《Journal of Biomechanics》：The site-dependent changes in vastus lateralis shear modulus and fascicle length with hip joint angle manipulation
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柳田圭吾（Keigo Yanagida）|帕特里西奥·平切拉（Patricio Pincheira）|吉武康英（Yasuhide Yoshitake）
信州大学科学技术研究生院，日本长野县上田市土田3-15-1，3868567
摘要
在人类中，肌肉力量沿肌肉纤维横向传递的现象
柳田圭吾（Keigo Yanagida）|帕特里西奥·平切拉（Patricio Pincheira）|吉武康英（Yasuhide Yoshitake）
信州大学科学技术研究生院，日本长野县上田市土田3-15-1，3868567
摘要
在人类中，肌肉力量沿肌肉纤维横向传递的现象被称为肌肉外筋膜力传递（EMFT），以往通常仅通过单一指标来描述，即肌肉硬度或长度（尽管两者之间存在非线性关系），但这可能会掩盖肌肉之间的相互作用。本研究探讨了通过改变髋关节角度来间接调节股直肌（RF）长度，是否会导致单关节外侧股四头肌（VL）的机械特性（特别是肌肉硬度和肌束长度）出现部位依赖性变化。18名年轻男性在髋关节角度为70°和40°的情况下屈膝90°进行实验。使用剪切波弹性成像技术和B模式超声波分别评估了每块肌肉不同区域的剪切模量和肌束长度。对于股直肌，在静息状态下，40°髋关节角度下的近端和中间区域的剪切模量及肌束长度大于70°髋关节角度（P ≤ 0.001）。在收缩过程中，40°髋关节角度下的肌束缩短程度小于70°髋关节角度（P = 0.017）。对于外侧股四头肌，在静息状态下，40°髋关节角度下的近端和中间区域的剪切模量低于70°髋关节角度（P ≤ 0.041）；而肌束长度在近端和中间区域则更短（P ≤ 0.001），但在远端区域反而更长（P ≤ 0.010）。收缩过程中的肌束缩短情况没有显著差异。总体而言，结果表明，髋关节角度的改变会引发外侧股四头肌的机械响应存在部位依赖性，这暗示了男性中确实存在EMFT现象。
引言
骨骼肌力量不仅沿肌肉纤维纵向传递至肌腱，还通过相邻肌肉之间的肌间结缔组织横向传递，这种现象称为肌肉外筋膜力传递（EMFT）（Wilke等人，2018年；Yucesoy，2010年）。动物实验可以直接测量近端和远端肌腱的受力情况。研究表明，EMFT的效果很大程度上取决于肌肉与其他肌肉的相对位置以及肌间结缔组织的机械特性。这表明筋膜连接会在相邻或机械连接的肌肉内部引发不均匀的应变模式，且这种模式通常具有部位依赖性（Pamuk等人，2020年）。
在人类研究中，B模式超声波和剪切波弹性成像等成像技术提供的间接证据支持了EMFT的存在。值得注意的是，吉武康英等人（Yoshitake等人，2018年）发现前臂的被动旋转会改变相邻肌肉的剪切模量（即肌肉硬度），且这种效应在肌肉远端区域更为明显，这说明EMFT在不同部位存在差异。尽管有这些发现，但关于人类体内EMFT的活体研究仍较为有限。具体而言，目前尚不清楚EMFT相关效应是在单一肌肉内均匀分布，还是因部位而异，以及这些效应是否受关节配置的影响。如果不明确这些效应是否具有区域性，对肌肉机械特性的解释（及其在生物力学评估中的应用）可能会不完整或产生误导。因此，明确EMFT在肌肉内的分布情况以及关节配置如何调节这些效应对于理解人体肌肉骨骼系统至关重要。
近期关于股四头肌群中EMFT的存在及其特征的研究结果存在分歧。柳田圭吾等人（Yanase等人，2021年）报告称，单关节膝关节伸肌（如外侧股四头肌VL和内侧股四头肌VM）的剪切模量增加，支持了EMFT是由双关节股直肌（RF）伸展引起的。相反，Freitas等人（Freitas等人，2019年）在比较不同髋关节位置时发现VL和VM的剪切模量没有显著变化，从而认为EMFT在人类大腿中的作用可能并不明显。尽管这些差异可能源于实验方案的差异（例如测量位置、骨盆稳定程度和髋关节位置），但其根本原因仍不明确。
此外，使用超声剪切波弹性成像技术测得的剪切模量在肌肉松弛长度范围内基本保持不变，即使肌肉（肌束）长度发生变化也是如此。例如，平田等人（Hirata等人，2015年）发现当踝关节处于足背屈10度以上时，腓肠肌的剪切模量几乎保持恒定，但在踝关节背屈时急剧增加。这表明剪切模量与肌束长度并非线性相关。由于剪切模量反映了肌肉的机械状态，即使无法可靠量化肌束长度，剪切波弹性成像仍能为EMFT相关的肌肉力学变化提供补充见解。因此，要利用超声成像技术明确EMFT在人类体内的部位依赖性，必须同时考虑肌肉硬度和几何结构。
本研究旨在探讨髋关节角度的变化是否会影响外侧股四头肌（VL）的被动机械特性。这是一种解剖学上不跨越髋关节的单关节肌肉。具体来说，我们研究了髋关节位置的变化是否会导致VL的肌肉硬度和肌束长度出现部位依赖性改变。鉴于股直肌（RF）这种双关节肌肉在髋关节伸展时会延长，并可能通过肌间结缔组织施加机械负荷，我们假设髋关节角度的改变会通过EMFT影响VL的机械特性。此外，我们还假设这些效应在VL的近端和远端区域会有所不同。为此，我们采用了剪切波弹性成像技术和B模式超声波成像技术，在保持膝关节角度不变的情况下，测量了两种不同髋关节角度下的肌肉剪切模量和肌束长度。这种方法能够详细研究体内的EMFT现象，并揭示单关节肌肉内部空间异质性的机械后果。
节选内容
参与者
共有18名健康的男性志愿者（年龄：22.3 ± 1.4岁；身高：169.6 ± 5.1厘米；体重：60.5 ± 7.5千克）参与了本研究。根据本研究重复测量设计的需要，使用G*Power软件（Heinrich-Heine-Universit?t，德国杜塞尔多夫，3.1.9.7版本）进行了样本量估计。根据假设的效果大小，所需样本量范围为8名参与者（效应量f = 0.40）至19名参与者（效应量f = 0.25），显著性水平为0.05，功效为0.80。
静息状态下的剪切模量
重建测量结果的评分者内可靠性良好，ICC值为0.926。对于股直肌的剪切模量，未发现髋关节角度与区域之间的交互作用（P = 0.105，ηp2 = 0.01）。然而，髋关节角度（P ≤ 0.001，ηp2 = 0.14）和区域（P ≤ 0.001，ηp2 = 0.33）的主效应显著（图3A和C）。事后检验显示，当将不同区域的数据合并时，40°髋关节角度下的股直肌剪切模量大于70°髋关节角度下的剪切模量（P ≤ 0.001，Hedges’s g = 1.29）。
讨论
总体而言，本研究的结果支持了我们的假设：髋关节角度的改变会引发男性外侧股四头肌被动机械特性的部位依赖性变化。具体而言，VL在静息状态下的剪切模量和肌束长度在不同髋关节角度下存在差异，且这些差异的程度取决于肌肉内的区域。相比之下，关于收缩过程中的发现结论性较弱，因为收缩引起的VL肌束缩短现象并不明显。
未引用参考文献
Brennan等人，2017年；Cronin等人，2011年；Day等人，2013年；Gillett等人，2013年；Kato等人，2025年；Koo和Li，2016年；Matkowski等人，2015年；Miyamoto等人，2012年；Noorkoiv等人，2010年；Senefeld等人，2018年；van Hooren等人，2020年；Yamashita等人，2024年；Yoshitake等人，2014年；Zielinski，2025年。
CRediT作者贡献声明
柳田圭吾（Keigo Yanagida）：撰写 —— 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、软件应用、方法学设计、研究实施、概念构思。帕特里西奥·平切拉（Patricio Pincheira）：撰写 —— 审稿与编辑、初稿撰写、指导工作、软件应用、方法学设计、概念构思。吉武康英（Yasuhide Yoshitake）：撰写 —— 审稿与编辑、初稿撰写、指导工作、软件应用、研究实施、资金筹集、概念构思。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的研究结果。
