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(温州医科大学附属第一医院超声科，浙江 温州 325000)

目前，免疫组化、电泳、分子克隆等多领域研究已经加深了对肌肉形态、功能的认识。研究肌肉的结构参数、评估肌肉功能可进一步了解人体运动功能的生物力学机制，有助于掌握人体运动的力学规律。定量超声可在二维超声图像中提取结构性参数，如羽状角(pennation angle， PA)、肌纤维长度(fascicle length, FL)、肌肉厚度(muscle thickness, MT)、肌肉横截面积(cross-sectional area, CSA)和横断面厚宽比(thickness-width ratio, TWR)等，以显示肌肉的状态变化，并以此评估肌肉活动时的状态变化。本文对定量超声在肌肉功能评估中的应用进展进行综述。

1 肌肉的结构性参数

1.1PA PA是指肌束与深层筋膜所形成的角度，即肌束的方向。人类骨骼肌中PA一般为5°～25°，但不同肌肉群间PA大小有所差异。PA与肌纤维收缩的数目密切相关，PA越大，肌纤维收缩的数目越多，肌肉的发力能力也越大[1]；同理，当肌肉收缩时PA也会增大。因此，PA常被用于评估肌肉的收缩状况、肌肉状态与力量间的关系等。同时，PA决定着肌纤维收缩力向筋膜的传递，PA越小，越有利于收缩力向筋膜传递。以45°为界限，PA<45°时收缩力的传递效果较好，PA≥45°时收缩力的传递较低效，伴随着肌纤维长度变短，肌肉收缩的速率和筋膜的移动距离范围缩小。

1.2FL FL是指肌束两端分别与浅层筋膜和深层筋膜交叉点的连线长度，是重要的肌肉形态学参数。肌肉收缩或体位变化时，FL随之发生改变。FL与肌肉收缩的速度和范围成正比[2]。研究[3]发现，短跑运动员较中跑运动员和普通人群具有更长的FL和较小的PA。肌纤维较长的肌肉收缩速度更快、范围更大，肌纤维较短而横截面积大的肌肉则更易产生力。尽管短的肌纤维和长的肌纤维在力量-长度曲线中峰值一样，但长的肌纤维肌肉主动收缩的范围更大，这与关节的主动活动度密切相关。

1.3MT MT指包围某块肌肉的上下肌膜之间的距离，其数值直接反映肌肉含量。测量MT可用于临床评估神经肌肉疾病及脑卒中、小儿脑瘫的肌肉强度及选择治疗方案。Thoirs等[4]利用定量超声测量MT来客观评价脑卒中患者的肌肉强度。另外，MT的变化是评估肌肉是否处于疲劳状态的重要指标。Shi等[5]采用定量超声观察肱二头肌等长收缩时的MT，发现MT随着肌肉疲劳程度增高而加大。

1.4CSA CSA是指肌肉所含肌纤维横截面积的总和，分为解剖CSA和生理CSA，肌肉的生理CSA越大，则收缩力越大。同时，肌肉生理CSA与PA和FL关系密切，腓肠肌从放松到完全收缩的过程中，在PA和FL增加的同时，肌肉生理CSA也会增加。近年，越来越多的临床医师致力于采用超声研究肌肉骨骼，其中测量骨骼肌生理CSA是其中一项重要的应用。Seymour等[6]采用定量超声测量股直肌的生理CSA，结果显示慢性阻塞性肺疾病患者股直肌生理CSA较健康对照组平均下降25%，且股直肌肌力与生理CSA呈线性相关。

2 定量超声在肌肉功能状态研究的应用

2.1定量超声评估肌肉收缩 肌肉的力学特性与其结构形态相关。定量超声可获得FL、PA和MT等肌肉结构参数,直接或间接反映肌肉力的产生和输出。人体的运动是在关节和肌腱的配合下，由骨骼肌收缩而形成。因此，肌肉收缩是反映肌肉功能和活动状态的重要指标。当肌肉处于放松和收缩两种不同状态时，PA和FL各有不同。Reeves等[7]发现随肌肉收缩程度的变化，PA和FL会发生相应改变。最大等长收缩是定量评定肌肉功能的可靠指标。范宏娟等[8]运用定量超声研究放松状态与处于不同张力等长收缩状态时股四头肌形态的变化，结果发现股四头肌抗阻收缩前后形态变化大，并认为CSA的变化比MT的变化更有意义。

2.2定量超声评估肌肉状态和力量之间的关系 运用定量超声分析静态和动态时肌肉状态与力量的关系可了解肌肉力量和其相关的身体运动和性能。从生理角度看，根据CSA能有效预测肌肉的力量和输出的功率，CSA越大，肌肉力量就越大。Maganaris[9]通过比较胫骨前肌与比目鱼肌FL和力量之间的关系，发现CSA决定肌肉力量的大小，且这两种肌肉的FL和力量之间呈先上升后平缓的曲线关系；不仅肌肉力量与CSA呈线性相关，MT与CSA也密切相关，因此认为MT可评估肌肉功能。超声测量厚度是估计躯干和肢体肌肉功能和力量的有效、可靠方法[10-12]。Abe等[13]研究老年男性大腿前、后部MT与膝关节等长伸直和屈曲强度之间的关系，发现大腿前部的MT与伸膝强度有较强的相关性。既往研究[14]表明，超声测量大腿前部肌肉的MT是评估膝关节最大伸直强度的有效的预测因子，这与MRI测量肌肉CSA的结果相似。

2.3定量超声评估肌肉状态的影响因素 肌肉功能状态受多种因素的影响，如年龄、性别、姿势及肌肉是否处于疲劳状态等。童年时期MT增加迅速，性别差异并不会影响MT；青春期男性MT增长较女性快；青春期之后，MT进一步增加，25～50岁达高峰，此后，MT逐渐减低，且随着年龄增长MT的减低加速。年龄和性别对MT的影响与神经、代谢、内分泌、营养和物理等间复杂的作用有关。Narici等[15]采用定量超声比较青年人和老年人的肌肉结构参数，发现青年人FL和CAS均大于老年人，表明肌肉功能状态与年龄有关。Thom等[16]利用定量超声测量正常老年人的肌肉，发现其肌肉结构参数均较年轻时减少。此外，肌肉的回声也随年龄而改变。儿童时期男性与女性肌肉回声强度相同，16岁以后男性肌肉回声强度低于女性；40岁以后男性与女性肌肉回声强度均增加，可能是由于随着年龄增长，肌肉被脂肪和纤维组织取代导致。因此，超声评估不同人群不同时期的不同肌肉时，应该综合考虑其影响因素[17-18]。

2.4定量超声在人体运动研究中的应用 定量超声可量化肌肉结构参数，为训练前后的肌肉状况提供客观依据。Rostami等[19]利用定量超声和肌力测定装置测量无症状越野自行车运动员和腰痛患者在静息和收缩状态下L4两侧多裂肌CSA及背部伸肌肌力，发现腰痛患者多裂肌CSA在两种不同的状态下均显著降低。多裂肌CSA降低与背部伸肌肌力降低呈正相关。Ghasemi等[20]对慢性脑卒中者进行为期4周的功能性伸展运动训练，发现该训练不仅对腓肠肌的神经性有改善作用，还对肌肉结构参数有促进作用。类风湿性关节炎患者锻炼后手指总伸肌CSA增加，这可能意味着训练能对抗肌肉萎缩，增大肌肉体积。既往研究骨骼肌运动的生物力学机制仅采用单一技术，导致提供肌肉特性的信息有限；而多种手段相结合的方式为研究肌肉的运动特性提供了更大帮助。Aggeloussis等[21]将人体运动分析系统与超声仪器相结合，以验证肌肉结构性参数的重现性，证实PA、FL和MT均可用于分析人体的运动。多种手段及新的成像技术为更深层次地理解人体运动中肌肉的生物力学特性奠定了基础[22]。

2.5定量超声在运动功能障碍患者研究的应用 定量超声能评估和量化肌肉结构的变化，故可用于评估骨骼肌的变化情况。近年来，有学者[23]开始通过定量超声观察中枢神经系统损伤所致肌张力异常。Gao等[24]通过定量超声发现病程超过1年的慢性脑卒中患者患侧腓肠肌MT较正常人薄且FL变短、FA变小；之后又利用定量超声发现脑瘫儿童腓肠肌内侧头的FL较正常儿童变短且CSA缩小，肌腱变长[25]。

通过训练可使中枢神经系统损伤患者的肌肉形态结构发生适应性改变。Lee等[26]采用定量超声观察脑瘫患儿接受综合性手功能重复强化训练后上肢肌肉的变化，发现患侧肱三头肌和桡侧腕伸肌的CSA均增大，且相关运动功能得到很大提高。Liu等[27]对亚急性脑卒中患者进行为期3周的减重步行训练，发现胫骨前肌的FA、MT及腓肠肌内侧头的FL均显著增加，下肢运动功能也得到提高。

3 小结与展望

定量超声是可视化的肌肉组织成像技术，其优势为：①能简便、无创、实时、无辐射地测量肌肉的结构参数；②可动态成像，为运动过程中肌肉结构变化提供可靠的定量数据；③有效观察肌肉收缩和舒张过程中的动态特性，指导康复计划的制定、评估康复治疗效果，提高人体的运动效率。随着超声成像技术的不断发展，超声弹性成像、全景超声、三维超声等新技术的出现，今后将出现更多不同的模式用于肌肉形态学研究。