冷熱水交替浴對短跑運動員增強式運動后膝關(guān)節(jié)本體感覺的影響

趙鑫瑜，劉云發(fā)

增強式訓(xùn)練是一種快速、 高功率的向心－離心收縮連續(xù)交替進行的負(fù)荷運動，又被稱作“快速伸縮負(fù)荷訓(xùn)練”。 它可動員更多的運動單位參加目標(biāo)運動，是發(fā)展下肢爆發(fā)力、彈跳力，提高專項敏捷度與靈活性的有效訓(xùn)練手段之一。 在高水平短跑運動員的訓(xùn)練中， 不少運動員和教練員已經(jīng)采用這樣一種訓(xùn)練方法通過提高神經(jīng)肌肉募集能力來發(fā)展腿部股四頭最大等長肌力矩（Maximum Voluntary Isometric Contraction，MVIC）， 同時促進下肢肌肉的柔韌性和協(xié)調(diào)性的發(fā)展。 需要注意的是，雖然增強式訓(xùn)練對運動員快速力量的發(fā)展起著積極的作用，但在其應(yīng)用過程中包含著較多的離心收縮成分，容易引起膝關(guān)節(jié)疲勞、損傷，甚至誘發(fā)延遲性肌肉酸痛（Delayed-Onset Muscle Soreness，DOMS），在這種情況下，優(yōu)化恢復(fù)策略是按時完成訓(xùn)練計劃、擴大競技優(yōu)勢的關(guān)鍵。

水已被廣泛應(yīng)用于體育保健領(lǐng)域， 包括冷水?。–old Water Immersion，CWI）、 熱 中 性 水 ?。═hemoneutral Water Immersion，TWI）以及冷熱水交替?。–ontrast Water Therapy，CWT）等，其中CWT 最為獨特，它是一種通過定時定量使用冷、熱水交替浸泡的新穎物理療法，已被證明有利于運動員的恢復(fù)。

本體感覺來自于軀體深部的肌肉、肌腱、關(guān)節(jié)等處的力學(xué)感受器和游離神經(jīng)末梢向中樞的反饋，是判斷肢體在空間中位置、運動方向、速度及力量大小的基礎(chǔ)。 良好的本體感覺在保證運動技術(shù)水平的正常發(fā)揮、保障運動安全中至關(guān)重要。 高強度的增強式訓(xùn)練會帶給運動員下肢各關(guān)節(jié)巨大考驗，也對膝關(guān)節(jié)本體感覺產(chǎn)生不利影響。 專業(yè)運動員在運動中膝關(guān)節(jié)受傷，很多情況下是因為運動疲勞導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)本體感覺下降，不能及時感知外界因素的變化，快速準(zhǔn)確反饋到中樞神經(jīng)來調(diào)節(jié)控制膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，從而造成關(guān)節(jié)及其周圍組織結(jié)構(gòu)出現(xiàn)繼發(fā)性損傷。 因此，找到一種快速、有效的恢復(fù)手段是運動科學(xué)領(lǐng)域的重要課題。 以往研究已經(jīng)證明，與被動恢復(fù)相比，通過CWT 手段可以明顯減輕離心運動后的肌肉疼痛、促進肌肉力量恢復(fù)、加速肌肉損傷恢復(fù)等，但對本體感覺的影響尚不明確。

因此， 本研究以目前較為成熟的膝關(guān)節(jié)本體感覺測評方法為基礎(chǔ)，旨在探究CWT 對大強度增強式運動后膝關(guān)節(jié)本體感覺的干預(yù)效果， 分析其作用機理，探討增強式運動幫助恢復(fù)關(guān)節(jié)本體感覺的有效方法。

1 研究對象及方法

1.1 研究對象

研究對象為16 名體育專業(yè)在讀本科生， 男性，均為國家二級短跑運動員。 已通過調(diào)查問卷、臨床體檢等方式確定所有受試者身心健康， 無呼吸、循環(huán)系統(tǒng)疾病，無抽煙習(xí)慣，滿足實驗要求。 所有受試者在實驗前均被告知實驗的具體流程、要求以及可能會出現(xiàn)的不適癥狀，同意并簽署知情同意書。 受試者隨機分為冷熱水交替浴組（CWT 組）和靜坐休息對照組 （CON 組），2 組的基本情況無顯著差異（表1）。

表1 受試者基本情況（±SD）Table1 Basic information of subjects (±SD)

1.2 研究方法

1.2.1 準(zhǔn)備階段

所有受試者在實驗前一周不進行任何大強度運動訓(xùn)練，在實驗前24 h 至運動后72 h 內(nèi)，禁止飲用含有酒精、咖啡等刺激性物質(zhì)的飲料，保證正常生活作息，正常飲食，不服用任何藥物或保健品，也不再接受任何其他恢復(fù)手段（如拉伸、按摩等）。 午飯后2 h 到達(dá)實驗室測量下肢本體感覺，后進入田徑館進行離心運動。

1.2.2 運動階段

運動在田徑館內(nèi)[室溫（23±2）℃，相對濕度（50±3）%]進行，慢跑5 min 后進行正式運動。 本實驗參照田野等大強度增強式運動方案，并通過預(yù)實驗結(jié)合受試者的實際情況加以改進。運動分為10 組，各組之間間隔休息2～3 min，每組包括20 次負(fù)重（10 kg）淺蹲跳和50 m 蛙跳，負(fù)重淺蹲跳與蛙跳之間間隔休息1～2 min。

1.2.3 恢復(fù)階段

恢復(fù)包括2 個階段：第一階段，2 組受試者在運動后靜坐5 min， 期間注意運動員的補液； 第二階段，5 min 靜坐休息后，2 組受試者各進行14 min 干預(yù) （CWT 組為14 min CWT，CON 組為14 min 靜坐休息）。

1.2.4 測量儀器、方法、流程及測試指標(biāo)

1.2.4.1 方法及儀器

使用澳大利亞產(chǎn)ICOOL 恒溫水池 （設(shè)置熱水）與美國產(chǎn)INTEX 恒溫水池（設(shè)置冷水），2 個池相鄰放置，保證受試者可在5 s 內(nèi)實現(xiàn)水池更替，熱水設(shè)置為（38±1）℃，冷水設(shè)置為（15±1）℃。 使用時受試者統(tǒng)一穿著泳褲，坐入熱水水池，頸部以下浸入水中1 min，起身換入冷水池1 min，起身再換入熱水池，如此反復(fù)，直至第14 min 從冷水池中起身，擦干。 由于水池每次容納人數(shù)有限， 為保證運動和水浴的有效銜接，受試者分批次參與實驗，連續(xù)8 d，每天隨機安排2 名受試者進行運動－水?。o坐）干預(yù)，一名為CWT 組，一名為CON 組。 確保所有受試者在一天中的同一時間參與實驗， 同時保證CON 組與CWT 組運動與干預(yù)同時進行。

1.2.4.2 主動位置覺

使用Biodex 公司生產(chǎn)的Biodex System-3 等速肌力測試儀，設(shè)置膝關(guān)節(jié)位置覺測試模式，目標(biāo)角度設(shè)為45°。受試者呈90°坐位，上半身、右側(cè)大腿及小腿下方固定，膝關(guān)節(jié)置于90°初始角度。 準(zhǔn)備階段，受試者主動伸膝至目標(biāo)角度，停留10 s，感受此時位置感覺，后恢復(fù)至初始角度，幫助受試者佩戴眼罩、耳罩，避免視聽信息干擾。 測試階段，受試者手持按鈕，主動伸膝，在感覺到達(dá)目標(biāo)角度時按下按鈕，系統(tǒng)記錄該角度，不告知受試者。 重復(fù)3 次，每次間隔1 min，所得結(jié)果為：|（實際角度1+ 實際角度2+ 實際角度3）－（3×目標(biāo)角度）|÷3。

1.2.4.3 被動位置覺

儀器設(shè)置及目標(biāo)角度同上。 受試者坐位，上半身、右側(cè)大腿及小腿下方固定，膝關(guān)節(jié)置于0°初始角度。 準(zhǔn)備階段，由儀器帶動運動至目標(biāo)角度，停留10 s， 感受此刻位置感覺， 后恢復(fù)至初始角度，幫助受試者佩戴眼罩、耳罩，避免視聽信息干擾。 測試過程與所得結(jié)果計算方式與主動位置覺相同。

1.2.4.4 肌肉力覺

儀器同上，設(shè)置為等長測試模式，測量受試者右腿（優(yōu)勢腿）的股四頭肌MVIC，選擇50%MVIC 為目標(biāo)力值。 受試者坐位，上半身及右側(cè)大腿固定，膝關(guān)節(jié)置于90°。 準(zhǔn)備階段，受試者注視顯示器，主動伸膝用力，當(dāng)達(dá)到50%MVIC 時，停留5 s，感受此刻用力，后恢復(fù)至初始位置，幫助受試者佩戴眼罩、耳罩，避免視聽信息干擾。測試階段，撤去顯示器，受試者主動伸膝，模仿第一階段伸膝力矩，停留5 s，記錄實際力矩，不告知受試者。重復(fù)3 次，每次間隔1 min，所得結(jié)果為：| （實際力矩1＋實際力矩2＋實際力矩3）-（3×目標(biāo)力矩）|÷3。

1.2.4.5 肢體下落時關(guān)節(jié)反應(yīng)角度

儀器同上，設(shè)置為等長測試模式，受試者坐位，右腿 （優(yōu)勢腿） 膝關(guān)節(jié)保持與水平線呈15°夾角位置，全身放松，佩戴眼罩、耳罩。在不告知受試者的情況下按下開關(guān)，使其小腿在重力作用下自由下落。 受試者需在感知小腿下落時， 以最快的反應(yīng)速度發(fā)力阻止下落，并停留在此角度，記錄實際角度。 連續(xù)測試3 次，每次間隔1 min，所得結(jié)果為：|（實際角度1+實際角度2+ 實際角度3）-（3×目標(biāo)角度）|÷3。

1.3 統(tǒng)計分析

2 研究結(jié)果

2.1 運動前后主、被動位置覺

如表2 所示，2 組在運動前無顯著性差異（＞0.05）；在運動后24 h、48 h、72 h，2 組的主、 被動位置覺均較運動前出現(xiàn)顯著性下降（＜0.05）；在運動后96 h，CON 組較運動前出現(xiàn)顯著性下降（＜0.05）；組內(nèi)比較發(fā)現(xiàn)， 在運動后24 h、48 h、72 h、96 h，CON 組的主動位置覺顯著低于CWT 組（＜0.01）；在運動后48 h，CON 組的被動位置覺顯著低于CWT 組（＜0.01）。

表2 運動前后位置覺、肢體下落關(guān)節(jié)反應(yīng)角度變化（單位：°）（±SD）Table2 Changes of position sense and joint reaction angle to release before and after exercise(unit:°)(±SD)

2.2 運動前后肌肉力覺變化

如表3所示，2 組肌肉力覺在運動前無顯著性差異 （＞0.05）； 在運動后24 h、48 h、72 h、96 h，2 組均較運動前顯著下降（＜0.05）；組內(nèi)比較發(fā)現(xiàn)，在運動后24 h、72 h、96 h，CON 組的肌肉力覺顯著低于CWT 組（＜0.01）。

表3 運動前后肌肉力覺變化（單位：N·m-1）（±SD）Table3 Changes of muscle force sense before and after exercise(unit:N·m-1)(±SD)

2.3 運動前后肢體下落時關(guān)節(jié)反應(yīng)角度變化

如表2所示，2 組的肢體下落時關(guān)節(jié)反應(yīng)角度在運動前無顯著差異（＞0.05）；運動后24 h，2 組關(guān)節(jié)反應(yīng)角度均較運動前顯著增加 （＜0.05）； 運動后48 h，CON 組關(guān)節(jié)反應(yīng)角度較運動前顯著增加（＜0.05），而CWT 組較運動前無顯著性差異（＞0.05）；組內(nèi)比較發(fā)現(xiàn)，運動后24 h、48 h，CON 組的肢體下落時關(guān)節(jié)反應(yīng)角度顯著大于CWT 組（＜0.01）。

3 分析與討論

本研究的主要發(fā)現(xiàn)是，與CON 組相比，CWT 可有效緩解增強式運動中因肌肉離心所致的肌肉力覺的下降，促進肌肉本體感覺（主、被動位置覺，肢體下降反應(yīng)角度）的恢復(fù)。

自Cochrane提出CWT 可促進運動表現(xiàn)恢復(fù)以來，在各類運動項目后進行CWT，對之后運動表現(xiàn)的作用效果被陸續(xù)報道。 但大多數(shù)研究結(jié)果表明，與對照組相比，CWT 并沒有提高之后的運動表現(xiàn)，只有少數(shù)研究證實了CWT 的有益性。 之所以出現(xiàn)這種相反結(jié)果，除運動項目類型不同外，可能還與不同的水浴方式有關(guān)。 目前，對于CWT 的總時間，冷熱水分別浸泡的時間、溫度、浸泡部位，以及在運動后與水浴間隔時間等還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。 但在證實CWT 存在有益效果的幾項實驗中均采用肩部以下浸入、38 ℃熱水、15 ℃冷水、1 min 交替、總時長14 min的水浴方式。 故本研究選用同種水浸方式。 值得注意的是， 在幾項證實CWT 存在有益效果的實驗中，均選擇了短跑、自行車等下肢高強度運動項目作為誘導(dǎo)疲勞手段， 在此過程中均存在膝關(guān)節(jié)的過度使用現(xiàn)象。 此外，在這些實驗中，評估運動表現(xiàn)恢復(fù)的方法是通過在運動后的一段時間重復(fù)跑步、騎行或負(fù)重深蹲跳、等長深蹲等運動。 顯而易見，這些運動都對膝關(guān)節(jié)本體感覺具有一定要求。故考慮是否存在CWT 促進膝關(guān)節(jié)本體感覺恢復(fù)的可能，從而解釋CWT 可提高運動成績的現(xiàn)象。 本研究不僅證實了CWT 對增強式運動后膝關(guān)節(jié)本體感覺的促進恢復(fù)作用， 也在一個新的角度提示了，CWT對短跑這類對膝關(guān)節(jié)較高要求的運動的有益作用，特別是促進運動表現(xiàn)恢復(fù)作用，可能與膝關(guān)節(jié)本體感覺恢復(fù)有關(guān)。

3.1 CWT 對膝關(guān)節(jié)位置覺的影響

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，增強式運動后主、被動位置覺均出現(xiàn)顯著下降，而CWT 有助于主、被動位置覺的恢復(fù)，尤其對于主動位置覺的影響更為明顯。這可歸因于主、被動活動對位置覺的影響因素是不同的，主動運動可以最大限度觸發(fā)肌肉內(nèi)的感受器， 故主動位置覺可以充分反映肌肉感受器的變化；而被動運動不涉及肌肉主動收縮， 故被動位置覺可以有效避免因肌肉主動收縮所造成的信息量增加。根據(jù)Proske等的“努力程度”理論：位置覺的變化不僅由疲勞干擾肌梭功能所致，更受中樞機制（努力的感覺）的影響。 運動后MVIC 的下降可導(dǎo)致受試者在位置覺測試時為了維持正常運動而付出更多努力， 而努力程度的增加又會反過來導(dǎo)致位置覺的下降。以往研究指出，CWT 有助于離心運動后肌肉力量的恢復(fù)。因此，CWT 促進位置覺恢復(fù)的作用得益于其促進肌肉力量恢復(fù)的機制，肌肉力量恢復(fù)快，在進行位置覺測試時，受試者付出較少的努力程度，進而有利于位置覺恢復(fù)。

增強式運動強調(diào)速度力量和爆發(fā)性訓(xùn)練， 其核心機制是在沖擊性外力作用下，肌肉被動離心收縮，而后快速地轉(zhuǎn)換為向心收縮，過程中較大的沖擊、牽張作用對膝關(guān)節(jié)及其作用的肌肉要求較高， 其離心收縮成分甚至?xí)T導(dǎo)股四頭肌DOMS 的發(fā)生。Sipko等指出，疼痛程度越高，控制姿勢的難度越大，位置覺就越差。因此，疼痛感是影響位置覺的又一重要因素。Vaile 等、Pournot 等均發(fā)現(xiàn)了CWT 對運動所致DOMS 的鎮(zhèn)痛作用， 這歸因于CWT 可減輕巨噬細(xì)胞所致的炎癥反應(yīng)，而這種炎癥反應(yīng)是誘使肌肉腫脹、 增加痛覺感受器壓力和敏感性的重要原因之一。 雖然本研究在主動位置覺測試時沒有進行疼痛感測評，但從數(shù)據(jù)分析可見，在本研究中位置覺變化與Vaile 等研究中疼痛程度變化時間軌跡相同且存在負(fù)相關(guān)性：本研究在運動后48 h 達(dá)到位置覺敏感性的最低值，且CWT 組的位置覺敏感性顯著高于CON 組；而Vaile 等研究在運動后48 h 達(dá)到疼痛程度最高值， 且經(jīng)CWT 干預(yù)的疼痛程度顯著低于對照組。 這表明，CWT 的鎮(zhèn)痛作用與位置覺之間存在一定聯(lián)系， 但具體作用機制及量效關(guān)系是后續(xù)的研究方向。

3.2 CWT 對肌肉力覺的影響

肌肉力覺是用來描述骨骼肌隨意收縮過程中對輸出力的有意識的感覺，可以反映機體對力的感知以及復(fù)制用力程度的能力。本研究結(jié)果顯示，運動后2 組受試者的肌肉力覺均顯著下降， 且在運動后24～48 h 達(dá)到最低值，CWT 組受試者的肌肉力覺雖也下降， 但其下降程度低于CON 組， 反映了CWT緩解肌肉力覺下降的有益作用。 Jones 等提出：與肌肉收縮相關(guān)的“努力的感覺”是肌肉“力覺”的基礎(chǔ)。 然而，影響肌肉力覺的因素除“努力的感覺”外，還與代謝產(chǎn)物（緩激肽、前列腺素E、乳酸等）堆積影響感覺傳入神經(jīng)末端的化學(xué)感受器的敏感性有關(guān)。

在增強式運動中，下肢肌肉負(fù)重快速、連續(xù)的牽張－縮短－循環(huán)跳躍所導(dǎo)致的代謝產(chǎn)物堆積不可避免，而CWT 有助于代謝產(chǎn)物的清除：CWT 是冷水與熱水之間交替的水浸方式， 機體在接受冷水浸泡時，外周血管收縮；在接受熱水浸泡時，外周血管舒張，來回交替之間使血管產(chǎn)生了“泵送作用”。這一效應(yīng)可以增加血管彈性，促進機體新陳代謝，將運動產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物、 炎癥介質(zhì)等不良成分隨血流灌注排出體外。此外，水的靜水壓力也有助于代謝產(chǎn)物的清除：施加在皮膚上的水壓力被深入地傳遞到微動脈周圍的組織，進而降低血液的跨壁壓力梯度，壓力梯度的下降又會引起動脈血管擴張 （肌源性反應(yīng)），外周阻力減少，單位時間血流量增加，改善了工作肌肉內(nèi)氧和營養(yǎng)物質(zhì)的運輸， 同時有助于代謝產(chǎn)物的清除，最終有利于疲勞的消除。

3.3 CWT 對肢體下落時關(guān)節(jié)反應(yīng)角度的影響

肢體下落時關(guān)節(jié)反應(yīng)角度可以反映放松的關(guān)節(jié)和肌肉突然受到刺激（小腿重力作用下自然下落）時，本體感受器感受刺激、傳出沖動，經(jīng)大腦皮質(zhì)軀體運動中樞傳出指令引起關(guān)節(jié)和肌肉反應(yīng)速度的快慢，從而體現(xiàn)膝關(guān)節(jié)在應(yīng)激條件下的控制能力和反應(yīng)能力，可作為膝關(guān)節(jié)運動覺的評價指標(biāo)。 有研究顯示， 膝關(guān)節(jié)起始角度對肢體下落時關(guān)節(jié)反應(yīng)角度具有顯著影響，而在膝關(guān)節(jié)與水平位置的夾角約為15°時肢體下落反應(yīng)最為靈敏，測量結(jié)果也較為準(zhǔn)確，故本研究采用膝關(guān)節(jié)與水平夾角15°為測試起始位置。數(shù)據(jù)表明，離心運動后肢體下落時關(guān)節(jié)反應(yīng)角度出現(xiàn)明顯的下降，提示反應(yīng)敏感性下降，在運動后24 h達(dá)到最低，之后逐漸恢復(fù)，與之前研究結(jié)果無異。組內(nèi)比較發(fā)現(xiàn)，運動后24 h、48 h，CWT 組肢體下落時關(guān)節(jié)反應(yīng)角度小于CON 組，這表明CWT 對肢體下落時關(guān)節(jié)反應(yīng)角度的恢復(fù)具有益處。

肢體反應(yīng)角度的下降與機體疲勞、 代謝產(chǎn)物堆積所致功能性肌纖維數(shù)量減少、感受器敏感性降低、感覺信號傳導(dǎo)速度減慢、努力程度增加、精神狀態(tài)變差等有關(guān)。 CWT 能促進疲勞消除、改善受試者精神狀態(tài)、有利于代謝產(chǎn)物清除的有益效果。 研究發(fā)現(xiàn)，職業(yè)運動員運動后， 經(jīng)CWT 干預(yù)會明顯增加下肢深靜脈截面，其橫截面的增大可能反映了靜脈回流的整體改善，進而增加回心血量，減輕了心臟前負(fù)荷。按照Frank-Starling 心臟定律， 這種前負(fù)荷的改變有利于心輸出量增加， 有助于疲勞消除。 也有報告顯示， 經(jīng)CWT 干預(yù)的運動員肌肉張力下降、 彈性恢復(fù)，精神狀態(tài)得到改善，這可能與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的緩解有關(guān)。 然而，人們對CWT 對神經(jīng)系統(tǒng)的影響知之甚少。 Gieremek針對經(jīng)不同干預(yù)手段后的柔道運動員和未經(jīng)訓(xùn)練的健康男性進行了簡單反射任務(wù)的反應(yīng)時間、跟腱的腱反射（T 反射）、比目魚肌的霍夫曼反射（H 反射）的比較，發(fā)現(xiàn)水療提高了中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)的效率。認(rèn)為水療激活了本體感受器，增加了大腦的興奮性，刺激了神經(jīng)肌肉系統(tǒng)，從而加速了簡單反應(yīng)時間、T 反射和H 反射的恢復(fù)。 除此之外，McHugh 等對11 名受試者無氧運動后進行不同恢復(fù)干預(yù)比較， 發(fā)現(xiàn)CWT 組受試者的血乳酸值顯著低于其他組， 并表示CWT 可以加速血液中乳酸的清除。 但鑒于血乳酸可在運動后1～2 h 恢復(fù)至運動前水平， 而本研究中運動后本體感覺測試是在運動后24 h 開展的，故本研究中CWT 對肢體下落時關(guān)節(jié)反應(yīng)角度的影響可能與乳酸清除關(guān)系不大。

4 結(jié)論

本研究所設(shè)計的CWT 方案可以有效緩解增強式運動后因肌肉離心所致的肌肉力覺的下降， 促進肌肉本體感覺（主、被動位置覺，肢體下落時關(guān)節(jié)反應(yīng)角度）的恢復(fù)。 CWT 恢復(fù)關(guān)節(jié)本體感覺的機制與促進肌力恢復(fù)、鎮(zhèn)痛、加速代謝產(chǎn)物清除、緩解中樞神經(jīng)系統(tǒng)疲勞等有關(guān)。