临床研究
建立运动单位数量指数技术的检测方法
中华医学杂志, 2019,99(27) : 2119-2123. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0376-2491.2019.27.005
摘要
目的

通过建立运动单位数量指数(MUNIX)这一电生理技术,探讨其稳定性。

方法

收集2017年12月至2018年9月北京大学第三医院门诊健康受试者50名(男25名、女25名),按年龄分为5组。均检测双三角肌(腋神经)、双小指展肌(尺神经)、双股四头肌(股神经)、双胫前肌(腓神经),相同肌肉相同健康受试者在3个月后再检测一次。分三步检测:首先表面电极贴于各肌肉肌腹,参考电极置于肌腹旁2~3 cm,同时给予超强刺激,获取相应神经最大复合肌肉动作电位(CMAP),测量负峰波幅;第二步,进行表面肌电图干扰相(SIP)采集,用力共10个水平,每一次用力尽量恒定,并重复3次,最后测量整个干扰相范围;第三步,把CMAP负峰波幅与SIP值代入Excel表中,仪器通过数学函数自动计算MUNIX及运动单位大小指数(MUSIX)值。

结果

健康受试者三角肌、小指展肌、股四头肌、胫前肌的MUNIX均值分别为193.2、189.0、159.7、147.2,MUSIX均值分别为46.9、54.3、49.6、48.1 μV;其中四块肌肉MUNIX、MUSIX的检出率均为100%;随着年龄增长,可以看到MUNIX有所下降,差异有统计学意义(P<0.05),但MUSIX无明显变化;MUNIX及MUSIX在性别、侧别、3个月复检结果,差异均无统计学意义(均P>0.05)。

结论

MUNIX技术能够完善上肢近端及下肢肌肉的运动单位计数,它的参数使用数学模型,基于复合肌肉动作电位及表面肌电图干扰相进行监测,数据稳定可靠。

引用本文: 张朔, 刘小璇, 樊东升. 建立运动单位数量指数技术的检测方法 [J] . 中华医学杂志, 2019, 99(27) : 2119-2123. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0376-2491.2019.27.005.
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运动单位数量指数(motor unit number index,MUNIX)是一种电生理技术,它运用复合肌肉动作电位(compound muscle action potential,CMAP)和表面肌电图干扰相(surface electromyographic interference pattern,SIP)的方法来评估运动单位(motor units,MUs)的数量和大小(motor unit number size,MUSIX),目前在运动神经元病评估中,评估存活的运动单位数量是必要的。虽然在临床上,肌萎缩侧索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis,ALS)、肯尼迪病(Kennedy disease,KD)等疾病可以用不同的评分方法来评估[如ALS功能量表(ALSFRSR)、呼吸状态等],但它们只能对运动神经元变性提供主要的功能因素,对临床上运动神经元进行性丢失未给予客观的评价。MUNIX电生理技术弥补了这一不足,其评估意义在于它能够区分神经再生和神经丢失,而且可以对ALS等患者的变性过程给予动态的更深层的临床下的客观数据。

对象与方法
一、对象

收集2017年12月至2018年9月北京大学第三医院门诊健康志愿者50名,男25名,女25名,均无周围神经系统疾病、糖尿病,无长期饮酒及用药史。年龄25~68(47±9)岁,按年龄分为5组(每组均为男5名,女5名),1组25~34岁,10名;2组35~44岁,10名;3组45~54岁,10名;4组55~64岁,10名;5组≥65岁,10名。受检者均检测双三角肌(腋神经)、双小指展肌(尺神经)、双股四头肌(股神经)、双胫前肌(腓神经),所有受试者均签署知情同意书,并通过北京大学第三医院伦理委员会的审核(2019-003-02)。

二、方法
1.仪器设置:

采用Natus公司丹麦仪器keypoint G4仪器,在MUNIX专属操作界面:扫描速度3 ms/D;灵敏度2 mV/D;滤波器5 Hz~5 kHz;记录长度200 ms;内部触发,重复频率3 Hz;电极为Ag/Agcl表面电极。取仰卧位。

2.分三步检测:

首先获取相应神经(腋神经、尺神经、股神经、腓神经)最大CMAP波幅,表面电极贴于各肌肉肌腹,参考电极置于肌腹旁2~3 cm,在相应刺激点(三角肌-腋神经-Erb′s点刺激,小指展肌-尺神经-腕点刺激,股四头肌-股神经-腹股沟刺激,胫前肌-腓神经-腓骨小头处刺激)分别给予超强刺激,并获取各神经最大CMAP波形,测量其负峰波幅。刺激电极及记录电极位置的准确安放是MUNIX与MUSIX值的金标准,地线放置于记录电极和刺激电极之间,皮肤温度保持在34~36 ℃之间(图1)。

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图1
最大CMAP波幅(以左侧腋神经为例,在Erb′s点给予超强刺激,获得最大CMAP波幅,并测量负峰波幅)
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图1
最大CMAP波幅(以左侧腋神经为例,在Erb′s点给予超强刺激,获得最大CMAP波幅,并测量负峰波幅)

3.第二步,进行表面肌电图的干扰相采集,力量不可能被测量,但操作者从音频及波形中辨别受试者的用力情况,共10个水平,估计用力为10%~100%,每一次用力尽量恒定,并重复3次,最后测量整个干扰相范围(图2)。

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图2
三角肌表面肌电图的干扰相(SIP)采集
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图2
三角肌表面肌电图的干扰相(SIP)采集

4.第三步,测量CMAP负峰波幅与SIP(表面肌电图干扰相)数值,并将此数据拷贝到Excel表中(Excel表为仪器程序表格),仪器通过数学函数自动计算MUNIX及MUSIX值,包括理想状态下运动单位计数(ideal case motor unit count,ICMUC)以及SIP面积的测量(SIP Area,单位mVms,图3)。

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图3
应用数学函数自动计算MUNIX及MUSIX值
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注:ICMUC为理想状态下运动单位计数(ideal case motor unit count),SIP Area为SIP面积的测量(单位mVms)

图3
应用数学函数自动计算MUNIX及MUSIX值
5.记录参数:

分别记录每块肌肉的MUNIX值、MUSIX值。

6.相同肌肉、相同志愿者、相同实验室、相同仪器分别在3个月后再检测一次,方法同前。

三、统计学分析

计量资料以±s表示,符合正态分布者采用t检验,非正态分布者行Mann-Whitney U检验,组内差异比较采用方差分析,P<0.05表示差异有统计学意义。通过计算均值、标准差,得出95%可信区间(CI),确定正常值范围(±1.967SD)。所有数据均由SPSS 16.0软件包计算完成。

结果
1.引出率:

健康受试者双侧三角肌、小指展肌、股四头肌、胫前肌MUNIX、MUSIX的检出率均为100%;图形见图1图2图3

2.MUNIX、MUSIX各值在性别及左右侧别之间的比较:

将受试者的性别和左右侧进行比较,发现各值差异无统计学意义(P>0.05,表1表2)。说明受试者性别及左右侧别的差异不影响MUNIX、MUSIX结果的判读,因此,在以下的研究中,将性别、左右侧的结果取平均值进行讨论。

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表1

MUNIX、MUSIX在性别之间的比较(±s

表1

MUNIX、MUSIX在性别之间的比较(±s

性别例数(名)三角肌小指展肌股四头肌胫前肌
MUNIXMUSIX(μV)MUNIXMUSIX(μV)MUNIXMUSIX(μV)MUNIXMUSIX(μV)
25191±3849±7191±3655±11169±4348±7137±3348±6
25193±5550±7184±2852±10162±3350±6143±2947±5
t1.5411.3011.7341.8461.2011.4971.2601.413
P0.3670.4170.3330.3160.4420.3750.4270.392
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表2

MUNIX、MUSIX在左右两侧之间的比较(±s

表2

MUNIX、MUSIX在左右两侧之间的比较(±s

侧别例数(名)三角肌小指展肌股四头肌胫前肌
MUNIXMUSIX(μV)MUNIXMUSIX(μV)MUNIXMUSIX(μV)MUNIXMUSIX(μV)
50191±3646±7191±3554±11168±4547±6135±3347±6
50193±5250±7186±2852±10166±3147±7144±2947±6
t1.3021.5381.2441.2051.3191.3861.3451.432
P0.4210.3670.4310.4410.4130.3980.4070.388
3.MUNIX、MUSIX不同年龄组之间的比较:

由于CMAP随着年龄的增长,有进行性下降的趋势,因此,将患者以10年为界,依次进行MUNIX、MUSIX的检查(表3)。发现受试者随着年龄增大,MUNIX值逐渐下降,差异有统计学意义(P<0.05),MUSIX无明显变化,差异无统计学意义(P>0.05),故MUNIX需考虑年龄因素。

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表3

MUNIX、MUSIX各年龄组参考值(±s

表3

MUNIX、MUSIX各年龄组参考值(±s

年龄(岁)例数(名)三角肌小指展肌股四头肌胫前肌
MUNIXMUSIX(μV)MUNIXMUSIX(μV)MUNIXMUSIX(μV)MUNIXMUSIX(μV)
25~3410205±4546±7207±3955±11179±4545±6169±3744±6
35~4410182±3448±7183±3757±10150±4744±6150±2845±7
45~5410170±3647±7169±3355±9141±4046±7132±2444±7
55~6410162±3149±7161±2956±9136±3344±7120±2247±7
≥6510155±3249±6156±2655±8121±2347±7100±1947±6
P0.0440.1280.0430.4340.0410.2980.0420.388
4.首次检测与3个月后检测的比较:

为了研究此项技术的稳定性,对相同受试者及其相同肌肉在3个月后再次检测(实验室条件同前),两次检测MUNIX值、MUSIX值均无明显改变,差异无统计学意义(P>0.05,表4)。

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表4

MUNIX、MUSIX在首次及3个月后之间的比较(±s

表4

MUNIX、MUSIX在首次及3个月后之间的比较(±s

检测时间例数(名)三角肌小指展肌股四头肌胫前肌
MUNIXMUSIX(μV)MUNIXMUSIX(μV)MUNIXMUSIX(μV)MUNIXMUSIX(μV)
首次50193±3647±7189±3554±10160±4650±7147±3248±6
3个月后50192±4253±6187±3153±10166±3149±7143±3247±6
t1.2591.5381.2441.2051.3191.3861.3451.432
P0.4010.3160.3440.4100.4130.4020.3960.418
讨论

运动单位(motor unit,MU)[1]是肌肉收缩的最小单位,各种累及运动系统中枢或周围神经的疾病都会出现MU的减少或丧失。运动单位估数(motor unit number estimation,MUNE)是一种可对MU进行定量的神经电生理技术。已越来越多地用于神经系统疾病,特别是运动神经元病的发病机制、诊断、药物疗效评价和预后的研究[2]。目前,国内主要的应用方法为递增法(incremental technique,incr—MUNE);泊松分析技术(statistical method,stat—MUNE);多点刺激技术(multiple point stimulation,mps—MUNE)。

incr—MUNE技术,操作简单,基于相应支配肌肉上获得的波幅不断递增的CMAP,但因长时间刺激同一位置,易产生神经疲劳现象。此方法最大的局限是存在变异、重复性低[3,4],结果往往不够准确,且存在很大的主观性,可能同时兴奋几个MU,所得单个运动单位电位(single motor unit potential,SMUP)可能是几个运动单位之和。

stat—MUNE技术,为一种统计学方法,应用计算机自动调整刺激量,并自动测量最大CMAP波幅,得到一平滑"S"曲线,统计后得出平均值。此方法可重复性良好,且经过了Shefner等[5]的改良。但此方法对近端肌肉的检测伪差大,准确性低。

mps—MUNE技术,在同一神经不同点刺激,刺激强度低,保证SUMP全或无的检测方式[6]。而且有研究也表明此法可使大小直径的轴突在阈刺激均被兴奋[7]。此方法弥补了前两种方法的不足,减少了神经的疲劳,降低受试者的不适感,对仪器要求不高。但有时正常值变化大,费时,不适宜近端肌肉的检测[8]

本研究有别于目前国内常用的MUNE技术,它不是对MU的数量进行量化,而是通过获得CMAP负峰波幅和表面肌电图干扰相(surface interference pattern,SIP),运用数学模型,自动计算出运动单位数量指数及大小的电生理技术。以简便、无创及可靠的方式获得MUNIX及MUSIX的正常参考值。研究显示,在健康受试者中,性别和侧别对MUNIX及MUSIX的数值无显著性差异;而随着年龄增长,MUNIX值呈逐渐下降趋势,差异有统计学意义,有显著性差异,MUSIX无明显变化,差异无统计学意义。提示MUNIX用于临床疾病的诊断时需考虑年龄因素。

本次研究还对健康受试者进行了首次与3个月后检测的比较,两次检测MUNIX值、MUSIX值均无明显改变,差异无统计学意义,亦证明了此检测技术的稳定性、可重复性。并对神经变性病如ALS等提供了长期动态监测的技术手段[9]

此技术弥补了以往检测技术耗时、对上肢近端肌肉、下肢肌肉无法进行运动单位估数的不足[10,11]。本研究对健康受试者双侧三角肌、双侧股四头肌、双侧胫前肌进行了检测,均可快速获得稳定图形、数据可靠。在近端肌肉检测中,受试者无不适感。

目前在ALS评估中,MUNIX技术是快速的MUNE,不仅从理论上代表了下运动单位的存活数目,摒除了上运动单位和轴索侧支再生的影响[12],可以更直接地反映前角细胞丢失的状况,对有功能的运动单位进行定量评价,并能评测残存运动神经元数量,动态评估运动神经元变性疾病的运动单位的丢失情况[13]。而且MUSIX以微伏测量,反映了表面记录的SMUP的平均振幅,与MUNIX值一起讨论,对临床上的进行性运动神经丢失、神经再生给予更深层的临床下的客观数据[14]。近年来,此技术成为研究的热点,国内外多位学者将MUNIX应用于定量评估ALS运动神经元损失的检测,并应用该技术监测ALS患者疾病的进展。有研究表明[15],在对健康受试者与ALS患者的动态观察中,健康受试者CMAP及MUNIX、MUSIX无明显变化,ALS患者MUNIX下降、MUSIX上升,进一步证明ALS患者运动神经元丢失的同时,出现了神经再生的迹象。

作为一项测量指标,虽然MUNIX在疾病早期已经证明了此项技术的有效性,但当肌肉严重萎缩时,其误差明显增大[16],缺乏系统的分析来量化灵敏度,需要有处理信号的专业软件;而且,对于深部肌肉的检测,尚存在一定的局限性。总之,MUNIX评估MU已受到了广泛认可[17],主要用于评估疾病的早期病变及病程进展的长期追踪调查[18,19,20]

利益冲突
利益冲突

所有作者均声明不存在利益冲突

参考文献
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