摘要

膝关节电位图（EAG）是一种新的测量膝关节在负荷过程中出现的电位的技术，它反映了软骨质量和关节接触力。我们的目的是研究 EAG 信号在连续加载周期中的演变。这项研究是在20个站立的受试者身上进行的，他们通过改变自己的体重来达到膝盖的负荷。它们的EAG信号是在连续的10个负重周期中记录下来的，并在随后的10个周期中，在15分钟的运动周期后记录下来。多个线性回归模型通过考虑软骨在单脚站立时产生的力和压力位移中心，估计了解释软骨产生一定潜力的机电比率(EMR）。结果表明，随着循环次数的增加，EMR值逐渐下降: 在序列初始阶段，EMR值与序列数的相关系数在4个电极位点中的3个位点(po0.05)达到显著水平，而在运动后序列中，EMR值仍然下降，明显低于序列初始位点(po0.001)。肌肉活动和牵张反射的习惯化，以及软骨机电特性的时间依赖性，都可能导致肌电参数的下降。因此，在测量前避免进行体力活动对于提高测量重复性是很重要的，因为这样会降低肌电信号强度。电机模型证实触角电位是膝关节接触力变化的天然感应器，亦可提高触角电位测量的准确度。

1.简介

关节电位图(EAG)是一种测量膝关节表面负荷诱导流电位的新技术。电解质离子在液相中的运动产生的流动电位与动态压缩下固定在软骨细胞外基质上的电荷群有关(Paolo and Netti, 2007).。体外研究表明，较低的流动电位表明软骨退化n (Frank, et al. 1987; Légaré et al., 2002).。我们以前在模拟、动物研究和临床研究中证明，负荷诱导的电位也可以在膝关节表面检测到，并且有可能用于骨关节炎的非侵入性评估(Préville et al., 2013; Han et al., 2014; Changoor et al., 2014)

虽然一项测试重测方案表明临床EAG测量是可重复的(Preville等人，2013年)，但在个体内部仍然可以观察到一些EAG变异性，这可能会阻碍其在软骨质量评估中的临床应用。 在临床EAG测量中，关节负荷是通过让受试者慢慢地将他们的体重从双足姿势转移到单足姿势来实现的。 体重转移过程中平衡的调节涉及肌肉活动，膝关节接触力也可以受到影响(Adouni等人，2012年)。 事实上，在体内测量的膝关节接触力是单足姿势时体重的两到三倍(Kutzner等人，2010年)。 通过在EAG测量过程中监测膝关节屈肌和伸肌的肌电图(EMG)，我们还观察到膝关节屈肌和伸肌在体重移动过程中被激活以保持平衡（朱等人，2016年）。因此，与身体摇摆相关的肌肉活动可能有助于EAG的变异性。 为了提高我们对EAG信号的理解，并有助于开发可靠的EAG技术来评估软骨质量，这是一种很好的选择。

2.方法

该方案得到了**有限公司的研究伦理学委员会的批准。每个受试者初都被告知了该研究的情况，然后签署了一份知情同意书。本研究包括20名受试者（10名男性，10名女性），年龄为28.57+/-10.7y.，身高172.77+/-11.4厘米，体重67.57+/-14.4kg。没有一个参与者报告过膝伤或有症状的异常。

采用自粘型一次性电极(red dotTM，3 m)测定触角电位(eag)信号。电极放置在支配腿的膝关节线上。通过触诊确定了关节线。四个电极分布在内侧和外侧。参比电极位于前胫骨的中间，接地电极位于其下。在放置电极前，在所有电极位置用研磨膏(nuprep)进行皮肤制备，以使表皮阻抗小化。如果有必要可剃除毛发。

实验前，受试者被告知不要做任何剧烈的体育锻炼。 受试者赤脚站立，双脚肩宽分开，保持双腿伸直。 为了机械地加载软骨，受试者缓慢摆动，将体重转移到测量的腿上3-4s，然后回到初的位置。 一个平衡板(WBB)被放置在测量的膝盖脚下，以记录四个垂直力量在板的角落。 WBB越来越多地被用作评估姿势控制的力板，因为它便宜、便携、可靠和准确(Bartlett等人。 2014)。 另一只脚下放置一个木板，以保持正常的平衡。 每个受试者在EAG捕获（3-5个周期)之前都练习了重量转移过程）。 记录10个连续加载序列。 在此之后，为了确定结果是否可以复制，并研究先前体育活动的可能作用，受试者继续进行体重转移运动约15分钟。 一旦这项工作完成，再记录10个连续的加载序列。

3.数据采集和分析

4.结论

我们的结果表明，随着连续的加载周期，EAG电位显著降低。 运动期后，EMR值明显低于初始序列，且下降较慢，提示EMR值趋于平稳。 EAG振幅涉及关节软骨的机电特性，也涉及到关节软骨上的压缩力。 先前的一项研究表明，增加膝关节接触力的特定腿部肌肉的收缩也会产生EAG信号（朱等人，2016年）。 拉伸反射的习惯性(Jackson等人，2009年；Laudani等人，2009年)可以在连续的加载周期中降低膝关节接触力，并解释EMR的下降。 然而，这种减少也可能涉及软骨的电学和力学性能。

原始论文资料，欢迎联系索取。

世联博研（北京）科技有限公司专注于生物力学检测，3D生物打印设备，再生医学，微流控&组织芯片和细胞微环境培养设备的一站式解决方案，欢迎各界同行咨询。