田石榴 劉宇 井蘭香 吳貽剛

1 上海體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)健身科技教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（上海200438）

2 滄州醫(yī)學(xué)高等專(zhuān)科學(xué)校

3 上海體育學(xué)院研究生部

競(jìng)技運(yùn)動(dòng)追求更快、更高、更強(qiáng)。從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度認(rèn)識(shí)，這些目標(biāo)是由速度決定的，從動(dòng)力學(xué)角度認(rèn)識(shí)，這些目標(biāo)是由最大力量和爆發(fā)力決定的［1］。爆發(fā)力稱(chēng)為快速力量，Hollmann提出，爆發(fā)力是單位時(shí)間內(nèi)最大限度發(fā)揮的力量［2］。也有人認(rèn)為，爆發(fā)力是指神經(jīng)肌肉系統(tǒng)在最短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生力量的能力［3］。從運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)角度，爆發(fā)力的訓(xùn)練方法是發(fā)展最大力量、發(fā)力率、彈震式動(dòng)作（ballistic）、超等長(zhǎng)動(dòng)作（Plyometrics）和技術(shù)練習(xí)［4］。 其它還有發(fā)力率、動(dòng)態(tài)力量（彈震式動(dòng)作）和超等長(zhǎng)動(dòng)作的訓(xùn)練等［5］。故運(yùn)動(dòng)員若要獲得良好的爆發(fā)力，必須同時(shí)增加肌肉最大力量和動(dòng)作速度，以達(dá)到提高爆發(fā)力與競(jìng)技表現(xiàn)的雙重目的。

力量訓(xùn)練提高絕對(duì)力量，但限制肌肉收縮速度［6］。無(wú)負(fù)重的彈震式動(dòng)作（ballistic training）的加速、高速和拋射動(dòng)作能提高動(dòng)作速度和爆發(fā)力［7］。 Adams等［8］研究認(rèn)為，負(fù)重超等長(zhǎng)訓(xùn)練結(jié)合了超等長(zhǎng)訓(xùn)練提高動(dòng)作速度和爆發(fā)力、力量訓(xùn)練提高最大力量和爆發(fā)力的雙重優(yōu)點(diǎn)，既增加最大力量，又增加動(dòng)作速度和爆發(fā)力。目前，負(fù)重超等長(zhǎng)訓(xùn)練最佳負(fù)荷的選擇和神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的力學(xué)特征并不清楚。故本實(shí)驗(yàn)分析不同負(fù)荷的負(fù)重超等長(zhǎng)動(dòng)作——負(fù)重蹲跳（WCMJ）的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)和肌電信號(hào)，研究WCMJ動(dòng)力學(xué)特征和神經(jīng)支配特點(diǎn)。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

上海體育學(xué)院院男子籃球隊(duì)運(yùn)動(dòng)員8名，年齡（17.3±1.0）歲，身高（193.3±5.8）cm，體重（87.9±10.3）kg，運(yùn)動(dòng)年限均為5年以上，國(guó)家二級(jí)運(yùn)動(dòng)員。所有受試者均熟練蹲舉與負(fù)重蹲跳動(dòng)作，并具有良好的力量基礎(chǔ)，能準(zhǔn)確理解實(shí)驗(yàn)意圖，無(wú)心臟病史及神經(jīng)肌肉病史，無(wú)下肢疾病。實(shí)驗(yàn)前清楚告知每位受試者本實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c過(guò)程，并簽署自愿參加實(shí)驗(yàn)的書(shū)面同意書(shū)。本實(shí)驗(yàn)得到上海體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)科學(xué)學(xué)院道德倫理會(huì)評(píng)審許可，在上海體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)科學(xué)學(xué)院運(yùn)動(dòng)技能研究中心完成。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 下肢最大等長(zhǎng)力量 （maximum voluntary contraction，MVC）測(cè)試方法

受試者熱身，雙腳站立于KISTLER測(cè)力臺(tái)（瑞士9287B，采樣頻率為1000Hz）上。上身保持挺直，屈膝約100度，將杠鈴桿調(diào)整至合適高度，用肩部頂住杠鈴桿。測(cè)試開(kāi)始后，受試者以最快速度、最大力量蹲舉固定不動(dòng)的杠鈴（輔以墊肩護(hù)套以減輕疼痛）約5秒。從測(cè)力臺(tái)軟件上讀取地面反作用力最大值，記為下肢最大等長(zhǎng)力量（MVC）。

1.2.2 無(wú)負(fù)重半蹲跳（SJ）和蹲跳（CMJ）測(cè)試方法

受試者站立于測(cè)力臺(tái)上，進(jìn)行無(wú)負(fù)重SJ和CMJ各3次。取有效動(dòng)作中騰空時(shí)間最長(zhǎng)一次的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。騰空時(shí)間由測(cè)力臺(tái)直接讀取。

1.2.3 不同負(fù)荷WCMJ測(cè)試方法

受試者扛負(fù)不同重量杠鈴 （分別為10%、20%、30%、40%、50%MVC） 完成WCMJ。 各取3次有效動(dòng)作，取騰空時(shí)間最長(zhǎng)的一次進(jìn)行分析。動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)以受試者體重進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。進(jìn)行下一個(gè)負(fù)荷測(cè)試時(shí)，受試者休息至心率基本恢復(fù)到安靜水平。

同時(shí)采用Biovision16導(dǎo)聯(lián)肌電圖儀（Biovision公司，德國(guó)）記錄表面肌電（sEMG）信號(hào)。電極固定于受試者優(yōu)勢(shì)腿側(cè)股外側(cè)肌、股二頭肌皮膚表面的肌腹最隆起處［9］。采樣頻率為1000 Hz。表面肌電專(zhuān)用雙極Ag/AgCl圓盤(pán)電極由上海仁和醫(yī)療設(shè)備有限公司生產(chǎn)，電極間距 <2 cm，噪聲水平 <5 μV。

1.3 測(cè)試指標(biāo)

1.3.1 動(dòng)作時(shí)間判斷

WCMJ動(dòng)作的離心階段為開(kāi)始下蹲時(shí)刻至髖關(guān)節(jié)最低點(diǎn)時(shí)刻。離心階段的起始時(shí)間為測(cè)力臺(tái)力量信號(hào)起動(dòng)的瞬間，結(jié)束時(shí)間為測(cè)力臺(tái)力量信號(hào)起動(dòng)后、正負(fù)沖量（力量—時(shí)間曲線(xiàn)的積分值）之和為0時(shí)，該點(diǎn)代表速度值為0、蹲至最低點(diǎn)的瞬時(shí)。

WCMJ動(dòng)作的向心階段為髖關(guān)節(jié)最低點(diǎn)時(shí)刻到腳尖離地時(shí)刻。向心階段的起始時(shí)間為測(cè)力臺(tái)力量信號(hào)起動(dòng)后、正負(fù)沖量之和為0的瞬間，結(jié)束時(shí)間為測(cè)力臺(tái)力量信號(hào)為0、騰空開(kāi)始的時(shí)間點(diǎn)。

騰空時(shí)間為受試者身體騰空的時(shí)間，即力量值為0的水平線(xiàn)區(qū)間對(duì)應(yīng)的時(shí)間段。根據(jù)騰空時(shí)間計(jì)算位移。

1.3.2 最大力量和相對(duì)爆發(fā)力

以即時(shí)地面反作用力和時(shí)間推算加速度和速度。最大力量為即時(shí)地面反作用力最大值。本研究將下肢爆發(fā)力定義為地面反作用力與身體（加上重物）的重心速度的乘積：P=F×V。最大爆發(fā)力指起跳過(guò)程中爆發(fā)力曲線(xiàn)的最大值。相對(duì)最大爆發(fā)力=最大爆發(fā)力/體重。

1.3.3 肌電圖參數(shù)選擇與計(jì)算方法資料數(shù)據(jù)處理

依據(jù)Winter的方法［10］處理原始肌電信號(hào)。運(yùn)用Dasylab軟件讀取原始肌電信號(hào)，10 Hz高通濾波，1000 Hz低通濾波，全波整流，積分，利用Dasylab軟件的數(shù)學(xué)公式，讀取離心階段和向心階段的積分肌電為積分時(shí)間。將SJ測(cè)試中各肌群的向心IEMG定義為100%，以WCMJ動(dòng)作中各肌群IEMG除以SJ向心IEMG進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 WBMJ的力學(xué)參數(shù)

2.1.1 離心階段

如表1所示，增加負(fù)荷后WCMJ動(dòng)作離心時(shí)間均大于0負(fù)荷，其中30%、40%、50%MVC負(fù)荷與0負(fù)荷相比差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。增加負(fù)荷后WCMJ動(dòng)作離心位移與0負(fù)荷比較差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。離心階段最大速度在10%MVC負(fù)荷時(shí)顯著高于0負(fù)荷，其他負(fù)荷與0負(fù)荷比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。10%MVC負(fù)荷時(shí)離心階段相對(duì)最大力量顯著低于0負(fù)荷，其他負(fù)荷與0負(fù)荷比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。相對(duì)爆發(fā)力隨負(fù)荷增加而增加，10%～50%MVC負(fù)荷與0負(fù)荷相比均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表1 WCMJ離心階段力學(xué)參數(shù)變化

2.1.2 向心階段

如表2所示，向心蹬伸時(shí)間隨著負(fù)荷增加而增加，10%、20%、30%MVC負(fù)荷與0負(fù)荷比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，40%、50%MVC負(fù)荷與0負(fù)荷比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。隨著負(fù)荷增加，向心蹬伸速度下降，10%～50%MVC負(fù)荷與0負(fù)荷相比差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。相對(duì)最大力量隨著負(fù)荷增加而增加，20%～50%MVC負(fù)荷與0負(fù)荷相比均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。相對(duì)最大爆發(fā)力在30%MVC負(fù)荷時(shí)達(dá)到峰值，隨后下降，30%MVC負(fù)荷與0負(fù)荷相比差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。騰空位移隨著負(fù)荷增加而降低，10%～50%MVC負(fù)荷與0負(fù)荷相比均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表2 WCMJ向心階段力學(xué)參數(shù)變化

2.2 WCMJ的積分肌電特征

2.2.1 離心階段

不同負(fù)荷WCMJ離心階段標(biāo)準(zhǔn)化積分肌電見(jiàn)圖1。10%～50%MVC負(fù)荷時(shí)股外側(cè)肌和股二頭肌的標(biāo)準(zhǔn)化積分肌電值與0負(fù)荷相比均具有顯著性差異。

圖1 WCMJ離心階段標(biāo)準(zhǔn)化積分肌電

2.2.2 向心階段

不同負(fù)荷WCMJ向心階段標(biāo)準(zhǔn)化積分肌電見(jiàn)圖2。股外側(cè)肌各負(fù)荷之間比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。10%、20%、30%、40%MVC負(fù)荷時(shí)股二頭肌積分肌電值與0負(fù)荷相比上升，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。50%MVC負(fù)荷積分肌電下降，與各負(fù)荷之間差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖2 WCMJ向心階段標(biāo)準(zhǔn)化積分肌電

3 討論

學(xué)者針對(duì)發(fā)展爆發(fā)力的阻力訓(xùn)練負(fù)荷和速度進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)。Kaneko等［11］認(rèn)為，大阻力及慢收縮速率動(dòng)作進(jìn)行訓(xùn)練并不能有效地增加受試者的爆發(fā)力，認(rèn)為小負(fù)荷高速度的負(fù)重訓(xùn)練發(fā)展爆發(fā)力。Hakkinen和Komi測(cè)量了不同負(fù)荷下的垂直跳高度，結(jié)果顯示，高阻力訓(xùn)練組的無(wú)負(fù)荷垂直跳成績(jī)只提高了7%，小負(fù)荷爆發(fā)力訓(xùn)練組無(wú)負(fù)荷垂直跳成績(jī)進(jìn)步了21%，且最大伸膝角速度提高達(dá)到顯著水平［12］。Schmidtbleicher等采用三種不同訓(xùn)練負(fù)荷 （90%、45%、70%1RM）進(jìn)行負(fù)重練習(xí)，分析訓(xùn)練前后最大發(fā)力率和肌肉激活作用，結(jié)果顯示，爆發(fā)力提高最多的是90%1RM訓(xùn)練組［13］。

在超等長(zhǎng)訓(xùn)練中，如何施加適當(dāng)負(fù)荷是十分重要的問(wèn)題。Newton等［14］以?xún)?yōu)秀排球運(yùn)動(dòng)員為對(duì)象，研究負(fù)重超等長(zhǎng)訓(xùn)練對(duì)上肢爆發(fā)力的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施加30%負(fù)荷后，優(yōu)秀女子排球運(yùn)動(dòng)員上肢爆發(fā)力明顯增加。劉北湘等［15］通過(guò)負(fù)重半蹲跳動(dòng)作訓(xùn)練下肢伸肌群爆發(fā)力時(shí)，提出了“最大輸出沖量法”。 Li等［16］認(rèn)為，使用傳統(tǒng)方法計(jì)算最大功率會(huì)使運(yùn)動(dòng)員負(fù)荷過(guò)大，利用力量—速度曲線(xiàn)計(jì)算最大功率可能更有效，力量以垂直地面的反作用力計(jì)算，速度以受試者及其身上的杠鈴的共同速度計(jì)算，這樣計(jì)算出的最大功率可能更符合實(shí)際訓(xùn)練和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。

本研究考慮到外加負(fù)荷和自身體重，將杠鈴和人體作為一個(gè)整體，計(jì)算不同負(fù)重后的相對(duì)即時(shí)爆發(fā)力。研究結(jié)果顯示，在30%MVC負(fù)荷時(shí)最大相對(duì)爆發(fā)力達(dá)到最大，但相對(duì)最大速度并未達(dá)到最大，其結(jié)果與Li等的結(jié)果類(lèi)似。

單信海等［17］對(duì)三名不同彈跳能力的運(yùn)動(dòng)員的原地縱跳能力進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員表現(xiàn)為肩、膝、踝關(guān)節(jié)處極強(qiáng)的協(xié)調(diào)發(fā)力能力。單信海［18］研究連續(xù)縱跳時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著節(jié)奏的加快，支撐時(shí)間顯著縮短；人體騰空的高度與上升的最大速度下降；Bobbert等［19］指出肌肉力量是縱跳能力的決定性因素，但縱跳效果更取決于肌肉性能控制的協(xié)調(diào)性。Patel等［20］研究縱跳時(shí)軀干、大腿、小腿三環(huán)節(jié)的角速度關(guān)系，認(rèn)為協(xié)調(diào)性十分重要。井蘭香等［25］研究認(rèn)為，無(wú)負(fù)重的超等長(zhǎng)練習(xí)優(yōu)先發(fā)展膝關(guān)節(jié)肌快速力量，低負(fù)重超等長(zhǎng)練習(xí)主要發(fā)展髖關(guān)節(jié)肌肉絕對(duì)力量和爆發(fā)力，較大負(fù)重超等長(zhǎng)練習(xí)主要發(fā)展髖關(guān)節(jié)絕對(duì)力量。

肌電信號(hào)反映神經(jīng)肌肉系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)單位募集和激發(fā)頻率的變化［21］。肌電圖可以記錄不同負(fù)荷下的肌電振幅、肌肉放電的開(kāi)始與結(jié)束時(shí)間、不同肌肉參與活動(dòng)的先后次序、頻率、肌肉的收縮強(qiáng)度等，用以說(shuō)明不同負(fù)荷與不同訓(xùn)練動(dòng)作在神經(jīng)肌肉功能的支配特點(diǎn)與差異。評(píng)價(jià)肌電圖的常用參數(shù)時(shí)域指標(biāo)是積分肌電 （IEMG），IEMG反映運(yùn)動(dòng)單位募集的數(shù)量及激活頻率高低［21］。

本研究結(jié)果表明，不同負(fù)荷WCMJ動(dòng)作離心階段股外側(cè)肌積分肌電值隨負(fù)荷增加而增加，表明負(fù)荷增加可引起機(jī)體在WCMJ離心階段募集更多的運(yùn)動(dòng)單位參與收縮。從拮抗肌的活化效果看，股二頭肌積分肌電隨負(fù)荷增加而增加，與主動(dòng)肌有相同的募集趨勢(shì)。本實(shí)驗(yàn)采用的WCMJ動(dòng)作利用了肌肉的兩個(gè)生理特性：牽張反射和彈性能。從神經(jīng)支配肌肉的生理學(xué)觀點(diǎn)看，CMJ快速下蹲至髖關(guān)節(jié)最低點(diǎn)這一過(guò)程中，下肢肌肉快速離心收縮，有利于肌肉彈性能的儲(chǔ)存與釋放［22］，激發(fā)了牽張反射的神經(jīng)效應(yīng)，誘發(fā)高頻運(yùn)動(dòng)單位參與收縮，增加神經(jīng)肌肉的激活程度［23］。Svantesson等［24］研究認(rèn)為，與單純的向心收縮活性相比，先離心后向心收縮的拉長(zhǎng)―縮短周期（Stretch-Shortening Cycle，SSC）動(dòng)作肌肉的肌電信號(hào)強(qiáng)度降低或保持不變，提示肌肉激活程度不是引起SSC成績(jī)提高的主要原因。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，增加下肢肌肉力量，機(jī)體才能克服不同負(fù)荷阻力做功，肌肉力量增加伴隨肌肉激活程度提高。

拮抗肌力量小，不足以與主動(dòng)肌抗衡，可能是運(yùn)動(dòng)中肌肉拉傷的主要原因［25］。本研究結(jié)果表明，加載不同負(fù)荷的WCMJ向心期與0負(fù)荷相比，均表現(xiàn)為最大力量與最大速度蹬伸增強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)單位募集達(dá)到高水平。此與Komi［26］研究結(jié)果一致：肌肉最大用力時(shí)，募集了所有可動(dòng)用的運(yùn)動(dòng)單位或/及活化頻率。雖然負(fù)重不同，但在向心階段每一負(fù)荷均用最大力量，因此，向心階段股外側(cè)肌積分肌電并未表現(xiàn)出差異性。

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，股二頭肌積分肌電值隨著負(fù)荷增加而增加，50%MVC負(fù)荷時(shí)肌電值則迅速下降，可能是50%MVC負(fù)荷時(shí)肌肉產(chǎn)生自我保護(hù)性抑制，不利于產(chǎn)生爆發(fā)力。

結(jié)合相對(duì)爆發(fā)力指標(biāo)看，30%MVC負(fù)荷時(shí)，肌肉力量最高，速度較高，與肌電圖的積分肌電結(jié)果一致。因此，30%MVC水平募集的運(yùn)動(dòng)單位和激活頻率達(dá)到了較高水平。繼續(xù)增加負(fù)荷，運(yùn)動(dòng)單位募集增加量不明顯，肌肉力量增加也不明顯，說(shuō)明了肌電與力量和爆發(fā)力之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，也提示30%MVC負(fù)荷較適應(yīng)WCMJ訓(xùn)練。

4 總結(jié)

隨著負(fù)荷增加，機(jī)體通過(guò)提高運(yùn)動(dòng)單位募集增加相對(duì)最大爆發(fā)力，負(fù)荷過(guò)高則募集運(yùn)動(dòng)單位能力下降。提高下肢肌肉爆發(fā)力，可采用低于30%MVC負(fù)荷的WBMJ訓(xùn)練。

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