振動(dòng)波方向影響肌肉振動(dòng)訓(xùn)練效果的實(shí)驗(yàn)研究

劉北湘,周 瑾,劉曉亞,李家發(fā),戴 瑋

劉北湘1,周 瑾2,劉曉亞3,李家發(fā)4,戴 瑋1

文章主要研究在不同振動(dòng)波條件下對(duì)肌肉力量訓(xùn)練效果的影響。以33名大學(xué)男生為研究對(duì)象,在不同方向振動(dòng)波的條件下進(jìn)行負(fù)重蹲實(shí)驗(yàn)。以三維影像與三維測(cè)力臺(tái)同步測(cè)量系統(tǒng)采集跳深和負(fù)重蹲動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù);以瑞士等速肌力測(cè)試系統(tǒng)采集膝關(guān)節(jié)在不同速度時(shí)向心、離心運(yùn)動(dòng)的肌力學(xué)數(shù)據(jù)。分析結(jié)果認(rèn)為,振動(dòng)波方向影響肌肉振動(dòng)訓(xùn)練的效果。振動(dòng)波方向與肌纖維縱軸之間趨向于垂直狀態(tài)或形成較大角度時(shí),振動(dòng)波能夠?qū)∪猱a(chǎn)生較大的刺激。振動(dòng)波與肌纖維的角度過小或成平行狀態(tài)時(shí),振動(dòng)波對(duì)肌肉的刺激作用便相對(duì)較小。肌纖維受到與其呈大角度的振動(dòng)波的作用時(shí)間越長(zhǎng),便越能對(duì)肌肉能力的增強(qiáng)產(chǎn)生較大的影響。

振動(dòng)訓(xùn)練;肌肉力量;負(fù)重蹲;跳深;運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)

肌肉振動(dòng)訓(xùn)練主要依靠振動(dòng)訓(xùn)練器提供振動(dòng)波對(duì)肌肉施加刺激。目前在實(shí)際應(yīng)用中大多使用的是垂直方向的單維振動(dòng)器。有文獻(xiàn)將近年來開始出現(xiàn)的翹板式正弦波振動(dòng)器稱為多維振動(dòng)臺(tái),其依據(jù)是通過測(cè)量其振動(dòng)波形狀論證了該振動(dòng)臺(tái)不僅能夠提供垂直振動(dòng)波,同時(shí)還能夠提供水平方向振動(dòng)波[1]。文獻(xiàn)還介紹了能夠隨機(jī)產(chǎn)生各種不同方向振動(dòng)波的德國(guó)產(chǎn)SRT多維組合振動(dòng)臺(tái)[1],但這種振動(dòng)臺(tái)目前在國(guó)內(nèi)還很少見。而且其振動(dòng)波是隨機(jī)的,不利于用其對(duì)振動(dòng)波方向的作用特征進(jìn)行專門研究。由于受振動(dòng)訓(xùn)練儀器硬件條件以及對(duì)這些儀器認(rèn)識(shí)的限制,使得目前對(duì)于肌肉振動(dòng)訓(xùn)練的相關(guān)研究大多集中在單維垂直振動(dòng)波基礎(chǔ)上對(duì)振動(dòng)頻率、振幅以及訓(xùn)練負(fù)荷等方面的問題上[2-4]。曾有文獻(xiàn)報(bào)道“組合振動(dòng)利用振動(dòng)方向的隨機(jī)變化,在刺激強(qiáng)度梯度和改進(jìn)肌肉間的協(xié)調(diào)激活方面優(yōu)于單維的垂直振動(dòng)”[5]。但不同振動(dòng)方向(單維水平振動(dòng)波、單維垂直振動(dòng)波以及復(fù)合振動(dòng)波等)對(duì)訓(xùn)練效果的影響特征及其作用機(jī)理尚不清楚。

1 研究方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)對(duì)象:運(yùn)動(dòng)人體、運(yùn)動(dòng)康復(fù)與保健專業(yè)男生33人,年齡18-22歲,下肢無傷病,隨機(jī)分為A、B、C 3組,每組11人。選擇負(fù)重蹲作為練習(xí)動(dòng)作,以膝關(guān)節(jié)伸肌群為主要實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:兩腳站立在振動(dòng)臺(tái)上做負(fù)重深蹲。振動(dòng)頻率30Hz,振動(dòng)幅度3mm。動(dòng)作要求軀干垂直,深蹲到最大限度后全力、全速站起并提踵。訓(xùn)練時(shí)間8周,每周5課。每課10次×5組(每組30秒鐘內(nèi)完成)。外加負(fù)荷重量選擇個(gè)人最大載荷的80%重量(10RM)。3個(gè)組練習(xí)動(dòng)作相同,外加振動(dòng)波不同:(1)水平振動(dòng)組(A組)站在滑板式振動(dòng)訓(xùn)練器上練習(xí)(以水平方向振動(dòng)波刺激為主);(2)垂直振動(dòng)組(B組)站在全能型PowerPIate Pr05 AIR震動(dòng)訓(xùn)練器上練習(xí)(以單純垂直方向振動(dòng)波刺激為主);(3)復(fù)合振動(dòng)組(C組)站在德國(guó)SVG公司wellengang諧振系統(tǒng)上練習(xí)(接受的是水平和垂直方向的復(fù)合型振動(dòng)波刺激)。

1.2 測(cè)試動(dòng)作、測(cè)量方法及數(shù)據(jù)指標(biāo)

(1)三維影像與三維測(cè)力臺(tái)同步測(cè)量?jī)?nèi)容。測(cè)量方法:用2臺(tái)攝像機(jī)拍攝影像資料,2臺(tái)攝像機(jī)主光軸夾角為120度,采用外光源同步,拍攝頻率50幀/秒,三維坐標(biāo)采用8個(gè)控制點(diǎn)的立方體框架等。用美國(guó)APAS_2000三維影像測(cè)量系統(tǒng)采集運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)。同時(shí)使用瑞士KILTLER三維測(cè)力臺(tái)。測(cè)量動(dòng)作:(1)跳深。受試者從30cm高度自由下落,兩腳同時(shí)落在測(cè)力臺(tái)后全力、全速向上跳起。(2)負(fù)重蹲。受試者兩腳站在測(cè)力臺(tái)上,深蹲到最大后,全力、全速站起并提踵,載荷量與練習(xí)時(shí)的載荷量相同。

(2)等速肌力測(cè)量?jī)?nèi)容。測(cè)量方法:使用瑞士多關(guān)節(jié)等速肌力測(cè)試與訓(xùn)練系統(tǒng)(CONTREX-MJ +TP1000)。分別測(cè)量股四頭肌在向心收縮和離心收縮工作狀態(tài)的肌力指標(biāo)。測(cè)量動(dòng)作:測(cè)試時(shí)受試者取坐位,按測(cè)量要求固定大腿及上肢,阻力墊固定在小腿外踝上3cm處。測(cè)量時(shí)儀器設(shè)定運(yùn)動(dòng)速度分別為60°/s、120°/s。采用膝關(guān)節(jié)“向心 -離心”循環(huán)測(cè)量方法,每個(gè)速度循環(huán)3次。不同速度測(cè)試間隔60秒鐘。

(3)數(shù)據(jù)處理。上述兩類測(cè)試在實(shí)驗(yàn)前、后各測(cè)量一次。對(duì)前后兩次采集的數(shù)據(jù)使用統(tǒng)計(jì)分析軟件(PASW Statistics 18.0)進(jìn)行處理。各組間數(shù)據(jù)差異時(shí)采用單因素方差分析(One-Way ANOVA);同組實(shí)驗(yàn)前、后數(shù)據(jù)差異采用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)。差異顯著性標(biāo)準(zhǔn)為P＜0.05和P＜0.01。數(shù)據(jù)表達(dá)方式為“平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本文根據(jù)研究目標(biāo)的需要,影像及動(dòng)力學(xué)測(cè)量主要選擇凈沖量、總沖量及人體重心高度等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析討論[6];等速肌力測(cè)量主要選擇60°/s和120°/s 2個(gè)運(yùn)動(dòng)速度中的峰值力矩和平均功率數(shù)據(jù)進(jìn)行分析討論。篩選出的數(shù)據(jù)經(jīng)過統(tǒng)計(jì)學(xué)處理,結(jié)果在表1、2、3中列出。

表1 動(dòng)力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

動(dòng)力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。實(shí)驗(yàn)前、后A、B、C各組數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn):4項(xiàng)數(shù)據(jù)在實(shí)驗(yàn)前后的差異水平均具有顯著意義或非常顯著意義。說明3種不同的振動(dòng)訓(xùn)練均能在不同程度提高受試者30cm跳深和負(fù)重蹲的能力。

實(shí)驗(yàn)后A、B、C組間數(shù)據(jù)單因素ANOVA比較: 30cm凈沖量和反跳高度差異的顯著性水平分別為0.002,0.011,均小于0.05。進(jìn)一步分析差異來源為C組與B組引起,其P＜0.01,差異具有非常顯著意義;負(fù)重蹲總沖量和凈沖量差異的顯著性水平分別為0.032,0.026,均小于0.05。進(jìn)一步分析差異來源為C組與B組引起,其P＜0.05及P＜0.01,差異具有顯著意義和非常顯著意義。

膝關(guān)節(jié)60°/s和120°/s屈伸等速肌力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2、3所示。對(duì)A、B、C各組在兩種運(yùn)動(dòng)速度下所測(cè)實(shí)驗(yàn)前、后數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn):4項(xiàng)數(shù)據(jù)(向心和離心工作狀態(tài)中的峰力矩及平均功率)在實(shí)驗(yàn)前后的差異水平都具有顯著意義或非常顯著意義。數(shù)據(jù)結(jié)果說明3種不同的振動(dòng)訓(xùn)練均能在不同程度提高受試者向心和離心工作的峰力矩及平均功率。

表2 膝關(guān)節(jié)60°/s屈伸等速肌力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)后A、B、C組間數(shù)據(jù)單因素ANOVA比較: (1)峰值力矩?cái)?shù)據(jù)。在60°/s運(yùn)動(dòng)速度時(shí),A、B、C 3組之間不論是向心或離心其數(shù)據(jù)只有增量大小的差異,差異均不存在顯著意義。但在120°/s運(yùn)動(dòng)速度時(shí),在離心收縮過程C組與A、B組之間的差異都存在顯著性意義。(2)平均功率數(shù)據(jù)。在60°/s運(yùn)動(dòng)速度時(shí),向心收縮過程中C組與B組之間存在顯著性差異,離心收縮過程中C組與A組之間存在顯著性差異。在120°/s運(yùn)動(dòng)速度時(shí),離心收縮過程中C組與A、B組之間都存在顯著差異或非常顯著差異。

2種運(yùn)動(dòng)速度所測(cè)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì):峰值力矩在60°/s運(yùn)動(dòng)速度時(shí)要比120°/s運(yùn)動(dòng)速度時(shí)大。平均功率在60°/s運(yùn)動(dòng)速度時(shí)要比120°/s運(yùn)動(dòng)速度時(shí)小。這表明相對(duì)較慢的膝關(guān)節(jié)屈、伸運(yùn)動(dòng)有利于產(chǎn)生較大的峰值力矩;而相對(duì)較快的膝關(guān)節(jié)屈、伸運(yùn)動(dòng)能夠產(chǎn)生較大的功率。

3 分析討論

3.1 水平方向振動(dòng)波來源分析

本項(xiàng)研究所用主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備(德國(guó)SVG公司wellengang諧振系統(tǒng))屬于翹板振動(dòng)方式,不同于其它兩類單一振動(dòng)方向的振動(dòng)器,對(duì)其振動(dòng)波性質(zhì)進(jìn)行深入分析,有助于認(rèn)識(shí)振動(dòng)訓(xùn)練的真實(shí)屬性。

翹板式振動(dòng)如圖1所示。設(shè)翹板一側(cè)的寬度為c(以右側(cè)為例)。翹板式振動(dòng)實(shí)際上是翹板c繞其中點(diǎn)O做圓周運(yùn)動(dòng),此時(shí)位于翹板上的物體也跟隨其一同做圓周運(yùn)動(dòng)。以翹板右側(cè)端點(diǎn)A向上運(yùn)動(dòng)為例。當(dāng)翹板上右側(cè)端點(diǎn)A運(yùn)動(dòng)到A'處時(shí),位于翹板垂直上方某物體的B點(diǎn)會(huì)運(yùn)動(dòng)到B',如果翹板端點(diǎn)A從A到A′產(chǎn)生了a的垂直方向位移,那么B點(diǎn)便從B到B′便產(chǎn)生了a的水平方向位移。同樣,當(dāng)翹板左側(cè)端點(diǎn)向上做同樣運(yùn)動(dòng)時(shí),那么B點(diǎn)便從B到B"便也產(chǎn)生了a的水平方向位移。因此,翹板的一次往復(fù)便會(huì)使B點(diǎn)產(chǎn)生2a長(zhǎng)度的水平方向移動(dòng)(即水平方向振動(dòng)幅度)。位于翹板上物體產(chǎn)生水平位移的大小主要受到以下兩個(gè)因素的影響:其一,翹板上物體的觀測(cè)點(diǎn)B與O點(diǎn)的距離,距離越大,產(chǎn)生的水平位移越大,反之越小(如圖1所示,即有a"＞a＞a′);其二,翹板上物體的觀測(cè)點(diǎn)B與O點(diǎn)垂直軸的位置關(guān)系,觀測(cè)點(diǎn)偏離垂直軸越遠(yuǎn),產(chǎn)生水平位移越小,反之越靠近垂直軸的位置其產(chǎn)生的水平位移越大(例如,A點(diǎn)從A運(yùn)動(dòng)到A′時(shí)產(chǎn)生的水平移動(dòng)距離為X,要遠(yuǎn)小于B點(diǎn)從B運(yùn)動(dòng)到B′的水平移動(dòng)距離a。如圖1所示,即有a＞x)。

圖1 翹板式振動(dòng)產(chǎn)生水平方向振動(dòng)幅度示意圖

圖2 肌肉“力-速曲線”及功率示意圖

基于上述分析可知:其一,翹板式振動(dòng)能使翹板上的物體產(chǎn)生水平位移,即產(chǎn)生水平方向的振幅,說明具有水平方向振動(dòng)波的存在;其二,水平方向振幅大小受兩腳站立寬度影響,寬度越大振動(dòng)幅度越大。同時(shí)還受人體各部分位置的影響。其三,翹板式振動(dòng)是一種復(fù)合型振動(dòng)方式,即有水平方向的振動(dòng)波,也有垂直方向的振動(dòng)波。以上論證與相關(guān)資料實(shí)測(cè)振動(dòng)波的結(jié)論基本一致[1]。

3.2 動(dòng)力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)分析

在跳深中,人體落臺(tái)后對(duì)測(cè)力臺(tái)產(chǎn)生的縱向力總沖量包括人體自身重力沖量、重力加速度形成的沖量、以及下肢蹬地力沖量?？倹_量減去人體重力沖量即本文所說的“跳深凈沖量”[6]。跳深凈沖量的大小與人體向上反跳高度有密切關(guān)系。3個(gè)組實(shí)驗(yàn)前、后數(shù)據(jù)自身比較說明,不論是哪一種振動(dòng)訓(xùn)練方式,對(duì)提高受試者的反跳能力都具有較好的影響。3個(gè)組實(shí)驗(yàn)后數(shù)據(jù)相互比較說明,各組的提高幅度具有差異。C組相對(duì)于B組而言,其數(shù)據(jù)差異的顯著性說明C組的提高量具有質(zhì)的區(qū)別,但相對(duì)于A組而言,其提高量沒有達(dá)到質(zhì)的差異。

在負(fù)重蹲中,縱向力包括杠鈴重力、人體自身重力和人體下肢蹬伸時(shí)產(chǎn)生的慣性力,在動(dòng)作時(shí)間范圍內(nèi)形成的沖量即所謂的“總沖量”。由于前后2次測(cè)量所用的杠鈴重量不一樣(因?yàn)閷?shí)驗(yàn)后受試者負(fù)重能力得到大幅提高,按實(shí)驗(yàn)要求采用“個(gè)人最大載荷的80%重量”必然較實(shí)驗(yàn)前有所增加)。因此,三個(gè)組實(shí)驗(yàn)前、后總沖量數(shù)據(jù)的自身比較形成較大差異便是順理成章的事情,它反映了不論哪種振動(dòng)訓(xùn)練方式,對(duì)于提高受試者下肢對(duì)抗外力的能力都具有良好的影響。但是這種影響的程度會(huì)因振動(dòng)訓(xùn)練的方式不同而有差異,這一點(diǎn)可以從3個(gè)組實(shí)驗(yàn)后總沖量數(shù)據(jù)的相互比較中看到,C組與B組間的差異具有顯著性,而C組與A組,B組與A組之間的差異則不具有顯著性。

總沖量減去杠鈴和人體重力形成的沖量即所謂“凈沖量”。負(fù)重蹲的凈沖量反映了人體下肢在克服外加負(fù)荷的基礎(chǔ)上肌肉能力的儲(chǔ)備,也是形成“人/杠”系統(tǒng)向上產(chǎn)生加速度的原因,該值越大產(chǎn)生向上運(yùn)動(dòng)速度越大,體育運(yùn)動(dòng)中常用該值分析下肢肌肉的爆發(fā)力。在實(shí)驗(yàn)前(或后)的同一批次測(cè)試中,由于受試者采用的負(fù)重量相同,下肢肌肉能力越強(qiáng)的受試者,其多余的肌肉能力就表現(xiàn)為迫使外加載荷產(chǎn)生更大的加速度。加速度大小與凈沖量大小密切相關(guān),凈沖量的差異也是引起總沖量差異主要原因。實(shí)驗(yàn)后C組的凈沖量與B組具有非常顯著意義,從而導(dǎo)致二者之間總沖量的差異也具有顯著意義。再由于A組實(shí)驗(yàn)后的凈沖量相對(duì)實(shí)驗(yàn)前也有了顯著提高,使得實(shí)驗(yàn)后C組與A組間的凈沖量比較不存在顯著差異。凈沖量的差異反映了C組在實(shí)驗(yàn)后其肌肉在抗載荷過程中能力儲(chǔ)備相對(duì)于B組有了質(zhì)的提高。這種提高是由于實(shí)驗(yàn)中采用的振動(dòng)訓(xùn)練方式不同而引起。

3.3 肌力學(xué)數(shù)據(jù)分析

3.3.1 峰值力矩?cái)?shù)據(jù)

骨骼肌力學(xué)基礎(chǔ)理論Hill方程表達(dá)式為:(a+ T)(v+b)=b(T0+a)。方程的總體變化趨勢(shì)是一條由肌肉張力變量T和肌肉收縮速度變量v代表的雙曲線(如圖2所示)[7],其意義可以描述為:肌肉收縮時(shí)產(chǎn)生的張力愈大,收縮的速度愈小,反之亦然。本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的峰值力矩?cái)?shù)據(jù)(見表2、3)顯示,在60°/s運(yùn)動(dòng)速度時(shí)產(chǎn)生的峰值力矩要比120°/s運(yùn)動(dòng)速度時(shí)的峰值力矩大,即相對(duì)慢速的膝關(guān)節(jié)屈、伸運(yùn)動(dòng)有利于產(chǎn)生較大的峰值力矩。這種現(xiàn)象與Hill方程所描述的情況基本一致。

我們?cè)?jīng)論證過振動(dòng)訓(xùn)練主要作用的目標(biāo)是肌肉中的彈性成分[6]。而肌肉中彈性成分表現(xiàn)出肌力的前提條件是其被快速拉伸。因此,在離心收縮過程中能夠最大限度的利用到肌肉的彈性成分。肌肉的彈性成分是生物力學(xué)中所說的粘彈性成分,具有松弛性,即拉伸過程產(chǎn)生的彈性回縮力受時(shí)間影響,只有在速度比較快的情況下彈性回縮力才能得到充分發(fā)揮。這是肌肉在活體狀態(tài)下所表現(xiàn)出的特性。

表2所示峰值力矩在60°/s運(yùn)動(dòng)速度時(shí)C組與A、B組之間呈現(xiàn)一種不規(guī)則的表現(xiàn),即在向心收縮過程中C組與B組之間差異具有顯著性;而在離心收縮過程C組與A組之間差異具有顯著性。這要?dú)w因于在60°/s運(yùn)動(dòng)速度時(shí),由于其不利于肌肉彈性成分力量的發(fā)揮,向心收縮主要靠肌纖維主動(dòng)收縮成分的能力,離心收縮時(shí)彈性成分又不能很好的發(fā)揮作用,因此表現(xiàn)出C組與A、B組之間在向心收縮和離心收縮時(shí)數(shù)據(jù)差異的不一致性。數(shù)據(jù)在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的不一致性正好說明肌肉材料作為一種生物材料其力學(xué)特性的復(fù)雜性。但是有一點(diǎn)是肯定的,那就是C組不論是向心收縮或離心收縮,其肌力峰值都要比A、B兩組的提高要大一些。

表3所示峰值力矩在120°/s運(yùn)動(dòng)速度時(shí),在向心收縮過程中3個(gè)組實(shí)驗(yàn)后的數(shù)據(jù)之間無顯著性差異,而在離心收縮過程C組與A、B組之間都存在顯著性差異。這是由于肌肉彈性成分的力量在120°/ s運(yùn)動(dòng)速度時(shí)比60°/s能夠得到更充分的表現(xiàn),使得在120°/s運(yùn)動(dòng)速度時(shí)C組產(chǎn)生的離心收縮峰值力矩與A、B組之間出現(xiàn)明顯差異。這個(gè)現(xiàn)象說明C組在振動(dòng)訓(xùn)練過程肌肉獲得的離心收縮能力要遠(yuǎn)高于A組和B組。同時(shí)也進(jìn)一步論證了振動(dòng)訓(xùn)練主要的作用目標(biāo)是肌肉中的彈性成分。

3.3.2 平均功率數(shù)據(jù)

平均功率在60°/s運(yùn)動(dòng)速度時(shí)A、B、C 3組之間沒有表現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的差異,這是因?yàn)樵谶@種運(yùn)動(dòng)速度情況下不利于功率的表現(xiàn),三者都處于一種低水平的表現(xiàn)狀況,低水平的表現(xiàn)不利于反映各組間的本質(zhì)差異,因此數(shù)據(jù)沒有顯示出其統(tǒng)計(jì)學(xué)上差異的顯著性。這樣的解釋是比較合理的。

而當(dāng)平均功率在120°/s運(yùn)動(dòng)速度時(shí),在離心收縮過程C組與A、B組之間都存在顯著差異或非常顯著差異。這是由于在相對(duì)較快的運(yùn)動(dòng)速度以及離心收縮使肌肉中彈性成分得到較好發(fā)揮的情況下,有利于膝關(guān)節(jié)產(chǎn)生較大的輸出功率。受試者膝關(guān)節(jié)輸出功率能夠得到充分的發(fā)揮,使得3個(gè)組之間在功率數(shù)據(jù)方面得到了充分的展現(xiàn),因而表現(xiàn)在統(tǒng)計(jì)學(xué)上就是數(shù)據(jù)差異的顯著性。

3.4 引起C組與A、B兩組實(shí)驗(yàn)后數(shù)據(jù)差異的基本原因分析

上述對(duì)兩類測(cè)試數(shù)據(jù)的分析表明,無論是下肢肌肉的運(yùn)動(dòng)能力(跳深、負(fù)重蹲),還是膝關(guān)節(jié)屈、伸時(shí)的肌力矩和平均功率。復(fù)合振動(dòng)組(C組)在實(shí)驗(yàn)后都要比水平振動(dòng)組(A組)和垂直振動(dòng)組(B組)有更明顯的提高。要了解3個(gè)組實(shí)驗(yàn)后數(shù)據(jù)差異的原因,需要分析在整個(gè)負(fù)重蹲練習(xí)過程中振動(dòng)波(包括水平波和垂直波)方向與肌纖維之間的方向關(guān)系。人體下肢肌肉的肌纖維排列與下肢骨骼縱軸方向基本一致,因此了解振動(dòng)波與肌纖維之間的方向關(guān)系可以直觀的通過振動(dòng)波與下肢骨骼縱軸之間的關(guān)系進(jìn)行。

受試者完成一組10次的負(fù)重下蹲持續(xù)時(shí)間大約30秒左右,平均每次動(dòng)作持續(xù)時(shí)間約為3秒,在這個(gè)過程中大、小腿縱軸與水平方向的夾角是在變化的。由影像測(cè)量數(shù)據(jù)得到受試者大、小腿縱軸角度的變化情況典型圖例如圖3所示,圖3中數(shù)據(jù)的意義如圖4左圖所示。設(shè)大腿或小腿縱軸為1個(gè)單位長(zhǎng)度,當(dāng)水平夾角為45°時(shí),它們?cè)诖怪陛S和水平軸上的投影均為個(gè)單位。當(dāng)水平角大于45°時(shí),在垂直軸上的投影大于水平軸,反之小于水平軸。因此本文以45°作為一個(gè)分界線,大、小腿縱軸水平夾角大于45°時(shí)可認(rèn)為偏向于垂直狀態(tài),此時(shí)水平振動(dòng)波與肌纖維之間具有較大的角度;而水平夾角小于45°時(shí)則認(rèn)為偏向于水平狀態(tài),此時(shí)垂直振動(dòng)波與肌纖維之間會(huì)形成較大的角度。

圖3 大、小腿縱軸與水平方向夾角典型圖例

圖4 負(fù)重蹲大、小腿與水平面夾角示意圖

受試者在負(fù)重蹲過程中。小腿縱軸與水平面的夾角均在45°以上(最小值為65°±12°),小腿在負(fù)重下蹲過程中基本偏向于垂直狀態(tài)。因此小腿部位的肌肉與水平振動(dòng)波之間形成的角度要遠(yuǎn)大于垂直振動(dòng)波。而大腿縱軸與水平方向夾角的變化幅度比小腿要大。對(duì)33名受試者在負(fù)重下蹲過程5個(gè)階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理,其分段時(shí)間數(shù)據(jù)為:動(dòng)作前過渡0.35±0.06秒、下蹲階段45度線上0.72±0.13秒、45度線下1.15±0.32秒、站起階段45度線上0.57±0.07秒、動(dòng)作后過渡0.25±0.05秒。將這組數(shù)據(jù)按45度線上、下分別進(jìn)行劃分,其數(shù)據(jù)為:45度線上部分1.89±0.31秒,占總時(shí)間的62.2%;45度線下部分1.15±0.32秒,占總時(shí)間的37.8%(如圖4右圖所示)。這組數(shù)據(jù)說明:水平振動(dòng)組(A組)在這個(gè)過程中有62.2%的時(shí)間水平方向振動(dòng)波與大腿肌纖維之間具有較大的角度。垂直振動(dòng)組(B組)在這個(gè)過程中只有37.8%的時(shí)間能夠使垂直振動(dòng)波與大腿肌纖維之間形成較大的角度。但是在其它時(shí)段,這2個(gè)組便分別進(jìn)入振動(dòng)波與大腿肌纖維之間小于45度的區(qū)間。由于水平振動(dòng)組(A組)大腿肌纖維與振動(dòng)波方向之間呈現(xiàn)大角度的時(shí)間要多于垂直振動(dòng)組(B組),這應(yīng)該是實(shí)驗(yàn)后水平振動(dòng)組(A組)肌肉能力的提高約強(qiáng)于垂直振動(dòng)組(B組)的主要原因。與前兩組不同的是,復(fù)合振動(dòng)組在負(fù)重蹲過程中,有62.2%的時(shí)間大腿肌纖維與水平振動(dòng)波形成較大的角度,而在其它37.8%的時(shí)間大腿肌纖維又與垂直振動(dòng)波形成較大的角度。由于復(fù)合振動(dòng)組采用的是水平波和垂直波構(gòu)成的復(fù)合刺激,因此在整個(gè)負(fù)重蹲過程中都能夠有效的保持振動(dòng)波(水平波或垂直波)與大腿肌纖維之間具有大于45度的角度。這應(yīng)該是復(fù)合振動(dòng)組(C組)在實(shí)驗(yàn)后肌肉能力的增強(qiáng)遠(yuǎn)高于其它兩個(gè)組的主要原因。

綜合上述分析,形成3個(gè)組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)差異的原因是在負(fù)重蹲練習(xí)過程中,復(fù)合振動(dòng)組下肢受到振動(dòng)波與肌肉纖維之間大角度刺激的時(shí)間要遠(yuǎn)大于單純的水平振動(dòng)組和垂直振動(dòng)組。3個(gè)組在訓(xùn)練內(nèi)容相同,只有振動(dòng)波方向不同的實(shí)驗(yàn)條件下,對(duì)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果有充分理由認(rèn)為:振動(dòng)波方向與肌纖維縱軸之間趨向于垂直狀態(tài)(或形成較大角度)時(shí),振動(dòng)波能夠?qū)∪猱a(chǎn)生較大的刺激。如果振動(dòng)波與肌纖維的角度過小或成平行狀態(tài),振動(dòng)波對(duì)肌肉的刺激作用便相對(duì)較小;同時(shí),肌纖維受到與其呈大角度振動(dòng)波的作用時(shí)間越長(zhǎng),便越能對(duì)肌肉能力的增強(qiáng)產(chǎn)生較大的影響。

4 結(jié)論

(1)翹板式振動(dòng)訓(xùn)練器能夠產(chǎn)生水平方向的振動(dòng)效果。水平方向的振動(dòng)幅度受人體兩腳站立寬度影響,寬度越大,水平振動(dòng)幅度越大。翹板式振動(dòng)訓(xùn)練器產(chǎn)生由垂直方向和水平方向構(gòu)成的復(fù)合型振動(dòng)波。

(2)人體膝關(guān)節(jié)屈、伸運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的力矩峰值和功率值受運(yùn)動(dòng)速度影響。相對(duì)慢速的膝關(guān)節(jié)屈、伸運(yùn)動(dòng)有利于產(chǎn)生較大的峰值力矩;而較大的肌肉功率值則要在適宜的運(yùn)動(dòng)速度時(shí)才能表現(xiàn)。

(3)振動(dòng)波的方向影響肌肉振動(dòng)訓(xùn)練的效果。振動(dòng)波方向與肌纖維縱軸之間趨向于垂直狀態(tài)(或形成較大角度)時(shí),振動(dòng)波能夠?qū)∪猱a(chǎn)生較大的刺激。如果振動(dòng)波與肌纖維的角度過小或成平行狀態(tài),振動(dòng)波對(duì)肌肉的刺激作用便相對(duì)較小。肌纖維受到與其呈大角度振動(dòng)波的作用時(shí)間越長(zhǎng),便越能對(duì)肌肉能力的增強(qiáng)產(chǎn)生較大的影響。

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振動(dòng)波方向影響肌肉振動(dòng)訓(xùn)練效果的實(shí)驗(yàn)研究

Experimental Research on M uscle Elastic Com ponents in Vibration Training

LIU Beixiang1,ZHOU Jin2,LIU Xiaoya3,LI Jiafa4,DAIWei1

32 subjects are divided into three groups to receive an 8-week experimental research on their lower limbs'vibration training.Imagemeasurement and dynamic measurement are adopted in the research to collect the data of net impulse,rebound heightand rebound rate of30cm and 50cm in-depth jumping before and after the experiment.The results show that data of the dynamic deep squatweight trainingwith vibration increasesmore than either that of static strength training or static vibration training.The analysis shows that vibration training ismainly to promote the elastic component of lower limb muscles by improving themuscle strength.Comparative analysis of two kinds of data indicates that the ability of energy storage of lower limbmuscle affects the use of force.The capacity of energy storage in vibration experiment group of lower limb muscle ismuch better than that in the non vibration experimental group.

vibration training;muscular strength;squatwith weight;depth jumping;sport biomechanics

G804.23

A

1001-9154(2015)02-0100-06

G804.23

A

1001-9154(2015)02-0100-06

10.15942/j.jcsu.2015.02.019

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(11272068)。

劉北湘,教授,碩士生導(dǎo)師,研究方向:運(yùn)動(dòng)生物力學(xué),E-mail:lbxlbx_028@163.com。

1.成都體育學(xué)院,四川 成都610041;2.重慶大學(xué),重慶400044;3.四川師范大學(xué),四川 成都610068;4.四川阿壩師范高等?？茖W(xué)校,四川汶川623002

1.Chengdu Sport University,Chengdu,China 610041;2. Chongqing University Chongqing 400044;3.Sichuan Normal University,Chengdu Sichuan 610068;4.Aba Teachers College,Wenchuan Sichuan 623002

2014-10-26