不同形式振動(dòng)訓(xùn)練中下肢肌群的神經(jīng)肌肉激活特征

李玉章

不同形式振動(dòng)訓(xùn)練中下肢肌群的神經(jīng)肌肉激活特征

李玉章

探討半蹲姿勢(shì)下，垂直振動(dòng)和多維振動(dòng)刺激所引起的下肢不同肌群的神經(jīng)肌肉激活特征。結(jié)果表明，兩種振動(dòng)刺激均能誘發(fā)激活更多的運(yùn)動(dòng)單位參與募集，增加肌肉的EMGrms值，但多維組合振動(dòng)改變同群肌肉內(nèi)和前后肌群間的支配比例關(guān)系，為科學(xué)運(yùn)用振動(dòng)訓(xùn)練法提供理論依據(jù)。

振動(dòng)訓(xùn)練；表面肌電測(cè)試；神經(jīng)肌肉激活特征

運(yùn)動(dòng)生理學(xué)中指出了提高肌肉力量的兩條途徑，一是增加肌肉的橫斷面積，二是改善肌肉內(nèi)和肌肉間的協(xié)調(diào)性。然而，對(duì)于大多數(shù)的體育項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員來(lái)講增加橫斷面積是不可取的，因此，后者便作為其力量訓(xùn)練的突破口，促使人們不斷地進(jìn)行探索，以期達(dá)到提高競(jìng)技水平的目的。20世紀(jì)80年代初，原蘇聯(lián)的一些專家在探索新的力量訓(xùn)練手段時(shí)提出了“振動(dòng)訓(xùn)練（vibration training）”。20世紀(jì)90年代后，該方法在國(guó)外眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，振動(dòng)訓(xùn)練在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練實(shí)踐中的應(yīng)用已經(jīng)受到重視。目前，文獻(xiàn)中大多數(shù)相關(guān)研究主要探討了單維垂直振動(dòng)訓(xùn)練對(duì)人體的最大力量、爆發(fā)力量、柔韌性等方面的即時(shí)性影響和對(duì)骨骼密度（成分）、內(nèi)分泌系統(tǒng)等方面的長(zhǎng)期適應(yīng)性影響[1-9]。但是，當(dāng)其產(chǎn)生的規(guī)則的正弦振動(dòng)波與人體內(nèi)臟器官的自振頻率較接近時(shí)，容易產(chǎn)生共振，使練習(xí)者出現(xiàn)頭暈、惡心等不適癥狀。同時(shí)，依據(jù)神經(jīng)生理學(xué)原理，人體神經(jīng)肌肉系統(tǒng)對(duì)規(guī)則的刺激容易適應(yīng)，產(chǎn)生的后效作用會(huì)降低。為此，德國(guó)Scisens公司借助多位力量訓(xùn)練專家，經(jīng)過多年的研究和實(shí)踐，于2004年成功研制出SRT-Sports多維組合振動(dòng)訓(xùn)練臺(tái)，改變了以往單一的正弦波垂直振動(dòng)模式，實(shí)現(xiàn)了在X、Y、Z 3個(gè)維度上任意隨機(jī)的組合振動(dòng)模式，且處于低頻率振動(dòng)范圍之內(nèi)。然而，目前有關(guān)人體下肢肌肉對(duì)多維振動(dòng)刺激的反應(yīng)規(guī)律，特別是在多維振動(dòng)過程中不同振動(dòng)條件所誘發(fā)的神經(jīng)肌肉活動(dòng)支配規(guī)律，尚不清楚。因此，本研究采用試驗(yàn)法和比較研究法，探討由兩種振動(dòng)模式組成的8種不同振動(dòng)條件中下肢肌肉的激活特征及其引發(fā)的訓(xùn)練學(xué)意義，以期為科學(xué)運(yùn)用振動(dòng)訓(xùn)練提供一定的理論依據(jù)。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

20名男性大學(xué)生，年齡（21.2±1.5）歲，身高（177.9±5.2）cm，體重（67.9±6.7）kg。所有受試者均無(wú)振動(dòng)訓(xùn)練禁忌癥。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗(yàn)法（1）試驗(yàn)時(shí)間和地點(diǎn)。2007年5月24日至6月5日在首都體育學(xué)院機(jī)能測(cè)試中心進(jìn)行試驗(yàn)。

（2）試驗(yàn)器材。振動(dòng)臺(tái)采用德國(guó)SRT-Sport-Zeptoring多維組合振動(dòng)臺(tái)（見圖1左）和韓國(guó)特波聲波單維垂直振動(dòng)臺(tái)（TURBO SONIC-TT-2590L，見圖1中）。

圖1 受試者在SRT-Sports和Turbo sonic振動(dòng)訓(xùn)練儀上的站位姿勢(shì)及測(cè)試的肌群圖示Figure 1 The Standing Posture and Tested Muscles for Subjects on the SRT-Sports and Turbo sonic Vibration Platform

表面肌電圖測(cè)試采用美國(guó)產(chǎn)Noraxon Telemyo 2400T無(wú)線遙測(cè)系統(tǒng)，分析軟件采用系統(tǒng)專用MyoResartch XP Master1.06.54版，采樣頻率為3000 Hz/通道。電極粘貼的方法參考Edward F.Delagi等和歐盟推薦的表面肌電電極粘貼標(biāo)準(zhǔn)[9]進(jìn)行電極定位、粘貼和固定，所測(cè)肌群見圖1右。操作使用中參閱User Manual of SRT-Sports Professiona、The ABC of EMG[9]、MyoResearch XP Master Manual等操作手冊(cè)。

（3）試驗(yàn)設(shè)計(jì)。膝關(guān)節(jié)角度控制在120°（見圖1）。振動(dòng)頻率選用了6 Hz、8 Hz、10 Hz、12 Hz 4個(gè)振動(dòng)頻率；文中和圖例中的SRT－6、SRT－8、SRT－10、SRT－12表示組合振動(dòng)的4種條件，TB－6、TB－8、TB－10、TB－12表示垂直振動(dòng)的4種條件。Static表示靜止半蹲姿勢(shì)（屈膝120°）。試驗(yàn)要求每種條件重復(fù)2次，每次持續(xù)35 s，次間歇2 min，組間歇5 min。

測(cè)試肌群：下肢前群（股內(nèi)側(cè)肌/VMO、股直肌/RF、股外側(cè)肌/VLO、脛骨前肌/TA），下肢后群（半腱肌/SEM、股二頭肌長(zhǎng)頭/BF、腓腸肌內(nèi)側(cè)頭/MG和外側(cè)頭/LG）。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理信號(hào)的噪音控制方法與判定方法同文獻(xiàn)[10]，噪音控制檢測(cè)結(jié)果符合肌電基線標(biāo)準(zhǔn)的要求[11]。

表面肌電的信號(hào)采集和數(shù)據(jù)處理：從第4 s開始連續(xù)記取3個(gè)10 s，分別記為F10 s、M10 s、L10 s；以各肌群靜態(tài)半蹲時(shí)中間一個(gè)10 s（M10 s）的表面肌電均方根值為基準(zhǔn)（作為100%），對(duì)各種振動(dòng)條件下所測(cè)肌群的激活程度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，稱為相對(duì)激活百分比。

采用SPSS 12.0建立數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用單因素方差分析和LSD檢驗(yàn)，對(duì)各因素間的差異性進(jìn)行多重比較分析，**表示P＜0.01，*表示P＜0.05。

1.3 概念界定

本研究中的神經(jīng)肌肉激活特征主要指振動(dòng)過程中，振動(dòng)刺激所誘發(fā)的肌肉激活程度、肌肉間或肌群間的協(xié)調(diào)支配比例。

2 結(jié)果與分析

2.1 靜力性屈膝半蹲姿勢(shì)中被測(cè)肌肉的激活特征

研究結(jié)果表明，靜力性屈膝120°半蹲時(shí)，髖、膝、踝3關(guān)節(jié)屈曲引起了被測(cè)肌肉的工作方式發(fā)生變化，有的被拉長(zhǎng)（如股四頭肌、脛骨前肌等），有的相對(duì)放松（如股二頭肌等），與之對(duì)應(yīng)的肌肉放電程度也發(fā)生了相應(yīng)的變化（見圖2）。圖2為兩次測(cè)試的結(jié)果，形狀非常相似，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明相關(guān)程度非常高，r=0.941**，即重復(fù)測(cè)量的一致性很高。

圖2 靜力性屈膝半蹲時(shí)下肢被測(cè)肌肉的激活特征Figure 2 The Activation Characteristics of the Lower Limb's Tested Muscles during Static Squat

從圖2中可以看出，靜力性屈膝半蹲時(shí)，股內(nèi)肌、股外肌、股直肌的激活程度顯著增大，即主要發(fā)揮伸膝作用的股四頭肌運(yùn)動(dòng)單位的放電量出現(xiàn)顯著增加。就本研究測(cè)試對(duì)象而言，在靜力性120°半蹲中，大腿前群以股內(nèi)肌、股外肌為主，股直肌并不占據(jù)主要地位；后群中股二頭肌的EMGrms值要大于半腱肌，但差異不顯著，說明此時(shí)二者發(fā)揮的作用一致；小腿肌群同樣表現(xiàn)為脛骨前肌的激活程度要高于腓腸肌，主要是由關(guān)節(jié)彎曲牽拉誘發(fā)了更多運(yùn)動(dòng)單位被激活所致。圖2也可以直觀地反映出靜力性半蹲中大、小腿前后肌群的支配關(guān)系，大腿顯著高于小腿，前群肌肉的激活顯著高于后群，發(fā)揮主要作用。這說明靜力性半蹲中下肢被動(dòng)員的主要肌群為前群，特別是大腿前群，因此，半蹲對(duì)提高大腿前群肌力是很好的鍛煉手段。

2.2 不同振動(dòng)條件下大腿前群被測(cè)肌肉的激活特征

由圖3可以看出，不同頻率振動(dòng)刺激對(duì)大腿前群被測(cè)肌肉的激活程度存在區(qū)別。各種條件的振動(dòng)刺激對(duì)股直肌的影響最明顯（P＜0.01），激活程度也大于股內(nèi)側(cè)肌和股外側(cè)肌。本研究結(jié)果表明，肌肉激活程度與振動(dòng)強(qiáng)度密切相關(guān)，伴隨振動(dòng)強(qiáng)度的遞增所誘發(fā)的激活程度呈現(xiàn)明顯的階梯式遞增。因此，振動(dòng)過程中各肌肉對(duì)振動(dòng)具有一定的選擇性激活特性。在振動(dòng)中，當(dāng)遠(yuǎn)端的振動(dòng)波傳遞至大腿時(shí)，會(huì)直接引起被測(cè)肌肉產(chǎn)生高速SSC收縮，促使被測(cè)肌肉中更多的高閾值運(yùn)動(dòng)單位產(chǎn)生募集，進(jìn)而形成了較高的肌肉激活，可以達(dá)到高于靜力性半蹲狀態(tài)的5倍之多（P＜0.01）。因此，振動(dòng)訓(xùn)練手段能夠使肌肉產(chǎn)生較高的誘發(fā)激活，對(duì)提高肌肉力量是非常有益的。由此可以看出，單維垂直振動(dòng)和多維組合振動(dòng)都能促使運(yùn)動(dòng)單位產(chǎn)生更大激活與募集，在某些條件下單維垂直振動(dòng)激活度可能還大于多維組合振動(dòng)。其主要原因是，單維垂直振動(dòng)主要引起了膝關(guān)節(jié)的屈伸，誘發(fā)大腿前群產(chǎn)生了大幅度的快速SSC收縮；而多維組合振動(dòng)中，不僅存在膝關(guān)節(jié)的快速屈伸，促使股內(nèi)肌、股直肌和股外肌進(jìn)行SSC收縮，而且踝關(guān)節(jié)的屈伸和控制前后移動(dòng)，誘發(fā)小腿相關(guān)肌肉也進(jìn)行應(yīng)變性SSC收縮。

圖3 大腿前群被測(cè)肌肉在不同振動(dòng)條件下的相對(duì)激活比例Figure 3 The Relative EMG Activation of the Tested Anterior Thigh Muscles during Different Vibration

為了分析振動(dòng)刺激對(duì)同組被測(cè)肌肉間相互協(xié)調(diào)關(guān)系的影響，我們將大腿前群作為一個(gè)整體（100%），對(duì)不同振動(dòng)條件下半蹲中各肌肉的放電量（EMGrms）比例進(jìn)行了比較，結(jié)果見圖4。

圖4 大腿前群被測(cè)肌肉在不同振動(dòng)條件下對(duì)維持平衡的貢獻(xiàn)率Figure 4 The Contribution Rate of Tested Anterior Thigh Muscles for balance during Different Vibration

由圖4可以看出，在多維組合振動(dòng)中，隨著振動(dòng)強(qiáng)度增加，股內(nèi)側(cè)肌和股外側(cè)肌的放電量所占比例逐漸縮小，而股直肌所占比例逐漸增大，即三塊肌肉的貢獻(xiàn)率逐漸趨向均衡發(fā)展，說明多維組合振動(dòng)對(duì)改善同組肌群中肌肉間的協(xié)調(diào)化、同步化工作能力是一種有效的訓(xùn)練手段，有利于改善肌肉內(nèi)和肌肉間的相互協(xié)調(diào)作用，促進(jìn)同步激活，進(jìn)而能有效地提高最大力量、快速力量和力量耐力。而在單維垂直振動(dòng)條件中，同組肌群中被測(cè)肌肉間的相對(duì)支配比例變化不大，差異不顯著（P＞0.05）。此結(jié)論與“訓(xùn)練形成的神經(jīng)性適應(yīng)，使肌肉的激活水平提高，使肌肉的激活更加同步化”[12]這一結(jié)論的內(nèi)涵相一致。

2.3 不同振動(dòng)條件下大腿后群被測(cè)肌肉的激活特征

雖然安靜狀態(tài)下，大腿后群幾乎不參與工作，EMGrms值較小，但是從圖5可以看出振動(dòng)過程中，振動(dòng)強(qiáng)度與大腿后群肌肉的誘發(fā)激活程度呈正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），即振動(dòng)強(qiáng)度越大，肌肉被激活程度也越高，最高值可達(dá)靜力性半蹲時(shí)的7倍左右。但不同振動(dòng)強(qiáng)度對(duì)大腿后群兩塊肌肉的激活程度稍有不同，也不像大腿前群那樣肌肉間存在明顯差異，說明由于受解剖學(xué)的影響，這兩塊肌肉在功能上較一致，受振動(dòng)刺激誘發(fā)的激活程度也較一致，都動(dòng)員了肌群中更多的高閾值運(yùn)動(dòng)單位。

圖5 大腿后群被測(cè)肌肉在不同振動(dòng)條件下的相對(duì)激活比例Figure 5 The Relative Activation Proportion of Tested Posterior Thigh Muscles during Different Vibration

圖6可以看出，在多維組合振動(dòng)條件下，這兩塊肌肉的支配比例隨振動(dòng)強(qiáng)度增加有均衡發(fā)展的趨向，而在單維垂直振動(dòng)中，此特征不明顯。這個(gè)結(jié)果進(jìn)一步證明了振動(dòng)刺激不會(huì)完全改變半腱肌和股二頭肌在各種振動(dòng)條件下的神經(jīng)肌肉支配關(guān)系，但組合振動(dòng)較垂直振動(dòng)在改善肌肉間協(xié)調(diào)用力的調(diào)整作用上更有效，可以作為改善神經(jīng)肌肉間的協(xié)調(diào)支配以提高肌肉力量的手段[13－14]。

圖6 大腿后群被測(cè)肌肉在不同振動(dòng)條件下對(duì)維持平衡的貢獻(xiàn)率Figure 6 The Contribution Rate of Tested Posterior Thigh Muscles for Balance during Different Vibration

2.4 不同振動(dòng)條件下小腿被測(cè)肌肉的激活特征

本研究中選取了小腿肌群中的脛骨前肌、腓腸肌內(nèi)側(cè)頭和外側(cè)頭3塊肌肉。圖7顯示，在振動(dòng)條件下小腿被測(cè)肌肉的激活程度顯著增大（P＜0.05），且隨振動(dòng)強(qiáng)度的增強(qiáng)而增加，最大激活程度可以達(dá)到靜力性半蹲的近30倍，具有顯著性差異（P＜0.01）。對(duì)脛骨前肌的激活程度顯著高于腓腸肌的內(nèi)、外側(cè)頭（P＜0.05）。在相同振動(dòng)頻率下，就腓腸肌的被激活程度而言，內(nèi)側(cè)頭又高于外側(cè)頭。這主要是受振動(dòng)模式和振動(dòng)傳遞率的影響所致[14]。文獻(xiàn)也指出：在多維組合振動(dòng)中，振動(dòng)臺(tái)面存在著上下、前后、左右的多維度隨機(jī)變化[11，15]，通過大、小腿的振動(dòng)傳遞，促使小腿肌肉產(chǎn)生了隨機(jī)的、不規(guī)則的SSC收縮，激活了肌肉中更多的運(yùn)動(dòng)單位參與募集和同步工作，因此，其激活程度隨著振動(dòng)強(qiáng)度的增加形成了明顯的梯度；在單維垂直振動(dòng)中，臺(tái)面是以規(guī)則的正弦波上下運(yùn)動(dòng)，被測(cè)肌肉的SSC收縮形式相對(duì)穩(wěn)定，其運(yùn)動(dòng)單位的募集模式較單一，但踝關(guān)節(jié)屈伸角度變化幅度較大，因此，同頻率下的激活程度可能較組合振動(dòng)大，但最大激活EMGrms值比組合振動(dòng)峰值時(shí)要小。

圖7 小腿肌群中被測(cè)肌肉在不同振動(dòng)條件下的相對(duì)激活比例Figure 7 The Relative Activation Proportion of Tested Calf Muscles during Different Vibration

上述結(jié)果表明，采用多維組合振動(dòng)臺(tái)時(shí)，通過選擇和設(shè)定不同的振動(dòng)頻率，能夠滿足不同人群對(duì)不同肌群實(shí)施訓(xùn)練的需求，以及不同訓(xùn)練階段對(duì)訓(xùn)練強(qiáng)度（負(fù)荷刺激強(qiáng)度）的需求；而垂直振動(dòng)臺(tái)由于在振動(dòng)頻率和實(shí)際振動(dòng)強(qiáng)度間對(duì)應(yīng)關(guān)系的不一致性，即振動(dòng)強(qiáng)度梯度沒有采用組合振動(dòng)臺(tái)時(shí)那樣明顯，因此在實(shí)施不同負(fù)荷的針對(duì)性訓(xùn)練時(shí)有可能效果不理想。

由圖8可以看出，不同振動(dòng)條件下小腿前、后肌群的被激活比例不同。相對(duì)于安靜狀態(tài)而言，在單維垂直振動(dòng)中，對(duì)小腿后群肌肉的激活程度比前群肌肉更大，但不規(guī)律；而在多維組合振動(dòng)中，隨著振動(dòng)強(qiáng)度的加強(qiáng)，前、后肌群的激活比例發(fā)生了明顯變化，如振動(dòng)頻率在6 Hz、8 Hz時(shí)對(duì)前群肌肉（脛骨前?。┑募せ畛潭容^大，而隨著振動(dòng)頻率的增加（如在10 Hz、12 Hz），逐漸增大了對(duì)后群肌肉（腓腸肌內(nèi)側(cè)頭和外側(cè)頭）的激活。這一結(jié)果充分證明了多維組合振動(dòng)具有較強(qiáng)的針對(duì)性訓(xùn)練的使用價(jià)值，即如果重點(diǎn)訓(xùn)練小腿前群肌肉，采用低頻率多維刺激就能達(dá)到高激活目的；相反，如果重點(diǎn)訓(xùn)練小腿后群肌肉，則需要采用較高的振動(dòng)頻率刺激才能達(dá)到高激活效果。

圖8 小腿前后群被測(cè)肌肉在不同振動(dòng)條件下對(duì)維持平衡的貢獻(xiàn)率Figure 8 The Contribution Rate of Tested Calf Muscles for Balance during Different Vibration

2.5 振動(dòng)訓(xùn)練的訓(xùn)練學(xué)意義

綜上，我們認(rèn)為振動(dòng)訓(xùn)練尤其是多維組合振動(dòng)訓(xùn)練，在運(yùn)動(dòng)員的專項(xiàng)力量訓(xùn)練和康復(fù)性體能訓(xùn)練中具有較好的應(yīng)用前景，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）振動(dòng)訓(xùn)練通過反復(fù)地快速SSC收縮刺激，動(dòng)員了參與工作的屈伸肌群中更多的高閾值運(yùn)動(dòng)單位參與募集程度增加，表現(xiàn)為EMGrms值增大，進(jìn)而改變肌肉的做功能力。

（2）許多力量訓(xùn)練研究結(jié)果表明，高水平運(yùn)動(dòng)員快速力量的提高主要取決于其具有良好的肌肉內(nèi)和肌肉間的協(xié)調(diào)能力，而本研究證明了多維組合振動(dòng)訓(xùn)練能夠改善肌肉內(nèi)協(xié)調(diào)和肌肉間協(xié)調(diào)，具有促進(jìn)同步激活的功能，有利于改善神經(jīng)—肌肉的適應(yīng)性，這一點(diǎn)對(duì)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練來(lái)講是非常重要和有意義的。

（3）振動(dòng)訓(xùn)練的刺激形式存在著多樣性，振動(dòng)的形式較多、刺激頻率的變化范圍較大，避免了神經(jīng)肌肉系統(tǒng)過早地產(chǎn)生適應(yīng)。其中，采用多維組合振動(dòng)訓(xùn)練，可在各種振動(dòng)條件下產(chǎn)生明顯的刺激強(qiáng)度梯度，符合運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)負(fù)荷遞增性原則的要求，且有利于實(shí)施針對(duì)性力量訓(xùn)練。

3 結(jié)論與建議

（1）盡管各種振動(dòng)都能夠改善神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的適應(yīng)性。但是，振動(dòng)刺激的多種模式對(duì)下肢各肌群的激活特征存在差異，在改進(jìn)肌肉內(nèi)和肌肉間的同步激活方面，多維組合振動(dòng)優(yōu)于單維垂直振動(dòng)。（2）不同振動(dòng)刺激改變了下肢同組肌群以及屈伸肌群中各肌肉的支配比例關(guān)系，這一刺激促進(jìn)了肌肉間的協(xié)調(diào)激活和同步化工作，有利于肌肉力量的提高。（3）多維組合振動(dòng)訓(xùn)練通過改善神經(jīng)肌肉系統(tǒng)功能，來(lái)促進(jìn)神經(jīng)肌肉控制的協(xié)調(diào)性增加，符合現(xiàn)代力量訓(xùn)練的要求，是一種很好的力量訓(xùn)練手段，特別是對(duì)于實(shí)施針對(duì)性力量訓(xùn)練更具可操作性意義。

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Neuromuscular Activation Characteristic of the Leg during Different Forms of Vibration Training

LI Yuzhang
（School of PE and Sports Training，Shanghai University of Sport，Shanghai 200438，China）

This study was to discuss the neuromuscular dominating mode of lower limb muscles in the vertical vibration and combination vibration training through electromyography test at squat.The results showed that the two forms vibration stimuli could increase muscular discharge，but coordination mode of activation during multi-dimensional combination vibration was superior to single-dimensional vertical vibration.It provides us theoretical basis for understanding the function of vibration training and its usage correctly in the future.

vibration training；electromyography test；neuromuscular activation characteristic

G 804.4

A

1005-0000（2011）01-0030-04

2010-08-01；

2010-10-25；錄用日期：2010-11-22

上海市教委科研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：06IZ001）；上海市教委第五期重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：J51001）

李玉章（1975-），男，河北石家莊人，副教授，博士，研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)訓(xùn)練監(jiān)控理論與方法。

上海體育學(xué)院體育教育訓(xùn)練學(xué)院，上海200438。