健康体育课程嵌入SSC练习以促进儿童青少年骨健康：证据与应用

冯宇超，陈佳豪，曾锦树，徐 菁，周大亮，沈 歆，徐 飞

(1 . 杭州师范大学体育学院，浙江 杭州 311121； 2. 南京晓庄学院体育学院，江苏 南京 211171；3. 杭州师范大学健康管理学院，浙江 杭州 311121)

0 前言

骨骼的健康情况通常用骨量来表示，人体生命过程中骨量达到的顶峰被称为峰值骨量(peak bone mass).个体的峰值骨量与骨质疏松症(osteoporosis)的发生风险密切相关，每提升10%的峰值骨量，骨质疏松症的发病年龄可能会推迟约13年[1-3].儿童青少年时期人体会随着性成熟而快速发育，是骨骼线性生长、骨量积累的主要时期.青春期结束时，人体将完成生命过程中90%的骨量积累[1,3-4].通常情况下，通过双能X线(DXA)、定量超声技术(QUS)；计算机断层扫描(CT)或磁共振成像(MRI)等高精度技术测得的骨矿物质含量(Bone mineral content, BMC)[5]和(或)骨矿物质密度(Bone mineral density, BMD)[6]是评价骨量的可靠指标[1,3, 5- 6].

营养膳食、运动锻炼、疾病与药物是影响儿童青少年的骨健康三大要素，其中运动是影响儿童青少年骨健康的重要途径[1,3-4].所以，儿童青少年时期的骨健康程度对今后骨骼形态发育与日后罹患骨质疏松的风险有重要影响，应引起重视.在学校教育和健康管理的体系中，3～6岁的儿童在学龄前(幼儿阶段)结束后，自然过渡到学校教育阶段.学校是儿童、青少年主要的活动场所，是学生通过增加身体活动、增强体质健康的重要场域.而学校体育课除了实现教育功能之外，还是儿童青少年学校阶段的保障性身体活动方式.虽然我国已经构建“中国健康体育课程模式”，并提出体育课“运动负荷”、“运动技能”和“体能练习”三大关键点，其中特别提到“体育课每堂课应安排体能练习”.但从目前来看，我国学校卫生、学校体育课有两方面可能仍然需要深入研究，一是对儿童青少年骨健康的重视不够，学校健康教育课堂缺乏骨健康相关的知识教育，常规体检中未涉及骨健康检查的项目[7]；二是体育课“体能练习”如何科学设置练习内容的问题.目前体育课涉及的身体练习(锻炼)内容更侧重于耐力素质培养，对儿童青少年群体骨健康的重视不够[8-9].因此，适当调整和优化体育课堂练习内容，充分运用运动锻炼，注重多样化和补偿性体能的体能练习，对促进儿童青少年的骨健康有重要意义.

快速伸缩复合练习(stretch-shortening cycle, SSC)是个体肌肉先进行离心收缩，随后根据意识支配肌肉做向心收缩，最终产生比单纯向心收缩更大肌力的特殊肌肉收缩形式，常见于跑步和跳跃类运动中.利用肌肉SSC收缩机制的锻炼方式又被称为超等长练习(Plyometric exercise)或增强式练习.SSC是常用于爆发力素质训练的练习形式[1,9-10].一些探索研究[1,9-11]发现，将SSC引入体育课堂有助于丰富体育课堂练习形式、提升课堂练习内容对骨健康的增益作用.但也有研究未发现中短期SSC干预提高儿童青少年骨健康的直接证据[12].Gómez-Bruton等[3]的系统综述初步指出，SSC有助于促进儿童青少年骨健康，但其研究的应用价值有限，因为目前SSC促进儿童青少年骨健康的效果尚未达成共识，其影响因素和科学原理仍不够明确.因此，本文在梳理SSC影响儿童青少年骨健康研究证据的基础上，从科学循证角度评价该领域的研究进展并总结应用策略，以期为相关人员和一线体育教学工作者提供应用参考.

1 文献检索、纳入和排出标准

以“快速伸缩复合”“超等长练习”“增强式训练”“儿童青少年”“跳跃”“骨健康”“骨密度”“骨矿物质”为中文主题词和关键词，以plyometric、children、adolescents、jump、hop、bone health、bone mineral content (BMC)、bone mineral density (BMD)为英文主题词和关键词，采用布尔逻辑运算(Boolean algebra)检索CNKI、PubMed、MEDLINE、ScienceDirect、Web of science等数据库.检索文献限定时间为数据库建库至2021年12月31日.

文献纳入标准：1)以人为研究对象且受试者年龄群体不超过20周岁；2)研究证据质量较高，论证规范可靠；3)采用骨矿物质含量(BMC)或骨矿物质密度(BMD)作为结局评价指标；4)对照研究(须包含对照组)；5)干预前后须进行BMC测试或BMD扫描；6)通过同行评议并以英文发表的研究论文.文献排除标准：1)与本研究目的无关的文献；2)与SSC、运动锻炼对骨健康影响主题无关的研究；3)动物实验、综述类研究(包括meta分析system review和).根据检索策略，初步筛选出中英文文献共110篇，采用回溯检索法尽量补全主题相关文献，在文献纳入和排除框架下，最终共纳入34篇中英文文献(表1).

表1 SSC促进儿童青少年骨质健康的证据Tab.1 Evidence of SSC promoting bone health in children and adolescents

续表1

续表1

2 研究结果

2.1 SSC与儿童青少年骨健康

骨矿物质含量(BMC)或骨矿物质密度(BMD)是评价骨健康的重要指标，主要反映个体的骨量和骨质[3].笔者将纳入的34篇干预研究关键信息汇总，通过考察结局指标的变化，梳理SSC促进儿童骨健康的证据(表1).从基本情况来看，纳入研究的样本量为21～502人，受试者年龄3～19岁不等，包括单性别和混合性别研究.受试人群主要为普通学龄儿童青少年(也有少量研究以同龄非专业运动员、慢性病患者为研究对象)；纳入34项研究中有33项研究的结局指标显示，SSC有利于促进腰脊椎、股骨颈、股骨上端、全身、大腿、膝盖骨、腰椎、右手臂、大转子、胫骨等部位BMC和(或)BMD增长，适宜年龄宽泛、作用部位较多，提示SSC有可能是一种促进儿童青少年骨健康的有效手段.

2.2 SSC促进儿童青少年骨健康的影响因素及科学原理

适宜强度的运动锻炼是维持骨量增加的重要因素，不同年龄段、不同性别的儿童青少年采用不同强度、锻炼方式的运动锻炼对骨健康的影响不同.笔者根据最终纳入的研究文献，系统评价了SSC干预影响儿童青少年骨健康专题中，有关SSC干预形式、干预剂量、受试者年龄、性别以及其他因素对骨健康的影响，并在此基础上阐述其科学原理.

2.2.1 干预形式与剂量

Hanson等[1]根据练习目的，将SSC干预形式大致分为基础练习、双侧下肢练习、单侧下肢练习、上肢练习、核心力量练习和SSC组合练习，其中基础练习为SSC的早期引入阶段.从表1可知，研究SSC干预对儿童青少年骨健康影响的研究中，SSC干预的形式多样，主要有：跳绳(6项)、跳箱(11项)、复合跳跃运动(10项)、有氧抗阻结合SSC(5项)等.根据Hanson等的专业分类建议，其中跳绳、跳箱、负荷跳跃运动属于基础练习，有氧抗阻结合SSC属于SSC组合练习.但纳入的研究文献中只是给出了SSC的干预形式，很少有研究能够准确界定和直接描述SSC干预的运动强度，这说明SSC干预方案的细化与干预剂量的量化，仍然是相关研究不够明确的一点，这也是将来研究中需要重点关注的一点.

运动强度和运动频率超过骨生成阈值时，骨骼才会因运动刺激而加速生长[44].所以不同类型的SSC促进儿童青少年骨健康的剂量需要分类讨论.文献结果显示，促进儿童青少年骨健康的SSC以基础练习为主，频率为每周2～5次，有效干预时间短至9周、长达3年.综上，要采用SSC促进儿童青少年骨健康，应制定强度适宜，周期较长的运动计划，选用的干预手段要与练习者运动水平相适应.

2.2.2 性别与年龄

性激素与机体骨量、骨密度密切相关，不同年龄阶段的骨骼发育速度也存在差异.一项截面研究[45]表明，运动干预成骨作用的最佳时期也可能存在性别差异.所以，明确SSC促进骨健康的效应与性别、年龄之间的关系非常重要.分析本研究纳入文献详细信息可知，尽管对男、女生青春期时间划分和干预持续时间的不同，SSC对男、女生的最佳干预时期可能存在年龄上的差别，青春期早期可能是干预促进成骨健康的最佳时期.根据快速生长发育时期性别差异的特征，笔者认为，SSC促进儿童青少年骨健康的最佳时期可能为：女生10～12岁，男生12～14岁.实践应用中可以通过Tanner性成熟分期法或骨龄测定法，作为辅助指标用以判定练习者是否处于SSC促进骨健康的最佳时期.

2.2.3 SSC促进儿童青少年骨健康的科学基础

SSC练习时，肌肉被先行拉长储存一定的弹性势能，肌肉牵张感受器受到刺激产生兴奋[10].在神经系统的作用下激活肌肉牵张反射性地快速收缩，肌肉在向心收缩阶段产生较大肌力，刺激骨组织内部产生牵张应力[9-10]，激活成骨、破骨细胞，通过生物力学作用影响骨代谢平衡，进而引发级联成骨反应，其优点在于以较小的外部负荷引起较强烈的肌肉收缩，保证机械负荷刺激，最终产生骨骼适应性应答[46].长期SSC提升肌力的效果明显[47]，肌力充足也能保证机械负荷刺激充分，从而有效促进骨健康[5,48].

早期认为，骨骼对运动的生物力学适应源自克服重力所产生的反作用力.随着生物力学有关研究成果的积累和发展，证实运动锻炼影响骨健康是通过机械负荷实现的[44].Wolff定律(Wolff博士提出的骨转化定律)指出，运动引起骨骼直接受力，骨内膜在骨骼承受负荷的情况下形成新的细胞层，骨外膜对旧细胞进行重吸收，最后成骨细胞发生作用，更新骨组织.Wolff定律强调机械应力对骨骼的直接作用与肌肉收缩对骨骼的间接作用都会影响骨代谢.Frost进一步提出了机械负荷理论：强调骨骼肌收缩对骨骼产生的牵张力、剪切力所带来的机械负荷是促进成骨作用的主因.在成骨细胞与破骨细胞的协同作用下，机体形成骨代谢的动态平衡，从而维持骨组织不断更新[44].所以，运动锻炼对骨健康的影响主要表现为：1)通过机械负荷(骨骼肌收缩与冲击力)改变骨骼微观结构，激活破骨细胞与成骨细胞作用，加速骨量积累[5,48]；2)通过骨骼肌收缩影响骨骼形态结构、刺激骨骼生长，同时强化肌肉组织[48].外部冲击与骨骼肌收缩在运动锻炼促进骨健康中都扮演重要角色[6].此外，运动锻炼对骨代谢调节起重要作用，通过生物力学作用影响骨结构、促使神经系统与内分泌系统产生生化作用影响骨代谢并促进骨健康.

3 体育课堂引入SSC的应用策略

已有研究提及瑞士小学生(21.6%)、西班牙12～18岁学生(<25%)、巴西学生(<25%)体育课上的基本身体活动的量和强度达不到推荐的最低活动量(体育课上学生中到大强度体力活动水平的时间为50%).综上，儿童青少年体育课、总体的体力活动水平不高，已经不是我国独有的问题.全球儿童青少年身体活动水平偏低已成为多方担忧的现实，某种程度已成为一个全球性的公共健康问题.

现阶段，我国学校体育和体育健康课程对儿童青少年骨健康的重视程度不够，在课堂练习同样也存在一些现实问题.如学生身体活动量不足、运动密度偏低，体育课练习内容形式较为单一、相对而言更侧重耐力素质的练习，缺乏有针对性促进骨健康的练习内容.所以，将SSC引入体育课堂，有利于促进儿童青少年骨健康和提升学生身体活动量、运动密度，丰富体育课堂练习形式，培养学生更全面的身体素质.虽然多项研究初步证实，SSC能使练习者获得BMC、BMD长期的增益，但长期执行SSC方案是一项复杂任务，需要科学化指导，因为骨骼对运动强度和运动负荷适应性增强的特性，在不同的干预阶段需要调整运动强度和负荷条件以持续促进骨健康[26].基于此，笔者在提取SSC促进儿童青少年骨健康证据的共性特征，从儿童青少年的生理特点、运动时间、频率和持续锻炼总的时长和作用部位等角度，总结出4种应用方案(见表2).

表2 4种可行的SSC应用方案Tab.2 Four feasible SSC application protocols

总体而言，合理的SSC方案应具备强度适宜、间歇合理和密度充足的特征[1,3].指导学生进行SSC时，要考虑练习的动作选择、练习量、练习场地硬度以及练习设备，根据学生年龄与生长发育不同阶段的特征，循序渐进地安排不同阶段的练习计划，由基础练习逐渐过渡到针对性练习，最后再考虑组合锻炼内容[1].

3.1 早期阶段的应用建议

在进行针对性强、刺激强度较大的SSC前，通常要进行基础练习和过渡性练习，以掌握动作特点，初步发展相关身体素质，为下一阶段的SSC做准备.低年级学生处于青春期前期，是人体生长发育的较快时期，此时不宜进行负荷过大的运动锻炼.针对低年级学生可以安排跳绳等较为基础的SSC.本研究纳入的文献中，有6项研究[12,15,17,19,38-39]表明低年级学生进行跳绳练习能有效增进下肢骨健康.跳绳是动作简易、负荷较低的SSC动作，适合低年级学生的基础练习.跳绳练习的要点在于甩绳速度逐渐加快时，起跳高度逐渐变低，从而激活小腿与足部的牵张反射.随着能力提高，可采取双摇跳等花式跳绳动作增加难度.

3.2 窗口期阶段的应用建议

10～14岁涵盖了女生、男生快速生长发育期，是性成熟早期阶段，同时也是SSC促进骨健康的最佳时期[3].纳入文献中，有18项研究[11-12,18,20,24,26-30,32-34,36,38,40-42]表明，复合跳跃练习能有效促进10～14岁儿童青少年下肢的骨健康，练习方案主要包括垫步跳、单足跳、深蹲跳、跨步跳等形式.复合跳跃方案的练习动作属于基础SSC和下肢SSC，练习要点有共通之处，都强调快速触地后弹起、动作轻快、摆臂充分.建议在10～14岁的窗口期安排复合跳跃针对性的练习，以期得到较大的骨健康收益.但也需注意的是，复合跳跃方案适用于有一定下肢肌肉力量的儿童青少年，所以建议练习时提前确定行进距离、分配好动作后按组完成，也可以考虑结合游戏法，以分组追逐等方式开展，在符合练习强度和练习密度的框架下，提高练习的趣味性，从而保证儿童青少年的参与度.

3.3 巩固阶段的应用建议

青春期后期，个体生长发育的速度有所放缓，但仍处于骨量积累时期.因此，采用适宜的SSC巩固前期的骨量积累，发展其他身体素质对儿童青少年维持和促进骨健康有重要意义.故建议，青春期后期至成年阶段的学生，在完成前两个阶段的SSC、打好基础的情况下，可以执行形式复杂、强度稍大的组合式SSC.教师在应用过程中应监督学生动作质量，强调要通过主观意识支配去“快速”完成动作.从目前能够获取的研究文献来看，纳入研究都没有提到受伤案例，但笔者认为，防范于未然，SSC的安全问题应引起重视，这对于巩固阶段的儿童青少年尤为重要，故实际应用中要慎重考虑SSC的强度问题和姿势控制(平衡)相关能力的培养[49]以避免运动损伤.分析认为，纳入的大多数研究未发现(未汇报)损伤情况，重要原因之一可能是各项研究中SSC的干预均未采用跳深(典型的SSC练习方式)、大负荷抗阻、高强间歇练习等强度较大的SSC方案，但如果SSC应用于中高阶阶段以提高儿童青少年群体的骨健康，控制好SSC的运动强度、运动量等负荷问题，需要更为精确和严格的研究参考.所以，笔者建议一线教师在应用SSC作为提高体育课强度和密度的干预手段时，建议在表2的基础上进一步开展探索性研究和实践，以确保有效安全的警戒线.此过程中，笔者认为，对于儿童青少年的体育课程而言，安全性应该重于有效性.还需注意的是，在巩固阶段应尽量完善SSC正确的技术动作，这是有效练习量和练习强度的重要保证.因为SSC有一些共同要点，其练习效果与动作质量密切相关，若SSC离心阶段与向心阶段的延迟过长，则肌肉预拉伸获得的能量将会耗尽.

4 小结与展望

SSC能促进儿童青少年骨健康，其效果受练习形式、剂量、性别、年龄、动作质量等因素的影响.将SSC引入体育课堂，有助于解决我国体育课堂练习密度低和练习形式不够丰富等现实问题.青春期早期是SSC促进骨健康的最佳干预时期，建议一线教学工作者在体育课实践中，采用基础SSC练习指导低年级学生.然后根据年龄、性成熟、身体素质以及技能的提升而逐步地过渡到SSC针对性练习和组合练习.

未来研究需探讨：1) SSC促进骨健康的最佳时期可能存在的性别差异及其生理机制；2) 开展针对性的研究，设计更详细的课程练习内容，为实践应用提供更详实的参考；3) 从长远来看，如果SSC嵌入健康体育课程作为提高儿童青少年骨健康的干预方式，SSC干预方案的细化与干预剂量的量化，是将来应用研究中需要重点关注和探索的问题.