核心穩定性在人體運動中的作用
來源：快活閑醉《北京體育大學學報》2008年第12期
W.Ben Kibler, Joel Press, Aaron Sciascia (著)；周瑾(譯)
(1.Lexington Clinic Sports Medicine Center , Lexington , Kentucky , USA; 2.Rehabilitation Institute of Chicago , Chicago , Illinois , USA )
原文：http://www.solid-gains.com/study/65-1-the-role-of-core-stability-in-athletic-function.html
摘 要:在體育運動中,核心的主要作用是穩定身體、是肌肉發力的基礎,這一點日益得到公認。從跑步到投擲等各項體育運動中,穩定的核心是有效發揮人體生物力學功能的關鍵因素,從而使肌肉發力最大化並最大限度減小關節負荷。我們將核心肌群的功能理解為中樞神經系統預設的程序,這個程序整合局部的、單關節和多個關節上的肌群活動,在保持整體穩定的同時完成體育動作。近端的穩定性是遠端靈活性的基礎,在這個基礎上可以建立從近端向遠端的發力模式,並且可以通過肌群的協同作用力在完成遠端動作的同時保護遠端關節。評估動態核心能力是一項重要任務,其中包括對軀幹特定功能和三維運動能力的評估。運動康復訓練計劃應該包括核心能力的重建,並且應該將核心視為遠端肢體運動的基礎。
關鍵詞:核心穩定性;人體運動;運動康復
1 什麼是核心?
人體骨骼肌系統的核心包括脊柱、髖、骨盆、下肢近端和腹部。核心肌群包括軀幹和骨盆肌肉,其主要作用是保持脊柱和骨盆的穩定性。在各項體育運動中,核心肌群的作用是協助肌肉發力、協助動能從軀干近端(大部位)向遠端(小部位)的傳輸。附著在髖關節、骨盆和脊柱上的肌肉在軀體中央集合,協同發揮必要的、多樣的穩定功能來保證遠端各環節發揮特定的功能。因此,近端穩定性是遠端靈活性和遠端完成功能任務的基礎。此外,從核心的局部穩定功能和發力功能來看,核心與幾乎所有的肢體遠端運動如跑、踢和投都有密切的關系。因此有必要評估核心的位置、核心的運動方式和核心的作用,並且將核心功能評估作為診斷、治療肢體遠端運動損傷的依據。
本文討論了核心的一般功能和定義,從解剖學和生理學角度分析了核心肌群的特點,討論了核心穩定功能及核心功能紊亂,提出了臨床評價核心穩定性的原則,並討論了使核心功能最大化來提高運動功能的康復和體能訓練計劃。
2 核心穩定性的定義
核心穩定性是使運動功能最大有效化的重要因素。通常,運動功能是在動態運動鏈上產生的,人體各運動環節必須協調有序地產生興奮,才能使肢體遠端在最佳位置、以最佳速度、在最佳時機完成體育動作。核心在產生局部力量、保持身體平衡、降低腰背受傷風險等方面具有重要作用。此外,由於核心是幾乎所有運動鏈的中心,有效控制核心肌群力量、核心部位的平衡和核心部位的運動可以充分發揮整條運動鏈、包括上肢和下肢的運動功能。目前學界對核心穩定性的定義尚未取得共識,本文采用的一般性定義是:在經過整合的運動鏈上,控制腿和髖以上軀干部位的姿勢和軀干運動、使肌肉完成最佳做功、使力量在運動鏈上各個環節直至肢體末端有效傳輸和控制力量的能力。
3 從解剖學、生理學和生物力學角度看核心
3.1 解剖學
從解剖學上看,核心是肢體遠端運動的基礎。結合投擲、踢、跑等體育動作也可以理解為“中心穩定性服務於末梢靈活性”。大部分起驅動遠端作用的大型主動肌(胸大肌、繩肌、四頭肌和髂腰肌)與核心的骨盆和脊柱相連,大部分起穩定遠端作用的肌肉(上下斜方肌、髖旋轉肌、臀肌)也和核心相連。
形成這一復雜整體的肌群被稱為核心肌群。一部分肌肉比較短小,以很短的力臂跨越單個脊椎,以“長度的變化”為肌肉興奮模式。其它肌肉跨越多個脊椎,發揮主動肌的作用整合多個關節並產生力量,以“力量的變化”為興奮模式。兩種肌肉興奮模式相互協調保證脊柱這種多環節結構的穩定。以多裂肌為例,這些跨越單個脊椎的短小肌肉發揮穩定單個環節的作用,而那些跨越多個關節的長肌肉主要控制脊柱整體。兩種不同的肌肉興奮模式相結合,形成一個穩定的“脊柱自然中立位置”,當脊柱處於“自然中立位置”時,韌帶受到的張力最低。
腹部肌肉包括腹橫肌、內外斜肌和腹直肌。收緊腹橫肌能提高腹內壓和胸腰大筋膜的張力。腹橫肌力量被視為腰椎穩定性的指標。收緊腹肌能夠形成一個堅實的圓柱形結構,以提高腰椎的強度。有必要指出,腹直肌和斜肌的興奮模式與肢體運動方向有關,因此具有方向特異性。這種興奮模式使身體在肢體運動發生之前能夠保持穩定和平衡。有研究證明,大幅度上肢動作發生之前,腹肌收縮、腹內壓升高。機體以這種方式穩定脊柱和身體的核心,為肢體運動和肢體肌肉興奮奠定了穩固的基礎。臨床研究證明,提高脊柱緊張度需要小幅度地提高多裂肌和腹肌的興奮水平(達到最大自主收縮水平的5%可以滿足日常生活需要,達到最大自主收縮水平的10%可以滿足劇烈運動的需要)。
穩定的核心能夠在各個平面上控制軀干的運動。因此,肌肉有時候要以一種與其發揮主要功能時不同的模式來運動。例如,腰方肌(QL)的主要功能是在軀干在額狀面上向前屈曲和向後伸展時發揮穩定作用。但是腰方肌橫向在第十二肋處與髂脊相連,這個結構使腰方肌在涉及到軀干發生前屈、後展和側彎的身體動作時都發生興奮,從而在其他平面上也能發揮支持脊柱的作用核心結構的頂蓋是橫膈膜。橫膈膜、盆底肌和腹肌同步收縮才能提高腹內壓,形成一個堅實的圓柱形結構,減輕脊柱附近肌肉的負荷並提高軀干穩定性。在肢體運動發動之前,橫膈膜收縮可以提高腹內壓以支持脊柱和軀干的穩定性,而橫膈膜的這種興奮看來和呼吸無關。
核心結構的底部是盆底肌群。由於直接評估這部分肌肉的功能比較困難,在骨骼肌康復研究中經常忽略甚至無視它們的作用。實際上盆底肌、腹橫肌、腹肌和多裂肌之間存在多種協同興奮模式,是支持軀干肌群和脊柱肌群的基礎。
髖、骨盆及相關結構是支撐整個核心的基礎,這一區域的各大肌群是發揮髖和骨盆功能的必要條件。這些肌群的橫斷面很大,除了發揮穩定作用以外,還能夠在體育運動中產生很大的力量和動能。臀肌連接軀干和腿,是軀干的穩定器,並且向腿輸出向前運動的動能。在全部投擲力量中,來自髖/軀干肌群的動能和動力約占50%。
胸腰筋膜是一個非常重要的組成部分,它通過臀大肌和下肢相連,通過背闊肌和上肢相連。在投擲運動中,胸腰筋膜將核心整合到運動鏈上。胸腰筋膜覆蓋了包括多裂肌在內的位於背部和軀干的深層肌肉,並且和腹內斜肌、腹橫肌相連,為腰椎提供三維支持,保障了核心穩定性。胸腰筋膜使腹部前、後肌群和側面的斜肌圍成了一個“腰箍”,起到環形的穩定作用。
3.2 生理學
運動鏈上的肌肉興奮是根據任務目標、運動專項特點、按預設的模式產生的。這種肌肉興奮模式可以在反復訓練中得以改善。肌肉興奮模式可以分成兩種類型:
1) “長度型”:通過伽瑪傳導輸入(gamma afferent input)產生的肌肉交互抑制提高關節周圍肌肉的緊張度,提高單關節穩定性。
2) “力量型”:通過高爾基肌腱感受器使多個肌群協同興奮,以移動多個關節並產生動力。
很多被視為與核心有關的動作體現了“力量型興奮模式”。研究快速單臂擺動的肌肉興奮模式時發現,首先興奮起來的肌肉是擺動臂對側的腓腸肌和比目魚肌,興奮傳導自下而上通過軀干達到手臂。踢球時,腳的最大運動速度更多地取決於髖部屈肌的興奮程度而不是膝關節的伸肌。對棒球投球的研究證實,在不同水平的遠投中,肌肉興奮的共同模式是:從投擲臂的對側外斜肌開始,向手臂方向發展。
這種興奮模式可以提高四肢肌肉興奮水平,改善四肢的支撐或運動能力。腓腸肌最大收縮力來自髖部肌群的啟動。近端肌群興奮可以使踝關節周邊肌群的活化水平提高26%。同樣,無論是有肩部症狀還是健康的個體,當斜方肌和菱形肌能夠穩定住肩胛時,肩袖肌群的最大興奮水平可以提高23%~24%。此外,當近端肌群達到最大興奮時,遠端肌群活動變得更加精確、受控程度更高,這一點比提高遠端肌群發力能力更加有意義。上述結論來自一項關於投擲運動中肘關節肌肉功能的研究。
核心肌群興奮可以環繞脊柱產生更大的旋轉力量。大部分對肌肉興奮的研究證明,各種興奮模式的強度和時間不同,但是都是從對側開始,產生旋轉和動能。
最後,核心肌群興奮提高了人體中心區域的整體緊張度,形成了一個堅實的圓柱體結構,肌肉收縮保持圓柱體的穩定,因此可以支持在較長力臂上發生的旋轉運動。
3.3 生物力學
生理上的肌肉興奮會產生一些生物力學作用,使局部和遠端功能得到更好發揮。中樞神經系統預設的肌肉興奮程序對身體姿勢進行預調整(APAs),當踢球、跑步和投擲動作產生動力時,經過預調整的身體姿勢能夠抵抗擾動、保持平衡。預調整(APAs)提高了近端的穩定性,保證了遠端的靈活性。
肌肉興奮也能產生相互作用力,而相互作用力能夠產生並控制關節上的動能和負荷。相互作用力作用於關節,來自肢體運動和相鄰關節位置變化。來自人體中心運動環節的相互作用力是遠端恰當發力的關鍵,相互作用力調整骨骼和關節的相對位置,從而最大限度降低關節承受的內部負荷。大量案例證明,近端肌肉興奮產生的相互作用力是遠端有效發揮功能的保證。源自核心的相互作用力甚至可以在遠端形成類似揮鞭效應一樣的最大動力,或者保證遠端動作的精確性和穩定性。踢球時,腳上的最大動力來自屈髖產生的相互作用力。旋臂時肩關節最大內旋動力來自轉體產生的相互作用力。抵抗外翻力矩時,保護肘關節的內旋動力來自肩關節內旋產生的相互作用力。最大發球速度和來自肩部的相互作用力相關,這個相互作用力在穩定並保護肩、肘不發生脫臼的同時,在肘部產生角速度。肩關節運動在手腕上產生相互作用力,這個力與投球准確性相關。 在肌肉興奮及相互作用力的作用下,根據“速度積累”原則,從近端到遠端會產生一個動力和力量發展過程。但是,這並不是一個從一個環節直接到下一個環節的簡單的線性過程。例如,網球發球時,肘關節先於肩關節達到最大速度。盡管如此,對網球發球、壘球投球和足球射門的研究都證明地面應力通過核心向遠端傳導是肌肉動力發展的普遍模式。
通過核心可以達到力量控制的最大化。投擲時,軀干是抗衡前衝力的根本,制動前衝力的力量中有85%來自軀干肌群和關節囊的興奮,遠大於肩袖肌群興奮產生的力量。
4 核心穩定性對運動功能的意義
穩定的核心有利於整合近端和遠端的動力和力量的控制,對運動功能最佳化具有重要意義。軀干核心部位的大塊肌群形成了一個堅實的圓柱體,能夠以巨大的慣性抗衡擾動,同時為遠端的靈活動作提供穩定的基礎。此外,核心猶如一個動力發動機,圍繞核心產生的小幅度旋轉可以在末端形成大幅度旋轉,形成鞭打效應。由於小肌肉量就可以滿足外周運動環節的需要,因此遠端區域的慣性也很小,有利於累積形成很高的運動速度。此外,由於關節上的動力很大程度上來自核心肌群興奮產生的相互作用力和中樞神經系統預設的肌肉興奮模式,因此,關節上獲得的動力大小並不取決於局部韌帶的大小,也不取決於局部肌群興奮產生的反饋反應,因此遠端關節的韌帶都比較短小,而遠端小肌群興奮則可以更加精確地控制和完成變化多端的動作。
5 核心穩定性低與運動功能紊亂-案例分析
研究發現,髖部肌群軟弱和由此而來的髖/軀干姿勢改變和膝關節損傷有關。膝關節前側疼痛和髕骨軟化與髖關節外展肌軟弱、屈肌緊張有關。髖部肌群運動模式的改變會加劇髖關節內翻和髖關節屈曲,在下蹲和跳躍落地時形成膝關節外翻,造成前十字韌帶負荷增高。近期一項關於核心力量指標的長期研究發現,髖關節外旋力量不足和膝關節意外受傷有關。基於以上發現,目前大多數膝關節康復計劃都強調核心力量和髖部肌群力量訓練。
膝關節屈曲能力變化和手臂肌肉的緊張度有關。網球運動員的膝關節不靈活會造成運動鏈斷裂,影響髖和軀干發力,使肩關節在水平內收和旋轉時承受的負荷提高23%~27%並加劇肘關節外翻。一項對網球發球的數學分析表明,如果來自軀干的動力減少20%,手臂運動速度需要提高34%以上,或肩部肌肉量要提高80%才能把同樣大小的動能輸送到球上。
髖部肌群軟弱或僵硬也可以影響到手臂。經內窺鏡檢查確診,發生關節唇後-上緣撕裂的運動員中有49%伴有轉體時髖關節靈活性差或外展肌力量不足(特倫德倫伯格試驗陽性)。
6 怎樣評估核心力量
目前還沒有測定核心力量的標准手段。科研人員在研究中使用不同的技術手段如肌電圖和等長動態測力計等測定特定肌肉的相對力量。這些數據可以給出一個近似的核心力量估值。但是有大量肌群協同參與的核心肌群活化模式具有任務特異性,因此以任何特定的單塊肌肉的評估標准為參考值都具有很大的不確定性。因此,在可能情況下,使用任何核心評定技術時都要考慮盡量在功能狀態中檢測肌肉力量。如果某部肌肉主要在閉鏈運動時做功,最好在閉鏈運動中檢測。如果某部肌肉在不同位面的運動中都會產生興奮,就應該分別在不同位面的運動中檢測。如果肌肉主要以離心方式做功,就要以離心方式測試。或許,在考察所有與核心力量有關的肌群時,對特定運動模式和運動質量的評估更加值得重視。當然從這種分析方法中很難找出量化指標,但是對特定運動模式和運動質量的評定能夠比較近似地反映核心的三維功能。目前對此類評估體系的可靠性和有效性研究仍舊不足。
單腿支撐平衡站立是一種能夠反映多種變量(多肌群)協同作用的核心力量測試手段。測試人員要求受試者單腿站立,此外不給與任何語言提示(圖1)。出現特倫德倫伯格姿勢(版主考：Trendelenburg sign，即是單腳獨立時，骨盆會往懸空的腳傾斜，請見http://en.wikipedia.org/wiki/Trendelenburg's_sign)，或支撐腿內旋或外旋等偏差提示控制身體姿勢能力差和近端穩定性降低。
注意觀察身體姿勢和手臂位置變化對側髖下沉 如果單腿平衡測試正常,可以進一步做單腿下蹲測試。起始姿勢和平衡測試相同。受試者在沒有其他語言提示下,重復做單腿下蹲,動作幅度從四分之一蹲到半蹲。研究人員評估受試者的動作質量。在單腿平衡測試中未出現的特倫德倫伯格(Trendelenburg)姿勢在單腿下蹲時可能出現。受試者可能試圖擺動手臂保持平衡或擺出一種誇張的屈曲或呈螺旋形的轉體姿勢,通過提高臀肌或較短的旋髖肌的張力來代償其他薄弱肌群(圖3)。
多位面測試的目標是量化脊柱在不同平面上運動時,核心的控制能力和運動能力。目前研究人員尚未開展對這些專門的測試手段的可靠性和有效性研究,但是臨床經驗表明這些測試確實能夠為設計提高核心功能的康復方案提供有用的信息。測試時,受試者站在牆壁附近,給定的距離一般為8 cm。在核心矢狀面功能測試中,受試者背對牆壁,緩慢後傾,使頭部貼向、但不觸及牆壁,同時平穩站立(圖4)。起初可以讓受試者雙足站立,然後逐步將身體重心向一側移動直至完成單足站立。在矢狀面功能測試中,受試者的腹肌、股四頭肌和髖部屈肌產生離心興奮,髖和背部伸肌產生向心興奮。在核心額狀面功能測試中,受試者單足側向牆壁站立,另外一足與牆壁距離8 cm(圖5)。受試者用內側腿支撐,並努力用內側肩頭接近、但不觸及牆壁。這個測試可以評估腰方肌、展髖肌和脊柱旁長肌群在額狀面上的離心力量。最後是核心水平功能測試,受試者站立在離牆壁8釐米的地方,和矢狀面功能測試一樣,從雙足站立開始逐步過渡到單足站立,不同之處是受試者要交換用兩肩接近、但不觸及牆壁(圖6)。可以通過上述測試評估受試者的動作質量和運動速度。核心力量不足的受試者在單足平衡和與牆壁保持微小距離等方面的能力顯著低下。這個測試可以評估腹肌、旋髖肌和背部伸肌在水平面運動時的協同水平。研究人員可以根據測試中發現的薄弱肌群和核心在各個平面上的運動能力水平制定具體的康復方案。
7 核心康復的原則
核心康復的主要目標是:強化靈活性、力量、平衡能力和耐力等基本因素,改善核心與遠端的關系,糾正遠端功能紊亂。因此在開始康復訓練之前,必須徹底檢查核心能力和肢體功能。預檢的第一個目的是發現薄弱環節。檢查包括髖、軀干和肩關節的各種運動模式,發現局部或遠端力量薄弱或靈活性不足的肌肉。專門設計的動作測試可以發現局部靈活性不足和力量薄弱問題,但是必須了解包括完整運動鏈的整體運動模式水平。遠端損傷後的康復訓練應該從核心開始並以核心為重點。
為建立穩定的基礎,康復訓練應從提高腹橫肌、多裂肌和腰方肌等重要肌群的穩定能力開始。這些肌群直接和脊柱、骨盆連接,對核心穩定性起主要作用。練習方法包括水平側橋(圖7)和等長轉體(圖8)。這個階段的康復訓練不僅要恢復核心功能,也是肢體康復的第一步。
下一步的下肢康復訓練包括與轉體、旋髖相結合的前弓步和側弓步練習,隨轉體進行膝關節屈伸練習等。練習的頻率和強度因人而異。
肩關節和上肢康復訓練從雙腿站立、軀干和髖的伸展姿勢開始。肌肉運動模式從同側興奮開始過渡到對側興奮。對角線模式是在一個穩定支撐面上轉體並模擬投擲動作(圖9、圖10、圖11)。下肢肌群的興奮可以驅動肩胛骨、肩部肌群的活化。所有上肢訓練動作應以軀干和髖的伸展姿勢為結尾。進一步的上肢康復訓練動作包括肩胛收縮、臂外展與外旋相結合,或直體、肩胛收縮與伸臂相結合(圖12)或旋髖、轉體與肩胛收縮相結合等(圖13)。
核心穩定性訓練必須避免單個平面上的運動,因為單個平面的運動會“隔離”某部位肌肉或某個關節。可以在康復過程中的某些階段上進行單個平面動作訓練,但是康復訓練從一開始就要強調功能姿勢、運動模式和肌肉活化次序。只有這樣才能恢復肌肉正常的生理機能,進而恢復正常的、符合生物力學原則的身體運動模式。訓練可以從近端開始,然後拉長力臂向遠端過渡,通過調節力臂的長短來調節肌肉發出的動力大小和負荷量。訓練的目標則是在整體運動鏈上實現各個運動環節的協同興奮。
核心康復計劃由大量不同練習方法組成,首先為穩定和肌肉產生動能奠定基礎,進而建立並提高對遠端動作的控制能力,使遠端運動環節的靈活性最大化。核心是所有訓練手段的中心,是穩定的基礎,是動力發動機和動力調控器。核心和體育運動關系密切,因此核心能力測評應該成為各種肢體運動損傷評估的重要內容,在各種肢體運動損傷的康復計劃中,核心能力應該成為首要的康復內容。
8 結 論
核心穩定性是正確完成體育動作的關鍵因素。核心是一個整體,由多個運動環節高度整合而成,是肌肉發力、近端穩定性和遠端靈活性的基礎,是產生相互作用力的保證。企圖將核心的各個組成因素單獨地加以精密量化是很困難的,但是我們可以近似地通過人體在三個平面上的運動表現來評價核心的功能是否正常。深入地認識復雜的生物力學機制和肌肉活化機理,有助於細化評估手段,有助於制訂出針對性更強的康復方案。
聲明:本綜述未使用任何來源之經費,作者歡迎大家對本綜述有關內容的關注。
http://ivan1119.pixnet.net/blog/category/1193316
http://www.sac.gov.tw/annualreport/Quarterly146/p9.asp
這兩個網誌剛好也是有提關於核心的
簡單名詞定義：動力連結原則與動力鏈
Kinetic link principle, or the summation of speed principle
動力連結原則，或稱速度總和原則
The principle that body segments generate high end-point velocity by accelerating and decelerating adjacent links, using internal and external muscle torques applied to the body segments in a sequential manner from proximal to distal, from massive to least massive, and from most fixed to most free. The kinetic link principle is applied when different body segments rotate during throwing and kicking. These actions have been likened to the motion of a bullwhip. If segmental rotations are free to occur at the distal end, the body's base-segments in contact with the ground act like the handle of a bull-whip. Just as the tip of the bullwhip can be made to travel at supersonic speed, the small distal segments of the hand and foot can be made to travel very fast by the sequential acceleration and deceleration of the body segments.
藉由加速或減速相鄰的連結，使得身體各環節能夠產生高末端速度的原則，即是動力連結原則。這些被加速或是被減速的連結乃是身體各部位內外在的肌肉力矩，由身體根部到梢部、大肌群到小肌群，以及由最固定到最不固定的環節，依序接續形成。動力連結原則主要是應用於在投擲或是足踢時，不同身體部位的旋轉狀況，而以上這些動作常被比喻成鞭擊的動作。
如果各環節的旋轉能夠在末端輕鬆形成，那麼身體與地面接觸的基礎環節就會像是皮鞭的把柄一樣。就像鞭子的末端在揮動時能夠超越音速一樣，身體末端環節，如手或是腳，也能藉由身體各環節的加速或是減速，達到非常快的速度。
Kinetic chain
動力鏈
動力鏈的簡單定義就是：當我們身體在做任何運動時，都需要各環節的協調配合，即是說，單一環節的運動都會牽涉到一連串的各環節的變化與運動。譬如說，當我們在走路時，我們是先邁出一步，接著身體會隨著前邁的動作，往前移動，將動心移置前足，同時你的骨盆也會往前傾斜，形成旋轉。同時，你的脊椎也會根據你雙足的行進與骨盆的位置而扭轉。
動力鏈運動型態分為兩種：開放式動力鏈與閉鎖式動力鏈運動。開放式動力鏈與閉鎖式動力鏈運動的差異，據Steindler 對兩種型式運動所下的定義是：閉鎖式動力鏈運動乃是肢體末端或遠段是對抗相當的阻力，如俯地挺身、推拉等等；開放式動力鏈運動是肢體末端或遠段自由移動沒有阻力，評如說投擲、踢球等等。最近之定義是：閉鎖式動力鏈運動為遠端肢體被固定或接觸地面；開放式動力鏈為遠端肢體在空間中自由的移動，沒被固定或沒接觸地面。
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