惯性杠铃训练对腹横肌活性影响的研究

孙 明 运

1 前言

Richardson and Jull（1995）［20］首先阐述了局部稳定训练对于治疗背痛有一定的效果。Ferreira M 等（2007）［11］、Richardson C等（2004）［19］也阐述了同样的观点。Katharina von Garnier等（2009）［13］应用局部稳定训练表明，背痛患者能再学习精确的躯干深层肌肉腹横肌和多裂肌共激活方式。Storheim K等（2002）［21］认为，由于很难触诊到人体躯干深层肌肉，所以，测量这些肌肉的收缩能力会变得特别困难。

而腹横肌是维持脊柱稳定的重要的深层肌肉之一，且容易被触诊，于是，人们对其发生了浓厚的兴趣（Hodges，1999）［12］。腹横肌横向纤维在腹部脊柱周围直接形成了一条较宽广的“保护带”，Cresswell等（1992）［8］认为，腹横肌的力学作用就是通过调整腹内压来维持脊柱稳定性，或者脊柱通过胸腰筋膜传递力的作用（Barker等，2006）［4］。当然，腹横肌还有其他功能，如协助呼吸（De Troyer，1990）［9］、控制脊柱运动。

M.Eriksson Crommert等 （2011）［16］认 为，有 间 接 的 证据表明腹横肌在运动控制中的激活受到不同的负荷模式、各种身体姿势影响。最近的文献表明，人们利用各种方法来探索下背部肌肉的募集反馈和测量人体腹横肌收缩能力，应用的仪器主要有超声波仪、肌电图仪、生物压力反馈仪（Ferreira M 等，2007；Anderson Worth，2007）［11，2］。 其中，生物压力反馈仪已被应用于人体俯卧位、腹部中空时腹横肌的正确收缩判断上，根据反馈仪的压力变化来辨别腹 横 肌 是 否 收 缩 或 舒 张 （Chattanooga Group ，2001）［6］。Richardson C等（2004）［19］在临床上应用生物压力反馈仪对躯干深层肌肉进行测试评估，其也作为躯干稳定性练习的辅助手段（Cairns MC，2000）［5］。

临床上对于腹横肌的康复功能评定应用较多（PedroOlavo de Paula Lima等，2011）［17］，而 在 体 育 运 动 训 练 中还很少发现有相关类似研究。本研究的目的是通过利用上海体育学院自主研发的惯性杠铃进行腰腹部核心力量训练，应用压力生物反馈仪（The STABILIZERTMPressure Bio－Feedback）测试腹横肌收缩压力变化特征，验证惯性杠铃对于核心肌肉的训练效果。本研究的主要假设是惯性杠铃训练对于腹横肌收缩力具有增强作用，从而间接证明惯性杠铃对于核心力量训练具有一定的效果。

人体的大多数运动都是多关节、多肌群参与的全身性运动。在运动过程中，腹横肌所在的核心区域是四肢及头部的运动枢纽。核心区域平衡稳定性直接影响身体远端肢体的运动。核心力量是同上下肢力量并存，在人们日常运动健身、生活、工作时不可缺少的力量能力，因而，加强核心力量训练及评估对于有效完成运动、日常生活工作动作、预防损伤具有十分重要的意义。

2 方法

2.1 研究对象

上海体育学院运动科学学院男性本科生共计26名，平均年龄21±1岁，体重69±7.7kg，身高1.78±0.51 m。身体健康、无脊柱畸形和损伤史、无其他运动损伤且无专业运动训练史的男性受试者。随机分为2组：实验组惯性杠铃训练，对照组常规杠铃训练；在训练期内，2组均可进行日常运动，但避免（除了实验安排的训练）其他核心训练。所有受试者对于训练方案熟悉 ，并自愿参加实验。

2.2 训练方案

2.2.1 训练计划

训练期内实验人员按照表1训练计划、表2动作要求严格执行，并做好训练记录。

2.2.2 训练动作要求

2.3 训练器械及测量仪器

实验中应用的主要训练器械及仪器有：惯性杠铃7个、普通杠铃6个；配重杠铃片若干，1kg／片；数字秒表1个；表面平坦光滑坚硬宽长凳1条；压力生物反馈仪（The STABILIZERTMChattanooga Group，Inc，USA）1套（测量范围0～200mmHg，精度为±3mmHg）。

2.4 测量过程

测试前，要求被试膀胱尿量保持最少状态。测试过程中要求室内保持安静，测试人员密切注意任何可能干扰测试结果的情况，如被试注意力不集中、动作理解情况、任何不规范动作出现、压力反馈仪是否漏气等。为了避免不同测试仪器引起的误差，整个研究测试过程中始终使用相同型号生物压力测试反馈仪。根据生物压力反馈仪（STABILIZERTMPressure Bio－Feedback）说明可知，该反馈仪的精度为±3mmHg。为了保证测试结果准确，确保反馈仪不漏气，测试人员以70mmHg为起始值，按测试要求将5kg杠铃片放于气垫上24h后，压强变化在0.5mmHg以内认为该反馈仪不漏气（Katharina von Garnier等，2009）［13］。特别注意该反馈仪气垫含天然橡胶乳胶成分，该成分可能引起人体过敏反应。随时注意观察被试有无过敏不适感觉。

2名测试人员测试前1周按照生物压力反馈仪（STABILIZERTMPressure Bio－Feedback）说明进行培训，熟悉测试目的、测试方法、动作要领要求及注意事项。测试人员首先向被试讲明测试动作要领及注意事项，并示范。被试熟悉并掌握测试动作后开始测试。被试俯卧于表面平坦光滑坚硬宽长凳上，手臂伸直放置于身体两侧，呈放松状态；头部放松，使得颈部和躯干保持一条直线。充气袋放置于腹部，其末端和髂前上棘连线齐平（Richardson和Jull，1995）［20］。生物压力反馈仪起始压强为70mmHg，被试腹部完全放松躺在上面，待稳定时记录此时压力计值，然后测试人员开始测试口令计时，被试尽最大努力腹部“鼓气”，腹横肌收缩，持续10s，记录压力计最大读数，一次测试完成，休息3min，进行下一次测试。每名被试有效测试3次。

表1 本研究训练计划一览表Table 1 Training Plan

表2 本研究训练动作要求一览表Table 2 Training Action Request

图1 生物压力反馈仪示意图（由三部分组成——压强计、充气小球、气垫）Figure 1. Biological Pressure Feedback Device，Consists of Three Components－Pressure Gauge，Inflatable Ball，Cushion

2.5 数据统计

实验前、后测试均对每名被试3次测试结果取平均值，并将以mmHg为单位的值转换成以国际制单位帕斯卡（Pa）为单位的值。应用SPSS 15.0软件进行分析，统计方法为组内前、后测试采用配对样本t检验，组间采用两独立样本t检验，显著性水平设为P＜0.05，非常显著性水平设为P＜0.01；并应用origin 8软件获得图表。

3 实验结果

本研究共测试26人。由于在后测时生物压力反馈仪出现漏气以及个别被试超出生物压力反馈仪量程，所以，实际得到测试的有效人数为22人，训练前后俯卧位压力变化均值如表3所示，对照组、实验组个人实验前后压强增量如表4所示。

由表3可以看出，实验前对照组和实验组腹横肌压力值无显著性差异（P1＝0.48＞0.05）；对照组实验前后数据差异非常显著（P2＝0.004＜0.01）；实验组实验前后数据差异非常显著（P3＝0.000＜0.01）；对照组、实验组实验后数据差异显著（P4＝0.048＜0.05）。

由表4、图2可以看出，对照组、实验组个人实验前、后压强增量差异显著（P＝0.02＜0.05）。

4 分析

陈小平（2007）［1］认为，目前专项力量器械的应用还有局限性：一些项目如短跑、铁饼、铅球等虽然有自己的专项力量训练器械，但在器械上完成的动作与专项动作还有一定区别，不能满足发展专项力量的基本要求——力量训练动作在肌群工作顺序、神经冲动、肌群间协作配合方式、能量供应方式、空间结构和负荷特征等方面与专项动作具有一致性。

表3 本研究训练前、后俯卧位压力反馈仪测量值增量一览表Table 3 The Pressure Feedback Measuring Change Values of the Prone Position before and after Training （Pa）

表4 本研究对照组、实验组个人实验前后压强增量值一览表Table 4 The Individual Increase Pressure Values of the Control Group and the Experimental Group before and after the Training（Pa）

图2 本研究实验组、对照组增量均值比较示意图Figure 2. The Comparison of the Change Mean Values between Experimental Group and Control Group

传统负重抗阻训练注重提高大肌群力量，往往忽视小肌群的协调发展，容易导致运动损伤。具有代表性的新型力量训练方法有两种，一种是电刺激法（Banerjee，2010）［3］，分为神经肌肉电刺激法和肌肉直接电刺激法；一种是振动训练法，该法与常规抗阻训练的结合被认为比单一抗 阻 训 练 效 果 更 好。但 是，Wilcock等 （2009）［22］、Luo（2005）［15］认为，这两种力量训练方法使用时间不长，一些关键问题，如刺激时间、使用频率等还存在一定争议，力量提高效果还不明显，通常只被当作力量训练的辅助手段。

近年来，随着训练理念的不断发展，一些新的方法逐渐应用到力量训练领域，以满足力量发展的全面、均衡和精细化需求。人们已开发的核心力量训练方法多种多样，例如，应用各种动作徒手肌力训练法，借助器具如平衡软踏、泡沫轴、抗力球、平衡垫、健身球、平衡半球、悬吊训练器械、核心板、普拉提、Bodyblade振动棒、飞力仕、弹力带等加强核心力量的训练法。这些训练主要强调在不稳定环境下的训练，其理论依据为动态不稳定的支撑环境增加了对中枢神经系统的刺激，进而提高了中枢神经系统动员肌纤维参与收缩的能力，即中枢激活提高。这些训练方法增加了力量训练动作的数量和范围，提高了力量训练的难度和复杂性，弥补了传统负重抗阻训练法的力量与平衡、力量与协调、力量与灵敏不足。Kohler等（2010）［14］比较健美运动员分别在稳固的板凳和瑞士球上完成相同最大相对强度的肩部推举动作，结果发现，随着工作条件不稳定性的增加，外部负荷逐渐下降，其建议在不稳定的状态下进行核心力量训练时应当选择较轻的负荷；Willardson等（2009）［23］在研究中也得出了类似的结果。说明这些方法也有自身的不足，主要是由于在不稳定条件下训练外部负荷很难加大，绝对力量也很难大幅提高。

于是，研究之初曾思考能否有一种器械，在训练时既可以对人体核心训练创造较大的不稳定环境，又能加大外部负荷，因而就产生了惯性杠铃的设想、研发。目前，上海体育学院已研发出了该产品的模型，并应用于训练研究。惯性杠铃是内部有一可旋转的主轴，主轴两端两个摆锤杆和摆锤构成了可旋转的偏心摆，调节摆锤重量、摆锤到主轴的距离及两个摆锤杆的夹角来调节惯性力的大小。摆锤杆和摆锤的晃动造成躯干及全身的不稳定，利用人体对这种不稳定性的控制使核心部位得到训练。人体可稳定站立时使用，也可以在不稳定站立时使用。当稳定站立使用时可以增加杠铃片，逐步加大摆锤重量，给人体动作造成更大干扰，核心部位的刺激加大，神经肌肉控制能力训练得到增强。首先应用此模型产品和普通杠铃进行对比研究，实验组和对照组设计同样的腰部水平屈伸动作、训练方案，用以对比核心肌群的刺激效果。

应用生物压力反馈仪（STABILIZERTMPressure Bio－Feedback）评定腹横肌压力变化，间接判断人体核心力量的增减情况。那么，就有一个问题出现，该反馈仪的测量信度如何，是否可以作为评估手段？Katharina von Garnier等（2009）［13］通过对该类生物压力反馈仪信度研究认为，不同操作人员之间的组内相关系数（intra－class correlation coefficient，ICC）是 0.47［95% 置 信 区 间confidence interval（CI）0.20～0.67］，同一测试人员重复测量信度ICC 为0.81（95%CI，0.67～0.90）。Pedro Olavo de Paula Lima等（2011）［17］对应用该类生物压力反馈仪测试腹横肌的活性的文献进行了综述，总结出同一测试人员信度ICC值范围0.50～0.81，不同测试人员信度ICC值范围0.47～0.82，相关系数值评估效度（validity）范围为0.48～0.90，认为以前的研究总体上还是过于乐观的，尽管临床上关于该测量方法的一些问题还没有完全清楚。可见，应用生物压力反馈仪作为研究腹横肌激活特性方法是可行的。

再有一个问题，本研究中为什么要用最大压强差作为测试指标？一是，因为前人研究已有应用，如Costa等（2006）［7］收集了10s测试期间内超过2s最大压强减少值；Storheim等（2002）［21］也收集了8～10s期间内至少2 s内最大压强减少值。二是，因为生物压力反馈仪数值变化可以间接地反映腹横肌力量改变，或者说压力值和腹横肌力量增加呈现正相关关系。

由结果可知，对照组和实验组实验前压力值并无显著性差异，而在训练后压力值均提高，且组内比较均具有非常显著性差异，但实验组的提高更大，与对照组相比具有显著性差异。同样的训练负荷配比、密度，但由于器械的结构不同，惯性杠铃给人体的干扰更大，致使训练强度更大，对腹横肌的激活作用更明显。说明无论是惯性杠铃、普通杠铃均可以提高核心力量，比较而言，惯性杠铃效果更好些。这也验证了本研究的假设。

当然，正如前文所说，核心肌肉生物反馈测试还有其他 方 法，如 Pernille Vedsted（2011）［18］应 用 表 面 肌 电 图（ENG）研究了斜方肌生物反馈变化特征，认为这是一个很好的方法；Donna T等（2009）［10］应用肌电图研究了腹部深层肌肉的活动，认为腹横肌对于腰盆的稳定性具有一定的贡献。如果结合这些方法评估腹横肌活性，也许更能进一步反映出生物压力反馈仪方法的优劣。生物压力反馈仪方法和肌电图法、超声波法相比较，操作更简单、反馈及时、经济实用，所以，应进一步加强该方法的研究，以便能更好地应用于实践。

本研究局限于普通人群，并未考虑背痛患者，如果再增加腰背痛患者作为对比研究，结果也许将会更有意义。

5 结论与建议

惯性杠铃与普通杠铃训练相比，惯性杠铃对于腹横肌活性具有更大的增强作用，从而间接证明其对于核心力量训练具有较好的效果。

本实验针对普通大学生的测试中，个别被试已超量程，说明生物压力反馈仪量程0～200mmHg偏小，故建议针对普通健康人群测试时，应使用较大量程的生物压力反馈仪；在以后的研究中增设腰背痛患者作为对比研究，可能的情况下结合肌电、超声波进行方法对比研究。

［1］陈小平.跳水运动员力量训练研究——以清华大学跳水队多年力量训练为例［J］.体育科学，2007，27（8）：37－44.

［2］ANDERSON WORTH S G，HENRY S M，BUNN J Y.Realtime ultrasound feed－back and abdominal hollowing exercises for people with low back pain［J］.NZ J Physiother，2007，35：4－11.

［3］BANERJEE P.Electrical muscle stimulation for chronic heart failure：an alternative tool for exercise training［J］.Curr Heart Fail Rep，2010，7（2）：52－58.

［4］BARKER P J，GUGGENHEIMER K T，GRKOVIC I，et al.Effects of tensioning the lumbar fasciae on segmental stiffness duringflexion and extension［J］.Spine，2006，31：397－405.

［5］CAIMS M C，HARRISON K，WRIGHT C.Pressure biofeedback：a useful tool in the quantiflcation of abdominal muscular dysfunction［J］.Physiotherapy，2000，86：127－138.

［6］Chattanooga Group，Inc.Stabilizer pressure bio－feedback.Operating instructions［M］.Hixson：Chattanooga Group，Inc，2001.

［7］COSTA LOP，COSTA LCM，CANCADO RL，et al.Intra－tester reliability of two clinical tests of transversus abdominis muscle recruitment［J］.Physiother Res Int，2006，11：48－50.

［8］CRESSWELL A G，GRUNDSTROM H，THORSTENSSON A.Observations on intra－abdominal pressure and patterns of abdominal intra－muscular activity in man［J］.Acta Phys Scand，1992，144：409－418.

［9］DE TROYER A，ESTENNE M，NINANE V，et al.Transversus abdominis muscle function in humans［J］.J Appl Physiol，1990，68：1010－1016.

［10］DONNA T MCCOOK，BILL VICENZINP，PAUL W HODGES.Activity of deep abdominal muscles increases during submaximalflexion and extension eforts but antagonist co－contraction remains unchanged［J］.J Electromyography Kinesiology，2009，（19）：754－762.

［11］FERREIRA M L，FERREIRA P H，LATIMER J，et al.Comparison of general exercise，motor control exercise and spinal manipulative therapy for chronic low back pain：a randomized trial［J］.Pain，2007，131：31－37.

［12］HODGES P W.Is there a role for transversus abdominis in lumbo－pelvic stability［J］.Man Ther，1999，4：74－86.

［13］Katharina von Garnier，Kirstin Köveker，Berid Rackwitz，Ulrike Kober，Sabine Wilke，Thomas Ewert，Gerold Stucki.Reliability of a test measuring transversus abdominis muscle recruitment with a pressure biofeedback unit［J］.Physiotherapy，2009，（95）：8－14.

［14］KOHLER J M，FLANAGAN S P，WHITING W C.Muscle activation patterns while lifting stable and unstable loads on stable and unstable surfaces［J］.J Strength Conditioning Res，2010，24（2）：313－321.

［15］LUO J，MCNAMARA B，MORAN K.The use of vibration trainingto enhance muscle strength and power［J］.Sports Med，2005，35（1）：23－41.

［16］M ERIKSSON CROMMERT，M M EKBLOMB A THORST－ENSSON.Activation of transversus abdominis varies with postural demand in standing［J］.Gait Posture，2011，（33）：473－477.

［17］PEDRO OLAVO DE PAULA LIMA，RODRIGO RIBEIRO DE OLIVEIRA，LEONARDO OLIVEIRA PENA COSTA，et al.Measurement properties of the pressure biofeedback unit in the evaluation of transversus abdominis muscle activity：a systematic review［J］.Physiotherapy，2011，（97）：100－106.

［18］PERNILLE VEDSTED，KAREN SØGAARD，ANNE KATRINE BLANGSTED，et al.Biofeedback effectiveness to reduce upper limb muscle activity during computer work is muscle specific and time pressure dependent［J］.J Electromyography Kinesiology，2011，（21）：49－58.

［19］RICHARDSON C，HODGES P.Local segmental control.In：Richardson CA，Hodges PW，Hides JA，editors.Therapeutic exercises for lumbo pelvic stabilisation.Amotor control approach for the treatment and prevention of low back pain.2nd ed［M］.Edinburgh：Churchill Livingstone，2004：185－219.

［20］RICHARDSON C A，JULL G A.Muscle control—pain control.What exercises would you prescribe［J］.Man Ther，1995，（1）：2－10.

［21］STORHEIM K，BO K，PEDERSTAD O，JAHNSEN R.Intratester reproducibility of pressure biofeedback in measurement of transversus abdominis function［J］.Physiother Res Int，2002，7：239－49.

［22］WILCOCK I M，WHATMAN C，HARRIS N，et al.Vibration training：could it enhance the strength，power，or speed of athletes［J］.J Strength Cond Res，2009，23（2）：593－603.

［23］WILLARDSON J MFONTANA F E，BESSEL E.Effect of surface sta bility on core muscle activity for dynamic resistance exercises［J］.Int J Sports Physiology Perform，2009，4（1）：97－109.