健康體育課程嵌入SSC練習(xí)以促進兒童青少年骨健康：證據(jù)與應(yīng)用

馮宇超，陳佳豪，曾錦樹，徐 菁，周大亮，沈 歆，徐 飛

(1 . 杭州師范大學(xué)體育學(xué)院，浙江 杭州 311121； 2. 南京曉莊學(xué)院體育學(xué)院，江蘇 南京 211171；3. 杭州師范大學(xué)健康管理學(xué)院，浙江 杭州 311121)

0 前言

骨骼的健康情況通常用骨量來表示，人體生命過程中骨量達到的頂峰被稱為峰值骨量(peak bone mass).個體的峰值骨量與骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis)的發(fā)生風(fēng)險密切相關(guān)，每提升10%的峰值骨量，骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病年齡可能會推遲約13年[1-3].兒童青少年時期人體會隨著性成熟而快速發(fā)育，是骨骼線性生長、骨量積累的主要時期.青春期結(jié)束時，人體將完成生命過程中90%的骨量積累[1,3-4].通常情況下，通過雙能X線(DXA)、定量超聲技術(shù)(QUS)；計算機斷層掃描(CT)或磁共振成像(MRI)等高精度技術(shù)測得的骨礦物質(zhì)含量(Bone mineral content, BMC)[5]和(或)骨礦物質(zhì)密度(Bone mineral density, BMD)[6]是評價骨量的可靠指標(biāo)[1,3, 5- 6].

營養(yǎng)膳食、運動鍛煉、疾病與藥物是影響兒童青少年的骨健康三大要素，其中運動是影響兒童青少年骨健康的重要途徑[1,3-4].所以，兒童青少年時期的骨健康程度對今后骨骼形態(tài)發(fā)育與日后罹患骨質(zhì)疏松的風(fēng)險有重要影響，應(yīng)引起重視.在學(xué)校教育和健康管理的體系中，3～6歲的兒童在學(xué)齡前(幼兒階段)結(jié)束后，自然過渡到學(xué)校教育階段.學(xué)校是兒童、青少年主要的活動場所，是學(xué)生通過增加身體活動、增強體質(zhì)健康的重要場域.而學(xué)校體育課除了實現(xiàn)教育功能之外，還是兒童青少年學(xué)校階段的保障性身體活動方式.雖然我國已經(jīng)構(gòu)建“中國健康體育課程模式”，并提出體育課“運動負荷”、“運動技能”和“體能練習(xí)”三大關(guān)鍵點，其中特別提到“體育課每堂課應(yīng)安排體能練習(xí)”.但從目前來看，我國學(xué)校衛(wèi)生、學(xué)校體育課有兩方面可能仍然需要深入研究，一是對兒童青少年骨健康的重視不夠，學(xué)校健康教育課堂缺乏骨健康相關(guān)的知識教育，常規(guī)體檢中未涉及骨健康檢查的項目[7]；二是體育課“體能練習(xí)”如何科學(xué)設(shè)置練習(xí)內(nèi)容的問題.目前體育課涉及的身體練習(xí)(鍛煉)內(nèi)容更側(cè)重于耐力素質(zhì)培養(yǎng)，對兒童青少年群體骨健康的重視不夠[8-9].因此，適當(dāng)調(diào)整和優(yōu)化體育課堂練習(xí)內(nèi)容，充分運用運動鍛煉，注重多樣化和補償性體能的體能練習(xí)，對促進兒童青少年的骨健康有重要意義.

快速伸縮復(fù)合練習(xí)(stretch-shortening cycle, SSC)是個體肌肉先進行離心收縮，隨后根據(jù)意識支配肌肉做向心收縮，最終產(chǎn)生比單純向心收縮更大肌力的特殊肌肉收縮形式，常見于跑步和跳躍類運動中.利用肌肉SSC收縮機制的鍛煉方式又被稱為超等長練習(xí)(Plyometric exercise)或增強式練習(xí).SSC是常用于爆發(fā)力素質(zhì)訓(xùn)練的練習(xí)形式[1,9-10].一些探索研究[1,9-11]發(fā)現(xiàn)，將SSC引入體育課堂有助于豐富體育課堂練習(xí)形式、提升課堂練習(xí)內(nèi)容對骨健康的增益作用.但也有研究未發(fā)現(xiàn)中短期SSC干預(yù)提高兒童青少年骨健康的直接證據(jù)[12].Gómez-Bruton等[3]的系統(tǒng)綜述初步指出，SSC有助于促進兒童青少年骨健康，但其研究的應(yīng)用價值有限，因為目前SSC促進兒童青少年骨健康的效果尚未達成共識，其影響因素和科學(xué)原理仍不夠明確.因此，本文在梳理SSC影響兒童青少年骨健康研究證據(jù)的基礎(chǔ)上，從科學(xué)循證角度評價該領(lǐng)域的研究進展并總結(jié)應(yīng)用策略，以期為相關(guān)人員和一線體育教學(xué)工作者提供應(yīng)用參考.

1 文獻檢索、納入和排出標(biāo)準(zhǔn)

以“快速伸縮復(fù)合”“超等長練習(xí)”“增強式訓(xùn)練”“兒童青少年”“跳躍”“骨健康”“骨密度”“骨礦物質(zhì)”為中文主題詞和關(guān)鍵詞，以plyometric、children、adolescents、jump、hop、bone health、bone mineral content (BMC)、bone mineral density (BMD)為英文主題詞和關(guān)鍵詞，采用布爾邏輯運算(Boolean algebra)檢索CNKI、PubMed、MEDLINE、ScienceDirect、Web of science等數(shù)據(jù)庫.檢索文獻限定時間為數(shù)據(jù)庫建庫至2021年12月31日.

文獻納入標(biāo)準(zhǔn)：1)以人為研究對象且受試者年齡群體不超過20周歲；2)研究證據(jù)質(zhì)量較高，論證規(guī)范可靠；3)采用骨礦物質(zhì)含量(BMC)或骨礦物質(zhì)密度(BMD)作為結(jié)局評價指標(biāo)；4)對照研究(須包含對照組)；5)干預(yù)前后須進行BMC測試或BMD掃描；6)通過同行評議并以英文發(fā)表的研究論文.文獻排除標(biāo)準(zhǔn)：1)與本研究目的無關(guān)的文獻；2)與SSC、運動鍛煉對骨健康影響主題無關(guān)的研究；3)動物實驗、綜述類研究(包括meta分析system review和).根據(jù)檢索策略，初步篩選出中英文文獻共110篇，采用回溯檢索法盡量補全主題相關(guān)文獻，在文獻納入和排除框架下，最終共納入34篇中英文文獻(表1).

表1 SSC促進兒童青少年骨質(zhì)健康的證據(jù)Tab.1 Evidence of SSC promoting bone health in children and adolescents

續(xù)表1

續(xù)表1

2 研究結(jié)果

2.1 SSC與兒童青少年骨健康

骨礦物質(zhì)含量(BMC)或骨礦物質(zhì)密度(BMD)是評價骨健康的重要指標(biāo)，主要反映個體的骨量和骨質(zhì)[3].筆者將納入的34篇干預(yù)研究關(guān)鍵信息匯總，通過考察結(jié)局指標(biāo)的變化，梳理SSC促進兒童骨健康的證據(jù)(表1).從基本情況來看，納入研究的樣本量為21～502人，受試者年齡3～19歲不等，包括單性別和混合性別研究.受試人群主要為普通學(xué)齡兒童青少年(也有少量研究以同齡非專業(yè)運動員、慢性病患者為研究對象)；納入34項研究中有33項研究的結(jié)局指標(biāo)顯示，SSC有利于促進腰脊椎、股骨頸、股骨上端、全身、大腿、膝蓋骨、腰椎、右手臂、大轉(zhuǎn)子、脛骨等部位BMC和(或)BMD增長，適宜年齡寬泛、作用部位較多，提示SSC有可能是一種促進兒童青少年骨健康的有效手段.

2.2 SSC促進兒童青少年骨健康的影響因素及科學(xué)原理

適宜強度的運動鍛煉是維持骨量增加的重要因素，不同年齡段、不同性別的兒童青少年采用不同強度、鍛煉方式的運動鍛煉對骨健康的影響不同.筆者根據(jù)最終納入的研究文獻，系統(tǒng)評價了SSC干預(yù)影響兒童青少年骨健康專題中，有關(guān)SSC干預(yù)形式、干預(yù)劑量、受試者年齡、性別以及其他因素對骨健康的影響，并在此基礎(chǔ)上闡述其科學(xué)原理.

2.2.1 干預(yù)形式與劑量

Hanson等[1]根據(jù)練習(xí)目的，將SSC干預(yù)形式大致分為基礎(chǔ)練習(xí)、雙側(cè)下肢練習(xí)、單側(cè)下肢練習(xí)、上肢練習(xí)、核心力量練習(xí)和SSC組合練習(xí)，其中基礎(chǔ)練習(xí)為SSC的早期引入階段.從表1可知，研究SSC干預(yù)對兒童青少年骨健康影響的研究中，SSC干預(yù)的形式多樣，主要有：跳繩(6項)、跳箱(11項)、復(fù)合跳躍運動(10項)、有氧抗阻結(jié)合SSC(5項)等.根據(jù)Hanson等的專業(yè)分類建議，其中跳繩、跳箱、負荷跳躍運動屬于基礎(chǔ)練習(xí)，有氧抗阻結(jié)合SSC屬于SSC組合練習(xí).但納入的研究文獻中只是給出了SSC的干預(yù)形式，很少有研究能夠準(zhǔn)確界定和直接描述SSC干預(yù)的運動強度，這說明SSC干預(yù)方案的細化與干預(yù)劑量的量化，仍然是相關(guān)研究不夠明確的一點，這也是將來研究中需要重點關(guān)注的一點.

運動強度和運動頻率超過骨生成閾值時，骨骼才會因運動刺激而加速生長[44].所以不同類型的SSC促進兒童青少年骨健康的劑量需要分類討論.文獻結(jié)果顯示，促進兒童青少年骨健康的SSC以基礎(chǔ)練習(xí)為主，頻率為每周2～5次，有效干預(yù)時間短至9周、長達3年.綜上，要采用SSC促進兒童青少年骨健康，應(yīng)制定強度適宜，周期較長的運動計劃，選用的干預(yù)手段要與練習(xí)者運動水平相適應(yīng).

2.2.2 性別與年齡

性激素與機體骨量、骨密度密切相關(guān)，不同年齡階段的骨骼發(fā)育速度也存在差異.一項截面研究[45]表明，運動干預(yù)成骨作用的最佳時期也可能存在性別差異.所以，明確SSC促進骨健康的效應(yīng)與性別、年齡之間的關(guān)系非常重要.分析本研究納入文獻詳細信息可知，盡管對男、女生青春期時間劃分和干預(yù)持續(xù)時間的不同，SSC對男、女生的最佳干預(yù)時期可能存在年齡上的差別，青春期早期可能是干預(yù)促進成骨健康的最佳時期.根據(jù)快速生長發(fā)育時期性別差異的特征，筆者認為，SSC促進兒童青少年骨健康的最佳時期可能為：女生10～12歲，男生12～14歲.實踐應(yīng)用中可以通過Tanner性成熟分期法或骨齡測定法，作為輔助指標(biāo)用以判定練習(xí)者是否處于SSC促進骨健康的最佳時期.

2.2.3 SSC促進兒童青少年骨健康的科學(xué)基礎(chǔ)

SSC練習(xí)時，肌肉被先行拉長儲存一定的彈性勢能，肌肉牽張感受器受到刺激產(chǎn)生興奮[10].在神經(jīng)系統(tǒng)的作用下激活肌肉牽張反射性地快速收縮，肌肉在向心收縮階段產(chǎn)生較大肌力，刺激骨組織內(nèi)部產(chǎn)生牽張應(yīng)力[9-10]，激活成骨、破骨細胞，通過生物力學(xué)作用影響骨代謝平衡，進而引發(fā)級聯(lián)成骨反應(yīng)，其優(yōu)點在于以較小的外部負荷引起較強烈的肌肉收縮，保證機械負荷刺激，最終產(chǎn)生骨骼適應(yīng)性應(yīng)答[46].長期SSC提升肌力的效果明顯[47]，肌力充足也能保證機械負荷刺激充分，從而有效促進骨健康[5,48].

早期認為，骨骼對運動的生物力學(xué)適應(yīng)源自克服重力所產(chǎn)生的反作用力.隨著生物力學(xué)有關(guān)研究成果的積累和發(fā)展，證實運動鍛煉影響骨健康是通過機械負荷實現(xiàn)的[44].Wolff定律(Wolff博士提出的骨轉(zhuǎn)化定律)指出，運動引起骨骼直接受力，骨內(nèi)膜在骨骼承受負荷的情況下形成新的細胞層，骨外膜對舊細胞進行重吸收，最后成骨細胞發(fā)生作用，更新骨組織.Wolff定律強調(diào)機械應(yīng)力對骨骼的直接作用與肌肉收縮對骨骼的間接作用都會影響骨代謝.Frost進一步提出了機械負荷理論：強調(diào)骨骼肌收縮對骨骼產(chǎn)生的牽張力、剪切力所帶來的機械負荷是促進成骨作用的主因.在成骨細胞與破骨細胞的協(xié)同作用下，機體形成骨代謝的動態(tài)平衡，從而維持骨組織不斷更新[44].所以，運動鍛煉對骨健康的影響主要表現(xiàn)為：1)通過機械負荷(骨骼肌收縮與沖擊力)改變骨骼微觀結(jié)構(gòu)，激活破骨細胞與成骨細胞作用，加速骨量積累[5,48]；2)通過骨骼肌收縮影響骨骼形態(tài)結(jié)構(gòu)、刺激骨骼生長，同時強化肌肉組織[48].外部沖擊與骨骼肌收縮在運動鍛煉促進骨健康中都扮演重要角色[6].此外，運動鍛煉對骨代謝調(diào)節(jié)起重要作用，通過生物力學(xué)作用影響骨結(jié)構(gòu)、促使神經(jīng)系統(tǒng)與內(nèi)分泌系統(tǒng)產(chǎn)生生化作用影響骨代謝并促進骨健康.

3 體育課堂引入SSC的應(yīng)用策略

已有研究提及瑞士小學(xué)生(21.6%)、西班牙12～18歲學(xué)生(<25%)、巴西學(xué)生(<25%)體育課上的基本身體活動的量和強度達不到推薦的最低活動量(體育課上學(xué)生中到大強度體力活動水平的時間為50%).綜上，兒童青少年體育課、總體的體力活動水平不高，已經(jīng)不是我國獨有的問題.全球兒童青少年身體活動水平偏低已成為多方擔(dān)憂的現(xiàn)實，某種程度已成為一個全球性的公共健康問題.

現(xiàn)階段，我國學(xué)校體育和體育健康課程對兒童青少年骨健康的重視程度不夠，在課堂練習(xí)同樣也存在一些現(xiàn)實問題.如學(xué)生身體活動量不足、運動密度偏低，體育課練習(xí)內(nèi)容形式較為單一、相對而言更側(cè)重耐力素質(zhì)的練習(xí)，缺乏有針對性促進骨健康的練習(xí)內(nèi)容.所以，將SSC引入體育課堂，有利于促進兒童青少年骨健康和提升學(xué)生身體活動量、運動密度，豐富體育課堂練習(xí)形式，培養(yǎng)學(xué)生更全面的身體素質(zhì).雖然多項研究初步證實，SSC能使練習(xí)者獲得BMC、BMD長期的增益，但長期執(zhí)行SSC方案是一項復(fù)雜任務(wù)，需要科學(xué)化指導(dǎo)，因為骨骼對運動強度和運動負荷適應(yīng)性增強的特性，在不同的干預(yù)階段需要調(diào)整運動強度和負荷條件以持續(xù)促進骨健康[26].基于此，筆者在提取SSC促進兒童青少年骨健康證據(jù)的共性特征，從兒童青少年的生理特點、運動時間、頻率和持續(xù)鍛煉總的時長和作用部位等角度，總結(jié)出4種應(yīng)用方案(見表2).

表2 4種可行的SSC應(yīng)用方案Tab.2 Four feasible SSC application protocols

總體而言，合理的SSC方案應(yīng)具備強度適宜、間歇合理和密度充足的特征[1,3].指導(dǎo)學(xué)生進行SSC時，要考慮練習(xí)的動作選擇、練習(xí)量、練習(xí)場地硬度以及練習(xí)設(shè)備，根據(jù)學(xué)生年齡與生長發(fā)育不同階段的特征，循序漸進地安排不同階段的練習(xí)計劃，由基礎(chǔ)練習(xí)逐漸過渡到針對性練習(xí)，最后再考慮組合鍛煉內(nèi)容[1].

3.1 早期階段的應(yīng)用建議

在進行針對性強、刺激強度較大的SSC前，通常要進行基礎(chǔ)練習(xí)和過渡性練習(xí)，以掌握動作特點，初步發(fā)展相關(guān)身體素質(zhì)，為下一階段的SSC做準(zhǔn)備.低年級學(xué)生處于青春期前期，是人體生長發(fā)育的較快時期，此時不宜進行負荷過大的運動鍛煉.針對低年級學(xué)生可以安排跳繩等較為基礎(chǔ)的SSC.本研究納入的文獻中，有6項研究[12,15,17,19,38-39]表明低年級學(xué)生進行跳繩練習(xí)能有效增進下肢骨健康.跳繩是動作簡易、負荷較低的SSC動作，適合低年級學(xué)生的基礎(chǔ)練習(xí).跳繩練習(xí)的要點在于甩繩速度逐漸加快時，起跳高度逐漸變低，從而激活小腿與足部的牽張反射.隨著能力提高，可采取雙搖跳等花式跳繩動作增加難度.

3.2 窗口期階段的應(yīng)用建議

10～14歲涵蓋了女生、男生快速生長發(fā)育期，是性成熟早期階段，同時也是SSC促進骨健康的最佳時期[3].納入文獻中，有18項研究[11-12,18,20,24,26-30,32-34,36,38,40-42]表明，復(fù)合跳躍練習(xí)能有效促進10～14歲兒童青少年下肢的骨健康，練習(xí)方案主要包括墊步跳、單足跳、深蹲跳、跨步跳等形式.復(fù)合跳躍方案的練習(xí)動作屬于基礎(chǔ)SSC和下肢SSC，練習(xí)要點有共通之處，都強調(diào)快速觸地后彈起、動作輕快、擺臂充分.建議在10～14歲的窗口期安排復(fù)合跳躍針對性的練習(xí)，以期得到較大的骨健康收益.但也需注意的是，復(fù)合跳躍方案適用于有一定下肢肌肉力量的兒童青少年，所以建議練習(xí)時提前確定行進距離、分配好動作后按組完成，也可以考慮結(jié)合游戲法，以分組追逐等方式開展，在符合練習(xí)強度和練習(xí)密度的框架下，提高練習(xí)的趣味性，從而保證兒童青少年的參與度.

3.3 鞏固階段的應(yīng)用建議

青春期后期，個體生長發(fā)育的速度有所放緩，但仍處于骨量積累時期.因此，采用適宜的SSC鞏固前期的骨量積累，發(fā)展其他身體素質(zhì)對兒童青少年維持和促進骨健康有重要意義.故建議，青春期后期至成年階段的學(xué)生，在完成前兩個階段的SSC、打好基礎(chǔ)的情況下，可以執(zhí)行形式復(fù)雜、強度稍大的組合式SSC.教師在應(yīng)用過程中應(yīng)監(jiān)督學(xué)生動作質(zhì)量，強調(diào)要通過主觀意識支配去“快速”完成動作.從目前能夠獲取的研究文獻來看，納入研究都沒有提到受傷案例，但筆者認為，防范于未然，SSC的安全問題應(yīng)引起重視，這對于鞏固階段的兒童青少年尤為重要，故實際應(yīng)用中要慎重考慮SSC的強度問題和姿勢控制(平衡)相關(guān)能力的培養(yǎng)[49]以避免運動損傷.分析認為，納入的大多數(shù)研究未發(fā)現(xiàn)(未匯報)損傷情況，重要原因之一可能是各項研究中SSC的干預(yù)均未采用跳深(典型的SSC練習(xí)方式)、大負荷抗阻、高強間歇練習(xí)等強度較大的SSC方案，但如果SSC應(yīng)用于中高階階段以提高兒童青少年群體的骨健康，控制好SSC的運動強度、運動量等負荷問題，需要更為精確和嚴(yán)格的研究參考.所以，筆者建議一線教師在應(yīng)用SSC作為提高體育課強度和密度的干預(yù)手段時，建議在表2的基礎(chǔ)上進一步開展探索性研究和實踐，以確保有效安全的警戒線.此過程中，筆者認為，對于兒童青少年的體育課程而言，安全性應(yīng)該重于有效性.還需注意的是，在鞏固階段應(yīng)盡量完善SSC正確的技術(shù)動作，這是有效練習(xí)量和練習(xí)強度的重要保證.因為SSC有一些共同要點，其練習(xí)效果與動作質(zhì)量密切相關(guān)，若SSC離心階段與向心階段的延遲過長，則肌肉預(yù)拉伸獲得的能量將會耗盡.

4 小結(jié)與展望

SSC能促進兒童青少年骨健康，其效果受練習(xí)形式、劑量、性別、年齡、動作質(zhì)量等因素的影響.將SSC引入體育課堂，有助于解決我國體育課堂練習(xí)密度低和練習(xí)形式不夠豐富等現(xiàn)實問題.青春期早期是SSC促進骨健康的最佳干預(yù)時期，建議一線教學(xué)工作者在體育課實踐中，采用基礎(chǔ)SSC練習(xí)指導(dǎo)低年級學(xué)生.然后根據(jù)年齡、性成熟、身體素質(zhì)以及技能的提升而逐步地過渡到SSC針對性練習(xí)和組合練習(xí).

未來研究需探討：1) SSC促進骨健康的最佳時期可能存在的性別差異及其生理機制；2) 開展針對性的研究，設(shè)計更詳細的課程練習(xí)內(nèi)容，為實踐應(yīng)用提供更詳實的參考；3) 從長遠來看，如果SSC嵌入健康體育課程作為提高兒童青少年骨健康的干預(yù)方式，SSC干預(yù)方案的細化與干預(yù)劑量的量化，是將來應(yīng)用研究中需要重點關(guān)注和探索的問題.