史冀鵬

（東北師范大學(xué)體育學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130024）

運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)

人體肌肉力量測(cè)量原理與方法綜述

史冀鵬

（東北師范大學(xué)體育學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130024）

肌肉力量是人類生存與發(fā)展的前提條件，肌肉力量參數(shù)是力量訓(xùn)練、康復(fù)醫(yī)學(xué)評(píng)定、工效學(xué)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過(guò)文獻(xiàn)資料法梳理了近年來(lái)有關(guān)人體肌肉力量測(cè)量原理與方法的中外文獻(xiàn)，包括66篇中文與38篇英文文獻(xiàn)，綜述了肌肉力量的表現(xiàn)層次、分類方法與特點(diǎn)及人體各部位肌群肌肉力量的測(cè)量方法。結(jié)果表明：據(jù)肌肉收縮的外部表現(xiàn)形式，肌肉力量可分為靜力性力量與動(dòng)力性力量2類；由于力與速度的不斷變化，動(dòng)力性力量更難于定量測(cè)量；肌肉力量測(cè)量常涉及人體單關(guān)節(jié)肌群力與力矩的測(cè)量，以及上下肢三關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)時(shí)力與力矩轉(zhuǎn)換成手或足部末端效應(yīng)器力與力矩的測(cè)量；肌肉力量測(cè)評(píng)手段已由簡(jiǎn)單的靜力性單關(guān)節(jié)肌群力與力矩的測(cè)量，發(fā)展到輸出功率與總功變化的動(dòng)態(tài)多關(guān)節(jié)肌肉力量的測(cè)量。

肌肉力量；測(cè)量原理；測(cè)量方法；末端效應(yīng)器

人體在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的支配下，肌肉收縮產(chǎn)生動(dòng)力，牽拉骨杠桿，以關(guān)節(jié)為樞紐進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)勞動(dòng)、日常生活活動(dòng)與各種體育運(yùn)動(dòng)，肌肉力量是人類生存和發(fā)展的前提條件[1]。人體肌肉力量的測(cè)量原理與方法在體育科學(xué)研究與指導(dǎo)訓(xùn)練、工效學(xué)培訓(xùn)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、康復(fù)醫(yī)學(xué)評(píng)定與人工假肢研制等領(lǐng)域均具有重要的現(xiàn)實(shí)意義與應(yīng)用價(jià)值。由于人體肌肉骨骼系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的能量供應(yīng)，人體與外界環(huán)境之間相互作用等的復(fù)雜性，肌肉力量測(cè)量也是一件復(fù)雜的事情[2]。本文共查閱相關(guān)中外文文獻(xiàn)104篇（包括66篇中文文獻(xiàn)與38篇英文文獻(xiàn)），在文獻(xiàn)資料研究的基礎(chǔ)上，從人體肌肉力量的測(cè)量實(shí)踐出發(fā)，就人體肌肉力量的測(cè)量原理與方法進(jìn)行了探討，擬為人體肌肉力量參數(shù)的采集提供理論依據(jù)。

1 肌肉力量測(cè)量的基本理論

1.1 肌肉力量的分類方法與肌肉力量測(cè)量技術(shù)和方法相適應(yīng)，按照人體肌肉收縮的外部表現(xiàn)形式，人體肌肉力量可分為靜力性力量與動(dòng)力性力量2類。靜力性力量是當(dāng)肌肉等長(zhǎng)收縮時(shí)產(chǎn)生了一個(gè)靜態(tài)條件，在此過(guò)程中肌肉的長(zhǎng)度和身體環(huán)節(jié)位置沒(méi)有變化。目前，關(guān)于人體肌肉力量可用的絕大部分信息是關(guān)于靜力性肌肉力量的測(cè)量結(jié)果[3]。肌肉靜力性收縮形式下，肢體環(huán)節(jié)維持在穩(wěn)定狀態(tài)，可避免關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，故易于標(biāo)準(zhǔn)化、可重復(fù)性高、操作簡(jiǎn)易、安全性高[4]。靜力性力量測(cè)試除了方便以外，還顯示出對(duì)肌肉最大可能的用力產(chǎn)生一種合理的評(píng)估。肌肉的力量—速度曲線也表明最大張力或力量確實(shí)是在肌肉縮短或拉長(zhǎng)的“零速度”時(shí)發(fā)展出來(lái)的[5]。

無(wú)論肌肉是向心收縮、離心收縮、等速收縮，還是拉長(zhǎng)—縮短周期收縮，在發(fā)力過(guò)程中肌肉的長(zhǎng)度和身體環(huán)節(jié)位置均會(huì)發(fā)生改變。這種情況下測(cè)得的肌肉力量皆為動(dòng)力性力量，如等慣性力量(Isoinertial Strength)、等速力量(Isokinetic Strength)與等張力量(Isotonic Strength)[1-2]。等慣性力量是指在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中要克服的慣性保持不變所需要的力量能力，等速力量是把關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)角速度設(shè)定為一個(gè)常數(shù)來(lái)測(cè)量的肌肉力量，等張力量則要求在動(dòng)作中肌張力保持不變，但此種情況只能在離體肌肉試驗(yàn)時(shí)才能做到，所以歐洲科學(xué)家喜歡用術(shù)語(yǔ)“增加張力（auxotonic）”表示，它包含了張力和長(zhǎng)度變化的肌肉收縮，其他作者也有用術(shù)語(yǔ)“異動(dòng)力學(xué)（allodynamic）”表示，詞頭“allo”意思是“其他的”、“不是同樣的”[6]。

1.2 靜力性與動(dòng)力性肌肉力量的特點(diǎn)靜力性肌肉力量是受試者用意志所能發(fā)揮的力量值，由人體絕對(duì)力量和用意志調(diào)節(jié)肌肉活動(dòng)的能力決定。多數(shù)等長(zhǎng)肌肉力量測(cè)試研究表明，大致有3類因素會(huì)影響力量測(cè)試的結(jié)果[3-4,7-8]：第1類是肌肉的形態(tài)學(xué)因素，如肌肉橫斷面積的大小、肌纖維的走向、以何種類型的肌纖維為主、疲勞物質(zhì)的堆積程度、能源物質(zhì)的排空程度，以及測(cè)試時(shí)肌肉組織的溫度等；第2類是神經(jīng)的調(diào)控能力，如個(gè)體激活運(yùn)動(dòng)單位的能力與運(yùn)動(dòng)單位激活程度高低的能力、動(dòng)用快慢肌纖維比例高低的能力、此比例在不同人之間以及不同肌群之間均存在著差異；第3類是測(cè)試環(huán)境的影響因素，如測(cè)試口令發(fā)出時(shí)音量的提升、不尋常的感官刺激、較高的喧鬧聲或擊掌聲均能影響受試者力量的輸出過(guò)程，溫度的影響和視覺(jué)刺激同樣重要。因此，制訂統(tǒng)一的靜力性力量測(cè)試規(guī)范具有重要的意義。

動(dòng)力性力量測(cè)試中受試者可以爆發(fā)用力的形式對(duì)抗身體、肢體或是外加質(zhì)量慣性，測(cè)試中阻力或阻抗質(zhì)量保持不變，對(duì)測(cè)試速度與加速度沒(méi)有限制，所以可以較為準(zhǔn)確地反映人體負(fù)重時(shí)肌肉的收縮與放松過(guò)程[6,9]。但是，動(dòng)力性肌肉力量要比靜力性力量更加難以描述和控制。1）動(dòng)力性力量在整個(gè)時(shí)間內(nèi)有顯著變化，人體的任何一次動(dòng)作均要求肌肉發(fā)力克服肢體環(huán)節(jié)或外在負(fù)荷的慣性，從靜止進(jìn)入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，緊接著進(jìn)入減速階段又回到靜止?fàn)顟B(tài)。此過(guò)程中速度的改變會(huì)產(chǎn)生加速度，因此肌肉力量在整個(gè)過(guò)程中均要發(fā)生變化[2]；2）肌肉的力量—速度曲線表明，肌肉向心收縮中力量與速度成反比關(guān)系，收縮速度的增加會(huì)伴隨著肌肉力量的降低，因此動(dòng)力性力量是難以測(cè)量和預(yù)測(cè)的[5,10]；3）動(dòng)力性力量測(cè)試由于儀器設(shè)備龐大、測(cè)試方法復(fù)雜、測(cè)試費(fèi)用昂貴，較難適用于大樣本人群肌肉力量狀況的調(diào)查。

1.3 肌肉力量的表現(xiàn)層次人體肌肉的配布規(guī)律有適應(yīng)直立行走和勞動(dòng)的特點(diǎn)，上肢屈肌發(fā)達(dá)而下肢伸肌發(fā)達(dá)，上肢關(guān)節(jié)靈活性要高于下肢，上肢以推、拉、抓、握動(dòng)作為主，而下肢各關(guān)節(jié)的屈伸運(yùn)動(dòng)幅度較大，以蹬伸動(dòng)作為主。人體的上肢（上臂、前臂、手）與下肢（大腿、小腿、足）和相應(yīng)的關(guān)節(jié)（肩、肘、腕；髖、膝、踝）又可以看作一個(gè)三環(huán)節(jié)的運(yùn)動(dòng)鏈，若肩關(guān)節(jié)或髖關(guān)節(jié)的軀體部分固定，手或足可以自由活動(dòng)，則此運(yùn)動(dòng)鏈?zhǔn)且粋€(gè)開(kāi)放式的三環(huán)節(jié)運(yùn)動(dòng)鏈，手或足是此運(yùn)動(dòng)鏈的末端效應(yīng)器[11-12]。

肌肉力量有3個(gè)表現(xiàn)層次：第1個(gè)層次是肌纖維或一塊肌肉發(fā)出的肌張力，科學(xué)文獻(xiàn)上多是從第1個(gè)層次來(lái)定義肌肉力量，以便于從基礎(chǔ)理論層面入手闡述肌肉力量產(chǎn)生的機(jī)制與原理，如肌肉三元素模型中收縮元的力學(xué)機(jī)制，肌張力與肌纖維長(zhǎng)度、收縮速度之間的關(guān)系等基礎(chǔ)性研究[2,13]。

第2個(gè)層次是肌張力轉(zhuǎn)換成關(guān)節(jié)力與力矩，在實(shí)踐中測(cè)量肌肉力量往往在第2個(gè)層次上，人體骨骼肌為單關(guān)節(jié)肌或多關(guān)節(jié)肌，肌肉的起止點(diǎn)至少要跨過(guò)一個(gè)關(guān)節(jié)，肌肉力量表現(xiàn)為骨骼肌收縮牽拉骨杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的力或力矩，如對(duì)人體髖、膝、踝、肩、肘、腕6大關(guān)節(jié)屈伸肌群靜力性或動(dòng)力性肌肉力量的測(cè)量[14]。第2個(gè)層次上的肌肉力量測(cè)量，只要統(tǒng)一測(cè)試姿勢(shì)，固定待測(cè)關(guān)節(jié)，避免其他肌群的代償作用，即可很好地評(píng)價(jià)單關(guān)節(jié)肌群的功能能力或是功能缺陷[15]。

第3個(gè)層次是多個(gè)關(guān)節(jié)的力與力矩轉(zhuǎn)換成末端效應(yīng)器——手或足部的力與力矩，人們?nèi)粘Ｋf(shuō)的力量大多是指第3個(gè)層次的表現(xiàn)，現(xiàn)實(shí)工作與生活中的人體行為動(dòng)作通常表現(xiàn)為多個(gè)肢體環(huán)節(jié)共同參與、多個(gè)相鄰關(guān)節(jié)聯(lián)合運(yùn)動(dòng)的形式，即多環(huán)節(jié)運(yùn)動(dòng)鏈上的各關(guān)節(jié)力與力矩轉(zhuǎn)換成末端效應(yīng)器的力與力矩，而手或足末端效應(yīng)器是動(dòng)作執(zhí)行效果的直接表現(xiàn)載體[12,16]。因此，第3個(gè)層次上的肌肉力量測(cè)量能很好地評(píng)價(jià)多個(gè)關(guān)節(jié)肌群聯(lián)合運(yùn)動(dòng)時(shí)的功能能力或是功能缺陷，但在肌肉力量測(cè)量時(shí)統(tǒng)一測(cè)試姿勢(shì)與避免無(wú)關(guān)肌群的代償作用時(shí)有一定的難度[2,13]。

綜上可知，人體肌肉力量參數(shù)采集常涉及髖、膝、踝、肩、肘、腕6大關(guān)節(jié)力和力矩的測(cè)量，以及上下肢三關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)時(shí)力與力矩轉(zhuǎn)換成手或足部末端效應(yīng)器力和力矩的測(cè)量。

2 肌肉力量測(cè)量的部位與方法

2.1 人體單關(guān)節(jié)肌群肌肉力量的測(cè)量方法在不考慮肌肉收縮速度的情況下，利用力量傳感器可獲取人體單關(guān)節(jié)肌群的靜力性肌肉力量，即等長(zhǎng)收縮的力量。力量傳感器主要由2個(gè)部分組成，首先是在力或力矩作用下能產(chǎn)生應(yīng)變的元件，其次是能把這種應(yīng)變轉(zhuǎn)換成可測(cè)量輸出（如電壓、電流等）的元件，按材料類型可分為壓電晶體或壓容體傳感器。在靜力性力量測(cè)試中，需要各種不同的傳感器來(lái)適應(yīng)身體各部位肌肉力量的測(cè)量要求[2,13]。當(dāng)然，大型旋轉(zhuǎn)式測(cè)力系統(tǒng)，如Biodex、Cybex、Contex等速肌肉力量測(cè)試系統(tǒng)與BTE PrimusRS模擬仿真測(cè)試評(píng)價(jià)訓(xùn)練系統(tǒng)均可實(shí)現(xiàn)人體單關(guān)節(jié)肌群靜力性肌肉力量參數(shù)的采集[9-10]。測(cè)定時(shí)要求受試者的關(guān)節(jié)角度固定，否則力臂、肌肉初長(zhǎng)度的改變均會(huì)影響到肌肉力量的測(cè)試結(jié)果。

多數(shù)情況下，人體是在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的支配下，肌肉收縮產(chǎn)生動(dòng)力牽拉，骨杠桿以關(guān)節(jié)為樞紐進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)勞動(dòng)、日常生活活動(dòng)與各種體育運(yùn)動(dòng)，是一種動(dòng)態(tài)的做功過(guò)程。在人體轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)中，運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)角速度與扭矩的乘積為肌肉的輸出功率[10,17]。因此，無(wú)論速度的快慢，均會(huì)有功率的輸出且可被測(cè)量。在旋轉(zhuǎn)式測(cè)力系統(tǒng)中，如測(cè)試角速度在500°/s以內(nèi)的Biodex、Cybex、Contex等速肌肉力量測(cè)試系統(tǒng)，以及測(cè)試角速度高達(dá)4500°/s的BTE PrimusRS模擬仿真測(cè)試評(píng)價(jià)訓(xùn)練系統(tǒng)上，可同步記錄運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)的力臂、力、扭矩（力矩）、角速度等參數(shù)隨時(shí)間的變化量，以推算被測(cè)肌群的輸出功率、總功變化量等一些可量化肌肉動(dòng)態(tài)工作能力的參數(shù)[6,9]。然而，這種大型的旋轉(zhuǎn)式測(cè)力系統(tǒng)，造價(jià)普遍較高，測(cè)試費(fèi)用昂貴，且不便于運(yùn)輸與攜帶。

2.1.1 人體單關(guān)節(jié)肌群靜力性肌肉力量的測(cè)量方法 肌肉靜力性收縮形式下肢體環(huán)節(jié)維持在穩(wěn)定狀態(tài)，可避免關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，故易于標(biāo)準(zhǔn)化、可重復(fù)性高、操作簡(jiǎn)易、安全性高。因此，靜力性力量的測(cè)試更為常見(jiàn)。但是，用一個(gè)孤立點(diǎn)的肌肉力量值來(lái)評(píng)估肌肉的功能情況存在著明顯的缺陷。因此，通過(guò)測(cè)量一連串關(guān)節(jié)角度的靜力性肌肉力量值來(lái)繪制肌肉力量與關(guān)節(jié)角度的關(guān)系曲線，在實(shí)踐中應(yīng)用時(shí)較為全面（圖1）[2,14]。

圖1 大學(xué)生肘與膝關(guān)節(jié)靜力性肌肉力量—關(guān)節(jié)角度關(guān)系圖[14]

單關(guān)節(jié)中肌肉力量（表現(xiàn)為相對(duì)于某一關(guān)節(jié)軸的力矩，或平衡一個(gè)作用于環(huán)節(jié)末端的外力）與關(guān)節(jié)角度的關(guān)系曲線為肌肉力量曲線。但是要注意有2種關(guān)節(jié)角度的定義：1）關(guān)節(jié)夾角，即選擇組成該關(guān)節(jié)的2個(gè)環(huán)節(jié)之間小于180度的夾角作為關(guān)節(jié)角度；2）關(guān)節(jié)解剖學(xué)角度，即關(guān)節(jié)與解剖學(xué)位置間的夾角。關(guān)節(jié)角度定義不同會(huì)影響到肌肉力量曲線的表現(xiàn)形式。測(cè)量人體肌肉力量曲線時(shí)每次只能改變一個(gè)關(guān)節(jié)角度，被測(cè)肌肉或肌群應(yīng)是引起這個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的主要原動(dòng)肌，在測(cè)量的肌肉力量曲線方向上，關(guān)節(jié)應(yīng)該只保持一個(gè)自由度，相鄰環(huán)節(jié)要固定好。如圖1所示，靜力性肌肉力量?jī)H反映關(guān)節(jié)處于某一個(gè)選定角度時(shí)的肌肉力量情況，進(jìn)行多個(gè)關(guān)節(jié)角度靜力性肌肉力量的測(cè)量，并繪制靜力性肌肉力量與關(guān)節(jié)角度的關(guān)系曲線圖，可掌握肌肉力量隨關(guān)節(jié)角度的變化規(guī)律[14,18-19]。

2.1.2 人體單關(guān)節(jié)肌群動(dòng)力性肌肉力量的測(cè)量方法

動(dòng)態(tài)功率的變化可量化特定肌群短時(shí)間內(nèi)的快速做功能力，以及肌肉長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作時(shí)的耐久力。肌肉輸出功率為扭矩與角速度的乘積，因此力量—速度關(guān)系曲線能反映出肌肉功率輸出能力的機(jī)能特征[10,20]。在一系列預(yù)負(fù)荷阻力設(shè)置的測(cè)試中，預(yù)負(fù)荷（阻力矩值）與測(cè)試系統(tǒng)的角速度成線性關(guān)系，且肌肉向心收縮過(guò)程中力量與角速度成反比關(guān)系，收縮速度的增加會(huì)伴隨著肌肉力量的降低[9-10]。如圖2所示，以人體膝關(guān)節(jié)伸展肌群的動(dòng)力性肌肉力量測(cè)量為例，Stauber等人曾以一位受試者的20種不同負(fù)荷與幾位受試者的12種負(fù)荷(代表20%～80%靜態(tài)最大力矩值) 的阻力矩值驗(yàn)證了此線性關(guān)系[20]。

圖2 扭矩—速度關(guān)系圖[20]

圖3 扭矩—速度與扭矩—功率關(guān)系圖[20]

圖4 靜力最大肌力—關(guān)節(jié)角度關(guān)系圖[14]

圖5 伸膝肌群重復(fù)性伸膝次數(shù)與功率損失率的變化圖[21]

另外，以肌肉力量為動(dòng)力、骨為杠桿、關(guān)節(jié)為樞紐的人體轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)中，同時(shí)考慮功率、扭矩、角速度三者之間的關(guān)系。如圖3所示，伸膝肌群的最大輸出功率出現(xiàn)在阻力矩值與角速度值均接近其最大值的50%時(shí)[20]。圖4為伸膝肌群靜力最大肌肉力量—關(guān)節(jié)角度關(guān)系圖，此圖表明伸膝肌群在膝關(guān)節(jié)屈曲110°附近時(shí)杠桿效率最高，此關(guān)節(jié)角度下的靜力性肌肉力量值即為靜態(tài)最大肌肉力量或力矩[14]。因此，取膝關(guān)節(jié)屈曲110°時(shí)測(cè)得的靜態(tài)最大肌肉力量或力矩值的一半作為阻力負(fù)荷設(shè)置，即可測(cè)得伸膝肌群的最大輸出功率值[6]。如圖5所示，以伸膝肌群靜態(tài)最大肌肉力量或力矩值的一半作為阻力負(fù)荷設(shè)置下，扭矩與角速度的最佳組合結(jié)果，每次伸膝動(dòng)作均會(huì)產(chǎn)生一次最大輸出功率，按照一定的頻率持續(xù)運(yùn)動(dòng)直至疲勞，即可在短時(shí)間內(nèi)量化伸膝肌群的耐久力[21]。然而，有關(guān)健康人單關(guān)節(jié)肌群最大功率輸出與功率保持能力的測(cè)評(píng)研究較為少見(jiàn)，國(guó)內(nèi)學(xué)者曾采用旋轉(zhuǎn)式測(cè)力系統(tǒng)向心/離心的等張測(cè)量模式對(duì)人體單關(guān)節(jié)肌群最大功率發(fā)展與保持能力進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，測(cè)量結(jié)果如圖6所示，測(cè)試結(jié)果包括功率(P)、總功(J)、距離(deg)、時(shí)間(s)等多個(gè)參數(shù)[6]。

圖6 青年人伸膝肌群功率快速輸出與保持能力[6]

2.2 人體多關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)肌群肌肉力量的測(cè)量方法實(shí)踐中人體的大部分運(yùn)動(dòng)目標(biāo)都是通過(guò)手或足的最終運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。末端環(huán)節(jié)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)主要有3個(gè)：準(zhǔn)確定位、獲得速度和力量。3個(gè)目標(biāo)中每一個(gè)目標(biāo)的達(dá)到都是運(yùn)動(dòng)鏈共同作用的效果[11-12,16]。因此，不僅要測(cè)量單個(gè)關(guān)節(jié)周?chē)∪毫α哭D(zhuǎn)換成關(guān)節(jié)力與力矩的問(wèn)題，還要測(cè)量多環(huán)節(jié)運(yùn)動(dòng)鏈中多個(gè)關(guān)節(jié)肌群的力與力矩轉(zhuǎn)換成末端效應(yīng)器（手或足部）力與力矩的問(wèn)題。旋轉(zhuǎn)式測(cè)力系統(tǒng)如Biodex、Cybex、Contex等速肌肉力量測(cè)試系統(tǒng)，BTE PrimusRS模擬仿真測(cè)試評(píng)價(jià)訓(xùn)練系統(tǒng)，AKM、BKM、WKM與T.K.K肌肉力量測(cè)量系統(tǒng)，以及三維測(cè)力平臺(tái)與分布式足底壓力測(cè)試系統(tǒng)，均可不同程度地實(shí)現(xiàn)人體末端效應(yīng)器力與力矩的測(cè)量。

2.2.1 末端效應(yīng)器靜力性肌肉力量的測(cè)量方法 人體多關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)肌群靜力性肌肉力量測(cè)量過(guò)程中，當(dāng)末端效應(yīng)器手或足部固定時(shí)，上肢或下肢三環(huán)節(jié)運(yùn)動(dòng)鏈由開(kāi)放鏈變?yōu)殚]合鏈，各個(gè)環(huán)節(jié)的自由度減少，肢體環(huán)節(jié)維持在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，可避免關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響[12]。因此，末端效應(yīng)器靜力性肌肉力量的測(cè)量結(jié)果更為常見(jiàn)。末端效應(yīng)器的靜力性肌肉力量與施力姿勢(shì)、方式和方向有著密切的關(guān)系[19]。因此，能影響上述因素的參數(shù)，在測(cè)試過(guò)程中均應(yīng)考慮到。

例如，足部不同關(guān)節(jié)角度蹬踏力的測(cè)量時(shí)，要同時(shí)考慮如下肢各環(huán)節(jié)的長(zhǎng)度、關(guān)節(jié)角度、座椅高度、踏板角度、座椅與踏板間距等相關(guān)參數(shù)[16]（圖7）。以往研究表明，足部最大蹬踏力一般在膝關(guān)節(jié)屈曲160°時(shí)產(chǎn)生，蹬踏力的大小還與下肢離開(kāi)人體中心對(duì)稱線向外偏轉(zhuǎn)的角度大小有關(guān)，下肢向外偏轉(zhuǎn)約10°時(shí)的蹬踏力最大[19]。人體上肢的靈活性要強(qiáng)于下肢（圖8），手部推拉力的測(cè)量結(jié)果表明，左手弱于右手，向上用力大于向下用力，向內(nèi)用力大于向外用力[3,19]。

圖7 青年人不同踏板角度與椅板間距下的足部靜態(tài)蹬踏力[16]

圖8 坐姿下手臂不同方向?qū)Σ煌嵌鹊耐评19]

2.2.2 末端效應(yīng)器動(dòng)力性肌肉力量的測(cè)量方法 末端效應(yīng)器動(dòng)力性肌肉力量的測(cè)量常見(jiàn)于足部，常見(jiàn)設(shè)備有足底壓力平板、壓力鞋墊、三維測(cè)力臺(tái)，它們是在換能器、傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的足底壓力測(cè)量系統(tǒng)，可以采集足底一維或三維受力與力矩隨時(shí)間的變化曲線。利用影像學(xué)分析系統(tǒng)或紅外運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)同步記錄人體下肢運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，可推算出各環(huán)節(jié)速度、加速度的變化，以求取下肢末端效應(yīng)器的輸出功率或總功變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)人體多關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)效果動(dòng)力性肌肉力量的測(cè)量[22,23,18,24]（圖9、圖10）。同理，采用力學(xué)傳感器記錄手部作用力隨時(shí)間的變化曲線，如Teksscan握壓力力量分布測(cè)量系統(tǒng)、美國(guó)Mark-10手指套壓力映射系統(tǒng)(GPMS)、手指套型高精度觸覺(jué)測(cè)量系統(tǒng) FingerTPS II等，并同步記錄人體上肢的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，也可完成手部動(dòng)力性肌肉力量的測(cè)量[25]。

圖9 青年人速度輪滑一個(gè)單步的足底壓力時(shí)間變化曲線[22]

圖10 青年人手工提舉重物時(shí)足部三維受力時(shí)間變化曲線[23]

3 結(jié) 語(yǔ)

與肌肉力量測(cè)量技術(shù)與方法相適應(yīng)，肌肉力量依據(jù)肌肉收縮的外部表現(xiàn)形式可分為靜力性與動(dòng)力性力量2類。由于力與速度的不斷變化，動(dòng)力性肌肉力量更難于定量測(cè)量。從人體肌肉的配布規(guī)律與肌肉力量的表現(xiàn)層次來(lái)看，肌肉力量參數(shù)采集常涉及人體6大關(guān)節(jié)周?chē)鷨侮P(guān)節(jié)肌群力和力矩的測(cè)量，以及上下肢三關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)時(shí)末端效應(yīng)器力和力矩的測(cè)量。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，肌肉力量測(cè)評(píng)手段已由簡(jiǎn)單的靜力性單關(guān)節(jié)肌群力與力矩的測(cè)量發(fā)展到輸出功率與總功變化的動(dòng)態(tài)多關(guān)節(jié)肌肉力量的測(cè)量，以求達(dá)到更準(zhǔn)確地反映運(yùn)動(dòng)中人體肌肉工作模式的真實(shí)情況。

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Review on Measuring Principle and Method of Human Muscle Strength

SHI Ji-peng
（School of Physical Education, Northeast Normal University, Changchun 130024, Jilin China）

Muscle strength is a prerequisite for human survival and development, and muscle strength parameters are the basic database of strength training, rehabilitation evaluation and ergonomic design. We analyzed the measuring principle and method of human muscle strength though literature review (66 Chinese and 38 English articles) in recent years, and summarized the muscle strength of performance level, classif i cation methods and respective characteristics, as well as the measuring method of muscle strength for various body segments. According to the external manifestation of muscle contraction, muscle strength can be divided into static strength and dynamic strength. Due to the constant change in force and speed, dynamic muscle strength is more diff i cult to quantitative measurement. The muscle strength involved the force and torque of muscle groups around the single joint, and the force and torque of end effectors such as hand and foot. The evaluation methods of muscle strength has been developed form the simple static force and torque of the single-joint muscle groups to the dynamic power output and total work of the multi-joint muscle groups.

muscle strength; measuring principle; measuring method; the end effector

G804

A

1004 - 7662(2017)02- 0082-06

2016-12-12

科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)（項(xiàng)目編號(hào)：2013FY110200）；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：14QNJJ032）。

史冀鵬，講師，博士，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向：運(yùn)動(dòng)生理學(xué)。