【譯文分享】橫膈膜功能(膈式呼吸)對核心穩定性的影響

我們知道適當的核心穩定是通過橫隔膜的呼吸和姿勢支撐的雙重功能產生的。Kolar等人以及其他許多的研究中指出膈肌是維持姿勢穩定的重要肌肉,它處於自主控制狀態下,可以同時保持呼吸功能和維持姿勢這兩項任務。在之前,核心和核心穩定性訓練的討論中幾乎從未提及橫隔膜。仍然有很多“專家”會提一些核心穩定的建議,但是都沒有提到橫隔膜的功能,然而最近我們發現橫隔膜式(膈式)呼吸越來越多地被提及到。可它通常只是作為最後的評論“要確保在運動時保持膈式呼吸。”

什麼是橫隔膜(膈式)呼吸呢?

即使你盡力嘗試,也無法避免在呼吸時用到橫隔膜,無論你是否願意,所有的呼吸都要通過橫隔膜,除非有醫療條件進行阻止干預。在正常的潮汐式呼吸中,80%的作用來自於橫隔膜。

我們知道適當的核心穩定是通過橫隔膜的呼吸和姿勢支撐的雙重功能產生的。Kolar等人以及其他許多的研究中指出膈肌是維持姿勢穩定的重要肌肉,它處於自主控制狀態下,可以同時保持呼吸功能和維持姿勢這兩項任務。在之前,核心和核心穩定性訓練的討論中幾乎從未提及橫隔膜。仍然有很多“專家”會提一些核心穩定的建議,但是都沒有提到橫隔膜的功能,然而最近我們發現橫隔膜式(膈式)呼吸越來越多地被提及到。可它通常只是作為最後的評論“要確保在運動時保持膈式呼吸。”

什麼是橫隔膜(膈式)呼吸呢?

即使你盡力嘗試,也無法避免在呼吸時用到橫隔膜,無論你是否願意,所有的呼吸都要通過橫隔膜,除非有醫療條件進行阻止干預。在正常的潮汐式呼吸中,80%的作用來自於橫隔膜。

【譯文分享】橫膈膜功能(膈式呼吸)對核心穩定性的影響

橫隔膜

【譯文分享】橫膈膜功能(膈式呼吸)對核心穩定性的影響

​橫隔膜是圓頂狀肌肉,分隔胸腔和腹腔。它有不可收縮的中央肌腱(弓形),從那裡肌肉向外和尾部輻射,延伸至下胸腔的內部。肋側橫隔膜叉入劍突和第六下肋骨和肋軟骨的內側表面。腳部纖維從弓狀韌帶延伸至上腰椎體和椎間盤處。右側橫隔膜插入第1-3節腰椎椎骨,而左側僅插入1-2節腰椎椎骨。橫隔膜與胸腔之間的附著區域被稱為同位區(ZOA),它對橫隔膜的正常工作具有重要意義。同位區由腹部肌肉控制並影響橫膈膜張力,橫隔膜的工作效率在很大程度上取決於它的位置和與下胸腔的解剖關係。

同位區(ZOA)

【譯文分享】橫膈膜功能(膈式呼吸)對核心穩定性的影響

同位區構成了胸腔中很大一部分區域,並且變化活動很大。在靜止狀態下,人的同位區約佔內胸腔總表面積的30%[11]。橫隔膜的腳部在橫膈膜收縮時從胸腔剝離,使橫隔膜在吸氣時向下降。在安靜的吸氣過程中,同位區約減小15毫米,而橫隔膜的圓頂在形狀和尺寸上幾乎保持不變。在肺達到最大吸氣時,同位區大小几乎為零。貼壁肌纖維縮短是吸氣時橫隔膜軸向位移的主要原因[2][6]。同位區越小,橫隔膜對胸腔的吸氣作用就越小[9]。

橫隔膜的功能

在吸氣時,橫隔膜收縮並像活塞一樣向下移到腹腔,在胸腔中產生負壓,迫使空氣進入肺部,同時增加腹內壓。

【譯文分享】橫膈膜功能(膈式呼吸)對核心穩定性的影響

膈肌是我們主要的呼吸肌,但是很多人都不太瞭解怎樣合適地去激活它。呼吸模式功能失調是導致下背部疼痛的常見原因之一,實際上它比其他已知的危險因素更能預測腰背部疼痛[15]。

橫隔膜呼吸與腹部呼吸一樣嗎?

【譯文分享】橫膈膜功能(膈式呼吸)對核心穩定性的影響

橫隔膜呼吸通常被稱為腹部呼吸,但其實這是不正確的。當橫隔膜收縮並向下進入腹腔時,腹內壓增加,腹壁擴張。在有效的橫隔膜呼吸中,腹壁應該是呈三維擴張的,並向各個方向輕微擴張,腹壁與橫隔膜的作用應該相反,腹部肌肉是離心收縮的。腹壁的反作用力對於控制橫膈膜肌的長度-張力關係非常重要。任何骨骼肌,包括橫隔膜,都有一個長度-張力關係,長度的減少(收縮)會減少收縮的力量。腹部肌肉在其離心收縮中產生的相反的力維持著橫隔膜的同位區和圓頂的形狀,從而促進了橫隔膜力量的增加。腹部呼吸只會使腹部向前擴張,這對橫隔膜的運動沒有任何阻力,因此實際上它會降低橫隔膜有效收縮的能力

正確的橫隔膜(膈式)呼吸

【譯文分享】橫膈膜功能(膈式呼吸)對核心穩定性的影響

​理想的橫隔膜呼吸主要是橫向向外擴張下肋骨,橫隔膜(ZOA)的肋部在收縮時同時擴張下胸腔和腹壁(由於其附著在腰椎上,所以腳部僅向前移動腹部,收縮方向朝前)。橫隔膜與胸腔內壁的位置允許腹部壓力傳遞到胸腔,從而提供了一種機制,在吸氣時,橫隔膜收縮向外推動胸腔[16][11]。除此之外,橫隔膜使肋骨插直接向外做提升運動(外旋)。

正確膈式呼吸的標誌

  • 下胸腔應擴張
  • 胸部無任何向顱骨方向的運動,伴隨著整個腹壁同步活動
  • 通過離心收縮控制腹內壓的同時輕微擴張

功能障礙型的呼吸模式

呼吸功能障礙的生理和心理因素很難區分,因此不能簡單地定義功能障礙。無論其原因是姿勢、發育、醫學還是情緒的問題,表現都非常相似。被認為功能失常的呼吸模式包括以下幾種情況:上胸部呼吸、下胸腔側向擴張減少或者不存在,有呼吸不同步和呼吸反常的傾向。呼吸反常時,腹部向內收,下胸腔在吸氣期間變窄而沒有擴張[13]。在深呼吸時使用核磁共振成像(MRI)對膈肌的反常運動進行了評估,結果顯示,在吸氣時,當腳部向下移動時,膈肌肋部向上移動,而呼氣時則相反。

呼吸障礙時的身體姿勢特徵

【譯文分享】橫膈膜功能(膈式呼吸)對核心穩定性的影響

  • 胸部:

胸腔通常是比較緊的,保持在一個抬高的位置,肋骨外旋,將肋膈肌纖維從正常的圓頂狀位置拉到一個更直和垂直的位置,這個位置減少了同位區,從而減少了橫膈膜的收縮。經常觀察到下肋骨自主擴張。

  • 輔助呼吸肌:

包括斜角肌、胸鎖乳突肌、上斜方肌和胸肌在內的肌肉,往往是由於吸氣時胸腔的垂直運動增加、肩部抬高而過度緊張和發達。胸腰椎伸肌處於高張力的狀態,在核心穩定不足的情況下試圖維持脊柱穩定,每一次呼吸都會使肩部抬高、背部伸展。呼吸功能障礙是導致背部和頸部僵硬和疼痛的常見原因。

  • 腹壁:

腹壁激活不平衡,腹內外斜肌和腹橫肌的肌肉張力下降是很常見的。腹直肌通常張力較大,尤其是在上段。因此,一個典型的呼吸障礙症狀是仰臥位時腹直肌明顯升高,腹壁下側凹。腹壁的階段性和強直性同步收縮有助於輔助呼吸過程中橫隔膜的功能。

  • 腹肌薄弱:

腹肌力量薄弱會損害膈肌功能,如果腹壁對橫隔膜收縮沒有阻力,它只會向下移位,而不會明顯增加腹內壓。腹部肌肉與橫隔膜收縮相反,維持著橫隔膜並列區的位置和穹頂形狀。

  • 腹肌過緊:

如果腹部被腹肌壓得太緊,中心的肌腱就不能下降。相反,當橫隔膜收縮時,它在下胸腔上向下拉動,從而抬高和擴張肋骨。如果過緊的腹部肌肉收縮將肋骨完全固定住,則將完全使用胸部的上部和中部進行呼吸。因此,腹部凹陷和腹部肌肉過於僵硬的支撐狀態對橫隔膜激活起反作用。

理想的腹部活動能充分保持腹腔的形狀和壓力,使膈肌在肋骨下部的活動更加舒展。所需的腹內壓力是由橫膈膜、盆底和腹壁之間的同步活動產生和維持的。吸氣時腹壁的離心收縮在維持橫隔膜與腹肌之間同位區的長度與拉伸比,以及為軀幹創造穩定性和支撐力方面起著關鍵作用。在呼氣時,腹部肌肉的收縮增加了橫隔膜的長度和圓頂形空間,從而在吸氣時能有效的收縮。運動時,腹壁肌肉經常在呼氣後期大量收縮,迫使空氣從肺部排出。這種強制的呼氣會在下一次吸氣收縮之前拉長膈肌纖維,因此橫隔膜能產生更多的張力,從而使吸氣量增加。

造成呼吸功能模式障礙的原因

【譯文分享】橫膈膜功能(膈式呼吸)對核心穩定性的影響

發育原因:

嬰兒出生第一年發育不理想會影響穩定系統,常常容易導致姿勢改變。發育異常影響呼吸表現在胸部短而僵硬(嬰兒的胸部),由於腹斜側鏈的激活不足而使下肋骨突出,腹壁薄弱而突出,通常伴有腹壁擴張。胸部位置較高、腹壁無力,會明顯降低橫隔膜的工作效率。

醫學原因:

肺呼氣末容積對膈肌收縮力以及胸腔有很大的影響。慢性阻塞性肺病(COPD)、肺氣腫和哮喘等疾病往往與肺部過度膨脹有關,肺內的空氣會被滯留在肺中。過度膨脹導致橫隔膜縮短,圓頂彎曲率減小,同位區縮小。研究表明,慢性過度充氣引起的橫隔膜維度變化幾乎只發生在同位區,橫隔膜縮短使其力量和效率降低。與下胸腔相連的橫隔膜纖維最終是橫向的(低平面橫隔膜),而不是垂直的,並且下肋骨從其正常的斜向位置移動到相對水平的方向。當橫隔膜在這種情況下收縮時,它無法抬起和擴大下胸腔,相反,在吸氣時,下側肋被拉向內側(Hoover 's sign[5])。Hodges等[4]研究表明,在呼吸系統疾病期間,橫隔膜和腹橫肌之間的協調功能降低。心臟病通常也會影響呼吸模式。

情緒原因:

心理和情緒狀態經常改變呼吸控制。透視研究表明,在情緒緊張和有壓力的情況下,橫隔膜會變得扁平、不活動,呈現出過度緊張的狀態。11%的正常人群、30%的哮喘患者和83%的焦慮症患者都表現出呼吸功能障礙[1]。呼吸需求的增加會改變呼吸模式,並且通常會降低呼吸肌維持姿勢的能力[4]。

正確的橫隔膜(膈式)呼吸帶來的其他益處

如前所述,適當的橫隔膜呼吸可以使橫隔膜發揮其功能,同時通過增加腹內壓(核心)為脊柱提供穩定的支撐。適當同步的橫隔膜呼吸還可以通過增加吸氣量來改善肺部的通氣,這就增加了血液的含氧量,因為下肺葉擴張得更多,輸送到肺部的大部分血液都流向了下肺葉。在橫隔膜吸氣時,當腹腔內的器官被向下推動時,會產生一種機械效應——功能失調的胸部呼吸很淺,主要擴張肺的上部。當腰椎有足夠的腹內壓支撐,並且沒有輔助肌肉(頸部、胸部和背部)收縮時,姿勢就會得到改善。

總結:

核心穩定的關鍵是最大限度地提高橫隔膜在執行呼吸活動和姿勢作用的同步效率。Kolar[7][8]表明,在維持姿勢時,橫隔膜會比在潮汐呼吸中進一步向下推進腹腔。當姿勢活動更需要其作用時,橫隔膜的呼氣位置比潮汐呼吸時低。簡而言之,這意味著可以自動向下推動橫隔膜以增加腹內壓,併為腰椎提供穩定支撐。真正核心穩定的關鍵是在正常呼吸循環的同時保持腹內壓的增加,這是通過橫隔膜、盆底和整個腹壁之間的同步活動來實現的

。然後橫隔膜在較低位置保持呼吸功能,以促進較高的腹內壓。腹壁與橫隔膜的作用相反。當膈肌在吸氣時收縮時,腹壁通過反向輕微的離心收縮維持較高的腹內壓,並且在呼氣時使動作逆轉,腹部肌肉進行向心收縮,以補償膈肌離心向上運動所造成的壓力下降[14]。腹壁的反向激活增加了橫隔膜的收縮效率,確保了最佳的長度和橫隔膜的圓頂形狀保持。胸腔的位置及其對同位區的影響對膈肌的正常活動至關重要。

核心穩定性是從橫隔膜正確發揮其功能而開始的!

參考文獻:

1.Courtney R. The function of breathing and its dysfunctions and their relationship to breathing therapy. Int J of Osteo Med. 2009;12:78-85

2.DeTroyer A, Estenne M. Functional anatomy of the respiratory muscles. Clin Chest Med. 1988;9:2

3.Finucane K, Panizza J, Singh B. Efficiency of the normal human diaphragm with hyperinflation. J Appl Physiol. 2005;99:1402-11

4.Hodges PW, Heijnen I, Gandevia SC. Postural activity of the diaphragm is reduced in humans when respiratory demands increases. J Physiol 2001;537(3):999-1008

5.Hoover CF. The diagnostic significance of inspiratory movements of the costal margin. J Am Clin Sci 1920: 633-46

6.Hruska RJ. Management of pelvic-thoracic influences on temporomandibular dysfunction. Ortho Phys Ther Clin North Am 2002;11:2

7.Kolar P, Neuwirth J, Sanda J, Suchanek V, Svata Z, Volejnik J, Pivec M. Analysis of diaphragm movement during tidal breathing and its during activation while breath holding using MRI synchronized with Spirometry. Physiol Res 2009;58:383-92

8.Kolar P, Sulc J, Kyncl M, Sanda J, Neuwirth J, Bokarius AV, Kriz J, Kobesova A. J Applied Physiol Aug 2010

9.Loring SH and Mead J. Action of the diaphragm on the ribcage inferred from a force-balance analysis. J Appl Pysiol 1982; 53(3):756-60

10.McKenzie DK, Gandevia SC, Gorman RB, Southon FCG, Dynamic changes in the zone of apposition and diaphragm length during maximal respiratory efforts. Thorax 1994;49:634-38

11.Mead J. Functional significance of the area of apposition of diaphragm to rib cage. Am Rev Respir. Dis. Suppl. 1979;119: 31-32

12.Mead J and Loring SH. Analysis of volume displacement and length changes of the diaphragm during breathing. J Appl. Physiol. 1982;53:750-55

13.Prys-Picard C, Kellet F et al. Respiratory inductance plethysmography for the diagnosis of dysfunctional breathing in patients with severe asthma. J of Aller & clin Immu 2004; 113:270

14.Richardson C, Hodges P, Hides J. Therapeutic exercise for lumbopelvic stabilization New York Churchill Livingstone 2004.

15.Smith MD, Russell A, Hodges PW. Disorders of breathing and continence have a stronger association with back pain than obesity and physical activity. Aust J Physioth 2006;52:11-16

16.Urmey WF, De Troyer A, Kelly KB, Loring SH. Pleural pressure increases during inspiration in the zone of apposition of diaphragm to rib cage. J Appl Physiol 1988;65(5):2207-2212


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