Research on Predicting Trunk Isometric Strength with Core Stability Related Measurements
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摘要: 选择躯干等长力量（TIS）测试、躯干伸肌耐力（EE）测试、躯干屈伸活动范围（TFE）测试、优势侧单腿站立（DLS）测试和优势侧单腿跳远（DLH）测试共5类测试项目，分别反映核心稳定性（CS）的力量、耐力、柔韧性、平衡能力和功能性，对4项核心稳定性相关测试与TIS之间的关系进行了Pearson相关分析和多元线性回归分析。结果显示：TFE与A60、A90、A120和T120具有显著性负相关关系，DLH与A60、T60、A90、T90、A120、T120具有显著性相关关系。提示：TFE和DLH是预测TIS的有效指标，TFE、DLH与TIS的共享变异度具有环节位置特异性；核心力量训练时应特别关注运动环节间的位置关系，以提高训练效率。Abstract: Trunk isometric strength test (TIS), extensor endurance test (EE), trunk flexion and extension test (TFE), dominant leg standing test (DLS) and dominant leg hop test (DLH) were selected to represent the strength, flexibility, endurance, balance and coordinate ability of the core stability (CS). Pearson analysis and Multiple Linear Regression analysis were employed to analyze the correlation among CS related measurements (CSRM). The results find that TFE had significantly negative correlations with A60, while DLH correlated with A60 significantly. The conclusions are as follows:TFE and DLH were good predictors for TIS, and the correlation level was specific to the angle position of trunk. The position among body segments should be highly considered to promote the efficiency of core strength training.
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Keywords:
- core stability /
- core strength /
- trunk /
- isokinetic /
- physical training
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核心稳定性(core stability，CS)是当前学术界研究的热点问题，众多国内外学者致力于该领域的研究[1-8]，但不同学者采用的定义和测量方法不同。例如：Panjabi等[9]认为，CS是“稳定整个人体系统，保持椎间中部区域在其生理极限范围内的能力”；Kibler等[4]将CS定义为“在一个完整的动力链中，为保证将速度和力量最高效率地产生、传递、控制至四肢末端，所应具备的控制躯干姿态和平衡的能力”。定义的不统一导致了其测量方法的多样性，Waldhelm等[10]总结了34种常用的CS测量方法。
CS定义及其测量方法的多样性导致了研究结论的不一致。例如：Prieske等[5]认为受试者在CS训练(肩桥、侧桥、平板支撑等)后短跑等运动能力显著提高；Stanton等[11]则认为受试者在CS训练干预(俄罗斯转体、仰卧侧滚、仰卧腿桥等)后跑的能力并未得到显著提高，并认为运动的特异性应该被充分考虑。尽管越来越多的学者认识到CS测量方法不一致带来了诸多问题[1, 4]，但目前国内外有关CS测量方法的研究并不多，且研究人员未厘清各类CS测试之间的关系。
为了探究不同CS测试之间的关系，笔者将CS分为力量、耐力、柔韧性、平衡能力和功能性5个方面[10, 12-13]，选择了躯干等长力量(trunk isometric strength, TIS)测试、躯干伸肌耐力(extensor endurance, EE)测试、躯干屈伸活动范围(trunk flexion and extension，TFE)测试、优势侧单腿站立(dominant leg standing, DLS)测试、优势侧单腿跳远(dominant leg hop, DLH)测试，分别反映CS的力量、耐力、柔韧性、平衡能力和功能性。上述5类测试基本涵盖了前人使用的所有CS测试方法。此外，笔者还对TS测试和其他4项CS测试之间的关系进行研究，初步探究CS内部指标之间的关系，为全面而准确地评价CS提供理论依据。
5项核心稳定性相关测试(CSRM)都反映的是核心部位的能力，参与工作的核心肌肉组成大致相同，所以笔者假设躯干等长力量测试与其他4项CSRM之间存在显著性相关关系，并且CSRM通过多元线性回归方程预测躯干等长力量(TIS)。躯干力量是体育和医学康复领域常用的反映人体核心稳定性的指标，基于等动测试仪的躯干力量测试是公认的反映躯干力量的金标准[14]，但是其测试方法相对比较复杂，测试费用相对较高。相对于复杂的、价格昂贵的躯干力量测试，简单的CSRM具有一定的理论价值和现实意义。
1. 研究方法
1.1 研究对象与测试者
在美国某大学招募20名符合条件的大学生作为研究对象，纳入标准为：过去2年有规律运动习惯，无专业下肢力量训练经历，也无下肢或腰部损伤史。20名受试者包括7名男性和13名女性，均为右侧优势腿，平均身高为(1.72±0.02) m，平均体质量为(75.8±3.5) kg，平均年龄为(22.1±0.2)岁。本文经过美国某大学伦理委员会认证。测试前，所有受试者签订知情同意书。
1.2 测试流程
测试项目包括以上提及的5类核心稳定性相关测试(TFE、DLS、DLH、EE、TIS)。所有的TIS均在同一台等动肌力测试仪(Biodex Medical Systems, Shirley, NY, USA)上进行。整个测试持续2 h左右，首先记录受试者的年龄，测试其身高和体质量，然后给每位受试者一个编码代表其身份，以保护受试者的隐私。测试开始前，要求每位受试者跟随视频进行5 min的热身练习。热身练习主要包括10个动作，使受试者身体进入最佳状态。测试结束后，要求每位受试者跟随视频进行整理运动，以防止肌肉酸痛的发生。
1.3 核心稳定性测试
1.3.1 TFE测试
采用TFE测试3种不同身体姿态下受试者第7颈椎(C7)和第一骶椎(S1)之间的距离[12]。测试前，受试者脱下鞋子，光脚平稳地站立在地面上，双脚与肩同宽。测试者使用彩笔标记C7和S1的体表位置。测量的第1个位置是受试者保持中立位站立，双脚与肩同宽，双手自然下垂并置于身体两侧；第2个位置是受试者保持骨盆稳定，躯干尽力向前弯曲至最大位置；第3个位置是受试者保持骨盆稳定，双眼保持注视前方，躯干尽力向后伸至最大位置。躯干最大前屈的C7/S1距离减去中立位的C7/S1距离记为TF，躯干最大后伸的C7/S1距离减去中立位的C7/S1距离记为TE，TFE=TF+TE。
1.3.2 DLS测试
DLS测试时受试者优势侧腿站立，抬高另外一侧腿至膝关节弯曲90°，髋关节伸直，两下肢不相互接触，前臂于胸前交叉，双手放在对侧肩上，闭上双眼，测试开始[15]。当受试者出现以下状况中的任意一个时结束测试：①双手胸前交叉失败；②抬起的脚接触地面；③依靠支撑脚移动来维持平衡；④眼睛睁开；⑤时间超过45 s。测试3次，取最长时间作为受试者的最后成绩。
1.3.3 DLH测试
DLH测试时受试者优势侧单腿站立，尽最大努力向前跳出，落地时仍然保持优势侧单腿站立，并维持平衡2 s以上[16]。测量跳跃前脚尖至跳跃后脚尖之间的距离，并将其作为跳远成绩。每位受试者跳3次，取最好成绩。
1.3.4 EE测试
EE测试前，受试者俯卧在一个箱子上，髂前上棘置于箱子边缘，测试者用双手将受试者的双脚固定在箱子上[17]。测试开始时，受试者上身腾空与地面平行，前臂于胸前交叉，双手置于对侧肩上，上臂垂直于地面，受试者尽最大努力保持该姿势。当受试者上身失去水平位置，或肘关节接触到地面时停止计时。测试者每隔10 s被给予一次语言鼓励，测试受试者能坚持的最长时间。
1.3.5 TIS测试
用绑带将受试者固定在座椅上，双脚踏在踏板上，双手于胸前交叉，躯干成为唯一能活动的身体环节。腰骶关节的中心线与等动测试仪动力头的旋转中心线对齐，该中心线位于髂嵴以下3.5 cm[18]。通过调整脚的位置使膝关节屈曲120°，等动测试仪测试座椅采用“半站立”模式，受试者双脚固定在踏板上。测试时，受试者坐在座椅上，躯干垂直于地面的位置定义为90°，向后伸30°为120°，向前屈30°为60°。每组间隔60 s。测试前，受试者应充分休息，以保证每组以个人最好成绩完成。受试者不舒服时可以按下手边的红色按钮随时停止测试。测试正式开始之前，受试者会以次最大强度练习一组。用每组测试的等动测试仪力矩峰值反映受试者的最大躯干等长力量。
1.4 统计分析
所有数据采用SPSS (SPSS version 23.0, IBM Corporation, Armonk, NY, USA)进行统计分析，结果用平均数±标准误(Mean±SE)的形式表示。用Pearson相关系数反映TIS和CSRM之间的关系；配对t检验用来对比相同角度位置、不同方向的躯干等长力矩峰值的差异性。多元线性回归用来预测躯干等长力矩峰值，以反映TIS和CSRM之间的相关关系。TIS作为因变量，CSRM作为自变量，采用逐步回归法进行多元线性回归，显著性水平设为P≤0.05。
2. 测试结果
表 1显示，3种角度条件下的躯干伸肌等长力矩峰值都大于屈肌，具有显著性差异(P＜0.01)。
表 1 CSRM的统计结果(n=20)Table 1. Descriptive statistics for CSRM (n=20)类别 Mean±SE TFE/cm 18.8±0.8 DLS/s 33.5±3.1 DLH/H 0.99±0.05 EE/s 75.5±6.2 A60/ (N·m·kg-1) 3.86±0.24** T60 /(N·m·kg-1) 1.70±0.10 A90/ (N·m·kg-1) 3.62±0.21** T90 / (N·m·kg-1) 2.04±0.10 A120/ (N·m·kg-1) 3.51±0.21** T120 / (N·m·kg-1) 1.96±0.12 注：A60、A90、A120分别表示等动训练仪在60°、90°、120°位置时，体质量标准化后的躯干后伸等长力矩峰值；T60、T90、T120分别表示等动训练仪在60°、90°、120°位置时，体质量标准化后的躯干前屈等长力矩峰值；**表示P＜0.01，即与相同速度或角度条件下的相反力矩方向进行对比具有显著性差异；DLH/H是指身高标准化后的DLH值 表 2显示：TFE与A60(P＜0.01)、A90(P＜0.01)、A120(P＜0.01)、T120(P＜0.01)具有显著性负相关关系；DLH/H与A60(P＜0.01)、T60(P＜0.05)、A90(P＜0.05)、T90(P＜0.01)、A120(P＜0.05)、T120(P＜0.01)具有显著性相关关系，EE与T60(P＜0.05)具有显著性负相关关系。DLS与所有的TIS都不具有显著性相关关系。
表 2 CSRM与TIS的Pearson相关分析结果(n=20)Table 2. The Pearson analysis between CSRM and TIS (n=20)类别 TFE DLS DLH/H EE A60 0.630** 0.313 0.570** 0.092 T60 -0.195 0.106 0.507* -0.410* A90 -0.591** 0.302 0.501* 0.152 T90 -0.342 0.052 0.654** -0.338 A120 -0.733** 0.279 0.445* 0.131 T120 -0.616** 0.286 0.793** -0.111 注：*表示P＜0.05，**表示P＜0.01 表 3显示了通过多元线性回归建立的TIS预测方程及相关参数。本文涉及的所有躯干等长力矩峰值均可通过CSRM进行预测。躯干伸肌等长力矩峰值(A60、A90、A120)的预测方程中只有TFE，而在躯干屈肌等长力矩峰值的预测方程中，T120的自变量有DLH/H和TFE，T60和T90的自变量只有DLH/H。随着躯干角度的增加，躯干等长力矩峰值预测方程的决定系数R2表现出逐渐增大的趋势。
表 3 采用多元线性回归法建立的躯干等长力量预测方程及相关参数Table 3. Prediction equations of TIS set by multiple linear regression analysis and the related parameters预测方程 相关系数 R2 P SE A60=7.41-0.19TFE 0.63 0.40 0.03 83.9 T60=0.66+1.05DLH/H 0.51 0.26 0.02 38.3 A90=6.59-0.16TFE 0.59 0.35 0.006 77.7 T90=0.72+1.33DLH/H 0.65 0.43 0.002 33.0 A120=7.22-0.20TFE 0.73 0.54 0.000 66.1 T120=1.32+1.63DLH/H-0.05TFE 0.85 0.73 0.024 29.0 表 4显示，随着躯干角度增加，相关系数有逐渐增大的趋势，P值均小于0.05。
表 4 TIS实测值与预测值的Pearson相关分析结果(n=20)Table 4. Pearson analysis on the relationship between measured values and predicted values of TIS (n=20)类别 相关系数 P A60 0.63 0.003 T60 0.47 0.038 A90 0.59 0.006 T90 0.62 0.004 A120 0.73 0.000 T120 0.79 0.000 3. 讨论
笔者选择了5类能全面评估CS的测试方法[12-13]，对4项CSRM与TIS之间的关系进行研究，结果表明：TFE与A60、A90、A120、T120具有显著性负相关关系，DLH与A60、T60、A90、T90、A120和T120具有显著性相关关系。建立了TIS的预测方程，认为TFE和DLH是预测TIS的有效指标。随着躯干角度增加，TFE、DLH与TIS的共享变异度有逐渐增大的趋势，TFE、DLH与TIS的相关程度具有环节位置特异性。
CS是当前学术界研究的热点问题，CS训练在竞技体育、大众健身和康复领域应用广泛[4]，众多国内外学者致力于该领域的研究[1-7]，但CS的概念并不统一，Panjabi[19]、Kibler等[4]、Roth等[20]、Willson等[21]等在不同领域、从不同角度对CS进行了定义，但CS测试目前暂无统一标准[22-23]。尽管越来越多的学者认识到CS测量方法不统一带来了诸多问题[1, 4]，但目前国内外有关CS测量方法的研究并不多，各类CS测试之间的关系并不清楚。为了探索不同CS测试之间的关系，笔者将CS定义为人体稳定其核心的能力，是人体各种能力，包括力量、耐力、柔韧性、平衡能力和功能性等[10, 13]，在其核心部位的集中表现。笔者选择的CSRM测试都是前人常用的测试方法，都是可靠的[10]。
目前，已有很多基于等速测试仪进行躯干力量测试方面的研究。Granacher等[24]发现躯干伸肌等长力矩峰值远远高于屈肌。Smith等[25]研究了等长和等动条件下的躯干屈伸力量，发现躯干屈伸力矩比低于1:1.1。躯干肌肉产生的力矩随着运动速度和躯干角度位置的改变而改变，躯干伸肌的力量要高于屈肌，比例取决于躯干的位置[26]。本文的研究结果与前人的研究结果相似，3种位置角度的躯干伸肌等长力矩峰值远远高于屈肌(P＜0.01)，这与人体的解剖结构和动作习惯有关[14, 25]。人体运动时，躯干前屈动作可借助一定的重力作用，而后伸则要克服人体重力，导致躯干伸肌运动的负荷高于屈肌，其力量适应性增加得也更多。而且本文受试者在进行躯干力量测试时，双脚踩在一个踏板上，躯干伸肌力量测试时可借助脚踏板发力，这可能会导致屈伸力矩差异更大。
关于TIS和CSRM之间的关系，Pearson相关分析结果显示：EE与T60具有显著性负相关关系。EE反映的是躯干背肌(伸肌)耐力，运动训练学中将“耐力”定义为有机体坚持长时间运动的能力[27]。本文采用躯干背肌坚持等长收缩克服人体重力的最长时间反映核心耐力。T60反映的是较小躯干角度下的躯干屈肌等长收缩力量(爆发力)。在人体素质构成中，耐力和爆发力是一对矛盾体。通常而言，爆发力比较好的人，耐力素质相对会比较差，这是由人体肌纤维类型构成比例、代谢供能方式等多方面的原因造成的[28-29]，这可能是导致2项指标呈负相关关系的原因之一。
TFE与A60、A90、A120、T120具有显著性负相关关系，DLH/H与A60、T60、A90、T90、A120和T120具有显著性相关关系。为了进一步探究TIS和CSRM之间的关系，本文通过多元线性回归法建立了TIS的预测方程，TIS均可通过TFE和DLH/H进行预测。通过回代实验对方程进行了验证，结果显示：TIS实测值与预测值具有显著性相关关系。随着躯干角度增加，TIS被解释的百分比有逐渐增大的趋势，回代实验中实测值与预测值的相关系数也表现出了这样的趋势。这可能是因为随着躯干角度增加，人体姿势更接近于站立时的姿势，其动作的结构和形式与TFE、DLH测试更接近[28]，从而导致指标间有更多的共性，所以TFE、DLH与TIS的相关程度具有环节位置特异性，这提示：在核心力量训练时应特别关注运动环节间的位置关系，以便进行高效率的核心力量训练。
躯干伸肌等长力矩峰值(A60、A90、A120)的预测方程自变量只有TFE，而且两者是负相关关系，说明过高的躯干屈伸活动范围可能会降低躯干伸肌等长力量。关于躯干柔韧性与躯干力量的关系，前人大多采用柔韧性或力量训练对受试者进行干预，然后观察躯干柔韧性或力量的变化[30-31]，而直接研究个体内躯干柔韧性和力量相互关系的报道并不多，但过高的关节柔韧性会影响关节力量则是运动训练界的共识[27]。本文的研究结论也强调了人体核心力量与核心柔韧性的负相关关系。建议在核心训练时，应科学地安排核心力量与核心柔韧练习的比例，以提高训练效果。
DLH/H与躯干伸肌等长力矩峰值具有显著性相关关系。人体进行跳跃时，下肢髋、膝、踝三关节伸肌力矩是决定跳跃能力的直接因素[32]。笔者在TIS中设计的躯干后伸动作与DLH测试的髋关节后伸动作相似，参与工作的主要肌肉群也大致相同，这可能是导致DLH/H与躯干伸肌等长力矩峰值具有显著性相关关系的原因。DLH/H与躯干屈肌等长力矩峰值也具有显著性相关关系，并且躯干屈肌等长力矩峰值(T60、T90、T120)的预测方程中都含有DLH/H。查阅相关文献后发现，王艳玲[33]认为运动员平衡能力与躯干屈肌力矩具有显著性相关关系。在DLH测试时要求受试者单腿起跳，并且落地后维持平衡2 s以上，单腿起跳动作和落地后的维持平衡动作都需要躯干屈肌进行一定的核心动作维持平衡，这可能是导致DLH/H与躯干屈肌等长力矩峰值共享变异度较高的原因。总之，DLH与所有TIS都具有显著性相关关系，TFE与躯干伸肌等长力量具有显著性负相关关系。多元线性回归分析显示，TFE和DLH可以预测TIS。
4. 结论与建议
TFE和DLH是预测躯干等长力量的有效指标，在体育和医学康复领域可以作为评估个体躯干等长力量的简易测试方法。TFE、DLH与TIS的共享变异度具有环节位置特异性。建议在核心力量训练时，应特别注意运动环节间的位置关系，以提高核心力量训练的效率。
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表 1 CSRM的统计结果(n=20)
Table 1 Descriptive statistics for CSRM (n=20)
类别 Mean±SE TFE/cm 18.8±0.8 DLS/s 33.5±3.1 DLH/H 0.99±0.05 EE/s 75.5±6.2 A60/ (N·m·kg-1) 3.86±0.24** T60 /(N·m·kg-1) 1.70±0.10 A90/ (N·m·kg-1) 3.62±0.21** T90 / (N·m·kg-1) 2.04±0.10 A120/ (N·m·kg-1) 3.51±0.21** T120 / (N·m·kg-1) 1.96±0.12 注：A60、A90、A120分别表示等动训练仪在60°、90°、120°位置时，体质量标准化后的躯干后伸等长力矩峰值；T60、T90、T120分别表示等动训练仪在60°、90°、120°位置时，体质量标准化后的躯干前屈等长力矩峰值；**表示P＜0.01，即与相同速度或角度条件下的相反力矩方向进行对比具有显著性差异；DLH/H是指身高标准化后的DLH值 
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表 2 CSRM与TIS的Pearson相关分析结果(n=20)
Table 2 The Pearson analysis between CSRM and TIS (n=20)
类别 TFE DLS DLH/H EE A60 0.630** 0.313 0.570** 0.092 T60 -0.195 0.106 0.507* -0.410* A90 -0.591** 0.302 0.501* 0.152 T90 -0.342 0.052 0.654** -0.338 A120 -0.733** 0.279 0.445* 0.131 T120 -0.616** 0.286 0.793** -0.111 注：*表示P＜0.05，**表示P＜0.01
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表 3 采用多元线性回归法建立的躯干等长力量预测方程及相关参数
Table 3 Prediction equations of TIS set by multiple linear regression analysis and the related parameters
预测方程 相关系数 R2 P SE A60=7.41-0.19TFE 0.63 0.40 0.03 83.9 T60=0.66+1.05DLH/H 0.51 0.26 0.02 38.3 A90=6.59-0.16TFE 0.59 0.35 0.006 77.7 T90=0.72+1.33DLH/H 0.65 0.43 0.002 33.0 A120=7.22-0.20TFE 0.73 0.54 0.000 66.1 T120=1.32+1.63DLH/H-0.05TFE 0.85 0.73 0.024 29.0
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表 4 TIS实测值与预测值的Pearson相关分析结果(n=20)
Table 4 Pearson analysis on the relationship between measured values and predicted values of TIS (n=20)
类别 相关系数 P A60 0.63 0.003 T60 0.47 0.038 A90 0.59 0.006 T90 0.62 0.004 A120 0.73 0.000 T120 0.79 0.000
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