不同力量訓練對模擬+Gz暴露下頸部肌肉抗荷能力的影響

李 卓，李 曦，鐵婭滕，李程飛，蔡文泳，李 偉，孫喜慶，王永春

(1空軍軍醫(yī)大學航空航天醫(yī)學系醫(yī)學訓練教研室，陜西 西安 710032；2空軍航空大學初級飛行訓練基地第五訓練團，山東 淄博 255300)

頸椎病在戰(zhàn)斗機飛行人員這一特殊人群中是一種常見疾病，這與其飛行職業(yè)有著密切的關系。現(xiàn)代高性能戰(zhàn)斗機在機動飛行中所產(chǎn)生的正加速度(+Gz)具有高G值、高增長率、持續(xù)時間長、反復出現(xiàn)等特點，這樣的特點使得戰(zhàn)斗機飛行人員在飛行工作中頭頸部不斷承受高載荷，是導致飛行人員頸部傷病的主要誘因，隨著飛行時間增加，飛行人員也會相應出現(xiàn)頸部肌肉、韌帶、頸椎的退行性病變[1-3]。力量訓練可以增強頸部運動環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性和抗阻能力，是預防或減緩頸部傷病的有效方法。力量訓練按目的可以分為最大肌力訓練、肌肉耐力訓練及爆發(fā)力訓練，根據(jù)發(fā)展肌肉素質的目的不同，訓練方案也不盡相同[4]。我國疆域遼闊，部分飛行人員駐地位于極高海拔、極寒、極濕等氣候惡劣環(huán)境，在駐訓期間無法保障訓練持續(xù)而導致停訓。人體肌肉力量遵循用進廢退的規(guī)律，停訓期間肌肉力量會出現(xiàn)不同程度退化，不利于飛行人員工作能力的保持及頸部傷病的預防。本研究擬通過比較不同肌肉力量訓練方案對飛行人員頸部肌肉停訓前后抗+Gz能力的影響，為飛行人員頸腰傷防治訓練提供參考。

1 對象與方法

1.1 對象

在空軍軍醫(yī)大學招募男性被試16人，將其隨機分為最大肌力訓練組和肌肉耐力訓練組，每組8人(表1)。入選要求：①身心健康，無心腦血管系統(tǒng)疾病史，近3個月內(nèi)無肌肉損傷等運動損傷疾??；②近3個月及實驗周期內(nèi)不得服用蛋白粉、肌酸等運動補劑；③未進行過頸部肌肉專項訓練，且在試驗周期內(nèi)不進行既定訓練任務以外的頸部訓練。訓練使用的主要儀器有Noraxon Ultium EMG無線表面肌電儀，3M電極片，飛行人員頭盔，頸部肌肉專項訓練器械等。

表1 被試基本信息

1.2 方法

1.2.1 訓練方案 被試按分組進行頸部最大肌力訓練和頸部肌肉耐力訓練，均采用頸部肌肉專項訓練器械進行抗阻訓練，完成動作次數(shù)以最大重復次數(shù)(repetition maximum，RM)計數(shù)。試驗周期共計14周，其中第0周至第6周進行頸部肌肉專項訓練(表2)，第6周至第14周為停訓階段，不進行訓練。

表2 頸部肌肉專項訓練器械訓練方案 (n=8)

1.2.2 頸圍測量 分別于訓練前及6周訓練結束后測量每名被試頸圍。頸圍測量方法：被試站立放松狀態(tài)下，使用軟尺經(jīng)喉結節(jié)點測量頸圍長度。

1.2.3 絕對力量測試 使用訓練器械測試一次被試絕對肌肉力量(1 RM)，結果以質量(kg)表示，在訓練前(第0周)、訓練完成后(第6周)，以及停訓1個月(第10周)和停訓2個月(第14周)測試絕對力量。

1.2.4 頭頸部負重測試 為模擬戰(zhàn)斗機飛行人員在高G值下頸部環(huán)節(jié)承受高載荷的環(huán)境特點，要求被試佩戴標準飛行人員頭盔面罩，并懸掛10 kg重物進行頸部負重。被試端坐狀態(tài)下分別維持靜坐、負重靜坐、負重左轉頭狀態(tài)各30 s，記錄頭部不同動作狀態(tài)下肌電信號變化。

1.2.5 肌電測試及分析方法 將電極片貼于被試左右側胸鎖乳突肌肌腹和左右側斜方肌上束肌腹處，連接表面肌電傳感器，采樣率2 000 Hz，使用Noraxon Ultium EMG無線表面肌電設備記錄被試靜坐、負重靜坐及負重左轉頭不同動作狀態(tài)下肌電信號變化，記錄不同動作周期30 s后對各個周期的30 s信號數(shù)據(jù)進行處理分析。使用Noraxon MR3軟件處理肌電原始信號，濾波(FIR濾波器，帶通濾波設置高頻200 Hz，低頻10 Hz)，整流后計算肌電信號平均功率頻率(mean power frequency，MPF)。

2 結果

2.1 不同訓練方法對頸圍的影響

分別在訓練開始前和訓練完成后測量被試頸圍。結果顯示，與訓練前相比，訓練完成后肌肉耐力訓練組和最大肌力訓練組被試頸圍均呈現(xiàn)增加趨勢(圖1A)，但兩組之間頸圍增加百分比無顯著差異(圖1B)。

A：訓練前后頸圍變化；B：不同組別頸圍增長百分比。圖1 訓練前后頸圍變化

2.2 不同訓練方法對絕對力量的影響

在訓練前、訓練完成后、停訓1個月和停訓2個月時分別測試頸部絕對力量，結果表明，與訓練前相比，訓練完成后肌肉耐力訓練組和最大肌力訓練組被試力量均有提高(圖2A～B)；與肌肉耐力訓練組比較，最大肌力訓練組被試在訓練完成后絕對力量增長顯著(P<0.01，圖2C)；與訓練完成后比，停訓1個月時最大肌力訓練組絕對力量下降3.5%，肌肉耐力訓練組下降4.2%，停訓2個月時最大肌力訓練組絕對力量下降10.8%，肌肉耐力訓練組下降11.8%(圖2D)。

A：肌肉耐力訓練組；B：最大肌力訓練組；C：兩組不同階段絕對力量變化；D：兩組停訓后絕對力量下降百分比。 bP<0.01 vs 肌肉耐力訓練組。圖2 肌肉耐力訓練組和最大肌力訓練組訓練前后、停訓后絕對力量變化

2.3 訓練前后頸部肌肉肌電信號變化

在訓練前和訓練完成后，使用表面肌電記錄被試在靜坐、負重靜坐及負重左轉頭階段的斜方肌上束和胸鎖乳突肌的肌電變化，計算MPF值。結果表明，靜坐至負重轉頭階段，MPF持續(xù)降低。與訓練前相比，訓練后肌肉耐力訓練組和最大肌力訓練組在頭部負重及負重左轉頭階段MPF提高；與最大肌力訓練組比較，肌肉耐力訓練組訓練前后右側斜方肌和胸鎖乳突肌MPF值提高更明顯(圖3A～B)；與訓練前比較，訓練后肌肉耐力訓練組右側斜方肌及胸鎖乳突肌在負重靜坐階段、負重左轉頭階段的MPF值顯著升高(P<0.05，圖3C～D)。結果提示，訓練完成后，肌肉耐力訓練組頸部肌肉持續(xù)抗阻能力更好，在頸部負重工作狀態(tài)下肌肉不容易發(fā)生疲勞。

A：兩組不同動作階段右側斜方肌MPF變化趨勢；B：兩組不同動作階段右側胸鎖乳突肌MPF變化趨勢；C：兩組不同動作階段右側斜方肌MPF值比較；D：兩組不同動作階段右側胸鎖乳突肌MPF值比較。MPF：平均功率頻率。：訓練前-肌肉耐力訓練組；：訓練后-肌肉耐力訓練組；：訓練前-最大肌力訓練組；：訓練后-最大肌力訓練組。 aP<0.05。圖3 肌肉耐力訓練組和最大肌力訓練組訓練前后及不同動作階段右側斜方肌、胸鎖乳突肌肌電MPF變化

2.4 停訓后頸部肌肉肌電信號變化

在停訓1個月及停訓2個月時，使用表面肌電記錄被試在靜坐、負重靜坐及負重左轉頭動作階段的斜方肌上束和胸鎖乳突肌的肌電變化并計算肌電MPF值。結果表明，在停訓1個月及停訓2個月時，最大肌力訓練組和肌肉耐力訓練組在頸部負重過程中右側斜方肌MPF值均呈現(xiàn)下降趨勢，且兩組間無顯著差異(圖4A～C)；在負重轉頭測試中，停訓1個月及停訓2個月時，與肌肉耐力訓練組比較，最大肌力訓練組右側胸鎖乳突肌MPF值顯著降低(P<0.05，圖4D)。

A：兩組停訓后不同動作階段右側斜方肌MPF變化趨勢；B：兩組停訓后不同動作階段右側胸鎖乳突肌MPF變化趨勢；C：兩組停訓后不同動作階段右側斜方肌MPF值比較；D：兩組停訓后不同動作階段右側胸鎖乳突肌MPF值比較。MPF：平均功率頻率。：停訓1個月-肌肉耐力訓練組；：停訓2個月-肌肉耐力訓練組；：停訓1個月-最大肌力訓練組；：停訓2個月-最大肌力訓練組。 aP<0.05。圖4 肌肉耐力訓練組和最大肌力訓練組停訓后不同動作階段右側斜方肌、胸鎖乳突肌肌電MPF變化

3 討論

隨著戰(zhàn)斗機性能的提升，飛行人員在飛行工作中頸部運動環(huán)節(jié)經(jīng)常暴露在高載荷力下，加之具有通信、夜視等多功能的頭盔裝置的佩戴，加重了頭頸部的受力負荷及不穩(wěn)定性[5-6]。飛行人員在執(zhí)行飛行任務中，頭頸部在承受高G值的沖擊下，還需要運用轉頭、仰頭等動作觀察環(huán)境，這加劇了頭頸部運動的不穩(wěn)定性，使飛行人員頸部組織承受更高的損傷風險[7]。頸椎病在飛行人員中的發(fā)病率居高不下，雖然不是致命疾病，但會極大程度地影響患者身心健康，影響任務訓練及工作質量，嚴重時甚至需要停飛[8-10]，這對飛行人員個人健康及軍隊戰(zhàn)斗力損失的影響不可小覷。

飛行人員發(fā)生頸椎病后，一般從藥物治療、物理治療等方面對癥治療，重度患者需進行外科手術治療。對于飛行人員，在不能中斷飛行訓練任務的情況下，治療效果因人而異，因此在飛行人員人群中，對待頸椎病應做到未雨綢繆，以頸椎病的預防或減緩疾病進程為主[11-12]。頸部解剖結構中神經(jīng)、血管、氣管、韌帶并行交錯，相比四肢或腰腹等大肌群，頸部肌群力量薄弱，通過力量訓練可以提高頸部抗負荷能力，是預防或減緩頸椎病行之有效的手段。本研究通過招募被試進行不同訓練方法的力量訓練，在模擬工作負荷的情況下，研究頸部肌群在訓練前后、停訓后的工作能力表現(xiàn)。針對肌肉力量不同工作能力表現(xiàn)，訓練方案分為最大肌力訓練和肌肉耐力訓練，最大肌力訓練組以提高肌肉承受的最大負荷為目的，肌肉耐力訓練組則以提高肌肉持久工作能力為目的。結果發(fā)現(xiàn)，在進行6周力量訓練后，兩組訓練均可提高被試頸部肌肉的絕對力量，但最大肌力訓練組肌肉絕對力量提升更為顯著(圖2A～C)；通過佩戴飛行頭盔并施加負重模擬飛行人員+Gz暴露的工作環(huán)境，記錄不同運動狀態(tài)下頸部斜方肌、胸鎖乳突肌的肌電變化，當肌肉工作的負荷強度越大，疲勞的程度越大時，MPF值越小，降低幅度更大[13-15]。分析肌電MPF值，結果發(fā)現(xiàn)，與最大肌力訓練組比較，肌肉耐力訓練組在對抗頸部負荷中MPF值降低幅度更小，表明進行肌肉耐力訓練對頸部斜方肌、胸鎖乳突肌抗疲勞能力優(yōu)于最大肌力訓練(圖3)；在停止訓練1個月及2個月后分別測試兩組被試的絕對力量，結果發(fā)現(xiàn)兩組人員絕對肌力均出現(xiàn)下降，但兩組間肌力下降百分比無顯著差異(圖2C～D)；通過模擬+Gz暴露實驗，結果發(fā)現(xiàn)在停訓1個月或2個月后，最大肌力訓練組和肌肉耐力訓練組頸部抗負荷能力均下降，但在停訓1個月或2個月后再完成負重轉頭動作時，與肌肉耐力訓練組比較，最大肌力訓練組MPF值顯著降低，提示胸鎖乳突肌經(jīng)過肌肉耐力訓練后，抗負荷能力表現(xiàn)更優(yōu)(圖4)。以上結果表明進行肌肉耐力訓練對停訓后肌肉工作表現(xiàn)能力更有優(yōu)勢，尤其對胸鎖乳突肌等平時相對不容易訓練的肌肉影響更大。

通過力量耐力訓練增強肌肉力量與肌肉持續(xù)抗負荷能力可以預防或延緩頸椎病發(fā)生，但在復雜戰(zhàn)斗環(huán)境或進行特技飛行等極端飛行動作時，瞬時高G值變化也有可能導致頸部出現(xiàn)急性損傷，因此進行最大肌力訓練時，可考慮通過提高飛行人員頸部肌肉絕對力量來預防頸部傷病。在平常訓練任務中，要把頸部整個運動環(huán)節(jié)作為一個整體訓練，不僅要訓練肌肉耐力，也要注重絕對力量的提高。針對不同任務的時間或地點，合理安排訓練方案，當駐地位于極高、極濕、極冷、極熱等不適宜運動的環(huán)境時，可以在駐訓前合理更改訓練計劃。通過側重提高力量耐力的訓練方案，以最大程度抵消停訓期間肌肉能力的衰退，預防慢性勞損，維持肌肉抗荷能力。

本研究通過對不同力量訓練方式的效果評價，為飛行人員頸部專項訓練提供參考，旨在提高飛行人員頸部肌肉力量，預防頸部肌肉勞損發(fā)生，減緩頸椎病進程，促進飛行人員健康。本研究中采用的訓練方法不作為唯一力量訓練方法，不作為對頸椎病的醫(yī)學運動康復方案。本研究仍存在不足，通過地面負重模擬的+Gz暴露環(huán)境并不能真實反映飛行人員在高空、高速及復雜操控狀態(tài)下的機體情況；頸椎病退行性改變涉及肌肉、神經(jīng)、韌帶、血管、筋膜、頸椎骨等多種組織，本研究采用的表面肌電技術只對頸部表面肌肉進行工作能力監(jiān)測，未能真實反映深層肌肉活動狀態(tài)，也不能對神經(jīng)、韌帶、血管等進行客觀評價。

綜上所述，肌肉耐力訓練或最大肌力訓練可以提高頸部肌肉工作能力；停訓后，訓練效果均出現(xiàn)下降，但與最大肌力訓練組比較，肌肉耐力組在持續(xù)抗負荷工作中肌肉相對不容易發(fā)生疲勞。