健康體育課程嵌入SSC練習以促進兒童青少年骨健康：證據與應用

馮宇超，陳佳豪，曾錦樹，徐 菁，周大亮，沈 歆，徐 飛

(1 . 杭州師范大學體育學院，浙江 杭州 311121； 2. 南京曉莊學院體育學院，江蘇 南京 211171；3. 杭州師范大學健康管理學院，浙江 杭州 311121)

0 前言

骨骼的健康情況通常用骨量來表示，人體生命過程中骨量達到的頂峰被稱為峰值骨量(peak bone mass).個體的峰值骨量與骨質疏松癥(osteoporosis)的發生風險密切相關，每提升10%的峰值骨量，骨質疏松癥的發病年齡可能會推遲約13年[1-3].兒童青少年時期人體會隨著性成熟而快速發育，是骨骼線性生長、骨量積累的主要時期.青春期結束時，人體將完成生命過程中90%的骨量積累[1,3-4].通常情況下，通過雙能X線(DXA)、定量超聲技術(QUS)；計算機斷層掃描(CT)或磁共振成像(MRI)等高精度技術測得的骨礦物質含量(Bone mineral content, BMC)[5]和(或)骨礦物質密度(Bone mineral density, BMD)[6]是評價骨量的可靠指標[1,3, 5- 6].

營養膳食、運動鍛煉、疾病與藥物是影響兒童青少年的骨健康三大要素，其中運動是影響兒童青少年骨健康的重要途徑[1,3-4].所以，兒童青少年時期的骨健康程度對今后骨骼形態發育與日后罹患骨質疏松的風險有重要影響，應引起重視.在學校教育和健康管理的體系中，3～6歲的兒童在學齡前(幼兒階段)結束后，自然過渡到學校教育階段.學校是兒童、青少年主要的活動場所，是學生通過增加身體活動、增強體質健康的重要場域.而學校體育課除了實現教育功能之外，還是兒童青少年學校階段的保障性身體活動方式.雖然我國已經構建“中國健康體育課程模式”，并提出體育課“運動負荷”、“運動技能”和“體能練習”三大關鍵點，其中特別提到“體育課每堂課應安排體能練習”.但從目前來看，我國學校衛生、學校體育課有兩方面可能仍然需要深入研究，一是對兒童青少年骨健康的重視不夠，學校健康教育課堂缺乏骨健康相關的知識教育，常規體檢中未涉及骨健康檢查的項目[7]；二是體育課“體能練習”如何科學設置練習內容的問題.目前體育課涉及的身體練習(鍛煉)內容更側重于耐力素質培養，對兒童青少年群體骨健康的重視不夠[8-9].因此，適當調整和優化體育課堂練習內容，充分運用運動鍛煉，注重多樣化和補償性體能的體能練習，對促進兒童青少年的骨健康有重要意義.

快速伸縮復合練習(stretch-shortening cycle, SSC)是個體肌肉先進行離心收縮，隨后根據意識支配肌肉做向心收縮，最終產生比單純向心收縮更大肌力的特殊肌肉收縮形式，常見于跑步和跳躍類運動中.利用肌肉SSC收縮機制的鍛煉方式又被稱為超等長練習(Plyometric exercise)或增強式練習.SSC是常用于爆發力素質訓練的練習形式[1,9-10].一些探索研究[1,9-11]發現，將SSC引入體育課堂有助于豐富體育課堂練習形式、提升課堂練習內容對骨健康的增益作用.但也有研究未發現中短期SSC干預提高兒童青少年骨健康的直接證據[12].Gómez-Bruton等[3]的系統綜述初步指出，SSC有助于促進兒童青少年骨健康，但其研究的應用價值有限，因為目前SSC促進兒童青少年骨健康的效果尚未達成共識，其影響因素和科學原理仍不夠明確.因此，本文在梳理SSC影響兒童青少年骨健康研究證據的基礎上，從科學循證角度評價該領域的研究進展并總結應用策略，以期為相關人員和一線體育教學工作者提供應用參考.

1 文獻檢索、納入和排出標準

以“快速伸縮復合”“超等長練習”“增強式訓練”“兒童青少年”“跳躍”“骨健康”“骨密度”“骨礦物質”為中文主題詞和關鍵詞，以plyometric、children、adolescents、jump、hop、bone health、bone mineral content (BMC)、bone mineral density (BMD)為英文主題詞和關鍵詞，采用布爾邏輯運算(Boolean algebra)檢索CNKI、PubMed、MEDLINE、ScienceDirect、Web of science等數據庫.檢索文獻限定時間為數據庫建庫至2021年12月31日.

文獻納入標準：1)以人為研究對象且受試者年齡群體不超過20周歲；2)研究證據質量較高，論證規范可靠；3)采用骨礦物質含量(BMC)或骨礦物質密度(BMD)作為結局評價指標；4)對照研究(須包含對照組)；5)干預前后須進行BMC測試或BMD掃描；6)通過同行評議并以英文發表的研究論文.文獻排除標準：1)與本研究目的無關的文獻；2)與SSC、運動鍛煉對骨健康影響主題無關的研究；3)動物實驗、綜述類研究(包括meta分析system review和).根據檢索策略，初步篩選出中英文文獻共110篇，采用回溯檢索法盡量補全主題相關文獻，在文獻納入和排除框架下，最終共納入34篇中英文文獻(表1).

表1 SSC促進兒童青少年骨質健康的證據Tab.1 Evidence of SSC promoting bone health in children and adolescents

續表1

續表1

2 研究結果

2.1 SSC與兒童青少年骨健康

骨礦物質含量(BMC)或骨礦物質密度(BMD)是評價骨健康的重要指標，主要反映個體的骨量和骨質[3].筆者將納入的34篇干預研究關鍵信息匯總，通過考察結局指標的變化，梳理SSC促進兒童骨健康的證據(表1).從基本情況來看，納入研究的樣本量為21～502人，受試者年齡3～19歲不等，包括單性別和混合性別研究.受試人群主要為普通學齡兒童青少年(也有少量研究以同齡非專業運動員、慢性病患者為研究對象)；納入34項研究中有33項研究的結局指標顯示，SSC有利于促進腰脊椎、股骨頸、股骨上端、全身、大腿、膝蓋骨、腰椎、右手臂、大轉子、脛骨等部位BMC和(或)BMD增長，適宜年齡寬泛、作用部位較多，提示SSC有可能是一種促進兒童青少年骨健康的有效手段.

2.2 SSC促進兒童青少年骨健康的影響因素及科學原理

適宜強度的運動鍛煉是維持骨量增加的重要因素，不同年齡段、不同性別的兒童青少年采用不同強度、鍛煉方式的運動鍛煉對骨健康的影響不同.筆者根據最終納入的研究文獻，系統評價了SSC干預影響兒童青少年骨健康專題中，有關SSC干預形式、干預劑量、受試者年齡、性別以及其他因素對骨健康的影響，并在此基礎上闡述其科學原理.

2.2.1 干預形式與劑量

Hanson等[1]根據練習目的，將SSC干預形式大致分為基礎練習、雙側下肢練習、單側下肢練習、上肢練習、核心力量練習和SSC組合練習，其中基礎練習為SSC的早期引入階段.從表1可知，研究SSC干預對兒童青少年骨健康影響的研究中，SSC干預的形式多樣，主要有：跳繩(6項)、跳箱(11項)、復合跳躍運動(10項)、有氧抗阻結合SSC(5項)等.根據Hanson等的專業分類建議，其中跳繩、跳箱、負荷跳躍運動屬于基礎練習，有氧抗阻結合SSC屬于SSC組合練習.但納入的研究文獻中只是給出了SSC的干預形式，很少有研究能夠準確界定和直接描述SSC干預的運動強度，這說明SSC干預方案的細化與干預劑量的量化，仍然是相關研究不夠明確的一點，這也是將來研究中需要重點關注的一點.

運動強度和運動頻率超過骨生成閾值時，骨骼才會因運動刺激而加速生長[44].所以不同類型的SSC促進兒童青少年骨健康的劑量需要分類討論.文獻結果顯示，促進兒童青少年骨健康的SSC以基礎練習為主，頻率為每周2～5次，有效干預時間短至9周、長達3年.綜上，要采用SSC促進兒童青少年骨健康，應制定強度適宜，周期較長的運動計劃，選用的干預手段要與練習者運動水平相適應.

2.2.2 性別與年齡

性激素與機體骨量、骨密度密切相關，不同年齡階段的骨骼發育速度也存在差異.一項截面研究[45]表明，運動干預成骨作用的最佳時期也可能存在性別差異.所以，明確SSC促進骨健康的效應與性別、年齡之間的關系非常重要.分析本研究納入文獻詳細信息可知，盡管對男、女生青春期時間劃分和干預持續時間的不同，SSC對男、女生的最佳干預時期可能存在年齡上的差別，青春期早期可能是干預促進成骨健康的最佳時期.根據快速生長發育時期性別差異的特征，筆者認為，SSC促進兒童青少年骨健康的最佳時期可能為：女生10～12歲，男生12～14歲.實踐應用中可以通過Tanner性成熟分期法或骨齡測定法，作為輔助指標用以判定練習者是否處于SSC促進骨健康的最佳時期.

2.2.3 SSC促進兒童青少年骨健康的科學基礎

SSC練習時，肌肉被先行拉長儲存一定的彈性勢能，肌肉牽張感受器受到刺激產生興奮[10].在神經系統的作用下激活肌肉牽張反射性地快速收縮，肌肉在向心收縮階段產生較大肌力，刺激骨組織內部產生牽張應力[9-10]，激活成骨、破骨細胞，通過生物力學作用影響骨代謝平衡，進而引發級聯成骨反應，其優點在于以較小的外部負荷引起較強烈的肌肉收縮，保證機械負荷刺激，最終產生骨骼適應性應答[46].長期SSC提升肌力的效果明顯[47]，肌力充足也能保證機械負荷刺激充分，從而有效促進骨健康[5,48].

早期認為，骨骼對運動的生物力學適應源自克服重力所產生的反作用力.隨著生物力學有關研究成果的積累和發展，證實運動鍛煉影響骨健康是通過機械負荷實現的[44].Wolff定律(Wolff博士提出的骨轉化定律)指出，運動引起骨骼直接受力，骨內膜在骨骼承受負荷的情況下形成新的細胞層，骨外膜對舊細胞進行重吸收，最后成骨細胞發生作用，更新骨組織.Wolff定律強調機械應力對骨骼的直接作用與肌肉收縮對骨骼的間接作用都會影響骨代謝.Frost進一步提出了機械負荷理論：強調骨骼肌收縮對骨骼產生的牽張力、剪切力所帶來的機械負荷是促進成骨作用的主因.在成骨細胞與破骨細胞的協同作用下，機體形成骨代謝的動態平衡，從而維持骨組織不斷更新[44].所以，運動鍛煉對骨健康的影響主要表現為：1)通過機械負荷(骨骼肌收縮與沖擊力)改變骨骼微觀結構，激活破骨細胞與成骨細胞作用，加速骨量積累[5,48]；2)通過骨骼肌收縮影響骨骼形態結構、刺激骨骼生長，同時強化肌肉組織[48].外部沖擊與骨骼肌收縮在運動鍛煉促進骨健康中都扮演重要角色[6].此外，運動鍛煉對骨代謝調節起重要作用，通過生物力學作用影響骨結構、促使神經系統與內分泌系統產生生化作用影響骨代謝并促進骨健康.

3 體育課堂引入SSC的應用策略

已有研究提及瑞士小學生(21.6%)、西班牙12～18歲學生(<25%)、巴西學生(<25%)體育課上的基本身體活動的量和強度達不到推薦的最低活動量(體育課上學生中到大強度體力活動水平的時間為50%).綜上，兒童青少年體育課、總體的體力活動水平不高，已經不是我國獨有的問題.全球兒童青少年身體活動水平偏低已成為多方擔憂的現實，某種程度已成為一個全球性的公共健康問題.

現階段，我國學校體育和體育健康課程對兒童青少年骨健康的重視程度不夠，在課堂練習同樣也存在一些現實問題.如學生身體活動量不足、運動密度偏低，體育課練習內容形式較為單一、相對而言更側重耐力素質的練習，缺乏有針對性促進骨健康的練習內容.所以，將SSC引入體育課堂，有利于促進兒童青少年骨健康和提升學生身體活動量、運動密度，豐富體育課堂練習形式，培養學生更全面的身體素質.雖然多項研究初步證實，SSC能使練習者獲得BMC、BMD長期的增益，但長期執行SSC方案是一項復雜任務，需要科學化指導，因為骨骼對運動強度和運動負荷適應性增強的特性，在不同的干預階段需要調整運動強度和負荷條件以持續促進骨健康[26].基于此，筆者在提取SSC促進兒童青少年骨健康證據的共性特征，從兒童青少年的生理特點、運動時間、頻率和持續鍛煉總的時長和作用部位等角度，總結出4種應用方案(見表2).

表2 4種可行的SSC應用方案Tab.2 Four feasible SSC application protocols

總體而言，合理的SSC方案應具備強度適宜、間歇合理和密度充足的特征[1,3].指導學生進行SSC時，要考慮練習的動作選擇、練習量、練習場地硬度以及練習設備，根據學生年齡與生長發育不同階段的特征，循序漸進地安排不同階段的練習計劃，由基礎練習逐漸過渡到針對性練習，最后再考慮組合鍛煉內容[1].

3.1 早期階段的應用建議

在進行針對性強、刺激強度較大的SSC前，通常要進行基礎練習和過渡性練習，以掌握動作特點，初步發展相關身體素質，為下一階段的SSC做準備.低年級學生處于青春期前期，是人體生長發育的較快時期，此時不宜進行負荷過大的運動鍛煉.針對低年級學生可以安排跳繩等較為基礎的SSC.本研究納入的文獻中，有6項研究[12,15,17,19,38-39]表明低年級學生進行跳繩練習能有效增進下肢骨健康.跳繩是動作簡易、負荷較低的SSC動作，適合低年級學生的基礎練習.跳繩練習的要點在于甩繩速度逐漸加快時，起跳高度逐漸變低，從而激活小腿與足部的牽張反射.隨著能力提高，可采取雙搖跳等花式跳繩動作增加難度.

3.2 窗口期階段的應用建議

10～14歲涵蓋了女生、男生快速生長發育期，是性成熟早期階段，同時也是SSC促進骨健康的最佳時期[3].納入文獻中，有18項研究[11-12,18,20,24,26-30,32-34,36,38,40-42]表明，復合跳躍練習能有效促進10～14歲兒童青少年下肢的骨健康，練習方案主要包括墊步跳、單足跳、深蹲跳、跨步跳等形式.復合跳躍方案的練習動作屬于基礎SSC和下肢SSC，練習要點有共通之處，都強調快速觸地后彈起、動作輕快、擺臂充分.建議在10～14歲的窗口期安排復合跳躍針對性的練習，以期得到較大的骨健康收益.但也需注意的是，復合跳躍方案適用于有一定下肢肌肉力量的兒童青少年，所以建議練習時提前確定行進距離、分配好動作后按組完成，也可以考慮結合游戲法，以分組追逐等方式開展，在符合練習強度和練習密度的框架下，提高練習的趣味性，從而保證兒童青少年的參與度.

3.3 鞏固階段的應用建議

青春期后期，個體生長發育的速度有所放緩，但仍處于骨量積累時期.因此，采用適宜的SSC鞏固前期的骨量積累，發展其他身體素質對兒童青少年維持和促進骨健康有重要意義.故建議，青春期后期至成年階段的學生，在完成前兩個階段的SSC、打好基礎的情況下，可以執行形式復雜、強度稍大的組合式SSC.教師在應用過程中應監督學生動作質量，強調要通過主觀意識支配去“快速”完成動作.從目前能夠獲取的研究文獻來看，納入研究都沒有提到受傷案例，但筆者認為，防范于未然，SSC的安全問題應引起重視，這對于鞏固階段的兒童青少年尤為重要，故實際應用中要慎重考慮SSC的強度問題和姿勢控制(平衡)相關能力的培養[49]以避免運動損傷.分析認為，納入的大多數研究未發現(未匯報)損傷情況，重要原因之一可能是各項研究中SSC的干預均未采用跳深(典型的SSC練習方式)、大負荷抗阻、高強間歇練習等強度較大的SSC方案，但如果SSC應用于中高階階段以提高兒童青少年群體的骨健康，控制好SSC的運動強度、運動量等負荷問題，需要更為精確和嚴格的研究參考.所以，筆者建議一線教師在應用SSC作為提高體育課強度和密度的干預手段時，建議在表2的基礎上進一步開展探索性研究和實踐，以確保有效安全的警戒線.此過程中，筆者認為，對于兒童青少年的體育課程而言，安全性應該重于有效性.還需注意的是，在鞏固階段應盡量完善SSC正確的技術動作，這是有效練習量和練習強度的重要保證.因為SSC有一些共同要點，其練習效果與動作質量密切相關，若SSC離心階段與向心階段的延遲過長，則肌肉預拉伸獲得的能量將會耗盡.

4 小結與展望

SSC能促進兒童青少年骨健康，其效果受練習形式、劑量、性別、年齡、動作質量等因素的影響.將SSC引入體育課堂，有助于解決我國體育課堂練習密度低和練習形式不夠豐富等現實問題.青春期早期是SSC促進骨健康的最佳干預時期，建議一線教學工作者在體育課實踐中，采用基礎SSC練習指導低年級學生.然后根據年齡、性成熟、身體素質以及技能的提升而逐步地過渡到SSC針對性練習和組合練習.

未來研究需探討：1) SSC促進骨健康的最佳時期可能存在的性別差異及其生理機制；2) 開展針對性的研究，設計更詳細的課程練習內容，為實踐應用提供更詳實的參考；3) 從長遠來看，如果SSC嵌入健康體育課程作為提高兒童青少年骨健康的干預方式，SSC干預方案的細化與干預劑量的量化，是將來應用研究中需要重點關注和探索的問題.