体能新视点长期等长训练对核心躯干
长期等长训练对核心/躯干刚度的影响
BenjaminC.Y.Lee，StuartM.McGill
摘要
虽然核心刚度能增强运动表现特征，但等长和动态核心练习方法的有效性尚存在争议。本研究旨在探讨核心刚度的长期改变的可训练性，如果可训练，最有效的方法是什么。招募24名健康男性受试者（23±3岁,1.8±0.06m,77.5±10.8kg），在6周核心训练前后分别进行被动和主动刚度测试。其中12名受试者（22±2岁,1.8±0.08m,78.3±12.3kg）在干预前对身体和核心训练没有了解；其他12名受试者（24±3岁,1.8±0.05m,76.8±9.7kg）是泰拳运动员（了解身体和核心训练）。使用重复测量的设计，比较6周训练前后，两种核心训练方法（等长动态，有对照组）及不同训练经历受试者间的差异。在“光滑的”屈曲装置上测试被动刚度，使用快速释放机制（quickreleasemechanism）测试主动刚度。等长训练后，被动刚度增加。动态训练对被动刚度的影响较小，对照组则没有发生变化。三组受试者的主动刚度均未出现变化，受试者间没有出现交互作用。因此，在提高核心刚度方面，等长训练是一种较好的方法。由于提高核心刚度能增强负重能力、抑制导致疼痛的椎体微细活动，并加强远端肢体运动能力，因此，这一发现具有重要意义。这也许可以解释减少背部和膝关节损伤有效性的报道。
关键词：脊柱，表现，运动能力，康复
研究背景
在运动训练和临床康复中，核心训练都是重要组成部分，用来增加肌力、肌肉耐力、缓解腰痛和提高运动表现。较好的核心刚度能通过3个机制来增强运动表现。根据McGill的解释：（a）（b）肌力增加，脊柱刚度增加可加强脊柱的负重能力，从而预防脊柱失稳；（c）与核心刚度相关的肌肉肿胀可为关键结构提供保护，从而在身体接触性项目中加强身体的弹性。McGill的解释基于Bergmark对于脊柱刚度-稳定性关系的阐述，Bergmark认为，肌肉刚度增加可稳定脊柱，防止外力和运动干扰脊柱。这在一些运动（athletictasks）中已得到阐述，如大力士比赛、武术和单脚练习。尽管核心刚度不直接影响运动表现，但核心刚度还抑制脊柱关节的微细运动，从而缓解脊柱不稳人群的疼痛。
典型的运动训练项目包含核心训练，使力量、速度和耐力发生长期适应性变化，但训练效果是否长期存在尚不清楚。这是本研究主要探讨的问题。很多传统的核心训练使用动态练习，因为动态练习给核心肌肉组织提出很高的挑战。尽管核心肌肉组织受到的挑战和随之产生的肌力增强很明显，但研究发现很多练习违反了生物力学机制，从而导致脊柱损伤，使脊柱受到很大的剪切和压缩载荷。与之相比，等长核心练习基于静态姿势保持给核心肌肉组织提出挑战。有研究探讨了等长核心练习的效果，并与动态核心练习进行比较，发现等长核心练习能提供中等水平的核心活动且脊柱承受的负载最小。鉴于大量数据显示，增强核心刚度能增加运动能力，因此让运动员将核心训练纳入力量和体能训练中是非常有益的，但哪种方式是核心训练的最佳方法呢？
Burgess等人和Kubo等人的开创性工作表明，等长和超等长训练能增加下肢的刚度，但尚不清楚核心训练是否能增强躯干的刚度。根据作者的了解，目前有研究探讨训练对核心刚度造成的适应性改变，但探讨不同训练的效果对于运动员选择最佳方法来提高核心刚度从而增加运动能力是非常有价值的。基于这一点，本研究将探讨以下问题：被动核心刚度是否可通过训练得到提高，如果可以，动态练习还是等长练习效果更好；对于不同训练经历的人群，训练方法的效果是否存在差异；动态练习和等长练习是否能增强主动刚度？本研究假设，相比于动态练习组和对照组，长期等长练习能更好地增强被动和主动刚度，且无训练经历的受试者接受干预后核心刚度的提高幅度高于有训练经历的受试者。
研究方法
实验方法
采用重复测量方案，评估24名男性受试者经过为期6周的等长或动态练习后，主动和被动刚度的变化。在年3-6月间招募并干预受试者。由于本研究并不涉及反映健康和运动表现的生理学指标，因此并没有对受试者的营养和饮水进行控制。测量受试者在6周干预前后的主动和被动刚度。采集初始数据后，将受试者分成等长训练组、动态训练组和对照组。训练组和对照组内再进一步分成无训练经历组和有训练经历组，探讨有无训练经历的受试者对于训练的反应是否存在差异。
受试者
本研究招募到24名健康的青年男性受试者（22.9±2.7岁,年龄范围为18-29岁;1.79±0.06m;77.5±10.8kg）。其中，12名受试者（21.7±1.9岁,年龄范围为18-26岁;1.80±0.08m;78.3±12.3kg）没有训练经历且不了解核心练习，称为无训练经历组。另外12名受试者（24.2±2.9岁,年龄范围为21-29岁;1.8±0.05m;76.8±9.7kg）是运动员，接受过核心训练。这一亚组受试者的纳入条件是接受过多种核心训练、进行规律核心练习至少1年。这组受试者是泰拳选手，称为有训练经历组。两个亚组受试者的排除条件是近几年出现过腰部疼痛或损伤。大部分无训练经历受试者会进行一些休闲运动，但没有核心训练和身体或负重训练经历。有训练经历受试者至少有1年泰拳训练经历（1.5-6年的持续训练），大多数（10名）进行过业余比赛，其中有2名受试者获得过地区和国家业余比赛冠军。
受试者招募和数据采集程序均遵从研究伦理委员会的要求。告知受试者本研究的目的和方法，确保每名受试者都完全了解本研究，并签署知情同意书。同时还告知受试者，在数据采集和训练干预过程中，他们有随时放弃的自由。知情同意书与MSSE和ACSM指南保持一致。
实验流程
采用两种不同的方法来分别评估被动和主动刚度。根据Brown和McGill的研究，在“光滑的”屈曲装置上测量3个运动平面（矢状面、额状面、横断面）上的被动刚度；根据Brown等人的研究，使用“快速释放”机制测量主动刚度。在6周核心训练干预前后，分别测量受试者的主动和被动核心刚度。训练干预分为3组：1组进行等长核心练习，1组进行动态核心练习，1组是对照组不进行任何练习。每组有8名受试者，其中4名无训练经历，4名有训练经历。
测试仪器
肌电
在一侧核心肌肉组织（腹直肌、腹外斜肌、腹内斜肌、背阔肌、上竖脊肌、下竖脊肌）上粘贴一次性的单极Ag-Cl圆形表面电极片来采集肌电信号（直径30mm）。采集表面肌电的目的是判断核心肌肉激活低于5%，从而确保是被动反应。事实上，处理肌电数据后发现，所有肌肉的肌电都低于3%的MVC。肌电数据并不用于其他目的。使用MVC过程中的肌电信号对测试过程中的肌电信号进行标准化，从而反映肌肉的发力情况，这一方法非常常用。采集3个姿势下的MVC：（a）在改良仰卧起坐姿势下，受试者抗阻进行躯干屈曲、侧屈和扭转的等长收缩；（b）受试者俯卧、上身悬于床边，抗阻进行躯干伸展的等长收缩；（c）宽握引体向上姿势下，受试者
在垂直向上拉的同时试图“拉弯水平杆”,以这种方式进行引导，进行引体向上。
躯干运动学
采用电磁跟踪系统记录腰椎的三维活动。躯干运动数据的采样频率为60Hz，双通道滤波。
施加应力
为了测量被动刚度，施加于躯干的应力的计算方法如下：垂直施加于上肢远端的力量乘以施力点与L4/L5椎间盘之间的距离（弯曲轨迹上），或旋转平面的半径（扭转轨迹上）。主动刚度测量中，运动臂处在胸7水平-腰4、腰5水平。通过力量传感器采集肌力数据，采用频率为Hz，双通道过滤肌力信号。肌电和力量信号均下采样至60Hz，以匹配躯干运动数据。
核心训练方案
受试者进行6周等长或动态核心训练（对照组不进行训练）。要求所有受试者在实验期间，避免进行额外的核心练习。两个训练组均每2周增加一次难度，从而将训练过程分为了3个阶段（表1和表2描述了训练进阶情况）。
应力角度关系和刚度测量
被动试验
将外加应力和相应的躯干角度除以时间，以确保所有试验和受试者都具有相同的测试时间。计算躯干角度占训练前受试者在屈曲试验中所能达到的最大活动度的百分比，将躯干角度标准化。对于每个试验，按照下面的公式做指数曲线：
其中，M指应力（N?m），λ和Φ指曲线拟合常数，θ指躯干的变化角度。将计算得出的应力占训练前测试中最大应力的百分比作为标准化后的应力结果，并计算训练前后，应力占50、65、80、90、95和%训练前峰值应力的百分比。（图3）
通过下面的公式，计算腰椎刚度(N?m/degree)：
其中，k代表刚度，由应力（M）的斜率和绝对角度变化（θ）曲线计算得出。
统计分析
使用IBMSPSS19.0进行统计分析。使用3*2*2的重复测量分析（3个实验组，2个受试者水平和训练前后）比较训练前后，不同应力作用下的活动度（50,65,80,90,95和%训练前外加应力）。对出现显著性差异（p≤0.05）的指标进行事后检验（TukeyHSD）。据作者了解，目前尚没有研究测量核心训练后核心刚度发生的适应性改变，因此难以评估内部相关性和统计功效。
讨论分析
研究结果显示，6周等长训练方案在提高躯干刚度方面由于动态训练方案。无训练经历组和有训练经历组对训练的反应相似。Burgess等人和Kubo等人报道，等长训练能提高下肢肌腱刚度，本研究结果与前人的发现大致一致。然而，在Burgess的研究中，下肢动态训练也可提高肌腱刚度，但本研究中动态训练并没有提高躯干刚度。
6周训练可能会引起肌纤维增粗和力量增加的生理性适应。但是，如果按照这个解释的话，动态训练后躯干刚度也应出现相似的提高。有证据显示，经过一些核心力量练习包括跪位四点支撑和侧桥等长练习后，核心肌肉组织的一些成分可能会增厚。可能这与肌肉肥大/肌肉紧张时间的关系有关—在肌肉紧张状态下保持更长的时间能促使骨骼肌肥大。显然，等长训练中，肌肉处于收缩状态的时间更长。例如，一个保持10s的腹桥要求核心肌群在峰值激活状态下持续收缩10s，而重复10次的卷腹中肌肉收缩的时间则远远低于10s。Burgess和Kubo均提出：训练后，胶原蛋白的重构与肌肉肥大相似，这也被Michna和Zamora和Marini所证实。另一个解释是，6周训练能刺激神经改变和剩余刚度。虽然主动刚度并没有得到显著提高，但受试者记录的训练日志显示出受试者感受到了训练效果。多数等长训练组和动态训练组的受试者在训练日志中记录，自己能更好地控制核心和髋部具体肌肉的激活。这些记录可能与抗阻训练后，肌肉随意收缩能力提高有关。Garfinkel和Cafarelli报道，经过8周等长训练后，MVC增加；不仅肌肉横截面积增加，而且在MVC中肌电振幅提高。其他学者也有类似的发现，为期数周的抗阻训练会导致肌肉最大收缩时的肌电振幅提高。
研究结果提示，在增强躯干刚度方面，等长核心练习优于动态练习。增强核心刚度有助于脊柱承受更大的负荷，并在远端肢体表现出更强的运动能力。下一步研究工作应是评估运动表现的具体改变。
据作者了解，尚没有研究探讨训练相关的核心刚度改变。由于没有现有的数据来评价统计功效，因此本研究无法计算出合适的样本量。但是，本研究为等长核心训练对核心刚度的影响提供了数据支持，为今后深入研究不同训练方式引起的适应性改变提供了研究基础。
实践应用
本研究是首个量化数周核心训练加强躯干刚度效果的研究。在加强核心刚度方面，等长训练的效果优于动态训练。本研究为在训练实践中，将等长核心训练纳入训练计划和赛前热身中提供了一定的理论基础。事实上，等长核心训练是损伤预防项目中的一部分。
一些教练认为，综合负重训练如深蹲和硬拉可充分锻炼核心肌群，但作者认为，等长核心训练在提高脊柱三维稳定性方面的效果更好。虽然这些综合负重训练要求核心肌群大量激活，但这些训练对于脊柱稳定性的要求主要存在于矢状面上。很多运动任务涉及额状面和水平面的稳定性，如足球运动员向前冲刺5码然后迅速向左变向。如果没有充分的侧向核心刚度，就会产生能量泄露，从而导致躯干屈曲、速度降低，并增加脊柱在负重下屈曲和膝关节外翻屈曲的损伤机制。从本质上来说，缺乏充分的核心刚度时，运动员移动效率降低，体现在运动表现降低和损伤风险增加上。另外，在运动、力量和体能训练中，教练必须认真监控运动员的负荷情况。过于频繁或幅度过大地增加负荷会超过运动员的耐受性，从而增加组织损伤风险。这就是等长核心训练的优势之所在；运动员可在脊柱负荷最小化的同时提高核心刚度，并将此能力迁移到运动实践中。由于这些训练中脊柱所承受的负荷很低，因此运动员可每天进行这些练习。学者们相信，在力量和体能训练中纳入15-45min的等长训练可增加运动员的核心稳定性，从而有助于运动员充分发挥自己的运动能力。
源自：JStrengthCondRes29
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尹晓峰
——上海体育科学研究所
李冠华
——上海体育学院体育教育训练学专业级硕士
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