下肢优势侧和非优势侧相同负重往返跑对青年学员平衡能力的影响*

马继政， 王增刚， 胡 斐， 赵 彦， 叶 强， 黄强年， 徐盛嘉

(1. 中国人民解放军陆军工程大学 军事运动科学研究中心， 南京 211101； 2. 南京体育学院运动健康科学系， 南京 210014)

运动本身的自然特征和所处的环境影响人体姿态上的适应[1]。可通过日常专项训练，在不同形式的运动中学习新的运动技术，从而获得姿态上的特定适应[2]。日常训练可提高专项运动技能(运动特定的姿态、环境)[3]。姿态稳定性或平衡能力是指人体摆动幅度的变化程度[1,3]。人体平衡能力的调节涉及到短或长神经环路次序的变化：本体感觉、视觉-前庭感觉。不同运动刺激特定的感觉-运动链(体觉、前庭、视觉)，在既定的运动条件下，可产生一个优先姿态控制上的调节策略[1]。例如，登山运动在更大程度上发展和依赖本体感觉，而公路自行车运动在更大程度上发展和依赖视觉[4]。研究认为，静力性/动力性平衡能力是一些运动项目运动能力的限制因素之一[5]。平衡能力的变化幅度不但影响运动能力，也可能增加损伤的风险[6]。因此，运动后平衡能力迅速恢复到安静值被认为是人体运动的一种重要的能力[6]。

人体的左右两侧一般分为优势侧和非优势侧，人体通常利用优势侧完成各种日常的活动或具体的任务，非优势侧形成稳定支撑[7]。鉴于平衡能力恢复的重要性，对非优势侧施加额外应激可能会增加躯体摆动幅度，给机体带来更大的不利影响。我们前期研究表明，短距离下肢优势侧和非优势侧负重往返跑后，人体平衡能力变化相似，表现出对称性变化[8]，这种对称性变化很可能是运动迁移形成的基础[9]。但尚不清楚运动量对对称性变化产生的影响。因此，本研究评定在强度相同、运动量不同的条件下，下肢优势侧和非优势侧负重往返跑对平衡能力产生的影响，为学员日常负重训练提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究对象

研究对象为10名陆军工程大学健康男性学员，平均年龄(20.80±2.04)岁，身高(173.99 ± 2.87) cm，体重(68.53±3.21) kg；体重指数(22.73±1.49)kg/m2，平均训练年限1年。经询问受试者病史、查体、心电图及超声心动图等检查，均未发现有器质性心脏病，无吸烟史和酗酒史，有规律参加常规的体能训练(每周锻炼不少于4次)，排除超重或偏瘦的学员，排除标准为：体质指数<18.5 kg/m2及 >24.0 kg/m2。

1.2 测试方案

研究采用随机交互设计，受试人员分4组，分别使用优势侧和非优势侧单手提油桶(重量为22 kg)进行20 m×5往返跑(总距离200 m)和20 m×10往返跑(总距离400 m)，共4次完成，分别在运动后即刻和休息20 min后进行平衡能力测试。每次测试时间间隔不少于2 d，以确保受试人员充分恢复，测试期间禁止剧烈运动。

1.2.1 下肢优势侧和非优势侧评定 采用10 m连跳法，选取每侧肢体完成动作的最短时间作为评定标准，进行优势侧和非优势侧的评定，平均时间分别为(2.53±0.16) s，(2.29±0.23) s。

1.2.2 心率监测 利用Polar team2团队心率仪(博能公司，Finland)记录整个运动的RR间期。通过polar team软件导出数据，并利用Firstbeat SPORTS 系统(version 4.4.0.2, Firstbeat Technologies Ltd., Jyväskylä, Finland)进行内部负荷数据分析。

1.2.3 平衡能力测试 采用测力台(Kistler，瑞士)进行测试。受试者睁眼，双眼平视正前方，双腿站立于测力台上，双足与肩同宽或略小于肩宽，双手自然下垂，通过调整使身体重心(屏幕上的十字标志)尽量在原点。收集20 s数据，去除记录的前5 s和最后5 s数据，排除数据的不稳定影响，采样频率为1000 Hz。采集数据后，利用测力台系统MARS软件(Version 2.1.0.00, kistler s2p Ltd., Switzerland)进行分析。安静值测试在运动方案开始前3 d完成。实验室温度为28℃～33℃，相对湿度为28%～32%。

1.3 研究指标

研究指标包括人体平衡能力指标：人体重心的总移动距离[sway path-total(mm), SPT]、前后移动距离[sway path-A-P(mm), SPAP]、左右移动距离[sway path-M-L(mm), SPML]、总移动速度[sway V-total(mm/s), SVT]、前后移动速度[sway V-A-P(mm/s), SVAP]、左右移动速度[sway V-M-L(mm/s), SVML]、总移动面积[sway area-total(mm2),SAT]、前后移动面积时间积分[sway area-A-P(mm*s),SAAP]、左右移动面积时间积分[sway area-M-L(mm*s), SAML]和运动椭圆面积[area of 100% ellipse(mm2), AE]。

此外，还包括心率(heart rate，HR)、运动后的过氧消耗值(excess post-exercise oxygen consumption, EPOC)和运动冲量(training impulse, TRIMP)，可定量反映运动强度和内部运动负荷。

1.4 统计学方法

2 结果

2.1 下肢优势侧和非优势侧20 m×5和20 m×10负重往返跑内部运动负荷的比较

与安静状态相比，负重运动后HR、EPOC和TRIMP均值均显著增加(P<0.01)。20 m×5和20 m×10负重往返跑优势侧和非优势侧之间的HR无明显差异(P>0.05)，表明4次运动强度基本一致；20 m×10负重往返跑EPOC和TRIMP均值均显著大于20 m×5，表明整体上内部负荷增加。但20 m×5以及20 m×10负重往返跑优势侧和非优势侧之间的HR无明显差异(P>0.05)，提示优势侧和非优势侧内部负荷趋于一致(表1)。

2.2 下肢优势侧和非优势侧20 m×5和20 m×10负重往返跑对平衡能力的影响

2.2.1 下肢优势侧和非优势侧20 m×5运动后即刻和运动后20 min时平衡能力的变化 与安静值相比，运动后即刻优势侧和非优势侧所有平衡能力指标均显著增加(P<0.01)，但优势侧和非优势侧之间无明显差异(P>0.05)。提示运动后即刻，优势侧和非优势侧平衡能力的波动程度相同。运动后20 min，优势侧和非优势侧平衡能力均恢复到安静状态(P>0.05)，表明整体上平衡能力的恢复相似(表2)。

2.2.2 下肢优势侧和非优势侧20 m×10运动后即刻和运动后20 min平衡能力的变化 20 m×10负重往返跑运动后即刻和运动后20 min，其平衡能力变化趋势与20 m×5负重往返跑类似，优势侧与非优势侧之间无明显差异(P>0.05，表3)。

Tab. 1 Changes of internal load in 20 m×5 and 20 m×10 shuttle runs under load carriage at the dominant and non-dominant ±s, n=10)

**P<0.01vsrest；##P<0.01vs20 m×5 dominant side；△△P<0.01vs20 m×5 non-dominant side

Tab. 2 Changes of balance indices in 20 m×5 shuttle runs under load carriage at the dominant and non-dominant side at once and after 20 min ±s, n=10)

**P<0.01vsrest

Tab. 3 Changes of balance indices in 20 m×10 shuttle runs under load carriage at the dominant and non-dominant side following immediately exercise and 20 min ±s, n=10)

*P<0.05vsrest

2.2.3 下肢优势侧和非优势侧20 m×5和20 m×10负重往返跑运动后即刻平衡能力的比较 与20 m×5优势侧运动后即刻相比，20 m×10优势侧运动后即刻平衡能力指标SPT、SPAP、SPML、SVT、SVAP、SVML、SAT和AE无明显差异(P>0.05)，但SAAP显著降低(P<0.05)，SAML显著增加(P<0.05)。与20 m×5非优势侧运动后即刻相比，20 m×10 平衡能力指标SPT、SPML、SVT、SVML、SAT、SAAP和AE 无显著差异(P>0.05)，但SVAP、SPAP显著降低(P<0.05)，SAML显著增加(P<0.05)。整体上表明，运动量增加后，人体前后摆动程度相对降低，左右摆动程度增加(表4)。

Tab. 4 Changes of balance indices between 20 m×5 and 20 m×10 shuttle runs under load carriage at the dominant and non-dominant side following immediately ±s, n=10)

*P<0.05vs20 m×5 dominant side at immediately exercise;#P<0.05vs20 m×5 non-dominant side at immediately exercise

3 讨论

长期训练姿态平衡能力不但产生局部适应，同时也产生整体适应[7]。人体通常利用下肢优势侧完成各种体力活动，对非优势侧施加影响可能产生额外的不利影响。但本研究结果显示，对下肢优势侧和非优势侧施加相同的应激，运动后即刻和运动后20 min，机体平衡能力的变化程度相同，但运动量增加时横向摆动幅度增加，整体上表现出对称性的变化，提示可能存在交互现象。

下肢优势侧和非优势侧运动后平衡能力表现出对称性变化，这可能和姿态自我调节能力的相互促进有关。在研究力量训练与运动技能时发现，长期单侧活动提高对侧对应肌群的运动能力，这一现象称为“交互效应”[10]。由于对侧肌群未表现出肥大的特征，因此，研究认为适应主要不是发生在外周[11]，而是主要发生在脊髓和脊髓中枢神经系统[10,12]。脊髓适应体现为单侧的自主运动可通过胼胝体激活对侧皮层运动区[13]；脊髓适应基于单侧运动可通过激活脊髓运动通路投射到对侧区域[14]。关于平衡能力的调节方面，前期研究同样观察到这一现象，单侧肢体平衡能力受到干扰时，会影响对侧肢体的平衡能力[15]。尽管本研究未采用单侧的运动方式，但对单侧肢体施加额外的应激，因此，本研究结果支持这一现象。就平衡能力而言，这一独特的交互效用，有助于设计损伤人员的康复训练计划[16]。例如，对于一侧下肢受损的学员，可利用对侧下肢进行锻炼，从而维持机体的机能状态。

另外，关于下肢优势侧和非优势侧平衡能力研究方面，目前尚未获得一致性的研究结果。一些研究认为，一些运动项目优势侧和非优势侧的平衡能力无显著变化[17,18]，但也有一部分研究认为优势侧和非优势侧的平衡能力存在差异[19,20]。研究结果出现差异的原因可能和研究对象的运动经历和检测手段有关。鉴于下肢优势侧和非优势侧运动经历具有高度的差异性，因此该问题有待于进一步研究。此外，双足支撑本身具有不稳定性，人体进行各种运动可精确维持平衡能力，这一复杂能力主要形成于人体运动技能的发育和成熟期[7]，在青春期末，一定时期的特定训练仍能够有效提高平衡能力[21]。

重心摇摆的急性应答取决于运动类型、强度、持续时间以及本体感觉刺激的强度[6, 22,23]。运动后即刻，重心摇摆显著增加，即平衡能力受到损害[6]，本研究同样观察到这一现象；但在运动后20 min，重心摇摆均恢复到安静值。本研究结果表明，运动负荷量在重心摇摆幅度变化中起到一定的作用。相同强度的运动负荷量增加时，运动后即刻左右摆动程度增加，可能会对后续的需要高度稳定性的活动产生负面影响，例如射击，但需要进行验证。目前，在运动后平衡能力受到损害的生理机制研究方面，研究认为对于长时运动来说，疲劳是主要的原因[24]。对于较短距离的运动，过度换气是其主要的原因[25]。研究还发现，即使呼吸节奏相同，肌肉收缩强度不同(本体感觉刺激不同)时，平衡能力变化也存在明显差异[26]。鉴于本研究采用的运动距离相对较短，但额外增加了运动负荷，本体感觉刺激可能增加，这些因素均可能在一定程度上影响本研究平衡能力的变化幅度。

综上可见，在相同的运动强度下，运动后即刻平衡能力受到干扰；运动量增加时，左右方向损害程度增加；优势侧和非优势侧平衡能力的变化相似，可能存在交互效应。