下肢振动训练对功能性踝关节不稳的影响研究①

黄鹏吕倩楠陈子嫣景玮祎段梦楠汪德勇李玉（.北京体育大学运动康复系;.北京体育大学研究生院 北京 00084）



下肢振动训练对功能性踝关节不稳的影响研究①

黄鹏1吕倩楠1陈子嫣1景玮祎1段梦楠1汪德勇2李玉2
（1.北京体育大学运动康复系;2.北京体育大学研究生院 北京 100084）

摘 要：目的 通过对24名功能性踝关节不稳（FAI）患者分组采用8周下肢负重振动训练和常规训练相对照，观察受试者在进行振动训练前后踝关节稳定性改善的效果。方法 选取符合条件的FAI患者24名，随机平均分为振动训练组和常规训练组进行8周的训练，并进行前后对照，其中常规训练组采用Biodex平衡训练仪等进行平衡训练，振动训练组在平衡训练的基础上加用下肢负重振动训练，在训练前后通过Biodex动静态平衡仪测试动态平衡指数，以及通过Biodex等速肌力测试仪测试踝关节肌力进行比较。结果 振动训练组OSI、APSI、MLSI等三项数值均有显著性差异。振动训练使踝关节屈伸肌群相对最大功率均提高，肌肉爆发力增强。其中对踝关节跖屈肌群相对最大功率提高幅度大于背屈肌群相对最大功率的提高幅度。振动训练使踝关节跖屈和背屈肌群相对峰值力矩均有提高，其中跖屈肌群的提高效果更显著。结论 振动训练通过增强踝关节跖屈和背屈肌群的力量增加了踝关节的稳定性，对功能性踝关节不稳定的康复有积极的作用。

关键词：振动训练 功能性踝关节不稳定 动态平衡 踝关节肌力

踝关节损伤是运动损伤中发病率较高的伤病之一。踝关节韧带损伤大约占运动损伤的1/10、特别是在集体项目中，尤其是跳跃性等运动，如：篮球、足球、排球、手球、滑雪、田径，踝关节损伤占急性损伤的一半以上[1]。大多数的踝关节扭伤发生原因是身体失去重心，落地踩到别人的脚上或者被绊倒等时出现。由此可见，大多数踝关节损伤是由于踝关节不稳定引起的。

表1　受试者基本情况

表1　受试者基本情况

年龄/岁 　身高/cm 　体重/kg 　训练方法振动训练组(n=12) 　20.1±1.8 　176.3±14.3 　73.6±17.8 　平衡训练+振动训练常规训练组(n=12) 　19.8±2.0 　174.7±9.6 　75.1±12.3 　平衡训练

表2　单脚站立姿势稳定性测试各指标比较

注：*表示与训练前相比P＜0.05；#表示与常规训练组相比P＜0.05。

组别OSI 　APSI 　MLSI训练前 　训练后 　训练前 　训练后 　训练前 　训练后振动训练组（n=12） 0.62±0.23 　(0.58±0.23)*0.48±0.27 　(0.42±0.13)*　0.33±0.11 　(0.27±0.15)*常规训练组（n=12） 0.61±0.23 　0.60±0.47 　0.49±0.12 　0.45±0.26 　0.32±0.08 　(0.30±0.12)#

表3　实验前后踝关节屈伸肌群相对最大功率变化比较

表3　实验前后踝关节屈伸肌群相对最大功率变化比较

注：*表示与训练前相比P＜0.05。

组别跖屈背屈训练前 　训练后 　训练前 　训练后振动训练组（n=12） 　0.47±0.37 　(0.52±0.23)*　0.19±0.11 　0.20±0.08常规训练组（n=12） 　0.48±0.21 　0.47±0.31 　0.18±0.12 　0.18±0.09

表4　实验前后踝关节屈伸肌群相对峰值力矩变化比较

表4　实验前后踝关节屈伸肌群相对峰值力矩变化比较

注：*表示与训练前相比P＜0.05。

组别跖屈背屈训练前 　训练后 　训练前 　训练后振动训练组（n=12） 　0.67±0.28 　(0.75±0.40)*　0.35±0.31 　0.37±0.42常规训练组（n=12） 　0.68±0.35 　0.70±0.21 　0.36±0.18 　0.37±0.26

踝关节不稳分为结构性不稳（Mechanical Ankle Instability，MAI）和功能性不稳(Functional Ankle Instability，FAI）[2]，踝关节的稳定由其骨骼、韧带及有关的肌肉共同维持，其结构上的完整是稳定的必要条件。在外力作用下，踝关节骤然向一侧活动而超过其正常活动范围时，会引起关节周围软组织如：关节囊，韧带，肌腱等发生撕裂伤。这些踝关节损伤绝大部分由于踝关节不稳定造成的[3]。功能性踝关节不稳是指源于神经、肌肉性缺陷所导 致的主观感受性、反复发作的不稳定，特点是关节运动的随意控制失常，但关节运动幅度尚在正常范围内。虽然有研究认为一次严重的踝关节扭伤足以引起FAI，但大多数研究支持反复多次的踝关节扭伤史和自我感觉踝关节出现失控状况为判断FAI的主要因素。

振动力量训练法为目前较流行的一种力量训练方法。它是一种新兴的非传统的肌肉力量训练方法，是让受试者借助于专门设计的振动平台的振动刺激使人体产生适应性反应的外界干预方法[4]。它是一种利用机械振动引起肌肉振荡的训练方法。是最初的肌腱振动产生强直振动反射（Tonic Vibration Reflex，TVR）的修正形式。这种方法以提高中枢神经系统之间的协调型发展，可以对互相拮抗的屈肌和伸肌同时进行刺激，使屈伸肌的最大力量、爆发力的协调性、柔韧性等同时得到协调发展。近年来振动训练方法在国内外的体能训练、康复训练等众多领域得到广泛的推广应用，取得了一些积极的治疗和训练效果[5-9]。从作用机制上来看，振动训练区别于其他力量训练方法的最大特点是能够以相对较小的附加负荷有效地提高肌肉的最大力量、快速力量及力量耐力，而且，还会对人体的平衡能力、骨骼密度、柔韧能力及血液的刺激水平等产生正面影响[10]。研究振动训练对于肌肉力量、平衡能力的增强，从而改善踝关节稳定性的影响作用，也对踝关节损伤的预防作用具有重大意义，对提高部分项目的运动成绩有很大作用。

该实验旨在对体育院校学生踝关节损伤后功能性不稳定情况的进行调查筛选，通过小腿肌肉振动训练来提高小腿肌肉力量，观察振动训练对踝关节跖屈和背屈肌群力量的影响，以及常规平衡训练中加用振动训练后，对踝关节动态平衡能力的影响效果。探究振动训练对改善功能性踝关节不稳定的影响作用，增强其预防踝关节运动损伤的能力，并为探索运动损伤预防手段的创新提出理论支持与建议。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

研究对象选取某体育院校学生24名，既往曾发生踝关节扭伤，符合FAI诊断纳入标准者。

受试者纳入标准为：患者曾有踝关节扭伤史，过去6个月内未出现除踝关节之外的其它下肢疾患，过去3个月内未出现踝关节疾患。参加训练时身体健康，无神经和肌肉病症，无视觉和前庭功能障碍，无体弱和影响运动功能的全身性疾病，踝关节活动度正常。

符合纳入条件的受试者再通过中文版Cumberland踝关节功能评定问卷[11]（中文版CAIT问卷）进行筛选，筛选出单侧评分23以下的学生为受试者。最终研究对象选取某体育院校学生共24名。均为男性。随机分为两组进行训练。受试者基本情况见表1。训练前受试者均签署《受试者知情同意书》。

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料法

通过在图书馆、中国维普网、中文期刊全文数据库以及中国知网查阅有关国内外损伤预防、康复技术、训练方法等领域的相关书籍、报纸、期刊杂志和文献资料中关于“振动训练”“踝关节”“功能性踝关节不稳定”等关键词有关的文献资料。为该实验研究提供扎实的理论基础与依据。

1.2.2 调查问卷法

采用问卷调查的形式对受试者进行调查与选取。坎伯兰踝关节不稳问卷[11]（Cumberland Ankle Instability Tool，CAIT）包含与踝关节功能相关的9个问题，分值0～30分，≥28分提示踝关节稳定，而≤23即为功能性踝关节不稳（FAI），具有较高的信度和效度。调查内容包括受试者在过去的6个月里踝关节损伤的原因、程度、次数、频率以及损伤时所作运动、当时症状、紧急治疗方法和日常训练时对踝关节稳定性的预防措施。通过问卷调查筛选合适的受试者。并将通过该问卷进行后期的评估和随访。

1.2.3 实验法

受试者分成两组进行训练，常规训练组只进行平衡能力训练，振动训练组进行平衡能力训练的同时，加用振动训练。两组安排在相同的场地，训练时间相同。训练实验前后分别测试两组受试者的平衡能力指标和肌力指标，进行比较。

（1）振动训练法。

应用Power Plate振动训练仪进行振动训练实验。训练时有两种施加振动的方法。第一种，直接作用于肌腹或肌腱，到达目标肌肉或肌腱的振幅、频率值与振动源的初始值没有明显差异。第二种，振动间接地作用到目标肌肉，例如对四头肌进行振动训练时，受试者站在沿垂直方向振动的台面，同时接受其他阻力训练（如负重屈蹲）。振动刺激从台面通过下肢传输到四头肌，这种方法曾被成为“全身振动训练”[12]。由于该实验目的为观察振动训练对踝关节不稳定的影响，故在训练中采取全身振动训练的方法，并通过负重进行增强刺激。

振动训练时，要求受试者双脚分开与肩同宽，站立于振动训练仪中间，脚跟微抬，膝关节角度大约为150°。双手各握5 kg的哑铃。必要时可以倚靠振动训练仪栏杆以支撑身体，维持平衡。每次训练为：训练1 min，休息3 min。训练6组/次。训练3次/周，共进行8周。

（2）踝关节平衡训练方法和动静态平衡能力测试法。

平衡能力的测试仪器使用美国产Biodex Balance System，由于该测试仪也常用于平衡训练，所以两组受试者均使用Biodex进行平衡训练，使平衡训练方法取得两组间的一致性。测试中使用Biodex Balance System对受试者进行实验前后的姿势稳定性测试（Postural Stability）。选择测试项目，测试要求受试者脱鞋后单脚睁眼站立于测试台上。平台稳定等级8级，检测时间为20 s，重复3组，每次间歇10s，随着平衡能力提高逐步升级。双肩悬垂于躯干两侧（找到最能维持身体平衡的姿势与位置），足跟左边（F，11）、足跟与第3跖趾尖连线与矢状面呈0°夹角。在进行平衡测试测试时尽量保持平衡，可由设备得出OSI（整体稳定指数）、APSI（前后稳定指数）、MLSI（左右稳定指数）和在不同空间及不同象限数据分布的实际值以及标准实验值、偏差等结果数据。两组均为每周训练3次，共进行8周。

（3）踝关节肌力测试法。

应用美国产Biodex System3型多关节等速测试系统(Isokinetic Dynamometer)及康复系统（Biodex corporation）进行踝关节肌力测试。所有测试数据用Biodex Advantage软件进行分析。

目前，国内外研究人员在做等速测试时，为了更好地了解肌肉神经不同性能，一般选取15～60°/s作为慢速测试，反映肌肉的最大力量；用60～180°/s作为中速测试，反映测试者肌肉的最大做功能力；用180～300°/s作为快速测试，反映肌肉工作的功率及耐力[13]。本实验中为测试肌肉最大力量及做功情况，角速度选取60°/s。

测试方法为：受试者进行准备热身活动后开始测试。受试者坐姿，背部贴紧座椅背，髋、膝关节角度维持在45°左右屈曲位置，踝关节处于中立位置，并以皮带固定膝关节上方以及脚背。角速度选择60°/s，部位选择Ankle（踝关节）、方式选择Isokinetic(等速)、模式选择Plantar/Dorsi Flexibility（趾屈/背屈）、肌肉收缩形式选择CON/ECC（向心/离心）。让受试者尽全力进行3次最大趾屈背屈测试，每次测试做10个完整动作。取最大值记录数据。每次测试中间间隔60 s。

1.2.4 统计分析法

实验测试的所有数据均通过统计学原理，应用Microsoft Excel 2010软件统计实验数据，测试结果以平均值±标准差(¯x±s)表示。使用SPSS17.0进行统计分析，组间比较采用配对t检验法，组间比较采用单因素方差分析。显著性水平定义为：P＜0.05为显著性差异；P＜0.01表示差异性极显著。P＞0.05 表示无显著性差异。

2 实验结果

实验采用北京体育大学科研中心的Power Plate振动训练仪，以及运动康复系康复大厅的Biodex System 3 型多关节等速测试及康复系统和Biodex动静态平衡训练仪进行训练和测试。

2.1 振动训练对于踝关节总体姿势的控制能力变化的影响

两组受试者在振动训练前后均进行Biodex Balance System动静态平衡测试实验，测定两组的动态平衡能力的变化，详细情况见表2。

由表2可知，训练前振动训练组和常规训练组相比，OSI（整体稳定指数）、APSI（前后稳定指数）、MLSI（左右稳定指数）等三项数值均无显著性差异。

振动训练组12名受试者在进行8周的振动训练之后，以上三项指标数值均有所下降，可见踝关节对于总体姿势的控制能力均明显高于训练前。OSI（整体稳定指数）平均值降低6.45%、APSI（前后稳定指数）平均值降低12.5%、MLSI（左右稳定指数）平均值降低18.18%。

常规训练组的训练前后相比，APSI（前后稳定指数）和MLSI（左右稳定指数）较训练前有提高的趋势，但无显著性意义。但是训练后振动训练组的MLSI（左右稳定指数）和常规训练组相比有显著性差异。说明平衡训练和振动训练合用后效果要明显高于单用平衡训练的常规训练组。

2.2 振动训练对踝关节屈伸肌群相对最大功率变化的影响

功率是指肌肉收缩力与肌肉收缩速度的乘积，反映了肌肉做功的效率。常被作为评定运动员肌肉爆发力的首选指标。由于该指标与体重有着密切的联系，使得个体之间差异较大，所以一般都采用相对最大功率作为运动员肌肉爆发力的标准指标，即将最大功率绝对值和体重的比值作为相对最大功率变化相比较。两组受试者踝关节屈伸肌群相对最大功率变化情况见表3。

由表3可知，训练前的两组踝关节屈伸肌群的相对最大功率无明显差异，具有可比性。经过8周的训练，振动训练组训练后踝关节屈伸肌群相对最大功率均有提高。踝关节跖屈肌群相对最大功率平均值提高10.6%，有显著性差异。背屈肌群相对最大功率平均值提高5.26%，可见踝关节跖屈肌群的相对最大功率提高的更为明显。常规训练组训练前后变化不明显，无显著性差异。说明仅进行平衡训练对踝关节周围肌力恢复的作用不明显。

2.3 振动训练对踝关节屈伸肌群相对峰值力矩变化的影响

峰值力矩是指在整个关节活动中，肌肉收缩产生的最大力矩输出，即力矩曲线上最高一点的力矩值。它反映了在等速状态下肌肉短时间内收缩时所达到的最大值，是目前肌力测试中常用指标。因为峰值力矩与受试者的体重有密切的关系，这使得个体之间的差异比较大，为了进行准确的统计分析，我们这里采用了相对峰值力矩指标，即单位体重的峰值力矩，可以在不同体重受试者之间进行肌力比较。两组受试者踝关节屈伸肌群相对峰值力矩变化情况见表4。

由表4可知，两组受试者相对于训练前的踝关节屈伸肌群相对峰值力矩均提高。其中踝关节跖屈肌群相对峰值力矩平均值提高11.94%，有显著性差异。背屈肌群相对峰值力矩平均值提高5.71%。说明跖屈肌群提高的幅度更大，但无显著性差异。而常规训练组在训练前后踝关节屈伸肌群相对峰值力矩变化不明显。

3 分析与讨论

从实验研究结果可以看到，振动训练能够在一定程度上促进改善踝关节不稳定的情况。结合振动训练的原理和生理机制来分析本实验结果，并可以借助于相关文献资料解释说明。

3.1 振动训练对踝关节静态平衡能力影响的结果分析

通过实验数据结果可见，振动训练组在Biodex动静态平衡测试实验前后的OSI（整体稳定指数）、APSI（前后稳定指数）、MLSI（左右稳定指数）均有所下降，并具有显著性差异(P＜0.05)。表明受试者在站立位总体的平衡摆动摆幅和冠状轴、矢状轴的平均摆动摆幅均有所减小。提示踝关节的平衡能力指标增强。同时，参考在Biodex等速肌力测试实验中，踝关节屈伸肌群峰值力矩数值的提高也具有显著性差异，即踝关节总体的稳定性有所增强。对踝关节功能性不稳的受试患者来说功能得到了明显的改善。

究其原因，振动训练仪器在振动训练的时候，有一定的振动频率（30 Hz）、振动幅度（5 mm左右）、振动加速度（20 m/s2左右）。这些构成了一个较弱的不稳定平面，在振动训练的同时，人体通过本体感受控制整体平衡，经过8周训练，平衡能力得到了加强，也提高了踝关节对总体姿势的控制能力。

3.2 振动训练对踝关节跖屈和背屈肌力影响的结果分析

振动训练对于踝关节跖屈肌群的爆发力或者最大肌力提高方面，有显著性差异，但背屈肌群的差异性不显著。虽然，从背屈肌群平均值看出测试数据前后有变化，但是没有表现出统计学意义。

本实验中8周的全身振动训练为作用于整个下肢，对大肌群刺激效果比对小肌群强。针对该实验的实验设计来说，由于跖屈肌群从形态、肌力、肌张力等各方面都强于背屈肌群，在进行振动训练时，小腿部位小腿三头肌和腓骨长短肌的效果要强于胫骨前肌。使得本实验中跖屈肌部分指标变化较大，而背屈肌群指标虽有变化，但无显著性差异。跖屈肌群和背屈肌群做功能力和爆发力测试结果显著差异性不同，也可能和相应肌群肌肉体积大小、测试时维持站位姿势的情况有关。

3.3 振动训练对踝关节总体姿势的控制能力、踝关节屈伸肌力平衡程度综合分析

振动训练中，振动产生的刺激通过关节感受器（肌梭、腱器官、关节机械性感受装置等）传递到神经中枢，经分析综合后反馈给运动神经，引起肌肉活动。中枢神经系统调节的多突触非闭合传导途径能加强邻近肌肉（主要是协同肌）Ia运动神经元的兴奋，并且加强了突触后强化，因此协同肌运动单位募集的数量也相应增多，加强了主动肌和协同肌的协调性和同步性，也提高了中枢神经系统的协调性。Fox等发现振动刺激能同时激活腱器，它的兴奋能加强伸肌的活性，在主动肌和协同肌快速而有力地收缩的同时，腱器的兴奋使对抗肌及时地放松，提高了肌肉收缩的效率。

同时，振动训练在生理作用机制上与增强式训练法的牵张缩短循环(Stretch-Shortening Cycle，SSC)类似。通过弹性与牵张反射的影响以达到刺激神经肌肉系统的效果，使肌肉产生较大的爆发力[14]。

振动训练还会产生加速度。由牛顿第二定律：N=G+ma可以得知，在实际的运动过程中由于加速度引起的“超重”和“失重”，使负荷量在整个活动范围内时刻发生变化，在“超重”阶段运动员所承受的负荷量要远远大于实际承受的负荷量。由于振动产生加速度作用，在振动过程中存在一个动作方向的连续变化，即使不负重，也可通过台面快速和强烈的振动导致加速度变化。这一快速而强烈的振动引起了肌腱—肌肉的牵张反射，从而使肌肉在长度和张力方面发生改变。这些肌肉的收缩和舒张几乎完全是下意识的，通过反射弧并导致快速的神经肌肉运动学习，进而导致肌肉力量的快速发展。神经系统也要不断进行自身的调节以适应运动的需要，从而增加了神经系统的反应能力和灵活性。长时间接受类似刺激对提高机体的快速反应和应变能力具有良好的作用效果（神经—肌肉系统在实际的运动过程中募集更多的运动单位参加活动，以适应运动的需要）[15]。由于振动刺激产生加速度，从而对人体造成更大的刺激，根据力量增长的超负荷原则，使得肌肉的形态结构机能得到改变，肌肉的最大力量得到更有效的发展[16]。

需要注意的是本实验中还有一些影响实验结果的系统性误差和随机性因素，在做肌力测试时，受试者为了达到测试动作与要求，无意识地产生了腰部扭转和伸膝等代偿性动作，也可能影响到测试的结果，应该通过严格监督和姿势矫正来避免类似动作。希望后续相关实验测试人员加以注意。

4 结语

（1） 在常规平衡训练中加用振动训练，通过增强踝关节跖屈和背屈肌群的力量增加了踝关节的稳定性。振动训练对功能性踝关节不稳定的康复有积极的作用。

（2） 振动训练和平衡训练联合应用能够有效增强踝关节总体姿势的控制能力。OSI（整体稳定指数）、APSI（前后稳定指数）、MLSI（左右稳定指数）等三项数值均有显著性差异。

（3） 振动训练使踝关节屈伸肌群相对最大功率均提高，肌肉爆发力有所增强。其中对踝关节跖屈肌群相对最大功率提高幅度大于背屈肌群相对最大功率的提高幅度。振动训练使踝关节跖屈和背屈肌群相对峰值力矩均有提高，其中跖屈肌群的提高效果更显著。

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Research on Influence of Functional Ankle Instability with the Vibration Training to Lower Limb

Huang Peng2Lv Qiannan1Chen Ziyan1Jing Weiyi1Duan Mengnan1Wang Deyong2Li Yu2
(1.Sport Rehabilitation Department,Beijing Sport University;2.Graduate School,Beijing Sport University,Beijing,100084 China)

Abstract：Objective 24 functional ankle instability (FAI) patients were divided into two groups with 8 weeks of lower extremity weight-bearing vibration training and regular training,observation of subjects in vibration training before and after ankle stability improved.Methods 24 patients with FAI randomly for vibration training group and routine group for 8 weeks of training were compared,which routine group on the Biodex balance training apparatus for balance training,vibration training group on the basis of balance training and use of lower extremity weight-bearing vibration training,before and after the training by Biodex dynamic static balance test of dynamic balance index,and by Biodex isokinetic muscle strength testing instrument test muscular strength of ankle joint were compared.Results Combined Application of vibration training and balance training can effectively improve the overall posture of the ankle joint.OSI(overall stability index),APSI(before and after the stability index),MLSI(about the stability index) and other three values are significantly different.Vibration training the ankle flexors and extensors relative maximum power increased,muscle strength increased.The ankle plantar flexor relative maximum power was greater than flexors relative maximum power increase.Vibration training the ankle plantar flexion and dorsiflexion relative peak torque were improved.The plantar flexors enhances the effect is more significant.Conclusion Vibration training has a positive effect on the rehabilitation of functional ankle instability with the enhancement of ankle plantar flexion and dorsiflexion strength increases the stability of the ankle joint.

Key Words：Vibration training;Functional ankle instability FAI;Dynamic balancing ability; Muscle strength of ankle

作者简介：①黄鹏(1972—)，男，河北邯郸人，运动医学博士，副教授，研究方向：运动损伤康复。

DOI：10.16655/j.cnki.2095-2813.2016.01.010

中图分类号：G80-05

文献标识码：A

文章编号：2095-2813(2016)01(a)-0010-05