捏力測量方法及影響因素研究進展

孫嘉琪，徐紅旗

手部通常幫人們完成許多精細的動作，其力量對于人們的生活及工作至關(guān)重要。由于捏力可以直接反映出手部的肌肉力量，所以它也是評價人體機能的一項重要指標。捏力是指手部拇指指腹（主要是拇長屈肌和拇收肌）與食指外側(cè)面間的最大捏力，即拇指屈曲肌群與食指外展肌群靜力性最大隨意收縮時表現(xiàn)出的最高力值。在工業(yè)生產(chǎn)中，對于執(zhí)行一些復(fù)雜的功能，人手具備機械和感官能力[1]，其中捏力是掌握和操縱物體最重要的功能之一，如果該能力削弱將會妨礙每天的正?；顒?。此外，肌肉頻繁地需要通過手柄施加力量，通過夾持或扭轉(zhuǎn)以在不同的職業(yè)活動中操作控制設(shè)備[2,3]，所以握力、捏力等人體力學(xué)方面的數(shù)據(jù)對于產(chǎn)品設(shè)計的安全和實用性是至關(guān)重要的?？捎眯圆畹漠a(chǎn)品可能會導(dǎo)致其性能下降，并且降低消費者的購買欲[4-8]。如果根據(jù)捏力合理地設(shè)計操作位點則能夠提升設(shè)備的性能，提高工作效率。在醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域，對于損傷程度評估以及康復(fù)效果的評定，也會涉及捏力的測量。根據(jù)相關(guān)文獻報道，手部創(chuàng)傷占急診創(chuàng)傷病的15.0%～28.6%，目前臨床上已經(jīng)開始使用該項指標對病人進行診斷。有關(guān)研究還指出，捏力除評價上肢肌肉力量外，還可以用于預(yù)測人體骨密度[9]。所以在我國建立一套完整的捏力數(shù)據(jù)常模十分必要。國內(nèi)外眾多學(xué)者已經(jīng)對捏力的測量進行了大量的研究，得到許多有價值的研究結(jié)果。本文將對捏力的測量工具、方法、影響因素以及應(yīng)用等方面進行綜述。

1 測量工具

捏力測試工具分為機械式 （如B&L）、液壓式（如 Jamar）、電子式 （如 E-link）和無線式 （如 ECHO）。馬修威茲把B&L公司的機械捏力計視為捏力測試的黃金標準。1967年，B&L公司開發(fā)出世界上第一個機械捏力計，B&L公司的PG系列握力計分為3個型號[10]：PG-60型最大測試范圍為60磅，最小刻度2磅，主要用于運動員測試；PG-30型最大測量范圍30磅，最小刻度1磅；PG-10型最大測試范圍10磅，最小刻度0.25磅，主要用于損傷或術(shù)后的捏力測試。捏力計均帶有峰值保留功能和重置旋鈕。

Jamar機械捏力計采用優(yōu)質(zhì)特種鋼材制成，具有耐磨、穩(wěn)定等特點，便攜性能極高，配備有防跌落套繩，可有效防止在測試過程中發(fā)生意外跌落?？潭缺P分公斤和磅兩種刻度顯示，有10磅（4.5 kg）、30磅（13.6 kg）、45 磅（20.4 kg）、60 磅（27 kg）等多種規(guī)格可供選擇。

英國Biometrics公司生產(chǎn)的E-Link指捏力計，將手指捏力計與計算機相連接進行數(shù)據(jù)的獲得，不僅測量結(jié)果精準到0.1而且比讀表式的具有更高的信度。而Jamar液壓式捏力器在測試過程中由醫(yī)護人員（測試者）握住捏力計，因此受試者（患者）能更加集中精力在用力上[11]。其帶有峰值保留功能，測試結(jié)束后指針將自動停留在最大力量處，最大測試范圍45磅，測量結(jié)果準確、信度較高[12]。

Baseline系列液壓捏力計能確保測量的準確性、重測性和信度，其五級捏位液壓捏力計能適用于不同大小的手型，也可以進行不同捏距的測量。HiRes ER大量程液壓捏力計帶有3.5英寸的刻度盤，讀數(shù)更加方便和精確，最大測試范圍高達100磅（45 kg），更加適合專業(yè)運動員進行捏力測試。

美國JTECH Medical公司的ECHOTM系列無線捏力測試分析系統(tǒng)是當今市面最為先進的捏力測試分析系統(tǒng)，先進的無線傳輸技術(shù)徹底擺脫了所有線纜的束縛。

Commander Echo無線數(shù)碼捏力計廣泛應(yīng)用于手損傷治療、入職前體檢、功能性能力評估（FCEs）、復(fù)發(fā)性創(chuàng)傷障礙檢查以及任何需要捏力數(shù)據(jù)的臨床評估。其顯示最大力量、變異系數(shù)（CV）、左右側(cè)測試平均值以及雙側(cè)間差值，控制單元可存儲高達20組測試數(shù)據(jù)，單側(cè)重測次數(shù)最高為4次。在工傷賠償和功能性能力評估（FCE）中測定用力的一致性。對雙側(cè)測試差值進行歸檔，建立測試基準線并監(jiān)測康復(fù)進展，最大測試捏力高達50磅，測試精度0.1磅，對捏力較弱的患者也能進行精確測試，測力精度高于99%，且測試器與控制單元采用分離式設(shè)計，測試者在測試過程中可實時查看控制單元的數(shù)據(jù)，避免影響患者的注意力。

雖然電子式及無線式捏力計精度更高一分，但是機械式及液壓式捏力計不用擔心在大范圍調(diào)查中出現(xiàn)沒電而無法進行測量的情況，且更為堅固不易損壞，能夠降低測試中斷的風(fēng)險，測試者可根據(jù)不同需要選擇不同的捏力測試工具。

2 測量方法

2.1 測量姿勢

2.1.1 身體位置

測量過程中既可以采用站姿也可以采用坐姿，參照握力的測試，在正規(guī)測試中，美國手部治療師（ASHT）推薦，受試者在測試期間的身體姿勢規(guī)定為坐姿[13]。坐姿測試中，選取一個沒有扶手的椅子，被試者保持上體正直與地面垂直，雙腿自然分開與身體垂直自然放于地面，大臂貼緊體側(cè)。為防止肘關(guān)節(jié)外翻，可在身體與大臂之間夾一薄板。

2.1.2 肘關(guān)節(jié)

經(jīng)實驗證實，在進行捏力、握力等測量時，屈肘90°能最大程度地減少手臂肌肉的代償作用，更加準確地得到手部的最大靜態(tài)力量，所以測試選擇90°肘關(guān)節(jié)角度。

2.1.3 前臂位置

通過3種手勢分別測試前臂屈肘90°內(nèi)旋、外旋、中立位時捏力的大小，發(fā)現(xiàn)key型手勢前臂中立位時測得的捏力最大。美國手部治療師 （ASHT）推薦，手臂附著在軀干上不旋轉(zhuǎn)，肘部彎曲90°，前臂處于中立位位置，手腕在0～15°的范圍內(nèi)延伸。

2.1.4 腕關(guān)節(jié)

由于手部的操作是大量重復(fù)性的，手腕的肌肉和手指屈肌相輔相成，手腕的位置會影響捏力的大小[14]，若長時間超負荷不規(guī)范的動作將會導(dǎo)致腕管綜合征、腱鞘炎等疾病。在人體工程學(xué)領(lǐng)域，普遍認為自然的手腕位置（手腕有些背屈）在手動力產(chǎn)生時壓力最小，尤其是在使用手工工具時，所以在測量捏力時采用手腕自然背屈的姿勢。受試者肩關(guān)節(jié)成0°，上臂與胸部平貼，前臂處于中立位，測試手形為Tip（拇指與食指指尖相對）和Tripod（拇指指腹、食指以及中指指腹成三角架型捏住捏力計）時腕關(guān)節(jié)微伸，手腕呈 30°伸展[15]；測試手形為 Lateral（拇指指腹與食指側(cè)面相對捏住捏力計兩端）時腕關(guān)節(jié)微屈，前臂始終處于中立位懸空，不可搭在任何物體上[16]，對側(cè)手臂自然下垂置于體側(cè)即可。捏力計由測試人員輔助托扶固定，配合受試者完成測試。

2.1.5 手型

根據(jù)美國手部治療師提供的方法，捏力測試有3種手型：Lateral、Tripod與Tip。3種不同手型的捏力，運用手掌部位不同的肌肉。Lateral型主要應(yīng)用拇收肌和骨間掌側(cè)肌等肌肉，而Tripod型和Tip型除此之外還需拇指對掌肌、小指對掌肌和蚓狀肌等的參與[17]。3種測試的結(jié)果有差異，但不同手型的測試結(jié)果有相關(guān)性，測試者可根據(jù)需要測試不同姿態(tài)，以得到有價值的測量數(shù)據(jù)。

指頭—指側(cè)型是指拇指遠側(cè)指節(jié)與食指橈側(cè)面間相對互壓的用力方式，這種方法測得捏力最大，被定義為測量最大捏力的標準姿勢。

圖1 指頭—指側(cè)型測試法Figure 1 Lateral Type Measurement

2.1.5 .2 Tripod（指頭—指頭型）

指頭—指頭型是指拇指指腹與食指及中指指腹相對互壓的用力方式，測得捏力比Lateral型小，比Tip型大。在3種測試姿勢中，這種手勢測得的捏力值居中。

圖2 指頭—指頭型測試法Figure 2 Tripod Type Measurement

2.1.5 .3 Tip（指尖—指尖型）

指尖—指尖型是指拇指與食指指尖相對互壓的用力方式，由于牽動的肌肉不同，這種方法測得捏力最小。雖然這種捏力形式的力量最小，但是對于人類的精細操作還是有很大幫助的，某些情況下上述兩種捏力形式是無法取代這種捏力形式的。

圖3 指尖—指尖型測試法Figure 3 Tip Type Measurement

2.2 捏距

捏距是指測試時的指間距，捏距較大時受試者發(fā)力較為困難，捏距較小時更利于受試者發(fā)揮出最大捏力。多數(shù)捏力計捏距都是固定的，也有部分捏距可調(diào)的捏力計，可根據(jù)實際情況選擇適用的測量儀器。

2.3 測試流程

測試人員指導(dǎo)測試者開始和停止。在進行測量前，先讓受試者練習(xí)1次，熟悉測試流程及測試方法。為了能夠得到準確且穩(wěn)定的最大靜態(tài)肌力值，通常將測試時間設(shè)定在3～5 s，可選定4 s，值得注意的是響亮的提示語有助于被試者發(fā)揮出最大的捏力。同時需要叮囑受試者不要憋氣，發(fā)揮最大力量。左手（或右手）自然放置于體側(cè)。為消除測試時產(chǎn)生的疲勞，在每次測試結(jié)束后間歇15～60 s[12,18]，可選定20 s。在每一個姿勢均測試2～3次，通常記錄3次，取均值作為結(jié)果[19-22]。計算變異系數(shù)（CV），將變異系數(shù)控制在10%以內(nèi)為適宜。在進行3種不同捏姿的測試時，每種姿勢為一組，每組測量完成休息3～5 min。適當?shù)男菹?，能夠減少實驗結(jié)果的誤差。根據(jù)不同的測試需要決定是否給予語言等外界刺激，如果想要測得最大值則需要測試人員對受試者進行鼓勵，但是在日常活動中是沒有這些外界因素影響的。測試過程中，爆發(fā)式發(fā)力的結(jié)果會大于緩慢發(fā)力的結(jié)果，這也許和調(diào)動的肌肉纖維類型不同有關(guān)，在測量最大值的時候通常指導(dǎo)受試者緩慢勻速地發(fā)力。

野生稻中具有大量的遺傳變異，包含著許多優(yōu)異等位基因，現(xiàn)代種質(zhì)的遺傳基礎(chǔ)狹窄，因此可以從野生稻中挖掘相關(guān)的優(yōu)異等位基因。在QTL驗證的研究中，gw8.1和gw9.1均為野生稻等位基因增加粒重，表明野生稻種具有使水稻產(chǎn)量潛力增加的等位基因。但是，在QTL克隆研究中，并未見來自野生稻的優(yōu)異等位基因，因此，在未來的研究中，需要關(guān)注野生稻優(yōu)異等位基因的挖掘。

3 影響捏力大小的因素

3.1 年齡

國外對兒童的捏力研究表明捏力的大小在兒童時期，會隨著年齡的增加而增大[23-25]。但是對于成年人，年齡并不是影響手部力量的主要因素，經(jīng)常進行體力勞動會減慢手部力量的衰退。一般來說，男性和女性受試者的手部力量在25～39歲之間達到頂峰，此后逐漸下降。

3.2 性別

性別是影響捏力的一個至關(guān)重要的因素，性別不同，捏力大小差異很明顯。在同年齡階段青年女性捏力僅為青年男性捏力的70%左右。而在中老年中，女性捏力僅為男性捏力的75%左右[16]。男女利手捏力均高于非利手（差異10%以內(nèi)），中國人捏力值與國外同齡人的數(shù)據(jù)相差較大，尤其是男性。國內(nèi)外研究均證實，在相同年齡階段，男性比女性捏力大[26-28]，這種現(xiàn)象可能與男女分泌的激素不同有關(guān)[29]。雄性激素中的睪酮能夠促進肌肉生長，使肌肉力量提高。女性該激素分泌量比男性少，所以力量方面比男性較差。筆者用Jamar電子式捏力計對東北師范大學(xué)體育學(xué)院年齡處于20～24歲的47名右利手男生及30名右利手女生進行3種姿勢的測量驗證，結(jié)果如表2。同年齡階段男性較女性捏力更大，利手較非利手捏力更大。

表1 受試者人體計量資料統(tǒng)計Table I Statistics of the Anthropometric Data of the Subjects

表2 大學(xué)生男、女左右手3種手型捏力大小比較（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

通常認為利手捏力大于非利手。對于右利手的人群，右手捏力大于左手捏力。對于左利手的人群，左手大于右手捏力。以四川省成年人手指捏力數(shù)據(jù)分析為例，無論男性女性，利手的3種類型捏力、握力均值都要比非利手的高[30]。Dempsey等認為捏力類型與男性的手長及掌厚有關(guān)，所以可以在測試中輔助考慮男性的手掌寬度和手掌厚度[31]。

3.4 前臂

無論男女，前臂圍度都被認為對捏力有影響，前臂圍度越大相應(yīng)捏力也越大，也有相關(guān)研究認為女性在測量中可以輔助考慮前臂長度但尚未有準確定論。

3.5 身高、體重

Hager-Ross經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，身高、體重與捏力成正相關(guān)[32]，但也有研究結(jié)果表明捏力與身高和體重無相關(guān)性[33]?？赡苡捎跍y試中選擇的實驗對象年齡段的分散程度不同，產(chǎn)生了不同的研究結(jié)果，二者與捏力的相關(guān)性有待進一步通過實驗進行探索。對比韓國和一些西方國家[12,27,28,34]，發(fā)現(xiàn)韓國兒童捏力較低，這可能與不同人種的基因有關(guān)，也可能與不同的教育背景有關(guān)，導(dǎo)致體質(zhì)的差異。

3.6 小結(jié)

與捏力相關(guān)的因素還存在一些爭議，有研究結(jié)果認為其與身高、體重以及手的長和寬無關(guān)[35]，也有人認為捏力的大小與手長和手掌厚度有關(guān)，但其結(jié)果是針對男性[36]。還有結(jié)果顯示捏力與身高和年齡有相關(guān)性[37]。不同的結(jié)果可能與研究的人群范圍不同有關(guān)，兒童處于生長時期，所以其年齡與捏力大小有相關(guān)性[38]。但是成人發(fā)育定性后身體機能基本保持恒定，所以結(jié)果顯示其捏力與年齡無關(guān)不論性別，對手指捏力影響最大的主要因素包括有體重、握力、前臂圍度。此外，男性輔助考慮手掌寬度和手掌厚度，女性輔助考慮前臂長度[30]。

4 應(yīng)用

4.1 手部力量重要性

手的功能包括捏力、握力、手指的運動以及手的靈巧性和穩(wěn)定性等。捏力和握力是手部功能的主要表現(xiàn)形式，良好的捏力和握力是維持日常活動的基礎(chǔ)。握力的大小反映出前臂及手部屈肌的靜力和神經(jīng)調(diào)節(jié)肌肉活動的能力，是我國國民體質(zhì)監(jiān)測的一項重要指標。目前已有大量研究顯示握力與人體全身的力量高度相關(guān)，能夠預(yù)測很多結(jié)果，例如肌肉衰減綜合癥、老年跌倒風(fēng)險等。捏力作為比握力更為精細的動作也許能反應(yīng)出握力所不能表達的身體狀況。手部力量除反應(yīng)肌肉力量外還反應(yīng)神經(jīng)控制能力，例如腦卒中患者可通過手捏力判斷康復(fù)情況。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)通過運動和營養(yǎng)干預(yù)能保持較好的握力[39]，同理推測也能保持良好的捏力，有待深入研究。

隨著年齡的增長人體功能能力衰退，捏力和握力也會逐漸減小，手部力量的下降將會導(dǎo)致其功能的衰減，給日?；顒訋碇T多不便，嚴重時甚至?xí)屔钭岳砟芰ο陆?，降低生活質(zhì)量。所以，健康的手部力量是人們正常進行日?；顒拥那疤?。

4.2 醫(yī)療

捏力及握力在臨床診斷以及康復(fù)程度評定中已有廣泛的應(yīng)用。由于捏、握力能間接反映全身肌肉力量，所以被應(yīng)用于醫(yī)療評估[40]。目前已將捏力作為一項指標研究傳統(tǒng)功法訓(xùn)練對人體的肌力影響[41]。捏力可以很直接地表現(xiàn)出手部精細動作力量的大小，進而表現(xiàn)其功能性，故在腱鞘炎、腕管綜合征、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等疾病的診斷中可以通過捏力的測量來評判患病的程度。同時，在康復(fù)過程中，也可以通過測量捏力觀察恢復(fù)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應(yīng)上肢力量的強弱，并且手是反射弧中的感應(yīng)器和效應(yīng)器，進而反映神經(jīng)中樞的損傷與恢復(fù)情況。在腦卒中患者的上肢功能評定中[43]，通常會測量捏力和握力，在治療前和治療后評判肌力級別。測量捏力對手部損傷恢復(fù)情況的判定[44]，以及通過手功能評定腦卒中患者[45]有重要意義，且重復(fù)性作業(yè)中捏力的使用與累積性損傷疾患之間存在著明顯的相關(guān)性。我國在利用捏力診斷評價的定量研究上成果尚較少，期待進一步的發(fā)展為臨床治療提供科學(xué)有效的依據(jù)。 我國已經(jīng)研制出能夠結(jié)合患者捏力大小和虛擬現(xiàn)實的手指康復(fù)系統(tǒng)，但是其康復(fù)評價機制有待完善[49]。

4.3 工業(yè)生產(chǎn)

在實際生產(chǎn)作業(yè)中，很多細微操作都需要手部捏力。手是人們最常用且最為靈活的部位，而捏夾又是相對更為精細操作動作。如果大量重復(fù)超負荷的動作將大大增加人們手部損傷的幾率。捏力可以作為手動作業(yè)力量評價及疲勞評價指標[46]，如果能根據(jù)人們在捏取時最舒適的手腕位置、前臂位置及肘關(guān)節(jié)角度對儀器設(shè)備進行升級優(yōu)化，設(shè)計合理的捏力操作值，將會降低人們的患病風(fēng)險，使操作過程更加舒適。另外，生產(chǎn)用于日常生活的產(chǎn)品，也可以從此方面考慮進行改造，能夠增加效益，提高人們生活的便利性與舒適性。

5 總結(jié)及展望

5.1 總結(jié)

液壓式和機械式捏力計的測量方法簡單、迅速，但精準度比電子式和無線式捏力計差，而且后者可以與計算機相連接讀取數(shù)據(jù)。在實際測量使用時可根據(jù)不同的需要選擇合適的測量儀器，根據(jù)選擇的儀器和方法不同結(jié)果也會有所偏差。為了能夠得到真實有效的數(shù)據(jù)，掌握規(guī)范的測量方法以及使用標準化的術(shù)語是非常必要的。美國已經(jīng)擁有專門的手部治療師，測量方法和行業(yè)術(shù)語都相對規(guī)范。最后，在進行結(jié)果分析時，需要考慮性別、年齡、身高、體重、手掌形態(tài)以及前臂等因素，才能更加準確地反映捏力所表現(xiàn)的手部功能。

5.2 展望

5.2.1 運動員選材及測評

許多運動項目都涉及手部精細動作，例如羽毛球持拍，而捏力能夠很好的反映手部功能及上肢力量，故可以考慮在運動員選材時進行該指標的測試，在日常訓(xùn)練的反饋中也可通過捏力的測量進行評價。

5.2.2 開發(fā)醫(yī)療新產(chǎn)品

目前在手指康復(fù)領(lǐng)域里已經(jīng)研發(fā)出了與手指捏力相關(guān)的康復(fù)系統(tǒng)，能夠通過采集到的信息作出相關(guān)的評價，并通過計算機進行輔助訓(xùn)練[41]，評價標準還有待進一步通過數(shù)據(jù)的采集進行更新完善[47]。很多國家已經(jīng)通過捏力評價兒童的成長情況，在有骨關(guān)節(jié)疾病、營養(yǎng)不良、先天發(fā)育缺陷以及神經(jīng)系統(tǒng)缺陷的兒童患者中[48-50]，其捏力比同齡健康兒童低，因此捏力有時也被視作一項篩查指標[34,51]。針對手部康復(fù)治療我國已經(jīng)研制出能夠結(jié)合患者捏力大小和虛擬現(xiàn)實的手指康復(fù)系統(tǒng)，但是其康復(fù)評價機制有待完善[45]。

5.2.3 建立數(shù)據(jù)常模

國外很多地區(qū)已經(jīng)建立了自己的數(shù)據(jù)常模[52,53]，但是由于地區(qū)、人種、職業(yè)、生活水平等種種的差異，捏力正常值的范圍也會有所差異，所以在工業(yè)生產(chǎn)設(shè)計和手部治療評估時切不可直接使用國外的數(shù)據(jù)。希望我國該方面數(shù)據(jù)庫能夠早日建立，劃分明確的評價標準，為人們的生活生產(chǎn)及臨床治療帶來便利。