坐位低頻全身振動訓練對老年下肢殘疾者肌肉力量及行走能力的影響

楊德洪，吳雪萍，聞一鳴，孟杰

(上海體育學院體育教育訓練學院，上海 200438)

骨骼肌組織約占人體總質(zhì)量的一半，其收縮功能是人體運動及維持正常姿勢的必備條件，亦是維持肢體平衡的關鍵因素。除此之外，骨骼肌還包含人體50%～75%的蛋白質(zhì)，是機體免疫系統(tǒng)、疾病康復及損傷愈合過程中重要的能量及營養(yǎng)來源[1]。隨著年齡增長，骨骼肌質(zhì)量及功能會逐步衰減與退化，骨骼肌的衰退與慢性肺疾病、動脈硬化癥、高血壓、糖尿病、骨質(zhì)疏松癥及跌倒等密切相關，甚至增加死亡風險。而對下肢殘疾的老年人來說，其活動能力由于受限，骨骼肌萎縮及肌力降低會進一步加劇，因此對健康狀況及日常生活能力的影響更嚴重。提高骨骼肌質(zhì)量與力量的傳統(tǒng)訓練方式為高強度抗阻訓練，但其容易誘發(fā)老年人心腦血管疾病，增加健康風險。因此，可提高老年人骨骼肌質(zhì)量及功能的安全有效的干預方式，改善老年人健康狀況及提高生活質(zhì)量。

全身振動訓練(whole-body vibration training，WBVT)是一種利用振動臺按照設定的振動頻率及幅度產(chǎn)生的機械振動波刺激機體，以引起肌肉振動并使神經(jīng)肌肉系統(tǒng)產(chǎn)生調(diào)節(jié)適應，從而提高其功能的訓練方法。它類似于“被動訓練”，無需骨骼肌劇烈收縮，而且運動強度亦可精確控制(通過調(diào)節(jié)振頻和振幅大小實現(xiàn))，因此用于一些特殊群體的身體鍛煉及慢性疾病康復具有安全易行的優(yōu)勢。許多研究者已從不同人群及角度對WBVT的應用進行了探索，如運動員訓練、大眾健身、老年人慢性疾病防治及康復等，其中多數(shù)研究表明WBVT是安全可行的，并且在提高骨骼肌力量及質(zhì)量方面具有積極作用[2-4]。

盡管關于WBVT應用的研究已有很多，但在絕大多數(shù)研究中，被試者都采取站立體位(伴隨不同角度的膝關節(jié)屈曲)，而其他訓練體位(如坐位或躺位)則少見，國內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)相關研究。通過谷歌學術搜索引擎篩查國際研究，截至2017年1月，僅有1篇針對腦癱兒童軀干肌群干預的仰臥位振動訓練研究[5]。根據(jù)WBVT原理及參考已有研究結果推測，坐位低頻WBVT應是安全可行的。為此，筆者探索性進行了針對老年下肢殘疾者(因外傷致殘)的輪椅振動訓練實驗，以觀察坐位低頻WBVT對該人群的康復效果，期望通過此訓練方式提高該人群的下肢肌肉力量及行走能力，從而為該人群尋求一種安全易行且有效的康復途徑。

1 對象與方法

1.1 研究對象

募集上海市楊浦區(qū)殷行街道自愿報名的老年下肢殘疾者20例(因外傷致殘，殘疾等級為42～44)，其中男性9例，女性11例，年齡(66.6±4.8)歲，身高(160.37±9.83)cm，體質(zhì)量(68.74±12.66)kg。納入標準：所有受試者都因下肢殘疾而存在行走障礙，但具備至少持續(xù)行走6 min的能力。經(jīng)過體檢均符合WBVT要求，并與其溝通后簽訂知情同意書并購買保險。排除標準：有人工關節(jié)或金屬植入物；患有嚴重心、肝、肺、腎等臟器疾病。

1.2 方法

1.2.1 振動訓練裝置及方法 振動訓練裝置采用法國產(chǎn)BodyGreen振動臺。把輪椅完全放置于振動臺上并加以固定，確保振動時輪椅無前后左右移動。振動方式為垂直上下振動。訓練時受試者被要求直立坐于輪椅上，雙腳踏實輪椅踏板，膝關節(jié)角度接近90°，肘關節(jié)放松并置于輪椅兩側扶手。

受試者日常生活習慣及活動范圍基本保持不變，除WBVT外無新增身體訓練，正式訓練前通過預訓練熟悉及適應WBVT。所有受試者進行8周的WBVT，每周訓練3 d，間隔休息1 d。為保證安全，振頻及每次訓練時間采取遞增方式，振幅固定為2 mm。第1～2周，振頻為6 Hz，每天訓練3次，每次持續(xù)振動3 min，間隔休息1 min(休息時停止振動)；第3～4周，振頻增加為9 Hz，其他不變；第 5～8周，振頻為9 Hz，每次持續(xù)振動5 min，間隔休息1 min。所有受試者都完成實驗，無中途退出。

1.2.2 測量內(nèi)容及方法 訓練開始前1天及結束后第2天分別測量受試者膝關節(jié)屈、伸肌力，進行6分鐘步行測試(6-min walking test，6 MWT)、10米行走測試(10-meter walking test，10 MWT)和計時起立-行走(timed up and go，TUG)測試，比較受試者訓練前后膝關節(jié)屈、伸肌力、行走耐力和速度及行走平衡的變化。

膝關節(jié)屈、伸肌力測量：采用德國產(chǎn)PHYSIOMED CON-TREX TP1000人體肌力評估和訓練系統(tǒng)，在120°/s的速度下對受試者膝關節(jié)屈、伸肌肌力進行測量。測量前受試者需熱身，由專業(yè)人員對受試者進行指導預測量并調(diào)試機器，采用屈、伸肌肌力峰力矩作為肌力結果評價指標。

TUG測量：受試者穿平底鞋，坐在高約46 cm，扶手高約20 cm的靠背椅，背靠椅背，雙手自然搭于扶手上。離座椅3 m遠的地面做標記，并放置標志桶。當受試者聽到“開始”后站直(可以使用日常生活中所用的助行器如手杖等)，以正常步速前行，繞過標志桶后轉彎，回到座椅坐下，以背靠于背椅上為測量結束，過程中不能給予任何軀體協(xié)助。用秒表記錄所用時間，每人各練習1次，正式測量3次，以時間長短來評估受試者平衡功能。評定時測量3次，中間休息1 min，取其均值進行統(tǒng)計分析。

10 MWT測量：將標記帶在直線距離為20 m平地上,標記出測量的起點、3 m線、13 m線和終點。讓受試者以最快的速度從起點走到終點，在過程中使用秒表記錄受試者3 m至13 m期間所需時間。測量共進行3次，每次步行測量間隔休息1 min，測量3次取平均數(shù)值。

6 MWT測量方法：在地面平坦筆直距離至少30 m室內(nèi)走廊內(nèi)，每3 m進行標記，轉向處顯示標識，測定6 min內(nèi)所行走的距離。間隔30 min再進行1次。取兩者中最高值。

1.3 統(tǒng)計學處理

2 結 果

2.1 受試者基本情況

所有受試者皆順利完成振動訓練及測量，無缺失及不適、不安全情況發(fā)生。訓練過程中受試者生活習慣無大幅改變，體質(zhì)量無明顯變化，且活動時間、種類及活動場所固定，無新增大幅身體活動。實驗前后部分受試者需服用降壓藥物，但不影響振動訓練，且對運動能力無明顯影響。

2.2 振動訓練前后膝關節(jié)屈、伸肌力比較

相比WBVT訓練前，訓練后受試者膝關節(jié)屈、伸肌肌力增高，差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05；表1)。

2.3 振動訓練前后TUG、6 MWT和10 MWT比較

相比WBVT訓練前，振動訓練后受試者TUG和10 MWT水平降低，6 MWT水平升高，差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05；表2)。

3 討 論

WBVT增加肌肉力量及體積的機制可能是振動臺產(chǎn)生的機械振動波可刺激肌肉的本體感受器，引起肌梭初級傳入神經(jīng)纖維末梢的興奮性增強，使募集肌肉運動單位的方式發(fā)生改變；同時由于振動使神經(jīng)發(fā)放沖動的頻率加快和強度增大、皮膚感覺傳入沖動以及振動對耳前庭機械刺激感受器和神經(jīng)中樞等的影響，在運動過程中導致高閾值的運動單位與低閾值的運動單位幾乎同時激活[6]，從而募集更多的運動單位參與活動，增大肌肉力量的同時提高了對Ⅱ型肌纖維的訓練效果，導致肌肉爆發(fā)力和肌肉體積增加。并且WBVT簡便易行，肢體無需大幅度活動，尤其適用于下肢殘疾老年人的肌肉鍛煉。

本研究通過對受試者進行坐位WBVT，結果表明受試者膝關節(jié)屈、伸肌肌力明顯改善，與站立位振動訓練相關研究[7-9]結果一致，盡管這些研究中，WBVT后老年人的下肢爆發(fā)力和(或)膝關節(jié)伸肌肌力皆明顯改善，但受試者均為正常的非殘疾老年人，而且訓練體位皆為站立位(膝關節(jié)呈不同角度彎曲)，振動強度、振動時間和周期亦不相同。如Bogaerts等[8]研究中采取的振動周期為24周，每天訓練30 min；Roelants等[9]研究中采取的振頻為35～40 Hz，振動周期達48周。而本研究中受試者為下肢殘疾老年人，訓練體位為坐位，振頻為6～9 Hz，振幅2 mm，每天訓練時間為9～15 min，振動周期為 8周，訓練后肌肉力量亦有明顯提高，與站立位振動訓練結果一致，這亦為WBVT選擇不同體位提供了參考。

平衡能力是影響行走的關鍵因素，本研究結果顯示，經(jīng)過8周坐位WBVT，受試者的TUG和10 MWT時間減少，提示行走平衡能力及速度明顯改善。而Bogaerts等[10]和Kawanabe等[11]的研究結果與本研究相類似。在他們的研究中，振動訓練后實驗組老年受試者的TUG和10 MWT亦顯著改善。另外本研究結果表明受試者訓練后6 MWT水平升高，與Pollock等[12]的研究結果相一致，該研究證實，經(jīng)過8周WBVT，實驗組老年受試者的TUG和6 MWT顯著改善，成績分別提高38%和36%。除肌力因素外，WBVT改善平衡的機制可能還需從軀體感覺、視覺及前庭感覺整合來考慮。Okada等[13]認為振動刺激能導致神經(jīng)發(fā)放沖動頻率加快、強度增大，從而導致耳前庭機械刺激感受器和神經(jīng)中樞發(fā)生適應性變化。Ko等[14]在針對腦癱兒童的WBVT實驗中指出，連續(xù)3周的WBVT可使實驗組患者踝關節(jié)本體感覺顯著改善。因此，WBVT提高平衡能力的機制還可能是神經(jīng)對肌肉的支配能力更加精細和高效所致。

表1 訓練前后患者膝關節(jié)屈、伸肌肌力比較

表2 訓練前后患者TUG、6MWT和10MWT比較

TUG: timed up and go; 6 MWT: 6-min walking test; 10 MWT: 10-meter walking test

老年人骨骼肌質(zhì)量和力量(功能)退化嚴重時易導致肌少癥。目前針對肌少癥的干預方式主要有藥物、營養(yǎng)及運動[15]。藥物治療主要使用激素類藥物，有文獻證實睪酮可提高骨骼肌質(zhì)量和功能，但會引起體液潴留、前列腺體積增大、紅細胞増多等不良反應[16]；營養(yǎng)治療以補充優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)或維生素D為主，但短期內(nèi)效果并不明顯，而且不同的蛋白質(zhì)種類效果存在較大差異[17]；運動干預中，漸進性抗阻訓練可提高肌肉力量，但高負荷的運動并不適合老年人群體，容易誘發(fā)心腦血管疾病，不宜作為臨床治療方式。而WBVT安全易行，已有研究者開始把WBVT應用于肌少癥。Machado等[18]對老年女性肌少癥患者進行了10周WBVT，結果發(fā)現(xiàn)股內(nèi)側肌和股二頭肌橫截面積分別增加8.7%和15.5%，同時表明WBVT可明顯抑制和延緩患者骨骼肌質(zhì)量損失及行走能力的退化。Roelants等[9]對老年受試者進行長達12個月的WBVT，結果發(fā)現(xiàn)受試者大腿肌群等長肌力、最大爆發(fā)力及肌肉質(zhì)量分別顯著提高9.8%、10.9%和 3.4%，提示W(wǎng)BVT對因年齡增長導致的肌少癥具有潛在預防作用。上述研究中受試者進行WBVT皆采用站立體位，而本研究結果顯示坐位WBVT在提高骨骼肌肌力及功能方面與站立體位訓練具有類似效果，因此我們推測坐位WBVT對老年肌少癥患者亦應該具有潛在預防和治療作用。后續(xù)研究如能證實這一點，老年肌少癥患者預防、治療與康復領域無疑又增加一個更安全易行的新途徑。

【參考文獻】

[1] Rasmussen BB, Phillips SM. Contractile and nutritional regulation of human muscle growth[J]. Exerc Sport Sci Rev, 2003, 31(3): 127-131.

[2] 彭春政.全身振動刺激對肌肉力量和柔韌性的影響[J].北京體育大學學報, 2004, 27(3): 349-351. DOI: 10.3969/j.issn.1007-3612.2004.03.022.

Peng CZ. Effects of muscular strength and flexibility by whole-body vibration stimulation[J]. J Beijing Sport Univ, 2004, 27(3): 349-351. DOI: 10.3969/j.issn.1007-3612.2004.03.022.

[3] Issurin VB, Tenenbaum G. Acute and residual effects of vibratory stimulation on explosive strength in elite and amateur athletes[J]. J Sports Sci, 1999, 17(3): 177-182. DOI: 10.1080/026404199366073.

[4] Mason RR, Cochrane DJ, Denny GJ,etal. Is 8 weeks of side-alternating whole-body vibration a safe and acceptable modality to improve functional performance in multiple sclerosis?[J]. Disabil Rehabil, 2012, 34(8): 647-654. DOI: 10.3109/09638288.2011.615370.

[5] Unger M, Jelsma J, Stark C. Effect of a trunk-targeted intervention using vibration on posture and gait in children with spastic type cerebral palsy: a randomized control trial[J]. Dev Neurorehabil, 2013, 16(2): 79-88. DOI: 10.3109/17518423.2012.715313.

[6] Mealing D, Long G, McCarthy PW. Vibromyographic recording from human muscles with known fibre composition differences[J]. Br J Sports Med, 1996, 30(1): 27-31.

[7] Russo CR, Lauretani F, Bandinelli S,etal. High-frequency vibration training increases muscle power in postmenopausal women[J]. Arch Phys Med Rehabil, 2003, 84(12): 1854-1857.

[8] Bogaerts A, Delecluse C, Claessens AL,etal. Impact of whole-body vibration trainingversusfitness training on muscle strength and muscle mass in older men: a 1-year randomized controlled trial[J]. J Gerontol A Biol Sci Med Sci, 2007, 62(6): 630-635.

[9] Roelants M, Delecluse C, Verschueren SM. Whole-body vibration training increases knee-extension strength and speed of movement in older women[J]. J Am Geriatr Soc, 2004, 52(6): 901-908. DOI: 10.1111/j.1532-5415.2004.52256.x.

[10] Bogaerts A, Delecluse C, Boonen S,etal. Changes in balance, functional performance and fall risk following whole-body vibration training and vitamin D supplementation in institutionalized elderly women. A 6 month randomized controlled trial[J]. Gait Posture, 2011, 33(3): 466-472. DOI: 10.1016/j.gaitpost.2010.12.027.

[11] Kawanabe K, Kawashima A, Sashimoto I,etal. Effect of whole-body vibration exercise and muscle strengthening, balance, and walking exercises on walking ability in the elderly[J]. Keio J Med, 2007, 56(1): 28-33.

[12] Pollock RD, Martin FC, Newham DJ. Whole-body vibration in addition to strength and balance exercise for falls-related functional mobility of frail older adults: a single-blind randomized controlled trial[J]. Clin Rehabil, 2012, 26(10): 915-923. DOI: 10.1177/0269215511435688.

[13] Okada A, Naito M, Ariizumi M,etal. Experimental studies on the effects of vibration and noise on sympathetic nerve activity in skin[J]. Eur J Appl Physiol Occup Physiol, 1991, 62(5): 324-331.

[14] Ko MS, Sim YJ, Kim DH,etal. Effects of three weeks of whole-body vibration training on joint-position sense, balance, and gait in children with cerebral palsy: a randomized controlled study[J]. Physiother Can, 2016, 68(2): 99-105. DOI: 10.3138/ptc.2014-77.

[15] Ogawa M, Mitsukawa N, Loftin M,etal. Association of vigorous physical activity with age-related, site-specific loss of thigh muscle in women: the HIREGASAKI study[J]. J Trainol, 2011, 1(1): 6-9. DOI: 10.17338/trainology.1.1_6.

[16] Travison TG, Basaria S, Storer TW,etal. Clinical meaningfulness of the changes in muscle performance and physical function associated with testosterone administration in older men with mobility limitation[J]. J Gerontol A Biol Sci Med Sci, 2011, 66(10): 1090-1099. DOI: 10.1093/gerona/glr100.

[17] Kim JS, Wilson JM, Lee SR. Dietary implications on mechanisms of sarcopenia: roles of protein, amino acids and antioxidants[J]. J Nutr Biochem, 2010, 21(1): 1-13. DOI: 10.1016/j.jnutbio.2009.06.014.

[18] Machado A, García-López D, González-Gallego J,etal. Whole-body vibration training increases muscle strength and mass in older women: a randomized-controlled trial[J]. Scand J Med Sci Sports, 2010, 20(2): 200-207. DOI: 10.1111/j.1600-0838.2009.00919.x.