系统科学视角下八段锦锻炼整体涌现性研究

王训 王竹影

摘  要：通过系统科学的视角，从运动和生理学角度及八段锦本身的特点将八段锦练习分为不同子系统，通过研究不同子系统的相互耦合运动，以及以腹内压为系统主要的状态参量来定性地描述整个系统在分系统相互作用的过程中出现的整体涌现性。结果表明，八段锦练习过程是使练习者的3个系统（分别为呼吸活动系统、脊柱稳定系统和肢体自主运动系统）耦合达到涌现特征的、可以用状态量腹内压来刻画的人体有序程度增加的自组织过程。

关键词：系统科学  八段锦  涌现  腹内压

中图分类号：G849   文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）06（c）-0221-03

Abstract： Based on systems science theory， this paper studies 3 sub-systems of Baduanjin exerciser， including respiratory activity system， spine stability system and voluntary movement system. The study shows the 3 sub-systems of Baduanjin are interrelated and interact on each other， form a new self-organized system with wholeness and emergence， which can be described by transient variable of intra-abdominal pressure.

Key Words： Systems science; Baduanjin; emergence; Intra-abdominal pressure

八段锦源于中国古代的导引术，也是我国民族传统体育项目健身气功，突出形体活动、呼吸吐纳和心理调节的健身气功的一般特征。系统科学始于20世纪40年代，着眼于考察系统的整体涌现性，即系统组分之间按照某种方式相互联系形成系统，产生组分和组分总和所没有的新性质，这种非加和的新性质只有在系统整体中表现出来，一旦把整体还原为它的组分便不复存在，这种部分及其总和没有而系统整体具有的性质，叫作整体涌现性[1]。该文运用系统科学的方法研究八段锦运动中人体不同组分和子系统构成整体所可能达到的宏观涌现特性。

1  八段锦锻炼的子系统

八段锦通过身体肢体的运动，配合呼吸调节，具体包括预备式、收势和8个动作[2]。而八段锦呼吸一般采用逆腹式呼吸，也就是腹式呼吸配合提肛呼吸[3]。提肛呼吸是在吸气时有意识地收提肛门及会阴部肌肉，呼气时则放松肛门及会阴部肌肉[4]。八段锦动作以脊柱为轴带动四肢运动，上下相随，松紧结合，其中任何肌群的动缘于其肌肉附着点的稳定，而脊柱为肌肉活动提供了一个支点。瑞典Bergmark的研究[5]表明表层肌肉产生自主运动，而深层肌肉负责在非自主或皮质状态时的关节稳定性。因此我们可以进一步将八段锦身体运动系统看成躯干的脊柱的稳定系统与四肢头颅的自主运动系统两个子系统构成，再加上呼吸活动系统，总共3个子系统构成。

2  分系统的耦合和非线性相互作用

系统的非加和性来源于组分之间的相互作用，尤其是非线性的相互作用。我们先看八段锦练习中分系统的耦合。

2.1 呼吸活动系统与脊柱稳定系统的相互作用

有研究表明，膈肌承担主要的呼吸功能的同时还具有维持姿势的作用。早在1969年，Skladal等首先通过在立于足尖时膈肌先于腹直肌收缩间接证明膈肌具有姿势控制作用[6]。Kolar利用MRI成像的研究进一步证实膈肌具有姿势功能，自主性收缩独立于呼吸与腹内压作用;膈肌的呼吸功能和姿势维持功能可以同时进行[7]。膈肌姿势功能差可能导致脊柱稳定性降低。而随着呼吸生理需求的增加，膈肌的姿勢维持功能会降低[8]。由此可见，呼吸活动与脊柱稳定和姿势维持之间有着复杂的相互作用。同样，Hodges对盆底肌的姿势和呼吸功能进行了研究[9]，发现盆底肌通过前馈机制参与姿势维持，并在安静呼吸过程中和腹部肌肉协同收缩。

2.2 肢体主动运动系统与脊柱稳定系统之间的相互作用

肢体主动运动时，脊柱稳定系统有两种工作方式。McGill认为主要是由躯干相互拮抗的肌群协同收缩来维持脊柱稳定性。协调收缩会使得脊柱承载的压缩性负荷增加，但可以更大程度上增加脊柱的稳定性[10]。Stokes描述了协调活动的两种机制：一是面对无法预测的干扰时，通过预收缩使其僵直，从而缓冲脊柱所受到的冲击;二是在受到无法预测或突然的载荷时，通过肌肉的充分快速地收缩，避免脊柱过度运动而发生屈曲[11]。这些研究表明脊柱作为一个整体在肢体主动运动时产生的屈曲应力和对抗压力下的稳定能力。Hodges进一步探讨了脊柱节段间的稳定，包括运动过程中椎间的移动和旋转。通常浅层肌控制脊柱位置维持稳定具有方向性，而通过前馈和反馈机制，腹横肌和深层多裂肌对椎间运动的控制与力的方向无关，有着不同的控制机制[12]。这就证实了脊柱在呼吸或者运动过程中，脊柱的稳定既可以是浅层肌肉协同收缩而成，轴向负荷增加的“僵直”稳定;也可以是因为脊柱节段间激活的动态弹性的稳定。如果脊柱的稳定部分独立于浅层肌肉，那么脊柱稳定和自主运动便以更加复杂的方式相互作用。

2.3 肢体主动运动系统与呼吸活动系统之间的相互作用

Hodges的系列研究发现，上肢运动时，膈肌的激活早于上肢三角肌的激活，在快速上肢反复活动中，膈肌在呼气末屏住呼吸的情况下同样被激活[13];Lewit在康复临床领域对呼吸与肢体运动的关系做了深入的实践，提出了“呼吸联带运动”的假说，他的一项研究揭示了呼吸与视觉的联带的作用，也就是眼睛的向上看和向下看时，能够促进吸气和呼气的活动[14]。这就表明，呼吸活动不仅和大幅度的肢体主动运动存在关系，甚至和轻微眼睛的转动存在相互作用。

现有的研究成果表明，呼吸活動系统、脊柱稳定系统和肢体主动运动系统之间存在复杂的相互作用。在八段锦练习过程中，这3个分系统的演化过程中任何两个系统之间相互影响和耦合。但并不代表这3个系统整合为一个高度协调，结构稳定，出现涌现的新系统。只有当环境和这3个分系统本身在进一步变化过程中，形成稳定定态，表明这三者已经整合为一个较大的系统，形成稳定的整体结构和行为模式，产生了由稳定定态代表的整体涌现性[1]。

3  以腹内压为状态参量的新系统的生成和稳定性描述

状态参量是当系统的结构和深层次特性难以作定量刻画，而行为和状态一般易于作量化处理，撇开划分系统的组分和描述组分之间的关联方式（系统结构），把对象看成以若干特性量也就是状态参量为要素构成的系统。当然，系统的结构、属性、行为、状态等质的规定性包含在这些状态参量的关系中[1]。然后我们通过分析状态参量随着时间的演化能否达到稳定定态，达到稳定定态就意味着系统建立起一定的有序结构，从而推断系统已经达到自组织的涌现[1]。

为此，我们进一步描述八段锦锻炼时3个子系统在演化过程相互作用基础上的演化，看新系统有没有达到稳定定态。此时我们寻找能够刻画系统的状态参量。腹内压是由腹壁躯干肌肉、膈肌和盆底肌肌肉共同收缩产生。我们先看腹内压与3个分系统的联系。呼吸活动时膈肌的升降造成腹内压的变化，而已有不同文献表明腹内压能够增加脊柱的稳定性[15]，腹内压对于运动控制的作用学界至今还没有完全有统一的认识，不同肌肉通过腹内压进行着复杂的相互耦合作用，比如盆底肌肉的次最大收缩与腹横肌活动的促进作用相关，其他深层躯干肌的协同收缩也产生，比如腹横肌的收缩可以增加多裂肌的活动[12]。根据系统科学的视角可以更深入地定性地挖掘腹内压的内涵：单块肌肉并不产生腹内压，不同肌肉通过协作转而创建了腹内压这只无形之手，从而使得一切活动有条不紊地组织起来，腹内压由肌肉的协作而产生，反过来，又支配肌肉的活动，从而有可能被用来作为状态参量刻画系统的活动。由此，不同的运动形式和呼吸方式可能产生不同时相的腹内压，而在腹内压的持续变化中，也可以作为状态参量来体现不同功能状态的系统演化。

实际八段锦练习中，吸气膈肌下降腹内压增加，同时腹部放松膨出，腹内压增大趋势减小，同时提肛盆底肌收缩，进一步加强腹内压;呼气时膈肌上升，腹内压减小，随之腹壁拉向脊柱，腹内压减小趋势放慢，腹横肌向心收缩，盆底肌放松，腹内压进一步减小。整个过程腹内压先是增加，增加放缓，再进一步增加;然后腹内压减小，减小放缓，再进一步减小。如此重复循环，处于连续的动态变化中，而这个变化又是周期稳定的。随着呼吸和腹内压的稳定周期性变化呼吸催成动作，腰背部可见棘突轻度的分离和靠近，肋骨肩胛的开合，骨盆前倾角度的变化，上下肢内旋外旋，动作引导呼吸，肢体动作、躯干稳定和呼吸完全整合到一起，肢体末端的微动、眼睛的转动均与呼吸相连，也与身体脊柱和其他各处相连。而此时可以用状态量腹内压或者说是丹田的“气感”来描述整个系统，这就将还原论的研究成果通过系统科学的整体论来抽象表述。

4  结语

国内现有研究八段锦多从中医传统气血经络和经筋理论角度，没能将西方现代的研究成果吸收融合，普及起来仍缺乏一定的说服力。该研究从现代解剖和生理角度，结合西方已有的研究成果，运用复杂性研究系统科学的视角，重点研究八段锦锻炼的内在的整体涌现性，表明八段锦练习过程是使练习者的呼吸活动系统、脊柱稳定系统和肢体自主运动系统3个子系统相互耦合达到涌现特征的、可以用状态参量腹内压来刻画的人体有序程度增加的自组织过程。

参考文献

[1] 苗东升.系统科学精要[M].3版.北京：中国人民大学出版社，2010：32，64，150-151.

[2] 国家体育总局健身气功管理中心.健身气功·八段锦[M].北京：人民体育出版社，2003：26-30.

[3] 巩黎辉.健身气功的呼吸方法及习练要领[EB/OL]. [2018-06-12].https：//www.qgzx.sport.gov.cn/n5407/c862470/content.html.

[4] 杨柏龙.健身气功·八段锦“三调”要义[EB/OL].[2017-12-05].https：//www.qgzx.sport.gov.cn/n5407/c838019/content.html.

[5] Bergmark A. Stability of the lumbar spine：a study in mechanical Engineering[J].Acta Orthop Scand Suppl， 1989，60（230）：1-54.

[6] Skladal J，Skarvan K，Ruth C，et，al.Postural activity of the diaphragm in human[J].Journal of Physiology-Paris，1969，61（2）：405-411.

[7] Kolar P， Sulc J，Kyncl M，et al.Stabilizing function of the diaphragm： dynamic MRI and synchronized spirometric assessment[J]. J Appl Physiol，2010，109（4）：1064-1071.

[8] Hodges PW，Heijnen I， Gandevia SC.Postural activity of the diaphragm is reduced in humans when respiratory demand increases[J].Journal of Physiology-London，2001，537（3）：999-1008.

[9] Hodges PW， Sapsford R， Pengel LHM. Postural and respiratory functions of the pelvic floor muscles[J].Neurourology and Urodynamics，2007，26（3）：362-371.

[10] McGill SM，Grenier S，Kavcic N，et al.Coordination of muscle activity to assure stability of the lumbar spine[J].Journal of Electromyography and Kinesiology，2003，13（4）：353-359.

[11] I.A.F.Stokes，M.Gardner-Morse，Spinal stiffness increases with axial load：another stabilizing consequence of muscle action[J].Journal of Electromyography and Kinesiology，2003，13（4）：397-402.

[12] Craig Liebenson.脊柱康復医学：高级理论与临床实践[M].2版.北京：人民军医出版社，2012：437-444.

[13] Hodges PW，Gandevia SC.Activation of the human diaphragm during a repetitive postural task.[J].Journal of Physiology-London，2000，522（1）：165-175.

[14] Lewit K，Berger M，Holzmuller G，et al.Breathing Movements：The Synkinesis of Respiration with Looking Up and Down[J].Journal of Musculoskeletal Pain，1997，5（4）：57-69.

[15] Cholewicki J，Juluru K，McGill SM.Intra-abdominal pressure mechanism for stabilizing the lumbar spine[J].J.Biomech，1999，32（1）：13-17.