盧志泉, 夏正亮, 李玉章, 史芙英, 劉 宇

(1.上海體育學(xué)院 體育教育訓(xùn)練學(xué)院,上海 200438; 2.上海體育學(xué)院 運(yùn)動(dòng)科學(xué)學(xué)院,上海 200438)

肌肉力量(muscular strength)簡稱肌力。德國出版的《運(yùn)動(dòng)科學(xué)辭典》中[1],將肌力定義為神經(jīng)肌肉系統(tǒng)產(chǎn)生沖量的能力。該定義將肌力的生理學(xué)意義和物理學(xué)意義進(jìn)行了統(tǒng)一,為肌力的評價(jià)和診斷提供了理論依據(jù)。從神經(jīng)生理學(xué)和生物力學(xué)角度看,肌力具有2層含意:① 它是神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的一種功能,運(yùn)動(dòng)單位的興奮性、神經(jīng)募集肌肉信號的頻率、參與工作的肌纖維數(shù)量和體積以及肌肉的長度與收縮速度等因素均會對其產(chǎn)生影響;② 它以力和力矩的形式表現(xiàn)于人體的運(yùn)動(dòng),是人體各關(guān)節(jié)、各環(huán)節(jié)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源泉。

在神經(jīng)生理學(xué)和生物力學(xué)領(lǐng)域,人體運(yùn)動(dòng)可以理解為在神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的支配與控制下完成的多關(guān)節(jié)、多肢體運(yùn)動(dòng),而執(zhí)行運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)又是一個(gè)力學(xué)系統(tǒng);因此,欲完整理解人體運(yùn)動(dòng)必須從神經(jīng)生理學(xué)和生物力學(xué)2個(gè)角度進(jìn)行探討,這就構(gòu)成了神經(jīng)生物力學(xué)(Neuromechanics)的研究范疇。Enoka[2]在其著作中認(rèn)為,神經(jīng)生物力學(xué)是神經(jīng)系統(tǒng)與人體力學(xué)特性的相互作用。筆者在CNKI、Google Scholar和WOS數(shù)據(jù)庫中以最大力量(maximal strength)、快速力量(speed strength)、拉長—縮短周期(stretch-shortening-cycle)、肌耐力(muscular endurance)、肌力訓(xùn)練(strength training)和神經(jīng)動(dòng)作控制(neuromotorcontrol)等中英文關(guān)鍵詞為主題進(jìn)行檢索,并參考了Enoka的專著和國際奧委會醫(yī)學(xué)委員會(IOC Medical Commission)出版的StrengthandPowerinSport中神經(jīng)肌肉訓(xùn)練相關(guān)的經(jīng)典內(nèi)容,從神經(jīng)生物力學(xué)的角度系統(tǒng)回顧經(jīng)典與最新研究文獻(xiàn),就影響最大力量、快速力量、肌耐力等肌肉力量的相關(guān)因素進(jìn)行探討,依此構(gòu)建與肌肉力量診斷相關(guān)的生物力學(xué)指標(biāo)與方法體系。

1 肌力的表現(xiàn)形式及其神經(jīng)生物力學(xué)特征

1.1 最大力量的神經(jīng)生物力學(xué)特征最大力量是指肌肉進(jìn)行最大收縮時(shí)產(chǎn)生的張力,它主要取決于肌肉橫斷面積[3-5]、快慢肌比例[6-7]以及肌肉的隨意收縮能力,即神經(jīng)控制[8]。影響最大力量的生物力學(xué)因素還包括肌纖維的排列、肌肉長度(肌肉收縮的力—長度關(guān)系、關(guān)節(jié)角度可影響肌肉長度)、肌肉收縮速度(肌肉收縮的力—速度關(guān)系、關(guān)節(jié)角速度可影響肌肉收縮速度)等[9]。根據(jù)肌肉收縮形式的不同,最大肌力又可以分為3種具體的形式,即最大等長收縮肌力、最大向心收縮肌力和最大離心收縮肌力[10]。最大等長收縮(靜力性收縮)肌力是指肌肉收縮力量等于外在負(fù)荷的情況下發(fā)揮出的最大肌力,此時(shí)的肌肉長度保持不變;最大向心收縮肌力是在肌肉收縮力量大于外在負(fù)荷的情況下所克服的最大阻力,該情況下肌肉長度縮短;最大離心收縮是肌肉收縮力量小于外在負(fù)荷,肌肉被動(dòng)拉長時(shí)產(chǎn)生的最大力量。在一般情況下,最大離心收縮肌力的值最大,這是因?yàn)橹袠猩窠?jīng)系統(tǒng)對于肌肉離心收縮的控制方式有別于等長和向心收縮[11- 12]。已有研究表明,股四頭肌或其他肌肉進(jìn)行以上3種方式的最大收縮時(shí),雖然離心收縮時(shí)肌肉具有更低的神經(jīng)激活程度[13-14],但被拉長的肌肉—肌腱系統(tǒng)被動(dòng)產(chǎn)生彈性力,以及刺激肌梭產(chǎn)生牽張反射,均增加了肌肉收縮的力量[15]。根據(jù)訓(xùn)練水平和所測肌肉的不同,最大離心收縮肌力高于最大等長收縮肌力5%～40%,最大等長收縮肌力高于最大向心肌力10%～15%[16]。

從神經(jīng)生物力學(xué)的角度看,最大力量主要是指肌肉的隨意收縮能力,即肌肉在做最大收縮時(shí)神經(jīng)募集運(yùn)動(dòng)單位的數(shù)量和神經(jīng)沖動(dòng)頻率的綜合反映[17]?；谝陨?種最大力量的產(chǎn)生形式,可利用最大等長收縮肌力和最大離心收縮肌力之差評價(jià)肌肉隨意收縮的能力。對于訓(xùn)練有素的運(yùn)動(dòng)員,力量差很小,約為5%。沒有經(jīng)過訓(xùn)練的人力量差較大:上肢伸肌為25%～40%;下肢伸肌為10%～25%[18]。

1.2 快速力量的神經(jīng)生物力學(xué)特征快速力量是肌肉在盡可能短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生最大張力的能力。根據(jù)功率(power)的物理學(xué)定義,有時(shí)又將快速力量等同于肌肉的爆發(fā)力(muscular power),即肌肉的收縮力量與收縮速度的乘積(P=FV),該指標(biāo)反映的是肌肉力和速度結(jié)合的一種能力。從力學(xué)定律看,力的運(yùn)動(dòng)效果與它在有限時(shí)間內(nèi)最大限度產(chǎn)生沖量的能力有關(guān),據(jù)此又可將快速力量定義為神經(jīng)肌肉系統(tǒng)在有限的時(shí)間內(nèi)最大限度產(chǎn)生沖量的能力[19]。

1.2.1 等長收縮和向心收縮 從肌肉收縮力量—時(shí)間曲線可以歸納出影響快速力量的重要因素:最大肌力(Fmax)、到達(dá)最大肌力所需時(shí)間(Tmax)、初始發(fā)力率(initial rate of force development,IRFD)和最大發(fā)力率(maximal rate of force development,MRFD)等(圖1),這些因素均可以在一定程度上解釋發(fā)揮快速力量時(shí)的神經(jīng)肌肉支配狀態(tài)。發(fā)力率(rate of force development,RFD)指的是單位時(shí)間力量的增量,即力量—時(shí)間曲線的斜率,它與單位時(shí)間內(nèi)神經(jīng)對運(yùn)動(dòng)單位的募集、神經(jīng)沖動(dòng)的頻率以及肌肉收縮的類型有關(guān),是反映快速力量的一個(gè)重要標(biāo)志[20]。RFD是一個(gè)可以高度訓(xùn)練的肌力因素,特別是大負(fù)荷爆發(fā)力訓(xùn)練和增強(qiáng)式訓(xùn)練(Plyometric),可使其增長40%～55%[21]。

Figure 1 Force-time curves of extensors of upper arm under different loads

對于拳擊、擊劍和空手道等需要快速起動(dòng)的彈震式動(dòng)作(ballistic movement)項(xiàng)目,初始發(fā)力率被認(rèn)為是提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的重要因素。這些動(dòng)作中的阻力往往低于最大等長肌力的25%,IRFD較好的運(yùn)動(dòng)員在動(dòng)作初始階段神經(jīng)肌肉系統(tǒng)動(dòng)員程度較高,有利于動(dòng)作產(chǎn)生較快的初速度[22]。當(dāng)阻力超過25%的最大等長收縮肌力時(shí),最大發(fā)力率將對動(dòng)作效果產(chǎn)生主要影響,它是力量—時(shí)間曲線斜率的最大值,代表肌肉的爆發(fā)力和神經(jīng)肌肉系統(tǒng)到達(dá)較高激活水平的速度[23]。因此,在中等強(qiáng)度以上的向心收縮和最大等長收縮過程中,同一個(gè)運(yùn)動(dòng)員的MRFD十分相似[24]。此外,對于完成時(shí)間在250 ms內(nèi)的動(dòng)作,IRFD和MRFD都是十分重要的;而250 ms以上的動(dòng)作,MRFD是主要影響因素。

1.2.2 拉長—縮短周期 在實(shí)際情況中,肌肉的自然工作形態(tài)很少是單一的等長收縮、向心收縮或離心收縮,而是離心收縮和向心收縮狀態(tài)的結(jié)合[25]。尤其是在跑、跳等人體運(yùn)動(dòng)中,下肢環(huán)節(jié)周期性地受到?jīng)_擊力的作用,肌肉首先進(jìn)行離心收縮,而后進(jìn)行向心收縮。這種離心和向心收縮的結(jié)合實(shí)際上完成了一種肌肉的自然機(jī)能,被稱為拉長—縮短周期[26](stretch-shortening-cycle,SSC)。這種肌肉工作狀態(tài)輸出的肌肉力量又被稱作反應(yīng)力量,Plyometric訓(xùn)練是其主要訓(xùn)練方法,國內(nèi)譯為超等長訓(xùn)練或增強(qiáng)式訓(xùn)練,有時(shí)又稱快速伸縮復(fù)合練習(xí),即在最短的時(shí)間產(chǎn)生最大的力,RFD是反應(yīng)力量的評價(jià)指標(biāo)之一[27]。

拉長縮短周期有3個(gè)階段:第1階段,離心收縮階段,伸展主動(dòng)肌串聯(lián)彈性成分儲存彈性勢能;第2階段,離心收縮向向心收縮的轉(zhuǎn)換階段,是第1階段過渡到第3階段的短暫停頓;第3階段,向心收縮階段,收縮主動(dòng)肌,串聯(lián)彈性成分釋放彈性勢能[9]。前人研究表明,該肌肉工作方式不僅是離心收縮與向心收縮的簡單結(jié)合,更是一種相對獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)機(jī)能[28],其目的是使最終運(yùn)動(dòng)效果比單一的向心收縮更有效[29]。隨著研究的深入,有學(xué)者對SSC進(jìn)行了更為細(xì)致地分類[1]:一種為長SSC,其特點(diǎn)是髖、膝、踝關(guān)節(jié)角度變化大,并且運(yùn)動(dòng)時(shí)間長于250 ms,例如籃球的投籃起跳、排球的攔網(wǎng)起跳;而另一種是短SSC,它的特征是關(guān)節(jié)角度變化很小,且運(yùn)動(dòng)的持續(xù)時(shí)間在100～250 ms,如短跑的支撐階段和跳高、跳遠(yuǎn)的起跳等。

根據(jù)不同跳躍模式的肌電圖變化情況,可深層次理解不同SSC動(dòng)作的神經(jīng)肌肉支配特性(圖2)。半蹲跳(squat jump,SJ)是一種沒有預(yù)先下蹲的跳躍方式,僅利用肌肉向心收縮完成跳躍,由肌電圖可以發(fā)現(xiàn)股外側(cè)肌向心收縮階段肌電無較大波動(dòng);而在慢速SSC反向跳(counter movement jump,CMJ)的情況下,股外側(cè)肌出現(xiàn)了不同于SJ單一向心收縮的肌電變化,即身體預(yù)蹲時(shí)肌肉離心收縮首先達(dá)到了較高的肌電激活狀態(tài),但激活程度仍未超過向心收縮階段。當(dāng)進(jìn)行快速SSC的跳深(drop jump,DJ)運(yùn)動(dòng)中,研究者發(fā)現(xiàn)了肌肉肌電活動(dòng)與其他2種跳躍方式明顯不同[30]:① 出現(xiàn)前期肌電活動(dòng)(在著地前100～150 ms),表明肌肉在著地前開始預(yù)收縮,即預(yù)激活;② 肌電峰值出現(xiàn)在離心收縮階段,它明顯高于最大隨意收縮時(shí)的肌電水平;③ 向心收縮階段的肌電活動(dòng)較小。

注:?表示離心收縮,?表示向心收縮

圖2 不同跳躍模式中下肢股外側(cè)肌肌電、地面垂直反作用力和膝關(guān)節(jié)角度的變化[30]

Figure 2 Vastus lateralismuscle EMG signals,vertical ground reaction force and knee angle curves under different jump patterns

其實(shí),這種快速SSC出現(xiàn)的前期肌電活動(dòng)與中樞神經(jīng)動(dòng)作控制(neuromotorcontrol)有關(guān),是為了使肌肉對著地條件有更好的準(zhǔn)備,即肌肉在著地前已產(chǎn)生了合適的剛度(stiffness),且變得更加敏感[31]。剛度是一個(gè)物理學(xué)概念,是物體抵抗形變的能力,剛度大則變形小,剛度小則變形大。肌肉進(jìn)行SSC時(shí),由于肌肉的剛度增加,肌腱在離心收縮階段承受較大的長度變化,使肌腱儲存了一定的彈性能量,該能量在隨后的向心收縮階段釋放,增強(qiáng)肌肉的收縮力[32]。此時(shí),肌肉在向心收縮階段就不需要更大的收縮速度,因此,神經(jīng)募集肌肉的肌電活動(dòng)較弱。

SSC反映了神經(jīng)肌肉通過制動(dòng)動(dòng)作,在有限的時(shí)間里盡可能多地產(chǎn)生向心收縮沖量的能力。研究者把這種神經(jīng)肌肉工作形式產(chǎn)生的力量稱為反應(yīng)力量(reactive strength),該工作形式引發(fā)的運(yùn)動(dòng)稱為反射性運(yùn)動(dòng)(reactive movement)[25]。跳深是典型的反射性運(yùn)動(dòng),也是一種訓(xùn)練反應(yīng)力量的重要方法,是指運(yùn)動(dòng)員單腳或雙腳從一定高度跳下,緊接著垂直跳起的動(dòng)作過程[33]。反射性運(yùn)動(dòng)之所以能提高肌肉的工作能力,是由于肌肉—肌腱彈性和神經(jīng)肌肉牽張反射共同作用的結(jié)果[34],其效果與肌肉承受牽拉負(fù)荷的大小也有一定關(guān)系。在一定范圍內(nèi),牽拉負(fù)荷越大,收縮的強(qiáng)度也越大;但當(dāng)負(fù)荷增加到一定程度時(shí),隨著負(fù)荷的增加,收縮強(qiáng)度反而下降。因此,反射性運(yùn)動(dòng)存在最佳負(fù)荷范圍,當(dāng)牽拉負(fù)荷過大時(shí),會出現(xiàn)神經(jīng)支配阻滯現(xiàn)象,人體產(chǎn)生自我保護(hù)調(diào)節(jié),肌肉喪失牽張反射能力[35]。根據(jù)肌肉的這種特性,可以對肌肉的反應(yīng)力量進(jìn)行診斷,找出針對某個(gè)人或某個(gè)肌群的最佳牽拉負(fù)荷,這同時(shí)也是訓(xùn)練反射性力量的最佳負(fù)荷。

在一般情況下,人體運(yùn)動(dòng)的機(jī)械效率只有20%～25%,而反射性運(yùn)動(dòng)的機(jī)械效率受牽拉負(fù)荷大小和速度的影響最高可達(dá)60%[36-37]。在一定范圍內(nèi),牽拉負(fù)荷越大,機(jī)械效率也越大。此外,肌肉工作形式不同,人體運(yùn)動(dòng)的機(jī)械效率也不同,肌肉縮短和牽拉速度都是影響機(jī)械效率的因素[38]。SSC時(shí)肌肉的快速力量也可根據(jù)初始發(fā)力率和最大發(fā)力率評價(jià),與其他肌力形式不同的是,它受肌肉肌腱彈性和神經(jīng)支配特性的影響較大。

1.3 肌耐力的神經(jīng)生物力學(xué)特征肌耐力指的是肌肉持續(xù)收縮或?qū)挂欢ㄘ?fù)荷重復(fù)收縮的能力。具體而言,它表示肌肉在一定時(shí)間內(nèi)完成重復(fù)收縮至肌肉充分疲勞的能力,或保持一定百分比1RM重量的持續(xù)時(shí)間[39]。從神經(jīng)肌肉控制的角度看,肌耐力指的是神經(jīng)肌肉系統(tǒng)在一定時(shí)間里對抗一定負(fù)荷最大限度產(chǎn)生沖量的能力,該負(fù)荷一般大于最大等長收縮肌力的30%。

肌耐力由負(fù)荷大小和該負(fù)荷的重復(fù)次數(shù)或持續(xù)時(shí)間來評定。如果測量在一定阻力下總的重復(fù)次數(shù),其結(jié)果表示絕對肌肉耐力;如果測量在一定百分比1RM重量下的重復(fù)次數(shù),其結(jié)果表示相對肌肉耐力。研究表明,肌耐力與最大力量有關(guān),相較于低強(qiáng)度的耐力運(yùn)動(dòng),高強(qiáng)度的耐力運(yùn)動(dòng)與最大力量的關(guān)系更加密切[40]。即在力量耐力項(xiàng)目中,當(dāng)最大用力超過80%時(shí),成績的提高需要依靠提高最大力量改善;當(dāng)最大用力只為30%以下時(shí),最大力量水平的提高對肌耐力的改善影響很小[41-42]。在訓(xùn)練肌耐力初期,應(yīng)以增加最大肌力為目的進(jìn)行訓(xùn)練,負(fù)荷不能低于40%1RM,而隨后的訓(xùn)練應(yīng)注重維持最大肌力水平并提高肌肉耐力[43]。

肌耐力與肌肉的肌纖維類型存在著密切的關(guān)系,慢肌纖維的力量和爆發(fā)力比快肌纖維差,但其具有良好的抵抗疲勞能力[44-45],如小腿的比目魚肌比其他腿部肌肉慢肌纖維比例高,在人體走、跑等運(yùn)動(dòng)中,該肌肉能夠表現(xiàn)出良好的持續(xù)工作能力。肌肉疲勞時(shí)肌電信號的頻率譜將發(fā)生變化,肌電信號的中位頻率對疲勞所致的變化較為敏感,故往往被作為評定肌耐力的指標(biāo),肌電監(jiān)測過程中,中位頻率下降越迅速,運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間越短,反映出的肌耐力越差[46]。當(dāng)承受荷載的時(shí)間小于30 s時(shí),肌肉疲勞主要受中樞神經(jīng)系統(tǒng)和神經(jīng)肌肉傳導(dǎo)的影響;而對于長時(shí)間負(fù)荷,能量代謝的影響越來越大,造成肌肉疲勞的主要原因是肌肉中能量物質(zhì)下降,血乳酸等代謝產(chǎn)物增多等[47]。

2 神經(jīng)肌肉系統(tǒng)對訓(xùn)練的適應(yīng)

肌力的大小不僅取決于肌肉體積的增大,也取決于神經(jīng)肌肉系統(tǒng)對訓(xùn)練的適應(yīng)性?？v向研究[48]表明,大強(qiáng)度力量訓(xùn)練可改善神經(jīng)支配能力,使其可以既快又強(qiáng)地動(dòng)員肌肉。產(chǎn)生這種適應(yīng)的原因可能有以下2點(diǎn):① 通過訓(xùn)練提高神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的活性,動(dòng)員更多的運(yùn)動(dòng)單位參與工作;② 肌肉若沒有接受訓(xùn)練或訓(xùn)練較少,就可以接收較高的神經(jīng)支配頻率。這種適應(yīng)的結(jié)果主要表現(xiàn)為發(fā)力率的提高[20]。

2.1 肌肉自身協(xié)調(diào)能力的改善肌肉自身協(xié)調(diào)能力指的是肌肉興奮和抑制之間的關(guān)系,這種神經(jīng)肌肉系統(tǒng)適應(yīng)性的改善是肌力提高的一個(gè)重要原因。以下肢進(jìn)行跳深為例,隨著下跳高度的增加,地面反作用力增大,比目魚肌著地瞬間和著地后的肌電活動(dòng)會隨之減小(圖3)。這種由于負(fù)荷過大引起的肌電抑制調(diào)節(jié)了肌肉的剛度,所有受試者都會在一定的下跳高度中表現(xiàn)出這種抑制現(xiàn)象。高水平運(yùn)動(dòng)員承受沖擊力的能力更大,較高的下落高度才會出現(xiàn)這種抑制現(xiàn)象。該抑制現(xiàn)象實(shí)際上是人體的一種自我保護(hù),可通過訓(xùn)練改善。

注:垂直方向虛線表示著地時(shí)刻

圖3 不同高度跳深練習(xí)時(shí)比目魚肌的肌電和地面反作用力曲線[49]

Figure 3 Soleusmuscle EMG signals and vertical ground reaction force under different height of drop jumps

2.2 肌肉間協(xié)調(diào)能力的改善還有一種改善肌力的可能性是肌肉間協(xié)調(diào)能力的提高,所謂肌肉間協(xié)調(diào)能力指的是主動(dòng)肌、拮抗肌、協(xié)同肌之間根據(jù)運(yùn)動(dòng)的要求相互配合協(xié)調(diào)的能力。這類改善實(shí)際上是針對某一專門運(yùn)動(dòng)的,具有一定的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目專屬特點(diǎn),并不能直接轉(zhuǎn)移到其他運(yùn)動(dòng)中。運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中所注重的專項(xiàng)訓(xùn)練,其主要目的就是改善肌肉間的協(xié)調(diào)能力,從而改善專項(xiàng)肌力。

通過訓(xùn)練神經(jīng)肌肉系統(tǒng)產(chǎn)生的第1種適應(yīng)主要表現(xiàn)在肌肉間協(xié)調(diào)能力的改善,經(jīng)過2周每周4次的訓(xùn)練,這種適應(yīng)可趨于穩(wěn)定。第2種適應(yīng)是神經(jīng)支配機(jī)能的改善,提高了肌肉自身的協(xié)調(diào)性,堅(jiān)持6～8周的訓(xùn)練后可以觀察到這種變化[50]。除此之外,肌肉體積的增大是肌肉的第3種適應(yīng)性改變,其具有長期改善肌力水平的可能性,該情況下肌肉中具有收縮能力的成分增加,對于肌力增加具有重要意義。值得注意的是,由于性別和訓(xùn)練內(nèi)容的不同,肌力的增長率在大約9～12周以后會越來越小[4,10],這時(shí),教練員需要改變訓(xùn)練內(nèi)容,采用其他增加肌肉橫截面的訓(xùn)練,或提高訓(xùn)練強(qiáng)度,以更好地達(dá)到訓(xùn)練效果。

3 肌力診斷

大多數(shù)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目都離不開最大力量、速度力量和肌耐力這3種最基本的力量素質(zhì),只是不同項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行專項(xiàng)訓(xùn)練的側(cè)重不同,因此,運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中了解運(yùn)動(dòng)員的肌力情況對于運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練具有重要意義。肌力診斷(strength diagnosis)是教練員利用簡單、快速的測試了解運(yùn)動(dòng)員肌力情況的方法,可提高運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練效果、降低運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)。美國CSCS運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練專家提出了肌力診斷的流程(圖4),強(qiáng)調(diào)了循環(huán)往復(fù)的肌力診斷模式[51]。肌力診斷前,教練員應(yīng)對運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目所需的專項(xiàng)肌力進(jìn)行分析,結(jié)合該項(xiàng)目特點(diǎn)選擇對該項(xiàng)目較為重要的指標(biāo)進(jìn)行初測;隨后,對測試結(jié)果進(jìn)行分析,找出優(yōu)勢環(huán)節(jié)和薄弱環(huán)節(jié),制定相應(yīng)的訓(xùn)練計(jì)劃;訓(xùn)練一段時(shí)間后,教練員應(yīng)對訓(xùn)練效果進(jìn)行再評估,根據(jù)新的診斷結(jié)果修改訓(xùn)練方案,以此不斷循環(huán),優(yōu)化訓(xùn)練效果。

圖4 肌力診斷流程[51]Figure 4 Diagnostic pattern of muscle strength

下面就運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中常用的肌力診斷方法進(jìn)行匯總[52]。

3.1 最大肌力診斷診斷最大力量最常用的方式是等長收縮肌力測試,該測試使用等動(dòng)肌力測試裝置完成。根據(jù)力量—時(shí)間曲線的變化可以得到完成該動(dòng)作的初始發(fā)力率(IRFD)、最大發(fā)力率(MRFD)、最大等長收縮肌力(Fmax)和到達(dá)最大力量所需時(shí)間等要素(Tmax),由曲線可以計(jì)算受試者的初始發(fā)力率、發(fā)力率和最大等長收縮力量等要素(圖5)。除此之外,通過比較最大等長收縮肌力和最大離心收縮肌力之差,可以得到運(yùn)動(dòng)員的肌力差。如前文所述,該指標(biāo)代表肌肉的隨意收縮能力,可用來評價(jià)運(yùn)動(dòng)員的肌力水平和發(fā)展?jié)摿?訓(xùn)練水平較高的運(yùn)動(dòng)員該差值較小。然而,一部分研究者認(rèn)為最大等長收縮的方式是在準(zhǔn)靜態(tài)條件下完成的,不能很好地反映運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)態(tài)肌力[53]。因此,有學(xué)者仍推薦對運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行1RM測試,從而真實(shí)反映運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)態(tài)肌力情況。

圖5 等長收縮力量—時(shí)間曲線[1]Figure 5 Isometric contraction of the force-time curve

3.2 快速力量診斷跳蹲是一種較好地診斷和練習(xí)下肢速度力量的方式,即運(yùn)動(dòng)員在外加杠鈴負(fù)荷的情況下完成半蹲跳。圖6所示左圖為受試者雙腳在測力臺進(jìn)行負(fù)重半蹲跳示意圖,右圖為功率—負(fù)荷曲線,可根據(jù)拐點(diǎn)找到訓(xùn)練的最佳負(fù)荷[51]。該測試推薦在史密斯架上進(jìn)行,因?yàn)樗梢詫\(yùn)動(dòng)員進(jìn)行一定的保護(hù),并能控制跳躍動(dòng)作在垂直方向進(jìn)行。進(jìn)行該測試時(shí),運(yùn)動(dòng)員腳下的測力臺可以及時(shí)反饋跳躍高度、身體重心速度、地面反作用力和輸出功率等指標(biāo)。通過運(yùn)動(dòng)員不同負(fù)荷下的負(fù)荷—最大輸出功率曲線可以評估運(yùn)動(dòng)員的最佳負(fù)荷。很多研究發(fā)現(xiàn)該負(fù)荷是訓(xùn)練下肢快速量的最佳負(fù)荷。

圖6 快速力量的診斷和功率—負(fù)荷曲線Figure 6 Diagnosis of fast strength and power-load curve

3.3 反應(yīng)力量診斷反應(yīng)力量主要用跳深動(dòng)作進(jìn)行診斷[54],該測試要求運(yùn)動(dòng)員依次從不同的高度下落至測力臺,然后迅速跳起。利用騰空時(shí)間或騰空高度與腳接觸測力臺時(shí)間的比值,可以計(jì)算出反應(yīng)力量指數(shù)(reactive strength index,RSI)[35]。通過下落高度和反應(yīng)力量指數(shù)的變化曲線可以對比不同訓(xùn)練者的反應(yīng)力量水平,長期訓(xùn)練的人群具有較高的RSI指數(shù),該數(shù)值越高表明其反應(yīng)力量越好,并且反應(yīng)力量—跳深高度曲線的拐點(diǎn)就是訓(xùn)練該能力的最佳跳深練習(xí)高度[55]。如圖7所示,左下方是根據(jù)測力臺上的地面反作用力—時(shí)間曲線,利用騰空時(shí)間和跳躍觸地時(shí)間的比值可計(jì)算反應(yīng)力量指數(shù)。右下方曲線反映了不同訓(xùn)練程度的反應(yīng)力量情況,不同訓(xùn)練程度的人有不同的變化趨勢,曲線拐點(diǎn)處的跳深高度即為最佳訓(xùn)練高度[51]。

圖7 反應(yīng)力量診斷、RSI計(jì)算方法以及反應(yīng)力量—跳深高度變化曲線Figure 7 Diagnosis of reaction force,RSI calculating method and change curve of reaction force-depth jump height

此外,利用跳深運(yùn)動(dòng)還可以針對前文中提到的下肢剛度進(jìn)行計(jì)算。在人體中,剛度主要反映肌肉骨骼系統(tǒng)的彈性特征,特別是在下肢進(jìn)行跳躍、跑步等反射性運(yùn)動(dòng)時(shí),肌肉骨骼系統(tǒng)會像彈簧一樣進(jìn)行能量的儲存和釋放,該能量儲存和釋放的能力就是人體下肢的剛度,即身體接觸地面過程中垂直地面的反作用力峰值除以身體重心的垂直位移。研究證明,隨著跑速和步頻的增加,腿的剛度同步增加,隨著人體的衰老下肢剛度下降,且下肢垂直剛度的不對稱性與軟組織損傷有明顯的聯(lián)系[56-57]。因此,一定水平的剛度為最佳競技表現(xiàn)所需,教練員和運(yùn)動(dòng)員在日常訓(xùn)練中應(yīng)注意對該指標(biāo)的監(jiān)測。

針對一個(gè)團(tuán)隊(duì)運(yùn)動(dòng)員的診斷管理,這里推薦利用標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)(Z-score)對運(yùn)動(dòng)員的結(jié)果進(jìn)行比較和排序,以便發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)員在整個(gè)團(tuán)隊(duì)中的薄弱項(xiàng)(圖8)。由圖8可知,該受試者1RM和最佳負(fù)荷為正值,表明超過了團(tuán)隊(duì)的平均水平,推測該受試者具有較好的最大力量;但是,發(fā)力率和反應(yīng)力量指數(shù)低于團(tuán)隊(duì)平均水平,需要重點(diǎn)加強(qiáng)。該值的計(jì)算方法是:Z-score=(運(yùn)動(dòng)員成績-團(tuán)隊(duì)平均成績)/團(tuán)隊(duì)的標(biāo)準(zhǔn)差,它在-1～1,越接近于1表明在團(tuán)隊(duì)內(nèi)的水平越高。利用該評價(jià)方法,可了解運(yùn)動(dòng)員某一項(xiàng)能力在團(tuán)隊(duì)成員中的情況,并據(jù)此判斷運(yùn)動(dòng)員專項(xiàng)力量的優(yōu)缺點(diǎn)。值得注意的是,一段時(shí)間的肌力訓(xùn)練后教練員應(yīng)關(guān)注肌力訓(xùn)練的適應(yīng)性問題。未進(jìn)行過系統(tǒng)訓(xùn)練或剛起步的運(yùn)動(dòng)員,肌力發(fā)展具有很大潛力,訓(xùn)練效果增長較為明顯。隨著訓(xùn)練時(shí)間的延長,運(yùn)動(dòng)員會遇到平臺期,這時(shí)教練員需要通過改變訓(xùn)練計(jì)劃提高運(yùn)動(dòng)員的專項(xiàng)肌力[58]。

圖8 Z-score對某一運(yùn)動(dòng)員肌力能力的評價(jià)

4 結(jié)束語

運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中的肌力形式共分為最大力量、快速力量和肌耐力3種形式。從神經(jīng)生物力學(xué)角度分析,最大力量和肌肉的隨意收縮能力有關(guān),利用最大離心肌力和最大靜力肌力的差值可以判斷肌肉的隨意收縮能力。反應(yīng)力量是快速力量的重要表現(xiàn)形式,也是人體運(yùn)動(dòng)中肌肉的一種自然機(jī)能,運(yùn)動(dòng)員應(yīng)注重發(fā)展該能力,提高自身運(yùn)動(dòng)效率。肌耐力的提高需要改善中樞神經(jīng)系統(tǒng)和神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的抗疲勞能力,減少肌肉中代謝廢物的產(chǎn)生。3種力量形式的訓(xùn)練都遵循神經(jīng)肌肉適應(yīng)性原理,因此在增加肌肉維度的同時(shí),運(yùn)動(dòng)員應(yīng)注重訓(xùn)練自身肌肉間的協(xié)調(diào)和神經(jīng)支配能力。并且,教練員和運(yùn)動(dòng)員應(yīng)將肌力診斷始終貫穿于肌力訓(xùn)練之中,通過診斷發(fā)現(xiàn)問題,從而完善訓(xùn)練計(jì)劃,提高肌力訓(xùn)練效率。