不同负重量对军人静态平衡能力的影响

胡斐李巍卢秋菊殷鑫王晓磊牛洁马继政

1南京体育学院运动健康科学系（南京 210014）2解放军理工大学军人体能训练与机能评定实验室（南京 211101）3解放军理工大学双龙街校区医务室（南京 211101）

不同负重量对军人静态平衡能力的影响

胡斐1，2李巍3卢秋菊3殷鑫1，2王晓磊1，2牛洁2马继政1，2

1南京体育学院运动健康科学系（南京 210014）2解放军理工大学军人体能训练与机能评定实验室（南京 211101）3解放军理工大学双龙街校区医务室（南京 211101）

目的：评定不同负重量以及性别对躯体静态平衡能力的影响。方法：研究采用随机的交互式设计，20名健康青年学员，男性学员10名，完成0 kg、15 kg、27.5 kg和50 kg负重，女性学员10名，完成0 kg、15 kg、27.5 kg负重，负重采用双肩背式，着军用背囊，内着规定的军用装具。利用PK254P平衡仪进行静态平衡能力测试。结果：与负重0 kg相比，男性学员负重15 kg时躯干稳定性参数COP的前后标准偏差和运动椭圆面积显著减少（P＜0.05），左右标准偏差、前后方向平均运动速度、左右方向平均运动速度和运动长度无显著变化（P＞0.05）；负重27.5 kg时，仅左右标准偏差显著增加（P＜0.05），其他稳定参数无显著变化；负重50kg时，除前后标准偏差外，上述指标均显著增加（P＜0.05）；女性学员负重0 kg、15 kg和27.5 kg躯干稳定性参数无显著变化（P＞0.05）。与0 kg相比，男性学员负重15 kg时躯干对称性参数横向中心压力和纵向中心压力显著减小（P＜0.05），负重27.5 kg和50 kg时上述指标无显著变化（P＞0.05）；女性学员负重15 kg和27.5 kg时，横向中心压力无显著变化，但纵向中心压力显著增加。男性和女性学员躯干稳定性参数和横向中心压力无显著差异（P＞0.05），但纵向中心压力存在显著性差异（P＜0.05）。结论：一定的负重量下男性学员稳定性增加，负重过量机体维持静态平衡能力受到损害，而女性学员负重增加，躯体前倾，需要代偿性维持躯体静态平衡。

负重；身体姿势；静态平衡；躯干控制能力

负重行进是单兵的一项基本能力，需要快速穿越一个20 m障碍物到行军120 km穿越敌区[1]。当前，为了提高单兵作战能力和生存能力，单兵的装备也在不断进行变革。研究表明现代战争中，单兵负重量已经超过55 kg[2]。负重对单兵而言，是一个巨大的挑战。研究业已表明在负重的情况下完成短时的大强度军事任务和长时低强度的军事任务，单兵（分队）移动能力下降、身体的姿势力学发生改变、能耗增加，同时损伤的潜在风险增加[3-6]。

另外，单兵需要在负重和相对稳定的情况下，操纵各种作战武器（手枪、步枪和手雷等），需要控制静态平衡。静态平衡能力是神经系统、骨骼肌肉系统等高度统一协调的结果。此外，女性士兵同样需要完成上述作业。躯干作为身体活动中心，它的稳定性和控制能力是一切身体活动的基础。因此，本研究评定不同负重量对男性和女性士兵静态平衡能力的影响，为后续负重行进能力的训练提供依据。此外，研究表明实际中现代部署士兵的负重量已经超过55 kg[7]。相应地，本研究中男性最大负重量设定为50 kg。此外，其他负重量为单兵常规的负重量（战斗着装和行军着装）。

1 对象与方法

1.1研究对象

研究对象为20名军校学员（男女学员各10名），平均训练年限1年（每周训练不少于4次）。基本情况见表1。

表1 受试人员的基本情况（±s，n=10）

表1 受试人员的基本情况（±s，n=10）

?

1.2 研究方法

1.2.1实验仪器

采用PK 254P平衡仪（Tecnobody公司，意大利）评定静态平衡能力。通过分布于平衡板上的传感器捕捉平衡板上受力的变化转化成电脉冲，在电脑软件prokin中实时显示，处理后获得实验数据。因实验目的为评定静态平衡能力，在测试时用锁块（调至最大阻力）将平衡板固定。

1.2.2测试体位

睁眼双腿站立于平衡仪上，双足与肩同宽或略小于肩宽，位于A1-A7轴两侧，且两胫骨内髁距A1-A7轴相等，调整站姿，使两侧股骨大转子位于A3-A5轴上[10]，双眼平视正前方屏幕，调整屏幕上十字标志尽量使其在原点，双手自然下垂。

1.2.3测试过程

受试人员熟悉测试体位和方法后，采用随机的交互式的设计，分别在不同负重（男性学员完成0 kg、15 kg、27.5 kg和50 kg负重，女性学员完成0 kg、15 kg和27.5 kg负重）状态下进行静态平衡能力测试。负重采用双肩背式，着军用背囊，内着规定的军用装具。室温26℃，湿度53%。数据记录时间为60 s。每负重量测试间隔不少于0.5 h。

1.2.4静态平衡测试指标

本实验分析和研究的指标主要是：（1）稳定性参数。包括压力中心的前后标准偏差、左右标准偏差、前后方向平均运动速度、左右方向平均运动速度、运动长度、运动椭圆面积；（2）对称性参数。包括左右对称性参数X轴中心压力和前后对称性参数Y轴中心压力。

1.3统计学方法

2 结果

2.1不同负重量对男性和女性躯干稳定性的影响

2.1.1男性受试者在不同负重下躯干稳定性参数值的变化

数据见表2。与负重0 kg相比，负重15 kg时前后标准偏差值减小（P＜0.05），与15 kg相比，负重增加至27.5 kg时，无显著变化（P＞0.05）；但负重增加至50 kg时，与0 kg和27.5 kg相比无显著变化（P＞0.05），但与15 kg相比增加了35.29%（P＜0.05），表明负重对前后方向平衡性影响较小。与0 kg相比，负重15 kg时左右标准差值呈减少趋势但无显著差异（P＞0.05）；在负重27. 5kg时，与负重0 kg和15 kg相比分别增加了26.67%（P＜0.05）和35.71%（P＜0.05），负重50 kg时，较负重0kg和15 kg分别增加了46.67%（P＜0.05）和57.14%（P＜0.05），数据表明，负重增加更易造成躯干左右偏移。负重0 kg、15 kg和27.5 kg三组之间前后、左右平均运动速度无显著差异（P＞0.05），但负重50 kg时均显著增加（P＜0.05）。此外，负重50 kg与负重15 kg相比，左右平均运动速度增加幅度稍大于前后平均运动速度增加幅度，分别为34%和29.09%。数据表明，在相同负重下，纵向稳定性参数值均大于横向参数值，同样表明负重对躯干横向影响大于纵向对称性参数的影响；负重0 kg、15 kg和27.5 kg三组运动长度之间无显著差异，但负重增至50 kg时，与负重0 kg、15 kg相比存在显著差异（P＜0.05），但与负重27.5 kg相比，无显著差异（P＞0.05）。与负重0kg相比，负重15 kg运动椭圆面积显著降低（P＜0.05），但随着负重的增加呈增加趋势，负重50 kg，显著大于0 kg、15 kg和27.5 kg（P＜0. 05），分别增加了51.58%、99.58%和57.05%，此实验结果表明，男性学员在负重15kg时，通过躯干自身调节，稳定性最佳，但随着负重进一步增加，机体稳定能力受损。

表2 不同负重下男性学员躯干稳定性参数值的变化（±s，n=10）

表2 不同负重下男性学员躯干稳定性参数值的变化（±s，n=10）

*P＜0.05，与0 kg比较；#P＜0.05，与15 kg比较；▲P＜0.05，与27.5 kg比较

组别 前后标准差 左右标准差前后方向平均移动速度（mm/s)左右方向平均移动速度（mm/s)运动长度（mm)运动椭圆面积（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女性受试者在不同负重下躯干稳定性参数值的变化

数据见表3。不同负重量下，女学员躯干稳定性各个参数值均无显著变化（P＞0.05），表明女性学员在既定负荷范围内可通过自身调节维持平衡能力。

表3 不同负重下女性学员躯干稳定性参数值的变化（±s，n=10）

表3 不同负重下女性学员躯干稳定性参数值的变化（±s，n=10）

P＜0.05，与0 kg比较

组别 前后标准差 左右标准差前后方向平均移动速度(mm/s)左右方向平均移动速度(mm/s)运动长度(mm)运动椭圆面积(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不同负重量对男性和女性躯干对称性的影响

2.2.1男性受试者在不同负重下躯干对称性参数值的变化

数据见表4。随着负重量的增加（＜50 kg），横向中心压力值逐渐减小，与负重0 kg相比显著减小，负重15 kg和27.5 kg（P＜0.05）时数值趋向0，提示躯体重心由右侧向左侧移动，双足较负重0 kg时呈水平均匀支撑，负重50 kg重心由右侧向左侧移动，但与0 kg、15 kg和27.5 kg相比不存在显著差异（P＞0.05）。纵向中心压力值随负重增加，逐渐增大，与负重0 kg相比，负重15 kg时明显增加（P＜0.05），数值趋向0，纵向对称性提高，但随着负重量的增加，躯体趋向前倾（数值大于0）但不存在显著差异（P＞0.05）。综上所述，男性学员轻度负重时，水平和前后方向对称性提高，负重增加至50 kg时，仍能够较好维持对称能力。

表4 不同负重下男性学员躯干对称性参数值的变化（±s，n=10）

表4 不同负重下男性学员躯干对称性参数值的变化（±s，n=10）

*P＜0.05，与0kg比较

组别 X轴中心压力值 Y轴中心压力值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女性受试者在不同负重下躯干对称性参数值的变化

数据见表5。随着负重增加，女性学员横向中心压力值呈增大趋势，但不存在显著差异（P＞0.05），提示在既定负重范围内，水平稳定性较好，躯体重心由左侧向右侧移动，但与负重0 kg相比，存在明显的前后偏离（P＜0.05），躯体明显前倾，表明前后方向对称性受损。负重15 kg和负重27.5 kg时，前后对称无显著变化。提示女性学员前后方向的对称性易受负重量影响。

表5 不同负重下女性学员躯干对称性参数值的变化（±s，n=10）

表5 不同负重下女性学员躯干对称性参数值的变化（±s，n=10）

*P＜0.05，与0 kg比较

?

3 讨论

军人在负重行进执行各种军事任务时，躯体需要在动态平衡、他动态平衡和静态平衡三个状态中不断转化，需要躯体稳定支持，来完成多种攻击任务。因此，维持躯体的静态平衡能力非常重要。静态平衡指标：前后标准差、左右标准差、前后方向移动平均速度、左右方向移动平均速度、运动长度和运动椭圆面积均表示重心移动轨迹，数值越小提示躯干稳定性越好；平衡仪X轴中心压力值，即为位置参数，表明受试者在水平位上（左右）的位移距离，数值越小即左右对称性越好。Y轴中心压力值的结果显示纵向（前后）的位移，即重心移动方向。本研究发现男性学员在一定负重范围内，随着负重量的增加，可通过躯干稳定系统自我调节[8]，躯干稳定能力相对提高，但超过一定负重量（约50 kg），整体上调节躯干的稳定性能力下降。而女性学员在预定负重范围内，可调节控制稳定性，但负重后，躯干前后对称性易受到破坏。

背部负重后张力增加，导致步态和身体姿势发生改变，同时需要额外增加肌力维持躯体的平衡能力。Park等人[9]研究表明，当躯体左右负重不平衡时，下肢肌肉电位活动变化增加，表现为股直肌和腓肠肌肌电图振幅峰值增大，目的是通过肌肉的额外做功维持机体平衡和为支撑躯体提供足够动力[9]。一定负重的增加，机体产生相应刺激，募集更多运动神经元，增加股直肌、小腿腓肠肌肌张力，使膝关节、踝关节更加稳固，各个方向移动速度和偏差均减小。此外，负重量的增加，机体原有静态平衡模式被打破，身体平衡姿势生物力学发生改变，通过腰背适度前屈以抵抗因负重致使躯干向后牵拉的力，躯体呈前倾趋势。本研究结果表明男性学员在既定的负荷范围内，通过相应姿势的调整，可较好维持躯体的平衡，这可能和男学员的肌力较强有关。而女性学员负重增加后，躯体前倾明显，需要代偿性维持身体的平衡能力，这可能与下肢后群肌、核心肌群肌力不足有关。另外，一个更重要的原因可能与女性骨盆的特殊生理结构、重心偏低相关。

另外，研究表明在无负重状态下，维持静态平衡功能主要以前庭反馈系统为主，其次为本体感觉反馈系

统和视觉反馈系统，三者所占比例依次为55.6%、34%和17.3%[10]；当负重适当增加时，前庭反馈系统和视觉的反馈系统可能维持在一个恒定的水平，本体感觉反馈系统可能是维持躯体静态平衡功能的主要反馈系统。因为负重的增加，分布于肌肉韧带关节内的本体感受器感知刺激增加，将信息通过神经纤维传导至大脑，综合来自视觉、位觉的感觉信号，通过脊髓、脑干和大脑皮质三个神经中枢处理信息，并产生相应刺激反馈于骨骼肌肉，增加力量、调节足底压力分布等，维持机体静态平衡。当负重进一步增加（接近50 kg），机体受到外界刺激引起肌张力增加，机体维持躯干静态稳定能力受到破坏。此外，躯体稳定性是维持射击姿势、精确瞄准射击目标的基础，一定的负重量可能对单兵射击能力产生积极的影响，但负重量过大可能产生不利的影响。但目前尚缺少此方面的直接研究。

4 结论

一定的负重量下男性学员稳定性增加，负重过量机体维持静态平衡能力受到损害；女性学员负重增加，通过调整躯干姿势，代偿性维持躯体静态平衡。

[1]Orr，RM.Soldier load carriage：a risk management approach [D].PhD Thesis，the University of Queensland，2012.

[2]Knapik JJ，Reynolds K，Harman E.Soldier load carriage： historical，physiological biomechanical and medical aspects[J]. Mil Med，2004，169（1）：45-56.

[3]马继政，李巍，韦海燕，等.军人负重25kg不同速度行军1km时能量消耗变化[J].中国应用生理学杂志，2015，31（3）：275-277.

[4]Carlton SD，Orr RM.The impact of occupational load carriage on carrier mobility：a critical review of the literature[J].Int J Occup Saf Ergon，2014，20（1）：33-41.

[5]Bastien GJ，Willems PA，Schepens B，et al.Effect of load and speed on the energetic cost of human walking[J].Eur J Appl Physiol，2005，94（1-2）：76-83.

[6]Roy TC，Knapik JJ，Ritland BM，etal.Risk factors for musculo-skeletal injuries for soldiers deployed to Afghanistan [J].Aviat Space Environ Med，2012，83（11）：1060-1066.

[7]NindlBC，CastellaniJW，WarrBJ，etal.Physiological Employment Standards III：physiological challenges and consequences encountered during international military deployments[J].Eur J Appl Physiol，2013，113（11）：2655-2672.

[8]刘鹏，黄东峰，江沁，等.脑瘫患儿组大运动功能测量量表的标准化研究[J].中国康复医学杂志，2004，19（3）：170-173.

[9]Park H，Branson D，Kim S，et al.Effect of armor and carrying load on body balance and leg muscle function[J].Gait Posture，2014，39（1）：430-435.

[10]实淑霞.痉挛型脑瘫患儿躯干控制能力的评估及疗效观察[D].安徽医科大学，2013.

2015.06.28

解放军理工大学教育教学课题；军队级教学成果奖培育立项课题

马继政，Email：mjz_mjj@163.com