日本成年人手部肌力变化规律及不同测量条件的差异性研究

徐红旗 ，张瞳，张欣，李静，呼慧敏，史冀鹏，冉令华，赵朝义

(1.东北师范大学 运动与健康科学研究中心，长春 130024；2.中国标准化研究院 人类工效学标准化研究领域，北京 100088)

1 引言

力量是人类生存与发展的前提条件，也是评价人体功能能力与健康状况的重要指标。肌力常在25-35岁达到峰值，并持续至40-50岁年龄段，50岁以后肌力每10年下降12%-14%[1]。肌力在三个层次上表现出来：一是肌纤维或一块肌肉发出的肌张力，二是肌张力转换成关节力和力矩，三是关节力矩转换成末端效应器的力和力矩。人体上肢的灵活性要高于下肢，若肩或髋关节所在的躯体固定，手或足可以自由活动，则此运动链是一个开放式的三环节运动链，手或足是运动链的末端效应器[2]。上肢力量多是通过手部的抓握、推拉等动作表现出来，且手部肌力是人类执行精细动作的基础，因此手部肌力的评价具有重要的意义。

中国和日本同属亚洲国家，日本人肌力的研究成果对于我国相关领域的研究具有很好的借鉴意义。日本国家技术与评估研究所(National Institute of Technology and Evaluation，NITE)曾编制了人体髋、膝、踝、肩、肘、腕等六大关节屈伸肌群不同关节角度下的静态肌力，以及手部抓握、扭转、推拉、指触等力学参数的测量规范，并建立了相应的数据集，以指导本国的工效学产品设计。考虑到测量方法与设备的异同，本研究选取了手部拇触、食触、推力、拉力与握力共五个参数进行分析，以观察日本成年人手部肌力的变化规律与测量差异，拟为我国成年人手部肌力测量方法与规范的制定提供依据，为国家标准《用于技术设计的人体运动生物力学测量基础项目》肌力参数测量规范的制定提供理论依据。

2 对象与方法

2.1 对象

日本被试者为北海道、东北、关东、中部、近畿、中国、九州共七个地区的常住居民，男性1 153人，女性805人。其中，男性年龄为62.1±13.2岁，身高为163.7±5.7 cm，体重为62.0±9.3 kg，右利手者占93.8%；女性年龄为62.5±13.0岁，身高为151.6±6.0 cm，体重为51.6±7.2 kg，右利手者占96.1%。

2.2 方法

2.2.1 手部肌力参数的采集

被试者着短裤、背心，取立姿，上肢内收于体侧，每个指标练习1次，重复测试3次，单次时间3-4 s，次次间歇15-20 s，指标间歇15-20 s，采用渐进式发力。

测试姿势：拇触与食触肌力(图1 A与B)，先以拇指后以食指触压测力计，其余四指呈屈曲状；握力测试(图1 D)，被试者调整舒适握距，前臂保持中立位，腕关节背屈0-30°、尺偏0-15°，拇指与其余四指呈抓握状，用力挤握测力计；推拉肌力测试时(图1 E与F)，前臂与手处于水平位置，拇指与其余四指呈抓握状，上肢多关节联动肌群分别完成向前的推力、向后的拉力。不同操作平面与操作高度的肌力参数，操作平面分为水平面与垂直面；操作高度以站姿下肘高为基准值(1.0)，肘关节屈曲约90°；向上为增，肘角减少；向下为减，肘角增大，以此类推(图1 C)。

图1 手部肌力参数采集示意图

2.2.2 数据处理与统计分析

应用SPSS 23.0统计软件进行数据处理，采用单样本K-S检验对数据的正态分布情况进行检验，连续型变量用平均值(标准差)表示。应用单因素方差分析对受试者不同年龄分级和不同BMI分级的差异进行比较，应用独立样本T检验对同一年龄分级和同一BMI分级男女的性别差异进行比较。不同操作平面和高度的肌力参数差异，运用多因素方差分析进行比较，数据按性别分组后，考查操作平面和操作高度对肌力参数的影响，多重比较采用LSD与Duncan法，显著水平定位P<0.05。

3 结果

3.1 日本被试者手部肌力参数的增龄性变化

由表1和图2可知，男女拇触、食触、推力、拉力与握力整体呈先升高后降低趋势，均在30-39分级最高。男女推力与拉力在70-79分级稍有升高，但与前一分级相比无显著性差异。各分级相比较，除拇触、食触与握力18-29分级外，其他同年龄分级均值，男性均高于女性。男女除拇触与食触30-39分级和50-59分级，推力与拉力18-29分级，握力18-29分级和30-39分级外，同年龄分级间均具有显著性差异(P<0.05)。

表1 日本被试者手部肌力参数的增龄性变化

注：#P<0.05；##P<0.01不同年龄分级间比较；*P<0.05；**，P<0.01，同年龄分级男女间比较。

3.2 日本被试者手部肌力参数随BMI变化

由表2和图2可知，男性拇触、食触、推力、拉力与握力整体呈持续升高趋势，女性推力与拉力呈持续升高趋势，女性拇触与食触呈先升高后降低趋势，女性握力呈先下降后升高趋势。其中，女性拇触与食触在27-28分级最高，女性握力在<19分级最高。女性拇触与食触在>28分级稍有下降，但与前一分级相比无显著性差异。女性握力<19分级数值异常，故不用作规律描述。因此男女拇触、食触、推力、拉力与握力符合随BMI升高而升高的趋势。各分级相比较，除食触与握力<19分级外，其他同BMI分级均值，男性均高于女性。男女除拇触<19分级和27-28分级，食触<19分级、19-20分级和27-28分级，推力<19分级、25-26分级、27-28分级和>28分级、拉力<19分级、27-28分级和>28分级外，同BMI分级间均具有显著性差异(P<0.05)。

图2 日本被试者手部肌力参数随年龄与BMI变化

注：#P<0.05；##P<0.01不同BMI分级间比较；*P<0.05；**P<0.01，同BMI分级男女间比较。

3.3 日本被试者不同操作条件下的手部肌力参数差异比较

被试者不同操作条件下拇触、食触、推力、拉力、握力等肌力参数的测量结果见表3，操作高度与平面对5个肌力参数的影响效应见表4。由此可知，操作平面对男女拇触、食触、握力有显著影响(P<0.01)，操作高度对男性拇触、拉力、握力有显著影响(P<0.05)，对女性5个参数均无显著影响(P>0.05)。

表3 日本被试者不同操作条件下的手部肌力参数测量结果

续表3

性别操作平面操作高度拇触M(N)Mean(SD)N食触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 日本被试者不同操作条件下的手部肌力参数方差分析表

注：*P<0.05；**，P<0.01。

3.3.1 操作平面的影响效应

男女拇触、食触、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对男女拇触、食触、握力有显著影响(P<0.01)，LSD检验表明男女拇触、食触、握力在不同操作平面上有显著性差异(P<0.01)。当操作平面由水平面变为垂直面时，男性拇触降低了14.2%，由51.2 kg降至43.9 kg；食触降低了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。女性拇触降低了13.4%，由41.4 kg降至35.9 kg；食触降低了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对男女推力和拉力均无显著影响(P>0.05)，详见表4、表5。

3.3.2 操作高度的影响效应

男性拇触、推力、拉力随操作高度的升高整体呈持续下降趋势，食触呈先下降后上升趋势，握力呈持续上升趋势。其中，男性食触在1.2倍肘高时最大。方差分析表明，操作高度对男性拇触、拉力、握力有显著影响(P<0.05)。LSD检验表明，与0.8倍肘高相比，1.1倍肘高男性拉力和握力具有显著性差异(P<0.05)；1.2倍肘高男性拇触、推力、拉力、握力具有显著性差异(P<0.05)，见表4、5。

女性拇触和拉力随操作高度的升高整体呈持续下降趋势，食触呈先下降后上升趋势，推力和握力呈先升高后下降的趋势。其中，女性食触在0.8倍肘高时最大，女性推力在0.9倍肘高时最大，女性握力在1.1倍肘高时最大。方差分析表明，操作高度对女性5个参数均无显著影响(P>0.05)。LSD检验表明，与0.8倍肘高相比，1.1倍和1.2倍肘高女性拉力具有显著性差异(P<0.01)，见表4、表5。

表5 日本被试者不同操作条件下的手部肌力参数分类汇总表

注：1与2,3,4,5比较，*P<0.05，**，P<0.01。

4 讨论

4.1 日本被试者手部力量的增龄性变化规律

人体肌力随年龄增长的发生发展进程包括了快速增长期、缓慢增长期、稳定期与减退期。本研究也表明，男女手部肌力随年龄增长均呈现先升高后下降趋势，且多在30-39岁范围内达到峰值。拇触、食触和握力，在18-29岁年龄分级女性手部力量显著大于男性，但因该分级样本量较小，且以往研究表明女性的静态肌力明显<男性[3]，因此不具有普遍意义，其他肌力参数也均符合同年龄分级女性<男性。

人体肌力自然发展的年龄特征及肌肉生理生化的改变，可解释力量的增龄性变化规律。由于肌纤维萎缩或流失，特别是Ⅱ型肌纤维数目的减少，会引起与年龄相关的骨骼肌质量减少[4]，导致人体肌肉运动单位减少，这是造成与增龄性肌肉力量和爆发力下降的直接原因[5]。 此外，肌力的大小还受遗传、肌纤维类型、肌肉质量、神经肌肉调节能力等一系列生理与心理因素的影响，力量的自然发展是上述因素综合作用结果的反映[6]。以往有关中国与欧美国家力量差异的研究表明，亚洲人与欧美人的骨骼肌增龄性变化存在着明显的差异[7]。男性在35岁时，女性在40岁时，握力进入下降期，且均在50岁以后进入明显下降期[8]。本研究中，日本被试者在30-39岁后肌力逐渐下降，在50-59以后随年龄大幅度下降，与以往有关中国成年人静态肌力增龄性变化规律的研究结果相似。

4.2 日本被试者手部力量随BMI变化规律

通常情况下，体重可作为人体静态肌力的一项预测指标[9]。力量和人体肌肉质量密切相关，体重大的人其肌肉含量高的可能性大[10]。有研究表明，生物电阻抗法测得的骨骼肌指数在评价29-69岁普通人群肌肉力量的情况有较高的相关性，能对不同年龄段人群的肌肉力量情况进行很好地评价。研究证实，男性BMI≥28.0 kg/m2时，女性BMI≥25.0 kg/m2时，由于肌肉相对发达而导致超重的可能性较小，而由于体内脂肪含量增多而导致BMI高的可能性更大[11]。这也可以解释女性拇触和食触在BMI≥28.0 kg/m2分级出现下降的原因。本研究中，男性手部5个肌力参数整体随BMI的升高而增大。女性推力和拉力随BMI的升高而增大，拇触和食触在BMI≥28.0 kg/m2分级出现一定程度的下降，但与前一分级相比也无显著性差异。女性在<19分级所测得的握力值远大于其它年龄分级，并不符合生理规律，故本文不考虑该年龄分级的握力值。从19-20分级起，握力随BMI的升高而增大。静态肌力随着BMI增高而增大的规律，与以往中国成年人BMI指数与力量关系的研究结果相似[12]。整体来看，中日男女手部力量随BMI的变化规律相一致。

4.3 操作条件对手部力量的影响效应

目前，国际上对于静态肌力测试的研究，主要集中在两个方面：一方面是对静态肌力测试的基础性研究，一方面是对静态肌力测试方法的改进[13]。已有研究表明，坐姿下肘部屈曲90°与站姿下肘伸位，采集的握力值有显著差异[14-15]，而国际上测量手部力量时多采用坐姿。坐姿下肘部屈曲不同角度时，所测得的静态肌力可能存在差异。因此，日本在进行受试者手部肌力参数采集时，在不同操作条件下进行了多次测量，研究结果具有十分重要的参考价值。本研究发现，男女拇触、食触、握力水平面上的静态肌力大于垂直面，且具有显著性差异；而男女推力和拉力在不同平面上的测量结果无显著差异。随着操作高度的不断升高，男女变化趋势基本相同。男女拇触和拉力在0.8倍肘高时最大，男女食触分别在0.8和1.2倍肘高时最大，男女推力分别在0.8倍和0.9倍肘高时最大，男女握力分别在1.2和1.1倍肘高时最大。国内测量握力时，一般采用《中国国民体质测定标准手册》推荐的站立位下伸肘姿势下的测试标准[16]，而日本采用的是站立位屈肘姿势下测量不同平面及不同高度的手部力量测量方法。美国手部疗法协会(Ameriean Society of Hand Therapists， ASHT)推荐的坐姿测试标准[17]， 要求肘关节屈曲约90°，认为此状态下肘关节屈曲力量最大，对前臂和手部的固定效果最好，采集手部肌力最为准确。由此可知，日本人不同操作条件下的肌力参数测量结果并不完全支持上述观点。

5 结论

日本人手部静态肌力随年龄的增长呈先升后降趋势，随BMI的升高呈持续升高趋势，不同测量条件下的肌力差异较明显，可用于指导我国肌力参数测量规范的制定。