没错！！！憋气的确能够在一定程度上改善肌肉力量！你知道为什么吗？

——腹内压对髋关节和膝关节的肌力有因果效应吗？

摘要

目的：本研究旨在阐明通过改变呼吸状态所引起的腹内压（intra-abdominal pressure, IAP）变化是否会对髋、膝关节屈、伸肌的肌力产生影响。方法：18名健康男性在完全吸气（吸气状态）后屏气、完全呼气（呼气状态）后屏气或正常屏气（正常状态）时，进行髋、膝伸肌和屈肌的最大随意等长收缩（maximal voluntary contraction, MVIC）。腹腔内压力由放置在直肠的压力传感器获得，并由相应屈伸肌群在达到峰值力矩时确定。

结果：每次MVIC期间，IAP在吸气状态下显著大于呼气状态（p<0.05）。吸气时髋关节伸肌峰值力矩显著大于呼气时（p<0.05）。相比之下，髋屈肌、膝伸肌和膝屈肌做MVIC时，所测得的峰值力矩在3种屏气条件下没有显著性差异。每种屏气状态下，IAP与髋关节伸肌的峰值力矩显著相关。结论：IAP的充分增加对提升髋关节伸肌群的肌肉力量有显著的因果效应。

关键词：髋关节伸展、肺容量、膈肌、核心稳定性

一、引言

（一）核心稳定性（Core stability）

一般认为，一个强大且稳定的躯干为四肢的大力量输出提供了坚实的基础。近年来，运动员和教练员越来越重视核心稳定性的练习和训练，将其作为改善躯干肌肉，特别是腹部肌肉功能的一种方式。事实上，有几项研究报告已经指出，在核心稳定性训练后，下肢肌力和运动表现均有所改善。然而，由训练引起生理方面的改善尚不被人知晓。对其潜在机制进行更加深入地了解，将有助于建立有效的核心力量训练方案，从而提高运动表现。

（二）腹内压（Intra-abdominal pressure）

IAP的影响可以作为解释核心稳定性训练效果的因素之一。IAP是由躯干肌肉（如腹肌、椎旁肌和膈肌）的活动产生的，并被认为对实现良好的躯干稳定性起着重要作用，特别是在涉及下肢的运动中。然而，关于IAP与下肢肌力关系的研究较少。其中，有研究显示IAP与髋关节伸肌肌力显著相关，与髋关节屈肌肌力无显著相关。而其他报告指出，IAP与最大提拉力没有显著关联。综合起来，IAP是否与肌肉力量有关似乎取决于所测定的肌肉和研究任务。

图1 腹内压

（三）研究假设（Hypothesize）

由于关联并不意味着因果效应，因此从上文代表性的研究结果来看，IAP与肌肉力量之间的因果效应尚不清楚。Hagins等人报告指出，当比较两种屏气条件（即吸气状态与呼气状态）下的IAP和最大提拉力时，IAP有显著性差异，但在最大提拉力中没有显著性差异。相反，8周的腹部肌肉（腹部支撑）等长收缩训练改善了腹部支撑过程中的最大IAP和髋关节伸肌（但不是膝关节伸肌）的肌力。基于之前的发现,可以合理的假设IAP对肌肉力量有因果效应，至少对髋关节伸肌群有影响，因此可以假设IAP的增加会导致髋关节伸肌的肌力增强。

图2 提拉力测试

在既定任务中改变IAP的方法之一是通过改变呼吸状态来控制肺容量。腹内压力随呼吸状态和肺容量变化而变化。这是因为膈肌收缩强度与肺容量（即吸气深度）成正比，并在产生高IAP方面起着重要作用。为了验证上述假设，本研究在3种不同的屏气条件（即3种不同的吸气深度）下研究了髋、膝伸肌和屈肌的IAP和肌力。

图3 肺容量构成

二、方法

（一）实验方法

髋关节和膝关节的研究任务在3种不同的屏气条件下实施（见下文），以实现本研究的目标。在每个任务中，肌力矩、IAP和表面肌电图（EMG）信号被测试记录。这两项任务是分别在间隔至少2天的时间进行的，并按随机顺序对不同受试者进行实验。

（二）实验对象

18名20-27岁的男性受试者（年龄：22.0±2.2岁；身高：1.71±0.03米；体重：68.1±6.1千克），这些受试者被招募到本实验之前的12个月内，没有背部或下肢肌肉骨骼损伤史。这些受试者都有定期进行体育活动的习惯，如跑步、骑自行车、足球（>30分钟/天，>2天/周）。然而，他们没有进行过任何系统化的力量训练计划。在测试前24小时内不进行剧烈运动和不熟悉的身体活动。在参与本研究之前，受试者被充分告知本研究的目的和程序以及测试的潜在风险。所有受试者均签署书面知情同意书。

（三）实验步骤

1、髋关节实验任务

每个受试者仰卧在测力平台上，右髋、膝关节90°（初始位置：0°）弯曲。右髋关节的旋转轴与测力台的旋转轴对齐，右大腿紧固在杠杆臂上。在测试过程中，躯干、骨盆和左大腿用非弹性带紧固定在测力台上，以防止不相关的运动。

图4 髋关节MVIC测试

2、膝关节实验任务

每个受试者都坐在测力台座位上，右髋、膝关节弯曲90°。右膝的旋转轴与测力台的旋转轴对齐。测力台的杠杆臂连接在右大腿下部。躯干和臀部用非弹性带子紧紧地固定在座位上。

图5 膝关节MVIC测试

3、屏气方式

每项任务中，在熟悉伸肌和屈肌的次最大和最大随意等长收缩后，受试者在3种不同的屏气条件下进行伸展或屈曲的MVIC：①在MVIC之前充分吸气，并在任务期间屏住呼吸（吸气状态）；②在MVIC之前充分呼气，在任务期间屏住呼吸（呼气状态）；③在MVIC之前正常呼吸，在任务期间屏住呼吸（正常状态）。受试者随机在这3种条件下进行测试，并对髋、膝关节实验任务分别进行2次测量。每项测试时间间隔至少2分钟。在每个条件下，如果2个测试测得最大力矩差异超过5%，则进行额外的测试，并将<5%差异的2个试验用于进一步分析。

4、腹内压测试

腹内压力由灭菌压力传感器获得。传感器放置在距肛门约15厘米的直肠中。实验前，用传感器控制单元对压力传感器进行校准。有研究表明，使用插入直肠（即距离肛门10厘米或以上）的传感器测量的压力与使用插入腹腔的传感器测量的压力相对应。

5、肌电测试

在本研究中，采用预先放大的表面电极记录了身体右侧的臀大肌（gluteus maximus, GM）、股直肌（rectus femoris, RF）、股外侧肌（vastus lateralis, VL）、股二头肌（biceps femoris, BF）和半腱肌（semitendinosus, ST）的肌电信号，带通滤波在20到450Hz之间。在髋关节任务中，记录GM和BF的肌电信号。在膝关节任务中，获得RF、VL、BF和ST的肌电信号。

6、数据处理

髋关节和膝关节任务期间的IAP、力矩和肌电信号通过传感器获得，同时使用个人计算机记录。所有数据使用数据分析软件进行分析。在每个MVIC中，IAP被计算为从静止值达到最大肌力矩时值的变化。肌电信号是20Hz高通滤波，全波整流。对于每个MVIC，在以获得最大力矩的时间为中心的500ms窗口期上确定每个肌肉的整流肌电的平均振幅值（AEMG）。每个条件下两个测试的平均值被用于进一步的分析。膝关节任务中，在正常屏气状态下，在膝关节伸展MVIC期间RF和VL以及在正常状态下膝关节屈曲MVIC期间BF和ST的AEMG作为相应肌肉的EMG-max。髋关节任务中，正常情况下髋关节伸展MVIC的GM和BF的AEMG称为相应肌肉的EMG-max。在每个屏气条件下，每个肌肉在两个任务中的AEMG表示为相对于EMG-max的值。

7、数据分析

描述性数据显示以“平均值±标准差”表示。所有统计分析均采用统计软件进行（SPSS Statics，版本22.0）。对于每个变量，采用单因素（3个条件）重复测量方差分析，然后采用组间比较（Bonferroni）来检验3个条件之间测量值的差异。当发现显著效应时，效应大小（r）与p值一同展示，以表示不同条件之间差异的大小。计算Pearson积矩相关系数以确定MVIC任务中IAP（自变量）与最大力矩（因变量）之间的相关性大小。显著性水平为p<0.05。

三、结果

（一）髋关节

1、MVIC对IAP的影响

在髋关节伸展、屈曲MVIC期间，发现IAP在不同屏气状态下存在显著性差异（图7）。髋关节伸展MVIC期间，吸气状态下的IAP显著大于呼气状态和正常状态；同时，正常状态下的IAP也显著大于呼气状态。而在髋关节屈曲MVIC期间，吸气状态下的IAP显著大于正常和呼气状态；同时，正常状态下的IAP也显著大于呼气状态。

2、屏气方式对最大力矩的影响

对于髋关节伸肌的最大力矩（图8A）而言，也发现了显著性差异，即吸气时髋关节伸肌最大力矩显著大于呼气状态时。而对于髋关节屈肌最大力矩来说，则无显著性差异（图8B）。

3、MVIC对%EMG-max的影响

在髋关节伸展MVIC过程中，GM的%EMG-max存在显著性差异。在吸气状态下，GM在髋关节伸展MVIC期间的%EMG-max显著大于正常状态。对于其他肌肉在髋关节伸展期间的%EMG-max和所有肌肉在髋关节屈曲MVIC期间的%EMG-max，均无显著性差异（表1）。

（二）膝关节

1、MVIC对IAP的影响

在膝关节伸展、屈曲MVIC期间，IAP同样产生了显著性差异（图9）。无论是在膝关节伸展MVIC时，还是在膝关节屈曲MVIC时，吸气状态下IAP均显著大于呼气状态，正常状态下IAP均显著大于呼气状态。

2、屏气方式对最大力矩的影响

膝关节伸肌和屈肌的最大肌力矩则没有显著性差异（图10）。

3、MVIC对%EMG-max的影响

在膝关节伸展、屈曲MVIC期间，各肌肉的%EMG-max无显著性差异（表2）。

四、讨论

在本研究中，IAP与髋关节伸肌肌力显著相关，但与髋关节屈肌无关，这与前人研究结果一致。相反，在每种屏气条件下，IAP与膝关节伸肌和屈肌肌力之间没有显著的相关性（除了吸气条件下的膝关节屈肌肌力：见下文）。除了相关性分析外，本研究还表明，在通过改变呼吸状态控制肺容量时，吸气状态下髋关节伸展时的IAP和最大力矩显著大于呼气状态（图8），而髋屈肌、膝伸肌和膝屈肌的最大力矩在3种屏气条件下没有差异（图8和图10）。此外，结合前人研究：为期8周的腹部支撑训练提高了最大IAP和髋关节伸肌力量，但没有提高髋屈肌和膝关节屈肌、伸肌的肌力。综上研究，我们可以得出结论，即IAP的增加特别有助于改善髋关节伸肌力量，该结果与假设一致。

然而，我们并不认为IAP是导致髋关节伸展力量提高的主要原因，因为在本研究和前人研究中观察到的IAP和髋关节伸展力量之间的关系是有限的（r =0.504-0.677）。本研究表明，正常和吸气或呼气状态下髋关节伸肌力量无显著性差异，而髋关节伸展MVIC期间IAP在不同屏气状态下存在显著性差异。总之，可能需要充分增加IAP，才能提高髋关节伸肌群的力量。

如上所述，在吸气过程中，IAP与膝关节屈肌肌力存在显著的相关性，表明IAP与膝关节屈肌力量之间存在关联。然而，关联并不意味着因果关系。在本研究中，尽管发现吸气状态下的IAP大于呼气状态下的，但是膝关节屈肌力量在3种屏气状态下没有差异。总之，可以合理地认为IAP对膝关节屈膝力量没有因果影响。目前，由于吸气状态下IAP与膝屈曲力量之间特殊关系的原因尚不清楚，因此需要进一步的研究来阐明这一点。

虽然IAP对髋关节伸肌力量的因果效应的精确机制很难解释，但IAP可能会对髋关节伸肌力矩产生作用。有学者认为，伸肌力矩是由作用于膈肌和骨盆的压力（即IAP）引起的。呼吸状态对腹部和主动肌活动的影响可能是另一种潜在的机制，因为腹部肌肉的活动，如产生IAP所需的腹斜肌，可以产生向腰背筋膜传递的侧向力，导致躯干/臀部伸展。然而在本研究中，除GM外，在MVIC期间所有肌肉的3种呼吸状态下，%EMG-max均无显著性差异。在吸气状态下，在髋部伸展MVIC中的%EMG-max明显高于正常状态。在吸气和呼气状态下，髋部伸肌力量的差异显著，而在吸气和正常情况下则不显著。因此，GM肌肉活动增加的影响本质上可能很小。

总之，本研究揭示了呼吸状态在MVIC过程中会影响IAP和髋关节伸肌力量。此外，在所有屏气条件下，IAP与髋关节伸肌力量之间存在显著的相关性。这些发现表明，IAP的充分增加有一个因果效应，特别是改善髋关节伸肌力量。

五、实践应用

本研究的发现可以解释核心稳定性训练的重要性和机制。核心稳定性训练被认为是改善腹部肌肉功能的有效方法，近年来在运动领域得到了广泛的应用。虽然有一些研究报告说，核心稳定性训练提高了运动表现，如冲刺跑和跳跃，但确切的潜在性机制仍然不清晰。基于本研究和以往研究可知，通过核心稳定性训练来增加IAP，能够提高运动表现，特别是以髋关节伸肌力量为主的运动，例如冲刺跑和跳跃。因此，我们建议将核心稳定性练习纳入训练计划，以提高运动表现。