等速离心训练对肩关节内外旋肌的肌力平衡及神经肌肉控制能力的影响

陈建新，田心宇，张键

肩关节内旋肌群与外旋肌群相互拮抗的特性以及力量的均衡性对于保持肩关节的动态稳定性和保证动作的完成质量上起到非常重要的作用。内外旋肌肌力的不平衡被认为是肩关节出现骨骼-肌肉功能障碍的主要因素之一[1]。在过肩投掷类运动的加速阶段，肩关节外旋肌群需要产生离心收缩以确保在这个强有力的动作过程中肱骨头在关节盂上始终保持合理的位置并控制肩关节内旋的速度[2]。若此时外旋肌群的离心力量与内旋肌群的向心力量明显失衡，就会增加肩部运动损伤的风险[3]。同时，关节的稳定性是依赖于静态稳定因素、动态稳定因素和神经系统的相互作用而实现。有研究表明神经肌肉控制弱、肌肉激活延迟与肩关节不稳定明显相关[4-5]。因此，神经肌肉控制对于维持肩关节的稳定性也有重要的作用。

等速离心训练（isokinetic eccentric training，IET）是一种肌肉在阻力的作用下逐渐拉长、运动环节与肌肉拉力方向相反的特殊运动模式[6]。肌肉做离心收缩时可以刺激大脑皮质及脊髓发出更多神经冲动，增加运动单位募集，并可促进胶原的再适应控制，具有低耗能、高力量的特点[7]。等速离心收缩产生的肌力要大于等速向心收缩，特别对快速力量的提高有重要作用[8]。近年来，IET已广泛应用于体育科研和康复医学领域，国内外已有利用IET来改善竞技运动员肩关节旋转肌群力量均衡性以及恢复受损肩关节旋转肌群的相关研究[9-12]，但针对非运动员健康人群的研究，国内鲜见报道。本研究观察IET对健康青年人肩关节内外旋肌的肌力平衡及神经肌肉控制能力的影响，旨在提高肩关节的稳定性，期望对降低普通青年人群在过肩投掷类运动中出现运动损伤的风险产生积极的干预作用。

1 对象与方法

1.1 研究对象 2020年12月至2021年11月在复旦大学附属中山医院通过发布研究对象招募广告招募32例健康青年为研究对象。研究对象的工作性质、日常运动方式与运动强度、肩关节活动度无明显差异。纳入标准：（1）年龄18～25岁；（2）优势侧，即习惯性使用一侧上肢无任何骨骼肌肉系统疾病或神经损伤；（3）近4周内未进行任何上肢力量训练或高强度肩关节运动；（4）愿意签署知情同意书。排除标准：（1）有严重心脑血管疾病；（2）妊娠期、哺乳期妇女；（3）存在肩关节活动度受限；（4）肩关节有手术史或创伤史。收集研究对象的一般资料，包括性别、年龄、身高、体质量、体质指数（body mass index，BMI），并采用随机数字表法将研究对象分为试验组（n=16）和对照组（n=16）。本研究经复旦大学附属中山医院伦理委员会批准（B2021-672）。

1.2 干预方法

1.2.1 试验组 试验组接受IET，研究对象先进行5 min热身运动，包括肩关节拉伸和各个方向的主动活动。后采用Biodex System 4 Pro多关节等速肌力测试与训练系统（美国Biodex公司）对优势侧肩关节内、外旋肌群进行IET，分别在60（°）/s、120（°）/s速度下进行，每组重复10次，组间休息1 min。训练过程中，采取坐位，肩关节处于肩胛骨平面外展45°，肘关节屈曲90°，活动范围为内旋45°～外旋45°。利用言语激励研究对象，让其尽最大努力完成动作，同时提示其避免肩内收、肩屈曲、耸肩等代偿动作。每周训练2次（间隔3～4 d），连续训练4周。

1.2.2 对照组 对照组接受连续被动运动训练，采用Biodex System 4 Pro系统中的连续被动运动模式，研究对象完全由设备带动肩关节以恒定的速度进行内外旋运动，无需主动用力。除训练方式不同外，训练程序、训练体位、训练时间与试验组完全相同。

1.3 评估方法 训练开始前1周，采用Biodex System 4 Pro系统对研究对象优势侧肩关节内、外旋肌群进行测试。测试前研究人员向研究对象详细介绍整个测试流程和注意事项。随后研究对象先进行5 min热身运动，然后进行等速测试。在正式测试前会让研究对象先模拟测试，待其了解后正式开始测试。先选择外旋肌群进行向心/离心模式测试，分别在60（°）/s和120（°）/s速度下进行，每组用最大力量重复5次，组间休息1 min；再选择内旋肌群离心/向心模式测试，分别在60（°）/s和120（°）/s两组速度下进行，每组用最大力量重复5次，组间休息1 min。训练结束后1周对两组进行随访测试（与训练开始前测试的内容和要求一致）。

1.4 评估指标

1.4.1 功能性比率（functional ratio，FR） 即“拮抗肌离心峰力矩/主动肌向心峰力矩”，是反应关节动态稳定性的重要功能性指标[13-14]。峰力矩是指肌肉收缩产生力量过程中，力矩曲线上最高的力矩值。本研究于训练开始前1周及训练结束后1周，分别在60（°）/s和120（°）/s两组速度下测得肩关节外旋肌群（拮抗肌）产生的离心峰力矩和内旋肌群（主动肌）产生的向心峰力矩，即得出相应速度下的FR。当FR<1时，就会增加肩关节运动损伤的风险。既往研究表明，当FR在1.08～1.17时，肩关节内外旋肌肌力处于较均衡的状态，从而使得个体在过肩投掷运动加速过程中其肩关节的外旋肌群能牵制过度活跃的内旋肌群，以减少运动损伤的发生[13，15-17]。

1.4.2 加速时间（acceleration time，AT） 为肌肉在最用力收缩过程中从初始收缩到达预设角速度的时间，是反映神经肌肉控制能力的指标之一[18-20]。作为评估指标，其优点是非侵入性，且不受皮下脂肪层的影响[20]。AT单位以毫秒（ms）表示，值越小代表神经肌肉控制能力越强。

1.4.3 达峰力矩时间（time to peak torque，TPT） 为肌肉在最用力收缩过程中从初始收缩到达峰力矩的时间，是反映肌肉快速产生力矩的能力，即神经肌肉控制的反应效能[18，20]。TPT单位以毫秒（ms）表示，值越小代表神经肌肉控制能力越强。

1.5 统计学方法 采用SPSS 17.0统计学软件进行数据分析。以Kolmogorov-Smirnov方法对数据进行正态性检验，符合正态分布的计量资料以（±s）表示，两组间各指标比较采用独立样本t检验，组内干预前、后各指标比较采用配对t检验。计数资料以相对数表示，组间比较采用χ2检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组一般资料比较 试验组研究对象全部完成了4周的训练干预和评估，对照组2例研究对象中途退出。最终，共30例研究对象数据纳入统计学分析。试验组的男女比例、年龄、身高、体质量、BMI与对照组相比，差异无统计学意义（P>0.05），见表1。

2.2 两组干预前、后FR的比较 在60（°）/s和120（°）/s速度下，试验组干预后FR高于对照组，差异有统计学意义（P<0.001）；试验组干预前FR与对照组相比，差异无统计学意义（P>0.05）。在60（°）/s和120（°）/s速度下，试验组干预后FR高于干预前，差异有统计学意义（配对t检验：t60（°）/s=-7.881，P<0.001；t120（°）/s=-6.563，P<0.001）；而对照组干预后FR与干预前相比，差异无统计学意义（配对t检验：t60（°）/s=-0.868，P>0.05；t120（°）/s=1.765，P>0.05）。见表2。

表2 两组干预前、后FR比较（±s）Table 2 Comparison of functional ratios between two groups before and after intervention

表2 两组干预前、后FR比较（±s）Table 2 Comparison of functional ratios between two groups before and after intervention

注：FR=功能性比率；a表示与干预前相比P<0.05

组别 例数 60（°）/s 120（°）/s干预前 干预后 干预前 干预后对照组 14 0.54±0.14 0.57±0.18 0.68±0.22 0.60±0.15试验组 16 0.61±0.20 1.09±0.11a 0.65±0.21 1.13±0.15a t值 1.037 9.310 -0.368 9.457 P值 0.309 <0.001 0.716 <0.001

2.3 两组干预前、后内外旋肌AT的比较 在60（°）/s和120（°）/s速度下，试验组外旋肌、内旋肌干预后AT低于对照组，差异有统计学意义（P<0.05）；试验组的外旋肌、内旋肌干预前AT与对照组相比，差异均无统计学意义（P>0.05）。在60（°）/s和120（°）/s速度下，试验组外旋肌干预后AT低于干预前，差异有统计学意义（配对t检验：t60（°）/s=2.383，P<0.05；t120（°）/s=2.849，P<0.05）；试验组内旋肌干预后 AT 低于干预前，差异有统计学意义（配对t检验：t60（°）/s=3.138，P<0.05；t120（°）/s=2.839，P<0.05）；对照组外旋肌干预后AT与干预前相比，差异均无统计学意义（配对t检验：t60（°）/s=-1.486，P>0.05；t120（°）/s=-0.615，P>0.05）；对照组内旋肌干预后AT与干预前相比，差异均无统计学意义（配对 t检验：t60（°）/s=-1.472，P>0.05；t120（°）/s=-1.027，P>0.05），见表3。

表3 两组干预前后内外旋肌AT比较（±s，ms）Table 3 Comparison of the acceleration time of internal and external rotators between two groups before and after intervention

表3 两组干预前后内外旋肌AT比较（±s，ms）Table 3 Comparison of the acceleration time of internal and external rotators between two groups before and after intervention

注：AT=加速时间；a表示与干预前相比P<0.05

60（°）/s组别 例数120（°）/s外旋肌 内旋肌 外旋肌 内旋肌干预前 干预后 干预前 干预后 干预前 干预后 干预前 干预后对照组 14 95.00±36.74 110.71±45.65 136.43±51.98 157.86±65.77 176.43±115.40 192.86±110.62 204.29±72.29 216.43±55.97试验组 16 128.12±104.77 70.00±20.66a 128.75±39.98 88.75±24.19a 191.25±103.34 114.38±41.79a 178.12±31.25 148.75±30.08a t值 1.184 -3.073 -0.457 -3.718 0.371 -2.503 -1.316 -4.042 P值 0.251 0.007 0.651 0.002 0.713 0.023 0.199 0.001

2.4 两组干预前、后内外旋肌TPT的比较 在60（°）/s和120（°）/s速度下，试验组外旋肌、内旋肌干预后TPT低于对照组，差异有统计学意义（P<0.05）；试验组的外旋肌、内旋肌干预前TPT与对照组相比，差异均无统计学意义（P>0.05）。试验组外旋肌干预后TPT与干预前相比，差异无统计学意义（配对t检验：t60（°）/s=1.108，P>0.05；t120（°）/s=2.025，P>0.05）；试验组内旋肌干预后TPT与干预前相比，差异无统计学意义（配对 t检验：t60（°）/s=1.746，P>0.05；t120（°）/s=1.301，P>0.05）；对照组外旋肌干预后TPT与干预前相比，差异无统计学意义（配对 t检验：t60（°）/s=-0.466，P>0.05；t120（°）/s=-0.143，P>0.05）；对照组内旋肌干预后TPT与干预前相比，差异无统计学意义（配对t检验：t60（°）/s=-0.709，P>0.05；t120（°）/s=-0.008，P>0.05）。见表4。

表4 两组干预前后内外旋肌TPT比较（±s，ms）Table 4 Comparison of the time to peak torque of internal and external rotators between two groups before and after intervention

表4 两组干预前后内外旋肌TPT比较（±s，ms）Table 4 Comparison of the time to peak torque of internal and external rotators between two groups before and after intervention

注：TPT=达峰力矩时间

60（°）/s组别 例数120（°）/s外旋肌 内旋肌 外旋肌 内旋肌干预前 干预后 干预前 干预后 干预前 干预后 干预前 干预后对照组 14 375.71±343.95 420.71±246.72 251.43±264.92 310.71±212.48 613.57±493.69 626.43±305.00 317.14±351.91 317.86±68.41试验组 16 376.88±311.23 277.50±106.18 256.88±291.72 138.12±83.76 588.12±384.12 416.88±127.42 317.50±372.07 201.88±103.04 t值 0.010 -2.113 0.053 -2.852 -0.159 -2.394 0.003 -3.575 P值 0.992 0.044 0.958 0.011 0.875 0.028 0.998 0.001

3 讨论

肩关节是人体所有关节中活动范围最大且运动学特征最为复杂的关节。肩关节周围肌肉，尤其是旋转肌群在过肩投掷类运动中对于维持肩关节的动态稳定性发挥着非常重要的作用[2-3，21]。若旋转肌群之间存在力量不均衡问题，就容易将肩关节置于运动损伤的风险中[3]。而且青年人又是参与排球、网球、棒球、手球等过肩投掷类运动相对较多的群体，如果肩关节内外旋肌存在明显的力量失衡，高强度运动时就容易发生诸如肩袖损伤、喙肩撞击、盂肱关节不稳等肩关节损伤[1，21-22]。在本研究中，研究对象的基线FR普遍偏低，均值为0.54～0.68，这可能主要由两方面因素造成：（1）解剖生理因素。肩关节内旋肌群的生理横截面积大于外旋肌群，使得本身产生的力量输出就要大于外旋肌群。（2）环境因素。日常生活中涉及肩关节的许多功能性动作会频繁使用到内旋肌群，因此该肌群能得到较多锻炼；而外旋肌群的功能性动作参与率相对较低，只在一些特定动作中出现，比如梳头等，因此该肌群缺乏锻炼。此外，研究对象在入组前并没有规律的肩部肌肉训练，使得外旋肌群暴露于先天力量欠缺的劣势状态中。因此，若能提前通过一些干预措施来改善这种力量失衡状态和预防体育活动中发生运动损伤就显得尤其有意义。

本研究发现，对肩关节内外旋肌进行4周IET干预后，在60（°）/s和120（°）/s速度下测得的FR均得到了明显的提升，FR从远小于1提高至略高于1，理论上表明此时肩关节内外旋肌达到了功能性力量平衡。这与NIEDERBRACHT等[23]的研究结果一致，在其研究中发现，所有肩关节FR<1的网球运动员通过5周的力量训练干预均能使得FR>1。其背后可能的机制是：（1）等速技术在生化层面可增加肌糖原的生成，干预线粒体酶[24]；（2）等速技术的双向生理“溢流”能够同时训练拮抗肌和主动肌在任何运动角度的肌肉输出力矩，提高肌力[6]；（3）离心训练时，肌肉在离心拉长阶段能够促使弹性能量的生成，从而增强了神经系统的放射频率和反射募集作用[8]。此外，FR的提升表明外旋肌与内旋肌在相同的干预下，外旋肌的离心力量比内旋肌的向心力量改善幅度更大。这可能是因为肌肉在离心收缩时出现的牵张反射使得肌肉中如结缔组织等弹性成分被拉长而产生了一定的阻力，导致肌肉发生了更强烈的收缩，产生了更大的离心收缩力矩[25]。FR提高后可理论上降低运动损伤的发生风险，尤其在盂肱关节不稳定的预防和康复中可产生积极的作用。COOLS等[26]在基于循证的针对盂肱关节不稳定的康复方案研究中发现，肩关节内在肌力平衡的恢复，尤其是外旋肌群离心力量的增强，对于肩关节稳定性的恢复至关重要，也可防止肩关节的再次脱位。

本研究还发现，经过IET干预后，在60（°）/s和120（°）/s速度下，内旋肌AT和外旋肌AT均低于干预前或对照组，表明肩关节内外旋肌都能更快从初始收缩到达预设角速度，肌肉激活时间更短。然而，内旋肌TPT和外旋肌TPT与干预前相比，差异无统计学意义，表明肩关节内外旋肌均未能缩短从初始收缩到达峰力矩的时间，但从数值来看有一定程度下降，且与对照组相比差异有统计学意义，这可能与样本量偏小有关。HESS等[27]通过肌电图研究发现，存在肩关节不稳定的投掷运动员在做快速外旋动作时，内旋肌表现出一定程度的肌肉激活延迟，这表明肩关节内外旋肌肌力失衡与神经肌肉控制可能存在一定关联。而本研究表明肩关节内外旋肌通过IET干预达到肌力均衡后，神经肌肉控制能力得到了明显的改善。这可能是因为旋转肌中的机械感受器，如Ruffini小体、肌梭、Golgi腱器官以及Pacinian小体等通过离心训练变得敏化，能更快速地感知肌肉长度的变化并调整肌肉张力，从而改善了本体感觉并强化了神经肌肉控制能力[28-29]，但具体机制仍有待进一步研究。同时，ZECH等[30]在一项系统综述研究中发现，神经肌肉控制对关节的功能发挥以及损伤预防有明确的作用。因此，本研究认为IET可促使中枢神经系统通过不断地适应性练习建立良好的神经肌肉反应，对肌肉的激活更快，使肌肉产生最佳的活动模式，并保证动作的协调稳定，从而降低损害的发生。

本研究也存在一些不足之处：（1）试验只纳入了18～25岁的健康青年，因考虑到该年龄段人群对于过肩投掷类运动的参与度较高，故本研究的结果不能代表其他年龄群体；（2）因设备能力所限，试验选择的测试速度很难模拟实际过肩投掷类运动中的肩关节旋转速度。有研究记录到肩关节内旋速度最高可达6 100（°）/s～7 510（°）/s[31]，这表明本研究的结果并不能完全反映实际运动中的真实情况；（3）本研究的样本量相对较小，今后仍需要进一步扩大样本量以提高试验结果的可靠性；（4）本研究仅通过试验结果理论推断改善肌力平衡和神经肌肉控制能力可以预防或减少运动损伤，并没有通过调查真实损伤情况进行验证，所以IET对于预防运动损伤的效果仍有待进一步研究。

综上所述，IET能够提高肩关节内外旋肌的肌力平衡，保持肩关节的动态稳定，并能改善神经肌肉控制能力，以此可能降低运动损伤的风险。该训练值得在健身场所向普通人群以及过肩投掷类运动爱好者推广，以提高其运动损伤预防的意识。

作者贡献：陈建新进行研究设计与实施、数据收集及分析以及论文的撰写；田心宇辅助进行数据收集及整理；张键负责研究指导，对文章整体负责。

本文无利益冲突。