运用BTEPrimusRS系统测定人体下肢单关节肌群极限功率与肌耐力的方法学研究

史冀鹏，徐红旗，张欣，杨帆，冉令华，王安利，郑秀瑗

●博士（生）论坛Doctor Forum

运用BTEPrimusRS系统测定人体下肢单关节肌群极限功率与肌耐力的方法学研究

史冀鹏1，徐红旗1，张欣2，杨帆2，冉令华2，王安利3，郑秀瑗4

目的：明确BTEPrimusRS系统测评下肢肌群极限功率与肌耐力的测量模式选取与参数设置；并测量青年男性髋伸、膝伸与踝跖屈肌群极限功率与肌耐力。方法：40名男大学生，在BTEPrimusRS系统等张模式下，阻力矩50%等长峰值力矩（The Isometric Peak Torque，IPT）。IPT重复3次，时间3 s，间歇5 s，非爆发式静力性测量模式；等张极限功率（The Isotonic Peak Power，IPP）重复3次，时间10 s，间歇15 s，尽最快速度完成；等张极限肌耐力（The Isotonic Peak Endurance，IPE）测试要求运动幅度（90°或90°以内）与动作频率（60次/min）一定，持续运动至疲劳。结果：青年男性髋伸、膝伸与踝跖屈肌群IPT为198.56（24.53）、166.45（27.53）、154.90（25.17）N·m；IPP为161.21（28.57）、74.43（16.12）、74.62（19.91）W；IPE总功为6 460.69（2 521.18）、1 407.28（456.93）、2 259.56（771.88）J。结论：BTEPrimusRS系统能以等张模式精确测评下肢单关节肌群IPP与IPE，阻力矩为非爆发式静力性测量模式50%IPT。青年男性髋伸、膝伸与踝跖屈肌群IPT、IPP、IPE测试结果完善了人体单关节肌群生物力学特征基础参数库。

功率；等张测试；等长峰值力矩；等张极限功率；等张极限肌耐力

以往人体肌肉测试常集中在最大力量或肌肉力量的测量上[1]，并将测定结果作为参考值用于指导实践，因此康复训练计划中常强调肌肉最大力量能力的练习，这是假定力量强的肌肉其做功能力也较强。然而，肌肉最大功率仅在肌力适中时的收缩速度下出现[2-3]。此外，肌肉收缩峰值速度的发展受肌肉收缩幅度的限制，且此收缩幅度的限制为肌肉发挥最高速度的能力强加了一个时限。因此，肌肉要想达到最大功率输出，力量产生的速度必须尽可能地快，而力量产生的速度是由神经系统的活化程度与肌肉的收缩速度两方面决定的。有研究表明，人体上身肌肉静态与动态收缩时的神经激活方式不同[4]，如果肌肉极限功率与肌耐力和肌肉力量的生理学机制不同，那么等长、等速或徒手肌力的测定可能不足以确定某一个体是否存在肌肉的功能缺陷。人体肌肉极限功率与肌耐力，在完成体育运动、工业劳动和日常生活活动中起着非常重要的作用。与力量测试相比，功率测试是一种动态的过程，它涉及因肌肉收缩与放松产生的关节运动。因许多工作的完成是一种动态的做功过程，所以与静态肌力相比，动态功率是一个能较好地反应人体工作能力的指标。肌肉耐力测试是对人体肌肉的耐力水平或疲劳耐受程度的测评，是对个体执行一项特殊肌肉活动、关节运动或模拟一项特定工作时能持续时间长度的测定。因大多数活动中人体大部分肌群都在执行一个持续的工作过程，所以肌肉耐力是人体功能能力的重要部分。通过测量人体完成特定任务时的总功输出量或是持续一项活动的时间长度，可以量化特定肌群功率的保持能力。另外，在康复医学肌肉功能训练中，肌肉力量、肌肉功率与肌耐力常被用作患者肌肉功能康复程度的监测指标[5]。本研究的目的：一是明确运用BTE PrimusRS模拟仿真测试评价训练系统（Baltimore Therapeutic Equipment，BTE）测评人体下肢单关节肌群极限功率与肌耐力时的测量模式选取与测试参数的设置标准；二是对中国青年男性下肢单关节肌群极限功率与肌耐力进行测量，以完善人体单关节肌群的生物力学特征基础参数库，为体育运动技术的研究与评价，力量素质训练方法的改进与训练手段的设计及训练效果的评定，运动损伤的预防与康复训练，人工假肢的设计与研制，航空航天设计与军事训练，工农业生产操作技术的工效学评价等研究领域提供生物力学基础参数。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

未受过体育专业训练的健康普通男大学生，均在知情同意的基础上自愿参加测试，并填写《试验同意书》。为保证受试样本的代表性，以身高、体重两项目作为基础数据，据2005年《第二次国民体质监测报告》中20～25岁年龄段全国成年男性身高（（170.4±6.23）cm，n=10 344）与体重，（（63.7±10.50）kg，n=10 340）的二维分布概率，在相应的身高、体重范围中选定相应比例的人数，组成本研究40人的样本量。经单个总体均数T检验（One-Sample T Test）知，所选样本的身高、体重、BMI与全国20～25岁成年男性相比无显著性差异（P＞0.05），具体情况见表1。

表1 受试者基本情况一览表Tab.1 Basic Characteristics of Subjects

1.2 研究方法

1.2.1 测试仪器BTE PrimusRS系统、身高体重测试仪、坐位体前屈测试仪、关节角度测试仪、肢体长度测量尺、肢体宽度测量尺。

1.2.2 测试步骤（1）问卷调查。自行编制的《受试者调查问卷》由专人负责讲解与指导填写，并回收与检查；获取受试者的基本信息与健康状况，排除疾患以确保测试安全，量化受试者的日常体力活动水平，在正式测试开始前让受试者清楚本研究的测试内容，并征得同意。

（2）基本形态与素质测量。受试者着短裤、背心，由专人进行身高、体重、下肢长B、小腿长A、小腿长B、大腿围、小腿围、肩宽、坐位体前屈等9个基本形态与素质指标的测量，每个指标测两次。

（3）下肢伸肌力量特征测试。①准备活动。以下肢活动为主，准备活动的量与强度以全身发热，不感到疲劳为宜；准备活动后心率约在100～120次/min。

②测试顺序与测试姿势。测试顺序：踝关节—膝关节—髋关节。测试姿势：要求受试者测试中双臂交叉放于胸前。踝关节屈伸测试取斜躺位，踝关节转动中心与系统测试头转轴保持在同一直线上，以脚面与小腿垂直位为90°，在40°关节活动度（Range OfMotion，ROM）范围屈伸，小腿、大腿与躯干用绑带固定。膝关节屈伸测试取坐位，膝关节转动中心与系统测试头转轴保持在同一直线上，以大小腿伸直位为180°，在90°ROM范围屈伸，大腿与躯干用绑带固定。髋关节屈伸测试取平躺位，髋关节转动中心与系统测试头转轴保持在同一直线上，以大腿中立位为0°，在90°ROM范围屈伸，躯干用绑带固定（见图1）。

图1 受试者下肢单关节肌群极限功率与肌耐力测试Fig.1 The Peak Powerand Endurance Test in Lower Limb Single-JointMuscles of Subjects

③测试参数设置。等长峰值力矩（The Isometric Peak Torque，IPT）：重复测试3次，测试时间为3 s，组间间歇5 s，采用非爆发式的静力性测量模式，组内变异系数控制在10%以内。

等张极限功率（The Isotonic Peak Power，IPP）：采用50%IPT的阻力设置，测试时间10 s，组间间歇15 s，重复测试3次，受试者尽自己最快的速度完成，组内变异系数控制在15%以内。

等张极限肌耐力（The Isotonic Peak Endurance，IPE）：采用50%IPT的阻力设置，运动幅度和动作频率一定，持续运动直至疲劳。运动幅度与动作频率的设置标准为附件运动幅度达到90°或90°以内时，测试的动作频率为60次/min；附件运动幅度超过90°时，测试的动作频率为30～40次/m in。

1.2.3 数据的整理与分析本研究测试所得数据在SPSS17.0统计学软件中建立数据库，正态性检验应用单样本K-S检验，连续性变量以均数±标准差（M±S）或中位数[四分位差（25%～75%）]表示。主要涉及的数据处理与分析方法有一般统计学描述，单一样本T检验，单因素方差分析与多重比较等。

2 研究结果

2.1 等长峰值力矩的测试结果

受试者下肢单关节肌群IPT测试结果见表2。变异系数（Coefficientof Variation，CV）是一项基于平均数和标准差的统计分析量，一个度量相对离散程度的指标，反应受试者完成测试一致性程度的客观且量化的方法。CV值较高说明不同试验产生的力矩值间存在着较大的不一致性，CV值较低则说明作用力具有很强的一致性[6]。手工“提”操作工作实践指导中要求身体能力测试中，可接受的CV值上限应低于15%[7]。但加利福尼亚职业与康复机构应用BTE PrimusRS系统进行的一项研究表明，15%的上限规定过于宽泛[8]。这项研究结果表明，运用特定的附件对受试者进行测试时的CV值大多数低于10%。美国BTE国家数据库的前臂旋前与旋后测试也表明CV值低于10%[6]。由表2可知，此次下肢单关节肌群IPT测试中CV值均在10%以下，说明此次IPT测试的可靠性较好。由表2可知，下肢单关节肌群IPT测量值从大至小的顺序为：髋伸展肌群IPT→膝伸展肌群IPT→踝跖屈肌群IPT，且呈显著性降低趋势（P＜0．05）。

表2 下肢单关节肌群IPT测试结果Tab.2 The TestResultof IPT in LowerLimb Single-JointMuscles

2.2 等张极限功率与肌耐力的测试结果

受试者下肢单关节肌群等张极限功率与肌耐力的测试结果见表3与表4。BTE PrimusRS系统从5个传感器获得信息，3个（负载元件、位置传感器、速度传感器）在仪器回路内，2个（负载元件、电位表）在回路外。JAMES等人曾从此系统静动态测量特点、多次测试结果的一致性程度及测量信度3方面来验证其信效度，在20名健康男大学生进行膝关节最大用力屈伸运动中，用系统内外负载元件同时收集力矩资料来比较此系统类似的力输出和已知静态负荷及校正外负荷的动态输出，以确定力传感器的效度。利用受试者5次重复最大用力，每次间隔30 s，低力矩与高力矩间隔3min的功率试验与随后休息5min的动作检查实验，来确定每个受试者试验中与受试者个体间的信度，结果表明系统可重复性好且测试结果可靠、客观[9]。JOHN等人从不同预负荷阻力设置和多次重复测试两方面来验证系统等张功率与肌耐力测试的可靠性，29名大学生在膝关节屈曲70°时进行6 s等长最大随意收缩以获取他们的IPT，分别在20%、40%、 60%IPT阻力设置下，让每位受试者执行6次90°ROM膝伸展肌群的等张功率与肌耐力测试；间隔5～7天后进行同样的测试，共重复3次；计算3组测试间的ICC系数；结果表明平均功率测试中阻力设置为20%～60%IPT时可靠性均很好，平均总功测试阻力设置为40%～60%IPT时可靠性很好，20%IPT阻力设置时可靠性一般[5]。由此可知，在50%IPT阻力设置下，BTE PrimusRS系统等张功率与肌耐力的测试能得到可靠且客观的结果。为及时了解等张功率测试的组内信度，即作用力一致性程度，可计算重复3次等张功率测试中的CV值；受试者功率测试中会因疲劳积累因素的影响而使CV系数增大，故合适的CV值上限为15%[6，10]。由表3可知，此次下肢单肌群IPP测试的CV值均在15%以下，具有较好的信度。由表3可知，下肢单关节肌群IPP测量值的大小顺序为：髋伸展肌群IPP→（踝跖屈肌群IPP、膝伸展肌群IPP），且髋伸展肌群IPP与膝伸展肌群IPP、踝跖屈肌群IPP间有非常显著性差异（P＜0．01），但膝伸展肌群IPP与踝跖屈肌群IPP间无显著性差异（P＞0．05）。

表3 下肢单关节肌群IPP测试结果Tab.3 The Test Result of IPP in Lower Lim b Single-JointMusc les

BTE PrimusRS系统主要通过确保受试者在测试中阻力设置、运动幅度和动作频率等变量保持一致性，据受试者输出的总功量与系统测试头的角位移距离及测试持续时间的长短来量化其肌耐力的发展水平，所以测试结果包括总功（J）、距离（deg）、时间（s）三参数。由表4可知，下肢单关节肌群IPE总功（J）、距离（deg）、时间（s）测量值从大至小的顺序皆为：髋伸展肌群IPE→踝跖屈肌群IPE→膝伸展肌群IPE，且总功（J）与距离（deg）两参数呈非常显著性降低趋势（P＜0．01）；时间（s）参数仅髋伸展肌群IPE、踝跖屈肌群IPE与膝伸展肌群IPE间有非常显著性差异（P＜0．01），但髋伸展肌群IPP与踝跖屈肌群IPP间无显著性差异（P＞0．05）。

表4 下肢单关节肌群IPE测试结果Table.4 The TestResultof IPE in Lower Lim b Single-JointMuscles

3 分析与讨论

3.1 肌肉极限功率与肌耐力的测量模式选取

3.1.1 肌肉功率等长与等速测量模式的比较肌肉功率的等长测量模式是将功率与神经肌肉系统快速产生力或力矩的能力相关，如对等长模式下力矩发展速率（Rate of Torque Development，RTD）的测评[11]。初步研究表明，等速模式下的功率测评可能不像肌力测试一样可靠[12]，与峰值力矩发展速率相比，特定范围内（如30%～60%峰力矩）的平均力矩发展速率可能更具一致性[11]。少数比较动态工作疲劳后等速功率与等长肌力差异性的动物与人体研究表明，等速峰值功率的下降要大于等长最大随意收缩（Maximal Voluntary Contraction，MVC）条件下等长峰值肌力的下降[13-14]。因等长收缩仅依赖于肌力的发展能力，而等速收缩中功率的大量损失与肌肉收缩速度的降低并伴有力矩或力量发展能力的下降有关[14]。CHENG等人对13名男大学生等速测试系统上50%等长MVC阻力设置下，膝伸展肌群等张收缩后等张功率与等长收缩性能的疲劳与恢复情况进行研究，发现因收缩速度的降低而导致等张功率的下降要远大于MVC的下降率，但等张功率恢复速度要快于MVC，即等长最大肌力的下降并没有推迟等张功率的恢复；他们认为疲劳外周机制，如代谢因素等会导致等张收缩后肌肉兴奋收缩偶联受损，引起肌力发展能力损失，但肌肉的“活化后潜能（Post-activation Potentiation，PAP）”可能会相对加速等张功率的恢复，因此肌肉的等长收缩特征仅能部分解释肌肉等张功率的变化特征[15]。另外，年龄的增长会导致肌力与肌肉收缩速度的损失[16]，等长测量模式的静力性特点不能提供肌肉收缩速度随年龄增长的损失，因此它无法实现对肌肉功能的全面评价。CHRIST等人对青年人、老年人与高龄老年人等速测试系统上20%MVC阻力矩设置下足背屈肌群等张功率测试中的疲劳特征进行研究，发现肌肉收缩速度的损失是老年人功率损失的主要原因，而肌力与收缩速度的损失是高龄老年人功率损失的原因；且70～90岁高龄老年人的功率损失中，肌力损失的贡献要高于收缩速度[17]。

3.1.2 肌肉功率等速与等张测量模式的比较肌肉功率的等速测量模式常用于人体动态功能能力的评价，峰值功率或均值功率可用动力测试系统的等速模式直接测量[11]。等张与等速收缩具有不同的生物力学特征，等张收缩模式下神经肌肉系统必须克服一个恒定的初始阻力才能移动骨杠杆臂做功，因此神经肌肉系统在关节活动范围内的力学薄弱点承受最大负荷，其余部分则在小于此最大负荷下工作。等速收缩模式提供一个顺应性阻力，当环节达到预定速度后则保持此恒定角速度运动，因此神经肌肉系统在整个关节活动范围内均承受较大的负荷；在相同关节活动幅度范围内，理论上肌肉等速收缩模式较等张收缩模式有较大的总功输出[18-19]。但有研究表明，肌肉等张收缩模式下可通过增加肌肉激活数量或调节肌群的协同激活程度，完成与等速收缩模式相同的总功输出或达到相同的训练负荷强度。ANTHONY等人曾在Biodex系统上对同一批受试者的输出总功进行标准化，并控制环节运动的平均角速度，以比较膝伸展肌群等张与等速收缩模式的差异，研究表明通过均衡对外输出总功与环节运动速度两因素来比较两种收缩模式的方法是可行的，但膝伸展肌群两模式下达到相同对外输出总功的重复做功次数相等，可能与两收缩模式下腘绳肌的协同激活程度不同有关[19]。另外，O'HAGAN等人的研究也认为与等速训练相比，等张训练时肌肉负荷强度的不足可能通过增加肌肉激活的数量来补偿[19]。肌肉功率还可用动力测试系统的等张模式直接测量，如对等张模式下环节运动速度与加速度的测评[11]。由于日常活动动作可用恒定负荷下速度的冲击正弦曲线式变化所描述，而非速度恒定的运动，因此等张收缩形式的肌肉功率评价与人体日常行为动作更为相近[20]。应用等张负荷进行的动态测试表明，功率输出的疲劳过程通常会出现环节运动幅度与环节运动速度的降低[2]，但有关肌肉功率等张测量模式的研究还未得到广泛的应用[21]。STAUBER等人在等张测试系统上应用中等等张负荷下的力矩—速度功率测试，对28名女大学生膝伸展肌群功率输出与疲劳测试的研究表明，肌肉等速与等长收缩疲劳后力量的产生能力下降，但等张收缩中功率的损失主要与肌肉收缩速度的下降有关[2]。

3.1.3 BTEPrimusRS系统等张测量模式测评肌肉功率的优势综观以往研究发现，以功率或总功为测量结果的人体机能测评实验可分为做功总量限定测量、持续时间限定测量、功率输出量或预负荷限定测量、极限功率值测量、递增负荷无氧阈测量、递增负荷功率峰值测量、等惯性肌力测量、等速与等张肌力仪器测量9种类型[22]，这9种测评方法中的后3种更侧重于人体肌肉功能的测量。随着科学技术的不断进步，肌力测评手段已由简单的静力性单关节肌力与肌耐力测量发展到动力性最大速度的多关节肌力测量，以求达到更准确地反映运动中肌肉工作模式的真实情况。等速肌力测试是在等速仪器提供的恒定速度与顺应性阻力条件下，测量关节运动过程中任一点的肌肉力矩输出值，同时还可获得肌肉做功能力、爆发力及耐力等数据。但等速收缩方式只在人体某些特定运动方式下出现，用等速测量模式来评定人体其他收缩方式下的肌肉功能争议较大[23-24]。在等速测试仪器上模拟出的等张收缩模式因受测试角速度（15～500°/s）的限制，只能达到人体最大生理反应速度的20%～30%，与实际运动中关节的运动速度相差甚远[25-26]。等惯性测试是指受试者以爆发用力的形式执行简单运动来对抗身体或肢体的质量惯性，以及外部附加质量惯性的测量方法[22]。由于在肌肉的收缩与放松运动中，负荷量会因加速度、关节角度的改变而改变，因此等惯性测试可以更为准确地反映人体负重时肌肉的收缩与放松过程；尤其是在竞技体育运动训练和肌肉机能评定中，等惯性测评方法的使用更为普遍。等张与等惯性肌力测试的不同点在于等张测试条件下力或力矩固定不变[6，22]，而等惯性测试中质量是保持不变的。等惯性、等张测试与等速测试相比，限制性因素较少，且两者均为常见的动态测试，可用来评定个体执行特定动作时的肌肉功能；由于两者对测试速度与加速度两因素没有限制，所以两种方法更贴近于现实情况。但等惯性测试由于受测试方法与常用仪器的影响，较难实现人体单关节肌群的精确固定，测试结果会受身体其他部位肌群机能代偿作用的影响。BTE PrimusRS系统是一套神经肌肉功能测评与训练系统，它可模仿日常生活动作、三维功能性运动、多种工作任务操作动作及体育运动项目动作，完成测试评估、功能评价、康复训练与工伤康复等多种模拟仿真功能。它配置了多种附件，可对受测部位进行合理的固定，测试角速度达4 500°/s，可设定向心/离心的等张测量模式模拟肌肉工作的真实状态，对人体单关节肌群功率与肌耐力进行测评。

3.2 肌肉极限功率与肌耐力的测试参数设置

3.2.1 50 %等长峰值力矩的阻力设置标准以往研究证实，以IPT或等长峰值肌力（The Isometric Peak Strength，IPS）测试结果为依据，在一系列预负荷（IPT百分比值）阻力设置的测试中，等张阻力矩（预负荷设置）与测试系统角速度成线性关系[3]，且最大功率出现在阻力矩值与角速度值均达到其最大值的50%时。此现象在等速肌力测试中也常见报道，但此“阻力矩—角速度”线性关系的成因尚不清楚[2]。STAUBER等人曾以一位受试者的20种不同负荷与几位受试者的12种负荷（代表20%～80% IPT）在等张测试系统上设置等张功率与肌耐力测试时的阻力矩来验证此线性关系，结果发现测得的角速度值与此线性关系的预测值相一致[2]。RANDY等人在对21名大学生膝伸展肌群肌力的研究中也证实，50%IPT的阻力设置是受试者等张测量模式下完成膝90°ROM伸展运动中能克服的最大阻力[25]。BTEPrimusRS系统指南手册中关于功率测试的标准方案也要求受试者在其50%IPS的阻力设置下进行测试[27]，其合理性已在多个实验中得到证实。

IPS的确定必须经过多次测试才能获得。以往已有大量研究表明，取3次测试的平均值具有最高的重测信度与最低的时间变异性[28]。CHAFFIN曾在美国工业卫生协会（American Industrial Hygiene Association，AIHA）发布的人体静态力量评估工效学指南中报道过静态力量测试中肌肉每次收缩的时间限制，为了对受试者的最大力量能力，即峰值力进行测试，2～3 s的持续时间较为充裕；当受试者达到IPS时，能观察到肌肉的生理性震颤[7，29]。BTE PrimusRS系统默认的IPS测试时间为3 s。充分的间歇时间能使机体的能量物质恢复，进而提高重测信度。Trossman和Li认为间歇时间至少1min[30]；然而，CHAFFIN认为间歇时间应从30 s到2 min不等，主要取决于测试时肌肉收缩时间的长度[29]。前面建议肌肉收缩时间少于4 s，因此需要较短的间歇时间。美国BTE国家数据库实验方案中把多次测试的间歇时间定为5 s，并证实可保证静态力量测试的可靠性与有效性[6]。国内外众多研究证实，IPS测量更多的是采用标准的静力性方式进行，可分为两种，一种要求受试者缓慢、渐进式地用力，依次募集到较多的运动单位；另一种则要求受试者爆发式地快速用力，此种情况下除极少数运动单位未被动员外，绝大多数的肌纤维几乎同时收缩产生力量峰值。两种方法所得力量峰值与到达力量峰值的时间，以及单位时间内力的增加幅度都有所差异[31]；爆发式一般高于非爆发式的静力最大值[32]。为防止损伤的发生，BTEPrimusRS系统要求受试者缓慢匀速发力，发力时间相对较短，一旦达到最大作用力应立刻停止测试，以避免疲劳的出现。

3.2.2 等张极限功率测试的测试时间与间歇时间BTE PrimusRS系统关于IPP测试是一种受监控的测试，要求受试者在10 s内以其最快的速度移动通过测试动作的整个运动范围，仅余一变量，即完成动作时的速度。马里兰大学的一项研究表明这是研究功率的最佳条件，因在此测试中人体疲劳的平均时间大约为8 s，10 s被认为是首选时间长度[6]。组间间歇15 s，此间歇时间能让肌肉酸痛消除，疲劳恢复[2]。

3.2.3 等张极限肌耐力测试的动作幅度与动作频率运用BTE PrimusRS系统进行IPE测试时，针对特定的工作要求或模拟动作需要特殊设定；确保除时间外其他变量的一致性，肌耐力可通过受试者输出的工作量或活动的持续时间来量化。当对同一受试者的不同肢体进行比较时，阻力设置、运动幅度和动作频率必须保持一致；必须以所测得的两IPS或IPT中较小值作为阻力设置的依据，以测得的两关节ROM中较小值为依据设定每次重复测量的ROM。动作频率取决于附件的尺寸大小和/或完成一次重复测试所需的动作幅度。STAUBER等人在对28名女大学生膝关节伸展肌群疲劳测试时发现，测试动作合理的重复次数为15次循环，大部分受试者因疲劳和肌肉酸痛的原因很难再重复更多的次数；完成测试动作整个运动幅度的时间大约为1 s[2]，此频率在运动训练与康复训练中也被推荐使用[25]。BTE PrimusRS系统规定附件运动幅度达到90°或90°以内的测试，合理的频率为60次/min；超过90°的测试，合理的频率为30～40次/m in。

3.3 青年男性下肢单关节肌群极限功率与肌耐力的特征

等长肌力测量具有易于标准化、操作简易、可重复性与安全性高等特点，但测定时要求关节角度固定，因此它仅能反映关节处于某一选定角度时的肌力情况。卢德明等人曾运用Cybex-6000等速测试系统完成多个关节角度下人体六大关节屈伸肌群等长收缩时的最大力矩测量，并绘制了峰力矩与关节角的关系曲线图，对本研究IPT测定时的关节角度确定具有重要的指导意义[33]。本研究BTE PrimusRS系统IPT测量值与卢德明等人测量值间有明显的差异[33]，这与两测试系统的机械设计原理、测试方法、系统误差及受测样本间存在着较大的差异等因素有关，后期研究可采用同一样本两测试仪器同时测量的实验来量化两系统IPT测量值间的差异。

肌肉动态收缩会产生功率，功率被描述为单位时间内的做功量，受力与速度的影响。短时间高强度活动后，肌肉功率与肌耐力的损失会导致运动成绩的下降与损伤风险的增大。以往虽在跑步、跳跃、骑自行车等运动中已有最大输出功率的测定方法，但有关健康人简单运动中肌肉功率与肌耐力的测评却极为罕见[34]。因此，未能找到相类似的研究提供可比对的数据。本研究关于中国青年男性下肢单关节肌群IPT、IPP、IPE测量结果表明：IPT测试值从大至小的顺序为髋→膝→踝（P＜0．05）；而IPP测试值从大至小的顺序为髋→（踝、膝）（P＜0．01），但膝与踝IPT间无显著差异（P＞0．05）；IPE总功（J）、距离（deg）、时间（s）测量值从大至小的顺序皆为髋→踝→膝，且总功（J）与距离（deg）显著降低（P＜0．01）；时间（s）仅髋、踝与膝相比显著降低（P＜0．01），但髋与踝无显著差异（P＞0．05）。下肢单关节肌群IPT与IPP、IPE测量值大小顺序间的显著差异表明，静态肌力与动态功率在用于反映肌肉功能能力时存在着较大的差异。另外，身体不同部位肌群的机能特征与其功能相适应，不同肌群的快慢肌纤维组成、执行运动的骨杠杆机械力学效果，以及肌群间神经肌肉的募集与协同工作方式等均会不同。因此，青年人下肢单关节肌群等张极限功率与肌耐力表现出不同的特征。

4 结论与建议

BTE PrimusRS系统能以向心/离心等张测量模式客观、精确地评价人体下肢单关节肌群极限功率与肌耐力，合理的阻力矩设置为非爆发式静力性测量模式下50%IPT。中国青年男性下肢髋伸、膝伸与踝跖屈肌群IPT、IPP、IPE的测量结果进一步完善了人体单关节肌群生物力学特征基础参数库。

建议下一步的研究可将BTE PrimusRS系统与表面肌电仪同步，对下肢单关节肌群极限功率与肌耐力测试中相应环节运动的角位移、角速度、扭矩等与功率或总功密切相关的参数进行实时监控；并同时分析相应肌群表面肌电信号的变化特征，以探讨神经肌肉系统的募集与协同工作方式；以明确人体单关节肌群极限功率与肌耐力的影响因素与变化特征。

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The M ethodology Research of Human Lower Limb Single-Joint Muscular Peak Power and Endurance w ith BTE PrimusRSSystem

SHIJipeng1，XU Hongqi1，ZHANG Xin2，YANG Fan2，RAN Linghua2，WANG Anli3，ZHENG Xiuyuan4
（1.School of PE，Northeast Normal University，Changchun 130024，China；2.Ergonomics Standardization Research Field，China National Institute of Standardization，Beijing 100088，China；3.Dept.of Sports Rehabilitation，Beijing Sport University，Beijing 100084，China；4. Division of Sports Science and PE，Tsinghua University，Beijing 100084，China）

Objective：How to select the testmode and install the test parameters of peak power and endurance in human lower limb single-jointmuscles on BTE PrimusRSsystem were identified in the study，and the peak power and endurance level in the hip extensor，knee extensor and p lantar flexion muscles of the Chinese male youth were assessed.Methods：40 male undergraduate students were recruited for the study.In the mode of isotonic test on BTE PrimusRSsystem with the load resistance for 50%of the isometric peak torque（IPT）.IPT was given three trials under a non-explosively static mode，the test time is 3 secondswith a 5 second rest period between trials.The isotonic peak power（IPP）was also given three trials，the individual was asked to move through full range ofmotion as fastas he can for 10 seconds duration with a 15 seconds rest period between trials.Keeping the range ofmotion（90° or less than 90°）and pace（60 times/min）of the activity consistent，the subjects tried to continue until fatigue in the isotonic peak endurance（IPE）test. Results：In the test of peak power and endurance level in the hip extensor，knee extensor and p lantar flexionmuscles of the Chinesemale youth.IPT were 198.56（24.53），166.45（27.53），154.90（25.17）N·m.IPPwere 161.21（28.57），74.43（16.12），74.62（19.91）W.IPE total work were 6 460.69（2 521.18），1 407.28（456.93），2 259.56（771.88）J.Conclusion：In themode of isotonic test，BTEPrimusRSsystem can precisely evaluate the peak power and endurance level in human lower limb single-jointmuscles，The load resistance is 50%IPT from the isometric test under a non-explosively staticmode. The peak power and endurance level in the hip extensor，knee extensor and plantar flexion muscles of the Chinese male youth can consummate the basic biomechanical characteristics parameter database of human single-jointmuscle group.

power；isotonic test；isometric peak torque（IPT）；isotonic peak power（IPP）；isotonic peak endurance（IPE）

G 804.6

A

1005-0000（2012）02-0162-06

2011-11-02；

2011-12-15；录用日期：2011-12-25

中央基本科研业务费支持项目（项目编号：52096S-1827）

史冀鹏（1975-），女，天津蓟县人，博士，讲师，研究方向为运动生理学。

1.东北师范大学体育学院，吉林长春130024；2中国标准化研究院人类工效学标准化研究中心，北京100088；3.北京体育大学运动康复系，北京100084；4.清华大学体育部，北京100084。