振動(dòng)頻率影響肌肉力量振動(dòng)訓(xùn)練效果的實(shí)驗(yàn)研究

劉北湘，劉曉亞，戴 瑋

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振動(dòng)頻率影響肌肉力量振動(dòng)訓(xùn)練效果的實(shí)驗(yàn)研究

劉北湘1，劉曉亞2，戴 瑋1

目的：通過對(duì)受試者采用不同振動(dòng)頻率進(jìn)行附加振動(dòng)的負(fù)重蹲訓(xùn)練，探討振動(dòng)頻率對(duì)肌肉力量振動(dòng)訓(xùn)練效果的影響及其機(jī)理。方法：以大學(xué)男生30人為受試者，在振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行不同振動(dòng)頻率的負(fù)重蹲訓(xùn)練。使用三維影像測量和測力臺(tái)同步采集50cm跳深和負(fù)重蹲的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)；使用瑞士多關(guān)節(jié)等速肌力測試系統(tǒng)采集膝關(guān)節(jié)向心和離心收縮時(shí)的肌力指標(biāo)。對(duì)實(shí)驗(yàn)前后兩次采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。結(jié)果：高頻組在跳深的凈沖量、反跳時(shí)間和反跳高度等方面明顯優(yōu)于低頻組；高頻組在負(fù)重蹲的最大力值、蹬伸時(shí)間、沖量的改變幅度要優(yōu)于低頻組；高頻組在肌力數(shù)據(jù)的力矩峰值和最大功率的增大幅度上也明顯高于低頻組。結(jié)論：較高振動(dòng)頻率(35-45Hz)更有利于促進(jìn)下肢肌群超等長運(yùn)動(dòng)能力的提高，有利于促進(jìn)下肢伸肌群的向心工作能力以及能力儲(chǔ)備，能夠提高膝關(guān)節(jié)在離心和向心兩種工作狀態(tài)下的力矩峰值以及最大工作效率。

振動(dòng)訓(xùn)練；振動(dòng)頻率；肌肉力量；運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)

肌肉力量的振動(dòng)訓(xùn)練是近年來的研究熱點(diǎn)，許多專家學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了多角度多層次的研究工作，雖然取得了許多有意義的成果，仍然存在許多不足。有學(xué)者在考察近年來的研究進(jìn)展后指出，在最佳訓(xùn)練強(qiáng)度、振動(dòng)頻率和振幅等方面，需要在理論和實(shí)踐中形成一套科學(xué)完整的體系[1-2]。有研究通過對(duì)下肢肌群進(jìn)行振動(dòng)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同振動(dòng)頻率對(duì)振動(dòng)訓(xùn)練效果產(chǎn)生影響，隨著頻率增加對(duì)肌力的訓(xùn)練效果有逐步增加的趨勢(shì)[3]。但也有文獻(xiàn)分析指出，振動(dòng)訓(xùn)練對(duì)頻率大小的選擇存在不同觀點(diǎn)，有認(rèn)為低頻振動(dòng)效果好于高頻，也有認(rèn)為高頻振動(dòng)效果好于低頻[4]。因此，對(duì)頻率的選擇及其依據(jù)、限制條件以及作用機(jī)理等仍然有待深入探討。對(duì)振動(dòng)幅度的選擇，現(xiàn)有文獻(xiàn)資料基本是在1-10mm范圍內(nèi)，適宜振動(dòng)幅度尚無定論。單純的改變振動(dòng)幅度對(duì)振動(dòng)訓(xùn)練效果的影響并不明顯，通過改變振動(dòng)頻率達(dá)到增大振動(dòng)幅度，即振動(dòng)頻率與振動(dòng)幅度間的關(guān)系問題有待深入研究[5]。

1 研究方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象及分組

受試者為運(yùn)動(dòng)人體及運(yùn)動(dòng)康復(fù)保健專業(yè)男生30人，年齡18-22歲，下肢無傷病。以膝關(guān)節(jié)伸肌群為實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，在振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行負(fù)重蹲訓(xùn)練8周，每周5課，每課練習(xí)5組×10次。負(fù)重載荷量80%，該載荷可發(fā)展最大肌力和爆發(fā)力[6]?？v向振動(dòng)，振幅3mm。受試者隨機(jī)分為A、B、C三組(每組10人)，振動(dòng)頻率分別為25Hz、35Hz、45Hz。

1.2 測量內(nèi)容及數(shù)據(jù)指標(biāo)

1.2.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)同步測量內(nèi)容

(1)測量動(dòng)作：①跳深。受試者從50cm高度自由下落，兩腳同時(shí)落在測力臺(tái)上，然后全力向上跳起。②負(fù)重蹲。受試者兩腳站在測力臺(tái)上，深蹲后全力站起，下肢完全伸直并提踵。載荷量與練習(xí)時(shí)相同。

(2)測量方法：使用2臺(tái)攝像機(jī)按三維影像測量基本要求進(jìn)行(主光軸夾角為120度，外光源同步，拍攝頻率50幀/秒，8個(gè)控制點(diǎn)立方體框架等)。用美國APAS_2000三維影像測量系統(tǒng)采集運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)。動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)測量使用瑞士KILTLER三維測力臺(tái)。

(3)采集數(shù)據(jù)：人體重心運(yùn)動(dòng)軌跡、反跳高度、動(dòng)力曲線、沖量等。

1.2.2 等速肌力測量內(nèi)容

(1)測量動(dòng)作：受試者取坐位，固定上身、大腿及上肢，阻力墊固定在小腿外踝上3cm處。

(2)測量方法：使用瑞士多關(guān)節(jié)等速肌力測試。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)測量方法，動(dòng)作幅度100°。測量膝關(guān)節(jié)伸肌群在向心收縮和離心收縮工作狀態(tài)的肌力指標(biāo)。

(3)采集數(shù)據(jù)：膝關(guān)節(jié)力矩峰值，最大功率等。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

對(duì)兩類測試前、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)(independent-Sample T test)。差異顯著性標(biāo)準(zhǔn)P<0.05和P<0.01。數(shù)據(jù)表達(dá)方式“平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 跳深和負(fù)重蹲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

表1 50cm 跳深實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 1 Experimental data of 50cm deep jump

跳深是肌肉超等長運(yùn)動(dòng)的典型方式，主要反映下肢伸肌群在緩沖動(dòng)作中通過離心收縮抗沖擊能力和彈性能的儲(chǔ)備能力；在蹬伸動(dòng)作中向心收縮能力和對(duì)彈性能的利用能力；以及離心-向心收縮的快速轉(zhuǎn)換能力。對(duì)表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：總沖量表示人體對(duì)測力臺(tái)總的作用力效果，雖然實(shí)驗(yàn)后都具有一定的提高，但由于其大小受試者的體重和下落高度的影響較大，使得這種提高被大數(shù)據(jù)掩蓋了，導(dǎo)致各組在實(shí)驗(yàn)前后差異不具有顯著意義是合理的。凈沖量是排除人體重力因素以后下肢蹬地力的作用效果，它反映受試者下肢蹬伸能力；反跳時(shí)間反映下肢伸肌離心-向心收縮的轉(zhuǎn)換能力。后兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，通過負(fù)重蹲進(jìn)行的下肢力量訓(xùn)練，促使各組實(shí)驗(yàn)前后下肢蹬伸能力和離心-向心收縮的轉(zhuǎn)換能力都有所提高，這是符合常理的。其中實(shí)驗(yàn)后C組與A組之間提高的幅度具有質(zhì)的差異，在其它實(shí)驗(yàn)因素相同而唯有頻率不同的情況下，差異來源只能歸因于振動(dòng)頻率的不同所致。反跳高度反映受試者對(duì)凈沖量的利用效果，一般而言它與凈沖量有較大的相關(guān)關(guān)系，同時(shí)也受跳深技術(shù)動(dòng)作因素的影響。三個(gè)組實(shí)驗(yàn)前后反跳高度平均值都有一定的提高，其中A組的提高幅度要小一些，各組實(shí)驗(yàn)前后的比較沒有與凈沖量的情況保持完全一致，這應(yīng)該是受跳深技術(shù)動(dòng)作的影響。三個(gè)組實(shí)驗(yàn)后數(shù)據(jù)的相互比較，B、C組與A組之間具有了質(zhì)的差異。這種現(xiàn)象同樣要?dú)w因于B、C兩組采用了較高的振動(dòng)頻率。

按照運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)的觀點(diǎn)，任何訓(xùn)練對(duì)于人體而言都是一種刺激，其作用是對(duì)人體造成一定的不適應(yīng)，人體在不斷適應(yīng)這種刺激的過程中達(dá)到新的平衡，獲得機(jī)能能力的提高(即超量恢復(fù))。在一定范圍內(nèi)人體機(jī)能能力的提高幅度與刺激強(qiáng)度等因素具有相關(guān)關(guān)系。通過振動(dòng)訓(xùn)練增強(qiáng)肌肉力量亦是如此，肌肉力量增強(qiáng)的程度取決于外加刺激的強(qiáng)度。由于振動(dòng)刺激的強(qiáng)度由振動(dòng)頻率、幅度等因素構(gòu)成，因此對(duì)振動(dòng)強(qiáng)度的考慮實(shí)際上就是具體考慮振動(dòng)的頻率和幅度。有文獻(xiàn)指出，由于肌纖維存在相對(duì)較大的剪切彈性模量，來自于外部振動(dòng)源的振動(dòng)幅度會(huì)被很快的衰減掉，因此不太可能通過直接提高外加振動(dòng)源的振幅來提高肌肉內(nèi)部的振幅[5]。在振動(dòng)訓(xùn)練的文獻(xiàn)報(bào)道或?qū)嶋H應(yīng)用中，很少存在刻意通過加大振幅的方式去提高振動(dòng)強(qiáng)度的情況。而是通過另外一條途徑，即通過采取提高振動(dòng)頻率來間接的提高振動(dòng)幅度，從而達(dá)到振動(dòng)強(qiáng)度的提高。其原理為：任何物體都有自身的固有頻率。固有頻率是由物體的密度、外形等物理因素決定的一個(gè)振動(dòng)頻率。而施加外力使它振動(dòng)的頻率叫策動(dòng)頻率。當(dāng)策動(dòng)頻率和系統(tǒng)的固有頻率相等(或接近)時(shí)，系統(tǒng)受迫振動(dòng)的振幅會(huì)達(dá)到最大，這種現(xiàn)象叫共振。有文獻(xiàn)資料表明，人體各部位具有不同的固有頻率，如眼球約為60Hz，顱骨約為200 Hz，大腿部位約為45～50Hz，人體整體在豎直方向約為48 Hz等[7-8]。德國物理學(xué)家海森堡最早提出“測不準(zhǔn)原理(或不確定性原理)”，認(rèn)為測量某事物的行為將不可避免地?cái)_亂那個(gè)事物，從而改變它的狀態(tài)，使精確的確定其狀態(tài)存在限制。該原理移植應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)領(lǐng)域后，認(rèn)為人體的許多極限指標(biāo)是不能精確測定的。根據(jù)這個(gè)原理，受試者在完成負(fù)重下蹲的過程中，下肢的緊張度(剛度)及動(dòng)作形狀是變化的，會(huì)對(duì)下肢的固有頻率產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致其固有頻率數(shù)據(jù)不可準(zhǔn)確測量。但根據(jù)以上資料可以判斷大腿的固有頻率大約處在以50Hz為上限的一個(gè)動(dòng)態(tài)區(qū)間內(nèi)。因此本實(shí)驗(yàn)對(duì)大腿施加豎直方向振動(dòng)刺激時(shí)，振動(dòng)頻率分別選擇為25Hz、35Hz、45Hz。其中B、C兩組使用的振動(dòng)頻率比較接近人體下肢在豎直方向和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)的固有頻率，能夠使B、C兩組獲得較大的振動(dòng)幅度，從而受到較大振動(dòng)強(qiáng)度的刺激。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)較高的振動(dòng)頻率(35-45Hz)相對(duì)于較低振動(dòng)頻率能夠更有利于促進(jìn)下肢肌群超等長運(yùn)動(dòng)能力的提高。其原因就是35-45Hz的振動(dòng)頻率接近人體下肢自身的固有頻率，在接近共振條件下使得下肢的振動(dòng)幅度得到增大，從而使振動(dòng)強(qiáng)度較大，最終導(dǎo)致下肢肌群中的收縮成分和彈性成分都受到了更充分的刺激。由于人體軟組織具有較高的粘滯性和肌肉自身調(diào)諧能力，加之動(dòng)作時(shí)間短，因此不必?fù)?dān)心高頻振動(dòng)會(huì)對(duì)人體形成有害的共振[4]。

表2 負(fù)重蹲實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Experimental data of weight-bearing squat

負(fù)重蹲是下肢伸肌群抗外加載荷做向心收縮的典型運(yùn)動(dòng)方式，主要反映下肢伸肌群向心工作能力。表2數(shù)據(jù)分析：最大力平均值主要反映下肢伸肌群瞬間最大向心收縮能力；蹬伸時(shí)間主要反映下肢伸肌群的收縮速度。這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)與下肢肌肉的爆發(fā)力有關(guān)。三個(gè)組實(shí)驗(yàn)前后差異的顯著意義說明不論何種頻率的附加振動(dòng)負(fù)重蹲訓(xùn)練對(duì)于下肢爆發(fā)力都具有促進(jìn)作用。三個(gè)組實(shí)驗(yàn)后數(shù)據(jù)比較：對(duì)最大力值的促進(jìn)，高頻振動(dòng)的C組相對(duì)于低頻振動(dòng)的A組具有質(zhì)的變化；而對(duì)蹬伸時(shí)間的縮短，B、C兩組相對(duì)于A組具有質(zhì)的改變。綜合這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)在實(shí)驗(yàn)后的變化程度說明，采用頻率較高的振動(dòng)有利于改變下肢伸肌群的爆發(fā)力。蹬伸總沖量反映的是下肢伸肌群的基礎(chǔ)能力，由于訓(xùn)練后受試者下肢能力的增強(qiáng)，提高了80%外加載荷的總量，因此三個(gè)組實(shí)驗(yàn)前后比較均具有質(zhì)的提高，這是符合運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練超量恢復(fù)基本規(guī)律的現(xiàn)象。蹬伸凈沖量是排除外加載荷重力(包括體重)沖量后的凈剩值，它反映受試者下肢伸肌群對(duì)抗外加載荷的能力儲(chǔ)備。三個(gè)組實(shí)驗(yàn)前后比較都具有質(zhì)的提高，但在提高的幅度上B、C組均高于A組，而且C組與A組之間在改變量上具有質(zhì)的差異。綜合這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)的改變情況，說明較高的振動(dòng)頻率有利于促進(jìn)下肢伸肌群的向心工作能力以及能力儲(chǔ)備。

按照運(yùn)動(dòng)生理學(xué)關(guān)于骨骼肌的理論，任何刺激最終都是通過“反射”影響骨骼肌活動(dòng)的，絕大部分骨骼肌的神經(jīng)調(diào)節(jié)都是反射性的。在一條反射鏈中至少包括傳入神經(jīng)元(感受器)和傳出神經(jīng)元(效應(yīng)器)，肌梭就是肌肉中能夠感受肌肉長度變化并對(duì)牽拉刺激敏感的感受裝置。α-神經(jīng)元分布在骨骼肌(肌梭外纖維)，每條運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元和它所支配的肌纖維構(gòu)成一個(gè)運(yùn)動(dòng)單位，是反射鏈中的效應(yīng)器。γ-神經(jīng)元分布在肌梭上(肌梭內(nèi)纖維)，當(dāng)γ-纖維被激活，其傳入纖維可以引起α-神經(jīng)元產(chǎn)生兩種反應(yīng)：使主動(dòng)肌和協(xié)同肌產(chǎn)生興奮作用；使對(duì)抗肌產(chǎn)生抑制作用。振動(dòng)訓(xùn)練基于肌梭激活理論的研究資料表明，振動(dòng)刺激能夠激活和增強(qiáng)肌梭及其傳入神經(jīng)纖維的興奮性，反射性的引起梭外肌纖維的收縮。振動(dòng)刺激能夠同時(shí)激活Ⅰ型和Ⅱ型肌纖維，最大限度的募集運(yùn)動(dòng)單位參與活動(dòng)[9-11]。本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，較高的振動(dòng)頻率(35-45Hz)能夠更有效的刺激人體肌梭感受器，引起較強(qiáng)烈的骨骼肌反射活動(dòng)，促使下肢肌群在向心工作時(shí)能夠動(dòng)員更多運(yùn)動(dòng)單位參與工作，從而獲得較大的向心收縮力以及能力儲(chǔ)備。

2.2 膝關(guān)節(jié)屈伸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

膝關(guān)節(jié)力矩峰值反映膝關(guān)節(jié)伸肌群在向心和離心兩種工作狀態(tài)下的最大工作能力。表3數(shù)據(jù)顯示：在60°/s和120°/s兩種工作速度條件下，三個(gè)組在實(shí)驗(yàn)后都比實(shí)驗(yàn)前有質(zhì)的提高，這一現(xiàn)象說明不論何種頻率的附加振動(dòng)負(fù)重蹲訓(xùn)練都能在不同程度上促進(jìn)膝關(guān)節(jié)伸肌群向心和離心的最大工作能力。三個(gè)組實(shí)驗(yàn)后數(shù)據(jù)比較表明：在兩種速度的向心工作中，B、C組與A組相比在提高的幅度上具有質(zhì)的差異；而在離心工作中只有C組與A組之間具有質(zhì)的差異。數(shù)據(jù)結(jié)果說明兩個(gè)問題：其一，振動(dòng)頻率較高的附加振動(dòng)負(fù)重蹲練習(xí)，對(duì)于促進(jìn)膝關(guān)節(jié)伸肌群向心和離心最大工作能力具有更明顯的效果；其二，較高頻率的附加振動(dòng)負(fù)重蹲練習(xí)對(duì)于促進(jìn)膝關(guān)節(jié)最大向心工作能力要強(qiáng)于最大離心工作能力。前一個(gè)問題顯示的結(jié)果與前述跳深及負(fù)重蹲的數(shù)據(jù)結(jié)果基本一致，兩種數(shù)據(jù)構(gòu)成了相互印證的關(guān)系，其結(jié)果產(chǎn)生的機(jī)理也基本一致；后一個(gè)問題顯示的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)采用的負(fù)重蹲訓(xùn)練動(dòng)作特點(diǎn)有關(guān)。因?yàn)樨?fù)重蹲的動(dòng)作結(jié)構(gòu)決定了其發(fā)展的主要目標(biāo)是下肢伸肌群的向心能力，而附加的振動(dòng)只是一個(gè)輔助性的刺激，這種輔助性的刺激又主要針對(duì)的是下肢肌肉中的彈性成份[12]。因此，主要發(fā)展目標(biāo)與輔助發(fā)展目標(biāo)在提高程度上出現(xiàn)差異是合理的。上述兩種情況都說明，較高的振動(dòng)頻率(35-45Hz)能夠提高下肢膝關(guān)節(jié)在向心和離心兩種工作狀態(tài)下的力矩峰值。向心工作力矩峰值的提高主要與動(dòng)員了較多的肌肉運(yùn)動(dòng)單位參加工作有關(guān)；離心工作力矩峰值的提高主要與肌肉中彈性成分的提高有關(guān)。

表3 力矩峰值均數(shù)(單位：N.m)Table 3 Peak torque mean(unit: N.m)

肌肉的構(gòu)成元素主要包括兩部分：主動(dòng)收縮成分和串聯(lián)、并聯(lián)彈性成分。前者主要由肌原纖維中的可收縮肌絲(粗、細(xì)肌絲等)組成，按照肌纖維收縮的滑行學(xué)說，這些肌絲在神經(jīng)沖動(dòng)的操控下可以主動(dòng)縮短，形成肌肉的主動(dòng)收縮力；后者主要由肌纖維中的彈性成分(肌纖維中的附屬組織如各層肌膜、連接組織、肌腱等)組成，按照生物材料的彈性理論，這些彈性成分在受到牽拉后形成肌肉的彈性回縮力。因此，肌肉力量的提高必然是這兩部分共同增強(qiáng)的結(jié)果。目前在解釋振動(dòng)訓(xùn)練能夠提高肌肉力量的原因時(shí)有兩種說法：其一是神經(jīng)肌肉學(xué)的觀點(diǎn)，認(rèn)為振動(dòng)刺激能夠同時(shí)激活Ⅰ型和Ⅱ型肌纖維，最大限度的募集運(yùn)動(dòng)單位，從而使肌肉力量獲得提高；其二是彈性力學(xué)觀點(diǎn)，認(rèn)為振動(dòng)刺激能夠促進(jìn)肌纖維中彈性成分的增強(qiáng)，從而使肌肉力量提到提高。對(duì)本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析表明：這兩種觀點(diǎn)其實(shí)并不矛盾，二者相輔相成是同一個(gè)問題而側(cè)重點(diǎn)不同的兩個(gè)方面。肌肉做向心工作是從拉長狀態(tài)逐漸縮短的過程，對(duì)肌力的貢獻(xiàn)是收縮成分逐漸大于彈性成分；而肌肉做離心工作時(shí)則反之，對(duì)肌力的貢獻(xiàn)是彈性成分逐漸大于收縮成分。當(dāng)肌肉做向心收縮時(shí)，更多的依靠神經(jīng)沖動(dòng)的加強(qiáng)，使肌纖維中的主動(dòng)收縮成分產(chǎn)生更大的主動(dòng)收縮力，而主動(dòng)收縮力的表現(xiàn)又依靠串聯(lián)彈性成分對(duì)力傳遞作用。當(dāng)肌肉做離心收縮時(shí)，更多的依靠彈性成分產(chǎn)生的彈性回縮力，而彈性回縮力的發(fā)揮又依靠主動(dòng)收縮成分的持續(xù)工作進(jìn)行維持。振動(dòng)訓(xùn)練引起肌肉力量的提高，無疑是這兩類力量共同增強(qiáng)的結(jié)果。

膝關(guān)節(jié)最大功率值反映膝關(guān)節(jié)伸肌在向心和離心兩種工作狀態(tài)下的最大工作效率。表4數(shù)據(jù)顯示：在60°/s和120°/s兩種工作速度條件下，附加振動(dòng)的負(fù)重蹲練習(xí)都能在不同程度提高受試者膝關(guān)節(jié)最大工作效率。但實(shí)驗(yàn)后三個(gè)組的數(shù)據(jù)在提高幅度上存在一定的差異，具體表現(xiàn)為：在60°/s工作速度下，向心和離心工作只有C組與A組之間具有質(zhì)的差異；而在120°/s工作速度下，向心工作時(shí)B、C兩個(gè)組與A組之間都有質(zhì)的差異，而在離心工作時(shí)仍然只有C組與A組具有質(zhì)的差異。這種現(xiàn)象說明兩個(gè)問題：其一，較高頻率的附加振動(dòng)負(fù)重蹲練習(xí)較之低頻振動(dòng)能夠更明顯的促進(jìn)膝關(guān)節(jié)伸肌群的向心和離心工作效率；其二，在膝關(guān)節(jié)伸肌群工作效率提高的幅度方面，120°/s速度條件下的向心工作效率要表現(xiàn)的更明顯。結(jié)合負(fù)重蹲練習(xí)的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，受試者在進(jìn)行負(fù)重蹲練習(xí)時(shí)，其蹬伸站起時(shí)膝關(guān)節(jié)的伸展速度基本是在100°/s至160°/s之間，按照運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)和運(yùn)動(dòng)生理學(xué)關(guān)于肌肉能力提高的理論，肌肉能力的提高與受到刺激的性質(zhì)具有很大的相關(guān)性。如果長期采用某個(gè)速度區(qū)間進(jìn)行的伸膝練習(xí)，那么必然會(huì)對(duì)這個(gè)速度區(qū)間的肌肉工作能力產(chǎn)生較大的影響。本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明，較高的振動(dòng)頻率(35-45Hz)能夠促進(jìn)膝關(guān)節(jié)在離心和向心兩種工作狀態(tài)下的最大工作效率。其中在120°/s速度條件下的提高幅度要高于60°/s，其原因與負(fù)重蹲練習(xí)時(shí)膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。

表4 最大功率均數(shù)(單位：瓦特)Table 4 Maximum power mean(unit：watt)

研究肌肉對(duì)振動(dòng)刺激的反應(yīng)主要分兩類：一類是研究其瞬間效應(yīng)；另一類是研究其累積效應(yīng)。前一類主要通過適時(shí)采集表面肌電信息等數(shù)據(jù)作為分析評(píng)價(jià)指標(biāo)；后一類主要通過采集振動(dòng)實(shí)驗(yàn)前、后的肌力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)等多項(xiàng)數(shù)據(jù)作為分析評(píng)價(jià)指標(biāo)。前一類有兩項(xiàng)研究具有代表性：這兩項(xiàng)研究都是以男性大學(xué)生為研究對(duì)象。第一項(xiàng)是分別在垂直、多維振動(dòng)和不同振動(dòng)頻率(6Hz、8Hz、10Hz、12Hz)條件下做“靜止半蹲”動(dòng)作；第二項(xiàng)是在垂直振動(dòng)和不同振動(dòng)頻率(30Hz、40Hz、50Hz)條件下做負(fù)重半蹲動(dòng)作。兩項(xiàng)研究都是通過適時(shí)測量大腿前、后群肌肉肌電數(shù)據(jù)分析判斷振動(dòng)刺激對(duì)肌肉的作用(神經(jīng)肌肉激活特征)。這兩項(xiàng)研究的結(jié)果都發(fā)現(xiàn)，在設(shè)定的振動(dòng)頻率范圍內(nèi)，神經(jīng)肌肉的激活程度會(huì)隨頻率的增加而呈現(xiàn)加大的趨勢(shì)[9-10]。前一類實(shí)驗(yàn)一般只能說明肌肉對(duì)振動(dòng)刺激的瞬間反應(yīng)情況，并不能說明人體肌肉在振動(dòng)刺激條件下的累積效應(yīng)。而累積效應(yīng)的證明仍然需要對(duì)人體在一定時(shí)間期限內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)前后實(shí)測的肌力、動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比研究。本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)就屬于后一類研究范疇。本實(shí)驗(yàn)設(shè)定了25Hz、35Hz、45Hz三個(gè)跨度較大的振動(dòng)頻率，實(shí)驗(yàn)前、后的數(shù)據(jù)分析說明，膝關(guān)節(jié)伸肌群對(duì)振動(dòng)刺激產(chǎn)生的累積效應(yīng)也會(huì)隨振動(dòng)頻率的增加而呈現(xiàn)加大的趨勢(shì)。上述兩類實(shí)驗(yàn)雖然方法不同，但其實(shí)驗(yàn)結(jié)果在很大程度上具有相互印證的作用。

3 結(jié)論

(1)較高的振動(dòng)頻率(35-45Hz)相對(duì)于較低振動(dòng)頻率能夠更有利于促進(jìn)下肢肌群超等長運(yùn)動(dòng)能力的提高。有利于促進(jìn)下肢肌群的向心工作能力以及能力儲(chǔ)備。

(2)較高的振動(dòng)頻率(35-45Hz)能夠提高膝關(guān)節(jié)在離心和向心兩種工作狀態(tài)下的力矩峰值。較高的振動(dòng)頻率能夠促進(jìn)膝關(guān)節(jié)在離心和向心兩種工作狀態(tài)下的最大工作效率。

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(編輯 孫君志)

Experimental Research on the Effect of Vibration Frequency on Vibration Training of Muscle Strength

LIU Beixiang1, LIU Xiaoya2, DAI Wei1

Objective: to study the effect of vibration frequency on the vibration training of muscle strength and its mechanism through subjects’ weight-bearing squat training at different vibration frequencies. Methods: Thirty male college students were chosen as subjects to do weight-bearing squat training at different vibration frequencies on the vibration table. A three-dimensional image measuring instrument and a force platform were used to collect the kinematical and dynamic data of 50cm deep jump and weight-bearing squat synchronously. The Swiss multi-joint isokinetic muscle strength testing system was used to collect muscle strength indicators of knee joint centripetal and centrifugal contraction. The data collected before and after the experiment were statistically analyzed. Results: In terms of deep jump-related impulse, rebound time and rebound height, the high-frequency group is obviously superior to the low-frequency group. In terms of weight-bearing squat-related maximum force, stretching time and changing range of impulse, the high-frequency group is superior to the low-frequency group too. The high-frequency group presents a better performance than the low-frequency group in terms of peak torque of muscle strength and the increasing range of maximum power. Conclusion: higher vibration frequency (35-45Hz) is more conducive to improving the plyometric exercise capacity of lower extremity muscles, both the centripetal ability and energy reservation of leg extensor muscle group and both the peak torque and the maximum working efficiency of knee joint in centrifugal and centripetal movements.

VibrationTraining;VibrationFrequency;MuscularStrength;SportBiomechanics

G804.23 Document code：A Article ID：1001-9154(2016)03-0116-06

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“振動(dòng)波在振動(dòng)訓(xùn)練中對(duì)肌肉作用效果的生物力學(xué)機(jī)理研究”(11272068)。

劉北湘，教授，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；2.四川師范大學(xué)，四川 成都 610068 1.Chengdu Sport University,Chengdu Sichuan 610041; 2.Sichuan Normal University, Chengdu Sichuan 610068

2015-11-23

2016-04-12

G804.23

A

1001-9154(2016)03-0111-05