不同頻率全身振動訓練對籃球運動員動態(tài)平衡能力訓練效果的對比研究*1

郜瑞睿1黃 鵬1胡 揚1

（北京體育大學，北京 100084）

不同頻率全身振動訓練對籃球運動員動態(tài)平衡能力訓練效果的對比研究*1

郜瑞睿1黃 鵬1胡 揚1

（北京體育大學，北京 100084）

目的：探討不同頻率全身振動訓練對籃球運動員動態(tài)平衡能力的影響。方法：研究對象為北京體育大學競技體育學院籃球專項成年運動員27名。A組進行中低頻振動(30Hz)訓練，B組進行次高頻振動（45Hz）訓練，C組為對照組。振動訓練持續(xù)8周，振幅設定為7mm，運動員在振動訓練儀上作下蹲動作。訓練前后測定受試者的總穩(wěn)定指數（SI）、前后軸穩(wěn)定指數（APSI）、左右軸穩(wěn)定指數（MLSI）、總標準差（SD）、前后標準差（APSD）、左右標準差（MLSD），并計算各項指標變化量（Δ），之后進行組內和組間比較。結果：振動訓練后，振動訓練組的SI、APSI、MLSI較自身訓練前均顯著提高（P＜0.01），SD、APSD、MLSD較自身訓練前均顯著下降（P＜0.01），對照組訓練前后各項指標均無顯著性變化（P＞0.05）。振動訓練引起的指標變化量，B組顯著高于A組；A、B兩組均顯著高于C組（P＜0.01）。結論：振動訓練可有效提高籃球運動員動態(tài)平衡能力；7mm振幅下，次高頻振動訓練對籃球運動員動態(tài)平衡能力的提高效果優(yōu)于中低頻振動訓練。

不同頻率；振動訓練；籃球運動員；平衡能力

振動刺激能以較小的負荷在短期內有效刺激肌肉本體感受器，提高中樞神經系統(tǒng)反應能力，改善神經肌肉協(xié)調性[1,2]。振動訓練可以顯著改善老年人[3-5]及排球運動員[6]的平衡能力。振動訓練效果受多方面因素的影響，對于何種頻率振動訓練對改善平衡功能最有效，目前還沒有統(tǒng)一定論?；@球運動對動作技術要求較高、強調動作協(xié)調性，較強的平衡能力是籃球運動員發(fā)揮訓練水平、完成技術動作的基本要求，也是預防運動損傷的重要保障。研究籃球運動員適宜的振動訓練頻率對于指導籃球專項的訓練和預防運動損傷很有意義。BBS（Biodex Balance System）動態(tài)平衡能力測試系統(tǒng)是康復醫(yī)學領域中定量評定平衡功能的常用測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠敏感地反映出研究對象的平衡能力，具有較高的內在一致性、重測信度及不同研究對象間的重測信度[7]。

因此，本研究擬通過對北京體育大學競技體育學院籃球專項運動員進行8周振動訓練，利用BBS系統(tǒng)比較不同頻率（30Hz,45Hz）振動訓練對籃球運動員動態(tài)平衡能力的訓練效果，以發(fā)現(xiàn)籃球運動員的適宜振動刺激頻率，為振動訓練方法的完善與籃球專項平衡能力的訓練提供實驗依據。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

選取身高、體重、年齡、訓練水平及訓練年限接近的籃球專項成年運動員27名，身體健康，無下肢重大傷病史，訓練期間保持正常飲食和生活習慣。隨機分為3組，每組9名，A組為中低頻（30Hz）振動訓練組、B兩組為次高頻（45Hz）振動訓練組，C組為對照組。基本情況見表 1。

1.2 研究方法

1.2.1 振動訓練方法

采用Power Plate振動訓練儀（型號：pro5 AIRdatpive，荷蘭），該設備的頻率范圍為25-50Hz。30Hz和45Hz是具有代表性的振動訓練頻率。本研究振幅設定為7mm，共進行8周的振動訓練，每周訓練3次，每次6組，每組40秒,組間間歇40s。每組訓練中，運動員保持軀干垂直，完成膝關節(jié)角度控制在120°-140°的半蹲起20個。

1.2.2 平衡能力指標測試

振動訓練前及訓練后每2周進行一次平衡能力指標的測試，平衡能力測試使用Biodex Balance System（BBS）平衡系統(tǒng)，為美國Biodex Medical System公司生產的BBS3.4型平衡檢測儀，可以檢測冠狀面和矢狀面兩個方向擺動角度的穩(wěn)定指數和標準差。測定指標為包括總體穩(wěn)定指數(SI)、前后方向穩(wěn)定指數(APSI)、左右方向穩(wěn)定指數(MLSI)，分別代表站立時總體及在矢狀面、額狀面上的平均擺動角度(擺幅)；上述穩(wěn)定指數采樣的總標準差(SD)；前后方向標準差（APSD）；左右方向標準差（MLSD)。

檢測前做10min預實驗，再進行正式測試。向受試者解釋測試程序及注意事項。受試者脫鞋站立于檢測板平臺上，雙臂交叉置于胸前，兩側內踝相距約8-10 cm，與矢狀面約呈15°角。依照受試者的身高調整支撐握把的高度。依照受試者舒適程度，調整顯示器的高度與傾斜角度。啟動重心點，讓受試者移動重心點至格子的中心點。設定起始位置使用按鍵板，使用雙腳的中線與測試板上格點為參考，輸入受試者左腳尖、左腳跟、右腳尖、右腳跟位置。姿勢穩(wěn)定度取“both”雙側位置。系統(tǒng)取4-8級平臺穩(wěn)定度，經雙向比較設定為6級穩(wěn)定平臺。測試時間為20秒，重復3次，倒數時間為10秒，動態(tài)平衡測試中任何一次失去平衡跌下，或系統(tǒng)目標跟蹤測試中為失去平衡跌下為測試終止。由系統(tǒng)自動輸出平均后的結果。

1.3 統(tǒng)計學分析

用SPSS 17.0軟件進行統(tǒng)計分析。訓練前后組內指標的比較用配對樣本t檢驗，八周訓練后，各項指標的變化幅度記為Δ，Δ=|訓練后-訓練前|，組間Δ值的比較用單因素方差分析，均采用雙側檢驗。

表1 研究對象基本情況

2 研究結果

表2 A組各項平衡數據（n=9）

由表2可見，低頻振動訓練組SI、APSI、MLSI均呈現(xiàn)增高趨勢，SD、APSD、MLSD均呈現(xiàn)降低的趨勢，第四次訓練結束后的指標與訓練前相比有非常顯著性差異（P＜0.01）。

表3 B組各項平衡數據（n=9）

由表3可見，高頻振動訓練組SI、APSI、MLSI均呈現(xiàn)增高趨勢，SD、APSD、MLSD均呈現(xiàn)降低的趨勢，第四次訓練結束后的指標與訓練前相比有非常顯著性差異（P＜0.01）。

表4 空白對照組各項平衡數據（n=9）

表5 各組間指標變化幅度（Δ值）比較

由表4可以看出，空白對照組SI、APSI、MLSI、SD、APSD、MLSD均無明顯變化（P＞0.05）。

由表5可見，振動訓練引起的指標變化率，B組ΔSI、ΔAPSI、ΔSD、ΔAPSD、ΔMLSD與 A組相比，有非常顯著性差異（P＜0.01），ΔMLSI顯著大于A組（P＜0.05）。

3 分析討論

本研究結果顯示，8周振動訓練后，與對照組相比，振動訓練30Hz組及45Hz組各項動態(tài)平衡能力指標均有顯著改善（P＜0.01），可見振動訓練可以提高機體的動態(tài)平衡能力。這一結果與眾多有關振動刺激對老年人平衡能力改善效果的研究結果相一致[3-5]。此外，孫越穎對24名男子排球運動員的研究也發(fā)現(xiàn)，振動訓練可以顯著改善排球運動員的平衡能力[6]。推測振動訓練改善平衡能力的可能機制：

振動訓練可以改善本體感覺，增強感覺輸入[8,9]。黃鵬[8]等對27名籃球運動員進行了8周振動訓練，發(fā)現(xiàn)振動訓練可以顯著改善籃球運動員膝關節(jié)位置覺。Trans T等[9]對52名女性的研究也證實全身振動訓練可以顯著提高本體感覺。通過分布在關節(jié)囊、肌腱、肌肉等結構中的感受器（肌梭、腱梭、帕西尼小體等），人體感覺肢體的相對位置、運動變化及肌肉的緊張程度。作為一種外源性刺激，振動訓練能夠有效地刺激肌肉的本體感受器，尤其可以激活大量的初級肌梭Iα傳入纖維末梢產生興奮，反射性地引起梭外肌纖維產生收縮。MARTIN 的研究表明，肌肉激活水平提高后附加振動刺激，可以增加 Ia傳入神經的敏感性[10]。振動刺激還可能刺激皮膚和關節(jié)感受器產生興奮，興奮傳入到 γ 運動系統(tǒng)，增加肌梭的敏感性和反應能力[11]。

其次，振動訓練可能通過對脊髓水平和高級中樞的調控，改善神經肌肉系統(tǒng)的控制能力，進而增強平衡能力。腦干、皮層等高級中樞對來自關節(jié)、皮膚等傳入的信息進行整合，并發(fā)出運動指令，作為神經系統(tǒng)調節(jié)肌肉活動的最后環(huán)節(jié)，脊髓運動神經元將這些信息下傳，調節(jié)運動單位的放電水平和肌肉的收縮狀態(tài)。張文通[12]對20名健康成年大學生右下肢脛骨遠端分別施加不同頻率振動刺激，發(fā)現(xiàn)在一定振動頻率范圍內（20-40Hz），振動刺激可以興奮正常人體的脊髓運動神經元；進一步的研究還發(fā)現(xiàn)振動刺激能夠興奮軟癱期上運動神經元綜合征患者脊髓運動神經元。振動刺激還可能在高級神經中樞對神經肌肉系統(tǒng)產生調節(jié)作用。研究發(fā)現(xiàn)，低頻局部振動刺激作用于手部肌肉可以提高管理這些肌肉運動的相應的大腦皮質功能區(qū)的興奮性[13,14]。這就表明振動刺激不僅在脊髓水平而且在更高級的神經中樞上對神經肌肉系統(tǒng)產生調節(jié)作用[12]。全身振動訓練主要針對下肢肌群進行鍛煉，可能通過提高管理下肢肌肉運動的相應的大腦皮質功能區(qū)的興奮性進而增強神經肌肉控制能力。

振動訓練還可以有效增加肌肉力量[15]。振動訓練通過募集更多的運動單位反射性地增加肌纖維的收縮、引起血睪酮和生長激素濃度增高[15]、促進肌群之間平衡協(xié)調發(fā)展[6,17-19]從而有效增加肌肉力量，而肌力的增加對增強關節(jié)穩(wěn)定性、提高本體感覺及平衡功能有重要意義[20,21]。

此外，一些研究探討了振動訓練提高平衡能力的可能分子機制。史仍飛[22]以42只雄性SD大鼠為研究對象，建立不同振動訓練模型，發(fā)現(xiàn)適宜的振動訓練有助于增加腓腸肌相對質量、肌纖維橫截面積和肌細胞內肌酸激酶（Creatinkina，CK）的活性，增強細胞內機械生長因子（Mechano growth factor，MFG） mRNA表達，提示振動刺激可能通過激活機械生長因子的表達，誘導骨骼肌肥大等途徑提高運動能力；此外，衛(wèi)星細胞培養(yǎng)結果顯示，機械牽張刺激促進體外衛(wèi)星細胞的增殖能力，細胞增殖能力大小與細胞所受刺激的負荷大小有關。由此認為振動刺激可能通過激活衛(wèi)星細胞增殖和肌細胞機械生長因子的表達、促進肌纖維選擇性肥大、提高骨骼肌細胞代謝酶CK活性以提高肌肉的運動能力。研究發(fā)現(xiàn)，振動刺激能夠增加廢用性肌萎縮模型大鼠比目魚肌的肌肉濕重及Ⅰ型、Ⅱ型肌纖維的平均橫截面積，還能夠有效對抗肌纖維類型由Ⅰ型向Ⅱ型的轉化[23]；此外，振動刺激可以促進廢用性肌萎縮模型大鼠肌胰島素樣生長因子-Ⅰ（Insulin-like Growth Factor – Ⅰ，IGF-Ⅰ）、成肌分化抗原（Myogenic Differentiation Antigen，MyoD）等過量表達，而使肌肉生長抑制素（Myostatin）的表達減少[23]，這些肌肉生長因子很可能在機械刺激和基因表達之間發(fā)揮化學橋梁作用，誘導肌組織對各種機械刺激產生適應性變化[22]，進而促進骨骼肌蛋白合成、抑制骨骼肌蛋白分解，增加骨骼肌質量，提高運動能力。

本研究結果顯示，經過8周振動訓練，高頻振動組（45Hz）各項指標變化幅度顯著大于低頻振動組，兩組間Δ MLSI有顯著性差異（P＜0.05），其余各項指標均有非常顯著性差異（P＜0.01），可見在一定頻率范圍內，高頻振動訓練對動態(tài)平衡能力的改善效果要優(yōu)于低頻振動訓練。劉北湘對60名體育專業(yè)男生進行了15-45Hz的多維振動訓練以探究不同頻率振動訓練對膝關節(jié)伸肌群訓練效果的影響，發(fā)現(xiàn)隨著頻率的增加，振動訓練效果有明顯增加的趨勢[24]。任滿迎[25]對北京市22名女子運動員的研究也發(fā)現(xiàn)，同振幅下，次高頻振動訓練(35Hz-50Hz)對肌肉爆發(fā)力、快速力量、最大力量以及肌肉耐力的訓練效果顯著優(yōu)于中低頻振動訓練(25Hz-35Hz)。其另一項研究發(fā)現(xiàn)，45Hz振動訓練組運動員伸肌相對峰值力矩、快速單次最大做功功率的增長率均高于30Hz振動訓練組，并推測原因可能是45HZ振動訓練對肌肉的激活程度要高于30Hz[26]。此外，孫越穎對24名男子排球運動員的研究也發(fā)現(xiàn)，45Hz的振動訓練對平衡能力的改善效果要顯著優(yōu)于30Hz的振動訓練[6]。次高頻振動刺激的訓練效果優(yōu)于中低頻刺激的原因可能有以下幾點：

與中低頻相比，次高頻振動刺激可能募集更多的運動單位。在小于50Hz的范圍內，腿部肌肉（股直肌、股內側肌、股外側肌、股二頭肌、半腱肌、脛骨前肌、腓腸肌）肌電隨振動頻率增加而增加[17-19,27]。袁艷等對 10 名健康男性大學生施加了7種頻率振動刺激并進行負重練習，發(fā)現(xiàn)無論是否負重，45 Hz 的振動刺激可以顯著增加小腿肌肉激活（P＜0.05）[27]。可見，與中低頻相比，次高頻振動刺激可以募集更多的運動單位。研究表明：振動刺激導致的表面肌電信號的增強和運動單位同步化程度的增加依賴于振動頻率[10]。當振動頻率在100Hz以下時，肌梭的初級感覺末梢（Ⅰα類纖維）能夠按1：1做出同步性反應[10]。在此范圍內隨著振動頻率的增加，Ⅰα類纖維興奮性也隨之增加，傳入沖動的數量和頻率相應增加，運動神經元去極化增加，閾值更高的運動單位被募集，動員的運動單位增加，表面肌電信號增加。Delecluse[28]的研究也發(fā)現(xiàn)，在適宜的振動頻率下(22-50Hz)，隨著振動頻率的增加，神經沖動的發(fā)放頻率加快、同步性增強，肌肉出現(xiàn)共振，可能有效地刺激了機體的代謝水平，從而提高運動能力。

另一方面，與中低頻振動相比，次高頻振動可能更接近大腿固有頻率，引起肌肉最大振幅。從生物力學角度看，外源振動刺激引起肌肉振動，是一種受迫振動同時也是一種阻尼運動[24]。要使肌肉獲得足夠大的刺激能量，既要保證振動刺激有較高的振動頻率，同時也要保證肌肉有足夠大的振幅。根據受迫振動的規(guī)律，當受迫系統(tǒng)的阻尼因素越小、外加振動源的振動頻率越接近受迫系統(tǒng)的固有頻率時，受迫系統(tǒng)的振幅會變得越大[29]。 因此，振動訓練采用的外源振動頻率應略小于人體肌肉的固有頻率，以使肌肉內部的振幅達到最大。本研究中，與30Hz相比，45Hz的振動頻率更接近大腿的固有頻率（人體各部位固有頻率各不相同，其中大腿的固有頻率理論值約為50Hz[29]）?？梢?，在外加振幅相同的情況下，45Hz的振動刺激可引起肌肉系統(tǒng)更大的振幅、獲得更大的刺激能量，從而產生更顯著的訓練效果。

此外，與中低頻相比，次高頻振動可能改善腿部肌群的激活模式，促進參與工作肌群的協(xié)調用力。對小腿肌肉的研究發(fā)現(xiàn)，隨著振動頻率的增加，小腿前、后肌群的激活比例在不斷發(fā)生變化，低頻振動時對小腿前群肌肉（脛骨前?。┑募せ畛潭容^大，隨著振動頻率的增加逐漸增強了對后群肌肉（腓腸肌內側頭和外側頭）的激活，且三塊肌肉的激活比例逐漸趨于均衡[18,19]。對大腿肌肉的研究也發(fā)現(xiàn)了同樣的現(xiàn)象：隨著振動強度的增加，股內側肌和股外側肌的放電量所占比例逐漸縮小，而股直肌所占比例逐漸增大，即三塊肌肉的支配比例漸趨向均衡發(fā)展[19]；振動過程中，大腿后群肌肉的誘發(fā)激活程度與振動頻率呈正相關關系（P＜0.01），即振動強度越大，肌肉被激活程度也越高，最高值可達靜力性半蹲時的 7 倍左右[19]。可見次高振動刺激能夠改善腿部前后肌群的激活模式，促進肌肉間均衡發(fā)展，對改善肌肉間的協(xié)調性、提高同步激活更有效。

4 結論

4.1 振動訓練可有效提高籃球運動員動態(tài)平衡能力。

4.2 7mm振幅下，次高頻振動訓練對籃球運動員動態(tài)平衡能力的提高效果優(yōu)于中低頻振動訓練。

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Comparative Research in Dynamic Balance Training in Basketball Players Using Whole Body Vibration at Different Frequencies

GAO Rui-Rui, etal.
(Beijing Sports University, Beijing 100084, China)

[Objective]To investigate different frequencies of vibration training on balance ability. [Method] 27 basketball players from Beijing Sports University were divided into 3 groups at random. Subjects in Group A (30Hz) and Group B (45Hz) undergone a 8-week vibration training with an amplitude of 7mm and Group C was control group. Stability index(SI),anterior/posterior SI(APSI),medial/lateral SI(MLSI), standard deviation（SD）,anterior/posterior SD（APSD）,medial/lateral SD（MLSD）were tested before and after training. [Results]The SI,APSI,MLSI of Group A and Group B improved very significantly (P＜0.01), SD,APSD,MLSD of Group A and Group B declined very significantly (P＜0.01). For the comparison between groups, the data in Group B was more than that of Group A. The balance ability of Group A and B improved more than that of Group C, with a significant difference (P ＜ 0.01).[Conclusion]Vibration training can enhance the effects of balance ability training effectively. With the same amplitude of 7 mm,effects of vibration training with hypo-high frequency vibration stimulus (45Hz) is better than that with low-middle frequency vibration stimulus（30Hz）.

different frequency; vibration training; basketball players; balance ability

中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金資助課題，北京體育大學課題編號2011040。

郜瑞睿（1990-），山西長治人，研究生，研究方向：運動生物化學。

黃鵬（1972-），河北邯鄲人，運動醫(yī)學博士，副教授，主治醫(yī)師，研究方向：運動損傷康復。