关节角度重置法、运动最小阈值测量法和力量重现法的相关性研究

李　林，纪仲秋，李艳霞，刘威彤



关节角度重置法、运动最小阈值测量法和力量重现法的相关性研究

李林1，纪仲秋1，李艳霞2，刘威彤1

摘要目的：研究对相同受试者的膝关节应用不同的本体感觉测试方法，即关节角度重置法、运动最小阈值测量法和力量重现法所得结果之间的相关性。方法：用BIODEX多关节肌力测试系统对30名健康男青年膝关节应用不同的本体感觉测试方法。结果：相关性由强到弱排列依次是关节角度重置法与力量重现法之间的相关性（相关系数0.41），关节角度重置法与运动最小阈值测量法之间的相关性（相关系数0.29），运动最小阈值测量法与力量重现法之间的相关性（相关系数0.15）。结论：关节角度重置法、运动最小阈值测量法与力量重现法所得结果之间相关不具有统计学意义（P＞0.05），因此，它们所代表的位置觉、运动觉和力量觉之间相关也不具有统计学意义。应用关节角度重置法、运动最小阈值测量法和力量重现法中单独一种测试方法获得的数据来代表本体感觉是片面的。由相关系数程度划分分析，力量觉可能更多地依赖高尔基腱器官的感觉输入信息，运动觉更多地依赖于肌梭的输入信息，而位置觉依靠肌梭和高尔基腱器官的双重输入信息。

关键词本体感觉；关节角度重置法；运动最小阈值测量法；力量重现法

Correlation between Joint Position Sense Reproduce Test，the Threshold of Detection of Movement Test and Force Sense Reproduce Test

LI Lin1，JI Zhongqiu1，LI Yanxia2，LIU Weitong1
（1.School of PE and Sports，Beijing Normal University，Beijing 100875，China；2.School of PE，Langfang Teachers University，Langfang 065000，China）

Abstract Objective：Using different knee proprioception testing methods，namely joint position sense reproduce test，the threshold of detection of movement and force sense reproduce test to test subjects’proprioception，the correlation among the results were studied.Methods：Three tests of the proprioception of 30 healthy young male were tested using Biodex Medical Systems，the tests were joint position sense reproduce test，the threshold of detection of movement and force sense reproduce test.Results：Correlation degrees from strong to weak were the correlation between joint position sense reproduce test and force sense reproduce test（r= 0.41），joint position sense reproduce test and force sense reproduce test（r= 0.29），the threshold of detection of movement and force sense reproduce test（r= 0.15）.Conclusions：No significant correlation were found among the results of joint position sense reproduce test，the threshold of de⁃tection of movement and force sense reproduce test，therefore，there is no correlation between position sense，the kinesthetic sense and force sensation.Using one of the 3 test methods to represent proprioception is one-sided.Force sensation is more likely to depend on Golgi tendon organ input information；kines⁃thetic sense rely more on muscle spindle input information；and joint position sense to rely on both input muscle spindles and Golgi tendon organs.

Key words proprioception；joint position sense reproduce test；the threshold of detection of movement test；force sense reproduce test

自1906年CHARLES SHERRINGTON提出本体感觉这一术语以来[1]，100多年间国内外对于本体感觉进行了深入的研究，研究内容包括本体感觉的感受器、神经传导通路、神经中枢、测试方法、训练手段和影响因素等，取得了大量的研究成果。在提高运动技能、运动损伤预防与康复、老年人跌倒风险评估及控制等领域取得了重大的应用[2]。

本体感觉能力的测定，对评定关节的功能具有重要意义。在目前的研究中，本体感觉的测试方法包括关节角度重置法、运动最小阈值测量法、力量重现法、对指试验、摸鼻试验、对侧匹配测试、视觉模型法、重物匹配测试和动静态平衡能力测试等，其中最常采用的是关节角度重置法、运动最小阈值测量法和力量重现法。目前，通常用一种测试方法的测试结果来衡量本体感觉的敏感度[3]。根据以往研究显示，对于相同测试者运用不同本体感觉测试方法往往会得出不同的结论[4]，如D.S.BARRETT等[5]应用关节角度重置法，得出前交叉韧带重建术后本体感觉有显著性提高的结论；但P.B.MACDONALD等[6]应用运动最小阈值测量法进行相同的试验，认为前交叉韧带重建术后本体感觉没有变化；G.SOLE等[7]在实验诱导的肩峰下疼痛对本体感觉影响的研究中，得到实验诱导的肩峰下疼痛使运动检测阈值（the threshold to detect passive motion，TTDMD）明显降低，但对被动关节重置测试（Pasive joint position sense reproduce test，PJR）没有显著影响。

本研究的目的是，对于相同受试者的膝关节应用不同的本体感觉测试方法，即关节角度重置法、运动最小阈值测量法和力量重现法所得结果之间的相关性。

1　研究对象与方法

1.1研究对象

在北京师范大学随机招募30名男生作为本试验的试验对象，年龄（19.29±0.95）岁，身高（170.57±5.29）cm，体重（63.00± 12.12）kg，要求所有受试者排除主要脏器和运动系统的器质性疾病，视力正常，优势侧膝关节的关节活动度正常。

1.2研究方法

所有试验均是在北京师范大学体育与运动学院运动生物力学实验室完成。受试者只进行优势侧膝关节测试，踢球试验确定优势侧。等速测力计装置（BIODEX多关节肌力测试系统，System 4；Biodex Medical Systems，Inc.，Shirley，NY，USA）用于关节角度重置法、运动最小阈值测量法与力量重现法的测试。

关节角度重置测试：受试者坐在测试椅上，要求受试者戴眼罩，塞软耳塞和戴播放有电磁干扰声的耳麦，将优势侧小腿放于充气套中再与等速测力计装置的测试臂通过绑带固定；先让受试者的膝关节由90°随机被动置位于105°，120°和135°某一屈曲角度，作为目标角度，停留5 s，让受试者注意感受关节的位置，再让受试者被动回到膝关节90°的位置，然后让受试者主动运动并依靠自我判断重置上述角度；每一角度测试3次，被动运动角速度5°/s（见图1）。比较2次角度的差异，判断测试结果精确度采用2次角度的绝对误差表示[8]。

图1　关节角度重置测试Figure1　 Joint position sense reproduce test

运动最小阈值测试：受试者坐在测试椅上，要求受试者戴眼罩，塞软耳塞和戴播放有电磁干扰声的耳麦，将优势侧小腿放于充气套中再与等速测力计装置的测试臂通过绑带固定；在告知受试者开始测试后的3～10 s内，随机开始利用伺服动力装置提供持续而缓慢的关节被动运动，被动运动角速度0.5°/s，起始角度为膝关节屈曲90°，105°，120°和135°，每个角度顺时针和逆时针方向各运动测试3次，测量关节能够感知到的被动运动的运动阈值，即测量起始时运动的关节角度与受试者能够觉察到运动时的关节角度。比较2次角度的差异，判断测试结果精确度采用2次角度的绝对误差表示[7]。

力量重现法：受试者坐在测试椅上，躯干和优势侧大腿通过绑带固定，去除其他关节对测试膝关节的肌力代偿；膝关节转动轴与测试动力头转轴在一条直线上；等速测力装置设定为等长肌力测试模式，首先进行受试者最大自主等长收缩测试（关节角度：膝关节屈曲90°，105°，120°和135°，每个角度均进行伸膝方向测试），获得最大自主等长收缩肌力（Maximal voluntary isometric contraction，MVIC）；各关节角度进行3次5 s的等长伸展肌力测试，次间休息5 s，组间休息300 s，去除疲劳影响，变异系数（Coefficient of variance，CV）要求控制在15%以下。休息30 min后，以MVIC的50%作为目标力值，要求受试者保持这个目标力值（在电脑屏幕上目标力值处画线，受试者通过视觉反馈控制发力大小），同时让受试者注意感受此时用力的大小；在此之后，要求受试者闭上眼睛，产生5 s相同大小力量输出并记录为实测力值。计算目标力值与实测力值的差异采用2次测试结果的绝对误差表示[9]。

BIODEX多关节肌力测试系统在应用关节角度重置法、运动最小阈值测量法和力量重现法进行测试时的信度，通过对间隔一周的前后2次测试的评定结果进行组内相关系数（interclass correlation coefficient，ICC）及95%置信区间（95% confidence intervals，CI）分析来检验。评价标准：ICC值与日间可靠性对应关系概述为0.00～0.39，差；0.40～0.59，可；0.60～0.74，良；0.75～1.00，优[10-13]。分析参数之间相互关系采用Pearson相关系数，分析参数之间差异采用单因素方差分析（one-way Analysis of Variance，ANOVA）[14]。利用SPSS19.0统计软件对测试指标进行统计学分析，所有测试指标均以平均值±标准差的形式表示，以P＜0.05表示差异有统计学意义。

2　　研究结果

2.1重测信度

结果表明，测试具有较高的重测信度（ICC=0.76～0.92；95% CI=0.31～0.98，P＜0.05）（见表1）。

表1　重测信度ICC（95%CI）Table1 Interclass correlation coefficient ICC（95%CI）

2.2不同关节角度3种测试方法结果分析

对不同关节角度关节角度重置法所得结果进行单因素方差分析，膝关节屈曲105°，120°和135°时，关节角度重置法的测试结果之间差异存在显著性（P＜0.05），关节角度越大，测试结果越差。对不同关节角度运动最小阈值测量法所得结果进行单因素方差分析，膝关节屈曲90°，105°，120°和135°时，运动最小阈值测量法的测试结果之间差异不具有显著性（P＞0.05）。对不同关节角度力量重现法所得结果进行单因素方差分析，膝关节屈曲90°，105°，120°和135°时，力量重现法的测试结果之间差异不具有显著性（P＞0.05）（见表2）。

表2　关节角度重置法、运动最小阈值测量法与力量重现法所得结果Table2 The results of joint position sense reproduce test，the threshold of detection of movement and force sense reproduce test

不同关节角度重置法所得结果之间的相关性表明，膝关节屈曲105°，120°和135°时，关节角度重置法的测试结果之间Pearson相关系数均大于0.6，不同关节角度重置法所得结果之间呈显著相关（见表3）。

膝关节屈曲90°，105°，120°和135°时，运动最小阈值测量法的测试结果之间Pearson相关系数均大于0.6，不同关节角度运动最小阈值测量法所得结果之间呈显著相关（见表4）。

表4　不同关节角度运动最小阈值测量法所得结果之间相关性Table4 Intercorrelation between the results of the results of the threshold of detection of movement

膝关节屈曲90°，105°，120°和135°时，力量重现法的测试结果之间Pearson相关系数均大于0.6，不同关节角度力量重现法所得结果之间呈显著相关（见表5）。

表5　不同关节角度力量重现法所得结果之间相关性Table5 Intercorrelation between the results of the results of force sense reproduce test

2.33种测试方法所得结果之间相关性分析

关节角度重置法与运动最小阈值测量法之间相关系数为0.29，关节角度重置法与力量重现法之间相关系数为0.41，运动最小阈值测量法与力量重现法之间相关系数为0.15，均小于0.6（P＞0.05），3种测试结果之间无显著相关（见表6）。

表6　关节角度重置法、运动最小阈值测量法与力量重现法所得结果之间相关性Table6 Intercorrelation between the results of joint position sense reproduce test，the threshold of detection of movement and force sense reproduce test

3　讨论

目前，本体感觉定义为由位于关节、关节囊、韧带、肌肉、肌腱、皮肤的机械性感受器向中枢神经系统发放的神经冲动[15-17]。本体感觉是对肌肉张力、环节运动和关节位置的感觉，通常划分为力量觉、运动觉和位置觉。力量觉代表对关节肌力的鉴别能力；运动觉指鉴别关节运动的能力，包括运动的方向、幅度、速度、加速度和时间等；位置觉是指主动或被动再现给定关节角度的能力。3种能力都能在有意识或无意识下实施，保证人体运动的自动控制、平衡和关节稳定，从而能够正常进行体育活动和日常生活活动[18]。

运动最小阈值测量法和力量重现法在不同关节角度时所得结果之间差异不具有显著性，而关节角度重置法却具有显著性，关节角度越大，位置觉越差。运动最小阈值测量法在测试过程中，关节角度只有微小的变化，力量重现法在测试过程中关节角度保持不变，而关节角度重置法起始角度和目标角度差异较大，在置位和复位过程中时间间隔长，影响了记忆的保持，从而导致关节角度重置法在不同关节角度时所得结果之间差异具有显著性。表明，关节角度越大，置位和复位过程中时间间隔越长，位置觉越差。

以往的本体感觉研究中，大多研究会选取几个不同关节角度的测试结果代表其本体感觉水平[19-20]。由于3种测试方法在不同关节角度Pearson相关系数均大于0.6，且呈显著相关，因此，在今后的测试中可以用某一关节角度的测试结果代表其本体感觉相应方面的水平。如用膝关节屈曲90°时的力量觉测试结果代表本体感觉力量觉水平，从而减少测试时间和劳动量。但需注意，关节角度重置法在不同关节角度时所得结果之间差异具有显著性，在与其他研究比较时，关节角度重置法在不同关节角度所得数据之间不具有可比性。

关节角度重置法主要反映位置觉，运动最小阈值测量法主要反映运动觉，力量重现法主要反映力量觉，1种测试方法仅能反映本体感觉的一个方面。本研究结果显示，关节角度重置法、运动最小阈值测量法与力量重现法所得结果之间Pearson相关系数低，且没有显著性，说明它们所反映的位置觉、运动觉和力量觉之间的相关没有显著性。因此，应用单独一种测试方法获得的数据代表本体感觉是片面的。

本体感觉信息由位于关节、关节囊、韧带、肌肉、肌腱、皮肤的机械性感受器产生[15，21]。导致本体感觉信息的主要受体位于肌肉、肌腱、韧带和关节囊，而那些位于深层皮肤和筋膜层传统上被视为补充来源。机械感受器将人体组织变形这一机械性变化转化为神经信号，通过感觉传导通路传入中枢神经系统，不同的机械感受器在本体感觉中的作用重要性一直是学术界的争论焦点。当前的观点认为，本体感觉位置觉主要由称作肌梭的肌肉受体信号组成。张力的感觉由称作高尔基腱器官的肌肉受体提供[22]。关节受体在运动范围的中部对本体感觉只起很小的作用，只在运动范围的两侧极限位置充分激活。与关节受体类似，皮肤受体也只在运动范围的两侧极限位置才被激活[23]。相比之下，肌梭被一致认为在整个运动范围内都能被激活，提供本体感觉信息[24]。总之，肌梭和高尔基腱器官，是最主要的本体感受器，而其他本体感受器，包括关节和皮肤感受器只是在关节活动的极限位置上起作用，似乎起着限定关节运动范围的作用[25-26]。

本研究测试的膝关节角度为90°，105°，120°和135°，均位于关节活动度的中部，关节受体和皮肤受体并没有被充分激活，对本体感觉的贡献很小，主要起作用的是肌梭和高尔基腱器官。按照相关系数程度划分[27]，本试验结果显示，关节角度重置法与力量重现法之间的相关系数为0.41，即运动觉与力量觉存在一定程度相关（0.4～0.6）；关节角度重置法与运动最小阈值测量法之间相关系数0.29，即位置觉与运动觉存在弱相关（0.2～0.4）；运动最小阈值测量法与力量重现法之间相关系数0.15，表明运动觉与力量觉之间存在极弱相关或无相关（0.0～0.2）。这一结果可从生理学角度解释，3种测试的主要区别是有无肌力的参与，力量觉测试中有大量肌肉进行等长收缩，与其他测试相比更多地依赖高尔基腱器官的感觉输入信息；运动觉测试过程中，测试关节始终是被动运动，因此没有肌力参与，与其他测试相比更多地依赖于肌梭的输入信息；位置觉测试中，需要克服运动环节自身和测试臂的重力，因此有肌力的参与，并且在测试过程中有关节角度的变化，必然有肌梭的参与，因此，位置觉测试中依靠肌梭和高尔基腱器官的双重输入信息。故主要依靠肌梭和高尔基腱器官双重输入信息的位置觉与其他2种感觉（运动觉和力量觉）之间的相关性高于主要依靠肌梭和高尔基腱器官之一的运动觉和力量觉之间的相关性。

4　结论

运动最小阈值测量法和力量重现法在不同关节角度时所得结果之间差异不具有显著性，而关节角度重置法在不同关节角度时所得结果之间差异具有显著性，关节角度越大，位置觉越差；关节角度重置法、运动最小阈值测量法和力量重现法在不同关节角度时所得结果之间呈显著相关。

关节角度重置法、运动最小阈值测量法与力量重现法所得结果之间无显著相关，因此，它们所代表的位置觉、运动觉和力量觉之间也无显著相关。应用关节角度重置法、运动最小阈值测量法和力量重现法中单独一种测试方法获得的数据来代表本体感觉是片面的。

相关性程度的不同提示，力量觉可能更多地依赖高尔基腱器官的感觉输入信息，运动觉更多地依赖于肌梭的输入信息，而位置觉依靠肌梭和高尔基腱器官的双重输入信息。

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●专题研究Special Lecture

作者简介：李林（1981-），男，河北正定人，在读博士研究生，研究方向为运动生物力学。

基金项目：教育部人文社会科学研究项目（项目编号：11YJA880037）；北京师范大学教学建设与改革项目（项目编号：12-01-13）

收稿日期：2015-08-29；修回日期：2015-12-08；录用日期：2015-12-09

DOI：10.13297/j.cnki.issn1005-0000.2016.01.007

中图分类号：G 804.6

文献标志码：A

文章编号：1005-0000（2016）01-036-05

作者单位：1.北京师范大学体育与运动学院，北京100875；2.廊坊师范学院体育学院，河北廊坊065000。