低頻振動(dòng)負(fù)荷訓(xùn)練對(duì)人體膝關(guān)節(jié)肌肉力量作用效果的實(shí)驗(yàn)研究

李家發(fā)

低頻振動(dòng)負(fù)荷訓(xùn)練對(duì)人體膝關(guān)節(jié)肌肉力量作用效果的實(shí)驗(yàn)研究

李家發(fā)

阿壩師范學(xué)院，四川 汶川，623002。

近幾年振動(dòng)負(fù)荷訓(xùn)練頗受關(guān)注，眾多學(xué)者對(duì)振動(dòng)負(fù)荷訓(xùn)練的研究也碩果累累，取得了不菲的成績(jī)。但在振動(dòng)負(fù)荷訓(xùn)練中對(duì)低頻振動(dòng)的效果研究相對(duì)較少，大部分研究主要集中在35Hz以上的中高頻率。因此為探討低頻振動(dòng)負(fù)荷訓(xùn)練對(duì)人體膝關(guān)節(jié)肌肉力量的作用效果。文章以22名非體育專(zhuān)業(yè)男生作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，分別進(jìn)行有附加低頻振動(dòng)和無(wú)附加振動(dòng)形式對(duì)膝關(guān)節(jié)屈伸肌力量練習(xí)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究。研究方法主要采用全能型PowerPIate Pr05 AIR振動(dòng)器使用縱波在振動(dòng)頻率30Hz，振動(dòng)幅度3mm的低頻情況下利用膝關(guān)節(jié)“向心－離心”循環(huán)測(cè)量方法，用等速肌力測(cè)試系統(tǒng)分別采集實(shí)驗(yàn)對(duì)象在60°/s和120°/s膝關(guān)節(jié)的向心和離心收縮工作狀態(tài)時(shí)的力矩峰值和平均功率數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析表明，膝關(guān)節(jié)屈伸肌肉在附加低頻振動(dòng)負(fù)重蹲練習(xí)訓(xùn)練后能夠更有效的促進(jìn)膝關(guān)節(jié)肌肉在向心和離心工作狀態(tài)下的最大收縮能力和快速收縮能力，并在一定程度上加強(qiáng)了膝關(guān)節(jié)伸肌群的能力儲(chǔ)備。

低頻振動(dòng)；膝關(guān)節(jié)；力量；實(shí)驗(yàn)研究

隨著運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練水平的不斷提高，肌肉力量振動(dòng)訓(xùn)練作為一種全新的力量訓(xùn)練方法越來(lái)越受到業(yè)屆的廣泛關(guān)注。振動(dòng)訓(xùn)練的早期大多采用局部振動(dòng)的方式進(jìn)行力量訓(xùn)練[1-2]，后來(lái)擴(kuò)展到使用全身振動(dòng)的方式進(jìn)行[3-4]。全身振動(dòng)訓(xùn)練基本方式是在傳統(tǒng)肌肉力量訓(xùn)練的基礎(chǔ)上通過(guò)附加振動(dòng)刺激進(jìn)行的，大量研究證明，這種訓(xùn)練方式能夠在相同外加以載荷的條件下比傳統(tǒng)訓(xùn)練方法更有效地提高肌肉的最大力量和爆發(fā)力[5-6]。特別是近年來(lái)國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者對(duì)在附加振動(dòng)情況下采用負(fù)重半蹲起來(lái)探索振動(dòng)刺激對(duì)大腿肌肉力量的變化會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響，取得了不俗的成果和成績(jī)。但是在探索采用低頻振動(dòng)進(jìn)行輕中等負(fù)荷負(fù)重情況下，對(duì)非體育專(zhuān)業(yè)學(xué)生膝關(guān)節(jié)屈伸肌肉力量的影響程度如何？低頻振動(dòng)刺激和輕中負(fù)荷負(fù)重對(duì)增加膝關(guān)節(jié)肌肉在向心和離心工作狀態(tài)下最大收縮和快速收縮能力的影響是否顯著？這些問(wèn)題的研究都還需要我們不斷的努力和探索。因此本項(xiàng)研究希望通過(guò)以人體實(shí)驗(yàn)的方式，利用相關(guān)儀器設(shè)備采集受試者等速肌力方面的數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行分析，深入了解低頻振動(dòng)訓(xùn)練對(duì)于促進(jìn)膝關(guān)節(jié)肌肉力量提高時(shí)的一些基本特點(diǎn)，探索低頻振動(dòng)訓(xùn)練對(duì)于人體肌肉力量的影響規(guī)律，對(duì)進(jìn)一步完善振動(dòng)訓(xùn)練的機(jī)制，科學(xué)指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)實(shí)踐有一定的指導(dǎo)價(jià)值。

1 研究方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

實(shí)驗(yàn)對(duì)象：成都體育學(xué)院2015級(jí)運(yùn)動(dòng)人體及康復(fù)專(zhuān)業(yè)男生22人，年齡在18至22歲之間，下肢無(wú)傷病，隨機(jī)分為2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)曲伸肌群為主要實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)組A：附加低頻振動(dòng)向心收縮，兩腳站立在振動(dòng)臺(tái)上做負(fù)重深蹲。實(shí)驗(yàn)組B：不附加振動(dòng)向心收縮，兩腳站立在地面做負(fù)重深蹲。練習(xí)量：每課10次×5組（每組20s內(nèi)完成）。練習(xí)要求：振動(dòng)方向?yàn)榭v向，振動(dòng)頻率30Hz，振動(dòng)幅度3mm。負(fù)重深蹲動(dòng)作要求保持軀干垂直，深蹲到最大限度，站起時(shí)要求全力、全速，下肢完全伸直并提踵。訓(xùn)練時(shí)間8周，每周5次。外加負(fù)荷重量選擇個(gè)人最大載荷的80%重量（10RM），該載荷可發(fā)展最大肌力和爆發(fā)力。訓(xùn)練所用設(shè)備：震動(dòng)訓(xùn)練器（全能型PowerPIate Pr05 AIR）2臺(tái)。

1.3 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集使用瑞士多關(guān)節(jié)等速肌力測(cè)試與訓(xùn)練系統(tǒng)（CONTREX-MJ+TP1000）。測(cè)量時(shí)儀器設(shè)定運(yùn)動(dòng)速度分別為60°/s和120°/s。采用膝關(guān)節(jié)“向心－離心”循環(huán)測(cè)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°）。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)。采集數(shù)據(jù)包括膝關(guān)節(jié)力矩峰值，平均做功功率等。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采集在實(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。分析A、B兩組間在實(shí)驗(yàn)后數(shù)據(jù)差異、以及同組實(shí)驗(yàn)前、后數(shù)據(jù)差異均采用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)方法（independent-Sample T test）。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)果與分析討論

2.1 膝關(guān)節(jié)屈伸峰值力矩實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

峰值力矩（peak torque，PT）是關(guān)節(jié)屈伸過(guò)程中最大力矩的表達(dá)，是肌肉力量的體現(xiàn)，有較好的重復(fù)性，被視為等速測(cè)試的黃金標(biāo)準(zhǔn)和參照值。研究發(fā)現(xiàn)，在等速測(cè)試中，測(cè)試最大肌張力、爆發(fā)力適宜選用慢速測(cè)試。本研究中采用60°/s和120°/s兩種測(cè)試速度更能準(zhǔn)確地涵蓋受試者關(guān)節(jié)的最大肌張力和爆發(fā)力水平。膝關(guān)節(jié)屈伸等速肌力峰值力矩（N.m）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 膝關(guān)節(jié)屈伸等速肌力峰值力矩（N.m）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（n1=11；n2=11）

說(shuō)明：同組實(shí)驗(yàn)前、后比較：◇，P<0.05；，◆，P<0.01；A、B組間實(shí)驗(yàn)后比較：△，P<0.05；▲，P<0.01。

同組實(shí)驗(yàn)前、后峰值力矩?cái)?shù)據(jù)自身比較：A組實(shí)驗(yàn)后數(shù)據(jù)在兩種測(cè)試速度下的四項(xiàng)數(shù)據(jù)較之實(shí)驗(yàn)前均有較大增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)差異均具有顯著或非常顯著意義。B組實(shí)驗(yàn)后數(shù)據(jù)在兩種測(cè)試速度下的4項(xiàng)數(shù)據(jù)較之實(shí)驗(yàn)前均有不同程度增長(zhǎng)，但是僅在兩種速度的向心收縮時(shí)數(shù)據(jù)差異具有非常顯著意義，而在離心收縮過(guò)程中數(shù)據(jù)的差異不具有顯著意義。

兩組實(shí)驗(yàn)后峰值力矩?cái)?shù)據(jù)相互比較：A組在兩種測(cè)試速度下的4項(xiàng)數(shù)據(jù)的提高幅度均高于B組。但是只在兩種運(yùn)動(dòng)速度的離心收縮時(shí)其提高幅度的差異具有顯著或非常顯著意義。

表1所示數(shù)據(jù)差異說(shuō)明：負(fù)重蹲練習(xí)（不論有無(wú)附加振動(dòng)）都能在不同程度提高受試者膝關(guān)節(jié)肌肉的最大力量，特別是能夠提高膝關(guān)節(jié)肌肉向心工作時(shí)的最大收縮能力。但是有低頻振動(dòng)的負(fù)重蹲練習(xí)除了能夠提高膝關(guān)節(jié)肌肉向心工作的最大收縮能力外，對(duì)于肌肉的離心工作最大收縮能力也具有較好的促進(jìn)作用。而沒(méi)有附加振動(dòng)的負(fù)重蹲練習(xí)對(duì)于膝關(guān)節(jié)肌肉離心工作最大收縮能力的促進(jìn)作用并不明顯。

2.2 膝關(guān)節(jié)屈伸平均功率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

平均功率（average power，AP）是指單位時(shí)間內(nèi)肌肉所做功。該指標(biāo)在一定程度上可反映運(yùn)動(dòng)員肌肉的快速發(fā)力能力。在一定范圍內(nèi)肌肉功率隨著運(yùn)動(dòng)速度的增加而增加，但當(dāng)肌肉運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到一臨界值時(shí)，功率反而隨著運(yùn)動(dòng)速度的加快而下降。本研究中采用60°/s和120°/s兩種測(cè)試速度，從而更能客觀的反映受試者膝關(guān)節(jié)的快速發(fā)力的能力。膝關(guān)節(jié)屈伸等速肌力平均功率（N.m/s）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 膝關(guān)節(jié)屈伸等速肌力平均功率（N.m/s）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（n1=11；n2=11）

說(shuō)明：同組實(shí)驗(yàn)前、后比較：◇，P<0.05；，◆，P<0.01；A、B組間實(shí)驗(yàn)后比較：△，P<0.05；▲，P<0.01。

同組實(shí)驗(yàn)前、后平均功率數(shù)據(jù)自身比較：A組實(shí)驗(yàn)后數(shù)據(jù)在兩種測(cè)試速度下的4項(xiàng)數(shù)據(jù)較之實(shí)驗(yàn)前均有較大增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)差異均具有非常顯著意義。B組實(shí)驗(yàn)后數(shù)據(jù)在兩種測(cè)試速度下的四項(xiàng)數(shù)據(jù)較之實(shí)驗(yàn)前均有不同程度增長(zhǎng)，但是僅在運(yùn)動(dòng)速度120°/s向心收縮時(shí)數(shù)據(jù)差異具有非常顯著意義，而其它3項(xiàng)數(shù)據(jù)的差異不具有顯著意義。

兩組實(shí)驗(yàn)后平均功率數(shù)據(jù)相互比較：A組在兩種測(cè)試速度下的4項(xiàng)數(shù)據(jù)的提高幅度均高于B組。其中在速度為60°/s時(shí)的向心和離心數(shù)據(jù)差異非常顯著意義，在速度為120°/s時(shí)的離心數(shù)據(jù)差異具有顯著意義。

表2所示數(shù)據(jù)差異說(shuō)明：負(fù)重蹲練習(xí)（不論有無(wú)附加振動(dòng)）都能在不同程度提高受試者膝關(guān)節(jié)肌肉的快速收縮能力。但是無(wú)附加振動(dòng)的負(fù)重練習(xí)對(duì)肌肉快速工作能力的促進(jìn)作用并不明顯，本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中僅在個(gè)別測(cè)試數(shù)據(jù)（120°/s速度的向心工作時(shí)）表現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)前后的明顯差異。而有低頻振動(dòng)的負(fù)重蹲練習(xí)對(duì)于兩種速度下向心和離心的4項(xiàng)數(shù)據(jù)中，實(shí)驗(yàn)前后數(shù)據(jù)都表現(xiàn)出了明顯的差異。說(shuō)明有附加振動(dòng)的負(fù)重蹲練習(xí)能夠有效提高膝關(guān)節(jié)肌肉向心和離心工作時(shí)的快速收縮能力。實(shí)驗(yàn)后兩個(gè)組的數(shù)據(jù)比較表明，有附加振動(dòng)負(fù)重蹲練習(xí)對(duì)于促進(jìn)膝關(guān)節(jié)肌肉快速收縮能力的提高幅度相對(duì)于無(wú)附加振動(dòng)負(fù)重蹲而言具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

2.3 低頻振動(dòng)訓(xùn)練引起數(shù)據(jù)差異原因分析

通過(guò)前人的研究可知提高肌肉絕對(duì)力量主要有三種方式，第1種就是通過(guò)提高肌肉的橫截面積，使肌纖維增粗來(lái)提高肌肉的收縮效率；第2種是提個(gè)神經(jīng)放電頻率與同步性來(lái)增強(qiáng)神經(jīng)募集肌肉的能力；第3種是提高肌肉的內(nèi)部協(xié)調(diào)性。這種內(nèi)部協(xié)調(diào)性包括了主動(dòng)肌、拮抗肌和協(xié)同肌對(duì)完成同一個(gè)動(dòng)作所表現(xiàn)出來(lái)的統(tǒng)一性和整體性。通過(guò)對(duì)A、B兩組進(jìn)行8周時(shí)間的訓(xùn)練后發(fā)現(xiàn)，附加低頻振動(dòng)訓(xùn)練組膝關(guān)節(jié)屈伸峰值力矩和平均功率中的各項(xiàng)指標(biāo)值均發(fā)生改變，這說(shuō)明低頻振動(dòng)訓(xùn)練對(duì)膝關(guān)節(jié)屈伸肌肉群的最大收縮能力和快速收縮能力上都得到了有效的提高。特別是在肌肉最大收縮能力改變過(guò)程中，從圖1可以看出膝關(guān)節(jié)屈伸等速肌力峰值力矩（N.m）其差異主要表現(xiàn)在離心收縮上（見(jiàn)圖1）。這種提高一方面是因此振動(dòng)訓(xùn)練通過(guò)振動(dòng)頻率來(lái)產(chǎn)生加速度作用于肌肉，根據(jù)牛頓定律F=m×a可知，在振動(dòng)負(fù)荷訓(xùn)練情況下振動(dòng)產(chǎn)生的加速度會(huì)使產(chǎn)生類(lèi)似于“超重”和“失重”的現(xiàn)象，并且會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)對(duì)象在訓(xùn)練中的負(fù)荷量時(shí)刻發(fā)生變化，當(dāng)肌肉負(fù)荷在“超重”階段時(shí)運(yùn)動(dòng)員所承受的負(fù)荷量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際承受的負(fù)荷量。在長(zhǎng)時(shí)間的訓(xùn)練過(guò)程中將會(huì)不斷增加肌肉的橫截面積，因此相同質(zhì)量的負(fù)荷在附加振動(dòng)后肌肉力量的提高會(huì)更加顯著。

圖1 膝關(guān)節(jié)屈伸等速肌力峰值力矩（N.m）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

另一方面等速肌力峰值力矩（N.m）在離心收縮上表現(xiàn)較為明顯，這主要是因?yàn)榧∪庵械膹椥猿煞忠憩F(xiàn)出彈性收縮力，只有在處于被拉伸的狀態(tài)下才能發(fā)揮出彈性收縮性能，而肌肉做離心工作正好處于被拉伸的狀態(tài)，在加上振動(dòng)波從肢體遠(yuǎn)端傳遞到膝關(guān)節(jié)屈伸肌時(shí)，會(huì)誘發(fā)膝關(guān)節(jié)屈伸肌肉群大幅度快速的拉長(zhǎng)收縮來(lái)引起神經(jīng)調(diào)節(jié)反射[7]。其機(jī)制是振動(dòng)波首先通過(guò)引起肌梭末端興奮，逐步提高了初級(jí)Iα傳入纖維的興奮性，從而反射性地引起了梭外肌纖維收縮，進(jìn)一步促進(jìn)了人體肌肉中肌梭和腱梭對(duì)振動(dòng)波的條件性反射[8]。肌梭的這種末端興奮刺激通過(guò)單突觸閉合傳導(dǎo)增加了α運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的放電，不僅提高了神經(jīng)元的同步性[9]，還增加了從肌梭到運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元池的興奮流入，激活了腱器，從而最大限度地募集了運(yùn)動(dòng)單位參與活動(dòng)[10]。因此在有附加振動(dòng)負(fù)重蹲的8周訓(xùn)練中，這種刺激反復(fù)快速地作用于受試者的下肢肌肉，使得膝關(guān)節(jié)屈伸肌逐漸適應(yīng)了這種條件刺激，動(dòng)員了更多的運(yùn)用單位參與工作，增加了肌肉整體做功的能力，必然形成其肌肉力量的明顯提高。

此外在外加振動(dòng)刺激的條件下，附加振動(dòng)訓(xùn)練組的膝關(guān)節(jié)屈伸等速肌力平均功率表明，其肌肉離心工作狀態(tài)時(shí)肌肉最大收縮能力的提高幅度明顯高于無(wú)附加振動(dòng)組，正好說(shuō)明振動(dòng)波對(duì)肌肉中的彈性成分產(chǎn)生了良好的刺激作用。這主要是因?yàn)樵谡駝?dòng)訓(xùn)練器過(guò)程中，振動(dòng)波對(duì)主動(dòng)肌群的刺激增加，導(dǎo)致神經(jīng)沖動(dòng)的釋放頻率加快，以此同時(shí)拮抗肌和輔助肌的神經(jīng)沖動(dòng)受到抑制。另外在30Hz的頻率下肌肉進(jìn)行快速的交替收縮放松，進(jìn)一步加劇肌梭激發(fā)主動(dòng)肌的收縮，同時(shí)腱梭抑制拮抗肌，有利于多突觸傳導(dǎo)通路在各組織器官間傳遞著信息，不斷改善神經(jīng)-肌肉接點(diǎn)傳遞的一致性，從而引起肌肉的同步激活，增強(qiáng)了肌群中肌肉間的配合和同步化工作，使得肌肉在快速收縮能力上得以穩(wěn)定和提高，因此低頻振動(dòng)負(fù)重蹲訓(xùn)練對(duì)運(yùn)動(dòng)員下肢肌肉快速收縮能力具有顯著效果。

3 結(jié) 論

（1）通過(guò)從等速肌力峰值力矩（N.m）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可知膝關(guān)節(jié)在附加低頻振動(dòng)負(fù)荷訓(xùn)練條件下，膝關(guān)節(jié)肌肉在向心和離心工作狀態(tài)下的最大收縮能力得到了有效的提高，并且在離心收縮能力上表現(xiàn)尤為顯著。

（2）通過(guò)從膝關(guān)節(jié)屈伸等速肌力平均功率（N.m/s）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可知低頻振動(dòng)負(fù)重蹲練習(xí)不僅能夠更有效的促進(jìn)膝關(guān)節(jié)肌肉在向心和離心工作狀態(tài)下的最大收縮能力，而且還能夠提高肌肉的快速收縮能力。

（3）低頻振動(dòng)訓(xùn)練對(duì)肌肉最大力量和快速收縮能力的促進(jìn)作用，與振動(dòng)波對(duì)肌肉中的彈性成分和本體感受器產(chǎn)生了有效的刺激作用有關(guān)，這在一定程度上說(shuō)明了低頻振動(dòng)訓(xùn)練對(duì)普通人群的訓(xùn)練效果也許更合適，這對(duì)完善振動(dòng)負(fù)荷訓(xùn)練理論和實(shí)踐實(shí)訓(xùn)都具有指導(dǎo)意義。

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Experimental Study on the Effect of Low Frequency Vibration Load Training on Hunan Knee Joint Muscle Strength

LI Jiafa

A Ba Teachers University, Wenchuan Sichuan, 623002, China.

In recent years, the vibration load training has attracted much attention, and many scholars have made great achievements in the research of vibration load training, and have achieved good results. However, the research on the effect of low frequency vibration in vibration load training is relatively small, most of the research mainly focused on the high frequency of 35Hz. Therefore, in order to explore the effect of low frequency vibration load training on the muscle strength of the knee joint. In this paper, 22 non physical education students were used as the experimental subjects, and the experimental study was carried out to compare the strength of flexion and extension muscle of knee joint in the form of additional low frequency vibration and no additional vibration. The research method mainly adopts the universal PowerPIate Pr05 AIR vibrator using longitudinal wave in vibration frequency 30Hz, vibration amplitude of 3mm low frequency under the condition of the knee joint “centripetal centrifugal circulation” measurement method, collect experimental objects in concentric and eccentric contraction of the working state of 60 ~ /s and 120 ~ /s of the knee when the peak torque and average power data respectively using isokinetic testing system. Through analysis of the results showed that the knee flexion and extension muscle training in the squat exercise after loading additional low frequency vibration can more effectively promote knee maximal muscle contraction ability in concentric and eccentric condition and rapid contraction ability, and strengthen the knee extensor ability reserve in a certain extent.

Low frequency vibration; Knee joint; Strength; Experimental study

1007―6891（2020）03―0029―04

10.13932/j.cnki.sctykx.2020.03.07

G804.63

A

2019-08-11

2019-09-24