鄧　茜，劉北湘

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不同組合模式下全身垂直振動(dòng)波在人體中的傳遞特征及影響研究

鄧茜1，劉北湘2

目的：探討振動(dòng)波從平臺(tái)沿人體肢段的轉(zhuǎn)移規(guī)律，從而評(píng)估全身振動(dòng)（WBV）訓(xùn)練的潛在風(fēng)險(xiǎn)，為進(jìn)一步預(yù)防訓(xùn)練傷害提供重要參考依據(jù)。方法：17位體育教育專業(yè)的學(xué)生運(yùn)動(dòng)員參與本研究，接受7種頻率及2種振幅等共計(jì)14種組合模式下全身垂直振動(dòng)刺激，并通過(guò)三軸加速度計(jì)及Borg主觀用力感知量表獲取受試者身體主要肢段的相關(guān)運(yùn)動(dòng)學(xué)及心理學(xué)參數(shù)。結(jié)果：（1）影響振動(dòng)波傳遞比、主觀感知強(qiáng)度及身體反應(yīng)的關(guān)鍵因素是頻率，振幅幾乎對(duì)傳遞比不產(chǎn)生影響；（2）從平臺(tái)傳入人體振動(dòng)波主要靠膝、髖關(guān)節(jié)進(jìn)行減振，以避免振動(dòng)傳遞到上半身與頭頂部，但膝關(guān)節(jié)在振頻率范圍13～17 Hz之間可能產(chǎn)生共振而無(wú)法實(shí)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)減振效果；（3）低頻率（≤13 Hz）下，人體頭、上肢、軀干及下肢的強(qiáng)度感知差異不明顯，中等頻率（17～21 Hz）則有明顯改變，而≥25 Hz時(shí)，受試者下肢振動(dòng)強(qiáng)度接近極限。結(jié)論：全身振動(dòng)為避免振動(dòng)刺激頻率在人體共振范圍內(nèi)，應(yīng)考慮降低振幅，同時(shí)將頻率提高到20 Hz以上，這樣既可以避免損傷危險(xiǎn)，又能達(dá)到預(yù)期訓(xùn)練效果。

全身振動(dòng)刺激；傳遞比；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；Borg量表

最近10年，全身振動(dòng)（Whole body vibration，WBV）已經(jīng)成為運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中的新手段。與傳統(tǒng)的訓(xùn)練方法相比，WBV訓(xùn)練更能快速提升受試者的肌力、爆發(fā)力與柔軟度[1-4]?？祻?fù)醫(yī)學(xué)專家亦利用振動(dòng)刺激為中風(fēng)及帕金森等疾患病人進(jìn)行復(fù)健工作[5-6]。而職業(yè)生物力學(xué)家卻正致力于減少工作場(chǎng)域中的振動(dòng)，探討人體可以接受的振動(dòng)強(qiáng)度與時(shí)間[7-8]。雖然有眾多文獻(xiàn)報(bào)道人體對(duì)于振動(dòng)的反應(yīng)受到振幅、振頻、肌肉張力、肌肉或肢段剛度及振動(dòng)時(shí)間等因素的影響，但由于學(xué)者們采用的試驗(yàn)方案、對(duì)象及振動(dòng)設(shè)備等諸多因素差異，使大量研究結(jié)果呈現(xiàn)不一致[7，9-10]。振動(dòng)產(chǎn)生機(jī)械能在人體內(nèi)的傳輸受人體姿勢(shì)、體重及肌肉收縮特征等因素的影響[4]。當(dāng)外加的振動(dòng)頻率在傳輸過(guò)程中接近或等于人體肢段或器官組織的自然頻率時(shí)，會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象從而使人體整體或局部器官組織的振動(dòng)被增強(qiáng)，這對(duì)個(gè)體而言將是一種痛苦的感受。對(duì)于振動(dòng)波對(duì)人體影響效應(yīng)，有學(xué)者們利用BORG主觀用力感知量表[11]獲取受試者對(duì)其不同軀體部位的不舒適程度進(jìn)行量化；也有學(xué)者利用振動(dòng)傳遞比去探討振動(dòng)波的傳遞效果、人體肢段的共振頻率及振動(dòng)波在人體內(nèi)的損耗與減震。

1　研究對(duì)象與方法

1.1研究對(duì)象

17位體育學(xué)院體育教育專業(yè)的大學(xué)生自愿參與本次試驗(yàn)，其平均年齡（21.58±2.85）歲，身高（174.65±6.27）cm，體重（72.56±7.68）Kg，平均訓(xùn)練年限（6.21±3.55）年。試驗(yàn)前所有受試者需經(jīng)過(guò)一般醫(yī)學(xué)檢查，去除有神經(jīng)、肌肉、骨骼疾患及認(rèn)知、生理功能障礙者。被選定對(duì)象需詳細(xì)閱讀試驗(yàn)相關(guān)的規(guī)定，熟悉試驗(yàn)程序，同時(shí)在試驗(yàn)協(xié)議書上簽字。

1.2研究方法

（1）參與者被要求裸足、站立于Power Plate垂直振動(dòng)平臺(tái)（美國(guó)）上，膝關(guān)節(jié)稍彎曲成5°~10°（0°意旨膝關(guān)節(jié)完全伸直狀況），兩足平行彼此分開與肩同寬。本研究垂直振動(dòng)幅度設(shè)置為2 mm及4 mm，頻率選擇依次為5、9、13、17、21、25及30 Hz，共計(jì)14種組合。

（2）每個(gè)受試者都要對(duì)每種振動(dòng)頻率熟悉約30 s時(shí)間，接著將振幅設(shè)置成2 mm，7種頻率以隨機(jī)方式選擇而進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。每種條件下，參與者暴露于振動(dòng)平臺(tái)上約60 s，2次試驗(yàn)間隔5 min的時(shí)間休息。

（3）使用7個(gè)三軸加速度計(jì)（ActiGraPh GT3X，簡(jiǎn)稱GT3X+，重19 g），用彈力醫(yī)用膠布將其中6個(gè)分別固定于受試者的腳跟、踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、胸骨切跡、額頭、肘關(guān)節(jié)處，第7個(gè)加速度計(jì)被固定在振動(dòng)平臺(tái)上，與參與者的兩足平行，用來(lái)準(zhǔn)確測(cè)量振動(dòng)臺(tái)的加速度輸入。加速度計(jì)的軸取向如下：（a）垂直軸與脛骨或股骨長(zhǎng)軸平行；（b）內(nèi)外軸（左右）與脛骨和股骨在額狀面內(nèi)垂直；（c）前后軸即與正常皮膚表面垂直。

（4）每次試驗(yàn)GT3X+數(shù)據(jù)采集時(shí)間與振動(dòng)設(shè)置時(shí)間一致（60 s）。通過(guò)自帶分析軟件，在測(cè)試前進(jìn)行初始化設(shè)置，并在測(cè)試后通過(guò)該軟件采集和分析研究所需數(shù)據(jù)?？紤]到受試者平衡能力的差異，故在60 s的試驗(yàn)中，數(shù)據(jù)選擇從開始后15 s到45 s的（共計(jì)30 s）數(shù)據(jù)用于分析。

（5）三軸加速度合成。由于每個(gè)測(cè)試點(diǎn)在全身振動(dòng)期間其三軸（三維）加速度是同步的，故利用勾股定理對(duì)每處加速度進(jìn)行合成。然后，將獲得的30 s合加速度數(shù)據(jù)500 ms為1段，共分成60段，通過(guò)檢測(cè)每段中的最大加速度而對(duì)峰值加速度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，取其平均值用于進(jìn)一步分析。

（6）根據(jù)BORG[11]10等級(jí)主觀感受振動(dòng)強(qiáng)度量表（0表示沒(méi)有感覺；0.5表示非常非常弱；1表示非常弱；2表示弱；3表示適度；4表示有點(diǎn)強(qiáng)；5表示強(qiáng)；7表示非常強(qiáng)；10表示非常非常強(qiáng)），將軀體分為頭、軀干、上肢及下肢等4個(gè)主要部位，在每次振動(dòng)暴露30 s后，要求受試者從BORG表里選擇一個(gè)等級(jí)數(shù)目以對(duì)身體4個(gè)部位的振動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)。BORG感知用力等級(jí)測(cè)試完成后，受試者被要求回答如下2個(gè)問(wèn)題：（a）你感覺到軀體最強(qiáng)的振動(dòng)在哪個(gè)部位？（b）你軀體哪個(gè)部位感到最舒服？

1.3數(shù)理統(tǒng)計(jì)法

經(jīng)過(guò)低通濾波（切斷頻率30 Hz）對(duì)原始加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，以SPSS17.0軟件計(jì)算身體各測(cè)量點(diǎn)的加速度均方根最大值及傳遞比。其中振動(dòng)傳遞比是身體各部位加速度均方根最大值和振動(dòng)平臺(tái)加速度均方根最大值的比值，若身體該部位是減振，則傳遞比<1，反之是放大振動(dòng)（傳遞比>1）。以肩峰點(diǎn)及肘關(guān)節(jié)點(diǎn)傳遞比均值代表上肢、以胸骨切跡點(diǎn)及劍突點(diǎn)傳動(dòng)比均值代表軀干、以髖、膝、踝關(guān)節(jié)點(diǎn)的傳遞比均值代表下肢，以額點(diǎn)傳遞比代表頭部再次對(duì)不同振頻及振幅下人體頭、軀干、上肢、下肢進(jìn)行分析。Borg等級(jí)主觀感覺強(qiáng)度量表數(shù)據(jù)以平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)偏差形式進(jìn)行分析。所有參數(shù)的顯著水平設(shè)定p=0.05。

2　研究結(jié)果

2.1影響等級(jí)強(qiáng)度感知得分的多因素檢驗(yàn)

表1結(jié)果顯示：（1）對(duì)振動(dòng)強(qiáng)度感知的檢驗(yàn)可獲得3條信息。其一是3個(gè)主效應(yīng)，振幅因素（F=8.268，Sig=0.004<0.01）、頻率因素（F=18.752，Sig=0.000<0.01）及部位因素（F=13.437，Sig=0.000<0.01）均達(dá)到非常顯著水平，說(shuō)明不同振幅、頻率及身體部位對(duì)振動(dòng)感知強(qiáng)度產(chǎn)生顯著的影響作用；3個(gè)交互效應(yīng)中，頻率×部位（F=12.874，Sig=0.000<0.01）及振幅×部位（F=7.581，Sig=0.026<0.05），充分說(shuō)明不同頻率與不同部位之間及不同振幅與不同部位之存在交互影響作用；而頻率×振幅（F=0.891，Sig=0.187>0.05）對(duì)振動(dòng)強(qiáng)度感知無(wú)影響作用。其二是主效應(yīng)及交互效應(yīng)的影響力，由Eta2值的大小不難發(fā)現(xiàn)，影響作用排序?yàn)轭l率（Eta2=0.581）>部位（Eta2=0.477）>頻率×部位（Eta2=0.405）>振幅（Eta2=0.318）>振幅×部位（Eta2=0.257）>頻率×振幅（Eta2= 0.097）。其三是振幅、頻率及部位等3個(gè)主效應(yīng)影響力的觀察功效都接近1，可以認(rèn)為這3個(gè)因素的檢驗(yàn)效能較大，無(wú)需增加樣本，本試驗(yàn)所獲得數(shù)據(jù)能夠說(shuō)明問(wèn)題。

（2）同樣地，對(duì)傳遞比影響因素檢驗(yàn)也可獲得3條信息。其一傳遞比只受頻率（F=15.172，Sig=0.000<0.01）、部位（F=9.581，Sig=0.005<0.01）及頻率×部位（F=10.144，Sig=0.000<0.01）交互作用的影響，而無(wú)振幅、頻率×振幅及振幅×部位的影響無(wú)關(guān)。其二是主效應(yīng)及交互效應(yīng)的影響力排序是頻率（Eta2=0.618）>頻率×部位（Eta2=0.512）>部位（Eta2=0.413）。其三是只有頻率及部位等2個(gè)主效應(yīng)影響力的觀察功效接近1，而主效應(yīng)振幅的觀察功效為0.254，說(shuō)明其檢驗(yàn)效能太低，若想進(jìn)一步確認(rèn)振幅是否影響傳遞比，有待于增加樣本量做進(jìn)一步觀察。

表1　對(duì)Borg等級(jí)強(qiáng)度得分及振動(dòng)傳遞比的多因素方差分析檢驗(yàn)Table1　Multiple analysis of variance test on Borg ranking score and transfer ratio

2.2不同振動(dòng)模式組合下振動(dòng)感知強(qiáng)度差異比較

表2顯示：（1）相同振幅下，不同振動(dòng)頻率對(duì)受試者振動(dòng)強(qiáng)度感知（Borg感知用力）有顯著影響。從整體效果看，無(wú)論是下肢、軀干、上肢還是頭部，隨著振動(dòng)頻率增加，受試者4個(gè)部位的感知強(qiáng)度呈增加趨勢(shì)。進(jìn)一步分析顯示：在7種頻率的影響中，對(duì)下肢產(chǎn)生5個(gè)子集，即頻率5~9 Hz、13~17 Hz、21 Hz、25 Hz及30 Hz，其對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度依次為“非常弱—適度—有點(diǎn)強(qiáng)—強(qiáng)—非常強(qiáng)”；對(duì)軀干產(chǎn)生3個(gè)子集5~13 Hz、17~21 Hz及25~30 Hz，其對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度依次為“弱—有點(diǎn)強(qiáng)—強(qiáng)”；對(duì)上肢產(chǎn)生兩個(gè)子集，5~17 Hz及21~30 Hz，其對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度分別為“弱—適度”；對(duì)頭部產(chǎn)生4個(gè)子集，5~9 Hz、13~17 Hz、21~25 Hz及30 Hz，其對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度分別為“很弱—適度—有點(diǎn)強(qiáng)—強(qiáng)”。

（2）同頻率下不同振幅對(duì)受試者振動(dòng)強(qiáng)度感知（Borg感知用力）產(chǎn)生顯著影響作用。從整體情況下，振幅增加（從2 mm增至4 mm），受試者明顯感知振動(dòng)強(qiáng)度呈增加之勢(shì)。進(jìn)一步深入分析顯示：對(duì)下肢，當(dāng)頻率≤13 Hz，振幅增加引起的振動(dòng)強(qiáng)度感知差異不明顯（P>0.05），只有當(dāng)頻率為17 Hz、21 Hz、25 Hz及30 Hz時(shí)，振幅增加才能帶來(lái)振動(dòng)強(qiáng)度感知的顯著改變；同樣地，對(duì)軀干及頭部，只有當(dāng)頻率分別≥21 Hz及≥17 Hz，振幅增加才有振動(dòng)強(qiáng)度感知的顯著改變；對(duì)于上肢，在本研究探討的7種頻率范圍內(nèi)，振幅從2 mm增至4 mm似乎對(duì)受試者的振動(dòng)強(qiáng)度感知均無(wú)影響（P>0.05）。（3）相同頻率及相同振幅下，受試者身體的不同部位所感知到振動(dòng)強(qiáng)度存在差異。從整體特征看，當(dāng)頻率≤13 Hz時(shí)，同振幅下，人體的頭、上肢、軀干及下肢等4個(gè)部位的強(qiáng)度感知差異不明顯；當(dāng)頻率為17~21 Hz時(shí)，受試者感知下肢、軀干及頭部的振動(dòng)強(qiáng)度差不多，但明顯都要高于上肢；當(dāng)頻率等于25~30 Hz時(shí)，受試者感知下肢振動(dòng)強(qiáng)度顯著高于軀干與頭部，而軀干及頭部的振動(dòng)強(qiáng)度顯著高于上肢。

表2　不同振動(dòng)模式下，人體不同部位的振動(dòng)感受差異表Table 2　Difference of perception of human body in different vibration mode

2.3不同振動(dòng)模式組合下振動(dòng)傳遞比差異比較

圖1顯示：（1）在所探測(cè)的頻率范圍內(nèi)，從髖關(guān)節(jié)、胸骨體、額頭與肘關(guān)節(jié)等上半身各部位振動(dòng)波傳遞比均沒(méi)有超過(guò)1的，且都表現(xiàn)為當(dāng)頻率等于5 Hz時(shí)，傳動(dòng)比最大（對(duì)應(yīng)值依次為0.85、0.42、0.38及0.74）；上半身所測(cè)各部位的傳遞比一致表現(xiàn)為隨著頻率的增加而逐漸降低。

（2）腳跟處，當(dāng)頻率為25 Hz和30 Hz時(shí)，其傳遞比分別為0.99及1.00（接近1），而其余頻率5、9、13、17及21 Hz上，傳動(dòng)比都大于1，大小分別為1.43、1.36、1.32、1.46及1.30；踝關(guān)節(jié)處，在所有頻率上傳遞比都大于1，即頻率5、9、13、17、21、25及30 Hz對(duì)應(yīng)的傳遞比分別為1.54、1.56、1.45、1.42、1.34、1.64及2.14；在膝關(guān)節(jié)處，只有當(dāng)頻率為13 Hz、17 Hz時(shí)，其傳遞比大于1，分別為1.42及1.25，其余情況下傳遞比均小于1。

（3）從身體下半身來(lái)看，傳遞比隨頻率的變化規(guī)律與上半身不同，其中膝關(guān)節(jié)在17 Hz時(shí)，傳動(dòng)比取得最大值（1.42）；腳跟位置在頻率≤25 Hz范圍內(nèi)，其傳遞比都大于1，而當(dāng)頻率25~ 30 Hz范圍內(nèi)其傳動(dòng)比基本接近1，這說(shuō)明腳跟不是增加就是維持振動(dòng)平臺(tái)傳入的加速度，它不會(huì)有任何減緩作用；當(dāng)振動(dòng)波傳到踝關(guān)節(jié)，它在所有頻率下的傳動(dòng)比都大于1，故可認(rèn)為踝關(guān)節(jié)是放大平臺(tái)傳入加速度的部位，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)頻率處于21 Hz以下，其傳遞比基本保持1.5倍左右的速度，然后在25 Hz時(shí)開始增加，30 Hz時(shí)出現(xiàn)突增，達(dá)到2.14倍。

圖1　不同振動(dòng)頻率下軀體不同部位傳遞比變化圖Figure1　Change diagram of transfer ratio of different human body in different vibration frequency

（4）軀體部位點(diǎn)越是遠(yuǎn)離平臺(tái)，往胸骨點(diǎn)（胸骨切跡）及額點(diǎn)（額頭）方向靠，其傳遞比越小，越是靠近振動(dòng)平臺(tái)（腳跟、踝等部位），其傳遞比會(huì)比較高。從探測(cè)的振動(dòng)頻率范圍看，當(dāng)頻率為5 Hz和9 Hz時(shí)，腳跟和踝關(guān)節(jié)傳遞比都大于1，可是膝關(guān)節(jié)在這個(gè)頻率范圍內(nèi)傳遞比均小于1，而當(dāng)頻率在13~17 Hz范圍內(nèi)，腳跟、踝、膝3處的傳遞比都大于1，即依次對(duì)平臺(tái)傳入加速度進(jìn)行放大。

2.4不同振動(dòng)模式組合下身體反應(yīng)分析

本研究要求受試者接受振動(dòng)訓(xùn)練后對(duì)5個(gè)問(wèn)題作出選擇（即每種振動(dòng)頻率完后都要回應(yīng)）。采用多選題形式回應(yīng)。若受試者對(duì)每個(gè)軀體部位的感覺選項(xiàng)中超過(guò)2項(xiàng)，則認(rèn)為受試者在該部位有不舒服的感覺。

（1）足部反應(yīng)包括：A、腳跟處是否舒服；B、踝關(guān)節(jié)是否有緊的感覺；C、腳掌是否發(fā)癢或發(fā)熱；D、完后雙腳皮膚是否很紅；E、兩腳是否發(fā)涼或發(fā)麻。

（2）小腿反應(yīng)包括：A、小腿是否很緊；B、膝關(guān)節(jié)是否很緊；C、小腿是否發(fā)麻；D、小腿是否疼痛；E、小腿是否痙攣。

（3）大腿反應(yīng)包括：A、大腿是否很緊；B、髖關(guān)節(jié)是否很緊；C、大腿是否發(fā)麻；D、大腿是否疼痛；E、大腿是否痙攣。

（4）軀干反應(yīng)包括：A、下背是否疼痛；B、腹部是否疼痛；C、胸廓是否疼痛；D、后背是否很緊；E、臟器是否有下墜的感覺。

（5）頭部反應(yīng)包括：A、頭部是否暈眩；B、是否發(fā)生耳鳴；C、耳朵是否發(fā)癢；D、視線是否模糊；E、是否有惡心想吐的感覺。

表3顯示：（1）兩種振動(dòng)幅度下，不同振動(dòng)頻率對(duì)受試者身體不同部位產(chǎn)生的反應(yīng)存在顯著差異，即振幅為2 mm及4 mm對(duì)應(yīng)的Pearson卡方值X2分別為57.44、49.17，其對(duì)應(yīng)概率P均為0.000；另一方面，振幅增加亦對(duì)身體不同部位的反應(yīng)產(chǎn)生不同的遷移現(xiàn)象，即當(dāng)振幅為2 mm時(shí)，反應(yīng)最先發(fā)生在軀干與大腿，隨后傳向頭部，然后小腿；而當(dāng)振幅為4 mm時(shí)，反應(yīng)最先發(fā)生在大腿，然后傳向頭部及軀干，最后傳向小腿。

（2）當(dāng)振幅為2 mm時(shí)，頭部與大腿最不舒服感發(fā)生的頻率區(qū)間分別在18~21 Hz與10~17 Hz，此時(shí)分別有69.77%及58.51%的受試者做出不舒服回應(yīng)；而當(dāng)振幅增加至4 mm時(shí)，頭部及大腿最不舒服感發(fā)生的頻率分別前移至10~17 Hz及5~9 Hz，此時(shí)受試者不舒服回應(yīng)率分別為79.16%及65.12%；軀干、小腿及足3個(gè)區(qū)域在2種振幅下，發(fā)生不舒服的頻率區(qū)間基本不變，即分別為軀干（10~17 Hz）、小腿（22~25 Hz）及足（26~30 Hz）。

表3　不同振動(dòng)模式下，人體不同部位的身體反應(yīng)應(yīng)答百分率差異統(tǒng)計(jì)表/%Table 3　Percentage difference statistics on human body response of different parts in different vibration mode/%

（3）振幅增加，頭部、軀干、大腿、小腿及足不舒服反應(yīng)的嚴(yán)重性均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，即頭的反應(yīng)從69.77%增至79.16%，軀干從70.62%增至75.18%，大腿從58.51%增至65.12%，小腿從80.45%增至88.63%，足從71.69%增至85.59%；進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)：人體軀干及以上部分不舒服的頻率區(qū)間基本是21 Hz以下，而下肢（大腿、小腿及足）最不舒服的頻率區(qū)間應(yīng)在22 Hz以上。

3　分析與討論

3.1從不同振動(dòng)模式受試者Borg用力感知看

人體對(duì)振動(dòng)幅度及頻率所產(chǎn)生的整體不適感覺對(duì)于判斷對(duì)于振動(dòng)器械如何應(yīng)用于訓(xùn)練和康復(fù)將是非常重要的。若能準(zhǔn)確定位人體下肢足、踝、膝、髖及頭部等部位的適宜加速度負(fù)載，則為察知身體潛在風(fēng)險(xiǎn)提供更深層信息。本研究7種頻率、2種振幅所產(chǎn)生14組合結(jié)果中，基于BORG量表發(fā)現(xiàn)：隨著振頻及振幅的增加受試者上肢、下肢、頭部及軀干的振動(dòng)強(qiáng)度感知均呈增加之勢(shì)，而上肢在所有的頻率和振幅（2 mm和4 mm）下的主觀強(qiáng)度感知是相似的。據(jù)THUONG[12]研究報(bào)告，振動(dòng)頻率是引起受試者不舒適的主要原因。ALIZADEH[9]在測(cè)量振動(dòng)波在有無(wú)脊髓損傷的男性體內(nèi)傳播時(shí)，讓受試者以不同體位、不同頻率（25、35、45 Hz）及振幅（0.6、1.2 mm）被動(dòng)暴露于WBV中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：振動(dòng)頻率對(duì)振動(dòng)波傳遞率的貢獻(xiàn)最大，其次是膝關(guān)節(jié)角度，振幅貢獻(xiàn)最小。本研究中，Eta2值表明振幅對(duì)Borg感知用力的影響力排在頻率及振動(dòng)部位之后，而對(duì)傳遞比更是沒(méi)有影響力（Eta2=0.076，P>0.05），這進(jìn)一步左證了ALIZADEH的研究結(jié)論。本研究中，受試者采用直立、膝稍微屈曲于振動(dòng)平臺(tái)上，振動(dòng)波主要是由腳底進(jìn)入人體，這樣人體下肢中的踝、膝、髖關(guān)節(jié)的作用類似于彈簧或阻尼，能扮演減緩振動(dòng)波的傳遞角色，但在傳遞比最大值發(fā)生的頻率上，有可能是該物體的共振頻率[14-15]。

3.2從不同振動(dòng)模式人體節(jié)段對(duì)振動(dòng)波傳遞比變化看

本研究發(fā)現(xiàn)，受試者膝關(guān)節(jié)的傳遞比在13 Hz及17 Hz時(shí)，傳遞比大于1，這可能暗示13~17 Hz之間存在膝關(guān)節(jié)的共振頻率，因而無(wú)法利用膝關(guān)節(jié)來(lái)進(jìn)行減振，同時(shí)有58.51%（振幅2 mm）從受試者報(bào)道大腿最不舒服反應(yīng)的頻率在9~17 Hz，也從另一方面暗示可能膝關(guān)節(jié)處出現(xiàn)共振，使大腿振蕩作用被強(qiáng)化而引起不舒服加劇，故可推測(cè)膝關(guān)節(jié)處的共振頻率應(yīng)在13~17 Hz之間，這一發(fā)現(xiàn)與MATSUMOTO[16]對(duì)于膝關(guān)節(jié)的觀察相類似。本研究中還發(fā)現(xiàn)，受試者上臂（肘）及額頭傳遞比最大值均出現(xiàn)在5 Hz左右，這也與MATSUMOTO研究結(jié)果一致，他對(duì)3種不同的站姿（一般、屈腿和單腳）的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，人體頭部及上肢的共振頻率一般姿勢(shì)約為5.5 Hz，屈腿時(shí)降為2.75 Hz，單腳站立為3.75 Hz。髖關(guān)節(jié)在所有頻率下的傳遞比均小于1，故髖關(guān)節(jié)在減緩對(duì)身體上半部加速度方面扮演著非常重要的角色，顯然人體髖與骨盆結(jié)構(gòu)是人體為了避免外來(lái)振動(dòng)對(duì)人體產(chǎn)生傷害而具有獨(dú)特性機(jī)制。

據(jù)HARAZIN研究發(fā)現(xiàn)[17]：當(dāng)頻率處于16~20 Hz時(shí)，隨著頻率的增加，傳遞到髖、肩與頭部的振動(dòng)強(qiáng)度會(huì)減少。MESTER等[14]提出隨著振動(dòng)頻率的增加，主動(dòng)減振開始發(fā)揮效果，使得力量傳遞隨之減少，因此振動(dòng)頻率較高時(shí)，如超過(guò)20 Hz時(shí)，振動(dòng)引發(fā)的傳遞力量會(huì)減少。CREWTHER[18]選擇10 Hz、20 Hz和30 Hz進(jìn)行振動(dòng)研究發(fā)現(xiàn)：20 Hz時(shí)的重力加速度最大，而本研究觀察到膝關(guān)節(jié)出現(xiàn)最大傳遞比（即產(chǎn)生最大加速度）的頻率為17 Hz，這個(gè)結(jié)果與CREWTHER結(jié)果接近。另一方面，本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)頻率超過(guò)21 Hz時(shí)，隨著頻率增加，膝、髖、胸骨點(diǎn)等部位的傳遞比急劇下降，這很可能是因?yàn)槿梭w受到較高頻率的刺激時(shí)，肌群會(huì)隨著頻率增加而變得更加活潑，從而增強(qiáng)了主動(dòng)減振效果。對(duì)于人體這種減振機(jī)制顯然不是肌梭的單純反射，而是一個(gè)保護(hù)內(nèi)在器官和頭部的策略問(wèn)題，因?yàn)橄轮∷蟮膯渭兎瓷洌瑢?huì)導(dǎo)致傳遞因子增加，而肌肉活動(dòng)和減振的努力主要是在5~20 Hz左右，這個(gè)范圍是人體內(nèi)在器官、頭和眼球的共振范圍。如減振不利達(dá)到了眼球的共振范圍，人體會(huì)產(chǎn)生“眼球震顫癥”，并引起頭部的不舒適。本研究結(jié)果中，當(dāng)振幅從2 mm增至4 mm，頭部最不舒服感從18~21 Hz降至10~17 Hz，而軀干最不舒服頻率區(qū)間在10~17 Hz?？s合上述學(xué)者及本研究的結(jié)果，建議使用全身振動(dòng)進(jìn)行訓(xùn)練與康復(fù)時(shí)，為避免人體自身的共振頻率，振動(dòng)刺激或訓(xùn)練頻率最好大于20 Hz。

3.3從不同振動(dòng)模式受試者身體反應(yīng)情況看

本研究在振幅4 mm、振頻10~17 Hz情況下，頭部及軀干最不舒服，回應(yīng)率分別高達(dá)79.16%及75.18%。從具體回應(yīng)情況看，受試者對(duì)頭的回應(yīng)主要集中在“頭暈”、“耳鳴”及“視線模糊”，對(duì)軀干的回應(yīng)以“下背疼痛”及“后背很緊”。本研究受試對(duì)下肢節(jié)段最不舒服的回應(yīng)中，依次為大腿（5~9 Hz）、小腿（22~25 Hz）及足（26~30 Hz），其中受試者對(duì)大腿的具體回應(yīng)集中于“大腿很緊”及“大腿發(fā)麻”，對(duì)小腿具體回應(yīng)集中于“膝關(guān)節(jié)很緊”及“小腿發(fā)麻”，對(duì)足具體回應(yīng)集中于“踝關(guān)節(jié)很緊”、“腳掌發(fā)癢或發(fā)熱”及“雙腳皮膚發(fā)紅”。CREWTHER等[18]讓17位受試者接受10、20和30 Hz的振動(dòng)訓(xùn)練中，有2位退出試驗(yàn)（其中1位是髖關(guān)節(jié)處嚴(yán)重不舒服，另1位是有嚴(yán)重的頭暈現(xiàn)象），有6位有腳掌發(fā)熱，有5位有下肢發(fā)癢。還有學(xué)者報(bào)道[19-20]類似反應(yīng)現(xiàn)象，如人體上部有頭暈、耳鳴、嘔吐、臟器下墜感，下肢有關(guān)節(jié)發(fā)緊、大、小腿抽筋、發(fā)麻、腳掌發(fā)冷、發(fā)紅、發(fā)癢或發(fā)熱等。本研究中受試者身體反應(yīng)與先前學(xué)者報(bào)道的現(xiàn)象大多數(shù)類似，只是沒(méi)有受試者出現(xiàn)嘔吐、肢段抽筋及腳掌發(fā)冷等現(xiàn)象，也沒(méi)有受試者因反應(yīng)過(guò)度嚴(yán)重而終止試驗(yàn)，也很可能是因?yàn)楸狙芯康脑囼?yàn)對(duì)象都是體育專業(yè)的學(xué)生，其體適能狀況可能較優(yōu)的緣故。

目前對(duì)不同振動(dòng)模式下出現(xiàn)的受試者身體反應(yīng)多樣化原因并不是很清楚，特別隨著頻率增加（超過(guò)25 Hz），下肢出現(xiàn)的各種癥狀更是沒(méi)有獲得足夠的解釋理由。CREWTHER等人推斷隨著振動(dòng)頻率增加，平臺(tái)與腳之間的接觸頻率也隨之增加，造成腳的溫度也隨之提高。基于此，CREWTHER等建議在應(yīng)用全身振動(dòng)訓(xùn)練時(shí)應(yīng)對(duì)特定較容易過(guò)敏和受傷的族群要特別小心，尤其是使用高頻率（30 Hz以上）和高振幅而產(chǎn)生較高的重力加速度的振動(dòng)刺激時(shí)，要特別監(jiān)控受試者的主觀身體反應(yīng)。MESTER等[21]提出振動(dòng)刺激期間，血管會(huì)變形，導(dǎo)致總末稍壓力降低，并推測(cè)這大概是由于振動(dòng)刺激打開更多微血管或擴(kuò)大血管，或者兩者都是，這種方式也許可以增加肌肉中微血管的總表面區(qū)域，因此血管和肌肉纖維間的氣體與物質(zhì)的新陳代謝將被促進(jìn)。這可能也是造成下肢紅、熱與癢的現(xiàn)象。

4　結(jié)論

（1）振幅、頻率、振動(dòng)部位均對(duì)BORG主觀強(qiáng)度感知產(chǎn)生顯著影響作用，且振幅與部位及頻率與部位間存在交互效應(yīng)；頻率、部位及兩者交互亦顯著振動(dòng)波在人體節(jié)段中傳遞比，而振幅對(duì)傳遞比幾乎無(wú)影響效應(yīng)，其中振動(dòng)頻率是影響主觀強(qiáng)度感知及傳遞比的最主要的因素。

（2）人體主要減振部位主要是髖關(guān)節(jié)及膝關(guān)節(jié)達(dá)成，對(duì)于髖關(guān)節(jié)以上的身體部位，不論何種頻率，其傳遞比均小于1，此應(yīng)為保護(hù)上半身的內(nèi)臟器官與頭部應(yīng)對(duì)策略；膝關(guān)節(jié)的共振頻率范圍可能在13~17 Hz之間，因此在此頻率范圍內(nèi)，受試者無(wú)法利用膝關(guān)節(jié)來(lái)達(dá)到減振的效果

（3）從Borg主觀振動(dòng)強(qiáng)度來(lái)看，在振幅4 mm，頻率超過(guò)25 Hz以上，強(qiáng)度感知達(dá)9.92，接近超強(qiáng)極限值10，這顯然太強(qiáng)；當(dāng)頻率低于13 Hz，振動(dòng)刺激強(qiáng)度值基本上≤3，顯得有些強(qiáng)度不足，而頻率13~20 Hz之間又是人體的共振區(qū)域。為避免振動(dòng)刺激頻率在人體共振動(dòng)范圍內(nèi)，應(yīng)考慮降低振幅，同時(shí)將頻率提20 Hz以上應(yīng)是適宜的。

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Transfer Characteristics and Effects of Vertical Whole Body Vibration under Different Combined Mode

DENG Qian1，LIU Beixiang2
（1.College of PE，Southwestern University of Finance and Economics，Chengdu 610074，China；2.Dept.of Sports Medicine，Chengdu Sport University，Chengdu 610041，China）

Purpose:To explore the characteristics of transfer of vibration from platform surface to human body segment，and assess the potential risk of whole body vibration，then make some references on prevention of training injuries.Methods:Seventeen PE major college students voluntarily participated in this study，14 combined modes whole body vibration training consisted of 7 frequencies and 2 amplitudes were performed on each participants，and kinetics and psychology parameters of main segments were acquired by three-axis accelerator and Borg scale.Results：1）the key factors of transfer ration，perception inten?sity，and physical reaction were frequency，the amplitude had hardly effects on transfer ratio，2）the key segments of reduced vibration from platform were knee and hip joints，those can avoid the transfer of vibration to upper body and heads，however，the knee joints may cannot reduce vibration owing to produc?ing resonance at the ranges between 13-17Hz，and 3）the perception intensity differences were not observed on head，upper extremities，truck，and lower ex?tremities under lower frequencies（≤13Hz）；Differ significantly under medium frequencies（17-21Hz）；the lower extremities vibration intensity close to limit under higher frequencies（≥25Hz）.Conclusions:In order to avoid injuries and meet the requirement of training，the whole body vibration should avoid the res?onance frequencies ranges，therefore，the amplitude should be reduced and the frequencies should be reached above 20Hz.

whole body vibration；transfer ratio；risk evaluation；Borg scale

10.13297/j.cnki.issn1005-0000.2016.04.005

G 804.6

A

1005-0000（2016）04-297-06

2016-04-08；

2016-06-18；錄用日期：2016-06-19

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：11272068）

鄧茜（1978-），女，四川內(nèi)江人，講師，研究方向?yàn)轶w育教育與運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。

1.西南財(cái)經(jīng)大學(xué)體育學(xué)院，四川成都611130；2.成都體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)系，四川成都610041。

振動(dòng)訓(xùn)練雖然早已被運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練專家作為訓(xùn)練工具被廣泛使用，有些教練員及運(yùn)動(dòng)員為了加強(qiáng)訓(xùn)練效果，而使用高強(qiáng)度（高振頻與高振幅）的振動(dòng)刺激去提升訓(xùn)練效果。有些刺激強(qiáng)度顯然大大超越了IS02631-1（人體全身振動(dòng)暴露的評(píng)價(jià)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）所規(guī)定的安全范疇，從而有可能使受試者受傷。由于目前尚未查閱到國(guó)內(nèi)外有關(guān)運(yùn)動(dòng)員接受不同振動(dòng)刺激強(qiáng)度時(shí)的身體反應(yīng)相關(guān)數(shù)據(jù)，故有必要對(duì)不同頻率下的垂直式全身振動(dòng)（WBV）對(duì)運(yùn)動(dòng)員身體所產(chǎn)生的影響進(jìn)行探索，揭示人體不同部位對(duì)不同頻率振動(dòng)波傳遞效率，從而找出振動(dòng)訓(xùn)練適用的振頻，為預(yù)防訓(xùn)練傷害提供重要的參考依據(jù)。