振動訓(xùn)練對肌肉彈性成分的影響

劉北湘

(成都體育學(xué)院運(yùn)動醫(yī)學(xué)系，四川 成都 610041)

振動訓(xùn)練對肌肉彈性成分的影響

劉北湘

(成都體育學(xué)院運(yùn)動醫(yī)學(xué)系，四川 成都 610041)

目的:研究肌肉力量振動訓(xùn)練的主要作用目標(biāo)，以加深對振動訓(xùn)練的認(rèn)識。方法:通過人體對比實驗(有附加振動和無附加振動的練習(xí))，分別測定人體下肢肌肉向心工作、離心工作和肌肉彈性成分利用能力的變化情況。結(jié)果:有附加振動的練習(xí)在促進(jìn)肌肉離心工作及肌肉彈性成分利用能力方面，要明顯優(yōu)于無附加振動練習(xí);在有附加振動練習(xí)中，肌肉離心收縮和向心收縮的能力都有較大幅度的提高。結(jié)論:肌肉中的彈性成分是振動訓(xùn)練主要作用目標(biāo)。

肌肉力量;振動訓(xùn)練;作用特征;運(yùn)動生物力學(xué)

肌肉力量訓(xùn)練是競技運(yùn)動訓(xùn)練中的一項重要內(nèi)容，近年來人們借助于現(xiàn)代科技條件對肌肉力量訓(xùn)練的方法進(jìn)行了大量的研究工作，肌肉的振動訓(xùn)練法便是其中研究較多的一種。目前國內(nèi)外在這方面的研究工作大多集中在研究振動刺激對肌肉力量訓(xùn)練效果方面［1－3］。已有關(guān)于振動訓(xùn)練的研究都發(fā)現(xiàn)振動訓(xùn)練能提高肌肉力量［4－7］，在解釋這種提高的作用機(jī)理方面，目前普遍認(rèn)為是振動刺激增加了外界對肌肉本體感受器的刺激量，同時激活了不同興奮閾值的運(yùn)動單位，導(dǎo)致運(yùn)動單位的募集量增加［2］。支持這種觀點(diǎn)的主要實驗手段是測定在外加振動刺激條件下肌電量的變化［8］，以及血液中睪丸酮、生長激素等的變化［3］。也有文獻(xiàn)提到在解釋振動訓(xùn)練提高肌肉力量原因時應(yīng)該考慮振動的力學(xué)特點(diǎn)(產(chǎn)生交變應(yīng)力等)以及肌肉自身的力學(xué)特性(粘彈性體、彈簧振動傳遞效應(yīng)等)［9］。但是目前從肌肉的力學(xué)特征方面研究振動訓(xùn)練力學(xué)機(jī)制的文獻(xiàn)還非常少。本文選擇從生物力學(xué)角度對振動訓(xùn)練的主要作用目標(biāo)進(jìn)行探索，這有助于逐步深入認(rèn)識振動訓(xùn)練的作用機(jī)制，有助于對振動刺激進(jìn)行合理的利用。

1 研究方法

1.1 實驗對象

體育專業(yè)男生30名，年齡18－22歲，身高1.70－1.85米，體重62－75公斤。隨機(jī)分成兩組，分別為附加振動組A、無振動組B，每組15人。

1.2 實驗練習(xí)動作

人體下肢大多數(shù)肌肉是羽狀肌，其彈性成份含量較上肢豐富。因此選擇人體下肢肌肉力量練習(xí)動作為實驗內(nèi)容，有利于表現(xiàn)本項目要研究的問題。整個訓(xùn)練期為8周，每周訓(xùn)練5次。

(1)附加振動組A:兩腳站立在振動臺上做負(fù)重蹲練習(xí)(附加振動刺激頻率25Hz，振動幅度3－5mm)，8次×5組(每組20秒鐘內(nèi)完成)。

(2)無振動組B:兩腳站立在地面做負(fù)重蹲練習(xí)，8次×5組(每組20秒鐘內(nèi)完成)。

1.3 測試動作及指標(biāo)

(1)跳深。采用50厘米下落高度。要求自由下落雙腳落地，然后全力全速向上跳起。通過三維影像測量方法獲得人體重心最大反跳高度及速度變化等運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)。

(2)負(fù)重蹲起。各受試者均用其最大承載能力的80%重量完成動作。要求下蹲至半蹲狀態(tài)后，全力全速站起。通過測力臺獲得最大支撐反力等動力學(xué)數(shù)據(jù)。

(3)屈伸膝關(guān)節(jié)。利用等速肌力測試系統(tǒng)測量股四頭肌在向心收縮和離心收縮狀態(tài)下的力矩峰值。測量時儀器設(shè)定運(yùn)動速度為60°/s，采用膝關(guān)節(jié)“向心－離心”循環(huán)測量方法，伸肌先做向心收縮(膝從屈曲100°伸膝到0°)，然后再做離心收縮(膝從伸直狀態(tài)0°屈膝到100°)。

1.4 測量儀器及方法

動力學(xué)測量儀器使用美國 BERTEC及瑞士KILTLER測力臺系統(tǒng);影像測量儀器使用 2臺JVC9800攝像機(jī)做三維拍攝(外光源同步)，拍攝頻率50幀/s，并用APAS－2000系統(tǒng)做數(shù)據(jù)處理;等速肌力測量儀器使用美國Lumex公司Cybex－6000型等速測力系統(tǒng)。

在實驗前、后分別采集上述各項測試動作的數(shù)據(jù)指標(biāo)，然后對實驗前、后兩次數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析(軟件為SPSS13.0)，并結(jié)合運(yùn)動生物力學(xué)原理及當(dāng)前相關(guān)問題研究進(jìn)展進(jìn)行分析討論。

2 實驗結(jié)果

2.1 跳深最大反跳高度

由表1所示，跳深最大反跳高度指標(biāo)實驗前兩組間無顯著性差異，表明實驗對象經(jīng)隨機(jī)分組有效避免了實驗前兩組間的成績差異(以下表2、表3實驗前此項指標(biāo)的意義相同);實驗后兩組數(shù)據(jù)比較具有非常顯著差異(P＜0.01)，附加振動組的增長幅度明顯要比無振動組大;實驗前、后同組數(shù)據(jù)比較，附加振動組有非常顯著差異(P＜0.01)，無振動組有顯著意義(P＜0.05)，二者的差異程度有一定的區(qū)別。

表1 跳深最大反跳高度(單位:cm)

2.2 負(fù)重蹲起支撐反作用力峰值

由表2所示，負(fù)重蹲起支撐反作用力峰值實驗前兩組間無顯著性差異;實驗后兩組數(shù)據(jù)比較無顯著差異;實驗前、后同組數(shù)據(jù)比較有非常顯著差異(P＜0.01)。

2.3 膝關(guān)節(jié)離心、向心收縮力矩峰值

表2 負(fù)重蹲起支撐反作用力峰值(單位:N)

由表3所示，(1)膝關(guān)節(jié)離心收縮力矩峰值指標(biāo):實驗前兩組指標(biāo)比較無顯著差異;附加振動組實驗前、后比較有非常顯著差異(P＜0.01);無振動組實驗前、后比較無顯著差異，但是總體平均數(shù)有所增加，增率為5.1%;兩組實驗后指標(biāo)比較有非常顯著差異(P＜0.01);(2)膝關(guān)節(jié)向心收縮力矩峰值指標(biāo):實驗前兩組指標(biāo)比較無顯著差異;兩組實驗前、后指標(biāo)比較，附加振動組有非常顯著差異(P＜0.01)，無振動組有顯著差異(P＜0.05);兩組實驗后指標(biāo)比較有顯著差異(P＜0.05);(3)同組實驗后增率比較:附加振動組離心收縮與向心收縮之間數(shù)據(jù)差異具有顯著意義(P＜0.05)，離心收縮的增長幅度大于向心收縮;無振動組離心收縮與向心收縮數(shù)據(jù)比較無顯著差異。

表3 膝關(guān)節(jié)離心、向心收縮力矩峰值(單位:N.m)

3 分析討論

3.1 跳深反跳高度及速度分析

很早以來就有許多學(xué)者對跳深進(jìn)行過較深入的研究，認(rèn)為跳深是超等練習(xí)中較有代表性的一種練習(xí)方法，能比較客觀的反映下肢儲存彈性能和利用彈性能的狀況［14］。近年來在振動訓(xùn)練的研究上也有學(xué)者使用過這一指標(biāo)［4］。本文通過影像測量的方法獲取人體總重心的運(yùn)動學(xué)指標(biāo)(反跳高度、重心速度)，數(shù)據(jù)具有客觀性。下肢在跳深工作條件限制下，股四頭肌、小腿三頭肌等伸展肌群做超等長收縮。在下落重力的作用下這些肌群被拉長，肌肉組織中的彈性成分存儲能量，這些能量在回跳時被釋放?；靥^程主要是肌肉的彈性成分在發(fā)揮作用，即表現(xiàn)的主要是肌肉的彈性能力。由表1數(shù)據(jù)可知，兩種不同訓(xùn)練方式對跳深反跳高度都有不同程度的促進(jìn)作用，但是附加振動組的增長幅度明顯要比無振動組大，這表明實驗后兩組反跳高度增長的程度是不一樣的。由于跳深反跳高度主要是依靠下肢伸肌中彈性成分的作用，無疑表明附加振動刺激對彈性成分的促進(jìn)作用要優(yōu)于無振動的情況。

實驗對象在實驗前、后做跳深采用的高度相同，那么反跳高度的差異就來源于反跳離地速度的不同，離地速度越快則反跳高度越高。圖1、圖2是分別從兩個組中選取的典型實例的人體重心速度曲線，圖1中可以看到:附加振動組 A_A1實驗后的速度增長(96.94cm/s)要大于無振動組B_B1(42.63cm/s)。有附加振動刺激的負(fù)重蹲練習(xí)在促進(jìn)跳深反跳速度的提高方面要大于無附加振動負(fù)重蹲練習(xí)。這種個體的特點(diǎn)還表現(xiàn)在各實驗群體之間。對兩個組實驗后跳深反跳速度增長值進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，附加振動組A與無振動組B之間也具有顯著差異，該結(jié)果與反跳高度具有一致性。在下落高度相同的情況下，能使人體重心運(yùn)動速度的改變量越大，表明對肌肉彈性力的利用越大，或者說此時受試者在振動刺激訓(xùn)練后肌肉中的彈性成分相對于無附加振動組而言得到了較大的增長。

3.2 負(fù)重蹲起支撐反作用力峰值分析

以實驗前、后支撐反作用力峰值作為肌肉收縮成分改變效果的指標(biāo)(除去人體自身重力)，了解下肢主動收縮力(向心收縮力)改變情況。下肢在負(fù)重蹲起工作條件限制下，下肢股四頭肌、小腿三頭肌做向心收縮時，主要是肌肉的收縮成分在發(fā)揮作用，即表現(xiàn)的主要是肌肉的主動收縮能力。由表2可知:兩組數(shù)據(jù)分別做實驗前、后比較具有顯著差異，表明有附加振動和無振動的負(fù)重蹲練習(xí)對于提高下肢向心收縮能力都具有明顯訓(xùn)練作用;但是兩組間數(shù)據(jù)比較無顯著差異，表明這兩種訓(xùn)練方法對于下肢最大蹬伸力而言，其作用基本一致。

有文獻(xiàn)報道認(rèn)為，在附加振動刺激和無附加振動刺激實驗后，所測肌肉向心收縮力數(shù)據(jù)都存在顯著差異［4－7］。而本研究實驗后支撐反作用力峰值數(shù)據(jù)卻無顯著差異，僅平均值有一定差異(見表2)，所得這一結(jié)果似乎與這些報道有異。但仔細(xì)考察后發(fā)現(xiàn)區(qū)別在于測量方式和選用指標(biāo)的不同。本研究采用的指標(biāo)是通過測力臺獲取的負(fù)重支撐反作用力峰值。而上述文獻(xiàn)報道大多采用的是等速肌力測試系統(tǒng)獲得的單群肌肉向心收縮的峰值力矩［6－7］;有的文獻(xiàn)雖然也使用的是測力臺數(shù)據(jù)，但是所用的指標(biāo)基本不相同(如采用最大等張力、最大等長蹬伸力、最大力量、靜力性快速力量指數(shù)等)［4－5］。由不同數(shù)據(jù)而形成最終結(jié)論不一致的原因，可能與下肢結(jié)構(gòu)力學(xué)特征有關(guān)。因為人體做下蹲起動作時，下肢呈下支撐狀態(tài)構(gòu)成一個復(fù)杠桿系統(tǒng)，產(chǎn)生上舉力的大小(其反作用力影響支撐反作用力)不僅僅受肌肉向心收縮力的影響，還受下肢關(guān)節(jié)(膝關(guān)節(jié))角度的影響。在肌力相同的情況下，關(guān)節(jié)角度越大，產(chǎn)生的上舉力也會越大［12］。因此，附加振動和無附加振動產(chǎn)生的因訓(xùn)練而獲得的肌力的提高，其差異往往會被淹沒在下肢力學(xué)特征產(chǎn)生的機(jī)械效益中。相比較而言，等速肌力測試的方法能有效避免下肢結(jié)構(gòu)力學(xué)特征對肌力測量結(jié)果的影響，其結(jié)果應(yīng)該更合理一些。這也說明對肌肉力量測量的結(jié)果受測量方法和選用指標(biāo)的影響很大。

3.3 膝關(guān)節(jié)向心、離心收縮力矩峰值分析

在向心收縮狀態(tài)下，股四頭肌主要依靠肌肉的收縮成份完成動作，其力矩峰值主要反映肌肉收縮成份的工作狀態(tài);在離心收縮狀態(tài)下，由于股四頭肌被動拉長，能最大限度發(fā)揮肌肉中彈性成分的力量，其力矩峰值可反映彈性成分的工作狀態(tài)。由表3數(shù)據(jù)可知，在離心收縮方面，有附加振動負(fù)重蹲對于提高股四頭肌離心收縮能力具有明顯作用;而無附加振動的負(fù)重蹲對于股四頭肌離心能力的提高并不明顯。兩組實驗后指標(biāo)比較有非常顯著差異(P＜0.01)。在向心收縮方面，有附加振動和無附加振動的負(fù)重蹲訓(xùn)練對于股四頭肌向心收縮力都有明顯促進(jìn)作用，但是在提高的程度上有一定差異，附加振動組要明顯大于無振動組。附加振動組在實驗后的提高幅度(增率)方面，股四頭肌離心收縮的能力要明顯大于向心收縮的能力，二者差異比較具有顯著意義(P＜0.01)，這表明附加振動刺激對于離心收縮的作用要更大一些。

向心收縮和離心收縮間的差異可從肌電實驗的結(jié)果中得到印證:肌力與對應(yīng)的積分肌電之間在一定范圍內(nèi)存在線性關(guān)系，但是肌肉在不同收縮形式下同樣大小的肌力與積分肌電的大小并不一致，向心收縮時產(chǎn)生的積分肌電要大于離心收縮［11］以及較多利用彈性能的收縮形式［12］。再由肌肉組織結(jié)構(gòu)特征抽象出的肌肉力學(xué)模型可知，肌力的構(gòu)成是由主動收縮成分產(chǎn)生的收縮力(該力需通過串聯(lián)彈性成分進(jìn)行傳遞)和并聯(lián)彈性成分拉伸后的彈性回縮力共同構(gòu)成，其中主動收縮成分的興奮是產(chǎn)生肌電的主要因素［13］。在向心工作過程中收縮成分的興奮使得積分肌電高于離心工作或較多利用彈性成能的工作;而在離心工作或較多利用彈性成能的工作形式中，主要是彈性成分發(fā)揮了作用，才具有較低的積分肌電。很早就有文獻(xiàn)報道，在等速測力狀態(tài)下，離心收縮產(chǎn)生的肌力要大于向心收縮，其原因就在于離心收縮較多的利用了彈性收縮成分［14］。本研究有區(qū)別的測量向心收縮和離心收縮峰值力矩的變化狀況，分析同一實驗組在實驗后向心工作能力和離心工作能力在其指標(biāo)上的差異，據(jù)此可以認(rèn)為附加振動刺激較多的促進(jìn)了彈性成分工作能力的提高。

振動刺激的作用目標(biāo)主要是肌肉彈性成分的觀點(diǎn)能得到固體和生物粘彈性固體振動學(xué)理論的支持:振動刺激能使彈性物質(zhì)產(chǎn)生較敏感的反應(yīng)，彈性特征越強(qiáng)反應(yīng)越敏感，反之越遲鈍(如純粘滯性的固體產(chǎn)生反應(yīng)很小)［15－16］。肌肉自身的牽拉雖然也會引起振動，但這種振動是順著彈性成分的縱向，作用很有限。為了提高振動刺激的強(qiáng)度、頻率、方向，才需要通過振動訓(xùn)練人為的從外界附加振動，而能對這種振動產(chǎn)生反應(yīng)的首先應(yīng)該是彈性成分。當(dāng)前也有許多文獻(xiàn)資料認(rèn)為附加振動刺激觸發(fā)了肌肉的牽張反射，促使肌纖維運(yùn)動單位的募集量的增加［1－3］。但不論是哪種情況(或哪種情況更明顯一些)，都還需要得到更多的實驗支持。

本研究結(jié)果結(jié)合已有的研究成果可認(rèn)為:振動訓(xùn)練不僅僅是提高了肌肉的向心收縮能力，同時也較大幅度的提高了肌肉的離心工作能力，而離心工作能力的提高無疑是肌肉中的彈性成分在振動刺激條件下得到了加強(qiáng)的結(jié)果。而且在提高的幅度上離心收縮往往要比向心收縮更大一些。在以往的相關(guān)研究中，大多都是強(qiáng)調(diào)了肌肉向心收縮能力的改變，而忽略了離心收縮能力的改變。事實上，肌肉中并聯(lián)彈性成分的提高，可在肌肉被牽拉到一定長度后直接表現(xiàn)為肌肉力量;而串聯(lián)彈性成分的提高，可以更好的向肌肉的兩端傳遞肌肉收縮成分產(chǎn)生的主動收縮力。因此，肌肉中的主動收縮成分和彈性成分是相輔相成的關(guān)系，在肌力的訓(xùn)練中只要能使其中任何一種成分的能力得到提高，都會引起肌肉力量的增加。

4 結(jié)論

(1)有附加振動刺激的肌肉力量練習(xí)在促進(jìn)肌肉離心工作能力、對肌肉彈性能的利用能力、以及向心工作能力方面，要明顯高于無附加振動練習(xí)。

(2)振動訓(xùn)練能夠有效促進(jìn)肌肉中彈性成分能力的提高，這表明振動訓(xùn)練的主要作用目標(biāo)是肌肉中的彈性成分。這項結(jié)論有助于在運(yùn)動訓(xùn)練實踐中為設(shè)計肌肉力量訓(xùn)練手段提供理論依據(jù)。

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Effect of Vibration Training on Muscle Elastic Elements

LIU Bei－xiang
(Chengdu Sport University，Chengdu，China 610041)

The objective of the research is focused on the main function of muscle vibration training and deepening the knowledge about the vibration training.By separately determining the changes among the muscle centripetal performance，centrifugal performance and the ability to use elastic elements in muscle，it is found that the training with added vibration training is obviously advantageous than that without added vibration training in terms of promoting the muscle centrifugal performance and the use of muscle elastic elements，with the conclusion showing that elastic elements in muscle play the main role in vibration training.

muscle strength，vibration training，function characteristic，sport biomechanics

G804.6 Document code:A Article ID:1001－9154(2011)09－0055－05

G804.6

A

1001－9154(2011)09－0055－05

四川省科技廳應(yīng)用基礎(chǔ)項目(2009JY0088)。

劉北湘(1954－)，男，湖南吉首人，副教授，工學(xué)碩士，主要研究方向:運(yùn)動生物力學(xué)。

2011－06－21