於將肌電圖資料正規化。在第二階段部分,頭部復位動作的精確度,是由一開始的正中位置,與頸前彎或是頸後仰之後再回到正中位置,這兩個位置間的角度差值來決定。並進一步將這個差值計算為固定誤差 ( constant error ) 變動誤差 ( variable error )、以及均方根誤差 ( root mean square error )。而復位動作過程中的肌肉活動情形可用兩種方式表示,一種為平均正規化肌電值,另外一種則是肌電反應值。為了分析肌電圖的模式,亦計算各種動作下的相似指數。

  本研究的主要的結果顯示:1. 頸痛病患的位置精確度較差(固定誤差和均方根誤差大),但動作的重複性則相近 (變動誤差值接近);2. 頸痛病患的肌電圖模式與正常模式差異大(相似指數較小),但肌肉活動程度則差不多(肌電反應值接近);3.頸痛病患有較大的拮抗肌共同收縮現象(在頸屈曲姿勢回到正中姿勢時期,胸鎖乳突肌的活動程度較正常人高而在頸伸展姿勢回到正中姿勢時期則是夾肌的活動程度較高)

  第一項研究結果與 Rix 等學者 ( Rix et al., 2001 ) 的研究一致。他們提出只有在前彎方向的復位動作時,病患的位置精確度才會顯著地較正常人差。本實驗的病患在後仰方向的復位動作時,其固定誤差和均方根誤差整體而言,也是大於正常人。至於兩個族群的變動誤差相近的結果,則與 Sjolander 等學者 ( Sjolander et al., 2008 ) 的研究結果不同。他們指出在頭部快速左右旋轉的動作中,中年的慢性頸痛病患相對於正常人會有顯著較大的變動誤差。上述的結果顯示,年輕的頸痛病患在矢狀平面的頭部復位動作中呈現較差的位置精確度,但重覆執行相同的動作時,則如同年輕正常人一般,不會有太大的差異。然而隨著年紀漸長,動作的可重複性則有可能會愈來愈差。

  研究中兩個年輕族群的神經肌肉控制模式的差異,可由不同的肌電圖模式看出(即相似指數),但整體的肌肉活動程度(即肌電反應值)在兩個族群中則非常接近。前項結果顯示,受試者如果有比正常人較低的相似指數值(即不正常的肌電圖模式),則可被診斷為有功能上的異常。這個結果亦可用以解釋病患的位置精確度為何會較差。中樞神經系統整合來自肌梭、關節感受器以及前庭系統輸入的訊號,以調節肌肉的活化程度並控制關節動作。而疼痛本身會造成上述系統的本體覺功能上的改變。因此,不正常的方位感或本體覺,會導致中樞系統改變動作控制的模式,進一步造成顯著的動作誤差。此外,本實驗的正常人和病患的變動誤差相近,可歸因於兩個族群在活動中有相似的肌肉活動程度。上述的結果顯示,位置精確度的下降與神經肌肉控制模式的改變有高度的相關性。

  在本研究的第三項結果中,頸痛病患在頸屈曲姿勢回到正中姿勢時期,胸鎖乳突肌和夾肌的活動程度顯著高於正常人而在頸伸展姿勢回到正中姿勢時期,則是夾肌的活動程度高於正常人。這些結果具體地呈現病患在各別肌肉的控制模式上,亦有與正常人不同之處。根據疼痛適應理論,疼痛會造成主動肌的活動程度下降,而其他拮抗肌或是協同肌的活動程度則會代償性的上升 ( Lund et al., 1991 )。因此,在本實驗中,頸痛族群有較高的拮抗肌共同收縮現象,可視為中樞系統提高脊椎勁度,以維持不正常脊椎運動時的穩定度,即為代償動覺敏銳度不足的機制。然而高度的拮抗肌收縮也會造成肌肉容易疲勞,且增加椎間盤壓力。此與臨床上核磁共振檢查發現,頸痛病患有顯著的椎間盤退化的報告一致 ( Arana et al., 2004 )。

  總結而言,在頭部的矢狀平面運動中,年輕的慢性頸痛病患的位置精確度較正常人差,肌肉控制模式也有顯著改變。然而動作的重複性和整體的肌肉活動程度則與正常人差不多。病患在復位動作的位置精確度較差,可能是由於不正常的肌肉控制模式所致,這項研究的結果可做為將來評估設計頸痛病患的運動訓練之參考。

參考文獻

[1]Arana, E., Marti-Bonmati, L., Molla, E., Costa, S., 2004. Upper thoracic-spine disc degeneration in patients with cervical pain. Skeletal Radiol 33, 29-33.

[2]Falla, D., Bilenkij, G., Jull, G., 2004. Patients with chronic neck pain demonstrate altered patterns of muscle activation during performance of a functional upper limb task. Spine 29, 1436-1440.

[3]Lee, D. C., Lim, H. K., McKay, W. B., Priebe, M. M., Holmes, S. A., Sherwood, A. M., 2004. Toward an objective interpretation of surface EMG patterns: a voluntary response index (VRI). J. Electromyogr. Kinesiol. 14, 379-388.

[4]Lee, H. Y., Wang, J. D., Yao, G., Wang, S. F., 2007. Association between cervicocephalic kinesthetic sensibility and frequency of subclinical neck pain. Man. Ther.

[5]Lim, H. K., Lee, D. C., McKay, W. B., Priebe, M. M., Holmes, S. A., Sherwood, A. M., 2005. Neurophysiological assessment of lower-limb voluntary control in incomplete spinal cord injury. Spinal Cord 43, 283-290.

[6]Lund, J. P., Donga, R., Widmer, C. G., Stohler, C. S., 1991. The pain-adaptation model: a discussion of the relationship between chronic musculoskeletal pain and motor activity. Can J Physiol Pharmacol 69, 683-694.

[7]Rix, G. D., Bagust, J., 2001. Cervicocephalic kinesthetic sensibility in patients with chronic, nontraumatic cervical spine pain. Arch. Phys. Med. Rehabil. 82, 911-919.

[8]Sjolander, P., Michaelson, P., Jaric, S., Djupsjobacka, M., 2008. Sensorimotor disturbances in chronic neck pain--range of motion, peak velocity, smoothness of movement, and repositioning acuity. Man. Ther. 13, 122-131.

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