振動力量訓練對跳遠運動員膝關節肌力變化影響的實驗

摘要：為了拓寬專項力量訓練途徑，豐富和創新力量訓練方法，通過振動力量訓練組(II組)和傳統力量訓練組(I)對比實驗研究來探索振動力量訓練對跳遠運動員下肢肌肉力量訓練效果的影響規律，為進一步振動力量訓練發展和應用提供實驗依據。實驗結果表明：振動力量訓練法能在同等的負荷條件下，能更有效地發展運動員膝關節屈肌群的最大力量、快速力量、爆發力，其中伸肌表現不明顯；振動力量訓練也提高了運動員的膝關節肌群力量耐力水平，同時使膝關節屈伸肌群得到協調發展。

關鍵詞：振動；最大力量；膝關節肌力；爆發力；力量耐力

中圖分類號：G804.6 文章編號：1009－783X(2011)06－0559－04 文獻標志碼：A

1 研究對象與方法

1.1研究對象

以首都體育學院田徑專選班男女二級跳遠運動員12人為研究對象，其中男8人，女4人，實驗前隨機分為2組，I組為“傳統力量訓練組”；Ⅱ組為“振動力量訓練組”：在傳統力量訓練中附加振動刺激；運動員的一般情況見表1，為了保證實驗的準確性，在實驗前通過t檢驗來驗證2組力量水平和相關指標，結果無顯著性差異。

1.2實驗方法

1.2.1實驗和測試儀器

韓國制造JET VIBE ETS-900N模式(如圖1所示)、Isomed3000等速測力系統(如圖2所示)。

1.2.2測試方法及指標

現在國內外的等速測試中，為了了解肌肉神經不同性能，一般選取30°／s～60°／s作為慢速測試，反映肌肉的最大力量，用60°／s～180°／s作為中速測試，反映測試者肌肉的最大作功能力；用180°／s～300°／s作為快速測試，反映肌肉工作的功率及耐力。

本實驗研究重點考慮60°／s的相對峰值力矩(峰值力矩／體重)來評定運動員膝關節的最大力量；選取快速測試時(180°／s和240°／s)的相對峰力矩來反映運動員膝關節的快速力量；選取180°／s和240°／s測試時的最大功率來評價運動員膝關節的爆發力；選取快速(180°／s和240°／s)的總功來評定運動員膝關節的力量耐力。

在實驗前1周、實驗開始以后第4周以及實驗后1周內，用Isomed 3000等速測力訓練系統測定膝關節在角速度為60°／s、180°／S、240°／s時等速向心收縮時的相對峰值力矩和相對最大功率、相對總功、屈伸比。

1.2.3實驗方案

1.2.3.1對照組實驗方案

男運動員：負重60kg半蹲提踵，20個／組，每次4組；俯臥姿勢，拉緊橡皮帶做快速屈膝后折腿練習，30個／組，每次4組；負重60kg，做靜力半蹲，60s／次，每次4組，每周訓練2次(星期二、星期四上下午)，共訓練7周；女運動員：練習內容同男生，但是較男運動員在重量上小5kg，數量上少5個，組數不變。

1.2.3.2實驗組實驗方案

II組訓練方案與I組一致，只是II組在振動臺上完成的練習，即在訓練過程中附加振動刺激且在實驗期間均保持振動刺激頻率范圍為30Hz，振幅6mm，加速度為20m／s²的振動刺激方案；其中振動時間為運動員完成每個練習的實際時間，同時在保證練習質量的前提下盡量減小實驗的時間。

1.3專家訪談法

通過座談、走訪的形式，就課題實驗設計、相關指標的選取、訓練方法和測試指標的確定以及后期數據處理等方面問題充分征詢了有關專家的意見。

1.4數理統計法

在實驗前、實驗中、實驗后運用SPSS17.0均值比較和非參數檢驗中配對t檢驗和獨立樣本的t檢驗對有關參數進行統計分析，均在95％置信區間進行檢驗及數據的處理。

2 實驗結果和分析

2.12種力量訓練方法對運動員膝關節肌力訓練效果的影響

2.1.1實驗前、中(第4周)和實驗后，膝關節屈伸肌群在不同角速度下等速向心收縮相對峰力矩的變化結果

峰值力矩(PT)是指在整個關節活動中肌肉收縮產生的最大力矩輸出，即力矩曲線上最高一點的力矩值。峰值力矩值與運動速度有關，隨著運動速度的增加，PT一般減小。PT是目前等速測試中最常用的指標，被視為等速肌肉測試中的黃金指標和參考值；但是，因受試者體重不同而個體差異較大，故大多采用峰力矩的相對值，使用相對峰值力矩(PT／BW)，即單位體重的峰力矩，它可以進行不同體重與人群之間的肌力比較。一般以角速度為60°／s的相對峰值力矩作為衡量運動員膝關節最大力量的指標，以角速度為180°／s和240°／s的相對峰值力矩衡量運動員膝關節快速力量的指標。

由表2、3可知，在角速度為60°／s時，實驗中、實驗后I組和II組的相對峰值力矩都有所增加，其中II組屈肌分別提高了13.57％和17.77％，組內比較具有顯著性差異(P<0.05)，伸肌則分別提高3.16％和2.04％，組內和組間比較無顯著性差異；I組屈肌在實驗中、實驗后分別提高了10.80％和10.36％，伸肌分別提高了6.80％和2.37％，組內和組間比較都無顯著性差異。這一研究結果說明，II組所采用的訓練方法對肌肉屈肌最大肌力的訓練效果要顯著好于I組。也就是說，振動刺激能更有效地發展運動員膝關節的最大力量。

在角速度為180°／s和240°／s時，I組和II組的相對峰值力矩都有所提高，I組在實驗中(第4周)屈肌增加了10.91％，組內比較無顯著性差異(P>0.05)，而伸肌提高了12.47％，具有顯著性差異(P<0.05)，實驗后屈伸肌都有顯著性提高(P<0.05)，分別提高了14.41％和21.58％；II組在實驗中和實驗后都有顯著性提高(P<0.05)，屈肌相對鋒力矩分別提高了15.80％和21.81％，伸肌群分別提高了7.45％和10.70％；II和I組屈肌相對鋒力矩組間比較具有顯著性差異(P<0.05)，伸肌無顯著性差異(P>0.05)。上述結果表明，振動刺激更有效發展運動員的膝關節屈肌群的相對鋒力矩——快速力量。

2.1.2實驗前、中(第4周)和實驗后，膝關節屈伸肌群在不同角速度下等速向心收縮相對最大功率的變化結果

等速測試下的肌肉收縮功率是力量、關節活動幅度的乘積除以時間的值，綜合考慮了力量、用力距離和時間3方面因素，因此，最大功率作為評定運動員肌肉爆發力的一個指標。生物力學研究中通常應用等速肌力測試中的180°／s和240°／s的最大功率來評價與診斷爆發力的大小；但是，因受試者體重不同而個體差異較大，大多使用相對最大功率，它可以進行不同體重與人群之間的最大功率的比較。

由表4、5可知，在實驗中，角速度為180°／s和240°／s時，II組的屈伸肌群相對最大功率都有所提高

(P<0.05)，I組雖有所提高，但是組內比較無顯著性差異(P>0.05)。

實驗后，II組在角速度為180°／s和240°／s時，屈伸肌群的相對最大功率顯著性提高，I組在180°／s和240°／s時，屈伸肌群的相對最大功率也顯著性提高(P<0.05)，但是II組屈肌提高的幅度尤為顯著(P<0.001)。上述實驗結果表明，振動力量訓練使運動員的膝關節屈肌爆發力顯著性提高。

2.1.3實驗前、中(第4周)和實驗后，膝關節屈伸肌群在不同角速度下等速向心收縮相對總功的變化結果

總功(TW)是反映肌群收縮過程中總體做功能力的重要指標。總功的提高從一定程度上反映了肌肉維持某一特定強度負荷或動作質量的能力的提高，即肌肉的耐力水平的提高。等速測試時候，通常選取角速度180～300°／s的總功來反映運動員肌肉耐力水平，但是，因受試者體重不同而個體差異較大，大多使用相對總功來進行不同體重與人群之間總功的比較。

從表6，7可知，在實驗中(第4周)，II組的相對總功均有顯著性提高外(P<0.05)；I組除了在240°／s伸肌相對總功表現出差異外(P<0.05)，其他的均未表現出顯著性差異(P>0.05)，這說明，振動力量在短期內更有效地發展了運動員膝關節肌群的力量耐力水平。

實驗后，在180°／s時，II組屈肌相對總功表現差異(P<0.05)，伸肌表現得不明顯；在240°／s，II組和I組屈伸肌群的相對總功都有所提高(P<0.05)；從增長率來看，II組屈肌大于I組屈肌，同時從實驗前、中、后的實驗的環比來看，振動力量訓練對發展膝關節的力量耐力水平效果比傳統力量訓練好。其機制可能在很大層面上得益于肌肉最大力量的提高以及神經肌肉協調性的改善。

2.1.3實驗前、中(第4周)和實驗后，膝關節屈伸肌群在不同角速度下等速向心收縮峰值力矩屈伸比的變化結果

峰力矩屈伸比值是代表膝關節屈伸的平衡指標，考慮到速度和力量的反比關系，在低速和中速的時候，更能體現屈伸肌的發展狀況，因此，選取180°／s和60°／s的屈伸比來看屈伸肌群是否得到協調發展，由表8，9可以看出：在不同的角速度下，I組在實驗中、后，峰力矩屈伸比均無顯著性差異，II組在180°／s和60°／s分別提高了9.83％和15.34％，組內比較具有顯著性差異(P<0.05)；同時從實驗前、中和實驗后的環比來看，峰力矩屈伸比值表現出一個增長的趨勢，說明振動力量訓練使運動員的膝關節屈伸肌群得到協調的發展。

2.2振動力量訓練對運動員膝關節肌力訓練效果影響的原因探析

從上面的分析可以看出，振動力量訓練整體上對運動員膝關節肌力訓練效果影響優于傳統的力量訓練，關于振動訓練產生這種結果的生理機制，由于實驗條件的限制，只能在相關文獻中去解釋、說明。

2.2.1振動力量訓練對運動員膝關節屈肌最大肌力影響的可能機制

1)振動力量訓練產生加速度。

由牛頓第二定律可以得知，在實際的運動過程中由于加速度引起的“超重”和“失重”，使負荷量在整個活動范圍內時刻發生變化，在“超重”階段運動員所承受的負荷量要遠遠大于實際承受的負荷量。由于振動刺激產生加速度，從而對人體造成更大的刺激，根據力量增長的超負荷原則，使得肌肉的形態結構機能得到改變，肌肉的最大力量得到更有效的發展。

2)振動對神經肌肉系統造成更大的刺激。

振動刺激作為一個外部刺激，在運動員接受振動刺激的運動過程中所受到的負荷量在時刻發生變化，對神經系統的刺激也時刻在變化，這樣神經系統也要不斷進行自身的調節以適宜運動的需要，最終增加了神經調節系統的反應能力和靈活性，提高機體的快速反應和應變能力。另一方面，振動刺激作為一種外在的刺激，能刺激肌肉的本體感受器，特別是初級肌梭Ia傳人纖維末梢的興奮性，其產生的動作電位經過單突觸或多突觸調節途徑反射引起梭外肌纖維產生收縮。由于振動刺激頻率使神經發放沖動的頻率加快和強度增大、皮膚感覺傳人沖動以及振動對耳前庭機械感受器和神經中樞機制等綜合因素的影響，在運動過程中高閾值的運動單位與低閾值的運動單位幾乎同時激活，從而提高運動單位的募集量和改善肌肉協調性的作用。

3)振動使肌肉生理生化發展變化。

Bosco等發現振動訓練后睪酮和生長激素的濃度提高，其中生長激素可促進肌肉蛋白質的合成代謝，增加肌肉體積和肌肉力量；皋酮具有刺激組織攝取氨基酸，促進核酸與蛋白質合成，促進肌纖維和骨骼生長，刺激促紅細胞生成素分泌，調節運動后肌糖原的超量恢復過程等具有重要作用；一些實驗結果還顯示，振動刺激10周后荷爾蒙、血液流速、氧運、運動中血乳酸濃度升高，皮質醇下降。同時在肌電圖測試中得出中樞神經系統募集肌纖維功能加強，微循環通過余振功能加強，促進新陳代謝功能。

2.2.2振動力量訓練對運動員膝關節爆發力的可能機制

1)振動力量訓練提高肌肉的內部協調性。

肌肉內部協調性包括主動肌、拮抗肌和協同肌等完成一個動作的所有整體行動的能力。Fox等發現振動刺激能同時激活腱器，它的興奮能加強伸肌的活性，在主動肌和協同肌快速而有力的收縮的同時，腱器的興奮使對抗肌及時地放松，提高了肌肉收縮的效率。

2)產生加速度和增加了神經調節系統的反應能力和靈活性。

振動力量訓練時，振動刺激一方面加速度使運動員所承受的實際負荷要大于訓練時的附加負荷；一方面能募集更多的運動單位參加工作，提高興奮性，有效地增強中樞神經系統的協調，提高了肌肉的反應能力和協調能力，其可能機制已在上面進行了探討，這里就不重復。

3)神經反射作用。

振動訓練在生理作用的機制上與增強式訓練法的牽張縮短循環(stretch-shortening cycle，SSC)類似。通過透過彈性與牽張反射的影響以達到刺激神經肌肉系統的效果，使肌肉產生較大的爆發力。

2.2.3振動力量訓練對運動員膝關節力量耐力影響的可能機制

振動力量訓練對力量耐力水平的促進作用可能在很大層面上得益于肌肉最大力量的提高以及神經肌肉協調性的改善。肌肉最大收縮力量的提高，使得張力一速度曲線右移，進而引起輸出功率的提高。在某種程度上，功率的增加會引起抗疲勞能力的增加，因為在一定絕對張力下，需要相對力量的百分比會減少，這就為主動重復性收縮運動提供了較多的儲備物；同時振動刺激引起運動單位高度緊張，而運動單位高度緊張下壓迫血管，從外部供給氧和營養物質，使之更長時間地工作，這種訓練效果可使得某些運動單位達到少緊張、多休息的效果，這有利于神經肌肉維持特定工作效率的能力；振動刺激還可提高肌肉內部協調性，使主動肌、拮抗肌和協同肌協調配合工作，節省能量的消耗，提高肌肉的力量耐力水平。上面幾點都是在閱讀國內外相關文獻基礎上，進行的一個概括和總結，其振動訓練的本質性生理機制還需要科研工作者的進一步探索。

3 結論

1)與傳統力量訓練方法相比，振動力量訓練更有效地發展運動員膝關節屈肌群的最大力量和快速力量的水平。

2)在角速度為180°／s和240°／s時，振動力量訓練使運動員膝關節屈伸肌群的爆發力較I組顯著提高。

3)振動力量訓練對發展運動員的力量耐力水平II組高于I組，且II組的屈肌力量耐力水平優于伸肌的力量耐力水平。

4)振動力量訓練使運動員膝關節肌群得到協調的發展。