等速肌力相关知识

等速肌力测试训练仪等速肌力测试训练仪 肌力 muscle strength 即肌肉收缩力量 是反映人体运动功能的一个重要指标 肌力评定具有十分重要的临床意义 目前常用的肌力检查法有徒手肌力测定法 等张收缩测定 法及等长收缩测定法 但这些测定方法均有不足之处 等速肌力测定是在肢体被动地进行等速 运动时 通过测定反映肌肉负荷的系列参数 来评定肌肉的功能状态 该法既客观准确 又简 便易行 且安全可靠 人体本身无法产生等速运动 须将肢体固定于仪器的杠杆 当其自主运动时 仪器的限速 装置则会根据肢体力量的大小 随时调节杠杆对肢体的阻力 以保持肢体的运动速度维持在一 定恒定值 因此 肢体力量越大 杠杆的阻力就越大 则肌肉的负荷越强 反之亦然 此时 如测定反映肌肉负荷的系列参数 则可评定肌肉的功能状态 70 年代出现的等速肌力测试训练仪就是根据上述原理设计的 目前 新型的等速肌力测 试训练功能更加丰富 形成了一个全面的肌肉功能测试和训练系统 它由电脑 机械限速装置 打印机 座椅及附件组成 可测试力矩 最佳用力角度 肌肉做功量等多种参数 能全面反映 肌力 肌肉爆发力 耐力以及关节活动度 灵活性 稳定性等多方面的情况 此方法准确可靠 并能提供等速向心 离心 被动等各种运动模式 是一种高效的运动功能评定和训练装置 可 广泛适用于神经内科 神经外科 骨科 运动医学科及康复医学科等 我国 80 年代中期开始引进等速肌力测试训练仪 目前某些大医院和康复机构 以及体委 已配置 最多应用的仪器型号有 Cybex BIODEX KIN COM 及 LIDO 经营公司为香港科体健康 及运动器材有限公司和香港启康国际医学仪器有限公司 1 基本概念 1 1 肌力检查及意义 肌力 muscle strength 即肌肉收缩力量 是反映人体运动功能的一个重要指标 但 它是肌肉生理活动的一个机能指标 难以量化 肌肉检查 muscle strength test 是在受试 者主支运动时 通过测定相关肌肉或肌群的收缩力量 来评定肌肉的功能状态 肌力检查的主要目的是 判断有无肌力下降及肌力低下的程度与范围 发现导致肌力 下降的原因 为制订治疗 训练计划提供依据 定期检查神经肌肉病损的恢复程度和速度 以 检验治疗 训练的效果 因此 肌力检查有助于诊断肌肉 骨骼和神经系统的病损 尤其对评 定周围神经病损所致的肌力低下十分重要 在神经内科 神经外科 骨科 运动医学科及康复 医学科等都很常用 但是目前常用的肌力检查法均不能完全解决肌力的量化评定 quantification of muscle strength 问题 人们一直希望找到一种既客观又简便的方法 七十年代 等速肌力测试训练仪的面世 宣告了一种理想的肌力检查方法 等速肌力 测试 isokinetic muscle strength test 的发现 1 2 目前 新型的等速肌力测试训练仪功 能更加丰富 形成了一个全面的肌肉功能测试和训练系统 10 1 2 等张收缩 等长收缩与等速运动 肌力检查时 肌肉的运动有着不同的收缩方式 即等张收缩和等长收缩 等张收缩 isotonic contraction 是指肌肉收缩时 张力不变 肌肉长度改变并产生肢体关节活动的收 缩方式 而等长收缩 Isometric contraction 是指肌肉收缩时肌肉长度不变 张力增加 不 产生肢体关节活动的收缩方式 等速运动 isokinetics 的概念是 1967 年美国的工程师 Perrine 和 Hislop 首先提 出的 3 它是指某一肢体在其关节固定的情况下 环绕关节运动 而整个运动过程中肢体速度 保持不变的去运动方式 又叫 恒定速度运动 constant velocity training 4 实际上 等速运动时 其肌肉收缩是一种等长收缩和等张收缩相混合的方式 1 3 等速运动测试肌力的基本原则 等速肌力测试是在肢体进行等速运动时 测定肌肉的肌力等参数 来判断相关的肌肉 关节等 的运动功能的方法 机体自身不能产生等速运动 必须依靠专门的仪器 其中常用的就是等速肌力测试 训练仪 等速运动的实施需要将肢体固定在仪器的杠杆上 让肢体带动杠杆做全关节活动范围 的往复运动 在此过程中 仪器对肢体的阻力随肌力的变化而变化 二者成正比改变 使肢体 的运动始终保持在某一相同的速度上 故又有人将等速运动称为 可 调 节 抗 阻 运 动 accommodating resistance training 6 当肢体主动运动时 欲保持其速度不变 则肌力强时 杠杆的阻力大 从而 肌肉负荷大 肌 张力高 力矩 肢体绕关节转动时 肢体的力量与用力点到关节垂直距离的乘积 输出增加 反之 当肌力弱时 杠杆的阻力随之减小 肌肉负荷亦降低 肌张力低 力矩输出减少 因此 当肢体被限制在不同的速度下进行等速运动时 测定力矩等参数 可判定肢体肌肉的功能状况 由于仪器对肢体产生的阻力 即肌肉负荷 是根据受试者的肌力随时调节的 肌力 和阻力呈作用力与反作用力的关系 因此无论怎样也不会超过肌肉本身的负荷极限 这样 一 方面保证了肌肉在关节活动的各个角度都可以达到最大收缩程度 5 另一方面又不至于造成过 度损伤 例如 在疲劳 疼痛 损伤等情况下 由于肌力降低 肌肉负荷量会随之减少 所以 不会造成或加重肌肉的损伤 1 4 常用肌力检查法与等速肌力 测试 目前常用的肌力检查法主要有行手肌力检查法 等长肌力检查法 等张肌力检查法等 临床上最常用的是徒手肌力检查法 manual muscle test MMT 它是 Lovett 和 Martin 于 1916 年提出的 在以后的实践中有所修改 至今仍广泛使用 MMT 是根据肌肉收缩时 能产生的可见收缩 关节活动 抵抗重力及抵抗外加阻力的不同情况 将肌肉力量由弱到强分 为 6 极 即 0 5 级 肌肉无收缩能力为最低级 0 级 肌肉收缩可抵抗为高级 5 级 MMT 简便易行 不需要任何辅助工具 因此很受临床医生的欢迎 但是 MMT 分级只有六 级 量化程度不够理想 并且判定标准由检查者主观认定 检查结果易受多种主 客观因素的 影响 准确性较差 往往不能满足临床和科研的较高要求 等长肌力检查法是在肌肉收缩保持其长度不变时 将所能负担的最大负荷 作为它的 等长肌力 可用握力计 捏力计 拉力计等进行测定 但是等长收缩局限于关节活动的某一角 度 只是一种静态的形式 等张肌力检查法是根据肌肉等张收缩时产生关节运动的特点 在被测肢体上施中可度 量的重是做为阻力 肌肉收缩时所能带动的最大重量即为该肌肉的等张肌力 肌力测定利用沙 袋 砝码 滑轮等进行 等张收缩的最大负荷量只能达到关节活动范围内最弱点的最大值 不 能反映其他各点的肌力情况 等长肌力检查法和等张肌力检查法虽可获得准确的肌力数值 但 均有其局限性 且安全性不易保证 相比之下 用等速运动的方法进行的等速肌力测试 由于它是一种全关节的连续动态 测试 并且测试过程中肌肉的负荷量是随着肌肉的功能状态可以调节的 因此 不仅可以获 得准确的肌力量化数值 又可以反映关节活动范围内各点的肌力情况 而且不易造成过度损伤 三种量化的肌力测试方法的主要区别点见下表 7 8 综上所述 等速肌力测试的特点为 能在全关节活动范围内进行 肌肉收缩力在关节 运动的各个角度均可达到最大值 运动过程中阻力随肌力大小改变 可以调节 运动速度可控 制等 因此 等速肌力测试具有其他任何肌力检查法无法比拟的优越性 2 等速肌力测试训练仪的发展简史 早期的等速装置 如 Orthotron 是根据流体力学的原理设计的 一套液压传动装置对 肢体的运动速度进行控制 主要用于膝关节的训练 9 1969 年 Cybex 型告等速肌力测试训练仪问世 它是一台带有双频道电子描记系统的 仪器 在肢体进行等速运动时 能同时描记出一个关节两组拮抗肌群的力矩及相应关节活动的 角度 其基本构造为 动力仪 速度控制器 双频记录仪 电脑 座椅及附件几个部分 利用 不同的附件可进行四肢各大关节 如 肩肘 腕 髋 膝 踝的各种关节活动的肌力测试和训 练 近十来年 等速肌力测试训练仪的种类不断增加 各种类型的更新换代非常快 仪器 的功能也突破了单纯的肌力测试和训练 而扩展到肌肉功能的 多方面测评 如有的仪器带有 同步肌电图描记系统 有的有生物反馈装置 有的甚至可以进行酶学和耗氧量的测试 为临床 和科研带来极大方便 为适应不同的需要 新型的等速肌力测试训练仪还增加了离心 被动 等长 等张等多种运动模式 使这种仪器的功能更加丰富 形成了一个全面的肌肉功能测试和 训练系统 10 3 等速肌力测试训练仪的构造及使用 新型的等速肌力测试训练仪 如图 一般包括 电脑 机械限速装置 打印机及座椅和 附件四个基本部分 仪器的运行控制和数据分析处理均由电脑管理 测试结果既可以通过电脑 屏幕显示 也可以打印输出 附件为配合不同关节 肌肉的测试和训练所设 等速肌力测试训练集锦 操作十分简便 测试和训练时 首先选择合适的附件 连接 在限速装置上 然后开机 调用所需程序 进行设定 最后 固定肢体于起始位 受试者做好 准备即可开始 原则上 训练时运动强度应由弱到强 不宜一开始就做最大量的训练 另外 训练必须与测试相结合 随时进行调整 4 等速肌力测试仪的功能 测试和训练并举是等速肌力测试训练仪的最大特点 4 1 测试功能 等速肌力测试训练仪可测试的参数较多 主要的有 1 24 1 力矩 torque 即作用力与力臂的乘积 它是反映肌肉收缩力量的数值 包括 峰力矩和平均力矩 峰力矩即肌肉收缩力量的最大值 是目前肌力测定中最常 用的一个指标 平均力矩是指多次重复收缩活动的峰力矩的平均值 它可以更 好地反映峰力矩的情况 在一次关节的屈 伸活动中 可以同时测出屈肌和伸 肌 一组拮抗肌群 的力矩 2 最佳用力角度 产生峰力矩时的关节角度 是关节功能正常的一个特异性指标 3 肌肉做功量 为力与运动距离的乘积 是反映关节活动能力的一个指标 包括总 功和功率两个参数 总功是肌肉收缩所做的全部的功 即力矩曲线下的总面积 是肌肉功能障碍的敏感指标 平均功率是指单位时间所做的功 为一个运动速度 的指标 反映肌肉实际做功的能力 4 到达峰力矩时间 指肌肉开始收缩至到达峰力矩所用的时间 可作为肌肉爆发力 的客观指标 5 耐力比和疲劳指数 受试者反复屈伸活动 20 次 前 4 次的做功量与末 4 次之比 即为耐力比 肌肉连续收缩后 在连续的力矩曲线上峰力矩值下降 其下降的速 度即疲劳的快慢 是反映肌肉耐力的指标 6 拮抗肌力矩比 F E 屈肌 如动肌 与伸屈 拮抗肌 的力矩之比 反映拮 抗肌之间的平衡情况 以及关节稳定性 7 峰力矩与体重比 又叫相对峰力矩或重力效应矩 是指最大力矩占体重的百分率 因此更能反映个体情况 8 关节活动范围 range of motion ROM 即关节一次屈 伸所经过的角度 此外还有两条重要的曲线 为矩曲线和相应的关节活动曲线 可以直观地反映力矩和关节活动 的连续变化 目前较新型号的仪器还可以根据需要给出多种曲线和直方图 十分方便 4 2 训练功能 等速测试训练仪可选择的训练方式较多 应根据不同情况灵活使用 1 多重速度肌力强化训练 即用多种速度进行肢体运动的训练来增强肌力 等速肌力测试训练仪的速度谱 velocity spectrum 一般在 0 600 s 弧度 之间 每隔 30 s 一档 连续可调 0 60 s 为慢速 60 180 s 为中速 180 600 s 为快速 慢速运动有助于肌肉力量的提高和爆发力训练 快速运动有利于增强肌肉耐力 研究表明 快速收缩时 关节内压力明显减低 因此适用于关节损伤或手术后 的早期训练 11 2 限弧训练 限弧训练 short arc training 为控制关节活动范围的肌力训练 因为等速 肌力测试仪可以明确指出关节运动中疼痛和损伤的部位 所以可利用限定动作 弧度的方式 避开这些角度 亦适用于特别针对某一角度的肌力训练 3 被动运动训练 被动运动训练 continuous passive motion CPM 是由机器设定程序带动肢 体运动 这使弱肌力患者的测试和训练成为可能 因为主动的等速运动要求肌 力在 3 级 MMT 以上 即起码要有克服肢重活动的肌力 而被动的等速运动 可以不受肌力低的限制 持续的被动牵位可以提高痛阈 适用于关节冷疾病或 手术后防止粘连 扩大关节活动度 促进肌力恢复的训练 4 等长收缩训练 利用仪器的等长收缩模式 在保持肌肉长度不变时 逐渐增加肌肉的负荷 有 利于刺激肌纤维的生长和肌力的提高 5 等张收缩训练 利用仪器的等张收缩模式 逐渐增加肢体带动的负荷 有助于提高肌肉耐力 5 等速肌力训练测试仪的优点 综上所述 我们可以看出等速测试训练仪具有以下几个突出优点 1 先进 全套系统实行计算机控制 操作程序化 数据分析自动化 大大缩短了测 试时间 减轻人为劳动 方便 实用 效率高 2 安全 等速运动本身不易造成肌肉关节的损伤 新型仪器在增加其他功能的同时 亦增加了相应的保护装置 因此可以放心使用 3 准确 等速测试的可靠性已被许多研究反复证明 25 31 4 多功能 可以提供多种运动模式 等速向心 等速离心 被动运动 等张 等长 等运动 多重速度选择 多项测试参数 可用于多个关节 肩肘 腕 髋 膝 踝及腰背肌 6 等速肌力测试训练仪的应用范围 等速肌力测试训练仪的功能是进行关节 肌肉运动功能的评定和训练 因此可用于各种 原因所致的运动系统损伤的辅助诊断 康复治疗 疗效评价和预防 6 1 骨科疾病 尤其是膝关节病变最为常用 因为膝关节疾病的发生率相当高 11 Kannus 曾指出 等速测试的出现 无疑对评定各种膝关节疾患及治疗效果具有很大的实用价值 12 许多 疾病 如 前十字韧带损伤 髌骨半脱位 髌骨软化 滑膜皱襞综合症 膝关节疼痛综合 症等 在等速测试的力矩曲线上均有明显表现 13 15 此外 等速测试还可为膝关节手术 前后的运动功能恢复情况提供客观指标 也用于膝关节稳定性研究 16 运动损伤的预测 等方面 17 其他关节的应用 如 肩关节 肩关节脱位 肩痛给定症等 肘关节 肱骨内上髁 炎等 髋关节 全髋形成形术 腰间盘病变 以及利用等速测试作远期随试方等均有 报道 10 18 6 2 神经内 外科疾病 神经系统病变 如 运动神经元病 周围神经系统疾病 脑血管病 脊髓损伤等 常常累及运动系统 造成肌肉瘫痪 萎缩 痉挛等病变 对于运动系统的功能评价 有助 于了解原发病的程度 辅助诊断 10 19 通过运动训练可以促进原发病的好转 改善病人 生活质量 20 6 3 运动医学和体育训练 利用等速测试的方法可以建立正常人运动模型 21 进行运动损伤的预测和研究 17 亦可作为选拔运动员的一种测试手段 以及运动员的肌肉强化训练 22 6 4 其他 为截肢或肢体畸形患者装配假肢 矫形器 支具 提供指导性数据 23 作为某些 特殊职业的筛选测试等 7 使用等速肌力测试训练仪的注意事项 等速肌力测试训练仪是一种新兴的仪器 尤其在国内 使用经验尚不十分丰富 我们 认为以下几点值得注意 1 专人操作和必要的技术培训 这样有利于仪器的顺利使用和养护 2 测试前应让受试者做准备活动 尤其是第一次测试的患者 如果对整个过程 不熟悉 就无法很好的配合 另外 必要的准备活动有利于取得最佳测试效果 32 3 测试顺序 按照先健侧后患侧 先轻侧后重侧的顺序 另外 还应做双侧对 比 4 采取正确体位 固定要牢固 操作按规定进行 以减少系统误差 5