慣性力量訓練預防與改善肌腱損傷的研究進展①

劉琪 李沛 葉強

(1.南京體育學院擊劍學院 江蘇南京 210014;2.南京體育學院體育教育與人文學院 江蘇南京 210014)

肌腱損傷是長期從事跑、跳等運動人群中的常見損傷，其病因與運動過量有關(guān)，通常發(fā)生于體育運動時期和運動之后[1-4]。肌腱損傷的保守治療通常以被動的物理治療為主，如休息、超聲波療法、電擊療法、中醫(yī)針灸、中醫(yī)推拿等[5]，然而這些治療措施由于缺乏有效的數(shù)據(jù)支持，在治療慢性肌腱損傷方面可能難以產(chǎn)生明顯有效的治療效果[5]，因此力量訓練尤其是離心力量訓練受到了廣泛的關(guān)注。慣性力量訓練是理療師使用的新穎訓練方法，主要應(yīng)用于運動損傷的改善和預防[6]，通過繩索和軸承將人體的機械轉(zhuǎn)化為飛輪的動能，使患者在訓練過程中對抗飛輪慣性旋轉(zhuǎn)的一種用于強化肌肉離心收縮能力的訓練方式，具有簡單、便攜、安全的特點，因此成為了國際運動康復治療的熱門研究領(lǐng)域。關(guān)于慣性力量訓練的應(yīng)用和其康復機制的探索已有大量的文獻研究，該文綜述了慣性力量訓練在治療高水平運動員運動損傷中的應(yīng)用進展和其康復機制。

1 慣性力量訓練概述

1.1 慣性力量訓練的起源和構(gòu)成

慣性力量訓練起初應(yīng)用于改善太空失重環(huán)境對宇航員造成的肌肉萎縮等消極影響[7,8]，其結(jié)構(gòu)僅由飛盤、軸承和繩索構(gòu)成。當人拉動繩索時，人體機械能轉(zhuǎn)化為飛輪動能使飛輪加速旋轉(zhuǎn)，此時肌肉運動處于向心收縮階段；當人拉動繩索到達極限時，飛輪旋轉(zhuǎn)速度達到最快，此時肌肉運動介于向心收縮與離心收縮階段之間；高速旋轉(zhuǎn)的飛輪由于慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，飛輪帶動軸承旋轉(zhuǎn)將繩索卷至起始位置，動作還原過程需要對抗飛輪的旋轉(zhuǎn)，此時肌肉運動進入離心收縮階段，使飛盤減速旋轉(zhuǎn)，如圖1所示。

1.2 慣性力量訓練特征

首先，慣性力量訓練的阻力由飛輪旋轉(zhuǎn)慣性決定，慣性訓練器能夠存儲肌肉產(chǎn)生的機械能并驅(qū)使飛輪加速旋轉(zhuǎn)且不受外部力矩變化影響，因此能夠?qū)崟r為肌肉提供最大的訓練負荷并充分激活目標肌肉。其次，當肌肉運動進入介于向心收縮和離心收縮階段時，根據(jù)功率公式P=T·ω可得，飛輪旋轉(zhuǎn)速度ω由于慣性加速，在扭矩T一定時飛輪的慣性加速能夠短暫的產(chǎn)生超過向心收縮階段的過載負荷，有研究表明此時離心初始階段的負荷約為向心階段負荷的1.25倍[9]，因此能夠增強目標肌肉的離心工作能力，進而促進肌肉整體力量素質(zhì)的增長。最后，相較于傳統(tǒng)力量訓練提供的固定運動負荷，慣性力量訓練能夠提供與練習者發(fā)力程度成正比的動態(tài)運動負荷[10]，即當練習者進行向心收縮時用的力越大，飛輪存儲的動能越多使飛輪轉(zhuǎn)速越快，則產(chǎn)生的離心負荷越大，該特性不僅有利于肌肉發(fā)展離心收縮能力，更能為肌肉的離心收縮訓練提供安全可控的動態(tài)負荷[7]。

2 慣性力量訓練的應(yīng)用

慣性力量訓練能夠有效地發(fā)展力量素質(zhì)并改善運動能力，Maroto等人在有關(guān)慣性力量訓練效益的Meta分析中表明，與傳統(tǒng)力量練習相比，慣性力量訓練能夠更有效地提高練習者的沖刺速度與跳躍能力[11]，其原因可能是由于慣性力量訓練產(chǎn)生的離心過載負荷能夠誘導快速糖酵解酶的mRNA表達能力的提升[12]。此外，慣性力量訓練能夠提高運動員的短跑和跳躍能力，并有效降低運動員的運動損傷概率[13,14]。Tous等人的研究結(jié)果表明，慣性力量訓練能夠有效影響足球運動員的變向能力（ES=1.22），練習者在檢測變向能力的V-cut Test測試中成績提高了5.7%，并建議足球訓練應(yīng)當每周安排一次慣性力量訓練作為足球特殊技能訓練的輔助手段[15]。專項成績的提高還需要將力量訓練與專項特征相結(jié)合，Mariusz Naczk等人根據(jù)自由泳、蝶泳的劃臂技術(shù)特征設(shè)計了與之相似的慣性力量訓練動作，4周訓練后練習者的50m自由泳和100m蝶泳用時分別減少0.76%和1.86%，并且沒有觀察到肌肉形態(tài)發(fā)生顯著變化（P＜0.05）[16]，這非常有利于對身體形態(tài)要求較高的運動員發(fā)展力量素質(zhì)。

慣性力量訓練特有的動態(tài)負荷為其在康復治療領(lǐng)域的應(yīng)用帶來可能。當前研究表明，發(fā)展肌肉離心收縮能力可以有效減緩受損肌腱的疼痛感和肌腱僵硬等癥狀，促進神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的協(xié)調(diào)能力[17-19]。D.Romero等人對10位慢性髕腱炎的職業(yè)運動員進行6周慣性力量訓練后，有效地降低患者主觀疼痛感并使患者下肢肌肉的離心收縮能力得到顯著改善（P＜0.05）[13]。Malliaras等人在跟腱與髕腱康復療法的研究中，建議在肌肉康復治療過程應(yīng)當對肌肉向心收縮能力和離心收縮能力給予同樣的重視[20]。因此，兼具向心收縮和離心過載收縮的慣性力量訓練成為肌腱損傷康復的理想選擇。Tesch等人的研究表明，慣性力量訓練在肌腱病損傷康復中能夠發(fā)揮積極作用[21]，Gual等人使用慣性力量訓練進行24周的深蹲訓練干預，表明慣性力量訓練能夠增強髕腱和跟腱的橫截面積，并且不會引起損傷肌腱的疼痛感等消極反應(yīng)[22]。Fernandez等人將慣性力量訓練應(yīng)用于腦卒中患者的康復治療，認為慣性力量訓練是安全、可行且高效的康復治療手段，并能夠改善慢性腦卒中患者骨骼肌的功能[23]。

盡管此類研究缺乏實驗對照且目前應(yīng)用于康復治療的慣性力量訓練安排多采用短時間、低頻率和較高離心負荷的方式進行干預，尚未對其他練習方式的效果進行驗證與研究，但現(xiàn)有研究成果已經(jīng)能夠充分證明慣性力量訓練在緩解疼痛、改善患者肌肉功能方面具有積極的效果和獨特的優(yōu)勢。

3 慣性力量訓練的康復機制

3.1 促進肌肥大

力量素質(zhì)與肌肉橫截面積成正比，增加肌肉體積/質(zhì)量和肌肉橫截面積能夠促進肌肉力量素質(zhì)的發(fā)展[24,25]，而核磁共振、超聲波等醫(yī)學成像技術(shù)被認為是用于觀察肌肉形態(tài)的最佳手段[26]。Wernbom等人系統(tǒng)綜述了44項有關(guān)傳統(tǒng)力量訓練促進肌肥大的研究后發(fā)現(xiàn)，小于60歲的健康人群在平均約11周的力量訓練期間，其肱二頭肌和股四頭肌肌肉體積的每日增加范圍在0.02%～0.19%之間，平均每日增加幅度約為0.11%[27]。而一項關(guān)于慣性力量訓練的Meta分析研究表明，經(jīng)過5～8周，每周2～3次的慣性力量訓練，肌肉體積/質(zhì)量增長幅度平均每天達0.2%；訓練后肌肉橫截面積可增加約7.4%；肌肉體積/質(zhì)量可增加約7.8%；其對肌肥大的效應(yīng)量達0.59[28]。該Meta分析的結(jié)論認為，慣性力量訓練相較于傳統(tǒng)力量訓練能夠更有效地增加肌肉體積與質(zhì)量，但由于樣本和訓練方法存在較大差別，該結(jié)論的真?zhèn)涡杂写倘丁?/p>

然而，在力量練習的初期（少于20d），肌肉體積的增加可能伴隨肌肉急性無菌炎癥的水腫[29]。該現(xiàn)象可能是肌纖維底物（蛋白質(zhì)等）的分解速度大于合成速度，造成肌肉纖維的微結(jié)構(gòu)損傷，并產(chǎn)生一定的炎癥引發(fā)水腫導致肌肉體積增加而非肌肉纖維形態(tài)的變化，因此通過測量肌肉圍度變化來評定肌肥大現(xiàn)象和力量素質(zhì)的變化可能并不準確。

3.2 增強神經(jīng)肌肉系統(tǒng)協(xié)調(diào)

肌肉的力量表現(xiàn)還依賴神經(jīng)系統(tǒng)對運動單位興奮性的控制，包括肌肉的募集頻率、肌肉纖維的調(diào)用數(shù)量及肌肉纖維的收縮速度等[30,31]。肌電信號是指中樞神經(jīng)系統(tǒng)控制肌肉活動過程中的生物電信號，通過對肌電信號的記錄與分析能夠評價神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的活性和功能狀態(tài)[32]。慣性力量訓練不僅能夠產(chǎn)生離心過載負荷，還能夠比傳統(tǒng)力量訓練更有效地激活和募集肌肉，Lena等人采取測量表面肌電的方式探究傳統(tǒng)力量訓練與慣性力量訓練效益的不同，在為期5周的實驗研究中對比了兩種不同訓練后股外側(cè)肌的肌電變化，認為就股外側(cè)肌而言慣性力量訓練的效果優(yōu)于傳統(tǒng)力量訓練[33]。Mariusz等人對波蘭高水平游泳運動員進行慣性力量訓練后得出了類似的結(jié)論，訓練后的力量測試中相較于常規(guī)訓練的游泳運動員其肱三頭肌肌電振幅增加22.7%，肌肉力量和肌肉功率輸出分別提高12.8%和14.2%[16]。

此外，神經(jīng)肌肉系統(tǒng)能力的增強可以通過對比肌肉體積/質(zhì)量的增長百分比和最大肌肉力量的增長百分比體現(xiàn)。大量的研究表明，慣性力量訓練對于最大力量的增長百分比高于肌肉體積/質(zhì)量的增長百分比，Lundberg等人的研究結(jié)果表明，通過慣性力量訓練使膝關(guān)節(jié)伸肌肌肉體積/質(zhì)量和最大力量分別增長10.7%和28.5%[23]；Mariusz Nazack等人通過慣性力量訓練使股四頭肌肌肉體積/質(zhì)量和最大力量分別增長11.0%和25.7%[34]；Owerkowicz等人通過慣性力量訓練使下肢肌肉橫截面積增長約9.9%，而最大力量增長達16.5%[35]；Henrik Petré通過Meta分析計算得出慣性力量訓練對肌肥大和最大力量影響的效應(yīng)量分別為0.59和1.33[28]。因此，慣性力量訓練能夠在增加肌肉最大力量的同時控制肌肥大現(xiàn)象，這十分有利于嚴格控制肌肉形態(tài)的部分人群（如高水平運動員、舞蹈藝術(shù)家等）發(fā)展力量素質(zhì)，但該結(jié)論與訓練者的性別、年齡及運動水平等因素是否具有相關(guān)性仍需進一步的研究加以論證。

3.3 肌肉做功能力增長

功率（Power）的物理定義是單位時間內(nèi)能量的輸出或工作的速率，肌肉做功能力是一個動態(tài)的做功過程，因此與力量測試相比，肌肉功率能較好地反映人體的運動能力[36,37]。大部分有關(guān)慣性力量訓練的研究表明，經(jīng)過一段時間（4～10周）的慣性力量訓練能夠顯著增加肌肉的輸出功率[11,16,22,23,33]，并且有研究認為慣性力量訓練對練習者做功能力的增益效果可能與練習者的運動能力呈正相關(guān)，其原因可能是由于訓練有素的練習者擁有更發(fā)達的神經(jīng)肌肉協(xié)調(diào)能力[28]。

不同的飛輪質(zhì)量和練習速率對肌肉功率的增益具有不同的影響。Mariusz Naczk等人探究了3種飛輪質(zhì)量的慣性力量訓練對肩關(guān)節(jié)內(nèi)收肌的不同訓練效果[38]，因此在實施慣性力量訓練時需針對練習者的情況和需求酌情選擇飛輪的質(zhì)量。Mariusz Naczk等人還對慣性力量訓練的練習速度進行研究，比較了練習者分別以7.50rad/s和5.76rad/s的飛輪轉(zhuǎn)速進行慣性力量訓練，其肌肉功率增長百分比分別為37.7%和12.4%[29]，因此，更快速度的慣性力量訓練可能更有益于肌肉做功能力的增強。但由于部分文獻對肌肉輸出功率的概念混雜，且測量單位、方式及算法等方面難以得到統(tǒng)一，盡管當前學術(shù)界普遍認同慣性力量訓練對肌肉做功能力具有良好的增益效果，但學術(shù)界仍未對其相關(guān)影響因素達成一致的認可。

4 結(jié)語

慣性力量訓練的特征是能夠提供可適配安全的動態(tài)負荷以充分激活練習者的目標肌肉，產(chǎn)生離心過載負荷以強化肌肉的離心收縮能力進而促進力量素質(zhì)的增長。慣性力量訓練已在常見肌腱如髕腱、跟腱等損傷的康復治療中得到了廣泛的應(yīng)用，并且對運動損傷的預防和運動能力的改善具有一定的積極意義，在國際上得到了普遍的認可。慣性力量訓練的康復機制主要是改善力量素質(zhì)，如促進肌肥大、神經(jīng)肌肉系統(tǒng)控制能力和肌肉輸出功率的增強等，但慣性力量訓練的訓練時間、訓練頻率、訓練負荷量等尚未形成統(tǒng)一的規(guī)范指導，在一定程度上限制了慣性力量訓練的應(yīng)用，因此慣性力量訓練在運動處方的制定方面仍需進一步的探索與研究。該文旨在為已使用慣性力量訓練或正在尋求改善力量素質(zhì)新途徑等廣大教練員、運動員和體育從業(yè)者提供些許的參考與建議。