《Journal of Biomechanics》：Isokinetic assessment of trunk flexor and extensor performance in asymptomatic adult women (20–55 years): reference values and effects of age and angular velocity
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摘要
躯干肌力对于脊柱稳定性和损伤预防至关重要。现有研究多聚焦于临床人群或男性个体，缺乏针对无症状女性的参考值。本研究旨在基于样本建立无症状女性躯干肌力表现的标准参考值，并利用等速测力法（isokinetic dynamometry）探讨年龄与角速度的影响。研
摘要
躯干肌力对于脊柱稳定性和损伤预防至关重要。现有研究多聚焦于临床人群或男性个体，缺乏针对无症状女性的参考值。本研究旨在基于样本建立无症状女性躯干肌力表现的标准参考值，并利用等速测力法（isokinetic dynamometry）探讨年龄与角速度的影响。研究人员对150名无症状女性（20–55岁）进行了等速测力与肌电图（EMG）分析。采用线性混合模型（LMM）分析躯干肌力数据，将年龄作为连续预测变量、角速度作为重复测量因素，并通过随机效应考虑个体变异性。EMG振幅在各测试条件下均归一化至峰值动态激活水平，伸肌在伸展过程中的活动度为52%，屈肌在屈曲过程中的活动度为43%–45%。LMM结果显示年龄效应极小，而角速度与多项结果（包括力矩、功率和总功）的变异相关。研究人员在60、90和120°/s角速度下建立了躯干肌力的样本参考值。在该20–55岁无症状女性便利样本中，年龄效应较小，支持使用单一数据集。角速度条件对躯干等速测试结果变异的解释程度高于年龄差异。在所研究的年龄范围内，年龄对肌力、功率和EMG活动的影响有限。躯干肌呈现力–速度模式，即随着角速度增加，力矩降低而功率升高。
论文解读：无症状成年女性躯干屈伸肌等速肌力表现——参考值建立与年龄、角速度效应分析
一、研究背景与目的
躯干肌群在维持脊柱稳定性、运动控制、损伤预防以及日常与运动任务中上下肢力量传递方面发挥着核心作用。然而，现有关于躯干肌力的研究大多源自临床样本，尤其集中于下背痛（low back pain）患者群体，这反映了该疾病的高发性。此类研究设计限制了对无症状个体躯干肌力正常水平的认知，缺乏可供未来研究参考、并用于健康与临床人群比较的标准化参考值。
现有文献还存在若干不足：多数研究采用等长收缩（isometric）和静态评估手段，而非被视为金标准的等速动态评估；样本常以男性为主，对女性群体的关注不足；且鲜有研究系统探讨年龄对躯干肌力表现的影响。这一忽视尤为重要，因为已有研究表明，自四十岁起，年龄相关的神经肌肉与骨骼肌肉变化可能开始影响肌力表现。此外，性别差异显著影响肌力能力，女性通常表现出低于男性的躯干肌力与耐力，且屈伸肌群间存在更大的不平衡。鉴于女性下背痛患病率更高、不良肌肉骨骼条件下的预后更差，建立针对女性的特异性参考值尤为迫切。
基于上述背景，本研究旨在：第一，利用等速测力法在60、90和120°/s三种角速度下，为无症状女性建立躯干屈肌与伸肌的样本参考值，涵盖力矩、功率、功、拮抗肌/主动肌比值及肌肉激活等指标；第二，运用线性混合模型（LMM）分析年龄与角速度对躯干肌力表现的影响。
二、研究方法概述
本研究为分析性横断面研究，从当地社区通过便利抽样招募150名20–55岁无症状女性。纳入标准为女性、年龄20–60岁、评估时及此前六个月内无下背痛或其他肌肉骨骼症状；排除标准包括脊柱异常史、12个月内躯干手术史、妊娠及可能影响中轴骨骼或躯干肌功能的神经、风湿或肌肉骨骼疾病。样本量依据峰值力矩指标计算，采用标准差24.5 N·m、误差范围7.5 N·m、α=0.05、统计功效80%。
研究使用Biodex System 4?等速测力计（Biodex Medical Systems, Inc., Shirley, NY, USA）评估肌力表现，使用16通道Trigno?无线表面肌电系统（Delsys Inc., Natick, MA, USA）同步采集肌电信号。受试者以髋膝90°屈曲坐姿固定于躯干模块，旋转轴对准髂前上棘，活动范围限制为60°弧（自90°起始位屈曲50°至伸展110°）。测试包括三种随机顺序角速度（60、90、120°/s）下各10次最大收缩，组间休息90秒，每组前进行10次次最大熟悉练习。EMG信号经20–450 Hz带通滤波、全波整流并转换为RMS振幅，归一化至各测试条件下峰值动态激活水平。等速变量包括绝对峰值力矩（PT）、体重归一化峰值力矩（PT/BW）、峰值力矩角度（Ang_PT）、屈伸比、加速时间（AT）、减速时间（DT）及负荷范围（LR）等。统计分析采用线性混合模型，年龄作为连续预测变量，角速度作为重复测量因素，受试者作为随机截距；非线性关系通过样条函数探索；配对比较采用Tukey校正的估计边际均值。
三、研究结果
3.1 模型诊断
残差诊断（DHARMa包）显示模型假设未出现重大违背。尽管Kolmogorov-Smirnov检验对多数结果指标显示显著偏差，但QQ图目视检查确认残差与理论分布基本一致，仅存在轻微尾部偏差。鉴于大样本下正式显著性检验的过度敏感性，图形诊断被优先采用，确认线性混合模型充分适用。
3.2 混合模型结果
23项表现变量中21项与年龄呈线性关系，仅屈曲减速时间（DT_Flex）和伸展功率（POW_Ext）呈现非线性模式（样条模型ΔAIC分别为?2.97和?2.41，均P=0.02）。年龄对多数变量无显著线性效应，但年龄增加与伸展负荷范围（β=0.11，95% CI [0.04;0.19]，P=0.002）、屈曲负荷范围（β=0.12，95% CI [0.04;0.20]，P=0.002）增加及伸展加速时间减少（β=?0.06，95% CI [?0.09;?0.03]，P=0.001）相关；年龄与屈曲总功（TW_Flex：β=?2.70，P=0.04）及体重归一化屈曲峰值力矩（PT/BW_Flex：β=?0.015，P=0.001）呈负相关。角速度对除右竖脊肌伸展激活（RES_Ext，P=0.879）和右腹直肌屈曲激活（RRA_Flex，P=0.232）外的所有变量均有显著线性效应。年龄×角速度交互作用仅在伸展加速时间（AT_Ext）、屈曲峰值力矩角度（Ang_PT_Flex）和RES_Ext三项上显著。
年龄固定效应仅解释各结果变量<6.2%的方差（边际R2），峰值出现在PT/BW_Flex（R2=0.062）。纳入角速度后模型拟合显著改善，五项结果边际R2超过40%。加入交互作用后，四项变量边际R2>45%（AT_Ext=58.4%；Ang_PT_Flex=55.7%；LR_Flex=49.8%；LR_Ext=45.8%）。包含随机效应的完整模型对多数变量条件R2>0.60。
3.3 样本参考值
鉴于年龄效应极小，参考值基于合并样本建立。肌电活动以归一化峰值百分比表示：伸肌在伸展时主动肌激活约52%，屈肌（右腹直肌RRA和右腹外斜肌REO）在屈曲时为43%–45%；拮抗肌在两种相位均呈现约22%的持续共激活模式。等速变量方面，总功（TW）随角速度增加而降低（如伸展TW从60°/s的1601.9 J降至120°/s的1353.4 J），功率（POW）随角速度增加而升高（伸展POW从136.6 W升至215.1 W），峰值力矩（PT）随角速度增加而降低（伸展PT从186.9 N·m降至173.9 N·m），主动肌/拮抗肌比值（Ago_Ant_Ratio）从0.558降至0.516。角速度升高延长了达到负荷范围所需时间（AT）和减速阶段，导致恒速运动比例（负荷范围）随测试速度增加而反向降低。功率、总功和屈曲峰值力矩在所有配对速度比较中均存在显著差异；伸展峰值力矩仅在60与120°/s间差异显著。
四、讨论与结论
讨论部分总结：在所评估的因素中，角速度对20–55岁女性躯干等速测试结果变异的解释比例远大于年龄（年龄边际R2<9%）。这一发现与既往认为衰老自30–40岁即开始导致肌力下降的范式相悖，提示躯干肌力下降可能发生于更晚年龄阶段（六十岁后）。角速度效应的主导地位可归因于力–速度关系：向心收缩时速度增加缩短了横桥形成时间，导致力矩生成能力下降。条件R2>0.60表明个体间变异性极大程度上决定了躯干等速表现，这源于体能状况、协调性、肌肉形态和人体测量特征等未控制因素的差异，凸显了混合效应模型在神经肌肉研究中的必要性。年龄的少数显著效应（如负荷范围增加、屈曲总功降低）效应量极小，可能属于I型错误。EMG归一化策略（各速度内归一化至峰值动态激活）可能降低了检测速度间差异的敏感性。研究局限包括：仅纳入健康女性、年龄范围未覆盖高龄人群、50岁以上样本量有限、未控制BMI及激素状态等混杂因素，且参考值仅适用于Biodex System 4坐位矢状面等速向心收缩测试条件。
结论翻译：研究人员为20–55岁健康女性便利样本建立了躯干等速肌力表现的样本参考值。角速度解释了躯干等速表现变异的较大比例（边际R2>0.50）。年龄对所研究便利样本的肌力、功率和EMG活动影响有限。躯干肌呈现力–速度行为特征，即随速度增加，力矩降低而功率升高。
