孫明運(yùn)，劉 宇，閭堅(jiān)強(qiáng)

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慣性杠鈴訓(xùn)練對腰腹部肌肉形態(tài)特征的影響

孫明運(yùn)1，劉 宇2，閭堅(jiān)強(qiáng)2

目的：應(yīng)用高場強(qiáng)的MRI分析慣性杠鈴訓(xùn)練后腰腹肌肌肉橫截面CSA及體積V(volume，V)是否有較大的增長變化及發(fā)生這種變化的機(jī)理。方法：招募某學(xué)院健康男性本科生共計(jì)30名，受試者隨機(jī)分為慣性杠鈴訓(xùn)練組(實(shí)驗(yàn)組)和常規(guī)杠鈴訓(xùn)練組(對照組)；進(jìn)行1 h/次，3次/周，共計(jì)8周的腰腹部屈伸運(yùn)動肌肉力量訓(xùn)練。實(shí)驗(yàn)前后分別要求被試仰臥位于磁共振中，采用3.0T超導(dǎo)型磁共振成像系統(tǒng)(西門子Magnetom Trio,Tim System，MRI)進(jìn)行腰椎掃描。應(yīng)用ImageJ軟件處理肌肉橫斷面積CSA(cross-sectional area，CSA)，應(yīng)用多次測試肌肉CSA平均值計(jì)算肌肉體積V。信度的檢驗(yàn)應(yīng)用ICC(intra(inter)-class correlation coefficient)指標(biāo)；組內(nèi)應(yīng)用配對樣本t檢驗(yàn)，組間應(yīng)用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。結(jié)果：兩人分別獨(dú)立完成測試數(shù)據(jù)之間的信度(ICC)，觀察到同一人(B)測試的信度均值(intra-class correlation coeficient-ICC)為0.99，95%置信區(qū)間(Confidence interval，CI)(0.99,1)，P=0.000；不同測試人員(A和B)(Inter-class correlation coeficient)ICC均值為0.99(95%CI)(0.99,1)，P=0.000。實(shí)驗(yàn)組和對照組組間前后測試組內(nèi)第四腰椎CSA值無顯著性差異(前測P=0.27，后測P=0.19)；實(shí)驗(yàn)組、對照組第四腰椎CSA前后測試數(shù)據(jù)具有非常顯著性差異(P=0.000)；實(shí)驗(yàn)后實(shí)驗(yàn)組、對照組△CSA%、△V%均具有非常顯著性的差異(P=0.000)。結(jié)論：作為一種新型訓(xùn)練器械，慣性杠鈴對腰腹肌訓(xùn)練具有一定的優(yōu)勢，為軀干肌肉訓(xùn)練和康復(fù)提供了新的可選方法之一。

腰腹部肌肉；肌肉橫斷面積；肌肉體積；慣性杠鈴

肌肉是人體運(yùn)動的動力器官，其功能是人體機(jī)能的一個(gè)主要決定因素[12]。腰腹部肌肉是四肢活動的驅(qū)動力量和樞紐。生活中，由于軀干肌肉的薄弱、錯(cuò)誤的動作、突發(fā)的較大負(fù)荷及長期的慢性疲勞等因素經(jīng)常導(dǎo)致下背痛等。有研究發(fā)現(xiàn)，單側(cè)下背痛患者腰肌存在不對稱性，發(fā)生疼痛一側(cè)腰肌的CSA(cross-sectio nal area)減少[9]，且隨著年齡的增長，出現(xiàn)肌肉萎縮等癥狀，肌肉收縮組織顯著減少，肌肉非收縮組織增加2%～6%折疊的特殊肌肉[28，30]，產(chǎn)生肌力流失[47]；肌纖維的退化可導(dǎo)致神經(jīng)損傷[51，58]，繼而限制行動自由和提高罹患糖尿病、骨質(zhì)疏松癥、心臟病的風(fēng)險(xiǎn)[24，56]，出現(xiàn)身體獨(dú)立性降低和生活質(zhì)量下降[61]，在重大疾病中的生存幾率也下降[38]。在競技體育中，強(qiáng)壯的軀干肌肉力量對于某些特殊的體育項(xiàng)目來說是必須的[15，31]。Kwang-Jun Kim發(fā)現(xiàn)，在12周的軀干肌肉訓(xùn)練中，職業(yè)女子高爾夫球運(yùn)動員的軀干肌肉力量增加，揮桿成績提高[35]。Engstrom等應(yīng)用MRI(Magnetic Resonance imaging)研究表明，在板球快投手中，投擲手臂同側(cè)的腰方肌體積較肥大[17]。

關(guān)于腰腹部肌肉的量化，早期研究主要應(yīng)用CT和MRI方法對腰部肌肉進(jìn)行量化[50]，大部分主要是應(yīng)用于醫(yī)學(xué)檢查，涉及訓(xùn)練測試的數(shù)據(jù)較少。Yasuda等應(yīng)用30%1-RM結(jié)合血流限制訓(xùn)練，表明實(shí)驗(yàn)組的上肢和胸肌的肌肉體積顯著性的增加，但他們當(dāng)時(shí)也還未發(fā)現(xiàn)軀干肌肉訓(xùn)練后CSA的相關(guān)公開的研究數(shù)據(jù)[53]；高場強(qiáng)MRI逐漸被用來探測肌肉形態(tài)，如陳金鰲等[1]應(yīng)用MRI測定人體大腿肌肉量，認(rèn)為該方法更為精確。

人們從來沒有停止過對于腰腹肌訓(xùn)練方法研究的探索。腰腹肌力量訓(xùn)練已開發(fā)多種訓(xùn)練方法，借助器具如懸吊訓(xùn)練器械、Bodyblade振動棒、飛力仕、彈力帶等加強(qiáng)軀干力量的訓(xùn)練法。本研究針對一款新型腰腹肌訓(xùn)練器械——慣性杠鈴，進(jìn)行探索。慣性杠鈴主桿內(nèi)部有一可旋轉(zhuǎn)主軸，主軸兩端各有一擺錘桿和擺錘，擺錘質(zhì)量、擺錘桿可調(diào)，從而可調(diào)節(jié)慣性力的大小。在訓(xùn)練中，慣性杠鈴既可加大負(fù)荷，又可人為控制運(yùn)動強(qiáng)度、節(jié)奏，假設(shè)慣性杠鈴訓(xùn)練對于腰腹肌訓(xùn)練具有較好的作用。故本研究的目的是研究應(yīng)用高場強(qiáng)的MRI分析慣性杠鈴訓(xùn)練后腰腹肌肌肉橫截面CSA及體積V是否有較大的增長變化及發(fā)生這種變化的機(jī)理。

1 實(shí)驗(yàn)對象與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對象

研究對象基本信息(表1)。

納入標(biāo)準(zhǔn)：身體健康、無脊柱畸形和損傷史、無其他運(yùn)動損傷且無專業(yè)運(yùn)動訓(xùn)練史、體內(nèi)無金屬支架等的男性受試者。

實(shí)驗(yàn)分組情況：隨機(jī)對照實(shí)驗(yàn)。將被試隨機(jī)分為慣性杠鈴訓(xùn)練組(實(shí)驗(yàn)組)，普通杠鈴訓(xùn)練組(對照組)。

實(shí)驗(yàn)基本要求：訓(xùn)練期內(nèi)，兩組被試均可進(jìn)行日常運(yùn)動，但避免(除了實(shí)驗(yàn)安排的訓(xùn)練)其他方法的腰腹肌訓(xùn)練，且保持他們習(xí)慣的飲食攝入，禁止服用蛋白粉等肌肉補(bǔ)劑。

實(shí)驗(yàn)對象知情情況：所有被試實(shí)驗(yàn)前均被告知實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對于訓(xùn)練方案熟悉，自愿參加實(shí)驗(yàn)并簽署知情同意書。所有受試者均能配合完成規(guī)定的運(yùn)動。

表1 本研究實(shí)驗(yàn)對象基本情況一覽表Table 1 A List of All Subjects

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 訓(xùn)練方案

1.訓(xùn)練計(jì)劃

在訓(xùn)練期內(nèi)實(shí)驗(yàn)組、對照組均按照相同的訓(xùn)練計(jì)劃嚴(yán)格執(zhí)行，進(jìn)行1 h/次，3次/周，共計(jì)8周的腰腹肌力量訓(xùn)練。

熱身及放松內(nèi)容：如兩人互壓肩、軀干屈伸、左右旋轉(zhuǎn)等；熱身時(shí)長15 min；雙人互靜態(tài)壓肩、靜態(tài)互背，各持續(xù)20 s，或墊上放松動作15 min。

訓(xùn)練內(nèi)容：初始負(fù)荷為20%的體重，每2周按2%體重遞增負(fù)荷。10次/組，共6組；組間休息2 min；第一個(gè)月訓(xùn)練組數(shù)按2～4組增加或者降低。實(shí)驗(yàn)組腰部前后順時(shí)針、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)交替進(jìn)行。對照組腰部前后水平屈伸同樣靜態(tài)負(fù)荷、組數(shù)次數(shù)。訓(xùn)練時(shí)間為15：00～17：00或者19：00～21：00。

訓(xùn)練注意事項(xiàng)：訓(xùn)練注意安全，保護(hù)措施加強(qiáng)，隨時(shí)詢問被試個(gè)人感受，定期進(jìn)行談話；第二月訓(xùn)練組數(shù)增加為4～6組，根據(jù)情況增減訓(xùn)練量或者強(qiáng)度，并做好訓(xùn)練記錄。

2.訓(xùn)練動作要求

訓(xùn)練動作要求：身體直立,每一動作手臂固定，兩腳與肩同寬，膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)運(yùn)動中保持固定不變，杠鈴軸和肚臍同高，軀干保持正直，腰部必須水平屈伸運(yùn)動，且先慢后快，被試在訓(xùn)練人員統(tǒng)一指揮下訓(xùn)練，不允許單獨(dú)訓(xùn)練。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)器材

訓(xùn)練器械及測試儀器：慣性杠鈴、普通杠鈴、西門子3.0T MRI掃描儀；配重杠鈴片若干，1 kg/片(圖1)。

圖1 本研究訓(xùn)練器械及測試儀器示意圖Figure 1. Training Machine and Test Instrument

1.2.3 實(shí)驗(yàn)測試過程

1.成像方法

被試仰臥位于磁共振中，采用3.0T MRI,用標(biāo)準(zhǔn)軀干線圈作發(fā)射和接收線圈(圖2)。進(jìn)行常規(guī)磁共振成像掃描，梯度場40 mT/m，切換率200 T/m/s，所有被試均先行常規(guī)軀干T1WI、T2WI掃描。具體掃描順序?yàn)椋?)localizer人體掃描定位；2)localizer進(jìn)一步人體掃描定位用；3)T1_fl2d_tra_mbh_320進(jìn)行L1到L5 T1結(jié)構(gòu)像，用于分析肌肉形態(tài)和面積，采用屏氣測試。T1_fl2d_tra_mbh_320掃描參數(shù)如下：掃描重復(fù)時(shí)間TR=100 ms；回波時(shí)間TE=2.5 ms；片厚silce thickness=3.0 mm，掃描層數(shù)=50層，層與層之間的間隔是30%(0.9 mm)，掃描的視野FOV=380×296，掃描矩陣=384×384，掃描平均次數(shù)=1 ，由于有屏氣，時(shí)間不確定，掃描時(shí)間大約為10 min。T2WI掃描參數(shù):TR/TE=2 400/13.8 ms，層厚2 mm，間隔0.9 mm，矩陣 256×256， FOV=350×350 mm，NEX=l。

2.數(shù)據(jù)處理

選擇感興趣肌肉MROI(Muscle Region of Interest)。取第四腰椎(L4)橫斷面共16塊肌肉:左腹直肌(Left Rectus Abdominis，LRA)、右腹直肌(Right Rectus Abdominis，RRA)、左腹外斜肌(Left External Oblique，LEO)、右腹外斜肌(Right External Oblique，REO)、左腹內(nèi)斜肌(Left Internal Oblique，LIO)、右腹內(nèi)斜肌(Right Internal Oblique，RIO)、左腹橫肌(Left Transverse Abdominis，LTA)、右腹橫肌(Right Transverse Abdominis，RTA)、左腰大肌(Left Psoas Major，LPM)、右腰大肌(Right Psoas Major，RPM)、左腰方肌(Left Quadratus Lumborum，LQL)、右腰方肌(Right Quadratus Lumborum，RQL)、左豎脊肌(Left Erector Spinae，LES)、右豎脊肌(Right Erector Spinae，RES)、左多裂肌(Left Multifidus，LM)、右多裂肌(Right Multifidus，RM)。

由兩位醫(yī)生確定所有的MROI區(qū)域，其中一位確定所選肌肉精確的區(qū)域。MROI區(qū)域應(yīng)包含有所選肌肉的所有肌纖維，避免脂肪組織、鄰近肌肉組織或其他組織包含其中。為確保前、后測試肌肉位置一致性，測試前、后均以第十二胸椎和第一腰椎交界中間位置作為起始位置的標(biāo)志，向下掃描所有的腰椎，共計(jì)掃描50層。前、后掃描由同一磁共振儀、同一磁共振成像專業(yè)技術(shù)人員確定測試。所有肌肉的CSA值以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示，單位為平方毫米(mm2)。肌肉的CSA測量分別獨(dú)立地由一位不知道臨床及常規(guī)影像結(jié)果，且不了解被試訓(xùn)練、分組情況的磁共振成像專業(yè)技術(shù)人員A和一名運(yùn)動人體科學(xué)專業(yè)人員B根據(jù)醫(yī)生所確定的各塊肌肉位置，應(yīng)用ImageJ軟件任意放大處理圖片，測量肌肉CSA值(圖2)[5,46]。分析第四腰椎位置連續(xù)兩張片子，共120片，每片有16塊完整肌肉的橫斷面。測試人員A獨(dú)立勾畫120張片子輪廓1次；測試人員B獨(dú)立勾畫120張片子中的104張輪廓2次，這2次測試時(shí)間間隔1個(gè)月。其中，104片肌肉的CSA取測試人員A、B共計(jì)3次的均值。16片取測試人員A的1次測試值。

3.肌肉體積計(jì)算方法

應(yīng)用3次測試肌肉CSA平均值計(jì)算肌肉體積，根據(jù)Christopher等[14]和Ryan等[48]采用的肌肉體積計(jì)算方法，公式如下：

(1)

其中，V代表肌肉體積，p和d分別代表MRI掃描第p和第d片數(shù)，△x代表片厚，CSAi、CSAi-1分別代表連續(xù)兩片肌肉橫截面面積。

1.4 統(tǒng)計(jì)方法

應(yīng)用SPSS 15.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。組內(nèi)應(yīng)用配對樣本t檢驗(yàn)，組間應(yīng)用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。信度的檢驗(yàn)應(yīng)用ICC(intra(inter)-class correlation coefficient)指標(biāo)；統(tǒng)計(jì)學(xué)具有顯著性差異的標(biāo)準(zhǔn)為P<0.05，非常顯著性的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)為P<0.01。

2 結(jié)果

在3.0T MRI中，根據(jù)L4MRI肌肉水平橫斷面、額狀面、矢狀面定位，掃面L1-L5腰椎范圍(圖2)。

兩人分別獨(dú)立完成測試數(shù)據(jù)之間的信度(ICC)結(jié)果(表2)，觀察到同一人(B)測試的信度均值ICC為0.99，95%置信區(qū)間(Confidence interval，CI)(0.99,1)，P=0.000；不同測試人員(A和B)(Inter-class correlation coeficient)ICC均值為0.99(95%CI)(0.99,1)，P=0.000。

圖2 本研究MRI測試示意圖Figure 2. MRI Test

實(shí)驗(yàn)組和對照組前后測試L41CSA值組間無顯著性差異(前測P=0.27，后測P=0.19，圖3)；實(shí)驗(yàn)組、對照組L41CSA前后測試數(shù)據(jù)均具有非常顯著性差異(P=0.000，圖4、圖5)；實(shí)驗(yàn)后實(shí)驗(yàn)組、對照組△CSA%[△CSA%=(實(shí)驗(yàn)組后測CSA-實(shí)驗(yàn)組前測CSA)/實(shí)驗(yàn)組前測CSA]具有非常顯著性的差異(P=0.000，圖6)。實(shí)驗(yàn)后實(shí)驗(yàn)組、對照組△V%[△V%=(實(shí)驗(yàn)組后測V-實(shí)驗(yàn)組前測V)/實(shí)驗(yàn)組前測V]亦具有非常顯著性的差異(P=0.000，圖7)。

表2 本研究同一和不同測試人員ICC值一覽表Table 2 The Same and Different Testers ICC Value

注：95%CI。

圖3 本研究實(shí)驗(yàn)前、后實(shí)驗(yàn)組、對照組L41CSA比較示意圖Figure 3. The Comparison of the Experimental Group and Control Group L41CSA before and after Experiment

注：IBB：Inertia Barbell Before；IBA：Inertia Barbell After；NBB：Normal Barbell Before；NBA：Normal Barbell After，下同。

注：**表示具有非常顯著性差異。

圖6 本研究實(shí)驗(yàn)組、對照組△CSA%示意圖Figure 6. The Comparison of the Experimental Group and Control Group △CSA%

圖7 本研究實(shí)驗(yàn)組、對照組實(shí)驗(yàn)后各肌肉△Vi百分比比較示意圖Figure 7. The Comparison of the Experimental and Control Group after the Experiment Muscle △ Vi Percentage

3 分析與討論

肌肉量的測量在許多疾病的診斷與治療中起到關(guān)鍵作用[21]，如在一些小動脈或下肢動脈疾病導(dǎo)致下肢血流減少的病人中，普遍觀察到下肢肌肉萎縮或者肥大[8,36,41,42]。那么，因訓(xùn)練和年齡因素導(dǎo)致的肌肉量、力量變化和功能關(guān)系的評價(jià)，肌肉量測量也是至關(guān)重要的[2,52]。

已有的研究證實(shí)，MRI影像學(xué)適合于骨骼肌、脂肪組織等的測量，如MRI估計(jì)的腹內(nèi)脂肪組織質(zhì)量和人體尸體解剖得到的結(jié)果幾乎一致，誤差范圍為-0.066 kg和+0.218 kg[3]。MRI在動物活體肌肉體積的測量和尸體解剖測量數(shù)據(jù)高度相關(guān)已被證實(shí)[59]。上述結(jié)果說明MRI作為肌肉等軟組織的檢查技術(shù)精度較高，尤其是發(fā)展到現(xiàn)在的3T磁共振儀精度更高，且可在三維空間對人體任何局部實(shí)現(xiàn)同步探測。

根據(jù)本研究訓(xùn)練時(shí)動作要求：杠鈴軸和肚臍同高，軀干保持正直，腰部必須水平屈伸運(yùn)動，在此位置對于腰部的第四腰椎沖擊較大，雖然研究者做了腰部L1～L5的掃描，在本研究中主要分析L4部位所對應(yīng)的腰腹部肌肉形態(tài)。

在肌肉CSA測量過程中，同一張MRI影像片子，即使同一測試人員2次測試，也難以勾出相同的肌肉輪廓，但只要測試人員按照相同的判斷標(biāo)準(zhǔn)，精心解析數(shù)據(jù)，誤差就可以極大的被減少。同時(shí)，將同一人或不同人員多次測試結(jié)果作平均化處理，也可減少人為測量誤差。從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度來分析，同一片子同一測試人員兩次次解析數(shù)據(jù)或不同測試人員解析數(shù)據(jù)間只要不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著性差異，也可保證解析數(shù)據(jù)的信度。應(yīng)用△CSA%、△V%標(biāo)準(zhǔn)化處理，也可消除一定的勾畫誤差，去除脂肪、血管等因素的影響，量化訓(xùn)練引起的變化會更加可取。本研究由一名醫(yī)生和一名運(yùn)動人體科學(xué)專業(yè)人員按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，分別獨(dú)立解析，正是遵循以上做法，保證數(shù)據(jù)間ICC較高。

在腰椎屈伸運(yùn)動中，無論是普通杠鈴還是慣性杠鈴訓(xùn)練，對腰腹肌來說均是一種力量訓(xùn)練。實(shí)驗(yàn)組、對照組腰腹肌肌肉量的增長說明這兩者對于人體的腰腹部肌肉具有一定的增強(qiáng)效果，但為什么會存在實(shí)驗(yàn)后兩組之間的△CSA%、△V%非常顯著性差異，值得探究。

對軀干肌肉的訓(xùn)練中，利用Bodyblade振動棒等器械訓(xùn)練，主要強(qiáng)調(diào)動態(tài)或非穩(wěn)態(tài)下的訓(xùn)練，其理論依據(jù)為動態(tài)非穩(wěn)環(huán)境增加對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的刺激，從而提高中樞神經(jīng)系統(tǒng)動員肌纖維參與收縮的能力，即中樞激活提高。這些訓(xùn)練方法增加了力量訓(xùn)練的難度和復(fù)雜性，拓展了力量訓(xùn)練范圍。Kohler 等[33]發(fā)現(xiàn)，分別在穩(wěn)固的板凳和瑞士球上完成相同最大相對強(qiáng)度的肩部推舉動作的健美運(yùn)動員，隨著非穩(wěn)性的增加，能承受的外部負(fù)荷逐漸下降。Willardson 等[57]在研究中也給出了類似結(jié)果。Anderson 等發(fā)現(xiàn)，瑞士球上臥推胸大肌的最大輸出力值，比在固定凳子上的降低60%[7]。McBride等發(fā)現(xiàn)，在平衡盤上蹲舉最大力量和發(fā)力率分別是站在穩(wěn)固地面上的45.6%和40.5%[40]。顯然，這些方法存在不足，主要因?yàn)樵诜欠€(wěn)條件下難以加大外部負(fù)荷，很難大幅提高絕對力量。

慣性杠鈴對于腰腹肌訓(xùn)練可彌補(bǔ)這一不足。 由于慣性杠鈴的特殊結(jié)構(gòu)，可調(diào)節(jié)擺錘桿長度、擺錘重量以改變偏心擺的慣性力；穩(wěn)定站立使用時(shí)，可變化擺長，可在主桿上增減杠鈴片。也可在擺錘上增減杠鈴片；杠鈴訓(xùn)練是由被試自主控制，被試按照先慢后快的順序訓(xùn)練，神經(jīng)中樞發(fā)指令給運(yùn)動神經(jīng)元，支配腰腹部肌肉群收縮，腰部做屈伸運(yùn)動，繼而，腰腹部的感覺神經(jīng)元將杠鈴的刺激反饋給神經(jīng)中樞，大腦根據(jù)刺激信息來調(diào)節(jié)參與肌肉的多少及收縮速度，以適應(yīng)內(nèi)、外部刺激，做出動作的調(diào)整。慣性杠鈴對于腰腹部的肌肉進(jìn)行多維度刺激，且可逐步加大外部負(fù)荷及運(yùn)動速度，使腰腹部動作具有更大刺激干擾，腰腹部肌肉刺激加大，神經(jīng)肌肉控制能力訓(xùn)練得到增強(qiáng)，中樞激活提高。當(dāng)然，也可在不穩(wěn)定環(huán)境下訓(xùn)練。

相比較普通杠鈴和慣性杠鈴，相同的訓(xùn)練負(fù)荷配比、訓(xùn)練密度、訓(xùn)練量，若在靜態(tài)情況下，二者作用相近。根據(jù)本實(shí)驗(yàn)動作要求，普通杠鈴對人體腰腹部沖擊力主要在矢狀面內(nèi)水平方向，即和矢狀軸平行；由于慣性杠鈴的特殊結(jié)構(gòu)，可調(diào)節(jié)擺錘桿長度、擺錘重量以改變偏心擺的慣性力。穩(wěn)定站立使用時(shí)，可變化擺長，可在主桿上增減杠鈴片，也可在擺錘上增減杠鈴片，動態(tài)情況下，由于慣性杠鈴擺錘有一定的旋轉(zhuǎn)半徑，對腰腹部的干擾慣性力力矩較大，人體作用力越大，該慣性力力矩作用更大，且慣性杠鈴自身重量、擺錘重量及科氏加速度所產(chǎn)生的合外力在矢狀面內(nèi)方向在時(shí)刻變化，即從矢狀面內(nèi)各個(gè)方向反作用于人體，對腰腹部肌肉的激活作用更明顯，腰腹部肌肉量變化更大，這也驗(yàn)證了研究者的假設(shè)。同樣的靜態(tài)負(fù)荷能產(chǎn)生較大的動態(tài)負(fù)荷，同時(shí)又具有普通杠鈴的結(jié)構(gòu)簡單、操作便捷等特性，作為一種新型的腰腹肌訓(xùn)練器械。

對于軀干重力方向作用而言，普通杠鈴、慣性杠鈴配比人體體重的20%～26%負(fù)荷訓(xùn)練無疑是小負(fù)荷。當(dāng)水平方向力作用于人體腰椎時(shí)，對人造成的腰椎剪切力作用較大。Michael等研究表明，鑒于骨骼韌帶性質(zhì)，從未在活體上測量脊柱對抗的剪力，那些基于解剖和EMG記錄的模型顯示，腰肌活動將脊柱剪力限于250 N之內(nèi)[43]。本次實(shí)驗(yàn)也無法測出腰腹部腰椎的剪力負(fù)荷大小，但通過預(yù)實(shí)驗(yàn)，遵循循序漸進(jìn)的力量訓(xùn)練原則，根據(jù)人體的負(fù)荷訓(xùn)練感受確定出本實(shí)驗(yàn)負(fù)荷配比，即兩種杠鈴起始負(fù)荷為20%自重，每兩周增加2%自重，至最大26%自重結(jié)束。本實(shí)驗(yàn)中被試最輕體重為59 kg，杠鈴負(fù)荷范圍約為12～15 kg；被試最重體重為83 kg，負(fù)荷范圍約為17～21 kg。本研究中由于腰腹部運(yùn)動速度按照3 Hz節(jié)拍器控制，研究者估計(jì)該負(fù)荷范圍，若按照一個(gè)重力加速度g計(jì)算，除以250 N，對于腰腹部水平方向作用力為中等負(fù)荷(48%～84%)。有研究表明，小負(fù)荷強(qiáng)度(20% 1-RM)結(jié)合肌肉靜脈血流限制訓(xùn)練，產(chǎn)生肌肉肥大和力量增長，同時(shí)肌肉活檢得到肌纖維Ⅰ類、Ⅱ類的CSA分別增加了5.9%和27.6%[60]。Yasuda等應(yīng)用30% 1-RM結(jié)合血流限制訓(xùn)練，表明實(shí)驗(yàn)組的上肢、胸肌的肌肉厚度和最大力量顯著性的增加，分別為8%、16%和6%[53]。

腰椎周圍的肌肉具有使腰椎產(chǎn)生運(yùn)動及對脊柱加固作用。肌肉的CSA和肌肉力量成比例[29]，腰腹部肌肉的訓(xùn)練對于治療和預(yù)防下背的損傷具有較好的效果[13，54]。本研究中，訓(xùn)練導(dǎo)致腰腹部肌肉量較大變化的原因除了慣性杠鈴的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的較大外部力學(xué)刺激外，從生理學(xué)分析，認(rèn)為內(nèi)源性的合成激素增加也可能導(dǎo)致變大的發(fā)生，如生長激素(GH)和IGF-1增加。雖然本研究中并沒有測量這些激素的變化，但已有研究表明[4，20]，血流限制小負(fù)荷強(qiáng)度訓(xùn)練后，血清GH和IGF-1增加。血液中的GH增加刺激了肝臟中的IGF-1釋放到血液循環(huán)中，血液中的IGF-1增加，同時(shí)促使肌肉中合成代謝增強(qiáng)[11，39]。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)的合成代謝增強(qiáng)時(shí)，發(fā)生蛋白質(zhì)的增加和收縮蛋白質(zhì)的累積，產(chǎn)生肌肉肥大[53]；腰腹肌訓(xùn)練后蛋白質(zhì)的合成代謝是肌肉肥大產(chǎn)生的的主要原因。

在測試前、后，本研究對所有被試做過口頭詢問調(diào)查，被試均反應(yīng)機(jī)能狀況良好，無肌肉組織炎癥反應(yīng)，無肌肉損傷出現(xiàn)，MRI測試是在被試休息2天后進(jìn)行的，所以，肌肉量變化可以排除肌肉腫脹、炎癥或損傷引起的改變，即本研究中被試腰腹肌CSA、V的增大是正常訓(xùn)練導(dǎo)致的結(jié)果。

本研究存在局限性：1)缺少腰椎肌肉受力模型的分析。2)測試位置的限制，在應(yīng)用每塊肌肉CSA時(shí)，其值和解剖橫斷面(ACSA)、生理橫斷面(PCSA)值并不一致，主要是由于許多肌肉纖維拉力線并非完全垂直于MRI掃描橫斷面。Jorgensen等[26，27]發(fā)現(xiàn)，在MRI掃描中，身體姿勢由直立位變換為側(cè)臥位時(shí)，腰部伸肌CSA隨著軀干向前屈曲的增加而減小。本研究中被試是在仰臥位測試，腰腹肌大部分肌肉(除了腹橫肌)的纖維走向和脊柱縱軸都有較小的夾角，研究者未將其CSA和解剖橫斷面ACSA、生理橫斷面PCSA值作轉(zhuǎn)化，故所測數(shù)據(jù)僅適用于相同姿勢測試時(shí)參考。3)本實(shí)驗(yàn)只針對一種半徑的慣性杠鈴研究，對于其他不同半徑的慣性杠鈴訓(xùn)練效果缺乏對比研究。

本研究腰腹肌CSA和體積實(shí)驗(yàn)組相對于對照組增加更顯著，說明慣性杠鈴產(chǎn)生的負(fù)荷更高。腰腹肌訓(xùn)練效果較佳，但風(fēng)險(xiǎn)同時(shí)增加，考慮到訓(xùn)練安全，建議在慣性杠鈴訓(xùn)練中，需根據(jù)受試對象的機(jī)能特點(diǎn)選擇負(fù)荷比例，遵循循序漸進(jìn)的訓(xùn)練原則，防止損傷發(fā)生。同時(shí)，建議在以后的研究中可考慮增加女性被試組，也可增加中老年人被試組，對于慣性杠鈴的應(yīng)用范圍加以拓展。以后的研究中還可增加不同半徑的慣性杠鈴訓(xùn)練，開發(fā)出最優(yōu)化產(chǎn)品，為競技體育和全民健身服務(wù)。

4 結(jié)論

作為一種新型訓(xùn)練器械，慣性杠鈴對腰腹肌訓(xùn)練具有一定的優(yōu)勢，為軀干肌肉訓(xùn)練和康復(fù)提供了新的可選方法。

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Impact on the Lumbar Muscles Morphological Characteristics by Inertia Barbell Training

SUN Ming-yun1,LIU Yu2,LV Jian-qiang2

Objective:To quantify the high field strength MRI inertia barbell training on lumbar muscle cross-sectional(CSA) and volume (V) whether the changes of the lumbar muscles have a larger growth and to explore the mechanism of this change.Methods:A total of 30 healthy male college students were recruited,subjects were randomly divided into two groups:the experimental group-inertia barbell training group and the control group-regular barbell training group;1 hour / time,3 times / week,a total of eight weeks of the lumbar flexion and extension muscle strength training.Respectively before and after the experiment were asked to sit at MRI,the use of 3.0T superconducting magnetic resonance imaging system (Siemens Magnetom Trio,Tim System,MRI) scan lumbar.ImageJ software application manual processing muscle cross-sectional area of the CSA (cross-sectional area,CSA),applied several tests of muscle CSA averaging muscle volume V (Volume,V).Cronbach's test application ICC (intra (inter)-class correlation coefficient) indicators;Paired samples T-test was applied within group and independent samples T-test was applied between different groups.Results:We got independently reliability (ICC) of the test data of the same or different testers,observed the same person (B) reliability tests mean (intra-class correlation coefficient-ICC) was 0.99,95% confidence interval (Confidence interval,CI) (0.99,1),P=0.000;different testers (A and B) (Inter-class correlation coeficient) ICC mean was 0.99 (95% CI) (0.99,1),P=0.000.There was no significant difference in value of fourth lumbar CSA between experimental and control groups before and after the test (pre-testP=0.27,post-testP=0.19);The fourth lumbar CSA data of with in the experimental group and control group has a very significant difference before and after the test (P=0.000);The △ CSA%,△ V% of lumbar muscles between the experiment group and control group have a very significant difference (P=0.000).Conclusion:As one of new training equipment,inertial barbell lumbar has certain advantages for the training and rehabilitation of trunk muscles and provide one of the new alternative methods for trunk muscles training and rehabilitation.

lumbarmuscles;musclecross-sectionalarea;musclevolume;inertiabarbell

1000-677X(2015)04-0058-08

10.16469/j.css.201504007

2014-11-02；

2015-03-03

上海市科學(xué)技術(shù)委員會資助項(xiàng)目(11510503100)；安徽省教育廳、財(cái)政廳高等教育振興計(jì)劃人才項(xiàng)目(2013189)；安徽省體育教育專業(yè)綜合改革試點(diǎn)項(xiàng)目(2014zy152)；安慶師范學(xué)院科研啟動資金資助(K05000130036)。

孫明運(yùn)(1972-)，男，陜西藍(lán)田人，助理研究員，博士，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動生物力學(xué)，E-mail:smy0072008@126.com；劉宇(1959-)，男，河北張家口人，教授，博士，博士研究生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)檫\(yùn)動生物力學(xué)、體育工程、老年人運(yùn)動健康促進(jìn)，Tel：(021)51253571，E-mail：yuliu@sus.edu.cn。

1.安慶師范學(xué)院 體育學(xué)院，安徽 安慶 246133;2.上海體育學(xué)院，上海 200438 1.Anqing Normal University,Anqing 246133 China;Shanghai University of Sport,Shanghai 200438,China.

G804.6

A