肥胖大學生膝關節肌力特征及動態平衡的關系

曾照宏，薛奧傳，王會會，冷洪帥，查顯俊，蒙隆敏

隨著我國經濟水平和人們的生活水平不斷提高，以及在新冠疫情的影響下，人們生活方式和生活習慣發生了改變，我國肥胖癥人數增長近一倍，且在大學生中的增長趨勢最為嚴峻[1]。肥胖是引起各種慢性病的重要因素，例如：導致體重增大、下肢負擔加重、平衡性和靈活性降低[2]。國內外研究表明，綜合性項目運動員膝關節肌力與動態平衡能力具有正相關關系；在肥胖的青壯年中膝關節屈肌肌力與動態平衡能力具有正相關關系，但膝關節伸肌肌力與動態平衡沒有表現出相關性[3，4]。超重肥胖會降低中老年人的動態平衡能力[5]。但仍未有文獻闡述肥胖對大學生動態平衡能力的影響及其影響因素，目前，針對肥胖對大學生動態平衡能力影響的研究較少；同時，考慮到肥胖大學生人數日益增多；且性別、年齡、肥胖、體育鍛煉以及下肢三關節肌力，尤其是膝關節肌力會對平衡能力產生影響[6，7]。本研究以肥胖大學生為研究對象，研究肥胖對大學生動態平衡能力的影響，為肥胖大學生的減脂及預防運動損傷提供理論依據。

平衡，被定義為機體在支撐面(base of support，BOS)維持身體重心(cen-treofmass，COM)的能力，是維持穩定姿勢的必要條件之一[8]。其中，平衡分為動態平衡、靜態平衡，人體是運動的，因而動態平衡被認為是影響肌力、關節穩定性和運動表現的重要影響因素。Y-BT(Y-balance test)測試是由W.G.GARY發明的星形偏移平衡測試(star excursion balance test，SEBT)演變而來是動態平衡能力的常用測試方法，廣泛運用于對機體動態平衡能力的評估[9]。本研究運用Y型平衡測試儀對受試者進行測試，收集受試者左右側單腿支撐時前、后內、后外三個運動方向的伸展能力，可以有效分析人體單腿支撐時維持身體重心的能力。

等速肌力測試是評估膝關節肌力特征的金標準，廣泛運用于機體運動能力評估和運動損傷防護及康復等領域[10，11]。運用等速肌力測試系統對膝關節屈伸肌肌力進行分析研究具有安全有效、可重復性高及測試結果反饋直接等優點[11]。本研究運用等速肌力測試系統可有效地展示出膝關節屈伸肌群(股四頭肌quadriceps，Q、腘繩肌hamstring，H)的肌力狀況；通過等速肌力測試相關指標分析股四頭肌與腘繩肌膝關節屈伸肌力特征及對稱性。

綜上所述，本研究以在校肥胖大學生作為研究的對象，運用IsoMed2000等速肌力測試系統測試膝關節向心(concentric，c)肌力和離心(eccentric，e)肌力；運用Y型平衡測試儀測試動態平衡，探討肥胖對大學生動態平衡能力的影響及其影響因素，肥胖大學生膝關節屈肌、伸肌的肌力與動態平衡能力的關系，為肥胖影響大學生健康及預防運動損傷提供理論依據。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

在遵義醫科大學發放問卷調查100份，根據體脂率(body fat percentage，BF%)分級[12，13]，男生BF%≧25、女生BF%≧30為肥胖組，男生BF%10～18、女生BF%18～25為對照組，肥胖組學生共19名(男8名、女11名)，并選取運動習慣相似的對照組19名(男8名、女11名)，肥胖組和對照組之間除BF%外其他基本情況無統計學差異(P>0.05)。兩組均無重大傷病史，運動能力良好。測試納入標準：在測試前無傷病損傷情況，能正常參加訓練，受試者基本信息情況見表1。

表1 受試者基本信息

1.2 研究方法

1.2.1 等速肌力測試

運用IsoMed2000等速肌力測試系統對受試者膝關節屈伸肌肌力進行測試，所有受試者均以右側膝關節作為測試側，由專業測試人員進行等速肌力測定，測試前受試者進行5min熱身運動，專業測試人員完成受試者基本信息錄入(包括測試時間、姓名、年齡、性別、身高、體重等)儀器常規校準以及參數設置。實驗測試指標包括峰力矩peak torque，PT、做功量Work；并計算相對峰力矩(PT/BW)、屈伸肌肌力比值：常規比Hc向心：Qc向心、功能比He離心：Qc向心。

測試前先向受試者說明測試的方法，降低受試者緊張情緒。采取開鏈向心、離心(conc-ecc/ecc-conc)收縮模式，受試者坐位，髖關節屈曲狀態，使用繃帶固定測試側大腿，避免代償模式運動，用運動臂末端的阻力墊繃帶固定在小腿下1/3，固定臂在測試側，與受試者大腿矢狀面平行，用激光探頭進行定位[14]。以膝關節伸展位10°為起始位，測試范圍為10°-90°，角速度選擇60°/s，角速度60°/s能更好地反映膝關節屈伸肌群的力量水平[4，15]，重復活動5次。在測試的過程中要求并鼓勵受試者每次盡全力完成膝關節的屈伸運動。為了降低實驗數據誤差，數據的采集，取中間3次運動相關指標值的平均值為測試結果。

1.2.2 動態平衡

測試運用Y型平衡測試儀對受試者下肢動態平衡能力進行測試，所有受試者均完成三個方向的運動(前側、后內側、后外側)，受試者穿著運動裝，由專業測試人員進行動態平衡能力測定，測試前受試者進行5min熱身運動，支撐側腿大腳趾位于儀器Y字中心起點線處，雙手叉腰，伸展腿靠近站立腳的伸肌腱作為測試的起始所有位置，從右至左按照前側(anterior，AT)、后內側(posteromedial，PM)、后外側(posterolateral，PL)3個特定運動方向進行伸展并由測試員記錄所到達的距離，測試過程中，受試者的手離開腰部以及髖關節代償性扭動，或者伸展腿不能回到起始姿勢都作為測試失敗，需要重新測試。

數據的標準化：標準值對各到達運動方向的距離進行標準化處理，以肢體長度為基準由3個運動方向的平均值/腿長×100%得到標準測試值；綜合值為3個方向的平均值[8]。

1.2.3 數理統計

2 研究結果

2.1 膝關節等速肌力測試結果

由表2可知，肥胖組與對照組在角速度60°/s膝關節屈、伸肌峰力矩的離心和向心收縮上均無顯著差異(P>0.05)；在角速度60°/s膝關節屈肌離心峰力矩和向心收縮、伸肌向心收縮的相對峰力矩上存在顯著差異(P<0.05)。

表2 膝關節在角速度60°/s等速肌力結果

由表3可知，肥胖組與對照組在角速度60°/s膝關節He：Qc、Hc：Qe等比值中肥胖組小于對照組，差異具有顯著性(P>0.05)。

表3 膝關節H：Q比值結果

2.2 動態平衡能力測試結果

由表4可知，肥胖組運動方向為前的左側和右側得分與對照組均存在非常顯著差異(P<0.01)，運動方向為后內側的左側和右側的得分與對照組存在顯著性差異(P<0.05)，左右側的綜合評分均與對照組存在顯著性差異(P<0.05)

表4 動態平衡能力結果

注*：P<0.05，肥胖組與對照組組間對比有顯著性差異；**：P<0.01，肥胖組與對照組組間對比有顯著性差異(下同)。由表5、6可知肥胖組與對照組受傷風險率無顯著性差異；在綜合得分方面，肥胖組共有15人<94%，而對照組共有6人<94%，由表6可知肥胖組與對照組受傷風險率存在顯著性差異(P<0.05)。

表5 Y-BT不對稱性的Fisher卡方檢驗分析

表6 Y-BT綜合值的Fisher卡方檢驗分析

2.3 動態平衡能力與膝關節等速肌力相關性

由圖1可知，在Y-BT左側支撐時，前側得分與屈肌向心PT呈中度正相關(r=0.46，P<0.05)、后外側得分與屈肌離心PT、伸肌向心PT呈中度正相關(r=0.49，r=0.54，P<0.05)、綜合值與Hc：Qe呈中度正相關(r=0.47，P<0.05)；在Y-BT右側支撐時，綜合值與Hc：Qe呈中度正相關(r=0.48，P<0.05)。

圖1 肥胖組Y-BT不同運動方向與做功量、H：Q的相關性分析

3 討論

3.1 膝關節肌力

在等速肌力測試系統中，通常運用峰力矩(PT)、相對峰力矩(PT/BW)來表示受試者的肌力情況。本研究通過對肥胖大學生進行膝關節肌力測試發現肥胖大學生膝關節屈肌離心峰力矩、屈肌向心、離心相對峰力矩、伸肌向心相對峰力矩小于對照組。這可能是由于肥胖大學生體重大，下肢負擔加重、平衡性和靈活性降低的原因之一，說明了膝關節肌力、股四頭肌和腘繩肌不對稱性可能是影響肥胖大學生動態平衡能力的指標之一。

等速肌力測試系統中，H：Q是膝關節的屈伸肌群峰力矩比值，主要反映關節活動中主動肌與拮抗肌的肌力均衡情況，對判斷關節穩定性有一定價值[16]。Beato[17]等研究表明常規比Hconc：Hconc低于0.55或者功能比Hecc：Qconc比低于0.7理論上有勞損風險，在本研究中選取功能比：He：Qc與Hc：Qe，評價同時發生的活動，更具功能性。研究認為膝關節H/Q值正常波動范圍在50%～80%之間，低于或超過該波動范圍易于造成膝關節運動生物力學特征改變，降低肌肉工作能力[16]。此外，研究發現膝關節H/Q比值的波動還可能與運動項目和干預方法有關，如，Sultan[18]等研究表明不同項目運動員之間H/Q存在差異，即足球運動員的膝關節H/Q比值(75%～80%)而籃球運動員的膝關節H/Q比值為(62%～63%)。本研究通過對肥胖大學生進行膝關節肌力測試發現肥胖大學生膝關節He：Qc與Hc：Qe明顯低于對照組，說明了肥胖在影響大學生膝關節屈、伸肌對稱性導致肥胖大學生動態平衡能力低。此外，本研究僅觀察了受試者在角速度60°/s慢速度下H/Q的特征，在快速度的動作下，肥胖大學生體重高、靈敏性較差，其H/Q的特征是否會產生差異需要進一步進行研究。

3.2 動態平衡能力

Y型平衡測試常用于對動態平衡能力的評估，在以往研究中，常運用伸展腿前側、后內、后外的運動距離及綜合得分來代表動態平衡能力。在Y型平衡測試中，在矢狀面、冠狀面、水平面三個不同的運動方向反映機體動態平衡能力，判斷單側支撐時身體姿勢的穩定性。唐橋[4]等研究表明了在Y平衡測試中，Y-BT的綜合得分<94%或左右側肢體同運動方向觸碰距離差>4cm時，理論上損傷風險將明顯增加。在關于Y-BT得分對損傷風險的評估上，Plisky[19]等研究也表明了綜合得分低于94%時，損傷風險增加6.5倍，兩側觸碰的距離差>4cm時，損傷風險將增加2.5倍[4]。本研究通過測試發現肥胖大學生運動方向為前的左側和右側得分與對照組均存在非常顯著差異，運動方向為后內側的左側和右側的得分與對照組存在顯著性差異，左右側的綜合評分均與對照組存在顯著性差異，表明了肥胖大學生動態平衡能力低于對照組，肥胖會影響大學生的動態平衡能力。但肥胖大學生在左右不對稱方面，肥胖組中共有15人，而在對照組中共有12人，肥胖組與對照組并無顯著性差異，而在綜合得分方面肥胖組可能存在一定的勞損風險，表明肥胖組和對照組普遍存在不對稱現象，但其對肥胖大學生風險損傷預測仍需進一步研究。

3.3 動態平衡能力與膝關節肌力的相關性

在有關動態平衡能力與膝關節等速肌力的研究當中，Tapanya[3]等研究證實，膝關節屈、伸肌肌力與Y平衡前側、后內、后外側的距離均呈正相關。唐橋[4]等研究也表明了Y平衡測試后內得分和后外得分及綜合得分與膝關節肌力的相關性較高。本研究發現肥胖大學生在Y-BT左側支撐時，前側得分與屈肌向心PT呈中度正相關、后外側得分與屈肌離心PT、伸肌向心PT呈中度正相關、綜合值與Hc：Qe呈中度正相關；在Y-BT右側支撐時，綜合值與Hc：Qe呈中度正相關(r=0.48，P<0.05)而Lee[20]等研究發現，膝關節屈肌肌力與Y-BT測試3個方向的距離均呈正相關，但膝關節伸肌肌力與之無相關性。這一現象在本研究并未得出結論，這可能是由于實驗設計、研究對象、年齡及生活習慣導致的，這一結論需要未來研究進一步佐證。

4 結論

肥胖會造成大學生的動態平衡能力，導致雙側下肢動態平衡能力不對稱，產生以上現象的原因可能是肥胖大學生膝關節屈、伸肌相對峰力矩低以及主動肌與拮抗肌不對稱性。