摘 要： 牵拉运动是运动健身和康复训练中常用的方法之一, 其研究始于运动系统, 随后扩展至人体其他各系统。本文系统回顾牵拉运动对机体运动系统、循环系统、神经系统、内分泌系统、呼吸系统和消化系统的作用效果以及对疼痛和情绪心理影响的最新研究进展, 并简要分析其相关机制。
关键词： 牵拉运动; 系统; 益处; 机制;
Abstract： Stretching exercise is a common method used in physical fitness training and exercise rehabilitation. The study about stretching exercise started from the motor system, then subsequently extended to other systems. This paper systematically reviewed the latest research progress on the influence of stretching exercise on multi-systems of the motor system, circulatory system, nervous system, endocrine system, respiratory system, and digestive system and the effects on pain and emotion, and briefly analyzed the related mechanism.
Keyword： stretching exercise; system; benefit; mechanism;
牵拉运动是指将肌肉缓慢牵拉至特定位置, 并保持一定时间的运动方式。广义来讲, 牵拉运动分为静态牵拉、动态牵拉和收缩前牵拉。细分来讲, 静态牵拉分为主动牵拉 (自我牵拉) 和被动牵拉 (他人牵拉) ;动态牵拉分为主动牵拉和弹震牵拉;收缩前牵拉分为本体感觉神经肌肉促进 (proprioceptive neuromuscular facilitation, PNF) 技术及其他技术[1]。
牵拉运动作为一种低强度的运动形式, 多用于体育准备活动以及骨关节疾病患者的康复锻炼, 其方向为沿着关节长轴或与关节力线一致, 在临床工作中也多用于纠正或重塑关节正常的力线。通过全面系统的文献查阅, 笔者发现在国外的研究中, 牵拉运动对呼吸系统、循环系统、消化系统、内分泌系统、运动系统和神经系统的作用均有涉及。而国内此方面研究较为局限和单一, 多集中于牵拉运动对骨、关节和肌肉作用的研究, 对其他系统则关注很少。
本综述针对牵拉运动对多系统的作用进行总结梳理, 期望为今后更好地开展牵拉运动的相关研究提供参考。
1 牵拉运动对运动系统的作用
牵拉运动对机体影响的研究始于运动系统。牵拉运动对运动系统的作用主要表现为改善关节活动度 (range of motion, ROM) 、减轻肌肉肌腱僵硬和延长肌肉肌腱长度。牵拉运动的不同类型、时间和强度对以上方面的改善效果各有异同。另外牵拉运动对平衡功能也有改善作用。目前对这一系统的研究较为丰富, 也日益臻于完善和成熟。
1.1 改善ROM
关节腔内粘连、关节周围肌肉肌腱韧带挛缩变硬会导致关节活动受限。牵拉运动对关节的作用主要为改善ROM, 机制为其可恢复关节面滑动, 增加关节周围软组织灵活性[2]。目前的研究表明, 在肩关节[2]、髋关节[3]、膝关节[4]和踝关节[5]等都有研究, 且都证明效果明显。然而, 不同的牵拉类型产生的效果存在差异, 且结论不一。静态牵拉和动态牵拉哪种更优争议较大, 但大多认为动态牵拉优于静态牵拉[6], 可能与动态牵拉力度较大、牵拉部位等有关。踝关节静态牵拉优于PNF技术[7], 而髋关节PNF技术优于静态牵拉[8], 因此, 可依此根据关节部位选择适宜的牵拉方式。
许多研究探讨改善ROM的最佳牵拉时间。尝试性的探索研究发现, 15 s的牵拉优于5 s的牵拉[9], 60 s优于120 s和30s[10]。然而, Bandy等[11]的研究结果表明, 30 s对于改善ROM效果更佳, 牵拉持续时间从30 s增加到60 s时, 未发现ROM进一步增加。目前, 对最有效的牵拉时间说法不一, 未来还需要更多的研究来明确[6]。
相对于牵拉时间来说, 牵拉强度的研究较少, 可能的原因是持续时间更容易量化和控制[12]。牵拉强度对ROM影响的研究结果存在不一致。有研究认为在80%、100%和120%的强度下, 静态牵拉的强度越大, 越能有效地增加ROM[13]。也有研究发现, 低强度牵拉运动对髋关节ROM的积极影响大于中等强度的静态牵拉[14]。
1.2 降低肌肉肌腱僵硬度
长期保持同一姿势会使肌肉肌腱紧张、发生挛缩, 而牵拉运动可降低肌肉肌腱紧张度、使挛缩的肌肉肌腱松弛, 增加柔韧性。牵拉使得肌肉肌腱单元 (muscle-tendon unit, MTU) 硬度下降, 其中肌肉硬度下降程度高于肌腱, 这归因于最接近肌肉肌腱连接 (myotendinous junction, MTJ) 的肌肉顺应性增加[15]。有研究表明, 静态牵拉后肌肉僵硬度下降而肌腱僵硬度无变化, 此变化与持续时间有关。静态牵拉持续时间从60 s到120 s会影响肌肉组织, 而连续的静态牵拉超过10 min也会影响肌腱组织性质, 因为松弛的肌肉比肌腱顺应性更大[7]。PNF技术所引起的变化与之类似[7]。PNF技术改善肌肉和肌腱僵硬的作用均强于静态牵拉, 因为PNF牵拉施加的强度负荷高于静态牵拉[16]。在80%、100%和120%的强度下, 静态牵拉的强度越大, 越能有效地降低肌肉僵硬[13]。
1.3 增加肌肉肌腱长度
牵拉运动以拉伸的方式引起MTJ位移, 引起肌肉长度增加[15]或延长肌腱[17], 也与肌腱黏度降低弹性增加[18]、牵拉耐受性增加有关。单次急性动态牵拉延长肌腱对肌束无影响[15]。静态牵拉、弹震牵拉和PNF技术对肌束长度无显着性影响[7], 可能与牵拉强度不足有关。牵拉强度对肌束长度影响较大, 一研究发现静态牵拉, 尤其是高强度下的静态牵拉, 可显着延长肌束长度[19]。
此外, 牵拉速度不同, 产生的效果也有所差异。快速牵拉具有刺激性, 肌肉的快速被动牵拉通过促进运动神经元池诱导牵拉反射[20]。Fletcher[21]研究发现, 快速动态牵拉比慢速牵拉可获得更高的跳跃性能, 快速动态牵拉造成的性能提高与更大的神经系统激活程度有关, 表现为肌电图的显着变化。总之, 快速动态拉伸似乎可以让运动员为更优的表现做好准备。
而长时间的快速牵拉则会产生反效应。Avela等[22]在重复快速被动肌肉牵拉1 h后, 显示牵拉反射峰间振幅明显降低 (84.8%) 。这种减少与肌肉被动抗拉伸力的显着降低、肌肉牵拉后反射敏感性降低有关。相比之下, 使用慢速[23,24]更可能显示负面影响。性能降低的机制与力学和神经学有关。从神经学的角度来看, 牵拉可能通过抑制牵拉-缩短过程中离心收缩诱发的肌电增强而引起神经抑制, 这是向心收缩启动肌肉激活的原因。这些机械和神经机制可能导致每个牵拉-缩短循环中离心-向心收缩阶段肌肉性能的下降[23]。
1.4 改善平衡功能
平衡是指身体不论处在何种位置都能保持最大程度稳定的姿态, 并在运动或受到外力作用时自动调整并维持姿势的功能。肌肉骨骼系统的正常功能对平衡维持是必不可少的。对平衡功能的影响机制可能与传入肢体肌肉反应 (本体感觉) 和MTU的变化有关。在梭内 (包括牵张受体) 肌纤维的功能中, 高尔基腱器官和其他的本体感受器协助维持平衡以及感受身体在空间的位置 (本体感受) 。牵拉运动可以改变MTU长度、肌纤维硬度、力输出和肌肉活化等方面, 从而影响整体平衡和稳定性以及肢体本体感受性[25]。国外关于牵拉运动对平衡的研究较少, 且多针对健康人, 多项研究发现, 单次[26,27]和长期[28]的牵拉运动对平衡功能具有改善作用。Palmer等[26]在对11例健康老年男性进行4组15 s直腿抬高静态牵拉后, 观察到姿势平衡有效改善的即时效应。在单次时间效应比较上, 15 s的牵拉运动对年轻健康女性平衡功能改善的即时效应优于45 s的牵拉运动[27]。然而, 也有部分研究未能发现类似改变。Han等[29]发现, 5 min跖屈肌静态牵拉未能显着改变健康老年人平衡能力, 牵拉部位、范围和强度较局限可能是导致阴性结果的原因。此外, 有研究表明两种不同的牵拉类型 (静态牵拉和PNF牵拉技术) 均未对平衡产生显着影响[30], 这可能与牵拉频率和持续时间不足或测试时未闭眼有关。
2 牵拉运动对循环系统的作用
2.1 改变血流和氧合状态
牵拉运动的动态变化会引起血液流动和微血管组织氧合的局部变化。Trajano等[31]比较了连续性牵拉和间歇性牵拉的效果, 发现前者会引起氧合血红蛋白浓度更大程度的降低, 表明与间歇性牵拉相比, 连续性牵拉造成更加明显的缺血环境。McCully[32]研究发现, 腓肠肌被动牵拉导致平均氧饱和度下降。Otsuki等[33]探讨了这一效果在性别间的差异, 发现牵拉引起的肌肉血容量和氧合减少现象在男性更为显着。
2.2 增强血管内皮细胞功能
血管内皮细胞作为血管的渗透屏障, 分泌多种活性物质, 参与调节血管张力、血栓形成以及机体多种免疫和炎症反应, 是维持心血管系统稳态的基本条件。随着年龄增长和病理因素刺激增加, 内皮细胞功能障碍增加, 心血管疾病风险随之增加。内皮功能通过反应性充血外周动脉张力测定法 (reactive hyperemia peripheral arterial tonometry, RH-PAT) 测得, 血管内皮舒张功能增强情况下, 增加的血容量越多, 内皮功能越好。
目前针对牵拉运动对内皮功能的急性和长期效应均有研究。在急性效果的研究中, Hotta等[34]对32例急性心肌梗死患者进行单次15 min的牵拉后测得RH-PAT升高, 可能原因为牵拉激活Ca2+通道, 导致流入血管内皮细胞的Ca2+增多, 使Ca2+依赖的NO生成增加, 从而增强血管舒张功能。在长期效果的研究中, Kato等[35]对50例久坐的慢性心衰患者进行4周的牵拉运动后, RH-PAT升高;Shinno等[36]对绝经前妇女进行6个月的静态牵拉干预, 在干预3个月和6个月后检测均发现RH-PAT升高, 而在6个月去训练后再次检测发现RH-PAT恢复至干预前水平。可能原因为牵拉运动引起充血反应以及多次重复牵拉引起缺血再灌注循环从而影响内皮细胞, 长期重复牵拉运动可能会通过内皮细胞重塑从而改善内皮功能[37]。
2.3 改善动脉硬化
动脉硬化与心血管疾病风险密切相关。脉搏波速度 (pulse wave velocity, PWV) 常被用作动脉硬化的检测指标, 包括肱踝脉搏波传导速度 (brachial-to-ankle PWV, baPWV, 全身动脉硬化度的指标) 、颈股脉搏波传导速度 (carotid-to-femoral PWV, cfP-WV, 中央动脉硬化度的指标) 和股踝脉搏波传导速度 (femoral-to-ankle PWV, faPWV, 外周动脉硬化程度的指标) 。在单次牵拉运动效果的研究中, Yamato等[38]对26例健康年轻男性进行40 min静态牵拉运动, 牵拉运动结束后即刻、15 min和30min, faPWV和baPWV均降低, 所有PWV值在60 min内恢复到基线水平, cfPWV在每个时间点的变化无统计学意义。在长期效应方面, 总的来说, 4周[39]、8周[40]和6个月[36]的牵拉运动都使baPWV下降, 然而8周牵拉运动并没有改变主动脉PWV和faPWV, 而baPWV虽趋向于减少但非显着。Shinno等[36]研究中经过6个月去训练后, baPWV恢复至干预前水平。因此, 牵拉运动虽改善动脉硬化, 但持续时间还有待明确。
此外, 牵拉运动改善动脉硬化的机制仍不确定。一种可能性为牵拉运动引起交感神经系统活动减少, 进而静脉扩张压力降低, 导致动脉硬化减少。另一种可能性与其作为一种机械刺激会引起外周动脉扩张有关[37]。
2.4 对血压的影响
在牵拉运动对血压的作用效果方面, 目前的研究结果并不一致。有研究发现牵拉运动可以产生降低血压效应, 而另一部分研究发现牵拉运动并未能显着降低血压。Bahadoran等[41]发现20周牵拉运动可以显着改善妊娠期高血压, Wong等[40]研究发现8周牵拉运动可以降低肥胖绝经后妇女的血压水平, 其机制主要为交感神经活动的减少引起血管扩张, 压力下降。
然而, Cortez-Cooper等[42]在12例中年男性和女性中进行的13周牵拉运动后发现血压变化无显着性差异。Hotta等[34]对32例急性心肌梗死患者进行单次15 min全身牵拉后血压变化无统计学意义, 考虑该牵拉未造成过度的心血管反应, 而且该研究受试者心血管受损导致血压变化不明显可能也是原因之一。
3 牵拉运动对神经系统的作用
牵拉运动具有调节自主神经系统功能的作用, 这一作用可以通过血压、心率以及心率变异性 (heart rate variability, HRV) 的变化来体现[37]。牵拉过程中[43]机械感受器受到肌肉牵拉刺激时引起副交感神经系统活动减少和交感神经系统活动增加, 从而导致血压和心率升高。而牵拉运动结束后则与之相反, 表现为心率和血压下降[40]以及HRV升高[44]。
4 牵拉运动对内分泌系统的作用
4.1 调节糖代谢
牵拉运动可以影响血糖水平和糖代谢过程。在牵拉对血糖水平的急性调节作用方面, Nelson等[45]的研究通过对22例2型糖尿病患者进行40 min的被动静态牵拉发现, 牵拉持续至20min和40 min时均测得血糖水平显着降低。长期效应方面, Park等[46]对8例2型糖尿病患者进行8周的被动静态牵拉干预, 结果发现, 与不运动的对照组比较, 被动静态牵拉组糖化血红蛋白水平显着降低。有研究比较了牵拉运动与其他运动方式调节血糖水平的效果, 其中牵拉运动和抗阻运动效果相似[47], 恢复性瑜伽 (由瑜伽专家小组制定, 包括向前和向后弯曲, 扭动、倒立、斜倚的姿势, 放松) 对血糖降低的效果较牵拉运动 (由物理治疗师和瑜伽专家共同制定, 全身牵拉) 更加显着[48]。
牵拉运动降低血糖水平的机制可能与以下几方面有关:牵拉运动能增加肌肉的热量消耗和耗氧量, 从而导致肌肉的代谢活动增加;牵拉运动诱导一氧化氮水平增加, 促进血液中葡萄糖进入肌细胞[49];牵拉运动导致肌肉缺血, 从而促进更多葡萄糖转运体4 (glucose trans-porter-4, GLUT-4) 进入肌膜摄取葡萄糖;牵拉运动还可以激活丝裂原活化蛋白激酶和蛋白激酶B, 刺激肌肉细胞对葡萄糖的摄取[50]。
4.2 调节皮质醇水平
皮质醇也叫氢化可的松, 属于肾上腺分泌的一种激素。Corey等[51]对恢复性瑜伽组 (n=72) 和牵拉运动组 (n=64) 共136例代谢综合征患者进行6个月干预后检测皮质醇水平, 结果发现, 牵拉组皮质醇水平下降程度比恢复性瑜伽组显着 (与假设相反) , 解释可能原因为: (1) 恢复性瑜伽组基线水平的体质量指数 (body mass index, BMI) 值较高, 这种生理因素特点可能与该组改善程度较低有关; (2) 牵拉运动组的患者间相互交流较恢复性瑜伽组多, 而研究表明较高的社会支持质量与低水平的皮质醇浓度有关[52] (恢复性瑜伽组和牵拉运动组干预方法中最主要的区别在于前者采用仰卧和倒立体位, 后者采用直立和坐位) 。该研究虽将牵拉运动作为对照组, 但结果却发现牵拉运动对皮质醇水平有显着的降低作用。
5 牵拉运动对呼吸系统的作用
牵拉运动对呼吸系统的研究较少。在已有的研究中, 多数发现单纯或联合的牵拉运动可以改善呼吸或通气功能。目前认为, 牵拉运动通过肌肉变形和结构调整的机制增加组织的延展性, 它使软组织的延展性增加, 进而使胸部肌肉紧张度下降, 这有利于胸部扩张, 从而为呼吸力学的表现提供益处。研究表明, 短期和长期的牵拉都有利于改善呼吸, 例如, de Sa等[53]和Rattes等[54]的研究发现分别对慢性阻塞性肺疾病 (chronic obstructive pulmonary disease, COPD) 患者和偏瘫患者进行20 min单纯的胸廓牵拉运动可以改善患者的呼吸;Hwangbo等[55]和Wada等[56]分别对受试者进行6周胸廓牵拉和12周胸廓联合四肢牵拉运动后发现肺功能指标显着改善。
以上几项研究都证明牵拉运动有利于改善呼吸, 然而, 也有极个别研究并未发现牵拉运动对呼吸系统功能的改善作用。Wang[57]针对1例73岁有胸椎后凸的COPD患者进行每次30min, 每周3天, 持续8周的关节活动和牵拉运动并没有引起患者呼吸功能的显着变化。患者年龄、BMI和病程等因素可能是导致本结果与其他研究结果不一致的原因。
6 牵拉运动对消化系统的作用
有研究表明, 整骨疗法 (全身骨关节和软组织的手法调整, 其中涉及手法牵拉) 有助于缓解痉挛状态下的脑瘫患儿便秘[58]。针对牵拉运动在改善便秘方面的作用, 其机制被认为是牵拉运动通过激活副交感神经而增强内脏运动, 肠蠕动增加, 同时减少肌肉痉挛, 增加活动, 从而缓解便秘。
有研究发现[59], 每天进行至少1次5组四肢重复牵拉和2组躯干牵拉, 持续6周后, 脑瘫患儿痉挛水平下降, 排便频率增加, 便秘程度显着降低。
7 牵拉运动对疼痛的作用
已有研究表明, 牵拉运动可以有效减轻疼痛, 如甲状腺术后的颈部疼痛[60]、慢性颈痛[61,62]、肩痛[63]、腰背痛[64]、纤维肌痛[65]和足跟痛[66]等。此外, 牵拉运动对于运动损伤引起的疼痛也有改善作用, 在针对单侧腿筋受伤的舞蹈演员的研究中发现, 8周的牵拉性康复治疗可有效减轻疼痛程度[67]。
牵拉运动改善以上慢性疼痛或运动损伤疼痛的机制与牵拉运动可以放松周围肌肉, 减轻肌肉痉挛有关[64]。也有研究发现牵拉运动有助于缓解女性痛经问题[68,69], 但其机制尚待进一步确定。
8 牵拉运动对情绪心理的调节作用
抑郁症是一种情绪障碍, 以显着而持久的心境低落为主要临床特征。运动可能有助于减轻抑郁症状[70], 但目前没有足够的证据支持这一理论。Kai等[71]对20例更年期女性进行每晚睡前10 min的牵拉运动干预, 结果发现其自我评定抑郁量表得分显着降低。这一效果可能与自主神经系统的变化有关, 有研究表明日常牵拉可以对自主神经系统产生慢性影响, 表现为抑制交感神经活动, 增加副交感神经活动[72]。在有睡眠障碍的情况下, 睡前进行牵拉运动可能通过调节自主神经系统从而改善患者睡眠, 并因此使得抑郁症状有所缓解。与有氧运动相比, 二者均有利于减少抑郁, 但中度有氧运动的抗抑郁作用强于牵拉运动[73]。
由于抑郁主观性强, 且易受社会支持等因素影响, 因此干扰因素较多, 这也是导致一些干预研究结论不一的原因, 如Aiello等[74]和Krogh等[75]的研究中均发现牵拉运动无抗抑郁效果。
9 小结
综上可以看出, 牵拉运动对人体诸多系统的影响目前均有不同程度的研究涉及, 且显示出多方面的益处, 如改善ROM、增加肌肉肌腱灵活性和柔韧性、改善平衡功能、增强血管内皮细胞功能、减轻动脉硬化、调节血压、调节自主神经系统功能、降低血糖、改善呼吸、缓解便秘、减轻疼痛以及对于情绪心理的调控作用。
作为一种低强度的运动形式, 牵拉运动有其独特的优势, 如不受场地限制、无需额外器材设施、操作简便易学、能量消耗较低和受伤风险较低等。
目前, 针对牵拉运动的效果还有很多不明确之处, 仍需不断探索, 以便将这一运动形式更好地应用, 促进人类健康。
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