衛(wèi)慷哲, 賈 誼

快速伸縮復合訓練(Plyometric Training, PT)是指讓肌肉在最短時間內達到最大力量的訓練方法。該方法含有預拉長或反向動作,并與隨后的快速、具有爆發(fā)力的動作相結合,這一過程也稱為拉長-縮短周期(stretching-shorten cycle,SSC)[1]。自20世紀50年代末,蘇聯(lián)學者Yuri erkhoshansky提出了“跳深”這一經(jīng)典的PT方法后[2],該訓練方法逐漸普及并沿用至今。PT不僅可以增強運動員的最大力量以及爆發(fā)力進而提高運動表現(xiàn),還可以在預防運動損傷和康復領域具有顯著療效[3]。面對如此廣闊的前景,我們需要從不同的角度進行深入研究,形成科學、成體系、完備的理論框架。

隨著20世紀80年代PT概念傳入中國,國內學者相繼對這一全新的訓練理念進行了探索和實踐。梳理文獻發(fā)現(xiàn),國內相關研究宏觀較多,深入微觀的研究較少。同時,實驗中樣本相似度較高、評估指標較為單一并缺乏長期跟蹤的研究成果。通過梳理國外對于PT的研究熱點與前沿不僅會拓寬體育學界對于PT的客觀認識,可以相互借鑒,彌補自身研究的短板。本研究利用Java計算機編程語言平臺開發(fā)的CiteSpace5.7.R5分析軟件,通過一系列可視化圖譜的繪制來形成對學科演化潛在動力機制的分析和學科發(fā)展前沿的探測[4]。以Web of Science核心數(shù)據(jù)庫中收錄的有關PT的文獻為數(shù)據(jù)來源,厘清PT的研究脈絡,并對該研究領域的發(fā)展趨勢進行展望。

1 研究方法與描述性分析

1.1 研究方法及數(shù)據(jù)來源

研究所需的數(shù)據(jù)來源于美國科學情報所研發(fā)的Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫。對于檢索詞的確定,本研究參考了國內外大量文獻的翻譯方式,進行了多次主題詞與表達式的組配,最終以“plyometric”“stretching-shorten cycle”和“drop-jump” 作為檢索主題詞。檢索文獻類型選擇“論文”,語言選擇“英語”,不限定發(fā)表年份。然后進行人工篩選,剔除無作者文章與重復文章后,最終獲取有效文獻2 927篇。在此基礎之上,利用CiteSpace軟件對相關文獻進行文獻共被引等內容的知識圖譜可視化分析,進而對PT的研究趨勢及主要研究熱點進行梳理。

1.2 文獻的描述性分析

1.2.1 文獻發(fā)表的時間趨勢從Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫檢索到關于PT不同年份的發(fā)文量(如圖1所示)情況可以看出,在1979～2022年的發(fā)文量呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢,表明該領域正逐漸成為運動訓練的研究熱點。Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫的相關文獻起始于1979年,并在2006年進入快速增長的階段,當前年均發(fā)文量超過200篇,說明PT領域相關研究已經(jīng)得到科研工作者與廣大教練員的足夠重視并逐漸進入成熟發(fā)展期。

圖1 PT文獻發(fā)表時間趨勢(至2022年12月)

1.2.2 高產(chǎn)發(fā)文國家/機構分析在CiteSpace軟件的分析參數(shù)設置中勾選Country(國家)和Institution(機構),運行軟件得到發(fā)文國家和機構的分布情況。表1為發(fā)文量排名前10的國家和機構。從發(fā)文國家來看,本研究納入的2 927篇文獻共來自81個國家,地域分布較廣,不同國家間發(fā)文量表現(xiàn)出較大差距。美國發(fā)文量遙遙領先,達到了719篇,中心性為0.22。其余各國主要集中在歐洲和大洋洲。從發(fā)文機構來看,澳大利亞伊迪斯可文大學的發(fā)文量高達97篇,中心性為0.2,位列第1。亞洲地區(qū)排名第1的科研機構是位于日本的立命館大學,發(fā)文量為18篇。值得注意的是,發(fā)文量排名前10的機構均來自高等院校,說明高?？蒲泄ぷ髡咭呀?jīng)成為PT研究領域的中堅力量。綜上所述,美國在PT領域的研究成果目前處于世界領先地位,其他發(fā)文量高的國家大多為經(jīng)濟發(fā)達國家或者體育強國,發(fā)文機構多為高等院校。

表1 PT研究論文高產(chǎn)國家/機構

1.2.3 相關研究的學科分布通過Web of Science中的學科統(tǒng)計工具對PT文獻的學科分布進行梳理,表明相關的研究具有明顯的多學科分布特點。圖2 為發(fā)表文獻前 10 位的學科。其中,體育科學的占比最高,為43%;其他科學和生理學占比分別為22%和11%,排名第2和第3。此外,工程學、神經(jīng)科學、骨科學、康復學、生物醫(yī)學等學科也有涉及,說明PT研究具有多學科交叉融合屬性。

圖2 PT的學科分布

2 研究脈絡分析與框架梳理

2.1 基于時間序列的研究脈絡分析

利用Citespace的時間序列分析功能對相關研究文獻關鍵詞用 LLR 算法進行聚類,可以顯示不同類別研究主題所集中的年份(見圖3)。同時結合關鍵詞突現(xiàn)圖譜(見圖4),進而梳理出PT研究的大致演進脈絡?？梢钥闯?快速伸縮復合心理訓練的相關研究起源于田徑訓練中的跳躍練習。隨著微觀理論和實踐的結合,進而關注更廣闊的應用場景與訓練人群,探求更高效的訓練手段。

具體而言,可以將PT的研究脈絡分為三個階段:第一階段主要研究的方向源自PT這一訓練方法的發(fā)現(xiàn)與定義。發(fā)現(xiàn)此運動方法能有效提高運動表現(xiàn)之后,進而研究潛藏的生理機制與力學原理。具體研究主題有人體神經(jīng)肌肉互動協(xié)調能力、骨骼肌和結締組織的積極適應。第二階段聚焦于PT的應用效果,此階段的研究主題多為對于不同類型的運動群體(如不同項目的運動員 、青少年、成年男性和女性等)在運動表現(xiàn)方面產(chǎn)生積極或消極的變化。第三階段則為一、二階段的拓展、延續(xù)和補充。主要包含水中或陸上不同環(huán)境效果的對比、運動損傷的防治、不同類型運動員運動處方的制定、訓練效果評估、在康復領域的應用等。通過以上三個階段的脈絡分析,我們發(fā)現(xiàn)PT領域的研究會隨著應用的創(chuàng)新而呈現(xiàn)出周期性的特征,再去研究其背后潛藏的機制,以便繼續(xù)拓寬繼而應用于實踐。

2.2 基于文獻共被引的研究框架分析

“文獻共被引”概念于1973年由蘇聯(lián)情報學家依林娜·馬沙科娃和美國情報學家亨利·斯莫分別提出[5]。文獻的共被引關系反映了文獻之間的研究方向或研究主題具有密切的關聯(lián),兩篇文獻共被引的頻次越多說明它們學術研究方向的關聯(lián)性越強。由此推而廣之,由多篇文獻間的共被引關系形成的文獻共被引聚類,反映了聚類文獻之間共同的研究方向和關注的熱點主題[6]。在文獻共被引網(wǎng)絡中,通常從施引文獻的標題、關鍵詞和摘要中提取標簽來表征該聚類的研究前沿[7]。

通過CiteSpace的文獻共被引功能對相關研究文獻用LLR算法進行標題聚類,被引用量選擇Top 50,運行后得到共被引網(wǎng)絡聚類圖譜(見圖5)。通

圖5 快速伸縮復合訓練的文獻共被引聚類圖譜

過聚類結果分析發(fā)現(xiàn),Modularity Q=0.912 8,Mean Silhouette=0.949 2,兩個值都非常接近1,說明此次聚類分析可以清晰界定各個聚類的主題與特征,因此可以認為本研究的聚類結果是合理的。剔除聚類中文獻過少和意義寬泛的聚類,共產(chǎn)生聚類35個。其中#0號聚類Physical fitness(身體健康、素質)是最大的聚類。聚類編號越大說明該聚類影響力越小。

基于上述對相關研究文獻的共被引聚類分析和關鍵詞時序分析,將現(xiàn)有PT的主要研究主題分為3個:PT的機制研究、運動表現(xiàn)的變化和疲勞、損傷與康復相關研究。雖然呈現(xiàn)3種不同的方向,但是卻聯(lián)系緊密、交叉融合。在此基礎上,總結出PT研究框架(如圖6所示)。

圖6 PT的研究框架

3 熱點研究主題與內容分析

3.1 訓練機制的相關研究

分析研究框架中相關聚類發(fā)現(xiàn),隨著PT的應用,相關的理論研究也都取得了較好的成果,體系也逐漸完善。訓練機制框架內涵蓋了4、10、17、19、20、32和34號聚類,具體的研究熱點集中在神經(jīng)肌肉系統(tǒng)、骨骼和肌腱對PT的適應等。

3.1.1 骨骼的適應眾所周知,體育鍛煉對骨量有積極的影響。尤其是在那些身體需要承受不斷變化的力量和應力的活動中[8]。由于PT與較高的地面反作用力相關,最多可達自身體重的七倍[9],所以這種類型的運動比較適合增加骨量。Witzke等人發(fā)現(xiàn),14歲左右的青少年在經(jīng)過9個月的PT之后,骨量會小幅度增加[10],此研究在訓練對骨骼適應方面具有開創(chuàng)性的意義。同時Heinonen等人的研究也印證了這個發(fā)現(xiàn)[11]。隨后Mackelvie等人的研究發(fā)現(xiàn),在經(jīng)過7個月的跳深訓練之后,青春期早期的女生會有更明顯的骨礦物質含量、骨密度和骨體積的增加[12]。綜合來看,PT對骨量的積極影響在青春期之前效果最好,其次是青春期前期和中期。此外,Petit等人彌補了上述研究的不足,創(chuàng)新性的采用雙能X射線吸收法來測定骨骼對于PT的積極適應[13],此測量方法的誤差僅為1%左右。該研究發(fā)現(xiàn),在進行9個月的訓練之后,股骨頸的骨礦物質含量和密度的增加大于腰椎、股骨轉子和近端。值得一提的是,許多近期的研究也證實了PT不僅可以增加青少年的骨量,還可以改善骨骼結構與強度[14,15]?？梢园l(fā)現(xiàn),研究者在訓練對青少年群體的骨骼適應方面已形成一定的共識,但對于成年、老年和患病人群的相關研究較少,可能成為未來關注的重點。

3.1.2 肌肉肌腱復合體的適應在PT這類包含拉伸-縮短周期的運動中,肌肉、韌帶和肌腱的彈性特性起到?jīng)Q定性作用。Alexander在其研究中也特別強調,肌肉與肌腱復合體的剛度在拉長-縮短周期的運動中起到了重要的作用[16,17]。剛度是一個物理學概念,用于研究物質的彈性,又可以理解為抵抗形變的能力。經(jīng)典力學中引用的剛度概念只適用于被動物體(如肌腱與韌帶)[18]。Komi等人對上述結論做了更詳細的詮釋。他們認為,肌肉肌腱復合體的剛度是影響拉長-縮短周期運動表現(xiàn)的主要因素[19,20]。具體來說,當肌肉肌腱復合體剛度較高時,在運動的伸展階段,可以更有效地存儲和釋放彈性能量,從而增強隨后肌肉收縮的力量產(chǎn)生和功率輸出[21]。此外,剛性較強的肌肉-肌腱復合體還可以減少能量損失,使更多的能量傳遞到骨骼上,從而提高運動的效率。Komi等人是首次開展此類訓練的力學實驗的研究團隊,這在當時具有里程碑式的意義。但Kubo的研究團隊卻提出了相反的研究結果。Kubo在最近的研究中發(fā)現(xiàn),受試者在經(jīng)過12周的PT之后,肌肉和肌腱發(fā)生了一些適應性的變化。其中在跳深測試的向心階段中,肌腱的伸長量和原動肌肌肉剛度有顯著的增加;降低運動中的肌腱滯后性。但在反向跳躍測試中,沒有觀察到肌腱、肌肉和神經(jīng)肌肉活動的改變[22]?？偟膩碚f,這些研究都表明PT對肌肉與肌腱有不同的適應性,且對運動表現(xiàn)的提高至關重要。雖然有不同的研究結果,但大部分的實驗還是表明一個更具柔性的肌肉和肌腱對PT這類包含拉長-縮短周期類的運動更有利。

3.1.3 神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的適應先前的動物研究表明,PT可能會引起訓練過的肌肉的類型改變。例如,Pousson等人提出,大鼠經(jīng)過PT之后,增加比目魚肌肌肉的剛度,并導致肌肉纖維類型從I型向II型轉變[23]。在之后的研究中,Silveira等人也發(fā)現(xiàn)了類似的結果[24]。但是與動物研究相比,人體實驗就少得多。檢索到的文獻中,僅有4篇論文的研究結果表示PT誘導了肌肉纖維類型從I型向II型轉變。但Isaacs等人在最近的研究中提出了相反的觀點,在進行了一段時間低強度的深蹲跳訓練之后,雖然伴隨著運動表現(xiàn)的提高,但是肌纖維類型并沒有明顯改變[25]。綜上來看,PT對肌肉類型改變這一研究主題還存在爭議,還需要未來更多的實驗來印證這一假設。

神經(jīng)肌肉的控制包含中樞和外周部分,在拉長-縮短周期運動中爆發(fā)力的提高起著決定性的因素,特別是在接觸地面之前的預激活階段和接觸地面之后向心向離心轉換的耦合階段[26]。值得一提的是,大多數(shù)研究團隊多集中在進行一段時間的PT之后,最大隨意收縮(MVC)和垂直跳躍期間表面肌電圖的變化。Chimera認為,在進行PT干預之后再進行跳深測試后發(fā)現(xiàn),腹股溝肌肉的預激活和收股肌與展股肌之間的協(xié)同激活程度顯著增加[27]。Kyrolainen團隊卻在隨后的兩項研究中得出了不同的結果。結果顯示,進行PT干預后,腿部肌肉的肌電圖和活動模式?jīng)]有改變[28]。Wu等人通過計算肌電圖信號的均方根值,并將其標準化為相應的M波,結果顯示,比目魚肌的EMG值明顯增加,而腓腸肌的EMG值沒有顯著變化[29]。此外,研究結果還顯示,這種增加不是由于M波幅度的變化所導致的,而是由于肌肉在PT后的改變所引起的。還有部分研究指出,當PT與傳統(tǒng)抗阻訓練相結合時,腿部伸肌的EMG信號的變化幅度比單獨使用PT更高[30]。

3.2 提高運動表現(xiàn)的相關研究

PT作為一種典型的拉長-縮短周期類動作,已經(jīng)被普及并應用到提高運動員的爆發(fā)力等運動表現(xiàn)的計劃之中。但經(jīng)過半個多世紀的演變與發(fā)展,許多教練員與科研工作者對該訓練的應用方式與運動表現(xiàn)的積極適應仍缺少系統(tǒng)的認識。本研究通過對聚類的分析發(fā)現(xiàn),在運動表現(xiàn)框架內,包含了0、3、6、7、11、12、15、18、21、24、27、29、37、40、43、50、72和90號聚類。通過聚類情況來看,可大致分為PT對跳躍能力、沖刺能力、靈敏能力和耐力表現(xiàn)的影響。

3.2.1 對跳躍能力的影響Markovic教授在其2007年發(fā)表的一篇關于“PT對縱跳表現(xiàn)的影響”的論文中提出,在青少年與成年運動員中,使用該訓練方式均能顯著提高縱跳高度[31]。該研究是本框架內較為有代表性的一篇研究,其首先總結出PT似乎對任何年齡段的運動員都有跳躍表現(xiàn)的提升作用。同時Markovic還強調,該訓練方法存在著諸多影響因素,這些因素在應用時也應該被充分考慮與控制,例如訓練的時間和強度。隨后Kellis等人的一項薈萃分析也印證了這一猜想并做出了補充,無論先前是否有過訓練的經(jīng)歷,PT都會對其跳躍表現(xiàn)產(chǎn)生積極的適應,但訓練年限或訓練水平較低的人群在訓練后的提升明顯大于訓練年限和水平較高的人群[32]。之后Claudino等人對上述的研究進行了深入,他發(fā)現(xiàn),通過在訓練前測試縱跳水平來調節(jié)之后的訓練容量是一種比較科學的方式,為了獲得同樣的訓練效果提升,訓練前測試成績越低的人可能需要的訓練量越大[33]。但是該研究也存在著一些局限性,訓練前的測試水平受到諸多因素(個體天賦或起點水平)的影響,并不能一概而論,因此還需要根據(jù)個體的實際情況來指定訓練量,不能簡單理解為訓練前表現(xiàn)越好的人需要的訓練量越小。在最近的研究中,Aloui等人創(chuàng)新性的將彈力帶與PT相結合發(fā)現(xiàn),這種訓練方法可以有效提升運動員的垂直與水平跳躍能力[34]。總的來說,對于跳躍表現(xiàn)的研究,垂直類跳躍的研究要遠遠多于水平類跳躍的研究。

3.2.2 對沖刺能力的影響運動員的沖刺能力在體能類主導的項群中具有決定性的意義,產(chǎn)出了大量的研究成果,形成了該框架內較為熱門的研究方向之一。Rimmer等人通過對18名大學生田徑運動員的測試發(fā)現(xiàn)[35],經(jīng)過6周的PT,他們在短跑過程中的加速度和最大速度相比傳統(tǒng)訓練組都有了顯著的提升。Salonikidis通過將PT與傳統(tǒng)網(wǎng)球訓練結合發(fā)現(xiàn),這種組合訓練的方式可以有效提高縱向以及橫向的沖刺能力[36]。Wagner等人則是通過多元分析法,發(fā)現(xiàn)PT與垂直跳躍高度、爆發(fā)力和加速能力等變量之間存在較強的相關性,這些變量的綜合表現(xiàn)可以較好地反映運動員的無氧能力水平[37]。通過梳理此類文獻得知,大部分的研究結果都指向PT對沖刺能力有著積極的影響,尤其是在加速階段(10m-55m)表現(xiàn)更為明顯。同時部分研究還特別指出,較高的訓練頻率與單次訓練時長可能有助于短跑能力的提高[38]。但這項研究對于具體訓練計劃的實施并沒有給出明確的意見,因此需要更多的實驗數(shù)據(jù)來驗證。

3.2.3 對靈敏能力的影響Miller等人2006年的研究在該類別中具有較大的影響力與開創(chuàng)性。該研究通過對26名普通大學生進行6周的PT(單腿跳、深蹲跳和側向跳等)之后發(fā)現(xiàn),伊利諾伊敏捷測試表現(xiàn)提高了2.93%,通過測力板觀察到改變方向時與地面的接觸時間減少了10%以上[39]。Forster等人在最近的一篇系統(tǒng)綜述中通過對比17項相關研究發(fā)現(xiàn),PT是提高運動員快速變向能力最好的訓練方法[40]。

3.2.4 對耐力表現(xiàn)的影響通過梳理聚類中文獻發(fā)現(xiàn),與耐力表現(xiàn)相關的研究涵蓋了長跑、越野滑雪與足球等項目。經(jīng)過研究對比,PT主要在跑步的經(jīng)濟性方面提高了運動員的耐力表現(xiàn)。Paavolainen等人早在1999年就開始了相關研究,研究發(fā)現(xiàn),在為期8周的爆發(fā)力訓練后,運動員5公里跑步時間平均減少了21秒,此外,跑步經(jīng)濟性和肌肉力量顯著提高[41]。由此我們可以推測,PT提高耐力表現(xiàn)的原因之一,可能是改變肌肉肌腱復合體的剛度。但是PT究竟如何改善機體的耐力表現(xiàn)以及影響的確切機制仍有爭議,需要更多的研究數(shù)據(jù)來予以驗證。

3.3 損傷與康復相關研究

通過文獻聚類框架我們可以看出,PT除了對肌肉、骨骼和運動表現(xiàn)方面的積極影響,同樣也對預防下肢損傷有著積極的意義。此框架內的聚類主要包含2、8、14、16和26號聚類。

Hewett等人對19名女大學生運動員進行PT干預后發(fā)現(xiàn),訓練可以降低運動員在跑步和跳躍等運動中的沖擊力,這可以明顯降低運動員在運動中受到壓力和損傷的風險[42]。此外,Hewett還提出,對于女性運動員來說這種訓練方法非常的重要。因為未受過訓練的女運動員的膝關節(jié)損傷發(fā)生率比受過訓練的女運動員高3.6倍,比男運動員高4.8倍,特別是前交叉韌帶的損傷[43]。這兩項研究也是為數(shù)不多的前瞻性研究,對其他研究有一定的指導作用,也將此類研究的視角轉向女性運動員。Chappell等人則是通過觀察受試者在進行運動時的動力學與運動學參數(shù),得出了PT在提高運動表現(xiàn)的同時也可以預防在運動種受傷的風險[44]。

最新的研究還發(fā)現(xiàn),通過PT可以有效地預防肌肉流失或老化[45,46]。但需要注意的是,PT是一種高強度的訓練方式,對于年齡較大或有肌肉問題的人來說,可能存在一定的風險。

4 理論體系的構建與研究展望

4.1 快速伸縮復合訓練理論體系的構建

PT是一種有效提高運動表現(xiàn)的訓練方式,其理論體系的構建涉及多個方面的研究。首先,需要深入探究該訓練的訓練原理和機制,了解其對神經(jīng)、肌肉與軟組織等方面的影響。其次,需要根據(jù)不同運動項目和訓練目標制定合理的訓練計劃和方法,包括訓練強度、訓練周期和訓練頻率等。此外,還需要考慮訓練應用的問題,將PT應用于不同的運動項目和人群中,探索其在不同運動領域中的作用和效果。在構建訓練理論體系的過程中,還需要綜合生理學、生物力學、解剖學和運動訓練學等多個方面的研究成果,進行綜合分析和整合,以達到對訓練理論的全面和系統(tǒng)的理解。同時,還需要加強訓練監(jiān)測和評估,通過運動生理學和運動生物力學等技術手段對訓練效果進行監(jiān)測和評估,及時調整訓練計劃和方法,以提高訓練效果和安全性。綜上所述,PT理論體系的構建需要全面考慮多個方面的研究成果,并進行綜合分析和整合。基于此,本文將PT的理論體系具體歸納為訓練的機制研究、運動表現(xiàn)、損傷與康復3個維度,并對每個維度的研究內容和相關熱門主題進行總結,如圖7所示。

圖7 PT研究的理論體系構建

4.2 快速伸縮復合訓練的未來研究展望

盡管PT領域的研究已積累了豐富的成果并形成了較為清晰的理論體系,但由于運動科學相關領域的迅速發(fā)展與其豐富的功能性,未來還有較大的研究空間,包含但不限于以下3個方面: 一是訓練監(jiān)測。未來的PT研究應該建立更加完善的監(jiān)測體系,通過結合了運動生理學和運動生物力學的技術手段對訓練效果進行監(jiān)測和評估,并結合個體差異和訓練目標等因素,制定個性化的、可及時調整訓練計劃和方法,以提高訓練效果和安全性。二是訓練應用。未來應該將訓練應用于更多的運動項目和人群中,探索其在不同運動領域中的作用和效果,為運動訓練提供更多的選擇和方案。三是在康復領域的應用。快速伸縮訓練在康復方面有著廣泛的應用前景,可以探究這種訓練方法對不同患病人群的康復效果與作用(例如脊柱、中風、骨關節(jié)疾病或肌少癥等)。