捏力测量方法及影响因素研究进展

孙嘉琪，徐红旗

手部通常帮人们完成许多精细的动作，其力量对于人们的生活及工作至关重要。由于捏力可以直接反映出手部的肌肉力量，所以它也是评价人体机能的一项重要指标。捏力是指手部拇指指腹（主要是拇长屈肌和拇收肌）与食指外侧面间的最大捏力，即拇指屈曲肌群与食指外展肌群静力性最大随意收缩时表现出的最高力值。在工业生产中，对于执行一些复杂的功能，人手具备机械和感官能力[1]，其中捏力是掌握和操纵物体最重要的功能之一，如果该能力削弱将会妨碍每天的正常活动。此外，肌肉频繁地需要通过手柄施加力量，通过夹持或扭转以在不同的职业活动中操作控制设备[2,3]，所以握力、捏力等人体力学方面的数据对于产品设计的安全和实用性是至关重要的。可用性差的产品可能会导致其性能下降，并且降低消费者的购买欲[4-8]。如果根据捏力合理地设计操作位点则能够提升设备的性能，提高工作效率。在医疗康复领域，对于损伤程度评估以及康复效果的评定，也会涉及捏力的测量。根据相关文献报道，手部创伤占急诊创伤病的15.0%～28.6%，目前临床上已经开始使用该项指标对病人进行诊断。有关研究还指出，捏力除评价上肢肌肉力量外，还可以用于预测人体骨密度[9]。所以在我国建立一套完整的捏力数据常模十分必要。国内外众多学者已经对捏力的测量进行了大量的研究，得到许多有价值的研究结果。本文将对捏力的测量工具、方法、影响因素以及应用等方面进行综述。

1 测量工具

捏力测试工具分为机械式 （如B&L）、液压式（如 Jamar）、电子式 （如 E-link）和无线式 （如 ECHO）。马修威兹把B&L公司的机械捏力计视为捏力测试的黄金标准。1967年，B&L公司开发出世界上第一个机械捏力计，B&L公司的PG系列握力计分为3个型号[10]：PG-60型最大测试范围为60磅，最小刻度2磅，主要用于运动员测试；PG-30型最大测量范围30磅，最小刻度1磅；PG-10型最大测试范围10磅，最小刻度0.25磅，主要用于损伤或术后的捏力测试。捏力计均带有峰值保留功能和重置旋钮。

Jamar机械捏力计采用优质特种钢材制成，具有耐磨、稳定等特点，便携性能极高，配备有防跌落套绳，可有效防止在测试过程中发生意外跌落。刻度盘分公斤和磅两种刻度显示，有10磅（4.5 kg）、30磅（13.6 kg）、45 磅（20.4 kg）、60 磅（27 kg）等多种规格可供选择。

英国Biometrics公司生产的E-Link指捏力计，将手指捏力计与计算机相连接进行数据的获得，不仅测量结果精准到0.1而且比读表式的具有更高的信度。而Jamar液压式捏力器在测试过程中由医护人员（测试者）握住捏力计，因此受试者（患者）能更加集中精力在用力上[11]。其带有峰值保留功能，测试结束后指针将自动停留在最大力量处，最大测试范围45磅，测量结果准确、信度较高[12]。

Baseline系列液压捏力计能确保测量的准确性、重测性和信度，其五级捏位液压捏力计能适用于不同大小的手型，也可以进行不同捏距的测量。HiRes ER大量程液压捏力计带有3.5英寸的刻度盘，读数更加方便和精确，最大测试范围高达100磅（45 kg），更加适合专业运动员进行捏力测试。

美国JTECH Medical公司的ECHOTM系列无线捏力测试分析系统是当今市面最为先进的捏力测试分析系统，先进的无线传输技术彻底摆脱了所有线缆的束缚。

Commander Echo无线数码捏力计广泛应用于手损伤治疗、入职前体检、功能性能力评估（FCEs）、复发性创伤障碍检查以及任何需要捏力数据的临床评估。其显示最大力量、变异系数（CV）、左右侧测试平均值以及双侧间差值，控制单元可存储高达20组测试数据，单侧重测次数最高为4次。在工伤赔偿和功能性能力评估（FCE）中测定用力的一致性。对双侧测试差值进行归档，建立测试基准线并监测康复进展，最大测试捏力高达50磅，测试精度0.1磅，对捏力较弱的患者也能进行精确测试，测力精度高于99%，且测试器与控制单元采用分离式设计，测试者在测试过程中可实时查看控制单元的数据，避免影响患者的注意力。

虽然电子式及无线式捏力计精度更高一分，但是机械式及液压式捏力计不用担心在大范围调查中出现没电而无法进行测量的情况，且更为坚固不易损坏，能够降低测试中断的风险，测试者可根据不同需要选择不同的捏力测试工具。

2 测量方法

2.1 测量姿势

2.1.1 身体位置

测量过程中既可以采用站姿也可以采用坐姿，参照握力的测试，在正规测试中，美国手部治疗师（ASHT）推荐，受试者在测试期间的身体姿势规定为坐姿[13]。坐姿测试中，选取一个没有扶手的椅子，被试者保持上体正直与地面垂直，双腿自然分开与身体垂直自然放于地面，大臂贴紧体侧。为防止肘关节外翻，可在身体与大臂之间夹一薄板。

2.1.2 肘关节

经实验证实，在进行捏力、握力等测量时，屈肘90°能最大程度地减少手臂肌肉的代偿作用，更加准确地得到手部的最大静态力量，所以测试选择90°肘关节角度。

2.1.3 前臂位置

通过3种手势分别测试前臂屈肘90°内旋、外旋、中立位时捏力的大小，发现key型手势前臂中立位时测得的捏力最大。美国手部治疗师 （ASHT）推荐，手臂附着在躯干上不旋转，肘部弯曲90°，前臂处于中立位位置，手腕在0～15°的范围内延伸。

2.1.4 腕关节

由于手部的操作是大量重复性的，手腕的肌肉和手指屈肌相辅相成，手腕的位置会影响捏力的大小[14]，若长时间超负荷不规范的动作将会导致腕管综合征、腱鞘炎等疾病。在人体工程学领域，普遍认为自然的手腕位置（手腕有些背屈）在手动力产生时压力最小，尤其是在使用手工工具时，所以在测量捏力时采用手腕自然背屈的姿势。受试者肩关节成0°，上臂与胸部平贴，前臂处于中立位，测试手形为Tip（拇指与食指指尖相对）和Tripod（拇指指腹、食指以及中指指腹成三角架型捏住捏力计）时腕关节微伸，手腕呈 30°伸展[15]；测试手形为 Lateral（拇指指腹与食指侧面相对捏住捏力计两端）时腕关节微屈，前臂始终处于中立位悬空，不可搭在任何物体上[16]，对侧手臂自然下垂置于体侧即可。捏力计由测试人员辅助托扶固定，配合受试者完成测试。

2.1.5 手型

根据美国手部治疗师提供的方法，捏力测试有3种手型：Lateral、Tripod与Tip。3种不同手型的捏力，运用手掌部位不同的肌肉。Lateral型主要应用拇收肌和骨间掌侧肌等肌肉，而Tripod型和Tip型除此之外还需拇指对掌肌、小指对掌肌和蚓状肌等的参与[17]。3种测试的结果有差异，但不同手型的测试结果有相关性，测试者可根据需要测试不同姿态，以得到有价值的测量数据。

指头—指侧型是指拇指远侧指节与食指桡侧面间相对互压的用力方式，这种方法测得捏力最大，被定义为测量最大捏力的标准姿势。

图1 指头—指侧型测试法Figure 1 Lateral Type Measurement

2.1.5 .2 Tripod（指头—指头型）

指头—指头型是指拇指指腹与食指及中指指腹相对互压的用力方式，测得捏力比Lateral型小，比Tip型大。在3种测试姿势中，这种手势测得的捏力值居中。

图2 指头—指头型测试法Figure 2 Tripod Type Measurement

2.1.5 .3 Tip（指尖—指尖型）

指尖—指尖型是指拇指与食指指尖相对互压的用力方式，由于牵动的肌肉不同，这种方法测得捏力最小。虽然这种捏力形式的力量最小，但是对于人类的精细操作还是有很大帮助的，某些情况下上述两种捏力形式是无法取代这种捏力形式的。

图3 指尖—指尖型测试法Figure 3 Tip Type Measurement

2.2 捏距

捏距是指测试时的指间距，捏距较大时受试者发力较为困难，捏距较小时更利于受试者发挥出最大捏力。多数捏力计捏距都是固定的，也有部分捏距可调的捏力计，可根据实际情况选择适用的测量仪器。

2.3 测试流程

测试人员指导测试者开始和停止。在进行测量前，先让受试者练习1次，熟悉测试流程及测试方法。为了能够得到准确且稳定的最大静态肌力值，通常将测试时间设定在3～5 s，可选定4 s，值得注意的是响亮的提示语有助于被试者发挥出最大的捏力。同时需要叮嘱受试者不要憋气，发挥最大力量。左手（或右手）自然放置于体侧。为消除测试时产生的疲劳，在每次测试结束后间歇15～60 s[12,18]，可选定20 s。在每一个姿势均测试2～3次，通常记录3次，取均值作为结果[19-22]。计算变异系数（CV），将变异系数控制在10%以内为适宜。在进行3种不同捏姿的测试时，每种姿势为一组，每组测量完成休息3～5 min。适当的休息，能够减少实验结果的误差。根据不同的测试需要决定是否给予语言等外界刺激，如果想要测得最大值则需要测试人员对受试者进行鼓励，但是在日常活动中是没有这些外界因素影响的。测试过程中，爆发式发力的结果会大于缓慢发力的结果，这也许和调动的肌肉纤维类型不同有关，在测量最大值的时候通常指导受试者缓慢匀速地发力。

野生稻中具有大量的遗传变异，包含着许多优异等位基因，现代种质的遗传基础狭窄，因此可以从野生稻中挖掘相关的优异等位基因。在QTL验证的研究中，gw8.1和gw9.1均为野生稻等位基因增加粒重，表明野生稻种具有使水稻产量潜力增加的等位基因。但是，在QTL克隆研究中，并未见来自野生稻的优异等位基因，因此，在未来的研究中，需要关注野生稻优异等位基因的挖掘。

3 影响捏力大小的因素

3.1 年龄

国外对儿童的捏力研究表明捏力的大小在儿童时期，会随着年龄的增加而增大[23-25]。但是对于成年人，年龄并不是影响手部力量的主要因素，经常进行体力劳动会减慢手部力量的衰退。一般来说，男性和女性受试者的手部力量在25～39岁之间达到顶峰，此后逐渐下降。

3.2 性别

性别是影响捏力的一个至关重要的因素，性别不同，捏力大小差异很明显。在同年龄阶段青年女性捏力仅为青年男性捏力的70%左右。而在中老年中，女性捏力仅为男性捏力的75%左右[16]。男女利手捏力均高于非利手（差异10%以内），中国人捏力值与国外同龄人的数据相差较大，尤其是男性。国内外研究均证实，在相同年龄阶段，男性比女性捏力大[26-28]，这种现象可能与男女分泌的激素不同有关[29]。雄性激素中的睾酮能够促进肌肉生长，使肌肉力量提高。女性该激素分泌量比男性少，所以力量方面比男性较差。笔者用Jamar电子式捏力计对东北师范大学体育学院年龄处于20～24岁的47名右利手男生及30名右利手女生进行3种姿势的测量验证，结果如表2。同年龄阶段男性较女性捏力更大，利手较非利手捏力更大。

表1 受试者人体计量资料统计Table I Statistics of the Anthropometric Data of the Subjects

表2 大学生男、女左右手3种手型捏力大小比较（kg）Table II Comparison between the Pinch Force of the Three Finger Types of the Left and Right Hands of the Male and Female University Students(kg)

3.3 手

通常认为利手捏力大于非利手。对于右利手的人群，右手捏力大于左手捏力。对于左利手的人群，左手大于右手捏力。以四川省成年人手指捏力数据分析为例，无论男性女性，利手的3种类型捏力、握力均值都要比非利手的高[30]。Dempsey等认为捏力类型与男性的手长及掌厚有关，所以可以在测试中辅助考虑男性的手掌宽度和手掌厚度[31]。

3.4 前臂

无论男女，前臂围度都被认为对捏力有影响，前臂围度越大相应捏力也越大，也有相关研究认为女性在测量中可以辅助考虑前臂长度但尚未有准确定论。

3.5 身高、体重

Hager-Ross经研究发现，身高、体重与捏力成正相关[32]，但也有研究结果表明捏力与身高和体重无相关性[33]。可能由于测试中选择的实验对象年龄段的分散程度不同，产生了不同的研究结果，二者与捏力的相关性有待进一步通过实验进行探索。对比韩国和一些西方国家[12,27,28,34]，发现韩国儿童捏力较低，这可能与不同人种的基因有关，也可能与不同的教育背景有关，导致体质的差异。

3.6 小结

与捏力相关的因素还存在一些争议，有研究结果认为其与身高、体重以及手的长和宽无关[35]，也有人认为捏力的大小与手长和手掌厚度有关，但其结果是针对男性[36]。还有结果显示捏力与身高和年龄有相关性[37]。不同的结果可能与研究的人群范围不同有关，儿童处于生长时期，所以其年龄与捏力大小有相关性[38]。但是成人发育定性后身体机能基本保持恒定，所以结果显示其捏力与年龄无关不论性别，对手指捏力影响最大的主要因素包括有体重、握力、前臂围度。此外，男性辅助考虑手掌宽度和手掌厚度，女性辅助考虑前臂长度[30]。

4 应用

4.1 手部力量重要性

手的功能包括捏力、握力、手指的运动以及手的灵巧性和稳定性等。捏力和握力是手部功能的主要表现形式，良好的捏力和握力是维持日常活动的基础。握力的大小反映出前臂及手部屈肌的静力和神经调节肌肉活动的能力，是我国国民体质监测的一项重要指标。目前已有大量研究显示握力与人体全身的力量高度相关，能够预测很多结果，例如肌肉衰减综合症、老年跌倒风险等。捏力作为比握力更为精细的动作也许能反应出握力所不能表达的身体状况。手部力量除反应肌肉力量外还反应神经控制能力，例如脑卒中患者可通过手捏力判断康复情况。经研究发现通过运动和营养干预能保持较好的握力[39]，同理推测也能保持良好的捏力，有待深入研究。

随着年龄的增长人体功能能力衰退，捏力和握力也会逐渐减小，手部力量的下降将会导致其功能的衰减，给日常活动带来诸多不便，严重时甚至会让生活自理能力下降，降低生活质量。所以，健康的手部力量是人们正常进行日常活动的前提。

4.2 医疗

捏力及握力在临床诊断以及康复程度评定中已有广泛的应用。由于捏、握力能间接反映全身肌肉力量，所以被应用于医疗评估[40]。目前已将捏力作为一项指标研究传统功法训练对人体的肌力影响[41]。捏力可以很直接地表现出手部精细动作力量的大小，进而表现其功能性，故在腱鞘炎、腕管综合征、类风湿关节炎等疾病的诊断中可以通过捏力的测量来评判患病的程度。同时，在康复过程中，也可以通过测量捏力观察恢复的效果[42]。除此之外，捏力及握力等手部力量在一定程度上可以反应上肢力量的强弱，并且手是反射弧中的感应器和效应器，进而反映神经中枢的损伤与恢复情况。在脑卒中患者的上肢功能评定中[43]，通常会测量捏力和握力，在治疗前和治疗后评判肌力级别。测量捏力对手部损伤恢复情况的判定[44]，以及通过手功能评定脑卒中患者[45]有重要意义，且重复性作业中捏力的使用与累积性损伤疾患之间存在着明显的相关性。我国在利用捏力诊断评价的定量研究上成果尚较少，期待进一步的发展为临床治疗提供科学有效的依据。 我国已经研制出能够结合患者捏力大小和虚拟现实的手指康复系统，但是其康复评价机制有待完善[49]。

4.3 工业生产

在实际生产作业中，很多细微操作都需要手部捏力。手是人们最常用且最为灵活的部位，而捏夹又是相对更为精细操作动作。如果大量重复超负荷的动作将大大增加人们手部损伤的几率。捏力可以作为手动作业力量评价及疲劳评价指标[46]，如果能根据人们在捏取时最舒适的手腕位置、前臂位置及肘关节角度对仪器设备进行升级优化，设计合理的捏力操作值，将会降低人们的患病风险，使操作过程更加舒适。另外，生产用于日常生活的产品，也可以从此方面考虑进行改造，能够增加效益，提高人们生活的便利性与舒适性。

5 总结及展望

5.1 总结

液压式和机械式捏力计的测量方法简单、迅速，但精准度比电子式和无线式捏力计差，而且后者可以与计算机相连接读取数据。在实际测量使用时可根据不同的需要选择合适的测量仪器，根据选择的仪器和方法不同结果也会有所偏差。为了能够得到真实有效的数据，掌握规范的测量方法以及使用标准化的术语是非常必要的。美国已经拥有专门的手部治疗师，测量方法和行业术语都相对规范。最后，在进行结果分析时，需要考虑性别、年龄、身高、体重、手掌形态以及前臂等因素，才能更加准确地反映捏力所表现的手部功能。

5.2 展望

5.2.1 运动员选材及测评

许多运动项目都涉及手部精细动作，例如羽毛球持拍，而捏力能够很好的反映手部功能及上肢力量，故可以考虑在运动员选材时进行该指标的测试，在日常训练的反馈中也可通过捏力的测量进行评价。

5.2.2 开发医疗新产品

目前在手指康复领域里已经研发出了与手指捏力相关的康复系统，能够通过采集到的信息作出相关的评价，并通过计算机进行辅助训练[41]，评价标准还有待进一步通过数据的采集进行更新完善[47]。很多国家已经通过捏力评价儿童的成长情况，在有骨关节疾病、营养不良、先天发育缺陷以及神经系统缺陷的儿童患者中[48-50]，其捏力比同龄健康儿童低，因此捏力有时也被视作一项筛查指标[34,51]。针对手部康复治疗我国已经研制出能够结合患者捏力大小和虚拟现实的手指康复系统，但是其康复评价机制有待完善[45]。

5.2.3 建立数据常模

国外很多地区已经建立了自己的数据常模[52,53]，但是由于地区、人种、职业、生活水平等种种的差异，捏力正常值的范围也会有所差异，所以在工业生产设计和手部治疗评估时切不可直接使用国外的数据。希望我国该方面数据库能够早日建立，划分明确的评价标准，为人们的生活生产及临床治疗带来便利。