許正勇，張先熠

（1.廣東外語外貿(mào)大學(xué) 體育部，廣東 廣州 510006；2.魯汶大學(xué) 運動科學(xué)系，比利時 魯汶 3000）

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足部內(nèi)在肌形態(tài)的測量和與人體靜態(tài)平衡穩(wěn)定性的關(guān)系

許正勇1，張先熠226

（1.廣東外語外貿(mào)大學(xué) 體育部，廣東 廣州 510006；2.魯汶大學(xué) 運動科學(xué)系，比利時 魯汶 3000）

摘 要：為探究采用超聲波技術(shù)測量足部內(nèi)在肌形態(tài)的可重復(fù)性，并通過對足部內(nèi)在肌形態(tài)與閉眼單腿站立時間的相關(guān)性分析探討足部內(nèi)在肌對維持人體穩(wěn)定性的影響。對15名健康青年受試者采用B型超聲波技術(shù)重復(fù)測量趾短屈肌、拇短屈肌、拇展肌及小趾展肌等4個足部內(nèi)在肌的縱向圖像以及橫截面圖像，用ImageJ圖像處理軟件測量肌肉厚度及橫截面積，用SPSS數(shù)據(jù)處理軟件對兩次測量數(shù)據(jù)進行組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(ICC)分析，以檢測該測試方式的可重復(fù)性；同時還測量了閉眼單腿站立時間用以評價平衡穩(wěn)定性，并對其與4個足部內(nèi)在肌的形態(tài)進行Pearson相關(guān)系數(shù)分析，探討內(nèi)在肌形態(tài)對靜態(tài)平衡能力的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：采用超聲波技術(shù)對足部內(nèi)在肌厚度與橫截面積的兩次測量值的ICC值大部分大于0.9，表明該測試方法的可重復(fù)性良好；拇展肌厚度、趾短屈肌及小趾展肌的橫截面積與閉眼單腿站立時間成顯著性相關(guān)，而拇展肌橫截面積與其成非常顯著相關(guān)；足部內(nèi)在肌橫截面積越大，閉眼單腿站立時間越久。結(jié)果說明：采用B型超聲波技術(shù)測量足部內(nèi)在肌形態(tài)的可靠性良好；足部內(nèi)在肌的形態(tài)會影響人體靜態(tài)平衡控制，對足部核心區(qū)穩(wěn)定性的作用不可忽視。

關(guān) 鍵 詞：運動生理學(xué)；足部內(nèi)在肌形態(tài)；人體靜態(tài)平衡；超聲波技術(shù)；足部核心區(qū)

在運動訓(xùn)練領(lǐng)域，核心區(qū)穩(wěn)定性(core stability)受到了相當(dāng)廣泛的關(guān)注。目前受到關(guān)注最多的是軀干核心區(qū)，即以脊椎-盆骨-髖關(guān)節(jié)為主體，包括附著在其上的肌肉韌帶等[1]。核心區(qū)的力量與穩(wěn)定性訓(xùn)練對運動成績提高及防止損傷都有重要意義[2]。與軀干核心區(qū)穩(wěn)定性相對應(yīng)，McKeon等[3]在2015年英國運動醫(yī)學(xué)期刊(British Journal of Sports Medicine)上發(fā)表的論文提出了足部核心區(qū)理論。由于足弓對于足部功能非常重要，靜止站立時重力通過足弓傳遞到前掌，運動時足弓通過形變吸收及釋放能量[4]。因而他們認(rèn)為以足弓為主體，包括控制足弓運動的足部內(nèi)在肌及外在肌等共同構(gòu)成足部核心區(qū)。

足部內(nèi)在肌是指起源點及附著點均在足部的肌肉，主要分布在足底，而足部外在肌是指起源點在腿部，而附著點在足部的肌肉。兩者共同控制足部運動，對足弓形態(tài)的維持非常重要[5]。其中足部外在肌由于形態(tài)較大，力臂也較長，能夠產(chǎn)生較大的力矩，對于控制足部運動起著主要作用，因而目前國內(nèi)外對足部肌肉的研究主要針對足部外在肌的形態(tài)與肌電活動研究[6-9]。而足部內(nèi)在肌主要分布在足底，而且肌肉較小，測量難度較大，相關(guān)研究十分有限，運動訓(xùn)練與康復(fù)訓(xùn)練中也缺乏對足部內(nèi)在肌的關(guān)注。然而足部內(nèi)在肌如同軀干核心區(qū)的穩(wěn)定肌群，雖然形態(tài)較小，能產(chǎn)生的力矩也較小，但對維持核心區(qū)平衡以及協(xié)調(diào)主要運動的完成有著重要作用。因而對足部內(nèi)在肌的測量方式以及功能的研究對于提高運動能力、降低運動損傷以及促進運動康復(fù)均有重要意義。

超聲波測量技術(shù)是將探頭置于皮膚表面，通過對超聲波的發(fā)射與接收檢測人體內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。超聲波測量技術(shù)是非介入性測量手段，該測試方式對身體安全，操作方式簡便，并且能得到實時反饋。隨著測量精度的提高，最近幾年對骨骼肌肉系統(tǒng)進行超聲波檢測成為研究熱點[10-12]。然而目前骨骼肌肉系統(tǒng)超聲波測量通常應(yīng)用在較大的肌肉上，在足底內(nèi)在肌等形態(tài)較小、測量難度較高的肌肉上應(yīng)用非常有限。

為了探究使用超聲波技術(shù)測量足部內(nèi)在肌形態(tài)的可靠性，本研究通過運用B型超聲波技術(shù)重復(fù)測量趾短屈肌、拇短屈肌、拇展肌以及小趾展肌等4個足部內(nèi)在肌的形態(tài)，對其測量重復(fù)性進行研究。足部內(nèi)在肌功能的重要性雖然毋庸置疑，然而目前沒有查到國內(nèi)外關(guān)于足部內(nèi)在肌形態(tài)對平衡控制能力影響的研究，也沒有對足部核心區(qū)穩(wěn)定性理論的實驗驗證。因而本研究還對4個足部內(nèi)在肌形態(tài)與單腳站立平衡時間進行了相關(guān)性分析，初步探索足部內(nèi)在肌形態(tài)對靜態(tài)平衡穩(wěn)定控制的影響，對足部核心區(qū)穩(wěn)定性進行初步探討。

1 研究方法

1.1 受試者

15名健康青年自愿參與了實驗測試，其中男7名、女8名。平均年齡為(23±3.3)歲，平均身高為(171.1± 8.7)cm，平均體重為(58.8±15.8)kg。所有受試者在6個月內(nèi)均無足部及下肢損傷，也沒有與運動平衡相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)類疾病。

1.2 實驗方法

1)相關(guān)肌肉形態(tài)的測量。

采用西門子便攜式B超測量儀，探頭選用線陣探頭。測量的足部內(nèi)在肌包括趾短屈肌、拇短屈肌、拇展肌與小趾展肌。將線陣探頭與肌肉起止方向平行放置測量其厚度，將探頭垂直放置測量其橫截面積。測量之前讓受試者以自然速度跑步5 min熱身。超聲波測量方法以及測量位置的選擇參考了CROFTS等[13-15]的研究。為了檢測測量的可重復(fù)性，讓受試者分別在2 d進行超聲波測量，測量操作者不變。所有B超測量均在右腳上進行。

(1)趾短屈肌測量。趾短屈肌屬于足部淺層肌肉，主要功能是輔助2～5趾跖屈。在測量趾短屈肌時，受試者俯臥在柔軟長椅上，將踝關(guān)節(jié)以下的腳部懸在空中不施加任何負(fù)荷，腳部與脛骨成90°。對于趾短屈肌，用軟筆畫線連接跟骨內(nèi)側(cè)結(jié)點與第3趾骨中點，將探頭沿著這條線由跟骨向趾骨移動，直至找到趾短屈肌最厚的部位，捕捉其靜態(tài)圖像用于測量趾短屈肌的厚度。將探頭在該肌肉最厚的地方旋轉(zhuǎn)90°，測量其橫截面積。

(2)拇短屈肌測量。拇短屈肌主要功能是輔助大拇指跖屈。測量拇短屈肌時，受試者處于俯臥位，姿勢與測量趾短屈肌一致。將線陣探頭放置在第1跖骨頭處，使其探頭方向與第1跖骨平行，由第1跖骨遠(yuǎn)端向近端移動，直至找到拇短屈肌最厚的部位，捕捉其靜態(tài)圖像用于后續(xù)的拇短屈肌厚度測量。然后將探頭在該肌肉最厚的地方90°旋轉(zhuǎn)，以測量拇短屈肌的橫截面積。

(3)小趾展肌測量。小趾展肌主要功能是輔助小趾跖屈以及外展。測量小趾展肌時，受試者處于俯臥位，姿勢與測量趾短屈肌一致。將探頭置于跟骨外側(cè)結(jié)節(jié)，即小趾展肌的起源處，向第5跖骨粗隆移動，直至找到小趾展肌最厚的部位，通常在跟骰關(guān)節(jié)附近，捕捉靜態(tài)圖像用于測量小趾展肌的厚度。然后將探頭旋轉(zhuǎn)90°，捕捉橫截面積圖像。

(4)拇展肌測量。拇展肌是足部較大的內(nèi)在肌，其主要功能是外展拇指。對于拇展肌，在受試者仰臥位進行測量，腳部與脛骨成直角。為了保證測試位置的一致性，在脛骨內(nèi)踝前側(cè)畫一條垂直于足底的線，將線陣探頭置于該線上捕捉其橫截面積圖像。然后將探頭旋轉(zhuǎn)90°，捕捉其厚度的靜態(tài)圖像。對于難以識別的肌肉，在測量時會使受試者主動收縮該肌肉，記錄肌肉動態(tài)圖像，以輔助之后對肌肉邊界的識別。

2)最長單腳站立時間的測量。

由于所有B超測試均在右腳上進行，因而讓受試者均右腿單腿站立。為了排除鞋襪對平衡的影響，受試者測試期間不穿鞋襪。測量姿勢為：右腳裸足站立，左腳抬起懸空，雙手在胸前交叉，閉上雙眼，讓受試者盡量保持身體平衡穩(wěn)定，當(dāng)另一側(cè)腳著地則結(jié)束計時。靜態(tài)平衡時間測試3次，每次之間休息片刻直至受試者準(zhǔn)備好下一次測試。

1.3 數(shù)據(jù)處理

在ImageJ圖像處理軟件中對B超測量圖像進行處理，測量肌肉厚度與橫截面積。對于肌肉厚度，選擇最厚的部位進行測量，對于橫截面積，沿著肌肉邊緣畫封閉曲線測量該區(qū)域的面積。對所測量數(shù)據(jù)用SPSS 11.0進行統(tǒng)計學(xué)分析，測試結(jié)果用平均值±方差表示。對于測量方式的可重復(fù)性進行分析，對超聲波2 d的肌肉形態(tài)測量數(shù)據(jù)進行組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(interclass correlation coefficients，ICC)可靠性分析。對肌肉形態(tài)與靜態(tài)平衡的相關(guān)性分析，將足部內(nèi)在肌厚度及橫截面積與單腿閉眼站立時間進行Pearson相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與討論

表1為對4個足部內(nèi)在肌的厚度與橫截面積的2次測量數(shù)據(jù)以及組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(ICC)。結(jié)果顯示兩次測試的可重復(fù)性很好：除了拇短屈肌橫截面積與小趾展肌橫截面積的可靠性為中等(ICC＞0.8)外，其余測量值的可重復(fù)性高(ICC＞0.9)[16]。

表1 足部內(nèi)在肌形態(tài)測試結(jié)果(x±s)

所有受試者單腿閉眼站立時間的平均值為(34.7± 17.4)s。4個足部內(nèi)在肌形態(tài)(厚度與橫截面積)與單腿閉眼站立時間的Pearson相關(guān)系數(shù)如表2所示。相關(guān)性分析顯示趾短屈肌橫截面積、拇展肌厚度以及小趾展肌橫截面積與單腿閉眼站立時間成顯著性相關(guān)，而拇展肌橫截面積與單腿閉眼站立時間成非常顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.72，說明足部內(nèi)在肌的形態(tài)與單腿平衡站立時間有一定相關(guān)性。

表2 足部內(nèi)在肌形態(tài)與單腿閉眼站立時間的相關(guān)系數(shù)

對于健康的肌肉，其橫截面積與收縮力量成正比，因而通過測量肌肉形態(tài)能夠反映其功能[17-18]。過去測量肌肉形態(tài)通常使用MRI與CT等，不僅操作復(fù)雜、耗費比較大、對人體也有一定的潛在傷害。而便攜式的B超則會大大降低測量成本，而且對人體無傷害，可操作性強，在肌肉系統(tǒng)測量方面越來越受到重視。然而在使用這一測量技術(shù)之前必須先驗證其可靠性，目前國內(nèi)有對B型超聲波測量肌肉形態(tài)可靠性的研究，但所測量的肌肉為股四頭肌[19]，與較小不容易識別的足部內(nèi)在肌差異較大，本研究通過對足部內(nèi)在肌的重復(fù)性測試顯示使用B型超聲波技術(shù)測量較小的足部內(nèi)在肌可靠性良好。

由測試結(jié)果可知肌肉的橫截面積的重復(fù)性比厚度的重復(fù)性稍低，這是因為肌肉橫截面的邊緣識別度相對較低，有時需要結(jié)合肌肉動態(tài)收縮圖像進行識別。相比其他足部內(nèi)在肌，拇短屈肌的橫截面積的可重復(fù)性稍低，這可能與該肌肉有深淺兩個頭有關(guān)，對其邊界的識別難度會稍微高一些。而小趾展肌的可重復(fù)性也為中等，這可能與該肌肉外面包裹的其他組織較多，肌肉位置稍微深一些，從而導(dǎo)致B超測量的精度有所降低，而且該肌肉不容易通過自主收縮測量其動態(tài)圖像。運用B超技術(shù)測量肌肉形態(tài)時，位置越表層、結(jié)構(gòu)越簡單的肌肉的測量可靠性與準(zhǔn)確度越高。但整體來說本研究所測試的4個足部內(nèi)在肌的測量可重復(fù)性均較好。

不管是靜止站立，還是完成復(fù)雜的三維運動，足部平衡能力都起著重要作用。平衡能力差容易導(dǎo)致踝關(guān)節(jié)扭傷，內(nèi)翻過度甚至摔倒等[20-22]。影響平衡的因素有很多，包括本體感受、支撐面積以及肌肉協(xié)調(diào)等。雖然足部外在肌較大，能夠產(chǎn)生較大的力矩，對平衡控制有著非常重要的影響，然而對軀干核心區(qū)穩(wěn)定性的研究顯示：如果核心區(qū)穩(wěn)定肌群比較弱小會使該區(qū)域穩(wěn)定性降低，并引起軀干與下肢運動模式異常[23]，進而可能增加下肢過度運動損傷風(fēng)險[24-25]。足部內(nèi)在肌與軀干核心區(qū)穩(wěn)定肌群類似，雖然形態(tài)較小，力臂也較短，對于它們所跨越的關(guān)節(jié)不能產(chǎn)生較大力矩，但對于維持穩(wěn)定性卻非常重要，能夠協(xié)調(diào)與輔助主要運動的完成。

閉眼單腿站立是難度較高的平衡測試，能夠反映人體的平衡控制能力，被廣泛應(yīng)用于評價平衡能力[26]。本研究對足部內(nèi)在肌大小與閉眼單腿站立時間的相關(guān)性分析，實驗結(jié)果表明趾短屈肌、拇展肌及小趾展肌等足部內(nèi)在肌的大小與單腿站立時間在統(tǒng)計學(xué)意義上顯著性相關(guān)，這說明足部內(nèi)在肌對平衡的控制有一定影響，因而對平衡能力的訓(xùn)練不應(yīng)只看重足部外在肌，還應(yīng)關(guān)注足部內(nèi)在肌。其中拇展肌的橫截面積與單腿站立時間呈非常顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.72，說明該肌肉的大小對于足部平衡影響較大，可以在一定程度上通過對該肌肉形態(tài)的測量評價足部平衡功能。Kelly 等[27]采用針電極肌電對足部內(nèi)在肌在雙腿站立與單腿站立時的肌電活動進行了研究，結(jié)果顯示單腿站立時拇展肌、趾短屈肌與跖方肌的肌電水平顯著高于雙腿站立時的肌電水平，說明這些肌肉參與足部平衡的控制。然而這種介入式測量實施起來相對困難，也可能對受試者產(chǎn)生一定傷害，不適于廣泛應(yīng)用。本研究的實驗結(jié)果也顯示拇展肌與趾短屈肌的大小與單腿靜態(tài)平衡有顯著相關(guān)性，與Kelly等的研究結(jié)論一致，而且超聲波為非介入性測量技術(shù)，對人體無傷害，更適宜做為有效簡便的足部內(nèi)在肌測量手段。

研究顯示日益增多的足部病變也均與足部內(nèi)在肌肉力量密切相關(guān)，例如平足、拇指外翻、跟腱炎、踝關(guān)節(jié)扭傷等[28]。為了改善足部平衡能力，很多人采用鞋或鞋墊矯形器等外部支撐進行改善治療，而忽略了鍛煉內(nèi)在肌使其發(fā)揮本來的功能，這種方式治標(biāo)不治本，而且足部結(jié)構(gòu)由于長期受到外部支撐可能會使足部內(nèi)在肌更加弱小，從而產(chǎn)生惡性循環(huán)。通過訓(xùn)練足部內(nèi)在肌可能對于增強足部功能以及降低運動損傷更有利。

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Measurement of foot intrinsic muscle morphology and its relationship with human body static balance stability

XU Zheng-yong1，ZHANG Xian-yi2
（1.Department of Physical Education，Guangdong University of Foreign Studies，Guangzhou 510006，China；2.Department of Kinesiology，Katholieke Universiteit Leuven，Leuven 3000，Belgium)

Abstract:In order to probe into the repeatability of measuring foot intrinsic muscle morphology by using ultrasonic technology,and to study the effects of foot intrinsic muscles on maintaining human body stability by analyzing the correlation between foot intrinsic muscle morphology and eyes closed single leg standing time,the authors repeatedly measured the longitudinal and cross-sectional images of such 4 foot intrinsic muscles as flexor digitorum brevis,flexor hallucis brevis,abductor hallucis and abductor digiti minimi of 15 healthy young testees by using type B ultrasonic technology,measured muscle thicknesses and cross-sectional areas by using image processing software ImageJ,and performed an interclass correlation coefficient(ICC)analysis on two sets of measurement data by using data processing software SPSS,so as to verify the repeatability of this test method; in the mean time,the authors also measured eyes closed single leg standing time in order to evaluate balance stability,analyzed the Pearson coefficients of correlation between eyes closed single leg standing time and the morphologies of the four foot intrinsic muscles,and probed into the effects of foot intrinsic muscle morphology on static balance ability.The authors revealed the following findings: most ICC values of two sets measurement values of foot intrinsic muscle thicknesses and cross-sectional areas measured by using ultrasonic technology were greater than 0.9,which means that the repeatability of this test method is good; the thickness of abductor hallucis and the cross-sectional areas of flexorbook=134,ebook=139digitorum brevis and abductor digiti minimi were significantly correlative with eyes closed single leg standing time,while the cross-sectional area of abductor hallucis was very significant correlative with eyes closed single leg standing time; the larger the cross-sectional area of foot intrinsic muscles,the longer the eyes closed single leg standing time.The said findings indicate the followings: the reliability of measuring foot intrinsic muscle morphology by using type B ultrasonic technology is good; foot intrinsic muscle morphology will affect human body static balance control,its function on foot core area stability should not be neglected.

Key words:sports physiology；foot intrinsic muscle morphology；human body static balance；ultrasonic technology；foot core area

作者簡介：許正勇(1972-)，男，講師，碩士，研究方向：運動生物力學(xué)與體育教育學(xué)。E-mail：xuzhengyong_1972@163.com

收稿日期：2015-06-08

中圖分類號：G804.2

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1006-7116(2016)02-0133-05