等速肌力测试与训练技术的研究进展*

黄志平 尹彦 刘敏 黄中校 杨小英 苏玉林

（1.广西体育科学研究所 南宁 530031；2.广西体育高等专科学校 南宁 530012 ）

等速肌力测试与训练技术的研究进展*

黄志平1尹彦1刘敏2黄中校1杨小英1苏玉林1

（1.广西体育科学研究所 南宁 530031；2.广西体育高等专科学校 南宁 530012 ）

等速肌力测试与训练技术是目前国际上最先进的用于肌肉功能评定和肌肉力量训练的实用技术，因此等速测试系统在运动训练、体育科研和康复医学领域中发挥着重要的作用。阐明等速技术的概念和特点，通过文献资料法总结分析国内外有关等速肌力测试与训练技术的应用和研究进展，为以后的研究提供理论依据。

等速技术；测试；训练

1967年，等速作为一种特殊运动方式的概念由美国学者Hislop和Perrine最先提出[1]，由此发展而来的等速肌力测试与训练技术（简称等速技术）逐渐形成。等速技术在肌力测试和训练上具有客观性、安全性和可重复性的特点，采用等速肌力测试可对运动员的肌肉功能进行定量测试，为运动员的运动能力和运动损伤后的功能情况提供客观的评价指标；等速肌力训练也被认为是对于增强运动员肌肉力量、提高运动成绩以及运动损伤后的肌肉功能康复的最佳方法。目前，等速技术已经广泛应用于运动训练、体育科研和康复医学领域，现将国内外有关等速技术的研究进展作一综述。

1 等速技术概述

1.1 等速运动的概念

等速运动（isokinetic movements）， 又称为可调节抗阻运动或恒定角速度运动，是指在关节运动过程中，运动速度一旦预先设定，无论受试者肌肉收缩产生多大的张力，肢体的运动始终在某一预定的速度（等速）下进行，肌肉张力大小的变化并不能使肢体产生加速或减速（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]。等速运动时，肌纤维长度缩短或被拉伸，引起明显的关节活动，是一种动力性收缩，类似于等张收缩；但等速运动中，等速仪器所提供的是一种顺应性阻力，阻力大小随肌肉收缩张力的大小而变化，又类似等长收缩。因此，等速肌肉收缩兼有等张收缩和等长收缩的某些特点，是一种特殊的肌肉收缩形式。

1.2 等速运动的工作原理

等速运动需借助特殊设备（等速仪器）完成。等速仪器借助变速电机或液压设备使关节运动时的角速度保持恒定。等速肌力测试时，在预先设定角速度后，肌肉收缩所产生的关节运动带动等速仪器上的动力臂绕其轴心转动，由于动力臂转动的角速度已被预先设定而不能加速，因此肌肉收缩产生的关节运动力矩与等速仪器产生的反向力矩保持平衡。

1.3 等速肌力测试与训练技术

运用等速运动的工作原理和等速仪器对肌肉进行测试和训练的技术称为等速肌力测试与训练技术。等速肌力测试，是在等速仪器上事先设定好运动速度，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，等速测试仪器在测试过程中测知受试者整个运动范围内任何一点上肌肉（肌群）的最大力矩输出[2]。测试中，等速测试仪器提供的阻力与肌肉收缩的实际力矩输出相顺应，这种顺应性阻力使整个关节活动中任何角度都能承受相应的最大阻力，产生最大张力和力矩输出。等速测试仪器自动将关节运动中瞬时的力矩变化情况记录下来，通过计算机处理，得到力矩曲线及多项反映肌肉功能的参数，作为评定肌肉运动功能的指标。

1.4 等速仪器的发展

等速技术的提高和进步需要等速仪器的不断发展和更新。1970年，美国Cybex公司运用等速运动的原理生产了世界第一台等动肌力测量仪器。20世纪 80年代我国开始引进等速测试系统。随着科技的进步，经过 40年的不断发展和更新，等速仪器的性能进一步提高，应用范围进一步扩大。目前，国际上常用的等速测试系统有 Cybex、Biodex、Kin-com和Lido Active等。新一代的等速仪器能够在测试后提供详细的各项肌肉功能参数以及清晰的力矩曲线，有利于对肌肉功能的评价；同时可以提供等速向心、等速离心、等长和等张等不同收缩方式的肌力训练，以及持续被动活动（CPM）的训练模式，使肌力训练模式多样化，提高了训练的水平和效率。

2 等速技术的特点

等速运动具有以下两个基本特点：（l）恒定速度，即根据需要预设运动速度；（2）可调节阻力，即运动过程中任何一点的肌肉活动均承受最大阻力。这两个基本特点保证了其精确肌力测试和最佳肌力训练两方面的作用[3]。

2.1 等速肌力测试与徒手肌力测试的比较

传统的徒手肌力测试多用 Lovett 6级肌力分级法[4]，这种方法简单方便，缺点是只能评定关节在某一角度时的肌力情况，并且对肌肉功能不能精确定量，无法克服测试者在检查中的主观性，敏感性不高，而等速测试可以全面评定肌肉在关节活动任意位置的肌力情况，并提多种评价指标，评定精确度高。有研究[5]发现，对一组肩关节伤病患者的肩内外旋肌力进行徒手肌力检查，然后再进行相应的等速肌力测试，发现徒手肌力检查是正常的患者，等速肌力测试则发现二侧肌力存在有13%到28%的差异。

2.2 等速肌力测试与等张收缩测试和等长收缩测试的比较

等张收缩测试是指测试中阻力恒定，肌肉收缩使肌纤维长度改变，产生明显的关节活动，当阻力大于整个运动中任何一点的肌张力时，运动即不能完成。等张收缩测试仅在运动范围的某一部分达到最大收缩，效率不佳，并且由于疼痛和疲劳等因素负荷只能按最低肌力输出而定，而且速度难以控制，导致结果难以重复，因此在肌力评定和训练上存在欠缺。

等长收缩测试是指测试中肢体固定于一定角度，肌肉收缩时肌纤维长度不变，但肌张力增加，此时并不产生关节活动，从而可以测得关节在某一特定角度下的肌肉收缩所产生的最大肌力。等长收缩测试无法反映整个关节运动中的肌力大小，而且利用其进行肌力训练时，无助于肌肉耐力的强化。

等速运动的显著优点是运动速度相对稳定，不会产生爆发式等加速运动现象，肌肉在运动全过程中的任何一点都能产生最大的力量[6]，并且能依据肌力强弱、肌肉长度、力臂长短、疼痛疲惫等状况，提供适合其肌肉本身的最大阻力，不会超过其负荷的极限，同时可提供多重速度的测试和训练，从而弥补了上述二种测试的不足，同时还可获得肌肉作功能力、爆发力及耐力等数据，以及清晰的力矩曲线，因此等速运动在肌力测试和训练上明显优于等张收缩和等长收缩[7]。

3 等速肌力测试技术的研究进展

3.1 等速肌力测试程序

3.1.1 测试前的准备

测试前应对仪器进行系统校准，提高其可靠性和稳定性。Farrell[8]等通过机械实验报道Kin-Com所测力矩值与实际力矩值之间约有3.2%的误差，而这些误差主要来源于仪器系统校准的误差。测试前应很好地指导受试者，使其了解等速测试的方法和要领，让受试者明白测试的目的和要求，以便获得精确的数据，提高测试的有效性。在测试前让受试者进行所测关节的准备活动和少量等速运动训练可能是有益的。除了使受试者提高中枢神经系统兴奋性，克服人体机能惰性和熟悉操作程序，避免不必要的损伤之外，测前准备活动还可能使所测结果更为稳定。Johnson[9]通过实验证实，进行3次最大强度和3次次最大强度的准备活动有利于测试工作的正确进行。

3.1.2 测试的次序

对健康者应先测优势侧肢体，对于患者先测健侧肢体，既可在健侧肢体获得基本参考数据，又可使受试者初步了解测试的步骤、方法等，减少测试中不应有的失误。

3.1.3 测试体位和关节运动轴心

等速肌力测试中，头的姿势、卧位方式、相邻关节的位置、同一关节不同运动功能角度和手的摆放等均会影响测试[10]。等速肌力测试时，仪器动力臂旋转轴心和关节运动轴心的对应程度可影响所测力矩值反映肌肉功能的准确性，应尽量使关节运动轴心与仪器动力臂旋转轴心相一致。

3.1.4 固定

测试时良好的固定将确保被测肌群充分独立开来，使来自协同肌的影响最小，同时也避免了替代运动。固定时，除了被测关节的近端需要较好固定外，腰部和胸部也需要固定。

3.1.5 肢体称重

测试在垂直面上运动的关节时，由于部分运动是在重力位或抗重力位上完成的，因此应考虑重力的影响。重力不仅在一定程度上影响所测力矩值及拮抗肌比值，还会影响交互收缩形式的选择[11]。因此，应在测试前进行肢体称重，在测试中给予相应的补偿或减去肢体下落的重量，以保证测试结果的可靠性。

3.1.6 测试速度的选择

等速肌力测试最主要的是设定测试中的运动速度（又称角速度），单位：度/秒(°/s)。慢速测试通常采用低于 60°/s的角速度，主要用于测试最大肌力，快速测试通常采用高于180°/s的角速度，主要用于测试肌肉功率及耐力。随着测试角速度的增大，向心收缩肌力明显降低，离心收缩肌力则增加，这主要与向心收缩和离心收缩机制不同有关[12]。

3.1.7 测试次数的选择

慢速测试的重复次数一般为4-6次，主要用于判断最大肌力和分析力矩曲线的形态，最高峰值力矩一般出现在前3次，想要得到稳定的等速肌力测试数据，重复4次是最低限度[13]。快速测试的重复次数一般为20-30次，可观察到肌肉疲劳程度和衰竭曲线。包含离心收缩的测试重复次数则不宜过多，否则可能导致延迟性肌肉疼痛和肌肉拉伤。

3.1.8 测试的交互形式

早期等速肌力测试大都采用原动肌和拮抗肌的交互形式，以使测试更接近功能活动。但是由于等速肌力测试的目的在于评定功能肌群活动中每一点最大肌力的创造能力，所以在一项测试中测定两组肌群是不合适的[3]。目前，多采用离心收缩—向心收缩的交互形式，以更好地反映伸展—缩短循环这一常见的收缩循环形式。

3.2 等速肌力测试常用指标

3.2.1 峰力矩（PT）

在整个关节活动中肌肉收缩产生的最大力矩输出，即力矩曲线上最高一点的力矩值。PT值与运动速度有关，随运动速度增加，PT值减小。PT值具有较高的准确性和可重复性，被视为等速肌力测试中黄金指标。

3.2.2 峰力矩体重比（PT/BW）

又称相对峰力矩，指单位体重的峰力矩值，反映了肌肉的相对肌力，可用于不同体重人群之间的肌力对比。

3.2.3 峰力矩对应角度（AOPT）

指力矩曲线中，峰力矩所对应的角度，是关节的最佳用力角度。

3.2.4 总功（TW）

指肌肉重复收缩中的最大一次作功量，即肌肉一次收缩所得力矩曲线下所有面积之和，反映肌肉功能。

3.2.5 平均功率（AP）

指单位时间内肌肉的作功量，反映了肌肉作功的效率。等速肌力测试中，AP值与运动速度有关，随运动速度增加，AP值增大。

3.2.6 力矩加速能（TAE）

指肌肉收缩时最初1/8秒的作功量，即前1/8秒力矩曲线下的面积。TAE反映了肌肉最初运动时运动单位的募集速率，代表了肌肉的爆发力。

3.2.7 屈伸肌峰力矩比值（F/E）

指二组肌群峰力矩的比值。反映关节活动中二组拮抗肌群之间的肌力平衡情况，对判断关节稳定性有一定意义。

3.2.8 耐力比（ER）

指肌肉重复收缩时耐受疲劳的能力。不同的测试仪器有不同的计算方法，一种计算方法是作一组重复运动后，后半组肌肉作功量与前半组肌肉作功量之比；另一种是作一组重复运动后，最后5次肌肉作功量与最初5次肌肉作功量之比。

3.3 等速肌力测试技术的应用

3.3.1 等速技术在运动员肌肉功能评价中的应用

在对运动员专项运动能力进行的评价中，肌肉功能（力量和耐力）的评价是最基本的。目前，等速技术在各专项运动员肌肉功能评价中的应用越来越受到重视，研究的内容更加周密、更加具体。

就某一关节、某一肌群，把不同项目运动员的肌力测试数据进行比较分析，就可以得到不同项目运动员同一肌群的不同工作特点，了解其肌肉发力及做功、能量代谢特征，这样就可为选拔运动员及使用辅助训练手段提供科学论证。Siqueira等[14]通过等速技术对跳高、跑步运动员以及非运动员的膝关节屈伸肌的功能参数进行了比较，结果发现跳高运动员各项参数最高，跑步运动员居中，非运动员最低。檀志宗等[15]对优秀女子手球、足球和自行车运动员膝关节屈伸肌群的肌力特征进行了比较，发现不同项群运动员膝关节屈伸肌群在运动中发挥的作用和力量成分的专一性明显不同。夏联富等[16]对22名排球运动员和28名跳高运动员的膝关节屈伸肌力特征进行了比较，发现跳高运动员股四头肌相对峰力矩和膝关节屈伸肌力矩比值（H/Q）都大于排球运动员。韦斌斌[17]通过对 28名排球运动员和46名足球运动员的膝关节肌力进行等速测试，发现排球运动员股四头肌相对峰力矩大于足球运动员。由此可见，不同运动项目对身体各部位肌肉力量及其特征要求不同，有些项目要求运动员有较好的最大力量，而有些项目要求有较好的快速力量或力量耐力。

对同一项目运动员，参与工作的肌群是相对固定的，通过对优秀运动员主要肌肉的等速测试，可以得到反映该项目运动员肌力的特征数据，以此作为参照值可对某一个运动员的肌力进行评价，同时也可为该项目力量训练提供针对性参考。屈建华[18]对 16名优秀水球运动员的膝关节肌群进行了等速向心收缩测试与分析，发现水球运动员膝关节慢速肌力与快速肌力呈非常显著相关。黄志刚等[19]对15名优秀散打运动员的膝、肘关节肌群进行了等速肌力测试，发现了膝、肘关节角度和运动角速度与站位攻防动作技术的关系。郭黎等[20]研究我国优秀击剑运动员下肢髋、膝、踝三关节肌群等速肌力表现时发现优秀男子击剑运动员下肢关节等速肌力双侧不对称，女运动员不对称表现不明显；击剑运动员下肢薄弱肌群为后腿髋关节伸肌群、股后肌群及踝关节背伸肌群。Girold等[21]还把等速技术应用于游泳专项训练评价中，通过等速技术对阻抗训练以及辅助训练后的肌肉力量评价，进而观察了阻抗训练以及辅助训练对100 m爬泳成绩的影响。

由此可见，通过等速肌力测试不仅可以在训练中帮助运动员发展局部肌肉力量和平衡拮抗肌群肌肉力量，确定运动员的最佳运动负荷和速度，评价运动员周期训练的效果，还可以为某一项目的选材提供参考，是目前较为理想的一种肌力评价手段。

3.3.2 等速技术在预防运动损伤中的应用

运动过程中常伴发运动损伤，通过应用等速技术对各种运动损伤的发生进行相关性研究，可探索一套预防运动损伤发生的基本方法。

两侧肌力的自身比较是临床上最常用的评价方法，这种方法建立在两侧肢体的肌肉功能基本对称的基础上。因为对同一机体而言，除了某些运动项目对单侧肢体的特殊要求应考虑优势侧的影响外（如网球、跨栏、投掷项目运动员等），两侧肌力的差异是较小的。一般认为左右同名肌群力矩缺失百分比＞10%易造成弱侧损伤。目前将两侧肌力差异分为三个等级，差异小于 10%为正常，10%到20%为可疑，大于20%可能不正常；运动损伤后，损伤肢肌力至少要达到健侧肢的 80%到 90%才适于重返运动场。Keen等[22]观察了肩袖撕裂重建术后两侧同名肩和肘关节肌群力量，指出虽然术后疼痛减轻、肩关节功能得以改善，但是术后两侧同名肩和肘关节肌群力量差距依旧明显，从而指出减少两侧同名肌群力量差距的康复目标。

膝关节主动肌/拮抗肌比率（H/Q）被用来评估膝关节损伤的相对危险性。Magalhaes等[23]研究表明 H/Q比值在不同测试速度下其变化范围为50%~70%，在60°/s测试时H/Q比值在60%左右被认为是正常的，由于个体差异以及运动项目特点会造成比值的变化，比如在对抗性运动项目橄榄球运动中，要求运动员蹬地时有较强的爆发力，这时就需要腘绳肌群强有力，腘绳肌与股四头肌比率接近1。对膝关节前交叉韧带损伤的运动员，如 H/Q比值不平衡可能会导致膝关节动力学的改变，从而降低运动员的运动能力。

肩关节是一个复杂的三轴关节，测试时最好三个轴向的肌肉功能都进行测试，以了解整个肩关节功能情况。一般情况下，外旋肌的峰力矩值是内旋肌峰力矩值的 60%~80%，伸肌峰力矩值是屈肌峰力矩值的 75%~85%，运动训练可能影响肩关节肌力的比率。肩关节外旋和内旋时主动肌与拮抗肌峰力矩比及向心收缩/离心收缩力矩比可以反映关节稳定性及肌肉运动功能，有疼痛性关节疾病时该值可增大，对判断关节稳定性和肩部损伤有重要意义。Yildiz等[24]研究发现，经常做过顶动作的运动员优势肩与非优势肩的主动肌与拮抗肌峰力矩比及向心收缩/离心收缩力矩比确实存在显著差异，这对于肩部损伤预防和评估提供了有力证据。

3.3.3 等速技术在运动系统伤病肌肉功能评价中的应用

等速技术能提供多种量化指标供比较，具有准确度好、可重复性高的优点，是评定多种运动系统伤病中肌肉功能的有效手段，通过等速肌力测试可获得较为准确的肌肉功能评价的定量指标，同时通过力矩曲线的分析，有助于判断关节肌肉病变的可能部位，对设计合理的、有针对性的康复训练方案有指导意义；同时还是判断治疗是否有效、治疗措施是否需要修改的重要手段。Bayramoglu等[25]利用等速测试和屈曲60°等长测试对下腰痛患者进行测试，发现肌力的大小同慢性腰痛有直接关系，通过标准躯干锻炼程序锻炼躯干肌，提高肌力，有利于减轻腰痛。刘晓鹏等[26]对67例膝关节前交叉韧带断裂及韧带重建术后6和12个月患者的股四头肌和腘绳肌肌力进行等速肌力测试，结果提示康复训练对ALC重建术后股四头肌和腘绳肌的肌力恢复有明显的作用。薛刚等[27]对24例单侧膝关节骨性关节炎膝关节镜手术后患者进行等速肌力测试，发现术后1年患膝股四头肌 PTA、TW和爆发力有明显提高，而腘绳肌与股四头肌PTA的比值较术前有所降低，提示术后应加强屈膝肌力的训练以改善膝关节的稳定性。

4 等速肌力训练技术的研究进展

4.1 等速肌力训练技术的优点

4.1.1 有效性：等速训练中允许肌肉在整个活动范围内每一点都能承受最大阻力，产生最大力矩输出，从而提高训练的有效性。此外等速训练时可同时训练主动肌和拮抗肌，提高训练效率。

4.1.2 安全性：等速训练中当患者由于病变或疼痛肌力较弱时，等速仪器提供的阻力相应较小，可以避免加重关节病变，因此具有较好的安全性。

4.1.3 训练方式的多样性：等速仪器可提供多种训练方式，如等速向心、等速离心、多角度等长训练、CPM等；同时可提供不同运动速度的训练，以适应肢体功能的需要。

4.1.4 屏幕显示：等速训练中还能提供屏幕反馈信息，可进行最大肌力收缩或次大肌力收缩练习，同时可对患者起到鼓励作用。

4.2 等速肌力训练的类型

4.2.1 等速向心训练

等速向心训练是等速训练中最常用的训练方式，它是根据不同病程阶段，在等速仪器上选择一系列不同的运动速度，进行肌肉收缩使肌纤维逐渐缩短，肌肉的两端向中心靠近的一种训练方式。一般早期选用较快的运动速度（180°/s以上），因为运动速度越快，对关节表面产生的压力越小，不影响损伤部位的愈合；中期选用慢速（30°/s~60°/s）及中速（60°/s~180°/s）以增强肌张力、加速肌力恢复；而后期则进行高速、次大收缩及多次重复的功能适应性训练，运动速度接近日常活动及运动时的收缩速度（300°/s~500°/s），对恢复患者日常活动能力，重建正常肢体运动以及运动员重返赛场有重要作用。

4.2.2 等速离心训练

等速离心训练是指在等速训练中，等速仪器所施加的阻力大于肌肉收缩力，预先缩短的肌肉被动地延伸，肌肉两端远离中心，使肌肉产生较大张力的一种训练方式。肌肉的离心收缩能力在维持关节的稳定性及日常生活活动能力方面有重要意义，Gur等[28]研究表明：对膝关节骨性关节炎（OA）患者配合等速离心训练较单纯采用等速向心训练的康复效果更优，尤其是对膝关节 OA患者上下阶梯的能力有显著的改善。等速离心训练中，由于常使肌肉被动拉伸，会出现延迟性肌肉酸痛（DOMS），即在训练后2-3天出现训练肌肉的酸痛。通常这种肌肉酸痛不需处理，或训练后采用局部冰敷的方法，3~5天可自行缓解。因此，等速离心训练常需延长间歇时间，每周训练2次较为理想。

4.2.3 短弧等速训练

运动系统伤病后，疼痛弧内的运动可引起新的损伤，对康复不利。选用短弧等速训练的方法限定关节活动范围，在“疼痛弧”的两侧进行等速肌肉训练，避开疼痛部位，有助于疼痛部位症状的减轻。

4.2.4 持续被动活动训练（CPM）

对一些关节活动度过小、肌肉肿胀疼痛明显、肌力较弱、无法对抗阻力者可先在CPM状态下进行功能训练，再逐渐过渡到抗阻训练，这对患者的早期康复，尤其是术后的功能训练更有意义。在临床中为了减少DOMS的发生，可在CPM程序下进行等速离心训练，通过屏幕反馈控制用力程度，逐渐增加用力程度。

4.3 等速肌力训练技术的应用

大量研究表明，在运动损伤康复中等速训练要比其它的康复训练方式更为有效。Yanagawa等[29]研究发现，腘绳肌等速向心收缩训练对增强前交叉韧带损伤的膝关节的稳定性的效果要好于传统的低阻抗力量训练。Eyigor等[30]研究发现等速肌力训练能够增强膝OA患者的肌力以及改善膝 OA患者的疼痛和功能障碍。李兴海等[31]对22例单侧膝关节半月板急性损伤患者在关节镜手术后进行了常规康复理疗和常规协同等速肌力训练的对比研究，发现等速训练可加速术后康复过程，对增加膝关节周围肌肉力量、保持膝关节的稳定性和运动能力均具有重要的意义。

5 小结

等速技术作为一项新的技术，经过四十多年的应用和研究，已证实它在肌肉功能测试和肌肉力量训练方面具有较多优点，在运动训练、体育科研和康复医学领域发挥着重要的作用。但是等速技术还存在一些不足之处，比如现有的等速仪器仅能测试3级以上的肌力；等速测试仪器价格较昂贵，测试操作较复杂，且需配备较高素质的专业人员；又如对运动系统伤病的不同阶段，如何利用等速仪器选择合理的训练方案，目前尚无统一的标准。因此，对于等速技术还需要进一步地研究、开发和应用，让广大教练员、科研人员和运动医学工作者可以正确地将等速技术应用于指导运动训练和运动损伤的防冶、康复上，从而科学地促进运动员身体素质的全面发展和运动损伤的康复。

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The Research Evolution of the Isokinetic Technology in Testing and Training

HUANG Zhiping，et al.
（Guangxi Sport Science Research Institute，Nanning, Guangxi, 530031）

Isokinetic muscle testing and training is the most advanced and practical technique in the evaluation of muscle function and training muscle strength in the world. It is playing an important role in training, sport science research and rehabilitation. This paper gave a summary of definition and characters of isokinetic techniques,analyzed the application and development of isokinetic in home and abroad, as well as provide the theoretical support for the post-research..

isokinetic technology; testing; training

*广西科学研究与技术开发计划项目课题，编号：桂科攻10124001B-21。

黄志平(1966- )，男，广西恭城人，副教授，主要研究方向：运动训练与体质监测。