日本成年人手部肌力變化規(guī)律及不同測量條件的差異性研究

徐紅旗 ，張瞳，張欣，李靜，呼慧敏，史冀鵬，冉令華，趙朝義

(1.東北師范大學(xué) 運(yùn)動與健康科學(xué)研究中心，長春 130024；2.中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院 人類工效學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化研究領(lǐng)域，北京 100088)

1 引言

力量是人類生存與發(fā)展的前提條件，也是評價人體功能能力與健康狀況的重要指標(biāo)。肌力常在25-35歲達(dá)到峰值，并持續(xù)至40-50歲年齡段，50歲以后肌力每10年下降12%-14%[1]。肌力在三個層次上表現(xiàn)出來：一是肌纖維或一塊肌肉發(fā)出的肌張力，二是肌張力轉(zhuǎn)換成關(guān)節(jié)力和力矩，三是關(guān)節(jié)力矩轉(zhuǎn)換成末端效應(yīng)器的力和力矩。人體上肢的靈活性要高于下肢，若肩或髖關(guān)節(jié)所在的軀體固定，手或足可以自由活動，則此運(yùn)動鏈?zhǔn)且粋€開放式的三環(huán)節(jié)運(yùn)動鏈，手或足是運(yùn)動鏈的末端效應(yīng)器[2]。上肢力量多是通過手部的抓握、推拉等動作表現(xiàn)出來，且手部肌力是人類執(zhí)行精細(xì)動作的基礎(chǔ)，因此手部肌力的評價具有重要的意義。

中國和日本同屬亞洲國家，日本人肌力的研究成果對于我國相關(guān)領(lǐng)域的研究具有很好的借鑒意義。日本國家技術(shù)與評估研究所(National Institute of Technology and Evaluation，NITE)曾編制了人體髖、膝、踝、肩、肘、腕等六大關(guān)節(jié)屈伸肌群不同關(guān)節(jié)角度下的靜態(tài)肌力，以及手部抓握、扭轉(zhuǎn)、推拉、指觸等力學(xué)參數(shù)的測量規(guī)范，并建立了相應(yīng)的數(shù)據(jù)集，以指導(dǎo)本國的工效學(xué)產(chǎn)品設(shè)計(jì)?？紤]到測量方法與設(shè)備的異同，本研究選取了手部拇觸、食觸、推力、拉力與握力共五個參數(shù)進(jìn)行分析，以觀察日本成年人手部肌力的變化規(guī)律與測量差異，擬為我國成年人手部肌力測量方法與規(guī)范的制定提供依據(jù)，為國家標(biāo)準(zhǔn)《用于技術(shù)設(shè)計(jì)的人體運(yùn)動生物力學(xué)測量基礎(chǔ)項(xiàng)目》肌力參數(shù)測量規(guī)范的制定提供理論依據(jù)。

2 對象與方法

2.1 對象

日本被試者為北海道、東北、關(guān)東、中部、近畿、中國、九州共七個地區(qū)的常住居民，男性1 153人，女性805人。其中，男性年齡為62.1±13.2歲，身高為163.7±5.7 cm，體重為62.0±9.3 kg，右利手者占93.8%；女性年齡為62.5±13.0歲，身高為151.6±6.0 cm，體重為51.6±7.2 kg，右利手者占96.1%。

2.2 方法

2.2.1 手部肌力參數(shù)的采集

被試者著短褲、背心，取立姿，上肢內(nèi)收于體側(cè)，每個指標(biāo)練習(xí)1次，重復(fù)測試3次，單次時間3-4 s，次次間歇15-20 s，指標(biāo)間歇15-20 s，采用漸進(jìn)式發(fā)力。

測試姿勢：拇觸與食觸肌力(圖1 A與B)，先以拇指后以食指觸壓測力計(jì)，其余四指呈屈曲狀；握力測試(圖1 D)，被試者調(diào)整舒適握距，前臂保持中立位，腕關(guān)節(jié)背屈0-30°、尺偏0-15°，拇指與其余四指呈抓握狀，用力擠握測力計(jì)；推拉肌力測試時(圖1 E與F)，前臂與手處于水平位置，拇指與其余四指呈抓握狀，上肢多關(guān)節(jié)聯(lián)動肌群分別完成向前的推力、向后的拉力。不同操作平面與操作高度的肌力參數(shù)，操作平面分為水平面與垂直面；操作高度以站姿下肘高為基準(zhǔn)值(1.0)，肘關(guān)節(jié)屈曲約90°；向上為增，肘角減少；向下為減，肘角增大，以此類推(圖1 C)。

圖1 手部肌力參數(shù)采集示意圖

2.2.2 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

應(yīng)用SPSS 23.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用單樣本K-S檢驗(yàn)對數(shù)據(jù)的正態(tài)分布情況進(jìn)行檢驗(yàn)，連續(xù)型變量用平均值(標(biāo)準(zhǔn)差)表示。應(yīng)用單因素方差分析對受試者不同年齡分級和不同BMI分級的差異進(jìn)行比較，應(yīng)用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)對同一年齡分級和同一BMI分級男女的性別差異進(jìn)行比較。不同操作平面和高度的肌力參數(shù)差異，運(yùn)用多因素方差分析進(jìn)行比較，數(shù)據(jù)按性別分組后，考查操作平面和操作高度對肌力參數(shù)的影響，多重比較采用LSD與Duncan法，顯著水平定位P<0.05。

3 結(jié)果

3.1 日本被試者手部肌力參數(shù)的增齡性變化

由表1和圖2可知，男女拇觸、食觸、推力、拉力與握力整體呈先升高后降低趨勢，均在30-39分級最高。男女推力與拉力在70-79分級稍有升高，但與前一分級相比無顯著性差異。各分級相比較，除拇觸、食觸與握力18-29分級外，其他同年齡分級均值，男性均高于女性。男女除拇觸與食觸30-39分級和50-59分級，推力與拉力18-29分級，握力18-29分級和30-39分級外，同年齡分級間均具有顯著性差異(P<0.05)。

表1 日本被試者手部肌力參數(shù)的增齡性變化

注：#P<0.05；##P<0.01不同年齡分級間比較；*P<0.05；**，P<0.01，同年齡分級男女間比較。

3.2 日本被試者手部肌力參數(shù)隨BMI變化

由表2和圖2可知，男性拇觸、食觸、推力、拉力與握力整體呈持續(xù)升高趨勢，女性推力與拉力呈持續(xù)升高趨勢，女性拇觸與食觸呈先升高后降低趨勢，女性握力呈先下降后升高趨勢。其中，女性拇觸與食觸在27-28分級最高，女性握力在<19分級最高。女性拇觸與食觸在>28分級稍有下降，但與前一分級相比無顯著性差異。女性握力<19分級數(shù)值異常，故不用作規(guī)律描述。因此男女拇觸、食觸、推力、拉力與握力符合隨BMI升高而升高的趨勢。各分級相比較，除食觸與握力<19分級外，其他同BMI分級均值，男性均高于女性。男女除拇觸<19分級和27-28分級，食觸<19分級、19-20分級和27-28分級，推力<19分級、25-26分級、27-28分級和>28分級、拉力<19分級、27-28分級和>28分級外，同BMI分級間均具有顯著性差異(P<0.05)。

圖2 日本被試者手部肌力參數(shù)隨年齡與BMI變化

注：#P<0.05；##P<0.01不同BMI分級間比較；*P<0.05；**P<0.01，同BMI分級男女間比較。

3.3 日本被試者不同操作條件下的手部肌力參數(shù)差異比較

被試者不同操作條件下拇觸、食觸、推力、拉力、握力等肌力參數(shù)的測量結(jié)果見表3，操作高度與平面對5個肌力參數(shù)的影響效應(yīng)見表4。由此可知，操作平面對男女拇觸、食觸、握力有顯著影響(P<0.01)，操作高度對男性拇觸、拉力、握力有顯著影響(P<0.05)，對女性5個參數(shù)均無顯著影響(P>0.05)。

表3 日本被試者不同操作條件下的手部肌力參數(shù)測量結(jié)果

續(xù)表3

性別操作平面操作高度拇觸M(N)Mean(SD)N食觸M(N)Mean(SD)N推力M(N)Mean(SD)N拉力M(N)Mean(SD)N握力M(N)Mean(SD)N女水平面0.8 46.0(23.7)12834.4(21.7)13062.5(26.2)14377.5(32.9)142124.3(51.4)1370.9 43.9(24.7)12831.5(15.7)12862.3(27.1)14375.5(33.2)143126.6(53.9)1371.0 39.5(17.9)12632.7(18.0)12761.4(26.9)14173.1(31.1)142128.0(56.7)1371.1 39.8(22.3)12829.8(12.5)12560.4(26.2)14271.1(30.6)141132.5(57.6)1381.2 37.8(17.3)12730.8(13.3)12757.6(27.9)14270.3(30.1)141129.9(56.2)135垂直面0.8 33.2(16.1)12627.8(15.3)12959.3(27.9)14277.3(30.4)143116.6(53.5)1350.9 35.0(16.8)12428.6(15.9)12661.6(30.0)14375.7(32.4)142115.4(55.2)1381.0 38.3(19.6)12927.3(12.6)12658.5(28.1)14375.3(31.6)143118.6(50.4)1371.1 37.1(22.2)13028.6(14.6)12759.1(28.8)14272.5(29.8)143120.6(48.1)1361.2 35.6(19.7)12529.7(17.1)12958.4(28.0)14371.6(30.6)143120.4(48.4)137

表4 日本被試者不同操作條件下的手部肌力參數(shù)方差分析表

注：*P<0.05；**，P<0.01。

3.3.1 操作平面的影響效應(yīng)

男女拇觸、食觸、握力在水平面上的肌力均值大于垂直面，方差分析表明操作平面對男女拇觸、食觸、握力有顯著影響(P<0.01)，LSD檢驗(yàn)表明男女拇觸、食觸、握力在不同操作平面上有顯著性差異(P<0.01)。當(dāng)操作平面由水平面變?yōu)榇怪泵鏁r，男性拇觸降低了14.2%，由51.2 kg降至43.9 kg；食觸降低了12.9%，由38.7 kg降至33.7 kg；握力降低了4.7%，由169.9 kg降至162.0 kg。女性拇觸降低了13.4%，由41.4 kg降至35.9 kg；食觸降低了10.8%,由31.9kg降至28.4 kg；握力降低了7.7%，由128.3 kg降至118.3 kg。

女性推力在水平面上的肌力均值大于垂直面，男性推力、拉力和女性拉力在水平面上的肌力均值小于垂直面，但方差分析表明操作平面對男女推力和拉力均無顯著影響(P>0.05)，詳見表4、表5。

3.3.2 操作高度的影響效應(yīng)

男性拇觸、推力、拉力隨操作高度的升高整體呈持續(xù)下降趨勢，食觸呈先下降后上升趨勢，握力呈持續(xù)上升趨勢。其中，男性食觸在1.2倍肘高時最大。方差分析表明，操作高度對男性拇觸、拉力、握力有顯著影響(P<0.05)。LSD檢驗(yàn)表明，與0.8倍肘高相比，1.1倍肘高男性拉力和握力具有顯著性差異(P<0.05)；1.2倍肘高男性拇觸、推力、拉力、握力具有顯著性差異(P<0.05)，見表4、5。

女性拇觸和拉力隨操作高度的升高整體呈持續(xù)下降趨勢，食觸呈先下降后上升趨勢，推力和握力呈先升高后下降的趨勢。其中，女性食觸在0.8倍肘高時最大，女性推力在0.9倍肘高時最大，女性握力在1.1倍肘高時最大。方差分析表明，操作高度對女性5個參數(shù)均無顯著影響(P>0.05)。LSD檢驗(yàn)表明，與0.8倍肘高相比，1.1倍和1.2倍肘高女性拉力具有顯著性差異(P<0.01)，見表4、表5。

表5 日本被試者不同操作條件下的手部肌力參數(shù)分類匯總表

注：1與2,3,4,5比較，*P<0.05，**，P<0.01。

4 討論

4.1 日本被試者手部力量的增齡性變化規(guī)律

人體肌力隨年齡增長的發(fā)生發(fā)展進(jìn)程包括了快速增長期、緩慢增長期、穩(wěn)定期與減退期。本研究也表明，男女手部肌力隨年齡增長均呈現(xiàn)先升高后下降趨勢，且多在30-39歲范圍內(nèi)達(dá)到峰值。拇觸、食觸和握力，在18-29歲年齡分級女性手部力量顯著大于男性，但因該分級樣本量較小，且以往研究表明女性的靜態(tài)肌力明顯<男性[3]，因此不具有普遍意義，其他肌力參數(shù)也均符合同年齡分級女性<男性。

人體肌力自然發(fā)展的年齡特征及肌肉生理生化的改變，可解釋力量的增齡性變化規(guī)律。由于肌纖維萎縮或流失，特別是Ⅱ型肌纖維數(shù)目的減少，會引起與年齡相關(guān)的骨骼肌質(zhì)量減少[4]，導(dǎo)致人體肌肉運(yùn)動單位減少，這是造成與增齡性肌肉力量和爆發(fā)力下降的直接原因[5]。 此外，肌力的大小還受遺傳、肌纖維類型、肌肉質(zhì)量、神經(jīng)肌肉調(diào)節(jié)能力等一系列生理與心理因素的影響，力量的自然發(fā)展是上述因素綜合作用結(jié)果的反映[6]。以往有關(guān)中國與歐美國家力量差異的研究表明，亞洲人與歐美人的骨骼肌增齡性變化存在著明顯的差異[7]。男性在35歲時，女性在40歲時，握力進(jìn)入下降期，且均在50歲以后進(jìn)入明顯下降期[8]。本研究中，日本被試者在30-39歲后肌力逐漸下降，在50-59以后隨年齡大幅度下降，與以往有關(guān)中國成年人靜態(tài)肌力增齡性變化規(guī)律的研究結(jié)果相似。

4.2 日本被試者手部力量隨BMI變化規(guī)律

通常情況下，體重可作為人體靜態(tài)肌力的一項(xiàng)預(yù)測指標(biāo)[9]。力量和人體肌肉質(zhì)量密切相關(guān)，體重大的人其肌肉含量高的可能性大[10]。有研究表明，生物電阻抗法測得的骨骼肌指數(shù)在評價29-69歲普通人群肌肉力量的情況有較高的相關(guān)性，能對不同年齡段人群的肌肉力量情況進(jìn)行很好地評價。研究證實(shí)，男性BMI≥28.0 kg/m2時，女性BMI≥25.0 kg/m2時，由于肌肉相對發(fā)達(dá)而導(dǎo)致超重的可能性較小，而由于體內(nèi)脂肪含量增多而導(dǎo)致BMI高的可能性更大[11]。這也可以解釋女性拇觸和食觸在BMI≥28.0 kg/m2分級出現(xiàn)下降的原因。本研究中，男性手部5個肌力參數(shù)整體隨BMI的升高而增大。女性推力和拉力隨BMI的升高而增大，拇觸和食觸在BMI≥28.0 kg/m2分級出現(xiàn)一定程度的下降，但與前一分級相比也無顯著性差異。女性在<19分級所測得的握力值遠(yuǎn)大于其它年齡分級，并不符合生理規(guī)律，故本文不考慮該年齡分級的握力值。從19-20分級起，握力隨BMI的升高而增大。靜態(tài)肌力隨著BMI增高而增大的規(guī)律，與以往中國成年人BMI指數(shù)與力量關(guān)系的研究結(jié)果相似[12]。整體來看，中日男女手部力量隨BMI的變化規(guī)律相一致。

4.3 操作條件對手部力量的影響效應(yīng)

目前，國際上對于靜態(tài)肌力測試的研究，主要集中在兩個方面：一方面是對靜態(tài)肌力測試的基礎(chǔ)性研究，一方面是對靜態(tài)肌力測試方法的改進(jìn)[13]。已有研究表明，坐姿下肘部屈曲90°與站姿下肘伸位，采集的握力值有顯著差異[14-15]，而國際上測量手部力量時多采用坐姿。坐姿下肘部屈曲不同角度時，所測得的靜態(tài)肌力可能存在差異。因此，日本在進(jìn)行受試者手部肌力參數(shù)采集時，在不同操作條件下進(jìn)行了多次測量，研究結(jié)果具有十分重要的參考價值。本研究發(fā)現(xiàn)，男女拇觸、食觸、握力水平面上的靜態(tài)肌力大于垂直面，且具有顯著性差異；而男女推力和拉力在不同平面上的測量結(jié)果無顯著差異。隨著操作高度的不斷升高，男女變化趨勢基本相同。男女拇觸和拉力在0.8倍肘高時最大，男女食觸分別在0.8和1.2倍肘高時最大，男女推力分別在0.8倍和0.9倍肘高時最大，男女握力分別在1.2和1.1倍肘高時最大。國內(nèi)測量握力時，一般采用《中國國民體質(zhì)測定標(biāo)準(zhǔn)手冊》推薦的站立位下伸肘姿勢下的測試標(biāo)準(zhǔn)[16]，而日本采用的是站立位屈肘姿勢下測量不同平面及不同高度的手部力量測量方法。美國手部療法協(xié)會(Ameriean Society of Hand Therapists， ASHT)推薦的坐姿測試標(biāo)準(zhǔn)[17]， 要求肘關(guān)節(jié)屈曲約90°，認(rèn)為此狀態(tài)下肘關(guān)節(jié)屈曲力量最大，對前臂和手部的固定效果最好，采集手部肌力最為準(zhǔn)確。由此可知，日本人不同操作條件下的肌力參數(shù)測量結(jié)果并不完全支持上述觀點(diǎn)。

5 結(jié)論

日本人手部靜態(tài)肌力隨年齡的增長呈先升后降趨勢，隨BMI的升高呈持續(xù)升高趨勢，不同測量條件下的肌力差異較明顯，可用于指導(dǎo)我國肌力參數(shù)測量規(guī)范的制定。