惯性杠铃训练对腰腹部肌肉形态特征的影响

孙明运，刘 宇，闾坚强



惯性杠铃训练对腰腹部肌肉形态特征的影响

孙明运1，刘 宇2，闾坚强2

目的：应用高场强的MRI分析惯性杠铃训练后腰腹肌肌肉横截面CSA及体积V(volume，V)是否有较大的增长变化及发生这种变化的机理。方法：招募某学院健康男性本科生共计30名，受试者随机分为惯性杠铃训练组(实验组)和常规杠铃训练组(对照组)；进行1 h/次，3次/周，共计8周的腰腹部屈伸运动肌肉力量训练。实验前后分别要求被试仰卧位于磁共振中，采用3.0T超导型磁共振成像系统(西门子Magnetom Trio,Tim System，MRI)进行腰椎扫描。应用ImageJ软件处理肌肉横断面积CSA(cross-sectional area，CSA)，应用多次测试肌肉CSA平均值计算肌肉体积V。信度的检验应用ICC(intra(inter)-class correlation coefficient)指标；组内应用配对样本t检验，组间应用两独立样本t检验。结果：两人分别独立完成测试数据之间的信度(ICC)，观察到同一人(B)测试的信度均值(intra-class correlation coeficient-ICC)为0.99，95%置信区间(Confidence interval，CI)(0.99,1)，P=0.000；不同测试人员(A和B)(Inter-class correlation coeficient)ICC均值为0.99(95%CI)(0.99,1)，P=0.000。实验组和对照组组间前后测试组内第四腰椎CSA值无显著性差异(前测P=0.27，后测P=0.19)；实验组、对照组第四腰椎CSA前后测试数据具有非常显著性差异(P=0.000)；实验后实验组、对照组△CSA%、△V%均具有非常显著性的差异(P=0.000)。结论：作为一种新型训练器械，惯性杠铃对腰腹肌训练具有一定的优势，为躯干肌肉训练和康复提供了新的可选方法之一。

腰腹部肌肉；肌肉横断面积；肌肉体积；惯性杠铃

肌肉是人体运动的动力器官，其功能是人体机能的一个主要决定因素[12]。腰腹部肌肉是四肢活动的驱动力量和枢纽。生活中，由于躯干肌肉的薄弱、错误的动作、突发的较大负荷及长期的慢性疲劳等因素经常导致下背痛等。有研究发现，单侧下背痛患者腰肌存在不对称性，发生疼痛一侧腰肌的CSA(cross-sectio nal area)减少[9]，且随着年龄的增长，出现肌肉萎缩等症状，肌肉收缩组织显著减少，肌肉非收缩组织增加2%～6%折叠的特殊肌肉[28，30]，产生肌力流失[47]；肌纤维的退化可导致神经损伤[51，58]，继而限制行动自由和提高罹患糖尿病、骨质疏松症、心脏病的风险[24，56]，出现身体独立性降低和生活质量下降[61]，在重大疾病中的生存几率也下降[38]。在竞技体育中，强壮的躯干肌肉力量对于某些特殊的体育项目来说是必须的[15，31]。Kwang-Jun Kim发现，在12周的躯干肌肉训练中，职业女子高尔夫球运动员的躯干肌肉力量增加，挥杆成绩提高[35]。Engstrom等应用MRI(Magnetic Resonance imaging)研究表明，在板球快投手中，投掷手臂同侧的腰方肌体积较肥大[17]。

关于腰腹部肌肉的量化，早期研究主要应用CT和MRI方法对腰部肌肉进行量化[50]，大部分主要是应用于医学检查，涉及训练测试的数据较少。Yasuda等应用30%1-RM结合血流限制训练，表明实验组的上肢和胸肌的肌肉体积显著性的增加，但他们当时也还未发现躯干肌肉训练后CSA的相关公开的研究数据[53]；高场强MRI逐渐被用来探测肌肉形态，如陈金鳌等[1]应用MRI测定人体大腿肌肉量，认为该方法更为精确。

人们从来没有停止过对于腰腹肌训练方法研究的探索。腰腹肌力量训练已开发多种训练方法，借助器具如悬吊训练器械、Bodyblade振动棒、飞力仕、弹力带等加强躯干力量的训练法。本研究针对一款新型腰腹肌训练器械——惯性杠铃，进行探索。惯性杠铃主杆内部有一可旋转主轴，主轴两端各有一摆锤杆和摆锤，摆锤质量、摆锤杆可调，从而可调节惯性力的大小。在训练中，惯性杠铃既可加大负荷，又可人为控制运动强度、节奏，假设惯性杠铃训练对于腰腹肌训练具有较好的作用。故本研究的目的是研究应用高场强的MRI分析惯性杠铃训练后腰腹肌肌肉横截面CSA及体积V是否有较大的增长变化及发生这种变化的机理。

1 实验对象与方法

1.1 实验对象

研究对象基本信息(表1)。

纳入标准：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、体内无金属支架等的男性受试者。

实验分组情况：随机对照实验。将被试随机分为惯性杠铃训练组(实验组)，普通杠铃训练组(对照组)。

实验基本要求：训练期内，两组被试均可进行日常运动，但避免(除了实验安排的训练)其他方法的腰腹肌训练，且保持他们习惯的饮食摄入，禁止服用蛋白粉等肌肉补剂。

实验对象知情情况：所有被试实验前均被告知实验内容，对于训练方案熟悉，自愿参加实验并签署知情同意书。所有受试者均能配合完成规定的运动。

表1 本研究实验对象基本情况一览表Table 1 A List of All Subjects

1.2 实验方法

1.2.1 训练方案

1.训练计划

在训练期内实验组、对照组均按照相同的训练计划严格执行，进行1 h/次，3次/周，共计8周的腰腹肌力量训练。

热身及放松内容：如两人互压肩、躯干屈伸、左右旋转等；热身时长15 min；双人互静态压肩、静态互背，各持续20 s，或垫上放松动作15 min。

训练内容：初始负荷为20%的体重，每2周按2%体重递增负荷。10次/组，共6组；组间休息2 min；第一个月训练组数按2～4组增加或者降低。实验组腰部前后顺时针、逆时针旋转交替进行。对照组腰部前后水平屈伸同样静态负荷、组数次数。训练时间为15：00～17：00或者19：00～21：00。

训练注意事项：训练注意安全，保护措施加强，随时询问被试个人感受，定期进行谈话；第二月训练组数增加为4～6组，根据情况增减训练量或者强度，并做好训练记录。

2.训练动作要求

训练动作要求：身体直立,每一动作手臂固定，两脚与肩同宽，膝关节、踝关节运动中保持固定不变，杠铃轴和肚脐同高，躯干保持正直，腰部必须水平屈伸运动，且先慢后快，被试在训练人员统一指挥下训练，不允许单独训练。

1.2.2 实验器材

训练器械及测试仪器：惯性杠铃、普通杠铃、西门子3.0T MRI扫描仪；配重杠铃片若干，1 kg/片(图1)。

图1 本研究训练器械及测试仪器示意图Figure 1. Training Machine and Test Instrument

1.2.3 实验测试过程

1.成像方法

被试仰卧位于磁共振中，采用3.0T MRI,用标准躯干线圈作发射和接收线圈(图2)。进行常规磁共振成像扫描，梯度场40 mT/m，切换率200 T/m/s，所有被试均先行常规躯干T1WI、T2WI扫描。具体扫描顺序为：1)localizer人体扫描定位；2)localizer进一步人体扫描定位用；3)T1_fl2d_tra_mbh_320进行L1到L5 T1结构像，用于分析肌肉形态和面积，采用屏气测试。T1_fl2d_tra_mbh_320扫描参数如下：扫描重复时间TR=100 ms；回波时间TE=2.5 ms；片厚silce thickness=3.0 mm，扫描层数=50层，层与层之间的间隔是30%(0.9 mm)，扫描的视野FOV=380×296，扫描矩阵=384×384，扫描平均次数=1 ，由于有屏气，时间不确定，扫描时间大约为10 min。T2WI扫描参数:TR/TE=2 400/13.8 ms，层厚2 mm，间隔0.9 mm，矩阵 256×256， FOV=350×350 mm，NEX=l。

2.数据处理

选择感兴趣肌肉MROI(Muscle Region of Interest)。取第四腰椎(L4)横断面共16块肌肉:左腹直肌(Left Rectus Abdominis，LRA)、右腹直肌(Right Rectus Abdominis，RRA)、左腹外斜肌(Left External Oblique，LEO)、右腹外斜肌(Right External Oblique，REO)、左腹内斜肌(Left Internal Oblique，LIO)、右腹内斜肌(Right Internal Oblique，RIO)、左腹横肌(Left Transverse Abdominis，LTA)、右腹横肌(Right Transverse Abdominis，RTA)、左腰大肌(Left Psoas Major，LPM)、右腰大肌(Right Psoas Major，RPM)、左腰方肌(Left Quadratus Lumborum，LQL)、右腰方肌(Right Quadratus Lumborum，RQL)、左竖脊肌(Left Erector Spinae，LES)、右竖脊肌(Right Erector Spinae，RES)、左多裂肌(Left Multifidus，LM)、右多裂肌(Right Multifidus，RM)。

由两位医生确定所有的MROI区域，其中一位确定所选肌肉精确的区域。MROI区域应包含有所选肌肉的所有肌纤维，避免脂肪组织、邻近肌肉组织或其他组织包含其中。为确保前、后测试肌肉位置一致性，测试前、后均以第十二胸椎和第一腰椎交界中间位置作为起始位置的标志，向下扫描所有的腰椎，共计扫描50层。前、后扫描由同一磁共振仪、同一磁共振成像专业技术人员确定测试。所有肌肉的CSA值以均数±标准差的形式表示，单位为平方毫米(mm2)。肌肉的CSA测量分别独立地由一位不知道临床及常规影像结果，且不了解被试训练、分组情况的磁共振成像专业技术人员A和一名运动人体科学专业人员B根据医生所确定的各块肌肉位置，应用ImageJ软件任意放大处理图片，测量肌肉CSA值(图2)[5,46]。分析第四腰椎位置连续两张片子，共120片，每片有16块完整肌肉的横断面。测试人员A独立勾画120张片子轮廓1次；测试人员B独立勾画120张片子中的104张轮廓2次，这2次测试时间间隔1个月。其中，104片肌肉的CSA取测试人员A、B共计3次的均值。16片取测试人员A的1次测试值。

3.肌肉体积计算方法

应用3次测试肌肉CSA平均值计算肌肉体积，根据Christopher等[14]和Ryan等[48]采用的肌肉体积计算方法，公式如下：

(1)

其中，V代表肌肉体积，p和d分别代表MRI扫描第p和第d片数，△x代表片厚，CSAi、CSAi-1分别代表连续两片肌肉横截面面积。

1.4 统计方法

应用SPSS 15.0统计软件进行分析。组内应用配对样本t检验，组间应用两独立样本t检验。信度的检验应用ICC(intra(inter)-class correlation coefficient)指标；统计学具有显著性差异的标准为P<0.05，非常显著性的标准设为P<0.01。

2 结果

在3.0T MRI中，根据L4MRI肌肉水平横断面、额状面、矢状面定位，扫面L1-L5腰椎范围(图2)。

两人分别独立完成测试数据之间的信度(ICC)结果(表2)，观察到同一人(B)测试的信度均值ICC为0.99，95%置信区间(Confidence interval，CI)(0.99,1)，P=0.000；不同测试人员(A和B)(Inter-class correlation coeficient)ICC均值为0.99(95%CI)(0.99,1)，P=0.000。

图2 本研究MRI测试示意图Figure 2. MRI Test

实验组和对照组前后测试L41CSA值组间无显著性差异(前测P=0.27，后测P=0.19，图3)；实验组、对照组L41CSA前后测试数据均具有非常显著性差异(P=0.000，图4、图5)；实验后实验组、对照组△CSA%[△CSA%=(实验组后测CSA-实验组前测CSA)/实验组前测CSA]具有非常显著性的差异(P=0.000，图6)。实验后实验组、对照组△V%[△V%=(实验组后测V-实验组前测V)/实验组前测V]亦具有非常显著性的差异(P=0.000，图7)。

表2 本研究同一和不同测试人员ICC值一览表Table 2 The Same and Different Testers ICC Value

注：95%CI。

图3 本研究实验前、后实验组、对照组L41CSA比较示意图Figure 3. The Comparison of the Experimental Group and Control Group L41CSA before and after Experiment

注：IBB：Inertia Barbell Before；IBA：Inertia Barbell After；NBB：Normal Barbell Before；NBA：Normal Barbell After，下同。

注：**表示具有非常显著性差异。

图6 本研究实验组、对照组△CSA%示意图Figure 6. The Comparison of the Experimental Group and Control Group △CSA%

图7 本研究实验组、对照组实验后各肌肉△Vi百分比比较示意图Figure 7. The Comparison of the Experimental and Control Group after the Experiment Muscle △ Vi Percentage

3 分析与讨论

肌肉量的测量在许多疾病的诊断与治疗中起到关键作用[21]，如在一些小动脉或下肢动脉疾病导致下肢血流减少的病人中，普遍观察到下肢肌肉萎缩或者肥大[8,36,41,42]。那么，因训练和年龄因素导致的肌肉量、力量变化和功能关系的评价，肌肉量测量也是至关重要的[2,52]。

已有的研究证实，MRI影像学适合于骨骼肌、脂肪组织等的测量，如MRI估计的腹内脂肪组织质量和人体尸体解剖得到的结果几乎一致，误差范围为-0.066 kg和+0.218 kg[3]。MRI在动物活体肌肉体积的测量和尸体解剖测量数据高度相关已被证实[59]。上述结果说明MRI作为肌肉等软组织的检查技术精度较高，尤其是发展到现在的3T磁共振仪精度更高，且可在三维空间对人体任何局部实现同步探测。

根据本研究训练时动作要求：杠铃轴和肚脐同高，躯干保持正直，腰部必须水平屈伸运动，在此位置对于腰部的第四腰椎冲击较大，虽然研究者做了腰部L1～L5的扫描，在本研究中主要分析L4部位所对应的腰腹部肌肉形态。

在肌肉CSA测量过程中，同一张MRI影像片子，即使同一测试人员2次测试，也难以勾出相同的肌肉轮廓，但只要测试人员按照相同的判断标准，精心解析数据，误差就可以极大的被减少。同时，将同一人或不同人员多次测试结果作平均化处理，也可减少人为测量误差。从统计学的角度来分析，同一片子同一测试人员两次次解析数据或不同测试人员解析数据间只要不具有统计学上的显著性差异，也可保证解析数据的信度。应用△CSA%、△V%标准化处理，也可消除一定的勾画误差，去除脂肪、血管等因素的影响，量化训练引起的变化会更加可取。本研究由一名医生和一名运动人体科学专业人员按照统一标准，分别独立解析，正是遵循以上做法，保证数据间ICC较高。

在腰椎屈伸运动中，无论是普通杠铃还是惯性杠铃训练，对腰腹肌来说均是一种力量训练。实验组、对照组腰腹肌肌肉量的增长说明这两者对于人体的腰腹部肌肉具有一定的增强效果，但为什么会存在实验后两组之间的△CSA%、△V%非常显著性差异，值得探究。

对躯干肌肉的训练中，利用Bodyblade振动棒等器械训练，主要强调动态或非稳态下的训练，其理论依据为动态非稳环境增加对中枢神经系统的刺激，从而提高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的难度和复杂性，拓展了力量训练范围。Kohler 等[33]发现，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的健美运动员，随着非稳性的增加，能承受的外部负荷逐渐下降。Willardson 等[57]在研究中也给出了类似结果。Anderson 等发现，瑞士球上卧推胸大肌的最大输出力值，比在固定凳子上的降低60%[7]。McBride等发现，在平衡盘上蹲举最大力量和发力率分别是站在稳固地面上的45.6%和40.5%[40]。显然，这些方法存在不足，主要因为在非稳条件下难以加大外部负荷，很难大幅提高绝对力量。

惯性杠铃对于腰腹肌训练可弥补这一不足。 由于惯性杠铃的特殊结构，可调节摆锤杆长度、摆锤重量以改变偏心摆的惯性力；稳定站立使用时，可变化摆长，可在主杆上增减杠铃片。也可在摆锤上增减杠铃片；杠铃训练是由被试自主控制，被试按照先慢后快的顺序训练，神经中枢发指令给运动神经元，支配腰腹部肌肉群收缩，腰部做屈伸运动，继而，腰腹部的感觉神经元将杠铃的刺激反馈给神经中枢，大脑根据刺激信息来调节参与肌肉的多少及收缩速度，以适应内、外部刺激，做出动作的调整。惯性杠铃对于腰腹部的肌肉进行多维度刺激，且可逐步加大外部负荷及运动速度，使腰腹部动作具有更大刺激干扰，腰腹部肌肉刺激加大，神经肌肉控制能力训练得到增强，中枢激活提高。当然，也可在不稳定环境下训练。

相比较普通杠铃和惯性杠铃，相同的训练负荷配比、训练密度、训练量，若在静态情况下，二者作用相近。根据本实验动作要求，普通杠铃对人体腰腹部冲击力主要在矢状面内水平方向，即和矢状轴平行；由于惯性杠铃的特殊结构，可调节摆锤杆长度、摆锤重量以改变偏心摆的惯性力。稳定站立使用时，可变化摆长，可在主杆上增减杠铃片，也可在摆锤上增减杠铃片，动态情况下，由于惯性杠铃摆锤有一定的旋转半径，对腰腹部的干扰惯性力力矩较大，人体作用力越大，该惯性力力矩作用更大，且惯性杠铃自身重量、摆锤重量及科氏加速度所产生的合外力在矢状面内方向在时刻变化，即从矢状面内各个方向反作用于人体，对腰腹部肌肉的激活作用更明显，腰腹部肌肉量变化更大，这也验证了研究者的假设。同样的静态负荷能产生较大的动态负荷，同时又具有普通杠铃的结构简单、操作便捷等特性，作为一种新型的腰腹肌训练器械。

对于躯干重力方向作用而言，普通杠铃、惯性杠铃配比人体体重的20%～26%负荷训练无疑是小负荷。当水平方向力作用于人体腰椎时，对人造成的腰椎剪切力作用较大。Michael等研究表明，鉴于骨骼韧带性质，从未在活体上测量脊柱对抗的剪力，那些基于解剖和EMG记录的模型显示，腰肌活动将脊柱剪力限于250 N之内[43]。本次实验也无法测出腰腹部腰椎的剪力负荷大小，但通过预实验，遵循循序渐进的力量训练原则，根据人体的负荷训练感受确定出本实验负荷配比，即两种杠铃起始负荷为20%自重，每两周增加2%自重，至最大26%自重结束。本实验中被试最轻体重为59 kg，杠铃负荷范围约为12～15 kg；被试最重体重为83 kg，负荷范围约为17～21 kg。本研究中由于腰腹部运动速度按照3 Hz节拍器控制，研究者估计该负荷范围，若按照一个重力加速度g计算，除以250 N，对于腰腹部水平方向作用力为中等负荷(48%～84%)。有研究表明，小负荷强度(20% 1-RM)结合肌肉静脉血流限制训练，产生肌肉肥大和力量增长，同时肌肉活检得到肌纤维Ⅰ类、Ⅱ类的CSA分别增加了5.9%和27.6%[60]。Yasuda等应用30% 1-RM结合血流限制训练，表明实验组的上肢、胸肌的肌肉厚度和最大力量显著性的增加，分别为8%、16%和6%[53]。

腰椎周围的肌肉具有使腰椎产生运动及对脊柱加固作用。肌肉的CSA和肌肉力量成比例[29]，腰腹部肌肉的训练对于治疗和预防下背的损伤具有较好的效果[13，54]。本研究中，训练导致腰腹部肌肉量较大变化的原因除了惯性杠铃的结构导致的较大外部力学刺激外，从生理学分析，认为内源性的合成激素增加也可能导致变大的发生，如生长激素(GH)和IGF-1增加。虽然本研究中并没有测量这些激素的变化，但已有研究表明[4，20]，血流限制小负荷强度训练后，血清GH和IGF-1增加。血液中的GH增加刺激了肝脏中的IGF-1释放到血液循环中，血液中的IGF-1增加，同时促使肌肉中合成代谢增强[11，39]。当蛋白质的合成代谢增强时，发生蛋白质的增加和收缩蛋白质的累积，产生肌肉肥大[53]；腰腹肌训练后蛋白质的合成代谢是肌肉肥大产生的的主要原因。

在测试前、后，本研究对所有被试做过口头询问调查，被试均反应机能状况良好，无肌肉组织炎症反应，无肌肉损伤出现，MRI测试是在被试休息2天后进行的，所以，肌肉量变化可以排除肌肉肿胀、炎症或损伤引起的改变，即本研究中被试腰腹肌CSA、V的增大是正常训练导致的结果。

本研究存在局限性：1)缺少腰椎肌肉受力模型的分析。2)测试位置的限制，在应用每块肌肉CSA时，其值和解剖横断面(ACSA)、生理横断面(PCSA)值并不一致，主要是由于许多肌肉纤维拉力线并非完全垂直于MRI扫描横断面。Jorgensen等[26，27]发现，在MRI扫描中，身体姿势由直立位变换为侧卧位时，腰部伸肌CSA随着躯干向前屈曲的增加而减小。本研究中被试是在仰卧位测试，腰腹肌大部分肌肉(除了腹横肌)的纤维走向和脊柱纵轴都有较小的夹角，研究者未将其CSA和解剖横断面ACSA、生理横断面PCSA值作转化，故所测数据仅适用于相同姿势测试时参考。3)本实验只针对一种半径的惯性杠铃研究，对于其他不同半径的惯性杠铃训练效果缺乏对比研究。

本研究腰腹肌CSA和体积实验组相对于对照组增加更显著，说明惯性杠铃产生的负荷更高。腰腹肌训练效果较佳，但风险同时增加，考虑到训练安全，建议在惯性杠铃训练中，需根据受试对象的机能特点选择负荷比例，遵循循序渐进的训练原则，防止损伤发生。同时，建议在以后的研究中可考虑增加女性被试组，也可增加中老年人被试组，对于惯性杠铃的应用范围加以拓展。以后的研究中还可增加不同半径的惯性杠铃训练，开发出最优化产品，为竞技体育和全民健身服务。

4 结论

作为一种新型训练器械，惯性杠铃对腰腹肌训练具有一定的优势，为躯干肌肉训练和康复提供了新的可选方法。

[1]陈金鳌,相建华,陈琉.年龄和性别因素对力量训练后肌肉量变化的影响[J].体育科学,2011,31(9):57-62.

[2] AAGARD P,ANDERSEN J L,DYHRE-POULSEN P,etal.A mechanism for increased contractile strength of human pennate muscle in response to strength training:changes in muscle architecture[J].J Physiology,2001,534(Pt.2):613-623.

[3]ABATE N,BURNS D,PESHOCK R M,etal.Estimation of adipose tissue mass by magnetic resonance imaging:validation against dissection in human cadavers[J].J Lipid Res,1994,35(8):1490-1496.

[4]ABE T,YASUDA T,MIDORIKAWA T,etal.Skeletal muscle size and circulating IGF-1 are increased after two weeks of twice daily “KAATSU” resistance training[J].Int J KAATSU Training Res,2005,(1):6-12.

[5]ABRAMOFF M D,MAGELHAES P J,RAM S J.Image processing with Image[J].Biophotonics Int,2004,11:36-42.

[6]AKIMA H,KAWAKAMI Y,KUBO K,etal.Effect of short-duration spaceflight on thigh and leg muscle volume[J].Med Sci Sports Exe,2000,32(10):1743-1747.

[7]ANDERSON K G,BEHM D G.Maintenance of EMG activity and loss of force output with instability[J].J Strength Cond Res,2004,18(3):637-640.

[8]ASLAM F,HAQUE A,FOODY J,LEE L V.Peripheral arterial diseas current perspectives and new trends in management[J].South Med,2009,102(11):1141-1149.

[9]BARKER K L,SHAMLEY D R,JACKSON D M.Changes in the cross-sectional area of multifidus and psoas in patients with unilateral back pain[J].Spine,2004,29(22):515-519.

[10]BROWN S C,PIERCY R J,MUNTONI F,etal.Investigating the pathology of Emery-Dreifuss muscular dystrophy[J].Biochem Soc Trans,2008,36(Pt 6):1335-1338.

[11]BORST S E,DE HOYOS D V,GRAZARELLA L,etal.Effects of resistance training on insulin-like growth factor-I and IGF binding proteins[J].Med Sci Sports Exe,2001,33(4):648-653.

[12]CALUM G,MACGILLIVRAY T J,EELEY C,etal.Magnetic resonance imaging with k-means clustering objectively measures whole muscle volume compartments in sarcopenia/cancer cachexia[J].Clin Nutrition,2011,30(1) :106-111.

[13]CARTER J M,BEAM W C,MCMAHAN S G,etal.The effects of stability ball training on spinal stability in sedentary individuals[J].J Strength Cond Res,2006,20(2):429-435.

[14]CHRISTOPHER J H,KENT-BRAUN J A,CALDWELL G E.Contractile and non-contractile tissue volume and distribution in ankle muscles of young and older adults[J].J Biomechanics,2011,44(12):2299-2306.

[15]CRONIN J,CREWTHER B.Training volume and strength and power development[J].J Sci Med Sport,2004,7(2):144-155.

[16]DION E,CHERIN P.Use of muscular MRI in inflammatory myopathies[J].Rev Med Interne,2004,25(6):435-441.

[17]ENGSTROM C M,WALKER D G,KIPPERS V,etal.Quadratus lumborum asymmetry and L4 pars injury in fast bowlers:a prospective MR study[J].Med Sci Sports Exe,2007,39(6):910-917.

[18]FOLEY S,DING C,CICUTTINI F,JONES G.Physical activity and knee structural change:a longitudinal study using MRI[J].Med Sci Sports Exe,2007,39(3):426-434.

[19]FROTALER A,COUPAUD S,PERRET C,etal.Effect of detraining on bone and muscle tissue in subjects with chronic spinal cord injury after a period of electrically-stimulated cycling:a small cohort study[J].J Rehabil Med,2009,41(4):282-285.

[20]FUJITA S,ABE T,DRUMMOND M J,etal.Blood flow restriction during low-intensity resistance exercise increases S6K1 phosphorylation and muscle protein synthesis[J].J Appl Phys,2007,103(3):903-910.

[21]GERD B,VIJAY N,ERIC Y,etal.Automatic quantification of muscle volumes in magnetic resonance imaging scans of the lower extremities[J].Magnetic Res Imaging,2011,29(8):1065-1075.

[22]GOODPASTER B H,STENGER V A,BOADA F,etal.Skeletal muscle lipid concentration quanti?ed by magnetic resonance imaging[J].Am J Clin Nutr,2004,79:748-754.

[23]GOYENVALLE A,VULIN A,FOUGEROUSSE F,etal.Rescue of dystrophic muscle through U7 snRNA-mediated exon skipping[J].Sci,2004,306(5702):1796-1799.

[24]GUILLET C,BOIRIE Y.Insulin resistance:a contributing factor to age-related muscle loss?[J].Diabates Metab,2005,31(2):5S20-5S26.

[25]HANSEN R D,WILLIAMSON D A,FINNEGAN T P,etal.Estimation of thigh muscle cross-sectional area by dual-energy x-ray absorptiometry in frail elderly patients[J].Am J Clin Nutr,2007,86(4):952-958.

[26]JORGENSEN M J,MARRAS W S,GUPTA P.Cross-sectional area of the lumbar back muscles as a function of torso ?exion[J].Clin Biomechanics,2003a,18(4):280-286.

[27]JORGENSEN M J,MARRAS W S,GUPTA P,etal.Effect of torso ?exion on the lumbar torso extensor muscle sagittal plane moment arms[J].The Spine J,2003b,3(5):363-369.

[28]JUBRIAS S A,ODDERSON I R,ESSELMAN P C,etal.Decline in isokinetic force with age:muscle cross-sectional area and specific force[J].Pflugers Arch,1997,434(3):246-253.

[29]KANG C H,SHIN M J,KIM S M,etal.MRI of paraspinal muscles in lumbar degenerative kyphosis patients and control patients with chronic low back pain[J].Clin Radiology,2007,62(5):479-486.

[30]KENT-BRAUM J A,NG A V,YOUNG K.Skeletal muscle contractile and noncontractile components in young and older women and men[J].J Appl Phys,2000,88(2):662-668.

[31]KERRIE E,KATHRYN M R,ROGER A.Trunk muscle endurance tests:Reliability,and gender differences in athletes[J].J Sci Med Sport,2007,10(6):447-455.

[32]KLEIN C S,MARSH G D,PETRELLA R J,etal.Muscle fiber number in the biceps brachii muscle of young and old men[J].Muscle Nerve,2003,28(1):62-68.

[33]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 Condition Res,2010,24(2):313-321.

[34]KONISHI Y,IKEDA K,NISHINOA,etal.Relationship between quadriceps femoris muscle volume and muscle torque after anterior cruciate ligament repair[J].Scand J Med Sci Sports,2007,17(6):656-661.

[35]KWANG J K.Effects of Core Musde Strengthening Training on Flexibility,Muscular Strength and Driver Shot Performance in Female Professional Golfers[J].Inte J Appl Sports Sci,2010,22(1):111-127.

[36]LE F A,ABRAHAM P,JAQUINANDIV,etal.Measurement of walking distance and speed patients with peripheral arterial disease:a novel method using a glob positioning system[J].Circulation,2008,117(7):897-904.

[37]LEBLANC A,LIN C,SHACKELFORD L,etal.Muscle volume,MRI relaxation times(T2),and body composition after spaceflight[J].J Appl Phys,2000,89(6):2158-216464.

[38]LEE C E,MCARDLE A,GRIFFITHS R D.The role of hormones,cytokines and heat shock proteins during age-related muscle loss[J].Clin Nutr,2007,26(5):524-534.

[39]MARX J O,RATAMESS N A,NINDL B C,etal.Low-volume circuit versus high-volume periodized resistance training in women[J].Med Sci Sports Exe,2001,33(4):635-643.

[40] MCBRIDE J M,CORMIE P,DEANE R.Isometric squat force output and muscle activity in stable and unstable conditions[J].J Strength Cond Res,2006,20(4):915-918.

[41]MCDERMOTT M,HOFF F,FERRUCCI L,etal.Lower extremity ischemia,calf skeletal muscle characteristic and functional impairment in peripheral arterial disease[J].J Am Geri Soc,2007,55(3):400-406.

[42]MCDERMOTT M M,FERRUCCI L,GURALNIK J,etal.Pathophysiological changes in calf muscle predict mobility loss at 2-year follow-up in men and women with peripheral arterial disease[J].Circulation,2009,120(12):1048-1055.

[43]MICHAEL A A,NIKOLAI B,KIM B,etal.腰痛的生物力学[M].北京：北京大学医学出版社,2005:88-89.

[44]PELLETIER C A,HICKS A L.Muscle characteristics and fatigue properties after spinal cord injury[J].Crit Rev Biomed Eng,2009,37(1-2):139-164.

[45]QIN W,BAUMAN W A,CARDOZO C.Bone and muscle loss after spinal cord injury:organ interactions[J].Ann N Y Acad Sci,2010,1211:66-84.

[46]RASBAND W S.ImageJ.National Institutes of Health; Bethesda,Maryland,USA:1997-2007[EB/OL].http://rsb.info.nih.gov/ij/.

[47]ROUBENOFF R.,HUGHES V A.Sarcopenia:current concepts[J].J Gerontology Series A:Biological Sci Med Sci,2000,55(12):M716-M724.

[48]RYAN C,JANE A,KENT-BRAUN,etal.Use of MRI for volume estimation of tibialis posterior and plantar intrinsic foot muscles in healthy and chronic plantar fasciitis limbs[J].Clin Biomech,2012,27(5):500-505.

[49]SCHICK F,MACHANN J,BRECHTEL K,etal.MRI of muscular fat[J].Magn Res Med,2002,47(4):720-727.

[50]SEO A,LEE J H,KUSAKA Y.Estimation of trunk muscle parameters for a biomechanical model by age,height and weight[J].J Occupational Health,2003,45(4):197-201.

[51]STEFANIA M,ILEANA Z,ALFONSO M,etal.Hind limb muscle atrophy precedes cerebral neuronal degeneration in G93A-SOD1 mouse model of amyotrophic lateral sclerosis:A longitudinal MRI study[J].Experimental Neurology,2011,231(1):30-37.

[52]THOM J M,MORSE C I,BIRCH K M,etalTriceps surae muscle power,volume,and quality in older versus younger healthy men[J].J Gerontology Series A—Biological Sciences Med Sci,2005,60(9):1111-1117.

[53]TOMOBIRO Y,SATOSH F,RIK O,etal.Effects of low-intensity bench press training with restricted arm muscle blood ?ow on chest muscle hypertrophy:a pilot study[J].Clin Physiol Funct Imaging,2010,30(5):338-343.

[54]VERHAGEN E,VAN D B A,TWISK J,etal.The effect of a proprioceptive balance board training program for the prevention of ankle sprains[J].Am J Sports Med,2004,32(6):1385-1393.

[55]VERRALL G M,SLAVOTINEK J P,BARNES PG,etal.Assessment of physical examination and magnetic resonance imaging findings of hamstring injury as predictors for recurrent injury[J].J Orthop Sports Phys Ther,2006,36(4):215-224.

[56]VISSER M,KRITCHEVSKY S B,GOODPASTER B H,etal.Leg muscle mass and composition in relation to lower extremity performance in men and women aged 70 to 79:The Health,Aging and Body Composition Study[J].J Am Geriatr Soc,2002,50(5):897-904.

[57]WILLARDSON J M,FONTANA 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.

[58]WONG M,MARTIN L J.Skeletal muscle-restricted expression of human SOD1 causes motor neuron degeneration in transgenic mice[J].Hum.Mol.Genet,2010,19(11):2284-2302.

[59]WU E X,TANG H,TONG C,etal.In vivo MRI quanti?cation of individual muscle and organ volumes for assessment of anabolic steroid growth effects[J].Steroids 2008,73(4):430-440.

[60]YASUDA T,ABE T,SATO Y,etal.Muscle fiber cross-sectional area is increased after two weeks of twice daily KAATSU-resistance training[J].Int.J.KAATSU Training Res.,2005,108(1):147-155.

[61]YOUNG A.Ageing and physiological functions[J].Phil Trans R Soc Lond B,1997,(1363):1837-1843.

Impact on the Lumbar Muscles Morphological Characteristics by Inertia Barbell Training

SUN Ming-yun1,LIU Yu2,LV Jian-qiang2

Objective:To quantify the high field strength MRI inertia barbell training on lumbar muscle cross-sectional(CSA) and volume (V) whether the changes of the lumbar muscles have a larger growth and to explore the mechanism of this change.Methods:A total of 30 healthy male college students were recruited,subjects were randomly divided into two groups:the experimental group-inertia barbell training group and the control group-regular barbell training group;1 hour / time,3 times / week,a total of eight weeks of the lumbar flexion and extension muscle strength training.Respectively before and after the experiment were asked to sit at MRI,the use of 3.0T superconducting magnetic resonance imaging system (Siemens Magnetom Trio,Tim System,MRI) scan lumbar.ImageJ software application manual processing muscle cross-sectional area of the CSA (cross-sectional area,CSA),applied several tests of muscle CSA averaging muscle volume V (Volume,V).Cronbach's test application ICC (intra (inter)-class correlation coefficient) indicators;Paired samples T-test was applied within group and independent samples T-test was applied between different groups.Results:We got independently reliability (ICC) of the test data of the same or different testers,observed the same person (B) reliability tests mean (intra-class correlation coefficient-ICC) was 0.99,95% confidence interval (Confidence interval,CI) (0.99,1),P=0.000;different testers (A and B) (Inter-class correlation coeficient) ICC mean was 0.99 (95% CI) (0.99,1),P=0.000.There was no significant difference in value of fourth lumbar CSA between experimental and control groups before and after the test (pre-testP=0.27,post-testP=0.19);The fourth lumbar CSA data of with in the experimental group and control group has a very significant difference before and after the test (P=0.000);The △ CSA%,△ V% of lumbar muscles between the experiment group and control group have a very significant difference (P=0.000).Conclusion:As one of new training equipment,inertial barbell lumbar has certain advantages for the training and rehabilitation of trunk muscles and provide one of the new alternative methods for trunk muscles training and rehabilitation.

lumbarmuscles;musclecross-sectionalarea;musclevolume;inertiabarbell

1000-677X(2015)04-0058-08

10.16469/j.css.201504007

2014-11-02；

2015-03-03

上海市科学技术委员会资助项目(11510503100)；安徽省教育厅、财政厅高等教育振兴计划人才项目(2013189)；安徽省体育教育专业综合改革试点项目(2014zy152)；安庆师范学院科研启动资金资助(K05000130036)。

孙明运(1972-)，男，陕西蓝田人，助理研究员，博士，主要研究方向为运动生物力学，E-mail:smy0072008@126.com；刘宇(1959-)，男，河北张家口人，教授，博士，博士研究生导师，主要研究方向为运动生物力学、体育工程、老年人运动健康促进，Tel：(021)51253571，E-mail：yuliu@sus.edu.cn。

1.安庆师范学院 体育学院，安徽 安庆 246133;2.上海体育学院，上海 200438 1.Anqing Normal University,Anqing 246133 China;Shanghai University of Sport,Shanghai 200438,China.

G804.6

A