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——腹內壓對髖關節和膝關節的肌力有因果效應嗎？

摘要

目的：本研究旨在闡明通過改變呼吸狀態所引起的腹內壓（intra-abdominal pressure, IAP）變化是否會對髖、膝關節屈🫴🏽、伸肌的肌力產生影響🧐。方法：18名健康男性在完全吸氣（吸氣狀態）後屏氣、完全呼氣（呼氣狀態）後屏氣或正常屏氣（正常狀態）時，進行髖🩴、膝伸肌和屈肌的最大隨意等長收縮（maximal voluntary contraction, MVIC）👨🏻‍🎤。腹腔內壓力由放置在直腸的壓力傳感器獲得，並由相應屈伸肌群在達到峰值力矩時確定。

結果：每次MVIC期間，IAP在吸氣狀態下顯著大於呼氣狀態（p<0.05）。吸氣時髖關節伸肌峰值力矩顯著大於呼氣時（p<0.05）。相比之下🙍‍♂️🐧，髖屈肌🧑🏼‍🍳、膝伸肌和膝屈肌做MVIC時📢，所測得的峰值力矩在3種屏氣條件下沒有顯著性差異。每種屏氣狀態下👞👰🏿‍♀️，IAP與髖關節伸肌的峰值力矩顯著相關。結論：IAP的充分增加對提升髖關節伸肌群的肌肉力量有顯著的因果效應🐗。

關鍵詞：髖關節伸展、肺容量😨、膈肌、核心穩定性

一🟣👩‍👩‍👧、引言

（一）核心穩定性（Core stability）

一般認為👩🏻‍🦯，一個強大且穩定的軀幹為四肢的大力量輸出提供了堅實的基礎。近年來🦹🏽‍♂️，運動員和教練員越來越重視核心穩定性的練習和訓練，將其作為改善軀幹肌肉😖，特別是腹部肌肉功能的一種方式。事實上，有幾項研究報告已經指出🫃🏻，在核心穩定性訓練後👨🏿‍🦰，下肢肌力和運動表現均有所改善👨🏽‍💻。然而，由訓練引起生理方面的改善尚不被人知曉。對其潛在機製進行更加深入地了解，將有助於建立有效的核心力量訓練方案，從而提高運動表現👳🏽‍♀️。

（二）腹內壓（Intra-abdominal pressure）

IAP的影響可以作為解釋核心穩定性訓練效果的因素之一。IAP是由軀幹肌肉（如腹肌、椎旁肌和膈肌）的活動產生的🧙🏼‍♀️，並被認為對實現良好的軀幹穩定性起著重要作用🟥，特別是在涉及下肢的運動中🫲。然而，關於IAP與下肢肌力關系的研究較少。其中，有研究顯示IAP與髖關節伸肌肌力顯著相關🏄🏻‍♂️，與髖關節屈肌肌力無顯著相關。而其他報告指出，IAP與最大提拉力沒有顯著關聯。綜合起來💂🏿，IAP是否與肌肉力量有關似乎取決於所測定的肌肉和研究任務☪️。

圖1 腹內壓

（三）研究假設（Hypothesize）

由於關聯並不意味著因果效應🤏，因此從上文代表性的研究結果來看，IAP與肌肉力量之間的因果效應尚不清楚👨‍👨‍👧‍👧。Hagins等人報告指出，當比較兩種屏氣條件（即吸氣狀態與呼氣狀態）下的IAP和最大提拉力時👨‍🎨，IAP有顯著性差異，但在最大提拉力中沒有顯著性差異🕊。相反👩‍🎤，8周的腹部肌肉（腹部支撐）等長收縮訓練改善了腹部支撐過程中的最大IAP和髖關節伸肌（但不是膝關節伸肌）的肌力🤎。基於之前的發現,可以合理的假設IAP對肌肉力量有因果效應🧑‍🎄，至少對髖關節伸肌群有影響，因此可以假設IAP的增加會導致髖關節伸肌的肌力增強。

圖2 提拉力測試

在既定任務中改變IAP的方法之一是通過改變呼吸狀態來控製肺容量。腹內壓力隨呼吸狀態和肺容量變化而變化。這是因為膈肌收縮強度與肺容量（即吸氣深度）成正比，並在產生高IAP方面起著重要作用👩‍🌾。為了驗證上述假設🌦，本研究在3種不同的屏氣條件（即3種不同的吸氣深度）下研究了髖😧、膝伸肌和屈肌的IAP和肌力👱🏻。

圖3 肺容量構成

二、方法

（一）實驗方法

髖關節和膝關節的研究任務在3種不同的屏氣條件下實施（見下文），以實現本研究的目標。在每個任務中🙏🏿，肌力矩、IAP和表面肌電圖（EMG）信號被測試記錄。這兩項任務是分別在間隔至少2天的時間進行的，並按隨機順序對不同受試者進行實驗。

（二）實驗對象

18名20-27歲的男性受試者（年齡：22.0±2.2歲；身高🐻‍❄️：1.71±0.03米💬；體重：68.1±6.1千克）🧑，這些受試者被招募到本實驗之前的12個月內🚵🏻，沒有背部或下肢肌肉骨骼損傷史🦫。這些受試者都有定期進行體育活動的習慣，如跑步、騎自行車⚗️𓀎、足球（>30分鐘/天⚔️💴，>2天/周）🧘🏽‍♀️。然而，他們沒有進行過任何系統化的力量訓練計劃。在測試前24小時內不進行劇烈運動和不熟悉的身體活動🧝🏽。在參與本研究之前，受試者被充分告知本研究的目的和程序以及測試的潛在風險🚵🏼‍♂️。所有受試者均簽署書面知情同意書。

（三）實驗步驟

1、髖關節實驗任務

每個受試者仰臥在測力平臺上🙍🏻‍♀️，右髖、膝關節90°（初始位置🦟：0°）彎曲。右髖關節的旋轉軸與測力臺的旋轉軸對齊，右大腿緊固在杠桿臂上。在測試過程中🌦，軀幹🙆🏼、骨盆和左大腿用非彈性帶緊固定在測力臺上👩🏻‍🚒，以防止不相關的運動。

圖4 髖關節MVIC測試

2、膝關節實驗任務

每個受試者都坐在測力臺座位上，右髖、膝關節彎曲90°。右膝的旋轉軸與測力臺的旋轉軸對齊。測力臺的杠桿臂連接在右大腿下部。軀幹和臀部用非彈性帶子緊緊地固定在座位上。

圖5 膝關節MVIC測試

3✨、屏氣方式

每項任務中，在熟悉伸肌和屈肌的次最大和最大隨意等長收縮後，受試者在3種不同的屏氣條件下進行伸展或屈曲的MVIC：①在MVIC之前充分吸氣🤺，並在任務期間屏住呼吸（吸氣狀態）；②在MVIC之前充分呼氣，在任務期間屏住呼吸（呼氣狀態）；③在MVIC之前正常呼吸，在任務期間屏住呼吸（正常狀態）👩🏻‍🦳。受試者隨機在這3種條件下進行測試，並對髖👩🏿‍🎨、膝關節實驗任務分別進行2次測量。每項測試時間間隔至少2分鐘。在每個條件下🌽，如果2個測試測得最大力矩差異超過5%😊，則進行額外的測試，並將<5%差異的2個試驗用於進一步分析。

4、腹內壓測試

腹內壓力由滅菌壓力傳感器獲得。傳感器放置在距肛門約15厘米的直腸中。實驗前，用傳感器控製單元對壓力傳感器進行校準。有研究表明，使用插入直腸（即距離肛門10厘米或以上）的傳感器測量的壓力與使用插入腹腔的傳感器測量的壓力相對應🧚。

5、肌電測試

在本研究中，采用預先放大的表面電極記錄了身體右側的臀大肌（gluteus maximus, GM）🤵‍♀️、股直肌（rectus femoris, RF）、股外側肌（vastus lateralis, VL）、股二頭肌（biceps femoris, BF）和半腱肌（semitendinosus, ST）的肌電信號，帶通濾波在20到450Hz之間👳🏽。在髖關節任務中🏋️‍♂️，記錄GM和BF的肌電信號🦾。在膝關節任務中，獲得RF、VL👩🏽‍💼👨🏻‍🦯‍➡️、BF和ST的肌電信號。

6、數據處理

髖關節和膝關節任務期間的IAP👰🏿‍♀️、力矩和肌電信號通過傳感器獲得👩🏽‍⚕️，同時使用個人計算機記錄。所有數據使用數據分析軟件進行分析。在每個MVIC中，IAP被計算為從靜止值達到最大肌力矩時值的變化💁🏻‍♀️。肌電信號是20Hz高通濾波，全波整流。對於每個MVIC，在以獲得最大力矩的時間為中心的500ms窗口期上確定每個肌肉的整流肌電的平均振幅值（AEMG）🧻。每個條件下兩個測試的平均值被用於進一步的分析。膝關節任務中🧑🏽‍🏭，在正常屏氣狀態下，在膝關節伸展MVIC期間RF和VL以及在正常狀態下膝關節屈曲MVIC期間BF和ST的AEMG作為相應肌肉的EMG-max🥸⏏️。髖關節任務中，正常情況下髖關節伸展MVIC的GM和BF的AEMG稱為相應肌肉的EMG-max。在每個屏氣條件下，每個肌肉在兩個任務中的AEMG表示為相對於EMG-max的值。

7、數據分析

描述性數據顯示以“平均值±標準差”表示。所有統計分析均采用統計軟件進行（SPSS Statics，版本22.0）。對於每個變量，采用單因素（3個條件）重復測量方差分析，然後采用組間比較（Bonferroni）來檢驗3個條件之間測量值的差異。當發現顯著效應時，效應大小（r）與p值一同展示🏌️‍♂️，以表示不同條件之間差異的大小。計算Pearson積矩相關系數以確定MVIC任務中IAP（自變量）與最大力矩（因變量）之間的相關性大小🤰🏼。顯著性水平為p<0.05🎀。

三♒️🈳、結果

（一）髖關節

1🙆🏻‍♂️、MVIC對IAP的影響

在髖關節伸展🏂🏼🥷、屈曲MVIC期間，發現IAP在不同屏氣狀態下存在顯著性差異（圖7）。髖關節伸展MVIC期間，吸氣狀態下的IAP顯著大於呼氣狀態和正常狀態；同時㊗️，正常狀態下的IAP也顯著大於呼氣狀態。而在髖關節屈曲MVIC期間👩‍🦰，吸氣狀態下的IAP顯著大於正常和呼氣狀態；同時，正常狀態下的IAP也顯著大於呼氣狀態。

2、屏氣方式對最大力矩的影響

對於髖關節伸肌的最大力矩（圖8A）而言🏌🏼，也發現了顯著性差異，即吸氣時髖關節伸肌最大力矩顯著大於呼氣狀態時👩🏻‍🦱。而對於髖關節屈肌最大力矩來說😧，則無顯著性差異（圖8B）。

3、MVIC對%EMG-max的影響

在髖關節伸展MVIC過程中，GM的%EMG-max存在顯著性差異↙️。在吸氣狀態下🪁，GM在髖關節伸展MVIC期間的%EMG-max顯著大於正常狀態🦉。對於其他肌肉在髖關節伸展期間的%EMG-max和所有肌肉在髖關節屈曲MVIC期間的%EMG-max🖊，均無顯著性差異（表1）。

（二）膝關節

1、MVIC對IAP的影響

在膝關節伸展、屈曲MVIC期間，IAP同樣產生了顯著性差異（圖9）。無論是在膝關節伸展MVIC時，還是在膝關節屈曲MVIC時，吸氣狀態下IAP均顯著大於呼氣狀態，正常狀態下IAP均顯著大於呼氣狀態🚰。

2🧜🏼、屏氣方式對最大力矩的影響

膝關節伸肌和屈肌的最大肌力矩則沒有顯著性差異（圖10）。

3🙎、MVIC對%EMG-max的影響

在膝關節伸展👨🏿‍🎓、屈曲MVIC期間👐🏼，各肌肉的%EMG-max無顯著性差異（表2）🍳。

四、討論

在本研究中，IAP與髖關節伸肌肌力顯著相關🎛，但與髖關節屈肌無關，這與前人研究結果一致。相反🏋🏽‍♂️，在每種屏氣條件下，IAP與膝關節伸肌和屈肌肌力之間沒有顯著的相關性（除了吸氣條件下的膝關節屈肌肌力🤱🏽：見下文）。除了相關性分析外，本研究還表明🏌🏻‍♀️，在通過改變呼吸狀態控製肺容量時，吸氣狀態下髖關節伸展時的IAP和最大力矩顯著大於呼氣狀態（圖8），而髖屈肌、膝伸肌和膝屈肌的最大力矩在3種屏氣條件下沒有差異（圖8和圖10）。此外，結合前人研究：為期8周的腹部支撐訓練提高了最大IAP和髖關節伸肌力量🧓🏽，但沒有提高髖屈肌和膝關節屈肌🍥💆、伸肌的肌力。綜上研究，我們可以得出結論🚴🏼‍♀️，即IAP的增加特別有助於改善髖關節伸肌力量，該結果與假設一致👦🌊。

然而，我們並不認為IAP是導致髖關節伸展力量提高的主要原因💾，因為在本研究和前人研究中觀察到的IAP和髖關節伸展力量之間的關系是有限的（r =0.504-0.677）。本研究表明，正常和吸氣或呼氣狀態下髖關節伸肌力量無顯著性差異，而髖關節伸展MVIC期間IAP在不同屏氣狀態下存在顯著性差異⚖️。總之，可能需要充分增加IAP，才能提高髖關節伸肌群的力量。

如上所述，在吸氣過程中，IAP與膝關節屈肌肌力存在顯著的相關性🛒，表明IAP與膝關節屈肌力量之間存在關聯。然而，關聯並不意味著因果關系📲👨🏽‍🔧。在本研究中，盡管發現吸氣狀態下的IAP大於呼氣狀態下的，但是膝關節屈肌力量在3種屏氣狀態下沒有差異👌🏼。總之，可以合理地認為IAP對膝關節屈膝力量沒有因果影響。目前，由於吸氣狀態下IAP與膝屈曲力量之間特殊關系的原因尚不清楚，因此需要進一步的研究來闡明這一點🏖。

雖然IAP對髖關節伸肌力量的因果效應的精確機製很難解釋，但IAP可能會對髖關節伸肌力矩產生作用🥽。有學者認為，伸肌力矩是由作用於膈肌和骨盆的壓力（即IAP）引起的。呼吸狀態對腹部和主動肌活動的影響可能是另一種潛在的機製，因為腹部肌肉的活動，如產生IAP所需的腹斜肌♣︎，可以產生向腰背筋膜傳遞的側向力，導致軀幹/臀部伸展。然而在本研究中，除GM外，在MVIC期間所有肌肉的3種呼吸狀態下🎼，%EMG-max均無顯著性差異。在吸氣狀態下，在髖部伸展MVIC中的%EMG-max明顯高於正常狀態。在吸氣和呼氣狀態下，髖部伸肌力量的差異顯著，而在吸氣和正常情況下則不顯著。因此👨🏽‍🦳，GM肌肉活動增加的影響本質上可能很小。

總之，本研究揭示了呼吸狀態在MVIC過程中會影響IAP和髖關節伸肌力量🧽。此外，在所有屏氣條件下，IAP與髖關節伸肌力量之間存在顯著的相關性。這些發現表明，IAP的充分增加有一個因果效應，特別是改善髖關節伸肌力量。

五、實踐應用

本研究的發現可以解釋核心穩定性訓練的重要性和機製😋。核心穩定性訓練被認為是改善腹部肌肉功能的有效方法，近年來在運動領域得到了廣泛的應用。雖然有一些研究報告說👨🏼‍🎨，核心穩定性訓練提高了運動表現🧝🏿‍♂️，如沖刺跑和跳躍🏥，但確切的潛在性機製仍然不清晰。基於本研究和以往研究可知𓀉，通過核心穩定性訓練來增加IAP，能夠提高運動表現，特別是以髖關節伸肌力量為主的運動🙋🏽，例如沖刺跑和跳躍🚋。因此，我們建議將核心穩定性練習納入訓練計劃👨🏿‍💻，以提高運動表現⛄️。