胡斐李巍盧秋菊殷鑫王曉磊牛潔馬繼政

1南京體育學(xué)院運動健康科學(xué)系（南京 210014）2解放軍理工大學(xué)軍人體能訓(xùn)練與機能評定實驗室（南京 211101）3解放軍理工大學(xué)雙龍街校區(qū)醫(yī)務(wù)室（南京 211101）

不同負重量對軍人靜態(tài)平衡能力的影響

胡斐1，2李巍3盧秋菊3殷鑫1，2王曉磊1，2牛潔2馬繼政1，2

1南京體育學(xué)院運動健康科學(xué)系（南京 210014）2解放軍理工大學(xué)軍人體能訓(xùn)練與機能評定實驗室（南京 211101）3解放軍理工大學(xué)雙龍街校區(qū)醫(yī)務(wù)室（南京 211101）

目的：評定不同負重量以及性別對軀體靜態(tài)平衡能力的影響。方法：研究采用隨機的交互式設(shè)計，20名健康青年學(xué)員，男性學(xué)員10名，完成0 kg、15 kg、27.5 kg和50 kg負重，女性學(xué)員10名，完成0 kg、15 kg、27.5 kg負重，負重采用雙肩背式，著軍用背囊，內(nèi)著規(guī)定的軍用裝具。利用PK254P平衡儀進行靜態(tài)平衡能力測試。結(jié)果：與負重0 kg相比，男性學(xué)員負重15 kg時軀干穩(wěn)定性參數(shù)COP的前后標準偏差和運動橢圓面積顯著減少（P＜0.05），左右標準偏差、前后方向平均運動速度、左右方向平均運動速度和運動長度無顯著變化（P＞0.05）；負重27.5 kg時，僅左右標準偏差顯著增加（P＜0.05），其他穩(wěn)定參數(shù)無顯著變化；負重50kg時，除前后標準偏差外，上述指標均顯著增加（P＜0.05）；女性學(xué)員負重0 kg、15 kg和27.5 kg軀干穩(wěn)定性參數(shù)無顯著變化（P＞0.05）。與0 kg相比，男性學(xué)員負重15 kg時軀干對稱性參數(shù)橫向中心壓力和縱向中心壓力顯著減?。≒＜0.05），負重27.5 kg和50 kg時上述指標無顯著變化（P＞0.05）；女性學(xué)員負重15 kg和27.5 kg時，橫向中心壓力無顯著變化，但縱向中心壓力顯著增加。男性和女性學(xué)員軀干穩(wěn)定性參數(shù)和橫向中心壓力無顯著差異（P＞0.05），但縱向中心壓力存在顯著性差異（P＜0.05）。結(jié)論：一定的負重量下男性學(xué)員穩(wěn)定性增加，負重過量機體維持靜態(tài)平衡能力受到損害，而女性學(xué)員負重增加，軀體前傾，需要代償性維持軀體靜態(tài)平衡。

負重；身體姿勢；靜態(tài)平衡；軀干控制能力

負重行進是單兵的一項基本能力，需要快速穿越一個20 m障礙物到行軍120 km穿越敵區(qū)[1]。當(dāng)前，為了提高單兵作戰(zhàn)能力和生存能力，單兵的裝備也在不斷進行變革。研究表明現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，單兵負重量已經(jīng)超過55 kg[2]。負重對單兵而言，是一個巨大的挑戰(zhàn)。研究業(yè)已表明在負重的情況下完成短時的大強度軍事任務(wù)和長時低強度的軍事任務(wù)，單兵（分隊）移動能力下降、身體的姿勢力學(xué)發(fā)生改變、能耗增加，同時損傷的潛在風(fēng)險增加[3-6]。

另外，單兵需要在負重和相對穩(wěn)定的情況下，操縱各種作戰(zhàn)武器（手槍、步槍和手雷等），需要控制靜態(tài)平衡。靜態(tài)平衡能力是神經(jīng)系統(tǒng)、骨骼肌肉系統(tǒng)等高度統(tǒng)一協(xié)調(diào)的結(jié)果。此外，女性士兵同樣需要完成上述作業(yè)。軀干作為身體活動中心，它的穩(wěn)定性和控制能力是一切身體活動的基礎(chǔ)。因此，本研究評定不同負重量對男性和女性士兵靜態(tài)平衡能力的影響，為后續(xù)負重行進能力的訓(xùn)練提供依據(jù)。此外，研究表明實際中現(xiàn)代部署士兵的負重量已經(jīng)超過55 kg[7]。相應(yīng)地，本研究中男性最大負重量設(shè)定為50 kg。此外，其他負重量為單兵常規(guī)的負重量（戰(zhàn)斗著裝和行軍著裝）。

1 對象與方法

1.1研究對象

研究對象為20名軍校學(xué)員（男女學(xué)員各10名），平均訓(xùn)練年限1年（每周訓(xùn)練不少于4次）?；厩闆r見表1。

表1 受試人員的基本情況（±s，n=10）

表1 受試人員的基本情況（±s，n=10）

?

1.2 研究方法

1.2.1實驗儀器

采用PK 254P平衡儀（Tecnobody公司，意大利）評定靜態(tài)平衡能力。通過分布于平衡板上的傳感器捕捉平衡板上受力的變化轉(zhuǎn)化成電脈沖，在電腦軟件prokin中實時顯示，處理后獲得實驗數(shù)據(jù)。因?qū)嶒災(zāi)康臑樵u定靜態(tài)平衡能力，在測試時用鎖塊（調(diào)至最大阻力）將平衡板固定。

1.2.2測試體位

睜眼雙腿站立于平衡儀上，雙足與肩同寬或略小于肩寬，位于A1-A7軸兩側(cè)，且兩脛骨內(nèi)髁距A1-A7軸相等，調(diào)整站姿，使兩側(cè)股骨大轉(zhuǎn)子位于A3-A5軸上[10]，雙眼平視正前方屏幕，調(diào)整屏幕上十字標志盡量使其在原點，雙手自然下垂。

1.2.3測試過程

受試人員熟悉測試體位和方法后，采用隨機的交互式的設(shè)計，分別在不同負重（男性學(xué)員完成0 kg、15 kg、27.5 kg和50 kg負重，女性學(xué)員完成0 kg、15 kg和27.5 kg負重）狀態(tài)下進行靜態(tài)平衡能力測試。負重采用雙肩背式，著軍用背囊，內(nèi)著規(guī)定的軍用裝具。室溫26℃，濕度53%。數(shù)據(jù)記錄時間為60 s。每負重量測試間隔不少于0.5 h。

1.2.4靜態(tài)平衡測試指標

本實驗分析和研究的指標主要是：（1）穩(wěn)定性參數(shù)。包括壓力中心的前后標準偏差、左右標準偏差、前后方向平均運動速度、左右方向平均運動速度、運動長度、運動橢圓面積；（2）對稱性參數(shù)。包括左右對稱性參數(shù)X軸中心壓力和前后對稱性參數(shù)Y軸中心壓力。

1.3統(tǒng)計學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1不同負重量對男性和女性軀干穩(wěn)定性的影響

2.1.1男性受試者在不同負重下軀干穩(wěn)定性參數(shù)值的變化

數(shù)據(jù)見表2。與負重0 kg相比，負重15 kg時前后標準偏差值減?。≒＜0.05），與15 kg相比，負重增加至27.5 kg時，無顯著變化（P＞0.05）；但負重增加至50 kg時，與0 kg和27.5 kg相比無顯著變化（P＞0.05），但與15 kg相比增加了35.29%（P＜0.05），表明負重對前后方向平衡性影響較小。與0 kg相比，負重15 kg時左右標準差值呈減少趨勢但無顯著差異（P＞0.05）；在負重27. 5kg時，與負重0 kg和15 kg相比分別增加了26.67%（P＜0.05）和35.71%（P＜0.05），負重50 kg時，較負重0kg和15 kg分別增加了46.67%（P＜0.05）和57.14%（P＜0.05），數(shù)據(jù)表明，負重增加更易造成軀干左右偏移。負重0 kg、15 kg和27.5 kg三組之間前后、左右平均運動速度無顯著差異（P＞0.05），但負重50 kg時均顯著增加（P＜0.05）。此外，負重50 kg與負重15 kg相比，左右平均運動速度增加幅度稍大于前后平均運動速度增加幅度，分別為34%和29.09%。數(shù)據(jù)表明，在相同負重下，縱向穩(wěn)定性參數(shù)值均大于橫向參數(shù)值，同樣表明負重對軀干橫向影響大于縱向?qū)ΨQ性參數(shù)的影響；負重0 kg、15 kg和27.5 kg三組運動長度之間無顯著差異，但負重增至50 kg時，與負重0 kg、15 kg相比存在顯著差異（P＜0.05），但與負重27.5 kg相比，無顯著差異（P＞0.05）。與負重0kg相比，負重15 kg運動橢圓面積顯著降低（P＜0.05），但隨著負重的增加呈增加趨勢，負重50 kg，顯著大于0 kg、15 kg和27.5 kg（P＜0. 05），分別增加了51.58%、99.58%和57.05%，此實驗結(jié)果表明，男性學(xué)員在負重15kg時，通過軀干自身調(diào)節(jié)，穩(wěn)定性最佳，但隨著負重進一步增加，機體穩(wěn)定能力受損。

表2 不同負重下男性學(xué)員軀干穩(wěn)定性參數(shù)值的變化（±s，n=10）

表2 不同負重下男性學(xué)員軀干穩(wěn)定性參數(shù)值的變化（±s，n=10）

*P＜0.05，與0 kg比較；#P＜0.05，與15 kg比較；▲P＜0.05，與27.5 kg比較

組別 前后標準差 左右標準差前后方向平均移動速度（mm/s)左右方向平均移動速度（mm/s)運動長度（mm)運動橢圓面積（mm2) 0 kg 2.20 ± 0.63 1.50 ± 0.53 5.70 ± 1.57 5.10 ± 1.73 456.80 ± 125.37 63.20 ± 27.61 15 kg 1.70 ± 0.48*1.40 ± 0.52 5.50 ± 1.27 5.00 ± 1.16 433.70 ± 101.75 48.00 ± 14.13*27.5 kg 2.00 ± 0.00 1.90 ± 0.32*#6.00 ± 1.41 5.10 ± 1.20 479.00 ± 98.96 61.10 ± 14.53#50 kg 2.30 ± 0.48#2.20 ± 0.42*#7.10 ± 1.45*#6.70 ± 2.00*#566.30 ± 132.26*#95.80 ± 28.90*#

2.1.2女性受試者在不同負重下軀干穩(wěn)定性參數(shù)值的變化

數(shù)據(jù)見表3。不同負重量下，女學(xué)員軀干穩(wěn)定性各個參數(shù)值均無顯著變化（P＞0.05），表明女性學(xué)員在既定負荷范圍內(nèi)可通過自身調(diào)節(jié)維持平衡能力。

表3 不同負重下女性學(xué)員軀干穩(wěn)定性參數(shù)值的變化（±s，n=10）

表3 不同負重下女性學(xué)員軀干穩(wěn)定性參數(shù)值的變化（±s，n=10）

P＜0.05，與0 kg比較

組別 前后標準差 左右標準差前后方向平均移動速度(mm/s)左右方向平均移動速度(mm/s)運動長度(mm)運動橢圓面積(mm) 0 kg 2.40 ± 0.84 1.60 ± 0.52 5.40 ± 1.27 5.30 ± 1.42 448.10 ± 99.75 76.20 ± 49.65 15 kg 2.50 ± 1.96 2.30 ± 1.70 7.10 ± 2.60 6.5 ± 3.41 497.44 ± 93.44 68.33 ± 20.93 27.5 kg 2.30 ± 1.16 1.90 ± 0.57 6.10 ± 1.60 5.60 ± 0.97 504.10 ± 99.79 85.20 ± 73.74*

2.2不同負重量對男性和女性軀干對稱性的影響

2.2.1男性受試者在不同負重下軀干對稱性參數(shù)值的變化

數(shù)據(jù)見表4。隨著負重量的增加（＜50 kg），橫向中心壓力值逐漸減小，與負重0 kg相比顯著減小，負重15 kg和27.5 kg（P＜0.05）時數(shù)值趨向0，提示軀體重心由右側(cè)向左側(cè)移動，雙足較負重0 kg時呈水平均勻支撐，負重50 kg重心由右側(cè)向左側(cè)移動，但與0 kg、15 kg和27.5 kg相比不存在顯著差異（P＞0.05）?？v向中心壓力值隨負重增加，逐漸增大，與負重0 kg相比，負重15 kg時明顯增加（P＜0.05），數(shù)值趨向0，縱向?qū)ΨQ性提高，但隨著負重量的增加，軀體趨向前傾（數(shù)值大于0）但不存在顯著差異（P＞0.05）。綜上所述，男性學(xué)員輕度負重時，水平和前后方向?qū)ΨQ性提高，負重增加至50 kg時，仍能夠較好維持對稱能力。

表4 不同負重下男性學(xué)員軀干對稱性參數(shù)值的變化（±s，n=10）

表4 不同負重下男性學(xué)員軀干對稱性參數(shù)值的變化（±s，n=10）

*P＜0.05，與0kg比較

組別 X軸中心壓力值 Y軸中心壓力值0 kg 0.60 ± 0.70 -0.50 ± 1.18 15 kg 0.20 ± 0.63*-0.10 ± 0.74*27.5 kg 0.20 ± 0.42*-0.40 ± 0.70 50 kg 0.40 ± 0.97 0.10 ± 1.10

2.2.2女性受試者在不同負重下軀干對稱性參數(shù)值的變化

數(shù)據(jù)見表5。隨著負重增加，女性學(xué)員橫向中心壓力值呈增大趨勢，但不存在顯著差異（P＞0.05），提示在既定負重范圍內(nèi)，水平穩(wěn)定性較好，軀體重心由左側(cè)向右側(cè)移動，但與負重0 kg相比，存在明顯的前后偏離（P＜0.05），軀體明顯前傾，表明前后方向?qū)ΨQ性受損。負重15 kg和負重27.5 kg時，前后對稱無顯著變化。提示女性學(xué)員前后方向的對稱性易受負重量影響。

表5 不同負重下女性學(xué)員軀干對稱性參數(shù)值的變化（±s，n=10）

表5 不同負重下女性學(xué)員軀干對稱性參數(shù)值的變化（±s，n=10）

*P＜0.05，與0 kg比較

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3 討論

軍人在負重行進執(zhí)行各種軍事任務(wù)時，軀體需要在動態(tài)平衡、他動態(tài)平衡和靜態(tài)平衡三個狀態(tài)中不斷轉(zhuǎn)化，需要軀體穩(wěn)定支持，來完成多種攻擊任務(wù)。因此，維持軀體的靜態(tài)平衡能力非常重要。靜態(tài)平衡指標：前后標準差、左右標準差、前后方向移動平均速度、左右方向移動平均速度、運動長度和運動橢圓面積均表示重心移動軌跡，數(shù)值越小提示軀干穩(wěn)定性越好；平衡儀X軸中心壓力值，即為位置參數(shù)，表明受試者在水平位上（左右）的位移距離，數(shù)值越小即左右對稱性越好。Y軸中心壓力值的結(jié)果顯示縱向（前后）的位移，即重心移動方向。本研究發(fā)現(xiàn)男性學(xué)員在一定負重范圍內(nèi)，隨著負重量的增加，可通過軀干穩(wěn)定系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)[8]，軀干穩(wěn)定能力相對提高，但超過一定負重量（約50 kg），整體上調(diào)節(jié)軀干的穩(wěn)定性能力下降。而女性學(xué)員在預(yù)定負重范圍內(nèi)，可調(diào)節(jié)控制穩(wěn)定性，但負重后，軀干前后對稱性易受到破壞。

背部負重后張力增加，導(dǎo)致步態(tài)和身體姿勢發(fā)生改變，同時需要額外增加肌力維持軀體的平衡能力。Park等人[9]研究表明，當(dāng)軀體左右負重不平衡時，下肢肌肉電位活動變化增加，表現(xiàn)為股直肌和腓腸肌肌電圖振幅峰值增大，目的是通過肌肉的額外做功維持機體平衡和為支撐軀體提供足夠動力[9]。一定負重的增加，機體產(chǎn)生相應(yīng)刺激，募集更多運動神經(jīng)元，增加股直肌、小腿腓腸肌肌張力，使膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)更加穩(wěn)固，各個方向移動速度和偏差均減小。此外，負重量的增加，機體原有靜態(tài)平衡模式被打破，身體平衡姿勢生物力學(xué)發(fā)生改變，通過腰背適度前屈以抵抗因負重致使軀干向后牽拉的力，軀體呈前傾趨勢。本研究結(jié)果表明男性學(xué)員在既定的負荷范圍內(nèi)，通過相應(yīng)姿勢的調(diào)整，可較好維持軀體的平衡，這可能和男學(xué)員的肌力較強有關(guān)。而女性學(xué)員負重增加后，軀體前傾明顯，需要代償性維持身體的平衡能力，這可能與下肢后群肌、核心肌群肌力不足有關(guān)。另外，一個更重要的原因可能與女性骨盆的特殊生理結(jié)構(gòu)、重心偏低相關(guān)。

另外，研究表明在無負重狀態(tài)下，維持靜態(tài)平衡功能主要以前庭反饋系統(tǒng)為主，其次為本體感覺反饋系

統(tǒng)和視覺反饋系統(tǒng)，三者所占比例依次為55.6%、34%和17.3%[10]；當(dāng)負重適當(dāng)增加時，前庭反饋系統(tǒng)和視覺的反饋系統(tǒng)可能維持在一個恒定的水平，本體感覺反饋系統(tǒng)可能是維持軀體靜態(tài)平衡功能的主要反饋系統(tǒng)。因為負重的增加，分布于肌肉韌帶關(guān)節(jié)內(nèi)的本體感受器感知刺激增加，將信息通過神經(jīng)纖維傳導(dǎo)至大腦，綜合來自視覺、位覺的感覺信號，通過脊髓、腦干和大腦皮質(zhì)三個神經(jīng)中樞處理信息，并產(chǎn)生相應(yīng)刺激反饋于骨骼肌肉，增加力量、調(diào)節(jié)足底壓力分布等，維持機體靜態(tài)平衡。當(dāng)負重進一步增加（接近50 kg），機體受到外界刺激引起肌張力增加，機體維持軀干靜態(tài)穩(wěn)定能力受到破壞。此外，軀體穩(wěn)定性是維持射擊姿勢、精確瞄準射擊目標的基礎(chǔ)，一定的負重量可能對單兵射擊能力產(chǎn)生積極的影響，但負重量過大可能產(chǎn)生不利的影響。但目前尚缺少此方面的直接研究。

4 結(jié)論

一定的負重量下男性學(xué)員穩(wěn)定性增加，負重過量機體維持靜態(tài)平衡能力受到損害；女性學(xué)員負重增加，通過調(diào)整軀干姿勢，代償性維持軀體靜態(tài)平衡。

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2015.06.28

解放軍理工大學(xué)教育教學(xué)課題；軍隊級教學(xué)成果獎培育立項課題

馬繼政，Email：mjz_mjj@163.com