肘关节屈伸肌群等速肌力测试与分析☆

肘关节屈伸肌群等速肌力测试与分析☆�

宋雅伟1，2，魏文仪1，钱竞光2，苏杨2，喻欣楠2

课题背景：国内、外有关等速肌肉力量的研究，大部分以膝关节的屈、伸肌群为研究对象。等速肌力的变化规律，也多由膝关节屈、伸肌群等速力量测试结果得出。目前可查证的上肢肌力的等速测试研究却屈指可数。

术语解析:等速运动是指运动中，运动速度恒定（等速）而阻力可变，运动中的速度预先在等速仪器上设定，一旦设定，不管受试者用多大的力量，肢体运动的速度都不会超过预先设定的速度，受试者的主观用力只能使肌肉张力增高，力矩输出增加，而不能产生加速度（运动开始和末了的瞬时加速度和减速度除外）的一种运动。

同行评价：文章通过对非特殊人群的肘关节屈伸肌群进行等速肌力测试，获取了一些相应的生物力学指标，可以为运动医学、临床医学、康复医学的实践提供参考。因方法学上的问题，利用肘关节作等动肌力测试的研究较少，这正是本文的创新所在。

1上海体育学院运动科学系，上海市 200438；2南京体育学院运动科学系，江苏省南京市 210014

宋雅伟☆，男，1970年生，江苏省连云港市人，汉族，上海体育学院在读博士，高级实验师，工作单位：南京体育学院，主要从事解剖学和运动生物力学的研究。
syw0008@163.com

摘要
目的:通过测量肘关节屈肌、伸肌群在不同收缩方式、不同运动速度、不同关节角度时力矩的变化情况，以期用肘关节等速测试的力矩指标来评定肘关节及其周围肌群的功能状态。
方法：实验于2006-09在江苏省级机关医院完成。测量了南京体育学院运动系20名男生肘关节屈、伸肌群在等速向心不同运动速度下的肌力参数，向心收缩各测2个不同速度：60(°)/s、120(°)/s。前者每次重复5次，间歇约1 min；后者每次重复10次，间歇约1 min。取最大力矩、最大力矩角度及上述角度的力矩。观察不同速度下屈、伸肌肌峰力矩比较；不同速度下屈伸肌肌峰力矩的相关分析；不同速度下肌峰力矩角度的比较分析；等速向心收缩的加速、放松时间。
结果：①肘关节屈伸肌群等速向心收缩时随着关节给定运动速度的加快，屈肌峰力矩从34.5 N·m减到28.5 N·m，伸肌峰力矩从43.0减到32.7 N·m。②随速度增快，屈肘峰力矩角度增大，伸肘峰力矩角度减小。③当给定运动速度加快时，肘关节屈伸肌的加速时间均随之增长，伸肌的加速时间比屈肌的加速时间短。④前臂与上臂长的比值和伸60(°)/s的峰力矩角度呈负相关。
结论：不同速度下，对于肘关节屈肌群而言，屈伸肌比值、肱二头肌、肱肌、肱桡肌、桡侧腕长伸肌和旋前圆肌的加速时间与肱三头肌、肘肌的放松时间、对于屈肌的肌峰力矩具有重要作用，而肱三头肌、肘肌的加速时间与肱二头肌、肱肌、肱桡肌、桡侧腕长伸肌和旋前圆肌的放松时间对于伸肌的肌峰力矩具有重要作用。
关键词：肘关节；运动；生物力学；组织构建；等速肌力测试

宋雅伟，魏文仪，钱竞光，苏杨，喻欣楠. 肘关节屈伸肌群等速肌力测试与分析[J].中国组织工程研究与临床康复，2008，12(11):2074-2078 [www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-11/11k-2074(ps).pdf]

Testing and analysis on the flexor and extensor strength of elbow joint under constant speed

AIM:To assess the function condition of elbow joint and its surrounding muscle group through measuring the changes in torque of elbow joint flexor and extensor groups in variable contraction way, velocity of movement, and joint angle.
METHODS: The experiment was performed in September 2006 in the Jiangsu Provincial Institution Hospital. The muscle strength parameters of elbow joint flexor and extensor in 20 male students in the Department of Sports, Nanjing Institute of Physical Education under isokinetic concentric contraction of 60 (°)/s and 120 (°)/s, respectively. The former measurement was performed for 5 times with about 1 minute intermittence, and the latter was performed for 10 times with also 1 minute intermittence. The peak torque, angle of peak torque, and the torque at the angle of peak torque were detected. The peak torques of flexor and extensor at 60 and 120/s were compared to analyze their association. The angles of peak torque at 60 and 120/s were compared, and the acceleration time and relaxation time of isokinetic concentric contraction were also compared.
RESULTS: ①The peak torques of elbow joint flexor and extensor reduced from 34.5 N·m to 28.5 N·m and from 43.0 N·m to 32.7 N·m along with the speeding up of isokinetic concentric contraction. ②With the speeding up, the angle of peak torque of elbow joint flexor group was increased, but decreased in extensor. ③The acceleration time of elbow joint flexor was longer than that of extensor. ④The ratio of forearm length and upper arm length was negatively correlated with the angle of peak torque of extensor at 60/s.
CONCLUSION: Under different velocities, the ratio of peak torque of flexor and extensor, the acceleration time of biceps muscle of arm, brachial muscle, brachioradial muscle, short radial extensor hallucis longus and round pronator muscle, and the relaxation time of triceps muscle of arm and anconeus muscle are important for the peak torque of flexor group. While the acceleration time of triceps muscle of arm and anconeus muscle and the relaxation time of biceps muscle of arm, brachial muscle, brachioradial muscle, short radial extensor hallucis longus and round pronator muscle are important for the peak torque of extensor group.

Song YW, Wei WY, Qian JG, Su Y, Yu XN. Testing and analysis on the flexor and extensor strength of elbow joint under constant speed.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2008;12(11):2074-2078(China)
[www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-11/11k-2074(ps).pdf]

等速运动是指运动中，运动速度恒定（等速）而阻力可变，运动中的速度预先在等速仪器上设定，一旦设定，不管受试者用多大的力量，肢体运动的速度都不会超过预先设定的速度，受试者的主观用力只能使肌肉张力增高，力矩输出增加，而不能产生加速度（运动开始和末了的瞬时加速度和减速度除外）的一种运动[1]。
国内、外有关等速肌肉力量的研究，大部分以膝关节的屈、伸肌群为研究对象。等速肌力的变化规律，也多由膝关节屈、伸肌群等速力量测试结果得出。自等速测力系统引入中国以来，有关等速肌力测试的报道逐年增加[2]。有对膝关节屈、伸肌群等速肌力基本规律的研究；膝关节屈伸肌群力量的等速测试，已被用于运动员肌力评定和临床医学、康复医学的实践中；除此之外，对髋关节肌力的测试和临床应用也作了大量工作；等速运动这种新型的测试和训练模式已越来越受到业内人士的重视。然而，目前已见到的上肢肌力的等速测试却屈指可数，由于肘关节是人体惟一能够同时并灵活实现屈曲(fe)和旋内旋外(ps)两种复合运动的机构（称为肘关节运动复合体）,它使人体上肢灵巧性优于其他动物[3-4]。所以，有必要把形态学的内容与肌力测试结合分析。本文以人体肘关节复合运动系统为研究对象，针对该关节不同速度屈伸运动过程，采用等速测力系统进行数值分析，力求将肌骨模型和等速运动结合起来研究人体的运动规律。

设计：采用等速测力系统对人体肘关节复合运动进行测试分析。
单位：江苏省省级机关医院。
对象：2005级南京体育学院武术系男生32名，没有足以影响肘关节活动的损伤史，自愿为本实验受试者。
设计、实施、评估者：实验设计为第二作者,干预实施为第一作者,评估为第三作者。经过正规培训,未采用盲法评估。
技术路线：
文献资料法：收集前人对本文所涉及内容的相关资料，了解目前国内外的研究现状和发展趋势，了解同类研究的内容、方法和前沿水平。
实验法：所有测试采用美国产BIODEX I型多关节等速测试及康复系统。按仪器使用说明要求，测试时取坐位，附加椅背调至最大直立位，上臂纵轴与前臂纵轴成一直线定为中立位，测试肘关节屈曲145°。一律测试右臂肘关节屈、伸肌力。向心收缩各测2个不同速度：60 (°)/s、120 (°)/s。前者每次重复5次，间歇约1 min；后者每次重复10次，间歇约1 min。取最大力矩、最大力矩角度及上述角度的力矩。
峰力矩（PT）：指肌肉收缩产生的最大力矩收缩。单位为N·m。在等速肌力测试中，峰力矩值具有较高的准确性和可重复性，被视为等速肌力测试的黄金指标和参照值。
峰力矩体质量比（峰力矩/体质量）：指单位体质量的峰力矩值，代表肌肉收缩的相对肌力，可用于不同体质量的个体或人群的肌力比较。
峰力矩角度（AOPT）：指力矩曲线中，峰力矩所对应的角度，代表肌肉收缩的最佳用力角度。
屈伸肌比值（Ratio）：指等速肌力测试中，主动肌与拮抗肌两组肌群峰力矩的比值。
主要观察指标：①不同速度下屈、伸肌肌峰力矩比较。②不同速度下屈伸肌肌峰力矩的相关分析。③不同速度下肌峰力矩角度的比较分析。④等速向心收缩的加速、放松时间。
统计学方法：实验数据用Microsoft Excel 2000进行统计汇总。由第一作者采用SPSS 10. 0统计分析软件对所得数据进行分析处理[5-7]。

2.1 受试者基本形态指标测量结果用皮尺、皮脂厚度计对受试者的基本形态指标进行了测量[8-10]，见表1。

由上表可以看出与正常国人的前臂、上臂比为3∶4要大，说明前臂相对于整个上肢来讲要长一些，可能与武术系学生的专项运动有关。
2.2 受试者不同速度下屈、伸肌肌峰力矩比较见表2和图1。

由图1和表2数据显示，肘关节屈伸肌群等速向心收缩时的峰力矩，随给定运动速度的增大而减少[屈伸肌都是从60 (°)/s到120 (°)/s]，屈肌峰力矩从34.5 N·m减到28.5 N·m，伸肌峰力矩从43.0 N·m减到32.7 N·m 。
2.3 不同速度下屈伸肌肌峰力矩的相关分析 ①伸 60 (°)/s峰力矩的相关分析60 (°)/s峰力矩与伸60 (°)/s最大工作能力(r=0.54)、伸60 (°)/s峰力矩/体质量(r=0.34)、峰力矩角度(r=0.73)、总工作量(r=0.56)、伸 60 (°)/s平均峰力距(r=0.63)，伸120 (°)/s峰力矩(r=0.86)、平均峰力距呈正相关(r=0.65)；而与伸60 (°)/s屈伸肌比值(r=-0.72)、屈120(°)/s加速时间呈负相关(r=-0.49)。②屈60 (°)/s峰力矩的相关分析：屈60 (°)/s峰力矩与伸 60 (°)/s屈伸肌比值(r=0.72)，屈60 (°)/s峰力矩/体质量(r=0.53)、平均峰力距(r=0.65)，伸120 (°)/s屈伸肌比值(r=0.54)，屈120 (°)/s峰力矩(r=0.49)、峰力矩/体质量(r=0.59)、平均峰力距呈正相关（r=0.48）；而与伸60 (°)/s的加速时间（r=-0.86）、放松时间(r=-0.60)、屈60 (°)/s的加速时间(r=-0.36)、放松时间(r=-0.91)、屈120 (°)/s的加速时间呈负相关(r=-0.79)。③伸120 (°)/s峰力矩的相关分析：伸120 (°)/s峰力矩与伸60 (°)/s的峰力距(r=0.58)、峰力矩/体质量(r =0.45)、平均峰力距(r=0.66)、伸120 (°)/s的最大工作能力(r=0.39)、平均能量(r=0.94)、平均峰力距呈正相关(r=0.92)；而与伸120 (°)/s的屈伸肌比值呈负相关(r=-0.89)。④屈120 (°)/s峰力矩的相关分析：屈120 (°)/s峰力矩与伸60 (°)/s的平均能量(r=0.69)，屈60 (°)/s的峰力距(r =0.96)、峰力矩/体质量(r =0.25)、平均峰力距 (r =0.62)，伸120 (°)/s的屈伸肌比值(r =0.41)，屈120 (°)/s的峰力矩/体质量(r = 0.90)、平均峰力距呈正相关(r =0.37)；而与伸60 (°)/s的放松时间(r =-0.96)、伸120 (°)/s的放松时间(r =0.68)、屈120 (°)/s的加速时间呈负相关(r =0.54)。
2.4 不同速度下肌峰力矩角度的比较分析由于肘关节屈曲30°~60°，尺侧副韧带后束的紧张度改变不明显；屈曲90°~120°，紧张度明显增加。屈曲30°~60°以上时，尺侧副韧带前束紧张，屈曲到90°时其长度和肘关节完全伸直位时无明显差异，屈曲90°~145°其紧张度降低。所以，峰力矩角度均在60°左右时出现[11-12]。见图2。

2.5 等速向心收缩的加速、放松时间当给定运动速度加快时，肘关节屈伸肌的加速时间均随之增长，伸肌的加速时间比屈肌的加速时间短，而伸肌的力量比屈肌大，加速时间缩短，放松时间加长[13-14]。见图3。

肘关节由近侧肱尺关节、肱桡关节及桡尺近侧关节构成稳定系统和动力性稳定系统，可认为是一种车轴屈戊式关节，是近端肱桡关节和桡尺关节的车轴式旋转运动、肱尺关节屈戊式运动的综合(见图1)。肘关节是一个当然的固定旋转中心，但是运动并不局限于一个平面，相对肱骨而言，尺骨从伸直时外旋活动到屈曲时内旋，在矢状面上肱骨小头和滑车关节面形成 2 mm×0.5 mm的瞬时旋转运动中心，肘关节形成一个稳定环，稳定环由4个柱组成，其中任何一柱的损伤都将导致肘关节的不稳定动力性稳定系统由跨越肘关节的肌、腱组成，关于动力性稳定系统的作用，除他们本身的结构因素外，肌力对肘关节稳定性作用尚不明确。肘关节的正常运动度为屈曲从 0°~145°，旋前75°，旋后80°，一般正常使用只要达到屈30°~60°，旋前、旋后各50%即可完成日常生活的大部分[15]。
肘关节运动复合体由肱骨、尺骨和桡骨之间形成的空间机构链及围绕关节的8个肌肉肌腱驱动器所组成，包括：肱二头肌、肱三头肌肱肌、肱桡、旋前圆肌、旋前方肌、旋后肌和肘肌。肘关节的运动分为屈和伸，运动轴通过肱骨的内、外上髁。所有通过此轴前面的肌肉为屈肌，所有通过此轴后面的肌肉为伸肌。屈肘肌包括：肱二头肌、肱肌、肱桡肌、桡侧腕长伸肌和旋前圆肌。如图1（按肌肉作用大小的顺序排列）次要的肌肉有：桡侧腕屈肌、桡侧腕短伸肌和掌长肌。唯一重要的伸肘肌是肱三头肌，其内、外侧头的伸肘作用最强，其长头的作用次之，肘肌也可作为伸肘肌[16-18]。
肘关节屈、伸肌群的峰力矩随不同收缩方式的变化上符合一般规律，即离心大于静力大于向心。
由图2可以看出，其中峰力矩在伸120 (°)/s时，标准差最小。随速度减少的主要原因是肘关节作屈伸运动时,前臂相当于一个速度杠杆。肱二头肌的肌力为动力,止点为作用点。阻力点一般位于手的部位,肘关节形成了杠杆的支点。当肱二头肌收缩时,前臂绕着肘关节运动。由于动力点距离关节点很近,动力臂很小,所以运动的力量很弱。但是当肘关节做伸的运动时情况则恰好相反。
另外，随速度减少的主要原因还有收缩元中的横桥断开时损失肌力，然后在收缩过程中再形成断桥时也损失肌力；收缩元和结缔组织中的流体粘滞性也需要内力克服这些粘滞阻力，从而导致张力下降，主动肌的收缩和拮抗肌的拉长由于肌肉的粘滞性都会损失肌力，且粘滞阻力随速度的增加而增加。给定运动速度加快后向心收缩力矩减少，在每一个给定运动速度下运动单位的活性不同可能也是原因之一[19-20]。
本组不同速度下的肌峰力矩相关分析，峰力矩与屈伸肌比值，放松时间、屈120的加速时间均相关；所以，对于肘关节屈肌群而言，屈伸肌比值、肱二头肌、肱肌、肱桡肌、桡侧腕长伸肌和旋前圆肌的加速时间与肱三头肌、肘肌的放松时间、对于屈肌的肌峰力矩具有重要作用。而肱三头肌、肘肌的加速时间与肱二头肌、肱肌、肱桡肌、桡侧腕长伸肌和旋前圆肌的放松时间对于伸肌的肌峰力矩具有重要作用，说明屈伸肌群的协同配合对于屈伸肌的肌峰力矩密切相关[21-22]。
本组不同速度下屈伸肌比值的比较分析：肘屈伸肌力量比值代表肱二头肌、肱肌等与肱三头肌、肘肌力量的比值。屈伸肌力量比值一定时对保持肘关节稳定性有重要意义。本组结果表明肘屈伸肌比值在60 (°)/s为82.42±24.73，低于目标值97（系统提供）；肘屈伸肌比值在120 (°)/s为88.55±20.89，低于目标值93（系统提供）；测试结果比正常的目标值结果偏低，认为可能与测试人群的肱二头肌、肱肌等力量较肱三头肌、肘肌力量明显弱或过度强调加强肱三头肌力训练有关，因为本组所测对象为武术专业的学生，与他们经常出拳伸肘有关[23]。
另外，屈伸肌比值在运动过程中不是固定的，它随着屈肌/伸肌值随运动速度的增加而增加，也就是说在运动中动员屈伸肌的数量是变化的，随着运动速度的增加，伸肌群则参与工作的将减少。表现在力量上则是肘关节屈、伸肌群的峰力矩随着运动速度的增加而减少。所以，如仅仅依据屈伸肌比值作为肘屈伸肌功能评定的重要指标是不够的，还应参照肘屈伸肌的绝对力量值进行综合分析评定[24]。
本组不同速度下肌峰力矩角度（Aopt）的比较分析：随速度增快屈肘Aopt增大，伸肘Aopt减小(见图3)，说明无论屈、伸肘，随速度加快Aopt均后移。Aopt是峰力矩所对应的关节角，即屈肘或伸肘运动达Aopt时屈肘肌或伸肘肌产生的力矩最大。一方面肌肉产力的大小有赖于其初始长度，任何肌肉只有达到最适的初始长度时才能产生最大肌力，短于或长于最适长度都会导致肌力下降。肘关节的活动直接影响屈、伸肘肌的初始长度，在关节活动的不同范围，可使不同的肌肉达最佳初始长度。在实际测量的过程中肌肉产力有赖于运动单位的并联，并联越多合力越大，屈伸肘时Aopt还有赖于肱二头肌和肱三头肌在某一活动范围的最佳合力[25]。
本组形态学指标对等速运动参数的影响：经统计分析后，在所有的形态学指标对等速运动参数的影响中，发现只有前臂与上臂长的比值和伸60°的峰力矩角度呈负相关（相关系数为-0.499，P < 0.05），而与上臂、前臂的围度、皮脂的厚度不相关，也就是说前臂越长或上臂越短，伸60°的峰力矩角度越小，因为前臂越长或上臂越短，对于肘关节伸越有利，峰力矩越易形成[26]。
结论：①肘关节屈伸肌群等速向心收缩时随着关节给定运动速度的加快，屈肌峰力矩从34.5 N·m减到28.5 N·m，伸肌峰力矩从43.0减到32.7 N·m。②不同速度下，对于肘关节屈肌群而言，屈伸肌比值、肱二头肌、肱肌、肱桡肌、桡侧腕长伸肌和旋前圆肌的加速时间与肱三头肌、肘肌的放松时间、对于屈肌的肌峰力矩具有重要作用。而肱三头肌、肘肌的加速时间与肱二头肌、肱肌、肱桡肌、桡侧腕长伸肌和旋前圆肌的放松时间对于伸肌的肌峰力矩具有重要作用。③随速度增快，屈肘峰力矩角度增大，伸肘峰力矩角度减小。④当给定运动速度加快时，肘关节屈伸肌的加速时间均随之增长，伸肌的加速时间比屈肌的加速时间短。⑤前臂与上臂长的比值和伸60 (°)/s的峰力矩角度呈负相关。

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