水中跑在康復訓練中的應用及研究進展

李男

水中跑在康復訓練中的應用及研究進展

李男

水中跑是十分常見的水下訓練手段，常見的運動方式有深水跑、淺水跑、水中跑臺跑。水中跑同陸上跑相比，具有不同的特征，在康復訓練中有重要的作用。通過文獻資料法，總結分析國內外關于水中跑的應用和研究進展，為以后的科研和應用提供理論依據(jù)。

水中跑；深水跑；淺水跑；水中跑臺跑

下肢或脊柱損傷的患者在完成陸上練習時，由于需要負荷自身的重量，使得訓練較難進行，因此，水下訓練被引入到康復訓練過程中。水中跑是水中訓練的主要方式之一。目前常見的形式有深水跑 （Deep Water Running，DWR）、淺水跑（Shallow Water Running，SWR）和水中跑臺跑（Aquatic Treadmill Running，ATM）。水中跑多應用于心肺系統(tǒng)、運動系統(tǒng)疾病的康復鍛煉，可以改善心肺的功能、疼痛程度、力量水平和活動范圍，促進疲勞恢復。本文分別將關于這3種水中跑的研究以及其應用進行歸納。

1 不同形式水中跑的特點

1.1 浸入水中的生理學改變

浸入水中會引起心臟功能的改變。當身體浸入水中后，由于靜水壓梯度作用使得血液重新分配，引起中心血量增加而外周血量減少，從而導致每搏輸出量和心輸出量增加。浸入水中會引起肺功能的改變。當人體浸入劍突水平時，靜水壓壓迫腹部導致膈肌上升，呼吸阻力增加；當深度增加至頸部水平，胸部受到壓迫，呼吸阻力進一步增加。浸入水中同樣會引起腎功能的改變。浸入水中一段時間會增加尿液的排泄，其可能機制有：（1）抗尿分泌激素的抑制；（2）內生前列腺素的增加；（3）交感神經(jīng)興奮性減少[1]。此外，浸入水中的溫度不同引起機體不同程度的變化。水中的訓練環(huán)境對訓練者提出了新的挑戰(zhàn)，合理利用這些特點進行鍛煉，可最大程度發(fā)揮水下訓練的優(yōu)越性。

1.2 深水跑

深水跑通常在游泳池較深的一端進行，需要借助浮力設備將身體浮于水面之上模擬陸上跑步動作。深水跑作為康復訓練手段開展得較早，很多學者對其生理學和生物力學特點進行研究。

1.2.1 不同強度狀態(tài)下的生理特點

深水跑與陸上跑相比，不同強度運動表現(xiàn)存在差異。最大強度運動時，深水跑VO2max是陸上跑VO2max的73%～92%，深水跑的心率是陸上跑的86%～95%，而兩者的自覺用力程度（RPE）相似[2]。Leonardo總結最大強度深水跑 VO2max較低的原因可能有：（1）最大強度的深水跑相較于陸上跑無氧代謝供能所占比例更高，這在一定程度上限制了有氧能力表現(xiàn)；（2）研究對象對水中跑的熟悉程度遠遠低于陸上跑，可能會對表現(xiàn)結果造成影響；（3）腿部肌肉灌注減少，可能影響 VO2max表現(xiàn)[3]。

在次最大強度運動時，深水跑攝氧量和心率都低于陸上練習。然而，在給定的次最大強度下，水中運動比陸上運動每搏輸出量大[2]。研究證實，水中運動從次最大強度到最大強度，心輸出量沒有增加[4]。Reily指出每搏輸出量并未隨著強度增加而進一步增大的原因有：（1）安靜狀態(tài)下，外周血量向中心分配，使得運動過程中可向中心轉移的血量減少；（2）浸入水中左心室舒張期容量已經(jīng)接近最大，減少了運動過程中進一步增大的可能性；（3）心臟充盈時間減少[1]。

1.2.2 深水跑的生物力學的特點

深水跑與陸上跑產生了不同的鍛煉效果，研究者從深水跑與陸上跑生物力學機制進行了探討。Masumoto通過匹配受試者心率使受試者深水跑和陸上跑產生類似的肌肉活動，結果發(fā)現(xiàn)深水跑時腓腸肌肌肉活動遠低于陸上跑臺跑[5]。而Masumoto通過匹配RPE，發(fā)現(xiàn)深水跑時脛骨前肌和腘繩肌的肌電活動小于相同強度的陸上跑臺跑[6]。Kaneda等測量了深水跑下肢的肌肉活動與陸上行走和水中行走時的差異，發(fā)現(xiàn)深水跑時髖關節(jié)屈伸肌肌電活動增加，而比目魚肌和腓腸肌活動相應減少[7]。肌肉活動的變化是由于深水跑運動模式的改變。Kilding等指出，深水跑過程中，髖關節(jié)和膝關節(jié)同時屈曲或伸展，而陸上跑步過程中，髖關節(jié)的活動先于膝關節(jié)的活動。此外，由于浮力的作用，深水跑過程中大腿上抬較多，使得髖關節(jié)活動范圍顯著增大[6]。比目魚肌和腓腸肌的肌肉活動水平主要受到垂直作用力的影響，但深水跑過程中浮力作用使得雙腳不與地面發(fā)生接觸，導致下肢在垂直方向上受力發(fā)生改變。水流阻力使得水平方向作用力也發(fā)生改變，從而影響跑步過程中步頻和運動單位的募集，產生與陸上跑不同的下肢運動模式，可能對陸上跑技術造成一定的影響[9]。深水跑的另一個不足是下肢肌肉活動沒有離心負荷，建議患者從深水跑逐步過度到陸上訓練來適應離心負荷。此外，強調離心活動的抗阻訓練也可能縮減由深水跑到陸上跑的適應過程[10]。

1.3 淺水跑

深水跑與陸上跑在技術上存在一定的差異，而淺水跑更好地模擬陸上跑步動作，參與動員的肌肉及肌肉用力順序與陸上跑具有較高的相似性，可產生與陸上跑相類似的神經(jīng)肌肉募集方式，訓練效果也更為接近。

張曉暉通過對18名大學生運動員分別進行 6周的淺水跑與陸上跑有氧訓練后發(fā)現(xiàn)，淺水跑跑組最大心率低于陸上跑組，約為陸上的84.8%。淺水跑組血乳酸濃度在運動后4 min、8 min均低于陸上跑組，但差異無顯著性意義（P＞0.05）；淺水跑和陸上組的最大攝氧量在6周訓練后分別提高 8.9%和 9.2%（P＜0.05），組間差異無顯著性意義（P＞0.05），表明淺水跑訓練可產生與陸上相媲美的心肺反應[11]。Dowzer等比較了15名女性跑步者分別完成陸上跑臺跑、淺水跑和有浮力設備的深水跑時的最大生理反應。淺水跑和深水跑的最大攝氧量分別為陸上跑最大攝氧量的 83.7%和 75.3%，最大心率分別是跑臺跑的 94.1%和87.2%。作者提出水療提供的刺激可作為陸上跑的替代訓練，其中淺水跑訓練可有效地保持心肺健康[12]。Barbosa等研究了身體浸沒水中不同深度鍛煉所引起的身體反應。結果顯示，當水深低于腰部時，流體阻力會大大提高代謝水平，使參與者的攝氧量和心率增加。相反，當水深達到或超過腰部時增加的浮力抵消了流體阻力所引起的運動量的增加，導致攝氧量和心率減少。因此，目前淺水跑水深多選擇腰部水平，也反應了浸入不同深度水中對機體的刺激產生不同的影響[13]?？梢?，淺水跑訓練可以產生與陸上訓練相類似的效果，特別是腰部水平的訓練。

1.4 水中跑臺跑

雖然淺水跑相較于深水跑具有一定優(yōu)勢，但受前向阻力的影響，淺水跑會產生身體姿勢的扭轉。水中跑臺跑前向阻力減少，受試者能夠以更加接近正常步態(tài)行走或跑步，這對于希望恢復到正常功能步態(tài)的患者非常重要。此外，水中跑臺能夠控制深度和速度，有利于控制練習強度。

Denning通過總結文獻得出結論，水中跑臺跑可以引出高于、相似或低于相同陸上練習的VO2max和心率[14]。Schaal等比較了最大強度下和次最大強度的水中跑臺跑和陸上跑臺心血管系統(tǒng)反應，結果發(fā)現(xiàn)，在最大強度運動時，除心率外，水中跑臺和陸上跑臺耗氧量、疲勞指數(shù)和呼吸換氣比率結果相似。因此，作者推斷最大強度的訓練可作為有效的替代訓練。然而次最大強度訓練時，水中跑臺組VO2max小于陸上跑臺跑，反應其運動強度對心肺的刺激小于陸上。因此，作者推斷次最大強度的訓練并不是有效的替代訓練[15]。Paul等人比較了相同速度下陸上跑臺和兩個不同高度 （腰部水平和大腿水平）的水中跑臺跑與步行過程的生理反應。結果發(fā)現(xiàn)，水中跑步和步行的攝氧量和心率均高于陸上跑臺練習。而在腰部水平，攝氧量和心率水平低于大腿高度練習的結果。完成水中任務時，每步的耗氧量高于陸上步行和跑步，差異具有顯著性意義，表明水中跑步相對于陸上練習消耗更大。這歸結于水中活動時阻力增加，而隨著深度的進一步增加，浮力作用幫助克服阻力，生理消耗反而減少[16]。Brubaker等人比較了大學生運動員完成水中跑臺和陸上跑臺跑心肺反應之間的關系，特別是心率和耗氧量的關系，發(fā)現(xiàn)除了休息時和第三個階段以外的任何階段，陸上跑和水中跑臺間差異沒有顯著性意義，這些數(shù)據(jù)證實陸上跑和水中跑可引起相似的反應[17]。Rutledge等人研究發(fā)現(xiàn)，水中跑臺跑在174～228 m/min時，可引起同陸上跑臺相似的代謝反應，并得出結論水中跑臺跑訓練可以替代陸上跑，來維持傷病和健康人群的身體健康狀況。此外，研究也證實噴口的水流阻力可以增加代謝消耗[18]。水中跑臺訓練可以產生與陸上訓練相類似的訓練效果。

2 水中跑的應用

2.1 運動系統(tǒng)損傷患者的康復訓練

水中跑被應用在運動系統(tǒng)損傷患者的康復過程，可以避免由于訓練不足引起的心肺功能下降、肌肉萎縮等情況，從而加速康復進程。根據(jù)阿基米德浮力原理，當身體浸入不同高度的水中時，會不同程度減輕關節(jié)承受的負荷。此外，靜水壓可以幫助受傷組織減輕腫脹程度[19]。Dowzer等人證實，深水跑相對于陸上跑可以減輕脊柱的負荷，從而減少跑步運動員的下腰痛[20]。Cuesta-Vargas等人的研究中，非特異性下腰痛患者分別完成含深水跑和不含深水跑的物理治療。兩組在疼痛、功能、肌肉力量和耐力、腰椎活動等方面均有顯著改善，而深水跑組疼痛水平顯著改善，但是兩組之間差異不具有顯著性意義[21]。下肢損傷的患者也常采用深水跑的訓練方式，特別是希望維持心肺功能、技術動作的跑步運動員[10]。近年來水中跑臺跑在傷病患者中應用也越來越多。Denning等人比較了骨性關節(jié)炎患者在中等強度水中跑臺跑與陸上跑臺跑的差異，發(fā)現(xiàn)水中跑臺組訓練疼痛程度更小，而消耗水平相當，且水中訓練后關節(jié)活動度更大[22]。Roper等比較了水中和陸上跑臺訓練對于關節(jié)炎患者的急性影響，發(fā)現(xiàn)水中跑臺訓練對于關節(jié)角速度和關節(jié)炎相關的疼痛具有積極的治療作用[23]。

2.2 作為心血管疾病的康復手段

當身體沒入水中，靜水壓作用力使血液由外周向中心循環(huán)系統(tǒng)轉移，導致心臟充盈度增加。心率受水溫的影響，在熱中性或較低的水溫中，心率下降；而在相對較高的水溫中，心率通常會上升，導致心輸出量在高溫中進一步上升。相同的速度下，水中跑臺跑耗氧量是陸上跑的 3倍，而訓練效果在相對較低的速度就可以達到。身體浸入水中會導致靜脈回流和前負荷增加，因此水療是否適合心力衰竭患者還存在一定的爭議。判斷能否采用水中跑進行鍛煉，要根據(jù)患者的病情和狀態(tài)來判斷，如對于未經(jīng)控制或急性的心力衰竭的患者，水療是絕對禁忌癥；對于已經(jīng)控制的心力衰竭患者則可以根據(jù)具體情況適當?shù)亻_展水療練習。Tokmakidis等研究水療為基礎訓練以及停訓和恢復訓練對于低風險冠心病患者的影響，發(fā)現(xiàn)包括水中步行的水中練習顯著改善了受試者VO2max和全身力量。作者認為水中鍛煉對于低風險冠心病患者是有益的，會引起身體積極的適應。然而一旦停止鍛煉，這些訓練效果會喪失，所以需要堅持鍛煉[24]。

2.3 作為替代訓練避免運動員過度訓練

長期大強度的跑步訓練會引起局部關節(jié)承受過度負荷，這可能會引起運動員的傷病，而深水跑減輕了關節(jié)負荷又模擬了跑步動作，常作為替代訓練來保持運動員的有氧能力。Wilber等人將16名有訓練經(jīng)驗的跑步者分配到陸上跑步組和深水跑組，通過其 VO2max進行配對。訓練計劃包括：（1）30 min，90%～100%VO2max；（2）60 min，70%～75% VO2max，每周進行5次替代訓練，持續(xù)6周。所有測試者保持了他們的 VO2max水平，且跑步經(jīng)濟學、血乳酸和腎上腺水平組間差異不具有顯著性意義。作者認為深水跑作為陸上跑的替代方式可以有效地保持運動員有氧能力[25]。Bushman的研究中，4周的深水跑訓練保持了有訓練基礎的跑步運動員運動能力，并認為其可以作為陸上跑的替代訓練[26]。Tartargu等的研究也證實，采用深水跑完成 30%訓練量可以保持有訓練基礎的中距離跑運動員有氧能力和動力學[27]。目前研究支持采用恰當?shù)募夹g和強度時，深水跑可維持運動成績和有氧能力，但是存在深水跑可能會鈍化攝氧量和心率反應，對運動成績的進一步提高產生不利影響的憂慮。在考慮水中跑作為運動員的替代訓練時，應充分考慮其所處的階段、訓練目的以及運動員對水中訓練的接受程度等相關因素。

2.4 作為無訓練基礎或完成陸上跑困難的人群的健身手段

水中跑關節(jié)負荷小等優(yōu)勢使得一些參與陸上跑和普通跑臺跑困難的人群可通過深水跑來獲得鍛煉的效果。Davidson等人讓10名沒有訓練基礎的女性進行間歇漸進有氧訓練，每周3次共4周，訓練包括陸上跑或深水跑，中間間隔10周，兩種訓練方式產生相似的改善，作者得出結論，深水跑和陸上跑都可以改善年輕久坐女性的心血管健康水平[28]。Broman等的研究中，29名健康老年女性（69±4）歲進行 8周的深水跑，不僅改變了最大作功能力、最大有氧能力，且這些能力可以轉移到陸上。因此，作者推薦深水跑作為老年女性改善有氧能力的方法[29]。此外，研究還證實深水跑在改善老年動態(tài)平衡能力也具有一定的優(yōu)勢[30]。甚至有研究發(fā)現(xiàn)，深水跑可以減少胸部較大的女性不適感，是一種消耗更大，但是更加舒適的運動模式[31]?？梢娚钏軐τ诜沁\動專業(yè)人群也有比較大應用空間。值得一提的是，Jorgic通過總結1990—2011年發(fā)表的文章指出，深水跑對于老年具有鍛煉效果，但是該鍛煉對于老年人也有不足的地方，水的浮力作用導致水中練習對骨骼系統(tǒng)的刺激不充分，可能引起骨密質的快速丟失，特別是對于老年女性，這對骨骼系統(tǒng)健康不利[32]。

2.5 促進疲勞恢復，減少酸痛

當人體沒入水中時，液體在組織間轉換的速度加快，有助于減輕組織腫脹。此外，心臟輸出增加幫助代謝產物排出，有助于肌肉修復。已有研究證實，進行相同的水上和陸上的訓練，都有治療效果，而水中訓練肌肉酸痛程度顯著低于低于陸上訓練，差異具有顯著性意義[33]。運動后，水中練習作為主動恢復的方式也被證明可以加速肌肉酸痛的恢復[34]。Theanthong等檢查了6周足球訓練加超等長訓練后，深水跑對于肌肉損傷指標的影響。研究發(fā)現(xiàn)，深水跑可以快速移除肌酸激酶，而且跳深和反向跳的高度下降幅度小于慢跑和拉伸活動。這可能由于主動恢復可增加損傷肌肉細胞的血流，從而加強恢復過程。因此，作者提出深水跑可以減少肌肉損傷，加強恢復，促進訓練效果提高，并推薦作為足球訓練后的恢復手段[35]。

2.6 改善肌纖維痛癥狀

肌纖維痛是慢性疼痛癥狀，同一系列癥狀相關，如睡眠障礙、疲勞、較低的肌肉表現(xiàn)、焦慮、抑郁。運動訓練常作為康復治療手段，而水療不斷被證實對于肌纖維痛具有治療效果，其中有研究證實深水跑對于改善癥狀具有一定效果。Assis比較了水中步行、慢跑和陸上訓練對于女性肌纖維痛患者的治療效果，發(fā)現(xiàn)水中跑同陸上訓練一樣能夠改善患者的疼痛水平，而在精神方面則更具優(yōu)勢。由此作者提出對于存在適應陸上訓練困難或下肢運動受到限制的肌纖維痛患者，深水跑可以作為訓練的手段[36]。Cuesta-Vargas發(fā)現(xiàn)8周、每周3次含深水跑的訓練可改善肌纖維痛患者的疼痛水平、疲勞程度、僵硬度、心理狀態(tài)等。同時，整體健康和生活質量同宣傳教育組相比，差異具有顯著性意義。作者得出結論，深水跑對于肌纖維痛患者是安全、有效的干預手段[37]。

2.7 改善肥胖及相關代謝問題

對于肥胖人群來說，跑步常作為其鍛煉身體、減少身體脂肪的重要手段，而過多的體重會增加跑步時關節(jié)的負荷。水中跑可以減輕肥胖人群運動時所產生的關節(jié)負荷，且運動時消耗的能量也非常可觀。Wouters等研究了6周水中慢跑對于15名健康肥胖者的作用，發(fā)現(xiàn)其身體脂肪和腰圍減少，生活質量改善。在不增加受傷風險的基礎上，水中的身體訓練可增加肥胖個體的身體健康和精神健康狀況[38]。Greene等人研究了 12周陸上跑臺跑和水中跑臺跑對肥胖者的效果，結果發(fā)現(xiàn)兩種訓練效果不存在差異，兩組的 VO2max增加，而體重、BMI、體脂率和脂肪重量下降，腿部瘦體重僅在水中跑臺組增加，差異具有顯著性意義[39]。Meredith-Jones等人也證實 12周、每周 3次、每次60 min的深水跑可改善老年肥胖女性的有氧能力、增加肌肉力量、減少腰腹肥胖程度[40]。此外，水療對于改善肥胖問題的優(yōu)越性還表現(xiàn)在水具有熱傳導作用，在溫度相對較低水池中完成運動時，熱應激引起的風險減少。

3 結論

水中跑作為常見的水下訓練手段，近年來引起了廣泛的關注，最常見的 3種訓練方式：深水跑、淺水跑、水中跑臺跑。水中跑被證實具有維持有氧能力的效果，但同陸上的生理反應、生物力學存在一定的差異，適用的人群較廣。根據(jù)訓練目的、不同階段，選擇適當?shù)挠柧毞绞健姸群土縼磉_到預期的效果。水中跑適用人群范圍較廣，具有較大的應用前景，但其機理需要進一步的研究，為水中跑有效開展提供科學依據(jù)。

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（責任編輯：何聰）

Application and Research Progress of Aquatic Running in Rehabilitation Training

LI Nan
(shanghai Research Institute of Sports Science,Shanghai 200030,China)

Aquatic running is a common underwater training method,which includes deep water running,shallow water running and aquatic treadmill running.Different from land running,it has its specific characters and plays an important role in rehabilitation training.By the method of literature study,the article summarizes the application and research progress of aquatic running at home and abroad in order to provide theoretical basis for future research and application.

aquatic running;deep water running;shallow water running;aquatic treadmill running

G804.5

A

1006-1207（2017）01-0072-04

2016-03-15

上海市體育局2015年重點備戰(zhàn)項目攻堅保障研究立項課題（J007）。

李男，女，助理研究員。主要研究方向：運動人體科學。E-mail：linan1118316@163.com。

上海體育科學研究所，上海 200030。