下肢優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)相同負(fù)重往返跑對(duì)青年學(xué)員平衡能力的影響*

馬繼政， 王增剛， 胡 斐， 趙 彥， 葉 強(qiáng)， 黃強(qiáng)年， 徐盛嘉

(1. 中國(guó)人民解放軍陸軍工程大學(xué) 軍事運(yùn)動(dòng)科學(xué)研究中心， 南京 211101； 2. 南京體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)健康科學(xué)系， 南京 210014)

運(yùn)動(dòng)本身的自然特征和所處的環(huán)境影響人體姿態(tài)上的適應(yīng)[1]?？赏ㄟ^(guò)日常專項(xiàng)訓(xùn)練，在不同形式的運(yùn)動(dòng)中學(xué)習(xí)新的運(yùn)動(dòng)技術(shù)，從而獲得姿態(tài)上的特定適應(yīng)[2]。日常訓(xùn)練可提高專項(xiàng)運(yùn)動(dòng)技能(運(yùn)動(dòng)特定的姿態(tài)、環(huán)境)[3]。姿態(tài)穩(wěn)定性或平衡能力是指人體擺動(dòng)幅度的變化程度[1,3]。人體平衡能力的調(diào)節(jié)涉及到短或長(zhǎng)神經(jīng)環(huán)路次序的變化：本體感覺(jué)、視覺(jué)-前庭感覺(jué)。不同運(yùn)動(dòng)刺激特定的感覺(jué)-運(yùn)動(dòng)鏈(體覺(jué)、前庭、視覺(jué))，在既定的運(yùn)動(dòng)條件下，可產(chǎn)生一個(gè)優(yōu)先姿態(tài)控制上的調(diào)節(jié)策略[1]。例如，登山運(yùn)動(dòng)在更大程度上發(fā)展和依賴本體感覺(jué)，而公路自行車運(yùn)動(dòng)在更大程度上發(fā)展和依賴視覺(jué)[4]。研究認(rèn)為，靜力性/動(dòng)力性平衡能力是一些運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)能力的限制因素之一[5]。平衡能力的變化幅度不但影響運(yùn)動(dòng)能力，也可能增加損傷的風(fēng)險(xiǎn)[6]。因此，運(yùn)動(dòng)后平衡能力迅速恢復(fù)到安靜值被認(rèn)為是人體運(yùn)動(dòng)的一種重要的能力[6]。

人體的左右兩側(cè)一般分為優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)，人體通常利用優(yōu)勢(shì)側(cè)完成各種日常的活動(dòng)或具體的任務(wù)，非優(yōu)勢(shì)側(cè)形成穩(wěn)定支撐[7]。鑒于平衡能力恢復(fù)的重要性，對(duì)非優(yōu)勢(shì)側(cè)施加額外應(yīng)激可能會(huì)增加軀體擺動(dòng)幅度，給機(jī)體帶來(lái)更大的不利影響。我們前期研究表明，短距離下肢優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)負(fù)重往返跑后，人體平衡能力變化相似，表現(xiàn)出對(duì)稱性變化[8]，這種對(duì)稱性變化很可能是運(yùn)動(dòng)遷移形成的基礎(chǔ)[9]。但尚不清楚運(yùn)動(dòng)量對(duì)對(duì)稱性變化產(chǎn)生的影響。因此，本研究評(píng)定在強(qiáng)度相同、運(yùn)動(dòng)量不同的條件下，下肢優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)負(fù)重往返跑對(duì)平衡能力產(chǎn)生的影響，為學(xué)員日常負(fù)重訓(xùn)練提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

研究對(duì)象為10名陸軍工程大學(xué)健康男性學(xué)員，平均年齡(20.80±2.04)歲，身高(173.99 ± 2.87) cm，體重(68.53±3.21) kg；體重指數(shù)(22.73±1.49)kg/m2，平均訓(xùn)練年限1年。經(jīng)詢問(wèn)受試者病史、查體、心電圖及超聲心動(dòng)圖等檢查，均未發(fā)現(xiàn)有器質(zhì)性心臟病，無(wú)吸煙史和酗酒史，有規(guī)律參加常規(guī)的體能訓(xùn)練(每周鍛煉不少于4次)，排除超重或偏瘦的學(xué)員，排除標(biāo)準(zhǔn)為：體質(zhì)指數(shù)<18.5 kg/m2及 >24.0 kg/m2。

1.2 測(cè)試方案

研究采用隨機(jī)交互設(shè)計(jì)，受試人員分4組，分別使用優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)單手提油桶(重量為22 kg)進(jìn)行20 m×5往返跑(總距離200 m)和20 m×10往返跑(總距離400 m)，共4次完成，分別在運(yùn)動(dòng)后即刻和休息20 min后進(jìn)行平衡能力測(cè)試。每次測(cè)試時(shí)間間隔不少于2 d，以確保受試人員充分恢復(fù)，測(cè)試期間禁止劇烈運(yùn)動(dòng)。

1.2.1 下肢優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)評(píng)定 采用10 m連跳法，選取每側(cè)肢體完成動(dòng)作的最短時(shí)間作為評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)的評(píng)定，平均時(shí)間分別為(2.53±0.16) s，(2.29±0.23) s。

1.2.2 心率監(jiān)測(cè) 利用Polar team2團(tuán)隊(duì)心率儀(博能公司，F(xiàn)inland)記錄整個(gè)運(yùn)動(dòng)的RR間期。通過(guò)polar team軟件導(dǎo)出數(shù)據(jù)，并利用Firstbeat SPORTS 系統(tǒng)(version 4.4.0.2, Firstbeat Technologies Ltd., Jyv?skyl?, Finland)進(jìn)行內(nèi)部負(fù)荷數(shù)據(jù)分析。

1.2.3 平衡能力測(cè)試 采用測(cè)力臺(tái)(Kistler，瑞士)進(jìn)行測(cè)試。受試者睜眼，雙眼平視正前方，雙腿站立于測(cè)力臺(tái)上，雙足與肩同寬或略小于肩寬，雙手自然下垂，通過(guò)調(diào)整使身體重心(屏幕上的十字標(biāo)志)盡量在原點(diǎn)。收集20 s數(shù)據(jù)，去除記錄的前5 s和最后5 s數(shù)據(jù)，排除數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定影響，采樣頻率為1000 Hz。采集數(shù)據(jù)后，利用測(cè)力臺(tái)系統(tǒng)MARS軟件(Version 2.1.0.00, kistler s2p Ltd., Switzerland)進(jìn)行分析。安靜值測(cè)試在運(yùn)動(dòng)方案開(kāi)始前3 d完成。實(shí)驗(yàn)室溫度為28℃～33℃，相對(duì)濕度為28%～32%。

1.3 研究指標(biāo)

研究指標(biāo)包括人體平衡能力指標(biāo)：人體重心的總移動(dòng)距離[sway path-total(mm), SPT]、前后移動(dòng)距離[sway path-A-P(mm), SPAP]、左右移動(dòng)距離[sway path-M-L(mm), SPML]、總移動(dòng)速度[sway V-total(mm/s), SVT]、前后移動(dòng)速度[sway V-A-P(mm/s), SVAP]、左右移動(dòng)速度[sway V-M-L(mm/s), SVML]、總移動(dòng)面積[sway area-total(mm2),SAT]、前后移動(dòng)面積時(shí)間積分[sway area-A-P(mm*s),SAAP]、左右移動(dòng)面積時(shí)間積分[sway area-M-L(mm*s), SAML]和運(yùn)動(dòng)橢圓面積[area of 100% ellipse(mm2), AE]。

此外，還包括心率(heart rate，HR)、運(yùn)動(dòng)后的過(guò)氧消耗值(excess post-exercise oxygen consumption, EPOC)和運(yùn)動(dòng)沖量(training impulse, TRIMP)，可定量反映運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和內(nèi)部運(yùn)動(dòng)負(fù)荷。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 下肢優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)20 m×5和20 m×10負(fù)重往返跑內(nèi)部運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的比較

與安靜狀態(tài)相比，負(fù)重運(yùn)動(dòng)后HR、EPOC和TRIMP均值均顯著增加(P<0.01)。20 m×5和20 m×10負(fù)重往返跑優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)之間的HR無(wú)明顯差異(P>0.05)，表明4次運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度基本一致；20 m×10負(fù)重往返跑EPOC和TRIMP均值均顯著大于20 m×5，表明整體上內(nèi)部負(fù)荷增加。但20 m×5以及20 m×10負(fù)重往返跑優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)之間的HR無(wú)明顯差異(P>0.05)，提示優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)內(nèi)部負(fù)荷趨于一致(表1)。

2.2 下肢優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)20 m×5和20 m×10負(fù)重往返跑對(duì)平衡能力的影響

2.2.1 下肢優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)20 m×5運(yùn)動(dòng)后即刻和運(yùn)動(dòng)后20 min時(shí)平衡能力的變化 與安靜值相比，運(yùn)動(dòng)后即刻優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)所有平衡能力指標(biāo)均顯著增加(P<0.01)，但優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)之間無(wú)明顯差異(P>0.05)。提示運(yùn)動(dòng)后即刻，優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)平衡能力的波動(dòng)程度相同。運(yùn)動(dòng)后20 min，優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)平衡能力均恢復(fù)到安靜狀態(tài)(P>0.05)，表明整體上平衡能力的恢復(fù)相似(表2)。

2.2.2 下肢優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)20 m×10運(yùn)動(dòng)后即刻和運(yùn)動(dòng)后20 min平衡能力的變化 20 m×10負(fù)重往返跑運(yùn)動(dòng)后即刻和運(yùn)動(dòng)后20 min，其平衡能力變化趨勢(shì)與20 m×5負(fù)重往返跑類似，優(yōu)勢(shì)側(cè)與非優(yōu)勢(shì)側(cè)之間無(wú)明顯差異(P>0.05，表3)。

Tab. 1 Changes of internal load in 20 m×5 and 20 m×10 shuttle runs under load carriage at the dominant and non-dominant ±s, n=10)

**P<0.01vsrest；##P<0.01vs20 m×5 dominant side；△△P<0.01vs20 m×5 non-dominant side

Tab. 2 Changes of balance indices in 20 m×5 shuttle runs under load carriage at the dominant and non-dominant side at once and after 20 min ±s, n=10)

**P<0.01vsrest

Tab. 3 Changes of balance indices in 20 m×10 shuttle runs under load carriage at the dominant and non-dominant side following immediately exercise and 20 min ±s, n=10)

*P<0.05vsrest

2.2.3 下肢優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)20 m×5和20 m×10負(fù)重往返跑運(yùn)動(dòng)后即刻平衡能力的比較 與20 m×5優(yōu)勢(shì)側(cè)運(yùn)動(dòng)后即刻相比，20 m×10優(yōu)勢(shì)側(cè)運(yùn)動(dòng)后即刻平衡能力指標(biāo)SPT、SPAP、SPML、SVT、SVAP、SVML、SAT和AE無(wú)明顯差異(P>0.05)，但SAAP顯著降低(P<0.05)，SAML顯著增加(P<0.05)。與20 m×5非優(yōu)勢(shì)側(cè)運(yùn)動(dòng)后即刻相比，20 m×10 平衡能力指標(biāo)SPT、SPML、SVT、SVML、SAT、SAAP和AE 無(wú)顯著差異(P>0.05)，但SVAP、SPAP顯著降低(P<0.05)，SAML顯著增加(P<0.05)。整體上表明，運(yùn)動(dòng)量增加后，人體前后擺動(dòng)程度相對(duì)降低，左右擺動(dòng)程度增加(表4)。

Tab. 4 Changes of balance indices between 20 m×5 and 20 m×10 shuttle runs under load carriage at the dominant and non-dominant side following immediately ±s, n=10)

*P<0.05vs20 m×5 dominant side at immediately exercise;#P<0.05vs20 m×5 non-dominant side at immediately exercise

3 討論

長(zhǎng)期訓(xùn)練姿態(tài)平衡能力不但產(chǎn)生局部適應(yīng)，同時(shí)也產(chǎn)生整體適應(yīng)[7]。人體通常利用下肢優(yōu)勢(shì)側(cè)完成各種體力活動(dòng)，對(duì)非優(yōu)勢(shì)側(cè)施加影響可能產(chǎn)生額外的不利影響。但本研究結(jié)果顯示，對(duì)下肢優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)施加相同的應(yīng)激，運(yùn)動(dòng)后即刻和運(yùn)動(dòng)后20 min，機(jī)體平衡能力的變化程度相同，但運(yùn)動(dòng)量增加時(shí)橫向擺動(dòng)幅度增加，整體上表現(xiàn)出對(duì)稱性的變化，提示可能存在交互現(xiàn)象。

下肢優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)運(yùn)動(dòng)后平衡能力表現(xiàn)出對(duì)稱性變化，這可能和姿態(tài)自我調(diào)節(jié)能力的相互促進(jìn)有關(guān)。在研究力量訓(xùn)練與運(yùn)動(dòng)技能時(shí)發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期單側(cè)活動(dòng)提高對(duì)側(cè)對(duì)應(yīng)肌群的運(yùn)動(dòng)能力，這一現(xiàn)象稱為“交互效應(yīng)”[10]。由于對(duì)側(cè)肌群未表現(xiàn)出肥大的特征，因此，研究認(rèn)為適應(yīng)主要不是發(fā)生在外周[11]，而是主要發(fā)生在脊髓和脊髓中樞神經(jīng)系統(tǒng)[10,12]。脊髓適應(yīng)體現(xiàn)為單側(cè)的自主運(yùn)動(dòng)可通過(guò)胼胝體激活對(duì)側(cè)皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)[13]；脊髓適應(yīng)基于單側(cè)運(yùn)動(dòng)可通過(guò)激活脊髓運(yùn)動(dòng)通路投射到對(duì)側(cè)區(qū)域[14]。關(guān)于平衡能力的調(diào)節(jié)方面，前期研究同樣觀察到這一現(xiàn)象，單側(cè)肢體平衡能力受到干擾時(shí)，會(huì)影響對(duì)側(cè)肢體的平衡能力[15]。盡管本研究未采用單側(cè)的運(yùn)動(dòng)方式，但對(duì)單側(cè)肢體施加額外的應(yīng)激，因此，本研究結(jié)果支持這一現(xiàn)象。就平衡能力而言，這一獨(dú)特的交互效用，有助于設(shè)計(jì)損傷人員的康復(fù)訓(xùn)練計(jì)劃[16]。例如，對(duì)于一側(cè)下肢受損的學(xué)員，可利用對(duì)側(cè)下肢進(jìn)行鍛煉，從而維持機(jī)體的機(jī)能狀態(tài)。

另外，關(guān)于下肢優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)平衡能力研究方面，目前尚未獲得一致性的研究結(jié)果。一些研究認(rèn)為，一些運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目?jī)?yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)的平衡能力無(wú)顯著變化[17,18]，但也有一部分研究認(rèn)為優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)的平衡能力存在差異[19,20]。研究結(jié)果出現(xiàn)差異的原因可能和研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷和檢測(cè)手段有關(guān)。鑒于下肢優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷具有高度的差異性，因此該問(wèn)題有待于進(jìn)一步研究。此外，雙足支撐本身具有不穩(wěn)定性，人體進(jìn)行各種運(yùn)動(dòng)可精確維持平衡能力，這一復(fù)雜能力主要形成于人體運(yùn)動(dòng)技能的發(fā)育和成熟期[7]，在青春期末，一定時(shí)期的特定訓(xùn)練仍能夠有效提高平衡能力[21]。

重心搖擺的急性應(yīng)答取決于運(yùn)動(dòng)類型、強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間以及本體感覺(jué)刺激的強(qiáng)度[6, 22,23]。運(yùn)動(dòng)后即刻，重心搖擺顯著增加，即平衡能力受到損害[6]，本研究同樣觀察到這一現(xiàn)象；但在運(yùn)動(dòng)后20 min，重心搖擺均恢復(fù)到安靜值。本研究結(jié)果表明，運(yùn)動(dòng)負(fù)荷量在重心搖擺幅度變化中起到一定的作用。相同強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷量增加時(shí)，運(yùn)動(dòng)后即刻左右擺動(dòng)程度增加，可能會(huì)對(duì)后續(xù)的需要高度穩(wěn)定性的活動(dòng)產(chǎn)生負(fù)面影響，例如射擊，但需要進(jìn)行驗(yàn)證。目前，在運(yùn)動(dòng)后平衡能力受到損害的生理機(jī)制研究方面，研究認(rèn)為對(duì)于長(zhǎng)時(shí)運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，疲勞是主要的原因[24]。對(duì)于較短距離的運(yùn)動(dòng)，過(guò)度換氣是其主要的原因[25]。研究還發(fā)現(xiàn)，即使呼吸節(jié)奏相同，肌肉收縮強(qiáng)度不同(本體感覺(jué)刺激不同)時(shí)，平衡能力變化也存在明顯差異[26]。鑒于本研究采用的運(yùn)動(dòng)距離相對(duì)較短，但額外增加了運(yùn)動(dòng)負(fù)荷，本體感覺(jué)刺激可能增加，這些因素均可能在一定程度上影響本研究平衡能力的變化幅度。

綜上可見(jiàn)，在相同的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度下，運(yùn)動(dòng)后即刻平衡能力受到干擾；運(yùn)動(dòng)量增加時(shí)，左右方向損害程度增加；優(yōu)勢(shì)側(cè)和非優(yōu)勢(shì)側(cè)平衡能力的變化相似，可能存在交互效應(yīng)。