振動負荷訓(xùn)練研究進展

王興澤

贛南師范學(xué)院體育學(xué)院（江西 贛州 341000）

振動負荷訓(xùn)練方法，也稱振動力量訓(xùn)練法、振動訓(xùn)練法或交變負荷力量訓(xùn)練法等，是一種利用機械振動附加外在抗阻負荷刺激機體以引起肌肉振蕩及中樞神經(jīng)系統(tǒng)適應(yīng)而提高競技能力的訓(xùn)練方法。目前，振動訓(xùn)練主要有三種方式，即以中間軸為轉(zhuǎn)軸上下擺動式振動、平面上下垂直振動以及X、Y、Z軸方向上組合多維振動，如圖1所示。振動訓(xùn)練設(shè)備主要有 Bosco system （意大利）、Power-Plate （美國）、Galileo（德國）、SRT（德國）、JET VIBE（韓國）、交變負荷訓(xùn)練系統(tǒng)（中國上海體育學(xué)院）。第一種方式以增加本體感應(yīng)的平衡能力為主，第二種方式主要促進本體感應(yīng)下的力量發(fā)展，第三種方式以提高人體對刺激反應(yīng)的神經(jīng)控制能力為主。也有人將振動訓(xùn)練方式分為局部振動和全身振動，本文主要涉及全身振動的相關(guān)研究。

圖1 不同振動類型簡圖

一般認為，負荷由負荷量和負荷強度構(gòu)成，量是負荷對機體刺激的數(shù)量，強度是對機體刺激的深度，負荷的量和強度通過不同的側(cè)面表現(xiàn)出來［1］。振動負荷是指機體在承受振動刺激過程中疊加在身體上的量和強度的總和，亦指生物有機體承受一定范圍內(nèi)的負荷刺激，即在對抗固定質(zhì)量杠鈴負荷的前提下，機體被迫承受足底振動刺激傳遞而適應(yīng)限定負荷范圍的變化刺激。振幅、頻率和抗負荷強度共同決定了振動負荷對機體神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的負荷強度，振動負荷強度和訓(xùn)練負荷量影響著振動負荷對機體的刺激量。通過振動負荷訓(xùn)練，可在正常訓(xùn)練的心理狀態(tài)下沖擊個人極限強度，達到提高最大力量、力量耐力的目的［2-4］。

通過CNKI（1979～2010）、 萬方數(shù)據(jù)庫 （1998～2010）、Pubmed （1956～2010）、Spring（1955～2010）等中外數(shù)據(jù)庫，以關(guān)鍵詞“振動負荷”、“振動刺激”、“振動力量訓(xùn)練”、“振動訓(xùn)練”、“vibration stimulation”，“whole body vibration training”， “vibration strength training”檢索，得出振動負荷訓(xùn)練相關(guān)中文文獻41篇和英文期刊論文及圖書章節(jié)128篇。本文從訓(xùn)練效果、訓(xùn)練操作模式、作用機制等方面加以總結(jié)。

1 振動負荷訓(xùn)練的效果

振動負荷訓(xùn)練輔助傳統(tǒng)競技訓(xùn)練取得實質(zhì)性效果的應(yīng)用實例主要有危小焰、胡賢豪、王興澤、吳瑛等采用振動（交變）負荷訓(xùn)練輔助女子舉重訓(xùn)練，其主要結(jié)論為：振動負荷訓(xùn)練在輔助中等、優(yōu)秀、頂尖國家隊女子舉重運動員提高機體競技能力穩(wěn)定發(fā)揮方面具有積極效果，以振動負荷作為“調(diào)節(jié)劑”輔助傳統(tǒng)競技舉重訓(xùn)練過程的訓(xùn)練效果比單純的傳統(tǒng)舉重訓(xùn)練效果好，且訓(xùn)練效果的保持性較好。有關(guān)振動頻率的相關(guān)結(jié)論：中、低層次的運動員對同樣振幅下的振動頻率耐受能力較高，而優(yōu)秀運動員對同樣振幅下的振動頻率耐受能力相對較低；不同層次的運動員中，中、低體重水平的運動員對振動頻率的耐受能力較高，大體重運動員對同樣振幅下的振動頻率耐受能力較低［2，3，5-8］。

振動負荷訓(xùn)練的實驗研究大多數(shù)顯示出正面效果。Issurin等采取附加振動刺激進行肱二頭肌牽拉屈曲練習(xí)，提高了肱二頭肌爆發(fā)力［9］。Christophe設(shè)計了安慰組（振動非常微弱，0.4 g）來排除心理對力量訓(xùn)練實驗結(jié)果的干擾，結(jié)果表明，安慰組與普通對照組肌力無顯著性差異，但振動訓(xùn)練組與普通對照組有顯著性差異，表明振動力量訓(xùn)練確實有效［10］。Fernandez等、Armstrong等、McBride等、Wyon 等、Lamont等、Colson等針對籃球運動員、普通健康人群、舞蹈運動員等進行振動負荷訓(xùn)練，結(jié)果顯示深蹲能力、垂直縱跳能力均顯著提高［11-16］。彭春政、許以誠、任滿迎等以田徑、壘球、跳水、游泳等普通運動員為實驗對象，結(jié)果顯示振動訓(xùn)練比傳統(tǒng)訓(xùn)練效果更好［2，17-19］。 李玉章采用德國產(chǎn)SRT多維組合振動訓(xùn)練平臺，針對田徑二級運動員進行組合振動訓(xùn)練，結(jié)果顯示組合振動訓(xùn)練促進了參與工作肌群的協(xié)調(diào)用力能力［20］。鄧京捷等采用德國產(chǎn)Galileo900振動訓(xùn)練臺針對小輪車運動員實施振動訓(xùn)練實驗，結(jié)果顯示運動員屈、伸肌峰值力矩顯著提高，但振動訓(xùn)練對耐力產(chǎn)生負面效應(yīng)［21］。樊家軍、尹軍、余章彪等采用韓國產(chǎn)JET VIBE（EST-900N模式）振動力量訓(xùn)練平臺針對田徑運動員進行振動訓(xùn)練，結(jié)果顯示振動訓(xùn)練促進了肌力矩、爆發(fā)力、峰值速度等訓(xùn)練效果［22-25］。 Van 等、Roelants等針對體育專業(yè)研究生、健康人群進行振動負荷訓(xùn)練，結(jié)果顯示振動負荷訓(xùn)練能夠提高肌肉柔韌性以及肌肉彈性，提高腿部深蹲、半蹲等能力［26，27］。 Annino 等、Savelberg等、Lamont等針對優(yōu)秀舞蹈運動員、健康人群進行振動負荷訓(xùn)練，結(jié)果顯示振動負荷訓(xùn)練可以提高彈跳力和肌肉伸展功能，提高速度力量［28-30］。Furness等、Lamont等、Rhea等針對大學(xué)生運動員、健康人群、社區(qū)老年人等進行振動負荷訓(xùn)練，結(jié)果顯示振動負荷訓(xùn)練可以提高大學(xué)生運動員的輸出功率、健康人群的縱跳能力、老年人的神經(jīng)支配能力［31-33］。 但Cochrane等、Bullock等、Luo等、Jason等的實驗研究結(jié)果顯示，振動負荷訓(xùn)練雖然可以提高肌肉力量和爆發(fā)力水平，但與常規(guī)訓(xùn)練手段相比，振動負荷訓(xùn)練對力量的增長作用并沒有明顯的優(yōu)越性［34-38］。

本人認為振動負荷訓(xùn)練的效果主要涉及適宜振動與機體抗負荷的疊加適應(yīng)，即機體承受振動與外在負荷的雙重刺激，至于頻率的大小，只要人體能夠適應(yīng)，越小越好。縱觀國內(nèi)外振動負荷訓(xùn)練實踐，為了提高力量訓(xùn)練效果，振動負荷訓(xùn)練的應(yīng)用沒有統(tǒng)一的模式，在進行振動負荷訓(xùn)練過程中應(yīng)隨時意識到生命的多樣性和復(fù)雜性。人體各個系統(tǒng)時時刻刻都在適應(yīng)外在刺激，而振動負荷訓(xùn)練效果是受外界環(huán)境及自身體內(nèi)綜合調(diào)節(jié)影響的。因此，頻率不是最重要的，關(guān)鍵是對適宜振動、外加負荷、本體感應(yīng)和心理負荷等多重刺激的適應(yīng)。振動對機體具有積極促進作用，效果是否明顯，調(diào)控者的訓(xùn)練經(jīng)驗十分重要。

2 振動負荷訓(xùn)練模式和方法

2.1 振動負荷訓(xùn)練操作模式研究

振動負荷訓(xùn)練操作模式方面的研究主要涉及振動操作模式和動作練習(xí)模式兩個方面。振動操作模式方面，Cardinalem等研究了兩種頻率（20 Hz和40 Hz）振動訓(xùn)練對縱跳能力的影響，結(jié)果顯示低頻比高頻效果好［39］。Brady等針對健康大學(xué)生進行振動負荷訓(xùn)練，結(jié)果顯示低頻振動負荷訓(xùn)練可以提高關(guān)節(jié)方位感以及關(guān)節(jié)定位能力［40］。Bedient等認為達到最佳訓(xùn)練效果的振幅為2～5 mm，頻率30 Hz較為常用［41］。Adams等認為振幅為2～6 mm區(qū)間低頻 （30 Hz）振動負荷訓(xùn)練效果一般，高頻 （50 Hz）效果更佳［42］。Mileva等認為低頻（f=5Hz）振動負荷訓(xùn)練對增強肘關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)功能有更好的訓(xùn)練效果［43］。Marin等認為垂直振動提高肌肉力量的效果比以中間軸上下擺動式振動負荷訓(xùn)練更快［44］。動作練習(xí)模式方面，Torvinen研究認為振動訓(xùn)練應(yīng)在抗阻力量訓(xùn)練的基礎(chǔ)上進行，否則效果不佳，同時訓(xùn)練效果還與振動模態(tài)和強度相關(guān)［45，46］。Hazell等也認為在振動負荷訓(xùn)練過程中振動刺激加上外在抗負荷訓(xùn)練效果更佳［47］。Marin等認為振動負荷訓(xùn)練過程中穿鞋且振幅為4 mm時比不穿鞋的振動負荷訓(xùn)練效果更好［48］?？梢姡駝迂摵捎?xùn)練在低頻抗負荷下進行效果相對較好。

2.2 振動負荷訓(xùn)練方法

當前多數(shù)研究選用持續(xù)性或間歇性振動負荷訓(xùn)練模式。持續(xù)性振動負荷練習(xí)模式：4組8～12次的振動負荷量，負荷強度為50%、60%、70%、80%；或4組40～80秒的振動負荷量，負荷強度為50%、60%、70%、80%。間歇性振動負荷練習(xí)模式：12組3～4次的振動負荷量，負荷強度為50%（2組）、60%（1組）、70%（1 組）、80%（1 組）、90%（1 組）、95%（1 組）、100%（1組）、90%（2組）、80%（2組）。 從機體適應(yīng)以上兩種振動負荷訓(xùn)練量模式練習(xí)的效果來看，間歇性振動負荷練習(xí)模式相對較好。間歇性振動負荷練習(xí)模式為首選振動負荷練習(xí)模式，隨機能的提高再逐漸過渡到間歇與持續(xù)訓(xùn)練相互交叉階段，之后再過渡到按訓(xùn)練所需選擇訓(xùn)練方法。

2.3 振動負荷訓(xùn)練量特征

機械振動刺激是指機體承受的機械振動刺激，加速度為 2 g（g=9.8 m/s2），振幅為 2～8 mm，頻率為10～30 Hz，機體承受振動量的顯著特征是振動刺激在機體傳遞的遞減性，即機械波在人體的傳遞呈遞減性［49］。振動負荷的決定因素主要為機械波的強弱（振動量）、機體吸收振動的差異、個體的心理適應(yīng)控制度等。在一個單周期的振動負荷訓(xùn)練過程中，振動負荷量的實施是逐漸遞增的。以8周的振動負荷訓(xùn)練為例，第1周振動負荷訓(xùn)練量占整個訓(xùn)練量的10～15%，第 2周占 20～30%，第 3周占 30%，第 4、5周占40%，第6、7、8周占45～50%。在整個振動負荷訓(xùn)練過程中，振動負荷刺激的訓(xùn)練量不得超過總訓(xùn)練量的一半。振動負荷訓(xùn)練是在傳統(tǒng)對抗訓(xùn)練基礎(chǔ)上額外附加振動刺激，人體的功能在這種綜合刺激下強化適應(yīng)。加速度和頻率也是隨訓(xùn)練刺激適應(yīng)而逐漸遞增。

2.4 振動負荷周期訓(xùn)練模式研究

當前關(guān)于振動負荷的選用即選用量大小分為單周期和多周期振動負荷訓(xùn)練，單周期是指在訓(xùn)練過程中選擇振動負荷訓(xùn)練來輔助傳統(tǒng)訓(xùn)練過程，且有時間段、具體階段劃分和任務(wù)要求；多周期是單周期的簡單累積。

單周期振動負荷訓(xùn)練過程包括適應(yīng)階段、累積階段、提高以及保持階段，時間約2～4個月。振動負荷訓(xùn)練適應(yīng)階段運動員一般會出現(xiàn)完全適應(yīng)、基本適應(yīng)、不適應(yīng)三種現(xiàn)象。完全適應(yīng)是指教練員、運動員對振動訓(xùn)練感興趣，克服了心理上的恐懼感，反映在訓(xùn)練行為上能夠更好地控制自身平衡及對振動在機體中遞減性傳遞過程的神經(jīng)自組織適應(yīng)?；具m應(yīng)主要是指教練員、運動員對新方法報有試探性心理，沒有以完全十足的信心投入振動訓(xùn)練，一般經(jīng)過2～3周（2～3次/周）會基本適應(yīng)，然后進入第二階段訓(xùn)練。不適應(yīng)現(xiàn)象是指某些運動員由于常年訓(xùn)練身體局部已經(jīng)產(chǎn)生了傷痛，不愿意繼續(xù)訓(xùn)練下去，不能適應(yīng)這種訓(xùn)練方法。對于這些運動員，通過第一階段振動負荷訓(xùn)練后就要停下來，不再進入第二階段振動負荷訓(xùn)練。振動負荷訓(xùn)練累積階段顯示出穩(wěn)步累積協(xié)同肌群現(xiàn)象和同時增加主動、協(xié)同肌群現(xiàn)象。穩(wěn)步累積協(xié)同肌群現(xiàn)象是指運動員在常規(guī)執(zhí)行訓(xùn)練計劃的過程中（主動肌群練得較多），加強小肌群力量練習(xí)，比如下肢訓(xùn)練中除股四頭肌群之外發(fā)展縫匠肌功能，同時增加主動、協(xié)同肌群現(xiàn)象是指增加主動肌群力量訓(xùn)練模式，此模式在常規(guī)訓(xùn)練過程中把后深蹲的內(nèi)容完全省掉，由振動負荷訓(xùn)練替代，在進行主動肌群功能強化時，協(xié)同肌群也得到相應(yīng)的發(fā)展。提高保持階段主要是在前兩階段基礎(chǔ)上進行專項耐力、有效組數(shù)（70～80%強度）的累積，多數(shù)運動員能夠在有效強度、組數(shù)下完成訓(xùn)練任務(wù)，發(fā)展主動肌群和協(xié)同肌群力量水平。

多周期振動負荷訓(xùn)練是指2個或2個以上的單周期振動負荷訓(xùn)練過程的組合。多周期振動負荷訓(xùn)練的安排應(yīng)處理好負荷量、強度的關(guān)系，把握好頻率節(jié)奏，防止其對機體各系統(tǒng)的負面影響。

3 振動負荷訓(xùn)練機制研究

3.1 振動負荷強化肌纖維募集能力，加強神經(jīng)遞質(zhì)分泌、營養(yǎng)肌肉

振動負荷對機體影響的主要機制是改善神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)機能。神經(jīng)系統(tǒng)對力量提高的調(diào)節(jié)，主要體現(xiàn)在運動單位的募集、沖動頻率、神經(jīng)協(xié)調(diào)、抑制的減小和反射的調(diào)節(jié)［50］。最大力量的增強一方面取決于肌肉橫斷面的增加，另一方面可以通過運動神經(jīng)募集能力的改善。振動刺激在人體的遞減性傳遞活化了更多的運動單位參與運動，使其達到最佳的運動效果，即誘發(fā)低閾值的肌纖維參加收縮，補充高閾值肌纖維收縮后的疲勞，使肌腹盡力參與同步收縮，使得肌腱進一步完善收縮功能［51，52］。Bosco 等以及許以誠通過肌電圖說明了在振動刺激傳遞狀態(tài)下肌纖維的收縮情況［53，18］。 Hiroyuki等認為振動刺激在激活大量初級肌梭Ⅰα傳出纖維提高其活性的同時也激活腱器，增強腱器的活性，從而增強對抗肌的活性［54］。機體在承受抗阻負荷狀態(tài)下的訓(xùn)練效果更好，Johnston等和Priscilla等研究發(fā)現(xiàn)振動訓(xùn)練中機體在承受主動抗阻杠鈴負荷與機械振動刺激雙重刺激比單純承受振動刺激更能引起中樞神經(jīng)功能增強，導(dǎo)致更多的肌纖維參與運動［55，56］。

神經(jīng)纖維對其所支配的組織、器官具有兩方面的作用，即神經(jīng)功能性作用和神經(jīng)營養(yǎng)性作用［57］。機體承受振動負荷訓(xùn)練導(dǎo)致肌纖維募集增多，增強神經(jīng)遞質(zhì)分泌，從而營養(yǎng)肌肉。

3.2 振動負荷促進新陳代謝，延緩肌肉疲勞，加速骨適應(yīng)性重建，以及釋放生長因子

陳瑋婷等采用近似熵法對肌肉收縮過程中振動與非振動的疲勞程度進行研究，振動組比控制組疲勞程度低［58］。機體在承受振動負荷過程中，內(nèi)臟也存在不同的響應(yīng)，如腹腔內(nèi)臟的質(zhì)量明顯大于胸腔內(nèi)臟質(zhì)量，而且腹腔內(nèi)臟的運動對全身的動力學(xué)影響更大。因此，振動負荷刺激促進機體新陳代謝水平提高，延緩肌肉疲勞過程。

Kenwright等研究證明，振動應(yīng)力可以促進骨折愈合，加速骨適應(yīng)性重建［59］。振動提供的彈性形變可以直接活化血液，按摩肌肉與骨端，微動關(guān)節(jié)，減少關(guān)節(jié)內(nèi)外粘連，加速骨的適應(yīng)性重建。振動應(yīng)力能夠促使骨痂的成熟與改建，應(yīng)力使骨膜細胞產(chǎn)生跨膜電位，細胞分壓加速，數(shù)量加大，結(jié)構(gòu)特征發(fā)生改變。同時，應(yīng)力使羥磷灰石結(jié)晶的溶解度發(fā)生改變，骨細胞間隙鈣離子濃度增加，骨材料特征發(fā)生改變［60-62］。機體承受振動負荷過程中，由于“超重”和“失重”現(xiàn)象而產(chǎn)生骨在低應(yīng)變下的高適應(yīng)現(xiàn)象。

機體在承受機械振動的過程中，骨、肌肉和血管等組織處于動態(tài)的力學(xué)環(huán)境中，它們的細胞外基質(zhì)可視同各種生長因子的儲存器，受到變化的力學(xué)刺激時將各種生長因子釋放至周圍組織中的細胞周圍，調(diào)控體內(nèi)的生理過程，如釋放血管內(nèi)皮生長因子（VEGF），可特異性地促進組織脈管形成［63］。 史仍飛等研究表明，中頻長時間振動訓(xùn)練有助于增強肌細胞機械增長因子 MGF（mechanical growth factor）mRNA 表達［64，65］。 魏安奎等研究表明，振動訓(xùn)練引起的肌肉力量增加與其肌纖維橫截面積增加和Ⅱa肌纖維百分比增加可能存在一定聯(lián)系［66］。振動負荷對生物組織的影響可歸結(jié)為機體承受振動刺激后可自行釋放一定比例的生長因子以適應(yīng)振動刺激而產(chǎn)生的動態(tài)力場效應(yīng)。因此，振動負荷對生物組織循環(huán)代謝的影響表現(xiàn)為促進新陳代謝、延緩肌肉疲勞、加速骨適應(yīng)性重建，以及釋放生長因子。

3.3 振動負荷對生物組織的生物力學(xué)影響表現(xiàn)為生物軟組織（肌肉）適應(yīng)共振以及機體組織對振動負荷適應(yīng)的差異性導(dǎo)致訓(xùn)練過程中膝、踝關(guān)節(jié)疼痛現(xiàn)象

人體的軟組織結(jié)構(gòu)可以視為一個振動系統(tǒng)［49］。對于一個簡單的振動系統(tǒng)而言，其相對運動的振幅是輸入信號的頻率和振動系統(tǒng)固有頻率共同作用的結(jié)果。Nigg等認為，這是為了避免軟組織產(chǎn)生共振效應(yīng)，肌肉活化程度改變而造成的，即人體通過肌肉調(diào)諧來改變其振動特性，從而避開共振區(qū)域以減少損傷的可能［67］。振動負荷訓(xùn)練中，機體接受振動刺激時，在主動對抗定質(zhì)量杠鈴負荷過程中讓神經(jīng)系統(tǒng)支配下的軟組織適應(yīng)共振，同時強化其功能。

人體對負荷適應(yīng)最快的是肌肉，其次是心肺循環(huán)系統(tǒng)，最慢的是韌帶和骨骼［68］。關(guān)節(jié)以骨骼和韌帶、肌腱為主，所以需要長時間的訓(xùn)練才能適應(yīng)負荷。在振動負荷訓(xùn)練中肌肉功能得到提高的同時，關(guān)節(jié)功能也會得到發(fā)展但速度不同步。振動負荷練習(xí)迫使機體吸收振蕩，在振蕩吸收過程中關(guān)節(jié)內(nèi)部產(chǎn)生很多熱能，血液供應(yīng)較差的肌腱中部的溫度升高可超過5攝氏度［69］。這足以使膠原分子的三螺旋解聚而變性并干擾成纖維細胞的代謝［70］，進而引起局部關(guān)節(jié)疼痛。多數(shù)振動訓(xùn)練實施對象在4～6周常規(guī)振動訓(xùn)練后會出現(xiàn)踝、膝關(guān)節(jié)疼痛感［3］。

近幾年振動負荷訓(xùn)練頗受關(guān)注，但需要研究的相關(guān)問題還很多，例如：每種振動類型在機體傳遞過程中特征即傳感系數(shù)如何界定、不同層次的訓(xùn)練對象如何選擇振動模式、振動周期的選擇如何與訓(xùn)練大周期的協(xié)調(diào)、不同運動項目如何選擇振動訓(xùn)練的方式、振動負荷訓(xùn)練的禁忌癥等。

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