全身振動訓練的運動康復作用研究進展

全身振動訓練的運動康復作用研究進展

全身振動訓練是近20年來出現(xiàn)的一種訓練方法。作為一種新興的訓練方法，它得到了越來越多的應用。目前，它主要用于競技、大眾體育、康復理療、航空、美容醫(yī)學等領域。相對于其它運動訓練方式,全身振動訓練具有簡單、無創(chuàng)、加載時間短、見效快、頻率振幅等控制參數(shù)易調節(jié)等優(yōu)點。2014年5月27日—6月1日,第61屆美國運動醫(yī)學會(ACSM)年會暨第5屆運動是良藥(ExerciseisMedicine,EIM)世界科學大會在美國弗羅里達奧蘭多舉行,此次大會上全身振動訓練研究主要涉及康復醫(yī)學和體育2個領域。本文以2014年第61屆美國運動醫(yī)學會年會交流論文為例,結合近年來Pubmed網(wǎng)站發(fā)表的相關論文,以全身振動訓練為主題,從全身振動訓練促進競技水平、在康復醫(yī)學中的應用、研究機制新進展以及安全性和可靠性4個方面進行了綜述,以期對體育和臨床康復研究人員有所裨益。1肢體肌肉訓練全身振動訓練是一種特殊的運動訓練方式,最初是由俄羅斯的體操教練員Nasarov與科學家Spivak于1987年將振動形式的刺激和力量訓練結合應用到體操運動員的訓練中。在全身振動訓練中,由振動臺產(chǎn)生的高頻機械刺激通過身體傳遞,能以相對較小的負荷達到較好的訓練效果。鑒于全身振動訓練能提高肌肉力量和強度的優(yōu)勢,目前全身振動訓練相關研究已引起國際體育科學界的極大關注。在全身振動訓練成為競技體育的一種輔助訓練的同時,如何有效使用該方法提高運動能力,將是今后體育科研工作者的研究熱點。1.1全身振動訓練對肌肉力量和強度的影響作為傳統(tǒng)訓練方法的替代或輔助,全身振動訓練在健身俱樂部、醫(yī)學美容機構和職業(yè)運動員的肌肉訓練中正日益流行。能有效提高受試者肌肉力量和強度,是每一個教練員一直關注的問題。已有研究表明,全身振動訓練對肌肉力量的效應依賴于振動臺的類型、頻率、強度(振幅)和持續(xù)時間(急性還是長期)[5-8]。如果在傳統(tǒng)訓練中加上設計方案比較合理的全身振動,可以使肌肉強度、力量、彈性、橫截面積等顯著增加。比較推薦的訓練方案是:傳遞到頭部的振動強度要低,不能高,最好的頻率應該高于20Hz,強度應該低于1~2mm。此外,當振動訓練用于休閑或職業(yè)運動員開始訓練的初期時,每次振動持續(xù)的時間應該短于20~60s。1.2全身振動訓練對運動前后有氧運動能量消耗和底物氧化的影響全身振動作為一種增強運動前肌肉性能的準備活動正在流行。為了評價運動前進行全身振動是否能增加有氧運動能量消耗和底物氧化,Jie等人對17名不同性別的青年受試者進行了振幅為2mm和6mm的全身振動干預。結果發(fā)現(xiàn),運動前進行頻率為40Hz的全身振動干預,無論振幅大小如何,都能增加受試者在干預后即刻進行深蹲運動的能量消耗和碳水化合物的氧化,但對干預后即刻進行的有氧運動不產(chǎn)生影響。進一步,Zachary等人的研究發(fā)現(xiàn),相比于抗阻訓練,全身振動訓練可以更好地改善運動后低血壓和脂肪氧化,且全身振動與抗阻訓練同時使用對改善運動后低血壓和脂肪氧化的效果更佳。1.3全身振動訓練對皮質醇的影響產(chǎn)生全身振動的裝置可以根據(jù)其峰值加速度進行分類,低強全身振動平臺,不管頻率多大,產(chǎn)生的加速度均小于1g,而高強全身振動的加速度大于1g。目前最典型的低強全身振動平臺是Juvent1000平臺,高強全身振動平臺是Galileo平臺。已有的研究表明,GP和JP2種振動平臺對人體血清皮質醇的影響是不同的。無論是急性GP振動臺還是慢性GP振動臺均能減少男性受試者血清皮質醇,而JP振動臺沒有影響。此外,Joshua等人通過對14名不同活動水平的青年女性實施30Hz、4mm振幅的急性全身振動后發(fā)現(xiàn),急性全身振動對唾液腎上腺皮質醇的分泌沒有影響。究竟是振動參數(shù)設計的不合理,還是全身振動對唾液皮質醇的分泌沒有影響,還需實驗進一步證實。2治療前后下肢功能測定目前全身振動訓練在康復中的應用比較廣泛,主要應用在一些慢性疾病的康復中,如骨質疏松癥、糖尿病、中風等。2.1全身振動訓練在骨關節(jié)系統(tǒng)疾病中的應用骨質疏松癥是一種好發(fā)于絕經(jīng)后婦女的慢性骨代謝疾病,易引發(fā)骨折,其非藥物治療主要依靠體育鍛煉,而全身振動是一種新近被公認的能增加肌肉力量、逆轉肌肉減少癥和提高骨量的訓練方法。研究表明,全身振動能增加絕經(jīng)后婦女的骨密度,是一種非藥物治療絕經(jīng)后骨質疏松癥的可行方式。Lai等人隨機選取了28名絕經(jīng)后婦女,將其分成全身振動組和對照組進行了6個月的干預實驗,全身振動組受試者每天接受1次5min高頻(30Hz)高強度(3.2g)的站立姿勢全身振動刺激,每周3次。結果表明,全身振動組腰椎骨密度增高2.032%,而對照組腰椎骨密度降低0.046%。骨質疏松越嚴重,全身振動的骨密度增加效應就越強。Lam等人為了確定全身振動治療對改善青春期特發(fā)性脊柱側凸患者骨量降低的有效性,招募了149名青春期特發(fā)性脊柱側凸女性患者,這些患者年齡都介于15~25歲,骨密度Z評分均小于-1。她們被隨機分配到治療組(61名)和對照組(63名),干預方案為低強度高頻率的振動刺激,每天20min,每周5次,為期1a。結果表明,治療組患側腿股骨頸骨密度和腰椎骨礦含量均顯著高于對照組。結果提示,全身振動治療可以顯著提高青春期特發(fā)性脊柱側凸患者患側股骨頸骨密度和腰椎骨礦含量。對于飽受膝關節(jié)疼痛和膝關節(jié)炎困擾的中老年女性來說,抗阻訓練是一種行之有效的治療方法,而全身振動作為一種相較于抗阻訓練更加低風險的方法可以顯著促進下肢功能改善。為了檢測全身振動訓練對老年人下肢功能改善的效果,Larissa等人召集了29名不同膝關節(jié)炎癥等級(KL)的日本老年女性(62.1歲±5.5歲),按其膝關節(jié)炎癥等級分成3組,分別是正常組(KL=0,n=6)、中度患者組(KL=1,n=16)和重度患者組(KL≥2,n=7),進行為期8周,每周3次的全身振動治療(頻率30~40Hz,振幅2.5mm)。實驗結果顯示,正常組、中度患者組和重度患者組骨關節(jié)炎指數(shù)(10.0~4.2points)、起走時間(6.81~5.98s)和久坐后恢復站立時間(2.73~1.92s)指標均高于實驗前?？梢?頻率為30~40Hz、振幅為2.5mm的全身振動治療不僅可以改善各炎癥等級中老年女性的下肢功能,對正常的老年膝關節(jié)功能也有積極作用。慢性踝關節(jié)不穩(wěn)是一種常見的臨床疾病,多出現(xiàn)于足踝扭傷后遺癥,不僅阻礙患者的本體感受,影響其平衡能力,同時也大大增加了再次受傷的可能。全身垂直振動可以改善人體靜態(tài)平衡能力,有助于足踝不穩(wěn)患者的康復。Hyung-pil等人招募了11名健康受試者(5女,6男,年齡26.3歲±7.8歲,身高1.70m±0.14m,體重74.1kg±14.0kg)作為對照組,7名足踝關節(jié)不穩(wěn)受試者(2女,5男,年齡27.9歲±6.8歲,身高1.73.0m±0.12m,體重74.1kg±14.0kg)作為干預組,進行隨機交叉實驗。干預組受試者在測力臺上分別進行3次閉目單腿靜態(tài)平衡實驗(實驗前、干預后3min、干預后5min和干預后30min),干預方式為60s的單腿屈膝全身振動(頻率30Hz,振幅5mm);同時對照組受試者在非振動平臺上進行60s單腿屈膝站立。數(shù)據(jù)分析表明,與實驗前比較,測試組和對照組的橫向和縱向平衡能力都得到了顯著提升,但測試組與對照組間橫向和縱向平衡能力均未出現(xiàn)顯著差異。結果顯示,全身振動可以顯著改善慢性踝關節(jié)不穩(wěn)患者的平衡能力,但并不一定是最優(yōu)選擇。2.2全身振動訓練在肌肉組織疾病中的應用有證據(jù)表明,單側交替振動治療不僅在各種神經(jīng)肌肉障礙病癥中有顯著效果,而且具有維持肌力和肌肉靈活性的潛力。杜氏肌營養(yǎng)不良是一種伴X染色體隱形遺傳的肌肉營養(yǎng)障礙性疾病。目前該疾病的臨床康復策略主要是盡可能長時間保留患者的肌肉靈活性。Myers等人招募了4名杜氏肌營養(yǎng)不良患者,用以評估患者對于單側交替振動治療的安全性及耐受性。所有患者均接受為期4周的單側交替振動治療,每周3次,實驗前后和每周訓練結束后測量受試者血清肌酸磷酸激酶含量,并對不良反應和肌肉靈活性進行評估。結果表明,所有患者均能較好地耐受該治療方案,均未出現(xiàn)肌肉靈活性的大幅度變化。盡管有1名受試者在治療期間出現(xiàn)了血清肌酸磷酸激酶含量短暫上升,但該指標在治療前后保持在同一水平。此外,一些患者主觀報告該治療對其康復具有積極作用。由此可見,兒童杜氏肌營養(yǎng)不良患者對單側交替振動治療具有良好的耐受能力,同時該治療具有改善和維持患者肌肉靈活性和肌力的潛力。全身振動治療對于雙側腦癱兒童肌力和平衡能力而言也是一種行之有效的手段。El-Shamy等人為調查全身振動治療對雙側腦癱兒童肌力和平衡能力的影響,讓實驗組的14名兒童接受每周5d,9min/d的全身振動治療,讓對照組的15名兒童接受3個月不間斷的傳統(tǒng)理療。采用多關節(jié)等速測力計和動態(tài)平衡儀采集受試者基礎數(shù)據(jù)和治療后數(shù)據(jù),包括膝伸肌在60°/2s和90°/2s時的峰值扭矩和身體穩(wěn)定性指數(shù)。結果表明,相較于對照組,實驗組肌力和平衡能力得到顯著提高。已有臨床報道顯示,有規(guī)律的體力活動和體育鍛煉可以有效改善纖維肌痛,但許多纖維肌痛患者表示他們的疼痛會隨著身體活動的增加而變得更劇烈,因此不愿意參加運動。至于全身振動訓練能否減輕肌肉痛,因受試者不同而報道結果不一致。Nicole等人召集了24名被確診為纖維肌痛的女性患者,進行了為期8周、每周2次的全身振動治療,結果發(fā)現(xiàn),短期全身振動訓練可以減輕纖維肌痛患者的臨床疼痛。由此可見,對于不愿意參加主動運動的纖維肌痛綜合征患者,可以鼓勵他們采取全身振動來治療。但Anthony等人招募了30名成年女性(年齡21歲±1.9歲,身高165.69cm±7.3cm,體重58.69kg±10.95kg)受試者,將受試者隨機分配到治療組和對照組,分別在干預前、干預后即刻和干預后10min,采集振動組與對照組受試者的股四頭肌的壓迫痛閾、活動度、大腿圍和肌肉疼痛等級數(shù)據(jù),每天測量3次。結果顯示,股四頭肌壓迫痛閾、大腿圍和肌肉疼痛等級并未發(fā)生顯著變化。但治療組干預前活動度(130.63±4.30)°顯著高于干預后24h和干預后48h活動度(127.06±4.37)°,(127.31±4.92)°(P>0.05)。2.3全身振動訓練在心血管系統(tǒng)疾病中的應用心血管疾病是導致死亡的主要原因之一。動脈硬化增加是高血壓病人心血管事件的1種獨立預測因子,也是患心血管疾病的危險因素,而研究表明全身振動可被當作1種改善中老年人動脈硬度的補充運動。Lai等人將平均年齡為61.9歲的38名中老年受試者(21女,17男)分為全身振動組和對照組,振動組以自然站立姿勢接受30Hz和3.2g的全身振動干預。振動干預3月后發(fā)現(xiàn),振動組雙側臂踝脈膊波傳導速度顯著下降,而對照組卻無顯著變化。波反射增強、肌肉力量降低會增加絕經(jīng)后婦女患心血管疾病的風險率,而全身振動訓練可使處在高血壓前期的絕經(jīng)后婦女壓力波反射和大動脈收縮壓降低,從而降低其患心血管疾病的風險。Figueroa等人為了評估全身振動訓練對大動脈血管動力學和腿部肌肉力量的影響,他們將28名(年齡56歲±3歲),上臂收縮壓(SBP)138mmHg±12mmHg,身體質量指數(shù)(BMI)33.9kg/m2±3.7kg/m2的絕經(jīng)后婦女隨機分為振動訓練組(15人)和對照組(13人)。結果發(fā)現(xiàn),與對照組相比,振動訓練組大動脈收縮壓顯著降低10mmHg、舒張壓顯著降低5mmHg、脈壓差顯著降低5mmHg、增強壓力顯著降低5mmHg、增強指數(shù)顯著降低10%、腿部肌肉推舉力量顯著上升9%。另外,Figueroa等人將25名處在高血壓前期或患有高血壓征的絕經(jīng)后女性患者隨機分為全身振動訓練組(13人)和對照組(12人),進行為期12周的實驗后也發(fā)現(xiàn),全身振動訓練對處在高血壓前期或患有高血壓征的絕經(jīng)后女性患者全身性和腿部的動脈硬化、血壓和腿部肌肉力量均有改善。密集的全身振動干預是1種改善成年慢性中風患者下肢肌力和姿態(tài)控制能力的安全可行的潛在治療手段。Tankisheva等人通過對15名慢性中風患者實施每周3d,每天5~17次,每次30~60s,頻率為35~40Hz、振幅為1.7~2.5mm的6周振動訓練后發(fā)現(xiàn),患者對35~40Hz的振動耐受良好,未出現(xiàn)不良反應。6周振動治療后,患者姿態(tài)控制能力得到顯著改善,但肌肉痙攣狀況未得到改善。2.4全身振動訓練對體成分的影響雖然研究表明,全身振動訓練對無運動習慣的年輕人、絕經(jīng)后婦女和老年人的體成分沒有影響,但全身振動訓練能有效減輕2型糖尿病患者的肥胖。Saue570udo為調查12周全身振動訓練計劃對2型糖尿病患者腿部血流和體成分的影響,將40名患者分為全身振動訓練組和對照組,分別檢測受試者基礎和12周訓練后的體成分、腰圍、腰臀比、體重、身高、體脂和去體脂重等。結果發(fā)現(xiàn),訓練組體重、腰圍、腰臀比和體脂含量顯著下降。此外,全身振動訓練還能有效改善唐氏綜合征青少年患者的體成分。González-Agüero等人為確定20周全身振動訓練對患唐氏綜合征青少年體成分的影響,將患有唐氏綜合征的青少年分成對照組和全身振動組,用雙能X線骨密度儀檢測了訓練前和20周訓練后受試者全身、上肢和下肢的脂肪和瘦體重含量。結果表明,全身振動組下肢體脂含量顯著下降,同時全身瘦體重相對有增加的趨勢。3利用化學成分檢測經(jīng)口眾多參數(shù)情況,主要分為7個步驟盡管全身振動訓練在競技體育、大眾健身、運動康復、航天、美容醫(yī)學等領域已有廣泛的應用,但目前對其作用機制還了解甚少。3.1全身振動對慢性脊髓損傷病人肌電活動的影響脊髓損傷導致下肢肌肉和骨量減少,而全身振動能增加脊髓損傷患者下肢肌肉和骨量。為了探討全身振動增加肌肉和骨量的機制,Alizadeh-Meghrazi等人選取了10名男性受試者(6名健康,4名脊髓損傷患者),觀察了不同頻率不同強度的全身振動對身體健康和脊髓損傷受試者膝蓋彎曲140°、160°或180°時的肌電圖的影響。結果表明,如果振動參數(shù)合適,全身振動訓練能激活慢性脊髓損傷病人的肌電活動,進而使骨骼肌降解減少。3.2全身振動誘導的絕經(jīng)后婦女骨密度增加中,肌肉活動是否增加?全身振動通過機械振動刺激肌肉,而肌肉激活和骨形成增加能使骨密度增加。Calendo等人的研究表明,肌肉活動增加能使絕經(jīng)后婦女腰椎骨密度增加0.5%~0.7%,臀部骨密度增加0.8%~0.9%。3.3全身振動對血清RANKL和血清素的影響循環(huán)血清素負調節(jié)嚙齒類動物和人的骨量。體外研究表明,抑制血清素的生物合成能抑制RANKL誘導的破骨發(fā)生。Wei等人的動物研究表明,去卵巢振動組大鼠血清RANKL和血清素顯著低于去卵巢對照組,而骨密度和股骨生物力學參數(shù)顯著高于去卵巢組。提示,全身振動可能通過抑制去卵巢大鼠血清RANKL和血清素水平而發(fā)揮其干預絕經(jīng)后骨質疏松癥的效應。3.4全身振動對骨髓基質細胞分化的影響骨髓基質干細胞既可以分化成成骨細胞,也可以分化成脂肪細胞。近年來的研究發(fā)現(xiàn),絕經(jīng)后骨質疏松的發(fā)生與骨髓基質干細胞分化能力的改變有關。Wang等人的研究表明,全身振動可能通過激活去卵巢大鼠骨髓基質細胞的Wnt信號通路來促進骨髓基質細胞向成骨細胞方向分化,進而促進成骨,使骨量增加。3.5全身振動對末梢多發(fā)性神經(jīng)病變病人全血NO濃度和皮膚血流的影響糖尿病病人因為高血糖使血管功能障礙是末梢多發(fā)性神經(jīng)病變的因素之一,而全身振動是一種潛在的糖尿病神經(jīng)血管并發(fā)癥的非藥物治療方法。自由基種類影響血管舒張藥物一氧化氮(NO)的生物利用率,導致血流量減少,神經(jīng)組織缺血。Johnson等人對10名患糖尿病且下肢