不同频率振动训练对膝关节位置觉影响的实验研究

摘　要：目的：通过使用不同频率的振动训练方法，对以下肢为主的篮球专项运动员进行8周分组训练，观察比较振动训练方法对本体感觉的作用效果。方法：受试对象选取相同专项、身高体重年龄相近、训练水平及年限接近的成年男性篮球运动员共27名，分为对照组、次高频（45　Hz）振动训练组、中低频（30　Hz）振动训练组等三组，测定不同频率振动训练前后实际膝关节（右侧）角度位置与目标位置之间的差值，之后进行组间和组内比较。结果：训练组的本体感觉强化训练方案与正常空白对照组相比较，膝关节位置觉呈显著性差异，且8　周后采用次高频振动训练组比中低频振动训练组在本体感觉提高方面呈显著性差异，尤其在45°角度差异更明显。结论：1）两组不同频率的振动训练都使受试者膝关节本体感觉（关节位置觉）出现增强的效果。2）次高频（45　Hz）振动训练比中低频（30　Hz）振动训练对膝关节本体感觉提高的效果更显著，尤其在45°差异更为明显。

关键词：振动训练；不同频率；膝关节；本体感觉；关节位置觉；低频振动；高频振动；力量训练；运动损伤

中图分类号：G804.2　文献标志码：A　文章编号：1007-3612（2012）11-0040-06

Experimental　Research　on　Impact　of　Knee　Topesthesia　by　Vibration　Training　with　Different　Frequencies

HUANG　Peng，　WANG　Anli

（Beijing　Sport　University，　Beijing　100084，　China）

Abstract：Objective：　Through　the　method　of　different　frequencies　of　vibration　training　of　lower　limb，　the　researches　conducted　8-week　group　training　of　basketball　players　focused　on　lower　limb　to　observe　the　function　and　effect　of　comparative　vibration　training　method　on　the　athletes　proprioceptive　sensory　indexes.　Methods：　Select　27　adult　athletes　in　the　same　sports　events，　with　similar　height，　weight，　age，　training　level.　All　of　them　were　divided　into　three　groups：　the　control　group，　the　quasihigh　frequency　in　（45　Hz）　vibration　training　group，　and　the　low　and　medium　frequency　in　（30　Hz）　vibration　training　group.　The　researchers　measured　different　frequency　vibration　training　before　and　after　the　knee　（right　side）　numerical　value.　Then　they　compared　the　angle　position　and　the　difference　in　value　between　target　positions.　Results：　Comparing　the　proprioception　intensive　training　plan　in　the　training　group　and　normal　control　group，　and　knee　position　have　significant　differences.　There　is　significant　difference　between　quasihigh　frequency　vibration　after　eight　weeks　and　middle　frequency　in　proprioception，　especially　in　the　angle　of　45°.　Conclusions：　1）　Two　types　of　training　with　different　frequencies　enhance　the　proprioception　（sense　of　joint　position）　of　the　subjects.　2）　Quasihigh　frequency　（45　Hz）　had　more　significant　effect　in　enhancing　the　proprioception　of　knee　than　the　low　and　medium　and　low　frequency　vibration　training　in　（30　Hz）　especially　in　the　angle　of　45　°.

Key　words：　vibration　training；different　frequencies；　knee　joint；proprioception；sense　of　joint　position；　lowfrequency　vibration；　highfrequency　vibration；　strength　training；　sports　injury

随着现代竞技运动水平向着“更快，更高，更强”的方向逐步发展，运动损伤发生的机率也成上升趋势，从而严重影响到运动员的运动能力，阻碍运动成绩的提高。关于我国50个运动项目中6　810名运动员运动损伤调查表明，膝部损伤位居第二，患病率19.25%。预防膝关节运动性损伤越来越受到人们的重视。而本体感觉是膝关节在运动中产生速度、加速度时神经肌肉控制的重要因素，关注本体感觉有助于增强膝关节的稳定性和对神经肌肉的有效控制，也是损伤预防及康复过程中的重要内容。

国外已经越来越多地将本体感觉训练手段应用到运动员损伤预防和康复中，并证实了其有效性。目前国内关于本体感觉的研究较多见于临床，对于相关预防运动损伤的训练研究鲜见报道。可见，研究如何加强运动员的本体感觉，增强运动员的神经肌肉反馈控制和关节的稳定性，对预防运动损伤有着极其重要的意义。

全身振动训练法作为一种新兴的肌肉力量训练方法，以提高中枢神经系统之间的协调性发展，使屈伸肌的最大力量、爆发力和协调性、柔韧性等得到同时协调地发展，在国外众多领域得到广泛开展，例如：在竞技体育、整形外科、康复治疗等领域。目前国内也开始了初步的运用与研究。

本实验通过对以下肢为主的专项运动员进行分组训练，分别使用不同频率的振动训练方法，测定训练前后运动员本体感觉各项指标的变化，观察比较振动训练作为新的训练手段对本体感觉的作用效果，探讨其从本体感觉训练的影响方面对运动损伤及康复的贡献，为丰富运动员训练方法，提高运动员的本体感觉功能，增强运动员机体自动预防运动损伤的能力，并为探索运动损伤预防的创新提出理论支持和建议。

1　研究对象与方法

1.1　研究对象　受试对象选取北京体育大学篮球专项运动员，共27名，受试者身高体重年龄相近、训练水平及年限接近，均为成年男运动员，身体健康，无下肢重大伤病史，训练期间保持正常饮食和生活习惯。

1.2　研究方法

1.2.1　文献资料法　利用北京体育大学图书馆电子资源数据库和国际电子资源数据库，如：CNKI、Pubmed　等网络电子期刊和Internet　网络工具，以Vibration　Training、whole　body　vibration（WBT）、proprioception、全身振动训练、本体感觉等为检索词，检索了100　余篇相关文献，以及参阅了Biodex、Power　Plate　等仪器的使用操作手册，收集与本研究相关方向的文章和资料，了解国内外的研究现状，为本研究的深入讨论提供了可靠的理论依据，奠定了理论基础。归纳总结可以发现目前国内关于本体感觉的研究较多见于临床，而对于振动训练相关于预防运动损伤的训练研究鲜见报道。

1.2.2　实验法　建立相同专项、相近年龄受试者采用不同频率振动训练的实验模型，即分组为对照组、次高频（45　Hz）振动训练组（以下简称高频组）、中低频（30　Hz）振动训练组（以下简称低频组），分别应用30　Hz和45　Hz的频率进行振动训练，测定振动训练前后膝关节（右侧）本体感觉测试角度位置与目标位置之间的差值，取差值的绝对值为主要评价数据，并进行组间和组内比较。

1.2.2.1　实验分组　受试者均为篮球专项运动员，按随机分配的方法分为3组，每组9名。各组受试者的一般情况可见表1。

1.2.2.2　振动训练方法　振动训练方法：本研究采用Power　Plate振动训练仪（型号：pro5　AIRdatpive，荷兰），该设备的频率范围为25～50　Hz（这被认为是安全有效的频率区间）。训练组受试者在振动训练仪上作单腿（右侧）下蹲等针对膝关节设计的训练动作，进行本体感觉训练，并且受试者分为中低频（30　Hz）和次高频（45　Hz）两组，振幅设定为7　mm，共进行8周的振动训练，每周3次，每次6组，每组40　s。对照组则保持正常学习生活，无振动训练，只进行指标测定作为对照。

1.2.2.3　本体感觉测试操作方法

1）测试仪器。应用美国产Biodex　System　Ⅲ型多关节等速系统（Biodex　Medical　Inc.）进行膝关节（右侧）本体感觉测试。所有测试数据用Biodex　Advantage　3.3版软件进行分析。

2）测试方法。所有受试者均用关节复位方法测试其本体感觉。受试者坐在Biodex等速系统座椅上，保持膝和髋关节90°屈曲。用肩部固定带、腰带、膝带和踝带固定受试者的双侧肩部、腰部、大腿部和踝部，仅保留膝关节的屈伸活动，尽可能减少无关部位的运动。阻力垫固定在小腿踝关节略上方。等速系统旋转轴与膝关节旋转轴对齐。设定等速系统的软件程序，使受试者在无阻力的情况下屈伸膝关节。在小腿运动过程中，用等速系统内的电测角计同步测定膝关节位置。　每次测试从膝关节屈曲90°位置开始。本体感觉目标位置分别设定为膝关节屈曲15°、45°和75°，角速度为300°/s。测试者启动测试程序，阻力臂附件被动伸展膝关节到第1个目标位置。等速系统自动保持此肢置10　s，测试者提醒受试者“记住”此特定的膝关节位置，然后使膝关节返回屈曲90°的起始位置，休息10　s后开始下一次测试。正式测试前受试者睁眼练习3次复位任务，然后闭跟进行测试。受试者在3个目标位置上各完成3次测试，共9次。

取振动训练前后测试所得膝关节（右侧）角度位置与目标位置之间的差值绝对值，作为评定本体感觉（关节位置觉）差异的指标。

1.2.3　统计分析法　实验测试的所有数据均通过SPSS　for　Windows　13.0统计分析软件进行处理，测试结果均以平均数±标准差（Mean±SD）表示，采用单因素方差分析方法进行组间差异显著性检验，配对T检验分析方法进行组内差异显著性检验，显著性水平为P

2　研究结果

实验中使用北京体育大学运动康复系康复大厅所配备的Biodex本体感觉测试系统。本体感觉的变化以关节位置觉为主要测试指标进行。分别取15°、45°、75°为测试位置，观察振动训练前后关节位置觉的变化情况。测试结果为受试者闭目情况下，依靠本体感觉回到测试位置的真实度数，实验所观察的数据为每次受试者真实度数和测试位置度数的差值绝对值，才能够体现本体感觉的精确度。如以测试位置15°为例，受试者若三次测试中真实位置回到12°、16°、20°等，则其平均值为16°，观察的数值为其与15°差值的绝对值，即为1.00°。以此类推，以其差值的绝对值进行观察比较，能够得出受试者关节位置觉对膝关节位置的作用效果。

研究取得的测试数据分别进行低频组、高频组和空白对照组的训练前后对比，在此基础上再进行各组之间的对比分析。

2.1　低频振动训练对膝关节位置觉的影响结果　低频振动训练组各次训练前后膝关节位置觉的测试数据对比显示，A组实验组在采用中低频（30　Hz）频率振动训练前后右膝关节位置觉在15°、45°和75°三个标准角度均呈现出显著性差异（P＜0.05），且在45°角度差异更明显（表2，图1，图2）。

2.2　高频振动训练对膝关节位置觉的影响结果　高频振动训练组的测试数据显示，高频组在采用次高频（45　Hz）频率振动训练前后右膝关节位置觉在15°、45°和75°三个标准角度均呈现出显著性差异（P＜0.05），且在45°角度差异更明显（表3，图3，图4）。

2.3　空白对照组关节位置觉的变化　根据的数据显示，空白对照C组在训练前后右膝关节位置觉在15°、45°和75°分别处于基本相同水平，无显著性变化（P＞0.05）（表4，图5）。

2.4　实验各组测试数据结果之间的比较　将前述实验各组的测试数据进行组间横向比较，应用单因素方差分析分别对低频振动组、高频振动组和空白对照组中各时间段内，右膝关节位置觉15°、45°和75°三个标准角度的数据分别进行组间两两比较，结果显示（图6～8）训练前各组受试者的右膝关节本体感觉水平基本相同；但经过8周的中低频（30　Hz）和次高频（45　Hz）振动训练后，低频组与对照组，高频组与对照组之间比较呈现出显著性差异（P＜0.05），说明采用中低频（30　Hz）和次高频（45　Hz）振动训练均可有效提高膝关节本体感觉（位置觉）。而低频组与高频组之间进行比较分析，发现标准角度为45°的数据两组间有显著性差异（P＜0.05），而15°和75°两个标准角度的数据差异不明显（P>0.05）。

根据图6、图7和图8的数据显示，两个振动训练组右膝关节位置觉15°、45°、和75°三个标准角度的测试数据逐渐减少，提示关节位置觉的差值有缩小的趋势，即动作精确度越来越高，这可能和本体感觉增强后关节活动的精细程度明显增加有关，在训练前和第三、四次训练后出现显著性差异（P＜0.05）。而低频组与高频组相对比，

提示次高频（45　Hz）振动训练组比中低频（30　Hz）振动训练组在本体感觉（位置觉）提高方面更加有效，且在45°标准角度差异更加明显（P＜0.05），其他两个角度虽有下降趋势，但无显著性差异（P>0.05）仅供参考。

3　分析与讨论

3.1　膝关节本体感觉测定　本体感觉是一种特殊感觉形式，又称为深感觉。膝关节的本体感觉形式主要包括位置觉和运动觉、加速度觉，以及神经反射和肌张力调节的能力三方面［1］。本体感受器广泛分布于一些关节内结构中，如关节软骨、关节囊、韧带、肌腱等，是由关节内的力学感受器及神经纤维组成的［2］。Freeman和Wyke的研究将本体感受器分为两大类：一类是快适应力学感受器如：帕西尼小体；一类是慢适应力学感受器，如高尔基腱、肌梭、神经末梢、鲁菲尼末梢等。这两类感受器中，快适应力学感受器对位置的改变非常敏感，传递关节运动感觉非常灵敏。慢适应力学感受器在特殊的关节角度可受到最大限度的刺激，主要传递关节位置感觉和位置的改变。还有一类肌梭感受器是感知梭外肌纤维肌张力的一组特殊慢适应力学感受器。在日常生活和运动中，含有本体感受器的组织损伤后，可导致本体感觉传入明显减少［3］。关节的位置觉和运动觉是一种感受肢体空间位置的感觉，在关节周围稳定肌肉群的活动中有所表现。本体感觉的输入信号来源于前庭系统、视觉系统和躯体感觉系统，再经由脊髓、脑干和大脑高级中枢等进行信号处理产生对关节稳定、姿势平衡的调控效果［4］。Freeman等［5-6］建立的本体感觉训练可有效地减少踝关节韧带损伤理论假说，得到了后期许多学者研究的支持。如Glencross将24位受试者依踝关节扭伤的严重性分为轻微扭伤、中度扭伤及严重扭伤3组，分别测其本体感觉能力，并与未受伤的踝关节做比较，结果显示，扭伤程度愈严重，其本体感觉能力愈差［7］。因此，学者们较多地关注于在运动损伤发生后的康复治疗中，如何通过加强本体感觉能力来加快运动员的恢复。而对预防运动损伤的前馈性研究较少见。

综合这些国内外研究表明，本体感觉在关节活动过程中提供关节的位置和运动信息，并在肌张力调节、肌肉控制等方面发挥重要作用。本体感觉反馈机制在维持关节功能性稳定中也起重要作用。而四肢关节在损伤或疲劳时，本体感觉反馈减退，神经肌肉的控制减弱，导致关节周围肌肉力量的不平衡和功能性关节不稳，会进一步导致关节的微损伤和再损伤。因此，如果通过各种干预手段加强运动员的本体感觉，使得运动员的神经肌肉反馈控制和关节的稳定性得到增强，则对预防运动损伤有着极其重要的意义。同样，在实施伤后的康复治疗程序早期，也要重视本体感觉的及早建立，例如通过康复训练，在损伤早期提高受伤关节的本体感觉，迅速恢复受损的本体感受器，提高本体感觉的传入冲动，加强了关节的稳定性，使运动功能得到最大限度的重建和恢复，对运动员尽快恢复原有训练水平，重返赛场有着重要的意义。

本研究结果显示振动刺激训练增强了膝关节本体感觉，预期能够对运动员膝关节运动损伤起到一定程度的预防作用。其中以15°、45°、75°三个标准角度分别进行测定的结果并不完全一致，标准角度45°时有显著性差异，提示可能为膝关节在屈曲位置股四头肌受到持续适宜的拉伸刺激，肌腱腱梭中司本体感觉的高尔基体等受到刺激产生记忆效应较为明显。另外，股骨髁软骨表层和胫骨髁间嵴之间有持续的接触，产生关节软骨的挤压刺激而加强了关节位置觉。而15°角度处于膝关节的过伸位，股四头肌肌腱松弛减少了牵拉刺激，75°角度则为接近膝关节90°屈曲位置，股四头肌肌纤维的拉伸强度增大，本体感受器有过度刺激而定位不准确的负荷超载效应。因此提示在膝关节接近起始角度和终末角度位置时的本体感觉容易出现偏差，应得到强化训练。但由于本实验周期只有8周，更长的时期随着本体感觉的增强，是否会出现各个角度本体感觉的增强效应，还有待于进一步研究观察。膝关节屈曲45°角度位置对于篮球运动员在场上的技术动作如左右滑步、起跳等很有意义，从关节解剖上来看，屈曲45°角度时膝关节内外侧副韧带处于相对松弛的状态，这样膝关节左右方向的移动就更加灵活，可以做出一些高难度的技术动作。而经过振动训练使屈曲45°角度时本体感觉得到强化，对篮球运动训练有一定的现实意义。

本体感觉误差和功能障碍之间的相关性表明，改善本体感觉可能通过改善肢体的空间位置意识、缓解疼痛和增加肌力使功能得到改善。这些结果将有助于针对膝关节损伤患者本体感觉损害进行干预，但是目前对于振动训练能够促进膝本体感觉的改善，增强运动员机体自我预防运动损伤的能力机制还并不完全明确，因此有必要进一步探讨不同频率振动训练对膝关节本体感觉的影响效果。

3.2　全身振动训练及适宜频率对本体感觉的影响　振动训练是一种将振动刺激和常规力量训练的优点有机结合在一起的新兴的运动训练方法［8］　，其主旨是在于增强运动员的肌肉力量。根据国内外专家的研究证实［9-11］，振动训练的特点是能够以相对较小的附加负荷有效的提高肌肉的最大力量、快速力量及力量耐力，还会对人体的平衡能力、骨骼密度、柔韧能力及血液的激素水平等产生正面影响［12］。本研究主旨为探究振动训练对膝关节本体感觉的作用效果。

本研究中30　Hz的中低频振动刺激和45　Hz的次高频振动刺激相比较，高频振动刺激效果更为明显一些。由于频率较高的振动刺激对肌肉的刺激量也较大，更多地刺激到了梭外肌纤维内的本体感受器，而对神经肌肉接头处的突触传递也产生较大的促进，募集到更多的运动单元参与活动，故此影响表现为高频振动刺激的效果更强。本研究的实验结果特提请其他研究同行参考。

本研究表明采用不同频率振动训练能够促进膝关节位置觉的提高。虽然对膝关节位置觉提高的作用机制尚未阐明，但可以肯定的是膝关节内及周围的本体感受器在训练中得到反复刺激，促进了本体感觉信息在神经通路中的传递［13］。本体感觉训练促进关节稳定性的作用已得到广泛认同［14］。研究证实，本体感觉训练产生的应激有助于脊髓反射的发展，能够更快、更有效地促进关节保持稳定，在从大脑到脑干水平的控制下，本体感觉训练可以增加反应速度和效率，更好地对运动中产生的关节应力做出反应，帮助维持关节的稳定性［15］。在预防运动损伤方面值得进一步探讨。

近年来振动训练已经被自然科学界和运动实践界所重视。同时，振动训练的研究已经从水平方向而向多维方面发展，刘北湘［16］、李玉章［17］等的研究证实了从X、Y、Z三个轴向对运动员进行振动，并可进行随机的组合，使对各方向的振动训练引起的神经肌肉激活模式进行了综合研究。尽管如此，目前国内外在运用振动刺激进行下肢本体感觉训练的经验尚且不足，科学、成熟的训练方案有待商榷，特别是最佳的训练强度、振动频率和振幅等。这些方面需要广大科研工作者进行进一步研究和探讨，在理论和实践中形成一套科学完整的有效振动本体感觉训练体系。

4　结论

本研究证实通过对篮球专项运动员分组进行8周不同频率的振动训练，振动组的受试者膝关节位置觉均比对照组有所提高；而采用次高频（45　Hz）振动训练比中低频（30　Hz）振动训练对膝关节位置觉提高的效果更显著，其中在45°差异更为明显。

振动刺激通过刺激肌肉肌梭内的本体感受器，可以使更多的运动单位激活参与到运动之中，可以有效改善神经肌肉协调性。此外，振动刺激能够达到肌群之间平衡协调发展，克服了传统力量训练不能同时训练主动肌和拮抗肌的缺点，避免屈伸肌群不均衡发展造成肌肉拉伤，可以用在运动员伤后的康复训练上，使受伤的运动员能够早日重返赛场进行正常训练和比赛。。结合本研究对本体感觉的增强效果，希望振动训练能在传统训练方法的基础上起到辅助训练，增强效果，预防运动损伤发生的积极作用。

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