不同負(fù)重量對軍人靜態(tài)平衡能力的影響

胡斐李巍盧秋菊殷鑫王曉磊牛潔馬繼政

1南京體育學(xué)院運(yùn)動健康科學(xué)系（南京 210014）2解放軍理工大學(xué)軍人體能訓(xùn)練與機(jī)能評定實驗室（南京 211101）3解放軍理工大學(xué)雙龍街校區(qū)醫(yī)務(wù)室（南京 211101）

不同負(fù)重量對軍人靜態(tài)平衡能力的影響

胡斐1，2李巍3盧秋菊3殷鑫1，2王曉磊1，2牛潔2馬繼政1，2

1南京體育學(xué)院運(yùn)動健康科學(xué)系（南京 210014）2解放軍理工大學(xué)軍人體能訓(xùn)練與機(jī)能評定實驗室（南京 211101）3解放軍理工大學(xué)雙龍街校區(qū)醫(yī)務(wù)室（南京 211101）

目的：評定不同負(fù)重量以及性別對軀體靜態(tài)平衡能力的影響。方法：研究采用隨機(jī)的交互式設(shè)計，20名健康青年學(xué)員，男性學(xué)員10名，完成0 kg、15 kg、27.5 kg和50 kg負(fù)重，女性學(xué)員10名，完成0 kg、15 kg、27.5 kg負(fù)重，負(fù)重采用雙肩背式，著軍用背囊，內(nèi)著規(guī)定的軍用裝具。利用PK254P平衡儀進(jìn)行靜態(tài)平衡能力測試。結(jié)果：與負(fù)重0 kg相比，男性學(xué)員負(fù)重15 kg時軀干穩(wěn)定性參數(shù)COP的前后標(biāo)準(zhǔn)偏差和運(yùn)動橢圓面積顯著減少（P＜0.05），左右標(biāo)準(zhǔn)偏差、前后方向平均運(yùn)動速度、左右方向平均運(yùn)動速度和運(yùn)動長度無顯著變化（P＞0.05）；負(fù)重27.5 kg時，僅左右標(biāo)準(zhǔn)偏差顯著增加（P＜0.05），其他穩(wěn)定參數(shù)無顯著變化；負(fù)重50kg時，除前后標(biāo)準(zhǔn)偏差外，上述指標(biāo)均顯著增加（P＜0.05）；女性學(xué)員負(fù)重0 kg、15 kg和27.5 kg軀干穩(wěn)定性參數(shù)無顯著變化（P＞0.05）。與0 kg相比，男性學(xué)員負(fù)重15 kg時軀干對稱性參數(shù)橫向中心壓力和縱向中心壓力顯著減?。≒＜0.05），負(fù)重27.5 kg和50 kg時上述指標(biāo)無顯著變化（P＞0.05）；女性學(xué)員負(fù)重15 kg和27.5 kg時，橫向中心壓力無顯著變化，但縱向中心壓力顯著增加。男性和女性學(xué)員軀干穩(wěn)定性參數(shù)和橫向中心壓力無顯著差異（P＞0.05），但縱向中心壓力存在顯著性差異（P＜0.05）。結(jié)論：一定的負(fù)重量下男性學(xué)員穩(wěn)定性增加，負(fù)重過量機(jī)體維持靜態(tài)平衡能力受到損害，而女性學(xué)員負(fù)重增加，軀體前傾，需要代償性維持軀體靜態(tài)平衡。

負(fù)重；身體姿勢；靜態(tài)平衡；軀干控制能力

負(fù)重行進(jìn)是單兵的一項基本能力，需要快速穿越一個20 m障礙物到行軍120 km穿越敵區(qū)[1]。當(dāng)前，為了提高單兵作戰(zhàn)能力和生存能力，單兵的裝備也在不斷進(jìn)行變革。研究表明現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，單兵負(fù)重量已經(jīng)超過55 kg[2]。負(fù)重對單兵而言，是一個巨大的挑戰(zhàn)。研究業(yè)已表明在負(fù)重的情況下完成短時的大強(qiáng)度軍事任務(wù)和長時低強(qiáng)度的軍事任務(wù)，單兵（分隊）移動能力下降、身體的姿勢力學(xué)發(fā)生改變、能耗增加，同時損傷的潛在風(fēng)險增加[3-6]。

另外，單兵需要在負(fù)重和相對穩(wěn)定的情況下，操縱各種作戰(zhàn)武器（手槍、步槍和手雷等），需要控制靜態(tài)平衡。靜態(tài)平衡能力是神經(jīng)系統(tǒng)、骨骼肌肉系統(tǒng)等高度統(tǒng)一協(xié)調(diào)的結(jié)果。此外，女性士兵同樣需要完成上述作業(yè)。軀干作為身體活動中心，它的穩(wěn)定性和控制能力是一切身體活動的基礎(chǔ)。因此，本研究評定不同負(fù)重量對男性和女性士兵靜態(tài)平衡能力的影響，為后續(xù)負(fù)重行進(jìn)能力的訓(xùn)練提供依據(jù)。此外，研究表明實際中現(xiàn)代部署士兵的負(fù)重量已經(jīng)超過55 kg[7]。相應(yīng)地，本研究中男性最大負(fù)重量設(shè)定為50 kg。此外，其他負(fù)重量為單兵常規(guī)的負(fù)重量（戰(zhàn)斗著裝和行軍著裝）。

1 對象與方法

1.1研究對象

研究對象為20名軍校學(xué)員（男女學(xué)員各10名），平均訓(xùn)練年限1年（每周訓(xùn)練不少于4次）。基本情況見表1。

表1 受試人員的基本情況（±s，n=10）

表1 受試人員的基本情況（±s，n=10）

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1.2 研究方法

1.2.1實驗儀器

采用PK 254P平衡儀（Tecnobody公司，意大利）評定靜態(tài)平衡能力。通過分布于平衡板上的傳感器捕捉平衡板上受力的變化轉(zhuǎn)化成電脈沖，在電腦軟件prokin中實時顯示，處理后獲得實驗數(shù)據(jù)。因?qū)嶒災(zāi)康臑樵u定靜態(tài)平衡能力，在測試時用鎖塊（調(diào)至最大阻力）將平衡板固定。

1.2.2測試體位

睜眼雙腿站立于平衡儀上，雙足與肩同寬或略小于肩寬，位于A1-A7軸兩側(cè)，且兩脛骨內(nèi)髁距A1-A7軸相等，調(diào)整站姿，使兩側(cè)股骨大轉(zhuǎn)子位于A3-A5軸上[10]，雙眼平視正前方屏幕，調(diào)整屏幕上十字標(biāo)志盡量使其在原點，雙手自然下垂。

1.2.3測試過程

受試人員熟悉測試體位和方法后，采用隨機(jī)的交互式的設(shè)計，分別在不同負(fù)重（男性學(xué)員完成0 kg、15 kg、27.5 kg和50 kg負(fù)重，女性學(xué)員完成0 kg、15 kg和27.5 kg負(fù)重）狀態(tài)下進(jìn)行靜態(tài)平衡能力測試。負(fù)重采用雙肩背式，著軍用背囊，內(nèi)著規(guī)定的軍用裝具。室溫26℃，濕度53%。數(shù)據(jù)記錄時間為60 s。每負(fù)重量測試間隔不少于0.5 h。

1.2.4靜態(tài)平衡測試指標(biāo)

本實驗分析和研究的指標(biāo)主要是：（1）穩(wěn)定性參數(shù)。包括壓力中心的前后標(biāo)準(zhǔn)偏差、左右標(biāo)準(zhǔn)偏差、前后方向平均運(yùn)動速度、左右方向平均運(yùn)動速度、運(yùn)動長度、運(yùn)動橢圓面積；（2）對稱性參數(shù)。包括左右對稱性參數(shù)X軸中心壓力和前后對稱性參數(shù)Y軸中心壓力。

1.3統(tǒng)計學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1不同負(fù)重量對男性和女性軀干穩(wěn)定性的影響

2.1.1男性受試者在不同負(fù)重下軀干穩(wěn)定性參數(shù)值的變化

數(shù)據(jù)見表2。與負(fù)重0 kg相比，負(fù)重15 kg時前后標(biāo)準(zhǔn)偏差值減小（P＜0.05），與15 kg相比，負(fù)重增加至27.5 kg時，無顯著變化（P＞0.05）；但負(fù)重增加至50 kg時，與0 kg和27.5 kg相比無顯著變化（P＞0.05），但與15 kg相比增加了35.29%（P＜0.05），表明負(fù)重對前后方向平衡性影響較小。與0 kg相比，負(fù)重15 kg時左右標(biāo)準(zhǔn)差值呈減少趨勢但無顯著差異（P＞0.05）；在負(fù)重27. 5kg時，與負(fù)重0 kg和15 kg相比分別增加了26.67%（P＜0.05）和35.71%（P＜0.05），負(fù)重50 kg時，較負(fù)重0kg和15 kg分別增加了46.67%（P＜0.05）和57.14%（P＜0.05），數(shù)據(jù)表明，負(fù)重增加更易造成軀干左右偏移。負(fù)重0 kg、15 kg和27.5 kg三組之間前后、左右平均運(yùn)動速度無顯著差異（P＞0.05），但負(fù)重50 kg時均顯著增加（P＜0.05）。此外，負(fù)重50 kg與負(fù)重15 kg相比，左右平均運(yùn)動速度增加幅度稍大于前后平均運(yùn)動速度增加幅度，分別為34%和29.09%。數(shù)據(jù)表明，在相同負(fù)重下，縱向穩(wěn)定性參數(shù)值均大于橫向參數(shù)值，同樣表明負(fù)重對軀干橫向影響大于縱向?qū)ΨQ性參數(shù)的影響；負(fù)重0 kg、15 kg和27.5 kg三組運(yùn)動長度之間無顯著差異，但負(fù)重增至50 kg時，與負(fù)重0 kg、15 kg相比存在顯著差異（P＜0.05），但與負(fù)重27.5 kg相比，無顯著差異（P＞0.05）。與負(fù)重0kg相比，負(fù)重15 kg運(yùn)動橢圓面積顯著降低（P＜0.05），但隨著負(fù)重的增加呈增加趨勢，負(fù)重50 kg，顯著大于0 kg、15 kg和27.5 kg（P＜0. 05），分別增加了51.58%、99.58%和57.05%，此實驗結(jié)果表明，男性學(xué)員在負(fù)重15kg時，通過軀干自身調(diào)節(jié)，穩(wěn)定性最佳，但隨著負(fù)重進(jìn)一步增加，機(jī)體穩(wěn)定能力受損。

表2 不同負(fù)重下男性學(xué)員軀干穩(wěn)定性參數(shù)值的變化（±s，n=10）

表2 不同負(fù)重下男性學(xué)員軀干穩(wěn)定性參數(shù)值的變化（±s，n=10）

*P＜0.05，與0 kg比較；#P＜0.05，與15 kg比較；▲P＜0.05，與27.5 kg比較

組別 前后標(biāo)準(zhǔn)差 左右標(biāo)準(zhǔn)差前后方向平均移動速度（mm/s)左右方向平均移動速度（mm/s)運(yùn)動長度（mm)運(yùn)動橢圓面積（mm2) 0 kg 2.20 ± 0.63 1.50 ± 0.53 5.70 ± 1.57 5.10 ± 1.73 456.80 ± 125.37 63.20 ± 27.61 15 kg 1.70 ± 0.48*1.40 ± 0.52 5.50 ± 1.27 5.00 ± 1.16 433.70 ± 101.75 48.00 ± 14.13*27.5 kg 2.00 ± 0.00 1.90 ± 0.32*#6.00 ± 1.41 5.10 ± 1.20 479.00 ± 98.96 61.10 ± 14.53#50 kg 2.30 ± 0.48#2.20 ± 0.42*#7.10 ± 1.45*#6.70 ± 2.00*#566.30 ± 132.26*#95.80 ± 28.90*#

2.1.2女性受試者在不同負(fù)重下軀干穩(wěn)定性參數(shù)值的變化

數(shù)據(jù)見表3。不同負(fù)重量下，女學(xué)員軀干穩(wěn)定性各個參數(shù)值均無顯著變化（P＞0.05），表明女性學(xué)員在既定負(fù)荷范圍內(nèi)可通過自身調(diào)節(jié)維持平衡能力。

表3 不同負(fù)重下女性學(xué)員軀干穩(wěn)定性參數(shù)值的變化（±s，n=10）

表3 不同負(fù)重下女性學(xué)員軀干穩(wěn)定性參數(shù)值的變化（±s，n=10）

P＜0.05，與0 kg比較

組別 前后標(biāo)準(zhǔn)差 左右標(biāo)準(zhǔn)差前后方向平均移動速度(mm/s)左右方向平均移動速度(mm/s)運(yùn)動長度(mm)運(yùn)動橢圓面積(mm) 0 kg 2.40 ± 0.84 1.60 ± 0.52 5.40 ± 1.27 5.30 ± 1.42 448.10 ± 99.75 76.20 ± 49.65 15 kg 2.50 ± 1.96 2.30 ± 1.70 7.10 ± 2.60 6.5 ± 3.41 497.44 ± 93.44 68.33 ± 20.93 27.5 kg 2.30 ± 1.16 1.90 ± 0.57 6.10 ± 1.60 5.60 ± 0.97 504.10 ± 99.79 85.20 ± 73.74*

2.2不同負(fù)重量對男性和女性軀干對稱性的影響

2.2.1男性受試者在不同負(fù)重下軀干對稱性參數(shù)值的變化

數(shù)據(jù)見表4。隨著負(fù)重量的增加（＜50 kg），橫向中心壓力值逐漸減小，與負(fù)重0 kg相比顯著減小，負(fù)重15 kg和27.5 kg（P＜0.05）時數(shù)值趨向0，提示軀體重心由右側(cè)向左側(cè)移動，雙足較負(fù)重0 kg時呈水平均勻支撐，負(fù)重50 kg重心由右側(cè)向左側(cè)移動，但與0 kg、15 kg和27.5 kg相比不存在顯著差異（P＞0.05）?？v向中心壓力值隨負(fù)重增加，逐漸增大，與負(fù)重0 kg相比，負(fù)重15 kg時明顯增加（P＜0.05），數(shù)值趨向0，縱向?qū)ΨQ性提高，但隨著負(fù)重量的增加，軀體趨向前傾（數(shù)值大于0）但不存在顯著差異（P＞0.05）。綜上所述，男性學(xué)員輕度負(fù)重時，水平和前后方向?qū)ΨQ性提高，負(fù)重增加至50 kg時，仍能夠較好維持對稱能力。

表4 不同負(fù)重下男性學(xué)員軀干對稱性參數(shù)值的變化（±s，n=10）

表4 不同負(fù)重下男性學(xué)員軀干對稱性參數(shù)值的變化（±s，n=10）

*P＜0.05，與0kg比較

組別 X軸中心壓力值 Y軸中心壓力值0 kg 0.60 ± 0.70 -0.50 ± 1.18 15 kg 0.20 ± 0.63*-0.10 ± 0.74*27.5 kg 0.20 ± 0.42*-0.40 ± 0.70 50 kg 0.40 ± 0.97 0.10 ± 1.10

2.2.2女性受試者在不同負(fù)重下軀干對稱性參數(shù)值的變化

數(shù)據(jù)見表5。隨著負(fù)重增加，女性學(xué)員橫向中心壓力值呈增大趨勢，但不存在顯著差異（P＞0.05），提示在既定負(fù)重范圍內(nèi)，水平穩(wěn)定性較好，軀體重心由左側(cè)向右側(cè)移動，但與負(fù)重0 kg相比，存在明顯的前后偏離（P＜0.05），軀體明顯前傾，表明前后方向?qū)ΨQ性受損。負(fù)重15 kg和負(fù)重27.5 kg時，前后對稱無顯著變化。提示女性學(xué)員前后方向的對稱性易受負(fù)重量影響。

表5 不同負(fù)重下女性學(xué)員軀干對稱性參數(shù)值的變化（±s，n=10）

表5 不同負(fù)重下女性學(xué)員軀干對稱性參數(shù)值的變化（±s，n=10）

*P＜0.05，與0 kg比較

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3 討論

軍人在負(fù)重行進(jìn)執(zhí)行各種軍事任務(wù)時，軀體需要在動態(tài)平衡、他動態(tài)平衡和靜態(tài)平衡三個狀態(tài)中不斷轉(zhuǎn)化，需要軀體穩(wěn)定支持，來完成多種攻擊任務(wù)。因此，維持軀體的靜態(tài)平衡能力非常重要。靜態(tài)平衡指標(biāo)：前后標(biāo)準(zhǔn)差、左右標(biāo)準(zhǔn)差、前后方向移動平均速度、左右方向移動平均速度、運(yùn)動長度和運(yùn)動橢圓面積均表示重心移動軌跡，數(shù)值越小提示軀干穩(wěn)定性越好；平衡儀X軸中心壓力值，即為位置參數(shù)，表明受試者在水平位上（左右）的位移距離，數(shù)值越小即左右對稱性越好。Y軸中心壓力值的結(jié)果顯示縱向（前后）的位移，即重心移動方向。本研究發(fā)現(xiàn)男性學(xué)員在一定負(fù)重范圍內(nèi)，隨著負(fù)重量的增加，可通過軀干穩(wěn)定系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)[8]，軀干穩(wěn)定能力相對提高，但超過一定負(fù)重量（約50 kg），整體上調(diào)節(jié)軀干的穩(wěn)定性能力下降。而女性學(xué)員在預(yù)定負(fù)重范圍內(nèi)，可調(diào)節(jié)控制穩(wěn)定性，但負(fù)重后，軀干前后對稱性易受到破壞。

背部負(fù)重后張力增加，導(dǎo)致步態(tài)和身體姿勢發(fā)生改變，同時需要額外增加肌力維持軀體的平衡能力。Park等人[9]研究表明，當(dāng)軀體左右負(fù)重不平衡時，下肢肌肉電位活動變化增加，表現(xiàn)為股直肌和腓腸肌肌電圖振幅峰值增大，目的是通過肌肉的額外做功維持機(jī)體平衡和為支撐軀體提供足夠動力[9]。一定負(fù)重的增加，機(jī)體產(chǎn)生相應(yīng)刺激，募集更多運(yùn)動神經(jīng)元，增加股直肌、小腿腓腸肌肌張力，使膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)更加穩(wěn)固，各個方向移動速度和偏差均減小。此外，負(fù)重量的增加，機(jī)體原有靜態(tài)平衡模式被打破，身體平衡姿勢生物力學(xué)發(fā)生改變，通過腰背適度前屈以抵抗因負(fù)重致使軀干向后牽拉的力，軀體呈前傾趨勢。本研究結(jié)果表明男性學(xué)員在既定的負(fù)荷范圍內(nèi)，通過相應(yīng)姿勢的調(diào)整，可較好維持軀體的平衡，這可能和男學(xué)員的肌力較強(qiáng)有關(guān)。而女性學(xué)員負(fù)重增加后，軀體前傾明顯，需要代償性維持身體的平衡能力，這可能與下肢后群肌、核心肌群肌力不足有關(guān)。另外，一個更重要的原因可能與女性骨盆的特殊生理結(jié)構(gòu)、重心偏低相關(guān)。

另外，研究表明在無負(fù)重狀態(tài)下，維持靜態(tài)平衡功能主要以前庭反饋系統(tǒng)為主，其次為本體感覺反饋系

統(tǒng)和視覺反饋系統(tǒng)，三者所占比例依次為55.6%、34%和17.3%[10]；當(dāng)負(fù)重適當(dāng)增加時，前庭反饋系統(tǒng)和視覺的反饋系統(tǒng)可能維持在一個恒定的水平，本體感覺反饋系統(tǒng)可能是維持軀體靜態(tài)平衡功能的主要反饋系統(tǒng)。因為負(fù)重的增加，分布于肌肉韌帶關(guān)節(jié)內(nèi)的本體感受器感知刺激增加，將信息通過神經(jīng)纖維傳導(dǎo)至大腦，綜合來自視覺、位覺的感覺信號，通過脊髓、腦干和大腦皮質(zhì)三個神經(jīng)中樞處理信息，并產(chǎn)生相應(yīng)刺激反饋于骨骼肌肉，增加力量、調(diào)節(jié)足底壓力分布等，維持機(jī)體靜態(tài)平衡。當(dāng)負(fù)重進(jìn)一步增加（接近50 kg），機(jī)體受到外界刺激引起肌張力增加，機(jī)體維持軀干靜態(tài)穩(wěn)定能力受到破壞。此外，軀體穩(wěn)定性是維持射擊姿勢、精確瞄準(zhǔn)射擊目標(biāo)的基礎(chǔ)，一定的負(fù)重量可能對單兵射擊能力產(chǎn)生積極的影響，但負(fù)重量過大可能產(chǎn)生不利的影響。但目前尚缺少此方面的直接研究。

4 結(jié)論

一定的負(fù)重量下男性學(xué)員穩(wěn)定性增加，負(fù)重過量機(jī)體維持靜態(tài)平衡能力受到損害；女性學(xué)員負(fù)重增加，通過調(diào)整軀干姿勢，代償性維持軀體靜態(tài)平衡。

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2015.06.28

解放軍理工大學(xué)教育教學(xué)課題；軍隊級教學(xué)成果獎培育立項課題

馬繼政，Email：mjz_mjj@163.com