临床实践中身体成分与神经肌肉功能的联合评估

摘要

本方案描述了一种联合评估身体成分和神经肌肉功能的方法，以获取表征运动员训练状态和患者健康状况的肌肉质量和功能生物标志物。

摘要

身体成分与神经肌肉功能的评估为运动员及多种患者群体的临床管理提供了重要信息。本方案描述了联合使用多频生物电阻抗分析仪与力量分析仪来获取肌肉质量和功能生物标志物的方法。生物电阻抗分析仪通过在选定频率下测量人体对交流电流的阻抗，从而估算身体成分参数。力量分析仪可检测坐-立过程中产生的垂直方向作用力，包括单次、两次或三次重复的坐椅起立测试，用于评估神经肌肉功能表现。这两项检测操作简便、无创，并可通过自动生成的报告快速获得结果。联合分析身体成分与神经肌肉功能，为运动员身体功能表现以及临床人群的功能状态和健康状况评估提供了一种实用的方法。该方案有助于实现常规监测，并支持个体化的训练、康复及临床管理策略与效果评估。

引言

肌少症是指骨骼肌质量和功能的丧失（可发生于衰老过程或继发于某种基础疾病），对健康状况产生显著影响，尤其在老年个体中更为突出^1,2,3。从病理生理学角度来看，肌少症可被视为一种器官功能衰竭，其可慢性发展（更常见）或急性发生（例如在制动期间），并由神经和肌肉两方面的适应性改变共同导致^1,2,3。神经适应性改变涉及神经病变过程，导致运动单位失神经支配以及快肌运动单位的选择性丢失。肌肉适应性改变包括肌纤维数量减少（低增生）和体积缩小（萎缩），尤其影响快肌纤维（其较慢肌纤维更易发生萎缩）。近年来，多个国际组织提出了肌少症的操作性定义，强调低骨骼肌质量应被视为一种体征而非综合征^4,5,6。根据所有国际组织的观点，尽管X射线计算机断层扫描和磁共振成像可被视为估算骨骼肌质量的参考标准（例如通过评估大腿中部或腰部肌肉的横截面积），但其在临床实践中的应用受到限制，原因在于这些技术耗时较长、需要高度专业化的人员，且成本高昂并具有侵入性^4,5,6。相比之下，生物电阻抗分析（BIA）是一种经济、安全、简便的技术，可在临床实践中用于估算去脂体重（即身体中所有非脂肪成分）和肌肉质量^7,8,9。BIA并不直接测量去脂体重和肌肉质量，而是基于身体的电导特性及预测方程，间接估算四肢去脂体重（即四肢的瘦体质量，包含骨矿物质）和肌肉质量。

所有国际组织均认为，肌少症综合征的诊断需同时检测到低肌肉量和低肌肉功能^4,5,6。与此一致，从患者角度出发，肌少症相关的临床特征包括肌肉功能受损导致的活动能力障碍、日常生活活动能力丧失、跌倒风险增加、疲劳以及生活质量下降。在临床实践中，肌肉功能的评估通常通过握力测试^10,11 和/或坐-立测试¹²进行。后一种测试常采用两种变体：五次坐-立测试¹³和计时坐-立测试¹⁴。它们分别测量受试者连续五次从椅子上站起所需的时间，以及在30秒内能够完成坐-立动作的次数。此外，在过去十年中，力率发展（rate of force development）的评估逐渐流行，用于表征快速自主收缩（如坐-立动作）过程中的爆发性力量，因为它同时影响力量和速度的产生。与最大力量相比，力率发展与功能性活动的相关性更强，并且对神经肌肉功能的急性和慢性变化更为敏感¹⁵。与此一致，已有研究发现，在坐-立测试中产生的爆发性动作期间，地面反作用力参数的测量相较于传统的五次坐-立测试能更准确地评估下肢动态力量¹⁶，并且联合评估爆发性力量与平衡能力对于评价跌倒风险或运动功能障碍具有有效性^17,18。因此，对身体成分和神经肌肉功能（分别量化四肢肌肉量和爆发性力量）进行综合评估，在临床实践中可用于评估患有肌少症或神经肌肉疾病的虚弱患者。

本方案旨在描述利用多频生物电阻抗分析和基于力量的坐-站测试来评估身体成分和神经肌肉功能的操作步骤。这种联合方法适用于需要快速、无创评估肌肉质量和功能的临床及运动医学环境。

方案

所有涉及人类参与者的实验程序均遵循机构伦理委员会和《赫尔辛基宣言》的伦理标准。研究方案已获得都灵大学伦理委员会（方案编号：115311/2024）和都灵地区伦理委员会（方案编号：223/2026）的批准。所有参与者在参与研究前均已签署知情同意书。

1. 受试者准备

1. 要求受试者仅穿着内衣，并脱掉袜子和鞋子。

2. 使用生物电阻抗分析评估身体成分

1. 登记受试者
   1. 使用身高计测量受试者的身高（精确到0.5 cm）。
   2. 双击桌面上的软件图标以启动应用程序。
   3. 进入受试者登记部分。
   4. 点击 添加 + 创建新的受试者档案。
   5. 输入受试者的个人信息，包括性别、姓、名和出生日期；输入联系方式，包括地址、邮政编码、国家、电子邮件地址、电话号码和手机号码，然后点击 保存（补充图1）。
   6. 点击 返回主屏幕，然后点击最右侧的按钮继续。
   7. 点击 分析 进入评估设置界面。
   8. 选择体型类型（标准型 或 运动员型：若受试者久坐或仅进行休闲性活动，应选择标准型；若受试者每周进行12小时或以上的锻炼，或参与需要系统训练并包含定期比赛的有组织团队或个人运动，则应选择运动员型）。输入受试者的身高和衣物重量，然后点击 开始分析。
2. 采集身体成分数据
   1. 指导受试者站上设备，并按照屏幕提示操作。
   2. 在测量过程中，指导受试者握住手部电极（双臂放松伸直，但略微远离躯干）。
   3. 测量完成后，要求受试者归还手部电极并从设备上走下。
3. 分析身体成分数据
   1. 查看自动生成的身体成分报告。
   2. 记录无脂质量、肌肉质量、脂肪质量、体脂百分比和基础代谢率（图1，表1），然后点击 保存。
      注：其他输出参数包括总体水、细胞外液、细胞内液、全身及分段肌肉质量、全身及分段相位角、电阻、电抗以及肌肉减少症指数值。
   3. 通过 打印 按钮打印报告，或通过 分享 按钮共享结果。

3. 神经肌肉功能评估

1. 注册受试者
   1. 使用身高计测量受试者的身高。
   2. 打开软件并点击应用程序窗口。
   3. 输入密码，然后单击 下一步.
   4. 点击 肌肉功能 然后点击 注册.
   5. 输入所需信息，包括姓名、出生日期、性别、体重、身高和体型标准 或 运动员：标准型 如果受试者为久坐或休闲活动状态，则必须选择“久坐/休闲活动”类型；如果受试者每周进行12小时或以上锻炼，或参与有组织的、需要系统训练并包含定期比赛的团队或个人体育运动，则必须选择“运动员”类型。补充图2).
   6. 点击 注册并开始测量.
2. 获取神经肌肉性能数据
   1. 要求受试者将双脚分别放在平台的两块金属板上图 2A).
   2. 选择坐立-站立重复次数（1、2 或 3 次），然后点击 开始测量.
   3. 指导受试者坐直，双臂交叉抱于胸前，膝关节屈曲约70°。
   4. 指导受试者站立（图2B在系统提示时尽快站立，并在系统指示时坐下。
   5. 当音频提示表明测量结束时，告知受试者测试已完成。
   6. 点击 返回, 退出，或 打印输出 结束会话。
3. 分析神经肌肉功能数据
   1. 审阅自动生成的报告。
   2. 记录腿部肌肉力量、站立速度和稳定性数值（图2C).
      注：该软件将腿部肌肉力量分为弱、一般或强；站立速度分为慢、一般或快；稳定性分为不稳定、稳定或非常稳定。
   3. 查看强度和稳定性 T 值图以评估整体神经肌肉功能。
   4. 通过 打印输出 按钮）

结果

生物电阻抗分析完成后，分析仪软件（系统#1）会立即提供身体成分的估算值，包括去脂体重、肌肉量、脂肪量、体脂百分比和基础代谢率，这些数值由专有算法生成（图1， 表1）。此外，系统还提供总体水（TBW）、细胞外水（ECW）、细胞内水（ICW）以及ECW/TBW比值的估算（图1）。该分析还可获得全身及上下肢各节段的肌肉量数值，从而可计算肌肉减少症指数，该指数定义为上下肢肌肉量之和除以身高的平方。男性肌肉减少症指数低于7.26 kg/m²、女性低于5.5 kg/m²提示肌肉量偏低^19,20。此外，系统提供50 kHz频率下的全身及节段相位角值，以及多个频率下测得的电阻和电抗值。这些原始生物电阻参数可用于推导其他身体成分和水合状态指标，包括细胞外水与细胞内水的关系，从而进一步反映肌肉质量和细胞健康状况²¹。实际上，利用多个频率下获得的全身及节段电阻和电抗值，可根据公式 R5 / [(R5 × R250)/(R5 − R250)]²¹ 计算细胞外水与细胞内水（ECW/ICW）的电阻比值，其中R5和R250分别代表5 kHz和250 kHz频率下测得的电阻值。

坐-立测试一完成，神经肌肉功能分析仪软件（系统#2）即会通过专有算法生成三个变量（图2C）：（i）下肢肌肉力量，定义为坐-立动作过程中产生的力量，计算方式为最大负荷除以体重；（ii）站立速度，定义为坐-立动作的速度，计算方式为单位时间内最大负荷增加量除以体重；（iii）稳定性，该指数综合了站立期间身体活动的程度以及姿势摇摆停止所需的时间。稳定性以T分数形式报告，参照与受试者年龄和性别相匹配人群的参考数据。这些输出结果用于将受试者的下肢肌肉力量分类为弱、一般或强；站立速度分类为慢、一般或快；稳定性分类为不稳定、稳定或非常稳定。此外，软件还提供一个力量-稳定性T分数图（图2C），用于将整体力量和稳定性划分为低或高。

表2 总结了来自四名代表性男性受试者的身体成分和神经肌肉功能参数：一名运动员（31岁）、一名久坐的健康受试者（51岁）、一名肥胖个体（59岁）以及一名帕金森病患者（60岁）。这些数据展示了四名受试者之间截然不同的生理和功能特征。运动员和久坐受试者的体重正常，而肥胖个体患有II类肥胖，帕金森病患者则体重过轻。通过总身体水分（TBW）与体重比值评估的水合状态在运动员、久坐受试者和帕金森病患者中均处于预期范围（50%–65%），而肥胖个体的该比值较低。运动员、久坐受试者和肥胖个体的肌肉减少症指数均在正常范围内，而帕金森病患者的肌肉减少症指数降低（7.15 kg/m²）。在50 kHz频率下，全身相位角的最大值和最小值分别出现在运动员和肥胖个体中。同样，全身细胞外液/细胞内液电阻比值的最高值和最低值也分别出现在运动员和肥胖个体中，而下肢细胞外液/细胞内液电阻比值的最高值和最低值则分别出现在运动员和帕金森病患者中。神经肌肉功能分析将运动员和久坐受试者归类为强健、快速且非常稳定；相比之下，肥胖个体被归类为虚弱、缓慢但非常稳定，而帕金森病患者则被归类为虚弱、中等速度且非常稳定。

身体成分与神经肌肉功能的联合评估在四名代表性受试者中生成了不同的生理特征。运动员和久坐受试者表现出正常的肌肉质量及神经肌肉功能特征，而帕金森病患者则表现出肌肉质量减少以及力量参数受损，符合肌肉减少症的特征。这些结果说明了如何通过联合评估来表征不同临床和功能状态下个体的肌肉质量和功能。

图1：从一名健康男性受试者获得的代表性生物电阻抗分析报告。 该报告包含身体成分参数（体重、体脂百分比、体脂质量、去脂体重、肌肉质量、内脏脂肪水平、体重指数、骨骼肌质量及代谢年龄）以及体液参数，包括总体水、细胞外水、细胞内水以及细胞外水与总体水之比。缩写：BMI = body mass index；ECW = extracellular water；ICW = intracellular water；TBW = total body water。请点击此处查看该图的放大版本。

图2：神经肌肉功能评估的代表性示例及软件生成的报告。（A）神经肌肉功能分析仪（系统#2），显示测试过程中使用的金属脚放置板（星号标示）。（B）评估期间完成的代表性坐-站动作。（C）软件为同一位如图1所示的健康男性受试者生成的神经肌肉功能评估报告。该报告包含下肢肌肉力量、站立速度和稳定性指数，以及力量-稳定性分类图和历史趋势图。请点击此处查看该图的放大版本。

可从系统#1软件下载的扩展测量数据集	体重（测量单位：kg）
	体脂率（%）
	脂肪质量（测量单位：kg）
	去脂体重（测量单位：kg）
	肌肉质量（测量单位：kg）
	骨质量（测量单位：kg）
	总体水含量（测量单位：kg）
	细胞外水（测量单位：kg）
	细胞内水（测量单位：kg）
	细胞外水与总体水比值
	体重指数（测量单位：kg/m2）
	代谢量（测量单位：kcal 和 kJ）
	分段（左臂、右臂、左腿、右腿、躯干）脂肪质量（测量单位：kg）
	分段（左臂、右臂、左腿、右腿）肌肉质量（测量单位：kg）
	去脂体重指数（测量单位：kg/m2）
	肌肉减少症指数（测量单位：kg/m2）
	全身及分段（左臂、右臂、左腿、右腿）相位角（在50 kHz频率下测得，测量单位：°）
	不同频率下测得的电阻抗与电抗值（测量单位：Ω）
可从系统#2软件下载的扩展测量数据集	体重（测量单位：kg）
	腿部肌肉力量（F/w）：站立过程中归一化至体重的峰值力（地面反作用力）（测量单位：kgf/kg）
	力发展速率（RFD/w）：归一化至体重的力增长速率（测量单位：kgf/s/kg）
	稳定时间：负荷达到最大值后至稳定所需的时间（测量单位：s）
	侧向摆动（Vx）：站立起身过程中重心在左右方向移动速度的绝对值（测量单位：mm/s）
	负荷波动（Vw）：站立起身过程中垂直负荷移动速度的绝对值（测量单位：kg/s）
	最大左侧负荷比：起身时施加于左侧的力程度（以%表示）
	最大右侧负荷比：起身时施加于右侧的力程度（以%表示）

表1：身体成分分析仪（系统#1）和神经肌肉功能分析仪（系统#2）提供的身体成分与神经肌肉功能参数。 该表格汇总了软件生成报告中所有可导出的参数。

变量			运动员	久坐者	肥胖者	帕金森病患者
体重指数 (kg/m2)			24.2	23.5	38.9	17.7
总体水含量 (l)			46.6	42.5	51.2	36.5
总体水含量 / 体重 (%)			61.4	57.0	47.8	65.0
细胞外水 / 总体水含量比值 (%)			40.1	43.1	43.2	43.6
去脂体重 (kg)			68.2	61.7	67.9	53.7
肌肉质量 (kg)			64.8	58.6	64.5	51
肌肉减少症指数 (kg/m2)			9.8	8.3	10.8	7.15
50 kHz 频率下的全身相位角 (°)			7.3	5.7	5.3	5.4
全身细胞外与细胞内水阻抗比值			0.36	0.26	0.24	0.25
下肢细胞外与细胞内水阻抗比值			0.32	0.24	0.21	0.20
腿部肌肉力量 (F/w: kgf/kg)			1.79	1.62	1.31	1.38
力量发展速率 (RFD/w: kgf/s/kg)			16.6	14.4	9.2	11.2
摇摆度（稳定性）T评分			60	59	59	57

表2：从四位具有不同临床和功能特征的男性受试者获得的代表性身体成分和神经肌肉功能变量。 数据来自一名运动员、一名久坐的健康受试者、一名肥胖个体以及一名帕金森病患者，以说明联合评估方案的应用。

补充图1：用于身体成分评估的受试者注册界面（系统#1）。 在进行生物电阻抗分析之前，用于输入受试者人口统计学和联系方式信息的软件注册窗口截图。 请点击此处下载该文件。

补充图2：神经肌肉功能评估的受试者注册界面（系统#2）。 在进行坐-立位神经肌肉功能评估前，用于输入受试者信息的软件注册窗口截图。 请点击此处下载该文件。

讨论

市售系统可实现本方案所述的评估：这些解决方案具有非侵入性且易于使用，检测过程简单、快速且成本低廉。然而，上述解决方案、操作流程及参数仍存在若干局限性，需予以强调。首先，本研究中使用的多频生物电阻抗分析仪由于其体积（124 cm × 45 cm × 74 cm）和重量（33 kg）较大，不具备便携性。其次，生物电阻抗分析（BIA）和坐立-起立测试仅适用于能够采取并维持站立姿势的受试者。因此，对于存在严重运动功能障碍的神经科或危重患者，无法实施此类检测。此外，BIA要求受试者手持电极，这对于震颤或上肢功能障碍患者（例如中风后运动功能受损）而言可能难以完成（甚至完全无法完成）。然而，对于存在严重运动功能障碍的患者，也可使用其他市售的专为仰卧位（即床旁）测量设计、采用粘贴式电极的设备进行BIA检测⁹。第三，体成分参数是通过设备特异性的专有算法获得的；因此，分析变异性可能导致不同设备获取的数据之间无法直接比较。然而，使用电阻和电抗的原始测量值结合经过交叉验证的方程，可在一定程度上克服这一局限性。另一种比较不同设备所获数据的方法是采用原始测量指标，例如相位角和细胞外水/细胞内水电阻比（ECW/ICW resistance ratio）。前者是细胞膜完整性的替代指标^22,23，后者则是细胞水合状态的替代指标^21,24,25。与此一致，近年来多项研究表明，相位角^26,27,28,29和ECW/ICW电阻比^21,24,25均是老年人肌肉功能的有用指标，并可用于预测功能障碍和死亡风险^25,30。与本研究中的两名健康受试者相比，两名患者观察到的较低相位角值可能与年龄和/或疾病相关的细胞健康状况改变有关^22,23。而两名患者的ECW/ICW电阻比值低于两名健康受试者，可能与年龄和/或疾病相关的细胞外水相对扩张（导致细胞外水电阻降低）和/或细胞内水减少（导致细胞内水电阻升高）有关^21,24。

尽管存在这些局限性，身体成分与神经肌肉功能的联合评估为临床和运动医学领域中肌肉质量和功能的评价提供了一种实用且无创的方法。将身体成分指标与力量、站立速度和稳定性测量相结合，可能比单独任一评估方式更全面地表征个体的功能状态。因此，该方法可有助于对运动员和患者的监测，并帮助识别存在肌肉功能受损或肌少症风险的个体。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
系统 #1
多频阻抗分析仪	Tanita Corporation, Tokyo, Japan	MC-980-MA-N	"文稿中的“系统 #1”"
Mobee® 360 - Tanita Pro	SportMed SA, Echternach, Luxembourg	版本 4.6.0	"系统 #1 的软件" 在文稿中
系统 #2
肌肉功能监测仪	Tanita Corporation, Tokyo, Japan	zaRitz BM-220	"系统 #2" 在文稿中
肌肉功能监测仪软件	Tanita Corporation, Tokyo, Japan	版本 1.7.3	"系统 #2 的软件" 在文稿中