洪跃镇，隋建锋，季林红，卢茜，毕胜

上肢肩肘关节协同运动特征分析

洪跃镇1,2，隋建锋1，季林红1，卢茜3，毕胜3

[摘要]目的量化分析肩肘关节协同施力所表现出的特征。方法利用测量平台的三维力传感器，分别记录1名健康男性受试者在肩部与肘部进行独立运动时，前臂与上臂的横向力。受试者以最大横向力的100%、75%、50%、25%分别完成肩外展、肩内收、肘屈曲、肘伸展4个动作，用主动动作力与连带动作力之比作为前臂和上臂协同程度的评价指数。结果肩外展时，主动运动力越低，评价指数越低，运动越不好控制；肩内收时，主动动作力下降对评价指数无明显影响；肘伸展时，主动运动力下降，评价指数上升；相对其他动作，肘屈曲时，评价指数变化不规律，提示较难控制协同运动的方向及大小。结论人体对上臂的控制难于前臂。

[关键词]联合运动；协同运动；肩；肘；评价指数

[本文著录格式]洪跃镇，隋建锋，季林红，等.上肢肩肘关节协同运动特征分析[J].中国康复理论与实践, 2015, 21(11): 1319-1324.

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联合运动也叫异常的协同运动，是偏瘫患者患侧经常出现的异常姿势反应，由健侧或患侧的主动运动所诱发，在上肢最易观察到[1]。研究表明，上肢异常的协同运动是一种无意识反应，由于用力或保持姿势稳定而出现[2-3]，除了发生在一些神经系统疾病外，也可以发生在神经系统未发育成熟的儿童[4]和健康成人在进行不熟悉的动作或用力的动作时[5]。

联合运动在临床已经广泛研究，但大多限于描述，少有定量的临床评定[6]。

对患者运动功能的评价和分析是决定治疗方案的关键步骤，治疗效果的判断也依赖于评定结果之间的比较[7-8]，故对协同运动进行客观有效的量化评价意义重大。

目前涉及协同运动特征评价方法的研究较多[9-12]，主要有徒手肌力检查法、运动评估量表、Brunnstrom评价法、上田敏评价法、Bobath评价法、简式Fugl-Meyer评定量表等。徒手肌力检查法检查对象是单个肌肉或肌群，方式是观察单关节运动时肌肉或肌群的运动能力[13]。运动评估量表用于评估患者总体功能活动能力，没有涉及协同运动模式的评估[14- 15]。Brunnstrom法描述了偏瘫运动功能恢复的6个阶段，据此将运动功能水平分为6级[16]。上田敏法将Brunnstrom 6级分类法细化为12级，仍为分级评定。Bobath评价法对运动功能的评价主要限于姿势张力和运动模式，将评价与治疗融为一体[17]。Fugl-Meyer等学者则在Brunnstrom方法的基础上制定了Fugl-Meyer身体功能测量量表[18-20]。后3种评价方法认识到脑损伤后运动功能障碍的特点和运动模式的变化，较徒手肌力检查法笼统评价偏瘫患者的运动功能是一大进步[7]，但仍然缺乏实验数据作为支撑。

从定性角度看，异常协同运动的异常性体现在偏瘫后运动方式、肌肉受力力量区别于健康人[21-22]。目前缺乏对协同运动的量化评价研究，对正常人上肢动作规律还缺少总结，特别是缺少相关的实验数据和案例[23-25]。

本研究采用三维力传感器测量上肢实施协同收缩运动时的横向分力，定义评价指数，以其变化规律反映上肢协同运动的特点和控制能力，从而建立一种对协同运动的功能评价方法。以期在前期用于评价瘫痪程度，确定治疗方案；在中期评价治疗效果，改进治疗方案；在后期作为康复的依据[26]。

1　对象与方法

本研究以自行研制的偏瘫手臂静力力量测量仪器为平台。平台以经过受试者胸、腹部的带子将其躯干固定于椅背上，固定受试者腕部并使指尖正对自身的正中矢状位[27]。能够实现受试者上肢肩外展75°、屈曲40°，肘屈曲90°，还可以实现测量上臂和前臂在动作平面X、Y两方向的力和垂直于动作平面的力矩(图1)。

实验对象为1名健康的男性青年(约30岁)。受试者上肢以100%、75%、50%、25%最大力量分别进行肩外展、肩内收、肘屈曲、肘伸展4个动作，通过两个三维力传感器测量动作时上臂、前臂的横向分力，计算主动作/协同动作横向力之比作为评价指数。符号为正表示上臂、前臂力内外方向相同，符号为负表示上臂、前臂力内外方向相反。

实验步骤：①系统测试，传感器调整零点；②受试者准备活动，练习被测上肢4个动作以保证理解并完成动作；③将受试者后背及手臂固定于测试架上，进行肩外展最大静力性收缩测定，记录数值；④受试者依次按照75%、50%、25%的最大横向力执行上述肩外展动作，并保持相同时间，每次收缩后均反馈告知是否成功，记录三维力传感器上臂、前臂横向力数值；每个力量重复3次。肩内收、肘屈曲、肘伸展等3个动作按照类似步骤进行。

2　结果

2.1肩外展

肩外展上臂最大横向力为85～90 N，力的方向垂直于上臂向外；前臂横向力3～5 N，方向不定(图2)。

随着肩外展主动作力量下降，评价指数绝对值大小逐渐递减，连带动作相对力度上升，连带动作的干扰影响逐渐突出。见表1。

表1　肩外展不同横向力主动/协同特征分析

2.2肩内收

肩内收上臂最大横向力为58～65 N，前臂横向力15～35 N。方向均向内(图3)。

随着肩内收主动作力量下降，评价指数绝对值大小基本保持在2～3.5之间。见表2。相比肩外展，肩内收时对肘关节协同运动的方向及大小的控制能力较好。

表2　肩内收不同横向力主动/协同特征分析

2.3肘伸展

肘伸展前臂最大横向力80～88 N，方向向外；上臂横向力10～15 N，方向向内(图4)。

随着肘伸展主动作力量下降，评价指数绝对值逐渐上升。见表3。相比肩关节，肘伸展时协同运动的方向及大小控制较好。

表3　肘伸展不同横向力主动/协同特征分析

2.4肘屈曲

肘屈曲前臂最大横向力在85～110 N，方向向外；上臂横向力在15～20 N，方向不定(图5)。

肘屈曲主动作力量下降，评价指数绝对值呈先上升后下降的趋势。见表4。该实验数据误差较大，还需进一步验证。但可提示，与其他3个动作相比，肘屈曲时人体对协同运动的方向及大小的控制能力均比较差。

表4　肘屈曲不同横向力主动/协同特征分析

图2　不同肩外展主动横向力时上臂、前臂力量曲线

图3　不同肩内收主动横向力时上臂、前臂力量曲线

图4　不同肘伸展主动横向力时上臂、前臂力量曲线

图5　不同肘屈曲主动横向力时上臂、前臂力量曲线

3　讨论

肩外展上臂向外用力，前臂连带动作力的方向不定；随着主动作力量的下降，协同运动的干扰逐渐突出，动作趋于难以控制。肩内收上臂向内用力，前臂连带动作力的方向也向内；主动作力量下降，人体的运动控制难度没有上升。肘伸展前臂向外用力，上臂连带动作力的方向向内；随着主动作力量变小，人体运动控制能力上升。肘屈曲前臂向外用力，上臂连带动作力的方向不定；与其他3个动作相比，肘屈曲时人体运动控制能力较差。

总体来说，人体控制上臂运动要难于前臂，原因可能是上臂运动需要募集肌肉数量更多，上臂神经分布密度低于前臂，导致神经对肌肉控制减弱。

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·辅助技术·

作者单位：1.清华大学摩擦学国家重点实验室智能与生物机械分室，北京市100084；2.中国航天员科研训练中心人因工程重点实验室，北京市100094；3.解放军总医院康复医学中心，北京市100853。作者简介：洪跃镇(1988-)，男，汉族，福建漳浦县人，硕士研究生，主要研究方向：康复工程、生物机械。通讯作者：季林红、毕胜。E-mail: jilh@tsinghua.edu.cn(季林红)、13661102947@163.com(毕胜)。

ForceCharacteristicsof SynergisticMovement between Shoulder and Elbow Joints

HONGYue-zhen1, SUI Jian-feng1, JI Lin-hong1, LU Xi2, BI Sheng2
1. Division of Intelligent and Biomechanical System, State Key Laboratory of Tribology, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 2. National Key Laboratory of Human Factors Engineering, ChinaAstronaut Research and Training Center, Beijing 100094, China; 3. Rehabilitation Medical Center, the General Hospital of Chinese People's Liberation Army, Beijing100853, China

Abstract:ObjectiveTo quantizethesynergistic forcein movement of upper limbsbetween shouldersand elbows. MethodsThetransverse forces of elbows and shoulders during movement were recorded in a healthy adult with an upper-limb-force-measuring plate form which comprised of 2 three-dimensional forcesensors, respectively. Then heperformed shoulder abduction/adduction and elbow extension/ flexion at 100%, 75%, 50% and 25% of themaximum contraction force, respectively. Theratio of theactiveaction forceand thejoint action force(named assessment index) wasused to assessthesynergistic degreeof theforearm and theupper arm. ResultsIn theshoulder abduction motion, theassessment index decreased asthestrength of activeaction decreased, meant interferenceof joint action increased. However, it wasalmost stablein theshoulder adduction, increased in theelbow extensionas, and wasirregular in theelbow flexion, astheactiveactionstrengthdecreased, respectively. Conclusion It may bemoredifficult tocontrol upper armthantheforearm.

Keywords:associatedmovement; synergisticmovement; shoulder; elbow; assessment index

(收稿日期：2015-01-03修回日期：2015-02-03)

基金项目：国家自然科学基金项目(No.81272162)。

DOI:10.3969/j.issn.1006-9771.2015.11.019

[中图分类号]R493

[文献标识码]A

[文章编号]1006-9771(2015)11-1319-06