上肢肩肘關節(jié)協同運動特征分析

洪躍鎮(zhèn)，隋建鋒，季林紅，盧茜，畢勝

上肢肩肘關節(jié)協同運動特征分析

洪躍鎮(zhèn)1,2，隋建鋒1，季林紅1，盧茜3，畢勝3

[摘要]目的量化分析肩肘關節(jié)協同施力所表現出的特征。方法利用測量平臺的三維力傳感器，分別記錄1名健康男性受試者在肩部與肘部進行獨立運動時，前臂與上臂的橫向力。受試者以最大橫向力的100%、75%、50%、25%分別完成肩外展、肩內收、肘屈曲、肘伸展4個動作，用主動動作力與連帶動作力之比作為前臂和上臂協同程度的評價指數。結果肩外展時，主動運動力越低，評價指數越低，運動越不好控制；肩內收時，主動動作力下降對評價指數無明顯影響；肘伸展時，主動運動力下降，評價指數上升；相對其他動作，肘屈曲時，評價指數變化不規(guī)律，提示較難控制協同運動的方向及大小。結論人體對上臂的控制難于前臂。

[關鍵詞]聯合運動；協同運動；肩；肘；評價指數

[本文著錄格式]洪躍鎮(zhèn)，隋建鋒，季林紅，等.上肢肩肘關節(jié)協同運動特征分析[J].中國康復理論與實踐, 2015, 21(11): 1319-1324.

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聯合運動也叫異常的協同運動，是偏癱患者患側經常出現的異常姿勢反應，由健側或患側的主動運動所誘發(fā)，在上肢最易觀察到[1]。研究表明，上肢異常的協同運動是一種無意識反應，由于用力或保持姿勢穩(wěn)定而出現[2-3]，除了發(fā)生在一些神經系統(tǒng)疾病外，也可以發(fā)生在神經系統(tǒng)未發(fā)育成熟的兒童[4]和健康成人在進行不熟悉的動作或用力的動作時[5]。

聯合運動在臨床已經廣泛研究，但大多限于描述，少有定量的臨床評定[6]。

對患者運動功能的評價和分析是決定治療方案的關鍵步驟，治療效果的判斷也依賴于評定結果之間的比較[7-8]，故對協同運動進行客觀有效的量化評價意義重大。

目前涉及協同運動特征評價方法的研究較多[9-12]，主要有徒手肌力檢查法、運動評估量表、Brunnstrom評價法、上田敏評價法、Bobath評價法、簡式Fugl-Meyer評定量表等。徒手肌力檢查法檢查對象是單個肌肉或肌群，方式是觀察單關節(jié)運動時肌肉或肌群的運動能力[13]。運動評估量表用于評估患者總體功能活動能力，沒有涉及協同運動模式的評估[14- 15]。Brunnstrom法描述了偏癱運動功能恢復的6個階段，據此將運動功能水平分為6級[16]。上田敏法將Brunnstrom 6級分類法細化為12級，仍為分級評定。Bobath評價法對運動功能的評價主要限于姿勢張力和運動模式，將評價與治療融為一體[17]。Fugl-Meyer等學者則在Brunnstrom方法的基礎上制定了Fugl-Meyer身體功能測量量表[18-20]。后3種評價方法認識到腦損傷后運動功能障礙的特點和運動模式的變化，較徒手肌力檢查法籠統(tǒng)評價偏癱患者的運動功能是一大進步[7]，但仍然缺乏實驗數據作為支撐。

從定性角度看，異常協同運動的異常性體現在偏癱后運動方式、肌肉受力力量區(qū)別于健康人[21-22]。目前缺乏對協同運動的量化評價研究，對正常人上肢動作規(guī)律還缺少總結，特別是缺少相關的實驗數據和案例[23-25]。

本研究采用三維力傳感器測量上肢實施協同收縮運動時的橫向分力，定義評價指數，以其變化規(guī)律反映上肢協同運動的特點和控制能力，從而建立一種對協同運動的功能評價方法。以期在前期用于評價癱瘓程度，確定治療方案；在中期評價治療效果，改進治療方案；在后期作為康復的依據[26]。

1　對象與方法

本研究以自行研制的偏癱手臂靜力力量測量儀器為平臺。平臺以經過受試者胸、腹部的帶子將其軀干固定于椅背上，固定受試者腕部并使指尖正對自身的正中矢狀位[27]。能夠實現受試者上肢肩外展75°、屈曲40°，肘屈曲90°，還可以實現測量上臂和前臂在動作平面X、Y兩方向的力和垂直于動作平面的力矩(圖1)。

實驗對象為1名健康的男性青年(約30歲)。受試者上肢以100%、75%、50%、25%最大力量分別進行肩外展、肩內收、肘屈曲、肘伸展4個動作，通過兩個三維力傳感器測量動作時上臂、前臂的橫向分力，計算主動作/協同動作橫向力之比作為評價指數。符號為正表示上臂、前臂力內外方向相同，符號為負表示上臂、前臂力內外方向相反。

實驗步驟：①系統(tǒng)測試，傳感器調整零點；②受試者準備活動，練習被測上肢4個動作以保證理解并完成動作；③將受試者后背及手臂固定于測試架上，進行肩外展最大靜力性收縮測定，記錄數值；④受試者依次按照75%、50%、25%的最大橫向力執(zhí)行上述肩外展動作，并保持相同時間，每次收縮后均反饋告知是否成功，記錄三維力傳感器上臂、前臂橫向力數值；每個力量重復3次。肩內收、肘屈曲、肘伸展等3個動作按照類似步驟進行。

2　結果

2.1肩外展

肩外展上臂最大橫向力為85～90 N，力的方向垂直于上臂向外；前臂橫向力3～5 N，方向不定(圖2)。

隨著肩外展主動作力量下降，評價指數絕對值大小逐漸遞減，連帶動作相對力度上升，連帶動作的干擾影響逐漸突出。見表1。

表1　肩外展不同橫向力主動/協同特征分析

2.2肩內收

肩內收上臂最大橫向力為58～65 N，前臂橫向力15～35 N。方向均向內(圖3)。

隨著肩內收主動作力量下降，評價指數絕對值大小基本保持在2～3.5之間。見表2。相比肩外展，肩內收時對肘關節(jié)協同運動的方向及大小的控制能力較好。

表2　肩內收不同橫向力主動/協同特征分析

2.3肘伸展

肘伸展前臂最大橫向力80～88 N，方向向外；上臂橫向力10～15 N，方向向內(圖4)。

隨著肘伸展主動作力量下降，評價指數絕對值逐漸上升。見表3。相比肩關節(jié)，肘伸展時協同運動的方向及大小控制較好。

表3　肘伸展不同橫向力主動/協同特征分析

2.4肘屈曲

肘屈曲前臂最大橫向力在85～110 N，方向向外；上臂橫向力在15～20 N，方向不定(圖5)。

肘屈曲主動作力量下降，評價指數絕對值呈先上升后下降的趨勢。見表4。該實驗數據誤差較大，還需進一步驗證。但可提示，與其他3個動作相比，肘屈曲時人體對協同運動的方向及大小的控制能力均比較差。

表4　肘屈曲不同橫向力主動/協同特征分析

圖2　不同肩外展主動橫向力時上臂、前臂力量曲線

圖3　不同肩內收主動橫向力時上臂、前臂力量曲線

圖4　不同肘伸展主動橫向力時上臂、前臂力量曲線

圖5　不同肘屈曲主動橫向力時上臂、前臂力量曲線

3　討論

肩外展上臂向外用力，前臂連帶動作力的方向不定；隨著主動作力量的下降，協同運動的干擾逐漸突出，動作趨于難以控制。肩內收上臂向內用力，前臂連帶動作力的方向也向內；主動作力量下降，人體的運動控制難度沒有上升。肘伸展前臂向外用力，上臂連帶動作力的方向向內；隨著主動作力量變小，人體運動控制能力上升。肘屈曲前臂向外用力，上臂連帶動作力的方向不定；與其他3個動作相比，肘屈曲時人體運動控制能力較差。

總體來說，人體控制上臂運動要難于前臂，原因可能是上臂運動需要募集肌肉數量更多，上臂神經分布密度低于前臂，導致神經對肌肉控制減弱。

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·輔助技術·

作者單位：1.清華大學摩擦學國家重點實驗室智能與生物機械分室，北京市100084；2.中國航天員科研訓練中心人因工程重點實驗室，北京市100094；3.解放軍總醫(yī)院康復醫(yī)學中心，北京市100853。作者簡介：洪躍鎮(zhèn)(1988-)，男，漢族，福建漳浦縣人，碩士研究生，主要研究方向：康復工程、生物機械。通訊作者：季林紅、畢勝。E-mail: jilh@tsinghua.edu.cn(季林紅)、13661102947@163.com(畢勝)。

ForceCharacteristicsof SynergisticMovement between Shoulder and Elbow Joints

HONGYue-zhen1, SUI Jian-feng1, JI Lin-hong1, LU Xi2, BI Sheng2
1. Division of Intelligent and Biomechanical System, State Key Laboratory of Tribology, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 2. National Key Laboratory of Human Factors Engineering, ChinaAstronaut Research and Training Center, Beijing 100094, China; 3. Rehabilitation Medical Center, the General Hospital of Chinese People's Liberation Army, Beijing100853, China

Abstract:ObjectiveTo quantizethesynergistic forcein movement of upper limbsbetween shouldersand elbows. MethodsThetransverse forces of elbows and shoulders during movement were recorded in a healthy adult with an upper-limb-force-measuring plate form which comprised of 2 three-dimensional forcesensors, respectively. Then heperformed shoulder abduction/adduction and elbow extension/ flexion at 100%, 75%, 50% and 25% of themaximum contraction force, respectively. Theratio of theactiveaction forceand thejoint action force(named assessment index) wasused to assessthesynergistic degreeof theforearm and theupper arm. ResultsIn theshoulder abduction motion, theassessment index decreased asthestrength of activeaction decreased, meant interferenceof joint action increased. However, it wasalmost stablein theshoulder adduction, increased in theelbow extensionas, and wasirregular in theelbow flexion, astheactiveactionstrengthdecreased, respectively. Conclusion It may bemoredifficult tocontrol upper armthantheforearm.

Keywords:associatedmovement; synergisticmovement; shoulder; elbow; assessment index

(收稿日期：2015-01-03修回日期：2015-02-03)

基金項目：國家自然科學基金項目(No.81272162)。

DOI:10.3969/j.issn.1006-9771.2015.11.019

[中圖分類號]R493

[文獻標識碼]A

[文章編號]1006-9771(2015)11-1319-06