阻力訓練及超等長阻力訓練對下肢肌肉活性和力量的影響

井蘭香，劉 宇，田石榴

1 前言

跳躍、踢球、短跑等項目成績的提高主要依靠下肢肌肉力量和爆發力的提高來實現。提高下肢肌肉力量和爆發力的訓練方法主要有兩種：較大負荷阻力訓練和中等負荷超等長訓練［18，6］。肌肉力量和爆發力是人體神經肌肉系統產生力的能力［17］，它的提高意味著機體對特定訓練產生了運動學和動力學的神經肌肉系統適應。

單次向心隨意收縮最大值（maximal voluntary contraction，MVC），常被用于評價肌肉力量的大小。表面肌電信號（surface electromyogram，SEMG）則被用于研究肌肉收縮過程中肌肉激活模式及其協調性。一般認為，肌肉力量增加，SEMG振幅也隨之增加，因此可以用來評價一段時間訓練后每塊肌肉完成動作任務的神經肌肉適應性［5］。超等長阻力訓練包括起跳和落地過程，能募集較多的肌群，通過改變運動所需肌肉力量和穩定性影響訓練的特異性和效率，改變每個肌群的力量輸出功能，從而顯著影響肌肉激活模式［15］。Lephart等［11］比較了阻力訓練與超等長訓練對下肢神經肌肉適應以及生物力學特征的影響，兩種訓練均能提高伸膝等速肌肉力量，提高伸髖肌預激活，超等長訓練對肌肉激活模式優于阻力訓練。下肢起跳和落地動作過程髖、膝、踝3個關節相互影響，主動肌激活的同時，拮抗肌共激活能增強關節剛度，阻止肌肉不協調收縮的發生［14］。對于阻力訓練和超等長阻力訓練肌肉力量以及肌肉協調性影響的差別，目前還鮮見相關研究。本研究通過測試二級籃球運動員8周阻力訓練和超等長阻力訓練前、后MVC，比較兩種訓練方法對肌肉力量的影響的不同，通過測試SEMG比較兩種訓練對下肢肌肉活性以及對拮抗肌共激活影響的差別。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

某競技學校16名男性籃球運動員自愿參與本實驗并保證完成訓練，隨機分為阻力訓練組（resistance training group，RT；n=8）和超等長阻力訓練組（plyometric weight training group，PWT；n=8）。其運動年限均在5年以上，運動等級為二級，無下肢關節肌肉損傷史。兩組年齡、身高、體重分別為：18.25±2.36歲，188.90±4.39cm，87.86±12.6kg；17.25±1.04歲，193.29±5.83cm，87.85±10.25kg。

2.2 實驗方法

2.2.1 實驗儀器

超等長阻力訓練器，KISTLER三維測力臺（瑞士KISTLER公司，9287B），通過數模轉換器與8通道SEMG信號采集系統同步連接。

2.2.2 訓練及測試方法

訓練前、后各一周內測試每位受試者下肢肌MVC值：以膝關節約90°位置雙腳與肩同寬半蹲于測力臺，肩抗杠鈴，調節訓練器械兩端保險杠至適宜高度以限制杠鈴桿上升，測試開始后受試者盡最大努力向上頂起，持續3s。測力臺采樣頻率為1 200Hz，所測數據曲線峰值即為MVC。

在實驗室對受試者實施8周，每周3次的訓練計劃，力量房及場地訓練日程不變，全程監控訓練過程。訓練開始前RT組完成10次30％MVC蹲起，PWT組完成10次10％MVC原地垂直蹲起跳（countermovement jump，CMJ），熟悉訓練過程及熱身。設定RT組負荷強度為70％MVC，肩抗杠鈴原地蹲起。PWT組負荷為30％MVC，肩抗杠鈴原地垂直蹲起跳。訓練組數為3組，每組10個，訓練時間20s，組間休息2min。MVC值在訓練4周后重新測定，訓練負荷值隨之調整。

訓練前、后兩組各完成2組6次重復實驗動作，測試SEMG。放棄第1組6次重復消除訓練開始和結束的運動可變性。沿著肌束方向將Ag/AgCl表面電極貼于脛骨前肌（tibialis anterior，TA）、腓腸肌外側頭（gastrocnemius lateralis，GL）、股直肌（rectus femoris，RF）、股外側肌（vestus lateralis，VL）、股二頭肌（biceps femoris，BF）的肌腹中間處的皮膚表面（圖1）。電極直徑1cm，兩電極間距2cm。脛骨粗隆表面皮膚位置作為0電極。用彈性繃帶牢固固定各電極，避免測試過程中移位，以減少噪聲信號干擾。肌電信號參數設置為增益（gain）1 000，采樣頻率1 200Hz，12字節，共模抑制比（common-mode rejection ratio，CMRR）為100dB。每塊肌肉做3次MVC（表1），持續6s，用于標準化肌電數據。

圖1 本研究表面電極粘貼位置示意圖

表1 本研究每塊肌肉MVC標準化位置一覽表

2.2.3 數據分析

比較兩種訓練方法的MVC值的差異性。兩種訓練組內比較訓練前、后MVC值是否具有顯著性差異，訓練效果用MVC值百分比的變化表示：Δ％MVC=（MVC后-MVC前）×100/MVC前。采用MVC比值比較兩組訓練效果的差別，計算方法為：MVC比值=MVCRT/MVCPWT。

1.Cangzhou MedicalCollege，Cangzhou 061001，China；2.Shanghai University ofSport，School ofKinesiology，Shanghai 200438，China.肌電值與MVC積分肌電最大值之比做標準化。計算髖、膝、踝關節周圍拮抗肌共激活（co-activation），以拮抗肌與主動肌標準化積分肌電比值［9，19］表示：股直肌與股二頭肌（RF/BF），腓腸肌外側頭與股外側肌（GL/VL），脛骨前肌與腓腸肌外側頭（TA/GL）。

3 數據統計

采用SPSS 11.3統計軟件進行雙因素方差分析（訓練方法×測試時間），身高、體重、年齡等一般資料比較采用t檢驗，組內比較（訓練前、后）用配對樣本t檢驗；組間比較（RT組與PWT組）用兩獨立樣本t檢驗。統計結果以±SD表示，顯著性水平為0.05。

4 實驗結果

MVC值訓練前、后比較結果如表2所示。組內比較訓練后兩組的MVC值以及MVC比值均顯著大于訓練前。組間比較訓練后RT組MVC值及Δ％MVC均大于PWT組。

表2 本研究受試者訓練前、后MVC比較一覽表

兩組訓練前、后各肌MVC最大肌電值沒有顯著性差異。訓練前、后6次重復實驗動作兩組標準化積分肌電如表3所示。RT組訓練前、后各肌肉平均EMG活性沒有顯著性差異。PWT組訓練后BF活性顯著升高，其他肌EMG活性顯著降低。組間比較，訓練前、后PWT組肌肉EMG活性均高于RT組。

表3 本研究6次重復實驗肌肉平均EMG活性一覽表 （％MVC）

訓練前、后髖、膝、踝三關節拮抗肌共激活如圖2所示，組內訓練前、后比較PWT組RF/BF和TA/GL顯著高于訓練前，GL/VL訓練前相比沒有顯著性差異；RT組RF/BF、GL/VL、TA/GL訓練前、后均沒有顯著性差異。組間比較訓練前PWT組與RT組RF/BF、GL/VL、TA/GL均沒有顯著性差異，訓練后PWT組RF/BF和TA/GL顯著高于RT組，兩組間GL/VL沒有顯著性差異。

圖2 本研究各組訓練前、后拮抗肌共激活示意圖

5 討論

力量訓練計劃需要在不同訓練器械和不同負荷條件下進行，研究不同訓練方法對肌肉激活模式的影響是十分必要的。本研究中，兩組受試者在同一訓練器械條件下完成兩種不同訓練，對訓練前、后的MVC值和肌肉激活模式進行了比較。為提高肌肉力量和爆發力，并能安全完成訓練計劃，應在較少的組數、適宜的重復次數和適宜的負荷條件下進行［13］。訓練前兩組MVC值沒有顯著性差異，訓練后RT組MVC值高于PWT組，提示，兩種訓練方法存在著訓練效果的差異。

兩種訓練方法的共同點是下肢肌肉是由離心收縮轉化為向心收縮的反復。RT訓練以蹲起動作為基礎，離心收縮轉換為向心的過程較緩慢。而PWT訓練是肌肉拉伸引起離心張力后迅速向心收縮，這種現象稱作拉長-縮短周期（stretch-shorten cycle，SSC）。從運動生物力學的角度來說，人體肌肉包括肌腱在內是一種黏彈性物質，黏彈性物質在受到迅速劇烈牽拉伸長時，能夠產生比其他任何方式的牽拉都要大得多的彈性回縮力。黏彈性物質如果是緩慢地被拉伸，或者拉伸以后停頓一段時間，它就會出現松弛現象，其彈性回縮力就會大大降低。PWT強調肌肉的迅速拉伸和迅速地回縮，能夠較好地利用肌肉這種黏彈性物質的力學特征。對肌肉反復長時間做SSC類型的刺激，即會使肌肉產生適應性，能達到發展快速肌肉力量的效果。

兩種訓練過程使受試者下肢處在不同的動力學條件下，PWT對下肢平衡能力要求高于RT，相對不穩定的訓練條件其力量輸出水平會較低［3］。表明不穩定動力學條件下產生的運動策略可能對肌肉力量的發展效果不顯著，因為肌肉活性部分用于維持身體平衡，消除不協調的肌肉收縮，減少動作的失誤［10］。實驗結果顯示，PWT組訓練后MVC值以及Δ％MVC都低于RT組，表明PWT訓練過程存在肌肉的重募集策略，意義在于降低不必要的凈關節力矩輸出，同時維持關節穩定性。

PWT訓練旨在提高下肢肌肉力量和爆發力，提高運動策略的適應。本研究中PWT訓練后運動策略的變化體現在了6次重復實驗動作的SEMG數據的變化上。運動學和時間參數的同步控制使得受試者具有統一整體的運動學特征。實驗動作的向心收縮階段，髖、膝、踝關節伸展，所測肌肉中主動肌分別為RF、VL、GL，拮抗肌分別為BF、GL、TA。RT訓練時動作較穩定，主動肌激活程度較高，拮抗肌則活性可降低，因RT訓練對動作模式的運動學控制要求相對較低。在PWT訓練過程中，會出現較高的拮抗肌共激活現象，抵消外部阻力產生的凈關節力矩［12］。因此，PWT需要比RT更高的肌肉活性才能完成動作任務。隨著動作的學習過程和訓練過程拮抗肌共激活升高［7］，PWT訓練可以使肌肉激活模式發生改變，肌肉間的協調性增強。PWT是以CMJ為基本動作的訓練方法，屬于多關節運動，運動過程中力量輸出通過肌肉傳遞給關節，需要BF和RF協同作用才能產生最優力量保證髖關節的伸展，過早的BF激活對整個動作的完成是不利的［15］。PWT組訓練后出現BF活性降低和RF活性升高現象，相應的結果是髖拮抗肌共激活提高，表明PWT優化了髖關節動作的肌肉激活策略。同樣原理，踝關節拮抗肌共激活升高，TA和GL之間協同作用，優化了踝關節肌的激活策略。

拮抗肌共激活的結果是引起拮抗肌共同收縮［8］，而拮抗肌共收縮的提高引起關節剛度提高。但只有關節剛度保持在適宜水平，關節穩定性才會得以加強［4］，否則就會引起關節損傷［16］。前期的研究發現，PWT訓練后髖、踝關節剛度得到提高，膝關節沒有顯著改變，因為身體負重后降低了膝關節的貢獻度，PWT訓練主要影響髖、踝關節肌肉的性能，對膝關節影響較小，主要通過增加髖、踝關節的剛度增加下肢穩定性［1，2］。

SEMG的實驗結果有助于解釋兩組MVC效果的差異。PWT組觀察到比RT組較高的肌肉活性，可解釋為拮抗肌以及一些起穩定作用的肌肉被激活參與動作控制，同時主動肌也處于較高的活性水平，共同完成維持關節穩定和身體平衡，而不僅僅是力量輸出［11］。RT組訓練前、后肌肉活性沒有顯著性差異，提示，運動策略沒有受到此種訓練方式的影響。

實驗結果表明，不同模式的訓練除了增加肌肉力量，還使得肌肉活性存在不同表現，肌肉之間的協調性在力量輸出過程中起著重要作用。PWT訓練為優化肌肉動作，適應動作策略，需要更高的穩定性，其動力學條件對提高肌肉間協調性比RT訓練更為有效。因此，PWT訓練與體育運動以及日常活動近似，不僅能致力于肌肉力量的發展，還能提高肌肉間協調性。

6 結論

RT訓練和PWT訓練均能顯著提高下肢肌肉力量，RT訓練對提高肌肉力量效果較PWT訓練顯著。PWT訓練有助于提高肌肉間協調性，可以優化肌肉動作的運動策略。

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