不同力量训练对模拟+Gz暴露下颈部肌肉抗荷能力的影响

李 卓，李 曦，铁娅滕，李程飞，蔡文泳，李 伟，孙喜庆，王永春

(1空军军医大学航空航天医学系医学训练教研室，陕西 西安 710032；2空军航空大学初级飞行训练基地第五训练团，山东 淄博 255300)

颈椎病在战斗机飞行人员这一特殊人群中是一种常见疾病，这与其飞行职业有着密切的关系。现代高性能战斗机在机动飞行中所产生的正加速度(+Gz)具有高G值、高增长率、持续时间长、反复出现等特点，这样的特点使得战斗机飞行人员在飞行工作中头颈部不断承受高载荷，是导致飞行人员颈部伤病的主要诱因，随着飞行时间增加，飞行人员也会相应出现颈部肌肉、韧带、颈椎的退行性病变[1-3]。力量训练可以增强颈部运动环节的稳定性和抗阻能力，是预防或减缓颈部伤病的有效方法。力量训练按目的可以分为最大肌力训练、肌肉耐力训练及爆发力训练，根据发展肌肉素质的目的不同，训练方案也不尽相同[4]。我国疆域辽阔，部分飞行人员驻地位于极高海拔、极寒、极湿等气候恶劣环境，在驻训期间无法保障训练持续而导致停训。人体肌肉力量遵循用进废退的规律，停训期间肌肉力量会出现不同程度退化，不利于飞行人员工作能力的保持及颈部伤病的预防。本研究拟通过比较不同肌肉力量训练方案对飞行人员颈部肌肉停训前后抗+Gz能力的影响，为飞行人员颈腰伤防治训练提供参考。

1 对象与方法

1.1 对象

在空军军医大学招募男性被试16人，将其随机分为最大肌力训练组和肌肉耐力训练组，每组8人(表1)。入选要求：①身心健康，无心脑血管系统疾病史，近3个月内无肌肉损伤等运动损伤疾病；②近3个月及实验周期内不得服用蛋白粉、肌酸等运动补剂；③未进行过颈部肌肉专项训练，且在试验周期内不进行既定训练任务以外的颈部训练。训练使用的主要仪器有Noraxon Ultium EMG无线表面肌电仪，3M电极片，飞行人员头盔，颈部肌肉专项训练器械等。

表1 被试基本信息

1.2 方法

1.2.1 训练方案 被试按分组进行颈部最大肌力训练和颈部肌肉耐力训练，均采用颈部肌肉专项训练器械进行抗阻训练，完成动作次数以最大重复次数(repetition maximum，RM)计数。试验周期共计14周，其中第0周至第6周进行颈部肌肉专项训练(表2)，第6周至第14周为停训阶段，不进行训练。

表2 颈部肌肉专项训练器械训练方案 (n=8)

1.2.2 颈围测量 分别于训练前及6周训练结束后测量每名被试颈围。颈围测量方法：被试站立放松状态下，使用软尺经喉结节点测量颈围长度。

1.2.3 绝对力量测试 使用训练器械测试一次被试绝对肌肉力量(1 RM)，结果以质量(kg)表示，在训练前(第0周)、训练完成后(第6周)，以及停训1个月(第10周)和停训2个月(第14周)测试绝对力量。

1.2.4 头颈部负重测试 为模拟战斗机飞行人员在高G值下颈部环节承受高载荷的环境特点，要求被试佩戴标准飞行人员头盔面罩，并悬挂10 kg重物进行颈部负重。被试端坐状态下分别维持静坐、负重静坐、负重左转头状态各30 s，记录头部不同动作状态下肌电信号变化。

1.2.5 肌电测试及分析方法 将电极片贴于被试左右侧胸锁乳突肌肌腹和左右侧斜方肌上束肌腹处，连接表面肌电传感器，采样率2 000 Hz，使用Noraxon Ultium EMG无线表面肌电设备记录被试静坐、负重静坐及负重左转头不同动作状态下肌电信号变化，记录不同动作周期30 s后对各个周期的30 s信号数据进行处理分析。使用Noraxon MR3软件处理肌电原始信号，滤波(FIR滤波器，带通滤波设置高频200 Hz，低频10 Hz)，整流后计算肌电信号平均功率频率(mean power frequency，MPF)。

2 结果

2.1 不同训练方法对颈围的影响

分别在训练开始前和训练完成后测量被试颈围。结果显示，与训练前相比，训练完成后肌肉耐力训练组和最大肌力训练组被试颈围均呈现增加趋势(图1A)，但两组之间颈围增加百分比无显著差异(图1B)。

A：训练前后颈围变化；B：不同组别颈围增长百分比。图1 训练前后颈围变化

2.2 不同训练方法对绝对力量的影响

在训练前、训练完成后、停训1个月和停训2个月时分别测试颈部绝对力量，结果表明，与训练前相比，训练完成后肌肉耐力训练组和最大肌力训练组被试力量均有提高(图2A～B)；与肌肉耐力训练组比较，最大肌力训练组被试在训练完成后绝对力量增长显著(P<0.01，图2C)；与训练完成后比，停训1个月时最大肌力训练组绝对力量下降3.5%，肌肉耐力训练组下降4.2%，停训2个月时最大肌力训练组绝对力量下降10.8%，肌肉耐力训练组下降11.8%(图2D)。

A：肌肉耐力训练组；B：最大肌力训练组；C：两组不同阶段绝对力量变化；D：两组停训后绝对力量下降百分比。 bP<0.01 vs 肌肉耐力训练组。图2 肌肉耐力训练组和最大肌力训练组训练前后、停训后绝对力量变化

2.3 训练前后颈部肌肉肌电信号变化

在训练前和训练完成后，使用表面肌电记录被试在静坐、负重静坐及负重左转头阶段的斜方肌上束和胸锁乳突肌的肌电变化，计算MPF值。结果表明，静坐至负重转头阶段，MPF持续降低。与训练前相比，训练后肌肉耐力训练组和最大肌力训练组在头部负重及负重左转头阶段MPF提高；与最大肌力训练组比较，肌肉耐力训练组训练前后右侧斜方肌和胸锁乳突肌MPF值提高更明显(图3A～B)；与训练前比较，训练后肌肉耐力训练组右侧斜方肌及胸锁乳突肌在负重静坐阶段、负重左转头阶段的MPF值显著升高(P<0.05，图3C～D)。结果提示，训练完成后，肌肉耐力训练组颈部肌肉持续抗阻能力更好，在颈部负重工作状态下肌肉不容易发生疲劳。

A：两组不同动作阶段右侧斜方肌MPF变化趋势；B：两组不同动作阶段右侧胸锁乳突肌MPF变化趋势；C：两组不同动作阶段右侧斜方肌MPF值比较；D：两组不同动作阶段右侧胸锁乳突肌MPF值比较。MPF：平均功率频率。：训练前-肌肉耐力训练组；：训练后-肌肉耐力训练组；：训练前-最大肌力训练组；：训练后-最大肌力训练组。 aP<0.05。图3 肌肉耐力训练组和最大肌力训练组训练前后及不同动作阶段右侧斜方肌、胸锁乳突肌肌电MPF变化

2.4 停训后颈部肌肉肌电信号变化

在停训1个月及停训2个月时，使用表面肌电记录被试在静坐、负重静坐及负重左转头动作阶段的斜方肌上束和胸锁乳突肌的肌电变化并计算肌电MPF值。结果表明，在停训1个月及停训2个月时，最大肌力训练组和肌肉耐力训练组在颈部负重过程中右侧斜方肌MPF值均呈现下降趋势，且两组间无显著差异(图4A～C)；在负重转头测试中，停训1个月及停训2个月时，与肌肉耐力训练组比较，最大肌力训练组右侧胸锁乳突肌MPF值显著降低(P<0.05，图4D)。

A：两组停训后不同动作阶段右侧斜方肌MPF变化趋势；B：两组停训后不同动作阶段右侧胸锁乳突肌MPF变化趋势；C：两组停训后不同动作阶段右侧斜方肌MPF值比较；D：两组停训后不同动作阶段右侧胸锁乳突肌MPF值比较。MPF：平均功率频率。：停训1个月-肌肉耐力训练组；：停训2个月-肌肉耐力训练组；：停训1个月-最大肌力训练组；：停训2个月-最大肌力训练组。 aP<0.05。图4 肌肉耐力训练组和最大肌力训练组停训后不同动作阶段右侧斜方肌、胸锁乳突肌肌电MPF变化

3 讨论

随着战斗机性能的提升，飞行人员在飞行工作中颈部运动环节经常暴露在高载荷力下，加之具有通信、夜视等多功能的头盔装置的佩戴，加重了头颈部的受力负荷及不稳定性[5-6]。飞行人员在执行飞行任务中，头颈部在承受高G值的冲击下，还需要运用转头、仰头等动作观察环境，这加剧了头颈部运动的不稳定性，使飞行人员颈部组织承受更高的损伤风险[7]。颈椎病在飞行人员中的发病率居高不下，虽然不是致命疾病，但会极大程度地影响患者身心健康，影响任务训练及工作质量，严重时甚至需要停飞[8-10]，这对飞行人员个人健康及军队战斗力损失的影响不可小觑。

飞行人员发生颈椎病后，一般从药物治疗、物理治疗等方面对症治疗，重度患者需进行外科手术治疗。对于飞行人员，在不能中断飞行训练任务的情况下，治疗效果因人而异，因此在飞行人员人群中，对待颈椎病应做到未雨绸缪，以颈椎病的预防或减缓疾病进程为主[11-12]。颈部解剖结构中神经、血管、气管、韧带并行交错，相比四肢或腰腹等大肌群，颈部肌群力量薄弱，通过力量训练可以提高颈部抗负荷能力，是预防或减缓颈椎病行之有效的手段。本研究通过招募被试进行不同训练方法的力量训练，在模拟工作负荷的情况下，研究颈部肌群在训练前后、停训后的工作能力表现。针对肌肉力量不同工作能力表现，训练方案分为最大肌力训练和肌肉耐力训练，最大肌力训练组以提高肌肉承受的最大负荷为目的，肌肉耐力训练组则以提高肌肉持久工作能力为目的。结果发现，在进行6周力量训练后，两组训练均可提高被试颈部肌肉的绝对力量，但最大肌力训练组肌肉绝对力量提升更为显著(图2A～C)；通过佩戴飞行头盔并施加负重模拟飞行人员+Gz暴露的工作环境，记录不同运动状态下颈部斜方肌、胸锁乳突肌的肌电变化，当肌肉工作的负荷强度越大，疲劳的程度越大时，MPF值越小，降低幅度更大[13-15]。分析肌电MPF值，结果发现，与最大肌力训练组比较，肌肉耐力训练组在对抗颈部负荷中MPF值降低幅度更小，表明进行肌肉耐力训练对颈部斜方肌、胸锁乳突肌抗疲劳能力优于最大肌力训练(图3)；在停止训练1个月及2个月后分别测试两组被试的绝对力量，结果发现两组人员绝对肌力均出现下降，但两组间肌力下降百分比无显著差异(图2C～D)；通过模拟+Gz暴露实验，结果发现在停训1个月或2个月后，最大肌力训练组和肌肉耐力训练组颈部抗负荷能力均下降，但在停训1个月或2个月后再完成负重转头动作时，与肌肉耐力训练组比较，最大肌力训练组MPF值显著降低，提示胸锁乳突肌经过肌肉耐力训练后，抗负荷能力表现更优(图4)。以上结果表明进行肌肉耐力训练对停训后肌肉工作表现能力更有优势，尤其对胸锁乳突肌等平时相对不容易训练的肌肉影响更大。

通过力量耐力训练增强肌肉力量与肌肉持续抗负荷能力可以预防或延缓颈椎病发生，但在复杂战斗环境或进行特技飞行等极端飞行动作时，瞬时高G值变化也有可能导致颈部出现急性损伤，因此进行最大肌力训练时，可考虑通过提高飞行人员颈部肌肉绝对力量来预防颈部伤病。在平常训练任务中，要把颈部整个运动环节作为一个整体训练，不仅要训练肌肉耐力，也要注重绝对力量的提高。针对不同任务的时间或地点，合理安排训练方案，当驻地位于极高、极湿、极冷、极热等不适宜运动的环境时，可以在驻训前合理更改训练计划。通过侧重提高力量耐力的训练方案，以最大程度抵消停训期间肌肉能力的衰退，预防慢性劳损，维持肌肉抗荷能力。

本研究通过对不同力量训练方式的效果评价，为飞行人员颈部专项训练提供参考，旨在提高飞行人员颈部肌肉力量，预防颈部肌肉劳损发生，减缓颈椎病进程，促进飞行人员健康。本研究中采用的训练方法不作为唯一力量训练方法，不作为对颈椎病的医学运动康复方案。本研究仍存在不足，通过地面负重模拟的+Gz暴露环境并不能真实反映飞行人员在高空、高速及复杂操控状态下的机体情况；颈椎病退行性改变涉及肌肉、神经、韧带、血管、筋膜、颈椎骨等多种组织，本研究采用的表面肌电技术只对颈部表面肌肉进行工作能力监测，未能真实反映深层肌肉活动状态，也不能对神经、韧带、血管等进行客观评价。

综上所述，肌肉耐力训练或最大肌力训练可以提高颈部肌肉工作能力；停训后，训练效果均出现下降，但与最大肌力训练组比较，肌肉耐力组在持续抗负荷工作中肌肉相对不容易发生疲劳。