我们提出了一种评估神经肌肉功能变化的实验方案。经皮电神经刺激是一种可诱发肌肉反应的非侵入性方法。通过分析这些反应的电生理学和机械特性，可对从大脑到肌肉的神经肌肉功能（包括脑-脊髓上、脊髓及外周水平）进行评估。
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摘要
摘要
经皮电神经刺激是一种非侵入性方法，常用于评估从大脑到肌肉（包括脑-脊髓上、脊髓和周围水平）的神经肌肉功能。本方案描述了如何应用该方法刺激激活跖屈肌群的胫后神经。经皮电神经刺激通过向运动神经施加电刺激以诱发肌肉反应。可在静息状态下使用表面肌电图记录直接（M波）和/或间接（H反射）电生理反应。机械性反应（抽搐力矩）可通过力/力矩测功仪进行量化。M波和抽搐力矩反映神经肌肉传递及兴奋-收缩耦联功能，而H反射则提供脊髓兴奋性的指标。在最大自主收缩期间，也可记录肌电活动及机械性反应（叠加抽搐），以评估自主激活水平。经皮神经刺激可对人体神经肌肉功能进行评估，对于研究急性（疲劳）或慢性（训练/去训练）运动后神经肌肉可塑性的相关研究尤其具有重要价值。
引言
经皮电神经刺激被广泛用于评估神经肌肉功能1。其基本原理是向外周运动神经施加电刺激，以诱发肌肉收缩。同时记录机械（扭矩测量）和电生理（肌电活动）反应。在目标关节处通过测力计记录扭矩。使用表面电极记录的肌电图（EMG）信号已被证实能够反映肌肉活动情况2。该非侵入性方法无痛感，且比肌内记录更易于实施。单极和双极电极均可使用。研究表明，单极电极构型对肌肉活动变化更为敏感3，这在小肌肉中尤为有用；而双极电极则在提高信噪比方面更为有效4，因此最常用于记录和量化运动单位活动。下文所述方法将重点介绍双极记录。肌电活动是神经肌肉系统功能效率与完整性的指标。采用经皮神经刺激可进一步揭示神经肌肉功能的变化，即肌肉、脊髓或超脊髓水平的改变（图1）。
图1：神经肌肉测量概述。 STIM：神经刺激。EMG：肌电图。VAL：自主激活水平。RMS：均方根。Mmax
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方案
本实验方案已获得机构伦理批准，并符合《赫尔辛基宣言》的规定。数据来自一位知晓实验流程并签署书面知情同意书的代表性受试者。
1. 仪器准备
- 在电极安放位置剃除皮肤毛发，并用酒精清洁皮肤以去除污垢，确保获得低阻抗（<5 kΩ）。
- 根据 SENIAM 建议30，在腓肠肌内侧头肌腹最突出处、距腓骨小头至足跟连线的1/3处放置记录腓肠肌外侧头的电极、距腓骨远端尖端至内踝尖端连线的1/3处放置胫骨前肌电极；在股骨内侧髁至内踝连线的2/3处放置记录比目鱼肌的两个 AgCl 表面电极（记录直径为10 mm），电极中心间距为2 cm。
注意：比目鱼肌的电极必须置于腓肠肌远端止点下方，以确保不会记录到腓肠肌肌头的肌电活动（避免串扰）。 - 将参考电极置于同侧腿部的中央位置（位于刺激和记录位点之间）。
- 调节座椅的高度和深度，使踝关节角度保持在90°（0° = 完全跖屈），以确保比目鱼肌和腓肠肌未被拉伸，且H反射不受影响11,12。
- 由于腓肠肌为双关节肌，需将膝关节角度设定为90°（0° = 完全伸展）。然而，进行跖屈肌最大自主力矩测试时的最佳踝关节角度为70–80°（0° = 完全跖屈）26。因此，踝关节角度的选择取决于研究参数（电生理记录或力学记录）。
注意：无论选择何种初始角度，实验过程中必须保持恒定，以....
- 由于腓肠肌为双关节肌，需将膝关节角度设定为90°（0° = 完全伸展）。然而，进行跖屈肌最大自主力矩测试时的最佳踝关节角度为70–80°（0° = 完全跖屈）26。因此，踝关节角度的选择取决于研究参数（电生理记录或力学记录）。
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结果
随着刺激强度的增加，H波与M波的反应幅度呈现出不同的变化趋势。在静息状态下，H反射在达到最大值后会完全从肌电图（EMG）信号中消失，而M波则逐渐增大，直至在最大刺激强度时达到平台期（M波的图形表示见图4，M波和H反射随刺激强度变化的趋势见图6）。对于腓肠肌而言，刺激开始至M波出现的潜伏期约为10毫秒（图4A），而H波的潜伏期通常在25至40毫秒之间。然而，由于刺激部位与肌肉之间的距离不同，潜伏期会因肌肉群、受试者肢体长度或整体身高的差异而有所变化。当以M-max强度进行刺激时，还可观察到最大峰值抽搐力矩（图4B）。M波、H反射及峰值抽搐力矩会因实验条件的不同而发生变化。例如，这些参数在自主收缩期间 tends to 增加，而在疲劳状态下 tends to 减少17。
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讨论
经皮神经刺激能够量化神经肌肉系统的多种特性，不仅有助于理解健康人体神经运动功能的基本调控机制，还能分析由疲劳或训练引起的急性或慢性适应性变化17。这一点对于疲劳性实验方案尤为有利，因为在运动结束后必须尽快进行测量，以避免快速恢复过程对结果的影响42。
尽管已有大量研究聚焦于腓肠肌复合体24，但经皮神经刺激也可应用于其他下肢（例如胫骨前肌43,44、股四头肌45,46）和上肢肌肉（例如肱二头肌32、桡侧腕屈肌47、手部肌肉48）。然而，对于某些肌肉而言，神经刺激可能存在潜在的方法学局限性。例如，在静息状态下获取肱二头肌的H反射可能较为困难49。此外，在臂丛处刺激肌皮神经会导致主动肌和拮抗肌同时收缩32，从而引起对自主激活水平的错误评估。记录邻近肌肉的电活动可使实验者确保仅目标肌肉被激活，或至少限制邻近肌肉的激活。为克服这些局限性，一.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| Biodex测力计 | Biodex Medical System Inc., 纽约, 美国 | www.biodex.com | |
| MP150 数据采集系统 | Biopac Systems Inc., 戈莱塔, 美国 | ||
| Acknowledge 4.1.0 软件 | Biopac Systems Inc., 戈莱塔, 美国 | www.biopac.com | |
| DS7A 恒流高压刺激器 | Digitimer, 赫特福德郡, 英国 | www.digitimer.com | |
| 氯化银表面电极 | Control Graphique Medical, 布里-科蒙-罗贝尔, 法国 | ||
| 计算机 | |||
| 1 根用于连接 Biodex 与 MP150 的电缆 | |||
| 1 根用于连接 Digitimer 与 MP150 的电缆 | |||
| 1 根用于连接 MP150 与计算机的电缆 |
参考文献
- Desmedt, J. E., Hainaut, K. Kinetics of myofilament activation in potentiated contraction staircase phenomenon in human skeletal muscle. Nature. 217 (5128), 529-532 (1968).
- Bouisset, S., Maton, B.
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