等速離心訓練對肩關節內外旋肌的肌力平衡及神經肌肉控制能力的影響

陳建新，田心宇，張鍵

肩關節內旋肌群與外旋肌群相互拮抗的特性以及力量的均衡性對于保持肩關節的動態穩定性和保證動作的完成質量上起到非常重要的作用。內外旋肌肌力的不平衡被認為是肩關節出現骨骼-肌肉功能障礙的主要因素之一[1]。在過肩投擲類運動的加速階段，肩關節外旋肌群需要產生離心收縮以確保在這個強有力的動作過程中肱骨頭在關節盂上始終保持合理的位置并控制肩關節內旋的速度[2]。若此時外旋肌群的離心力量與內旋肌群的向心力量明顯失衡，就會增加肩部運動損傷的風險[3]。同時，關節的穩定性是依賴于靜態穩定因素、動態穩定因素和神經系統的相互作用而實現。有研究表明神經肌肉控制弱、肌肉激活延遲與肩關節不穩定明顯相關[4-5]。因此，神經肌肉控制對于維持肩關節的穩定性也有重要的作用。

等速離心訓練（isokinetic eccentric training，IET）是一種肌肉在阻力的作用下逐漸拉長、運動環節與肌肉拉力方向相反的特殊運動模式[6]。肌肉做離心收縮時可以刺激大腦皮質及脊髓發出更多神經沖動，增加運動單位募集，并可促進膠原的再適應控制，具有低耗能、高力量的特點[7]。等速離心收縮產生的肌力要大于等速向心收縮，特別對快速力量的提高有重要作用[8]。近年來，IET已廣泛應用于體育科研和康復醫學領域，國內外已有利用IET來改善競技運動員肩關節旋轉肌群力量均衡性以及恢復受損肩關節旋轉肌群的相關研究[9-12]，但針對非運動員健康人群的研究，國內鮮見報道。本研究觀察IET對健康青年人肩關節內外旋肌的肌力平衡及神經肌肉控制能力的影響，旨在提高肩關節的穩定性，期望對降低普通青年人群在過肩投擲類運動中出現運動損傷的風險產生積極的干預作用。

1 對象與方法

1.1 研究對象 2020年12月至2021年11月在復旦大學附屬中山醫院通過發布研究對象招募廣告招募32例健康青年為研究對象。研究對象的工作性質、日常運動方式與運動強度、肩關節活動度無明顯差異。納入標準：（1）年齡18～25歲；（2）優勢側，即習慣性使用一側上肢無任何骨骼肌肉系統疾病或神經損傷；（3）近4周內未進行任何上肢力量訓練或高強度肩關節運動；（4）愿意簽署知情同意書。排除標準：（1）有嚴重心腦血管疾病；（2）妊娠期、哺乳期婦女；（3）存在肩關節活動度受限；（4）肩關節有手術史或創傷史。收集研究對象的一般資料，包括性別、年齡、身高、體質量、體質指數（body mass index，BMI），并采用隨機數字表法將研究對象分為試驗組（n=16）和對照組（n=16）。本研究經復旦大學附屬中山醫院倫理委員會批準（B2021-672）。

1.2 干預方法

1.2.1 試驗組 試驗組接受IET，研究對象先進行5 min熱身運動，包括肩關節拉伸和各個方向的主動活動。后采用Biodex System 4 Pro多關節等速肌力測試與訓練系統（美國Biodex公司）對優勢側肩關節內、外旋肌群進行IET，分別在60（°）/s、120（°）/s速度下進行，每組重復10次，組間休息1 min。訓練過程中，采取坐位，肩關節處于肩胛骨平面外展45°，肘關節屈曲90°，活動范圍為內旋45°～外旋45°。利用言語激勵研究對象，讓其盡最大努力完成動作，同時提示其避免肩內收、肩屈曲、聳肩等代償動作。每周訓練2次（間隔3～4 d），連續訓練4周。

1.2.2 對照組 對照組接受連續被動運動訓練，采用Biodex System 4 Pro系統中的連續被動運動模式，研究對象完全由設備帶動肩關節以恒定的速度進行內外旋運動，無需主動用力。除訓練方式不同外，訓練程序、訓練體位、訓練時間與試驗組完全相同。

1.3 評估方法 訓練開始前1周，采用Biodex System 4 Pro系統對研究對象優勢側肩關節內、外旋肌群進行測試。測試前研究人員向研究對象詳細介紹整個測試流程和注意事項。隨后研究對象先進行5 min熱身運動，然后進行等速測試。在正式測試前會讓研究對象先模擬測試，待其了解后正式開始測試。先選擇外旋肌群進行向心/離心模式測試，分別在60（°）/s和120（°）/s速度下進行，每組用最大力量重復5次，組間休息1 min；再選擇內旋肌群離心/向心模式測試，分別在60（°）/s和120（°）/s兩組速度下進行，每組用最大力量重復5次，組間休息1 min。訓練結束后1周對兩組進行隨訪測試（與訓練開始前測試的內容和要求一致）。

1.4 評估指標

1.4.1 功能性比率（functional ratio，FR） 即“拮抗肌離心峰力矩/主動肌向心峰力矩”，是反應關節動態穩定性的重要功能性指標[13-14]。峰力矩是指肌肉收縮產生力量過程中，力矩曲線上最高的力矩值。本研究于訓練開始前1周及訓練結束后1周，分別在60（°）/s和120（°）/s兩組速度下測得肩關節外旋肌群（拮抗肌）產生的離心峰力矩和內旋肌群（主動肌）產生的向心峰力矩，即得出相應速度下的FR。當FR<1時，就會增加肩關節運動損傷的風險。既往研究表明，當FR在1.08～1.17時，肩關節內外旋肌肌力處于較均衡的狀態，從而使得個體在過肩投擲運動加速過程中其肩關節的外旋肌群能牽制過度活躍的內旋肌群，以減少運動損傷的發生[13，15-17]。

1.4.2 加速時間（acceleration time，AT） 為肌肉在最用力收縮過程中從初始收縮到達預設角速度的時間，是反映神經肌肉控制能力的指標之一[18-20]。作為評估指標，其優點是非侵入性，且不受皮下脂肪層的影響[20]。AT單位以毫秒（ms）表示，值越小代表神經肌肉控制能力越強。

1.4.3 達峰力矩時間（time to peak torque，TPT） 為肌肉在最用力收縮過程中從初始收縮到達峰力矩的時間，是反映肌肉快速產生力矩的能力，即神經肌肉控制的反應效能[18，20]。TPT單位以毫秒（ms）表示，值越小代表神經肌肉控制能力越強。

1.5 統計學方法 采用SPSS 17.0統計學軟件進行數據分析。以Kolmogorov-Smirnov方法對數據進行正態性檢驗，符合正態分布的計量資料以（±s）表示，兩組間各指標比較采用獨立樣本t檢驗，組內干預前、后各指標比較采用配對t檢驗。計數資料以相對數表示，組間比較采用χ2檢驗。以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組一般資料比較 試驗組研究對象全部完成了4周的訓練干預和評估，對照組2例研究對象中途退出。最終，共30例研究對象數據納入統計學分析。試驗組的男女比例、年齡、身高、體質量、BMI與對照組相比，差異無統計學意義（P>0.05），見表1。

2.2 兩組干預前、后FR的比較 在60（°）/s和120（°）/s速度下，試驗組干預后FR高于對照組，差異有統計學意義（P<0.001）；試驗組干預前FR與對照組相比，差異無統計學意義（P>0.05）。在60（°）/s和120（°）/s速度下，試驗組干預后FR高于干預前，差異有統計學意義（配對t檢驗：t60（°）/s=-7.881，P<0.001；t120（°）/s=-6.563，P<0.001）；而對照組干預后FR與干預前相比，差異無統計學意義（配對t檢驗：t60（°）/s=-0.868，P>0.05；t120（°）/s=1.765，P>0.05）。見表2。

表2 兩組干預前、后FR比較（±s）Table 2 Comparison of functional ratios between two groups before and after intervention

表2 兩組干預前、后FR比較（±s）Table 2 Comparison of functional ratios between two groups before and after intervention

注：FR=功能性比率；a表示與干預前相比P<0.05

組別 例數 60（°）/s 120（°）/s干預前 干預后 干預前 干預后對照組 14 0.54±0.14 0.57±0.18 0.68±0.22 0.60±0.15試驗組 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 兩組干預前、后內外旋肌AT的比較 在60（°）/s和120（°）/s速度下，試驗組外旋肌、內旋肌干預后AT低于對照組，差異有統計學意義（P<0.05）；試驗組的外旋肌、內旋肌干預前AT與對照組相比，差異均無統計學意義（P>0.05）。在60（°）/s和120（°）/s速度下，試驗組外旋肌干預后AT低于干預前，差異有統計學意義（配對t檢驗：t60（°）/s=2.383，P<0.05；t120（°）/s=2.849，P<0.05）；試驗組內旋肌干預后 AT 低于干預前，差異有統計學意義（配對t檢驗：t60（°）/s=3.138，P<0.05；t120（°）/s=2.839，P<0.05）；對照組外旋肌干預后AT與干預前相比，差異均無統計學意義（配對t檢驗：t60（°）/s=-1.486，P>0.05；t120（°）/s=-0.615，P>0.05）；對照組內旋肌干預后AT與干預前相比，差異均無統計學意義（配對 t檢驗：t60（°）/s=-1.472，P>0.05；t120（°）/s=-1.027，P>0.05），見表3。

表3 兩組干預前后內外旋肌AT比較（±s，ms）Table 3 Comparison of the acceleration time of internal and external rotators between two groups before and after intervention

表3 兩組干預前后內外旋肌AT比較（±s，ms）Table 3 Comparison of the acceleration time of internal and external rotators between two groups before and after intervention

注：AT=加速時間；a表示與干預前相比P<0.05

60（°）/s組別 例數120（°）/s外旋肌 內旋肌 外旋肌 內旋肌干預前 干預后 干預前 干預后 干預前 干預后 干預前 干預后對照組 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試驗組 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 兩組干預前、后內外旋肌TPT的比較 在60（°）/s和120（°）/s速度下，試驗組外旋肌、內旋肌干預后TPT低于對照組，差異有統計學意義（P<0.05）；試驗組的外旋肌、內旋肌干預前TPT與對照組相比，差異均無統計學意義（P>0.05）。試驗組外旋肌干預后TPT與干預前相比，差異無統計學意義（配對t檢驗：t60（°）/s=1.108，P>0.05；t120（°）/s=2.025，P>0.05）；試驗組內旋肌干預后TPT與干預前相比，差異無統計學意義（配對 t檢驗：t60（°）/s=1.746，P>0.05；t120（°）/s=1.301，P>0.05）；對照組外旋肌干預后TPT與干預前相比，差異無統計學意義（配對 t檢驗：t60（°）/s=-0.466，P>0.05；t120（°）/s=-0.143，P>0.05）；對照組內旋肌干預后TPT與干預前相比，差異無統計學意義（配對t檢驗：t60（°）/s=-0.709，P>0.05；t120（°）/s=-0.008，P>0.05）。見表4。

表4 兩組干預前后內外旋肌TPT比較（±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 兩組干預前后內外旋肌TPT比較（±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=達峰力矩時間

60（°）/s組別 例數120（°）/s外旋肌 內旋肌 外旋肌 內旋肌干預前 干預后 干預前 干預后 干預前 干預后 干預前 干預后對照組 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試驗組 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 討論

肩關節是人體所有關節中活動范圍最大且運動學特征最為復雜的關節。肩關節周圍肌肉，尤其是旋轉肌群在過肩投擲類運動中對于維持肩關節的動態穩定性發揮著非常重要的作用[2-3，21]。若旋轉肌群之間存在力量不均衡問題，就容易將肩關節置于運動損傷的風險中[3]。而且青年人又是參與排球、網球、棒球、手球等過肩投擲類運動相對較多的群體，如果肩關節內外旋肌存在明顯的力量失衡，高強度運動時就容易發生諸如肩袖損傷、喙肩撞擊、盂肱關節不穩等肩關節損傷[1，21-22]。在本研究中，研究對象的基線FR普遍偏低，均值為0.54～0.68，這可能主要由兩方面因素造成：（1）解剖生理因素。肩關節內旋肌群的生理橫截面積大于外旋肌群，使得本身產生的力量輸出就要大于外旋肌群。（2）環境因素。日常生活中涉及肩關節的許多功能性動作會頻繁使用到內旋肌群，因此該肌群能得到較多鍛煉；而外旋肌群的功能性動作參與率相對較低，只在一些特定動作中出現，比如梳頭等，因此該肌群缺乏鍛煉。此外，研究對象在入組前并沒有規律的肩部肌肉訓練，使得外旋肌群暴露于先天力量欠缺的劣勢狀態中。因此，若能提前通過一些干預措施來改善這種力量失衡狀態和預防體育活動中發生運動損傷就顯得尤其有意義。

本研究發現，對肩關節內外旋肌進行4周IET干預后，在60（°）/s和120（°）/s速度下測得的FR均得到了明顯的提升，FR從遠小于1提高至略高于1，理論上表明此時肩關節內外旋肌達到了功能性力量平衡。這與NIEDERBRACHT等[23]的研究結果一致，在其研究中發現，所有肩關節FR<1的網球運動員通過5周的力量訓練干預均能使得FR>1。其背后可能的機制是：（1）等速技術在生化層面可增加肌糖原的生成，干預線粒體酶[24]；（2）等速技術的雙向生理“溢流”能夠同時訓練拮抗肌和主動肌在任何運動角度的肌肉輸出力矩，提高肌力[6]；（3）離心訓練時，肌肉在離心拉長階段能夠促使彈性能量的生成，從而增強了神經系統的放射頻率和反射募集作用[8]。此外，FR的提升表明外旋肌與內旋肌在相同的干預下，外旋肌的離心力量比內旋肌的向心力量改善幅度更大。這可能是因為肌肉在離心收縮時出現的牽張反射使得肌肉中如結締組織等彈性成分被拉長而產生了一定的阻力，導致肌肉發生了更強烈的收縮，產生了更大的離心收縮力矩[25]。FR提高后可理論上降低運動損傷的發生風險，尤其在盂肱關節不穩定的預防和康復中可產生積極的作用。COOLS等[26]在基于循證的針對盂肱關節不穩定的康復方案研究中發現，肩關節內在肌力平衡的恢復，尤其是外旋肌群離心力量的增強，對于肩關節穩定性的恢復至關重要，也可防止肩關節的再次脫位。

本研究還發現，經過IET干預后，在60（°）/s和120（°）/s速度下，內旋肌AT和外旋肌AT均低于干預前或對照組，表明肩關節內外旋肌都能更快從初始收縮到達預設角速度，肌肉激活時間更短。然而，內旋肌TPT和外旋肌TPT與干預前相比，差異無統計學意義，表明肩關節內外旋肌均未能縮短從初始收縮到達峰力矩的時間，但從數值來看有一定程度下降，且與對照組相比差異有統計學意義，這可能與樣本量偏小有關。HESS等[27]通過肌電圖研究發現，存在肩關節不穩定的投擲運動員在做快速外旋動作時，內旋肌表現出一定程度的肌肉激活延遲，這表明肩關節內外旋肌肌力失衡與神經肌肉控制可能存在一定關聯。而本研究表明肩關節內外旋肌通過IET干預達到肌力均衡后，神經肌肉控制能力得到了明顯的改善。這可能是因為旋轉肌中的機械感受器，如Ruffini小體、肌梭、Golgi腱器官以及Pacinian小體等通過離心訓練變得敏化，能更快速地感知肌肉長度的變化并調整肌肉張力，從而改善了本體感覺并強化了神經肌肉控制能力[28-29]，但具體機制仍有待進一步研究。同時，ZECH等[30]在一項系統綜述研究中發現，神經肌肉控制對關節的功能發揮以及損傷預防有明確的作用。因此，本研究認為IET可促使中樞神經系統通過不斷地適應性練習建立良好的神經肌肉反應，對肌肉的激活更快，使肌肉產生最佳的活動模式，并保證動作的協調穩定，從而降低損害的發生。

本研究也存在一些不足之處：（1）試驗只納入了18～25歲的健康青年，因考慮到該年齡段人群對于過肩投擲類運動的參與度較高，故本研究的結果不能代表其他年齡群體；（2）因設備能力所限，試驗選擇的測試速度很難模擬實際過肩投擲類運動中的肩關節旋轉速度。有研究記錄到肩關節內旋速度最高可達6 100（°）/s～7 510（°）/s[31]，這表明本研究的結果并不能完全反映實際運動中的真實情況；（3）本研究的樣本量相對較小，今后仍需要進一步擴大樣本量以提高試驗結果的可靠性；（4）本研究僅通過試驗結果理論推斷改善肌力平衡和神經肌肉控制能力可以預防或減少運動損傷，并沒有通過調查真實損傷情況進行驗證，所以IET對于預防運動損傷的效果仍有待進一步研究。

綜上所述，IET能夠提高肩關節內外旋肌的肌力平衡，保持肩關節的動態穩定，并能改善神經肌肉控制能力，以此可能降低運動損傷的風險。該訓練值得在健身場所向普通人群以及過肩投擲類運動愛好者推廣，以提高其運動損傷預防的意識。

作者貢獻：陳建新進行研究設計與實施、數據收集及分析以及論文的撰寫；田心宇輔助進行數據收集及整理；張鍵負責研究指導，對文章整體負責。

本文無利益沖突。