肥胖大学生膝关节肌力特征及动态平衡的关系

曾照宏，薛奥传，王会会，冷洪帅，查显俊，蒙隆敏

随着我国经济水平和人们的生活水平不断提高，以及在新冠疫情的影响下，人们生活方式和生活习惯发生了改变，我国肥胖症人数增长近一倍，且在大学生中的增长趋势最为严峻[1]。肥胖是引起各种慢性病的重要因素，例如：导致体重增大、下肢负担加重、平衡性和灵活性降低[2]。国内外研究表明，综合性项目运动员膝关节肌力与动态平衡能力具有正相关关系；在肥胖的青壮年中膝关节屈肌肌力与动态平衡能力具有正相关关系，但膝关节伸肌肌力与动态平衡没有表现出相关性[3，4]。超重肥胖会降低中老年人的动态平衡能力[5]。但仍未有文献阐述肥胖对大学生动态平衡能力的影响及其影响因素，目前，针对肥胖对大学生动态平衡能力影响的研究较少；同时，考虑到肥胖大学生人数日益增多；且性别、年龄、肥胖、体育锻炼以及下肢三关节肌力，尤其是膝关节肌力会对平衡能力产生影响[6，7]。本研究以肥胖大学生为研究对象，研究肥胖对大学生动态平衡能力的影响，为肥胖大学生的减脂及预防运动损伤提供理论依据。

平衡，被定义为机体在支撑面(base of support，BOS)维持身体重心(cen-treofmass，COM)的能力，是维持稳定姿势的必要条件之一[8]。其中，平衡分为动态平衡、静态平衡，人体是运动的，因而动态平衡被认为是影响肌力、关节稳定性和运动表现的重要影响因素。Y-BT(Y-balance test)测试是由W.G.GARY发明的星形偏移平衡测试(star excursion balance test，SEBT)演变而来是动态平衡能力的常用测试方法，广泛运用于对机体动态平衡能力的评估[9]。本研究运用Y型平衡测试仪对受试者进行测试，收集受试者左右侧单腿支撑时前、后内、后外三个运动方向的伸展能力，可以有效分析人体单腿支撑时维持身体重心的能力。

等速肌力测试是评估膝关节肌力特征的金标准，广泛运用于机体运动能力评估和运动损伤防护及康复等领域[10，11]。运用等速肌力测试系统对膝关节屈伸肌肌力进行分析研究具有安全有效、可重复性高及测试结果反馈直接等优点[11]。本研究运用等速肌力测试系统可有效地展示出膝关节屈伸肌群(股四头肌quadriceps，Q、腘绳肌hamstring，H)的肌力状况；通过等速肌力测试相关指标分析股四头肌与腘绳肌膝关节屈伸肌力特征及对称性。

综上所述，本研究以在校肥胖大学生作为研究的对象，运用IsoMed2000等速肌力测试系统测试膝关节向心(concentric，c)肌力和离心(eccentric，e)肌力；运用Y型平衡测试仪测试动态平衡，探讨肥胖对大学生动态平衡能力的影响及其影响因素，肥胖大学生膝关节屈肌、伸肌的肌力与动态平衡能力的关系，为肥胖影响大学生健康及预防运动损伤提供理论依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

在遵义医科大学发放问卷调查100份，根据体脂率(body fat percentage，BF%)分级[12，13]，男生BF%≧25、女生BF%≧30为肥胖组，男生BF%10～18、女生BF%18～25为对照组，肥胖组学生共19名(男8名、女11名)，并选取运动习惯相似的对照组19名(男8名、女11名)，肥胖组和对照组之间除BF%外其他基本情况无统计学差异(P>0.05)。两组均无重大伤病史，运动能力良好。测试纳入标准：在测试前无伤病损伤情况，能正常参加训练，受试者基本信息情况见表1。

表1 受试者基本信息

1.2 研究方法

1.2.1 等速肌力测试

运用IsoMed2000等速肌力测试系统对受试者膝关节屈伸肌肌力进行测试，所有受试者均以右侧膝关节作为测试侧，由专业测试人员进行等速肌力测定，测试前受试者进行5min热身运动，专业测试人员完成受试者基本信息录入(包括测试时间、姓名、年龄、性别、身高、体重等)仪器常规校准以及参数设置。实验测试指标包括峰力矩peak torque，PT、做功量Work；并计算相对峰力矩(PT/BW)、屈伸肌肌力比值：常规比Hc向心：Qc向心、功能比He离心：Qc向心。

测试前先向受试者说明测试的方法，降低受试者紧张情绪。采取开链向心、离心(conc-ecc/ecc-conc)收缩模式，受试者坐位，髋关节屈曲状态，使用绷带固定测试侧大腿，避免代偿模式运动，用运动臂末端的阻力垫绷带固定在小腿下1/3，固定臂在测试侧，与受试者大腿矢状面平行，用激光探头进行定位[14]。以膝关节伸展位10°为起始位，测试范围为10°-90°，角速度选择60°/s，角速度60°/s能更好地反映膝关节屈伸肌群的力量水平[4，15]，重复活动5次。在测试的过程中要求并鼓励受试者每次尽全力完成膝关节的屈伸运动。为了降低实验数据误差，数据的采集，取中间3次运动相关指标值的平均值为测试结果。

1.2.2 动态平衡

测试运用Y型平衡测试仪对受试者下肢动态平衡能力进行测试，所有受试者均完成三个方向的运动(前侧、后内侧、后外侧)，受试者穿着运动装，由专业测试人员进行动态平衡能力测定，测试前受试者进行5min热身运动，支撑侧腿大脚趾位于仪器Y字中心起点线处，双手叉腰，伸展腿靠近站立脚的伸肌腱作为测试的起始所有位置，从右至左按照前侧(anterior，AT)、后内侧(posteromedial，PM)、后外侧(posterolateral，PL)3个特定运动方向进行伸展并由测试员记录所到达的距离，测试过程中，受试者的手离开腰部以及髋关节代偿性扭动，或者伸展腿不能回到起始姿势都作为测试失败，需要重新测试。

数据的标准化：标准值对各到达运动方向的距离进行标准化处理，以肢体长度为基准由3个运动方向的平均值/腿长×100%得到标准测试值；综合值为3个方向的平均值[8]。

1.2.3 数理统计

2 研究结果

2.1 膝关节等速肌力测试结果

由表2可知，肥胖组与对照组在角速度60°/s膝关节屈、伸肌峰力矩的离心和向心收缩上均无显著差异(P>0.05)；在角速度60°/s膝关节屈肌离心峰力矩和向心收缩、伸肌向心收缩的相对峰力矩上存在显著差异(P<0.05)。

表2 膝关节在角速度60°/s等速肌力结果

由表3可知，肥胖组与对照组在角速度60°/s膝关节He：Qc、Hc：Qe等比值中肥胖组小于对照组，差异具有显著性(P>0.05)。

表3 膝关节H：Q比值结果

2.2 动态平衡能力测试结果

由表4可知，肥胖组运动方向为前的左侧和右侧得分与对照组均存在非常显著差异(P<0.01)，运动方向为后内侧的左侧和右侧的得分与对照组存在显著性差异(P<0.05)，左右侧的综合评分均与对照组存在显著性差异(P<0.05)

表4 动态平衡能力结果

注*：P<0.05，肥胖组与对照组组间对比有显著性差异；**：P<0.01，肥胖组与对照组组间对比有显著性差异(下同)。由表5、6可知肥胖组与对照组受伤风险率无显著性差异；在综合得分方面，肥胖组共有15人<94%，而对照组共有6人<94%，由表6可知肥胖组与对照组受伤风险率存在显著性差异(P<0.05)。

表5 Y-BT不对称性的Fisher卡方检验分析

表6 Y-BT综合值的Fisher卡方检验分析

2.3 动态平衡能力与膝关节等速肌力相关性

由图1可知，在Y-BT左侧支撑时，前侧得分与屈肌向心PT呈中度正相关(r=0.46，P<0.05)、后外侧得分与屈肌离心PT、伸肌向心PT呈中度正相关(r=0.49，r=0.54，P<0.05)、综合值与Hc：Qe呈中度正相关(r=0.47，P<0.05)；在Y-BT右侧支撑时，综合值与Hc：Qe呈中度正相关(r=0.48，P<0.05)。

图1 肥胖组Y-BT不同运动方向与做功量、H：Q的相关性分析

3 讨论

3.1 膝关节肌力

在等速肌力测试系统中，通常运用峰力矩(PT)、相对峰力矩(PT/BW)来表示受试者的肌力情况。本研究通过对肥胖大学生进行膝关节肌力测试发现肥胖大学生膝关节屈肌离心峰力矩、屈肌向心、离心相对峰力矩、伸肌向心相对峰力矩小于对照组。这可能是由于肥胖大学生体重大，下肢负担加重、平衡性和灵活性降低的原因之一，说明了膝关节肌力、股四头肌和腘绳肌不对称性可能是影响肥胖大学生动态平衡能力的指标之一。

等速肌力测试系统中，H：Q是膝关节的屈伸肌群峰力矩比值，主要反映关节活动中主动肌与拮抗肌的肌力均衡情况，对判断关节稳定性有一定价值[16]。Beato[17]等研究表明常规比Hconc：Hconc低于0.55或者功能比Hecc：Qconc比低于0.7理论上有劳损风险，在本研究中选取功能比：He：Qc与Hc：Qe，评价同时发生的活动，更具功能性。研究认为膝关节H/Q值正常波动范围在50%～80%之间，低于或超过该波动范围易于造成膝关节运动生物力学特征改变，降低肌肉工作能力[16]。此外，研究发现膝关节H/Q比值的波动还可能与运动项目和干预方法有关，如，Sultan[18]等研究表明不同项目运动员之间H/Q存在差异，即足球运动员的膝关节H/Q比值(75%～80%)而篮球运动员的膝关节H/Q比值为(62%～63%)。本研究通过对肥胖大学生进行膝关节肌力测试发现肥胖大学生膝关节He：Qc与Hc：Qe明显低于对照组，说明了肥胖在影响大学生膝关节屈、伸肌对称性导致肥胖大学生动态平衡能力低。此外，本研究仅观察了受试者在角速度60°/s慢速度下H/Q的特征，在快速度的动作下，肥胖大学生体重高、灵敏性较差，其H/Q的特征是否会产生差异需要进一步进行研究。

3.2 动态平衡能力

Y型平衡测试常用于对动态平衡能力的评估，在以往研究中，常运用伸展腿前侧、后内、后外的运动距离及综合得分来代表动态平衡能力。在Y型平衡测试中，在矢状面、冠状面、水平面三个不同的运动方向反映机体动态平衡能力，判断单侧支撑时身体姿势的稳定性。唐桥[4]等研究表明了在Y平衡测试中，Y-BT的综合得分<94%或左右侧肢体同运动方向触碰距离差>4cm时，理论上损伤风险将明显增加。在关于Y-BT得分对损伤风险的评估上，Plisky[19]等研究也表明了综合得分低于94%时，损伤风险增加6.5倍，两侧触碰的距离差>4cm时，损伤风险将增加2.5倍[4]。本研究通过测试发现肥胖大学生运动方向为前的左侧和右侧得分与对照组均存在非常显著差异，运动方向为后内侧的左侧和右侧的得分与对照组存在显著性差异，左右侧的综合评分均与对照组存在显著性差异，表明了肥胖大学生动态平衡能力低于对照组，肥胖会影响大学生的动态平衡能力。但肥胖大学生在左右不对称方面，肥胖组中共有15人，而在对照组中共有12人，肥胖组与对照组并无显著性差异，而在综合得分方面肥胖组可能存在一定的劳损风险，表明肥胖组和对照组普遍存在不对称现象，但其对肥胖大学生风险损伤预测仍需进一步研究。

3.3 动态平衡能力与膝关节肌力的相关性

在有关动态平衡能力与膝关节等速肌力的研究当中，Tapanya[3]等研究证实，膝关节屈、伸肌肌力与Y平衡前侧、后内、后外侧的距离均呈正相关。唐桥[4]等研究也表明了Y平衡测试后内得分和后外得分及综合得分与膝关节肌力的相关性较高。本研究发现肥胖大学生在Y-BT左侧支撑时，前侧得分与屈肌向心PT呈中度正相关、后外侧得分与屈肌离心PT、伸肌向心PT呈中度正相关、综合值与Hc：Qe呈中度正相关；在Y-BT右侧支撑时，综合值与Hc：Qe呈中度正相关(r=0.48，P<0.05)而Lee[20]等研究发现，膝关节屈肌肌力与Y-BT测试3个方向的距离均呈正相关，但膝关节伸肌肌力与之无相关性。这一现象在本研究并未得出结论，这可能是由于实验设计、研究对象、年龄及生活习惯导致的，这一结论需要未来研究进一步佐证。

4 结论

肥胖会造成大学生的动态平衡能力，导致双侧下肢动态平衡能力不对称，产生以上现象的原因可能是肥胖大学生膝关节屈、伸肌相对峰力矩低以及主动肌与拮抗肌不对称性。