超低溫全身冷凍預冷卻對女子橄欖球運動員下肢爆發力影響的實證研究

徐萌 郎健 王長權 裴嘉文 徐媛媛 孫哲

摘要：選取12名女子橄欖球運動員作為實驗對象，實驗組6人10 min準備活動后進行超低溫全身冷凍（WBC，-120 ℃）預冷卻120 s，對照組6人僅做10 min準備活動，然后對WBC后即刻、10 min、20 min、30 min 4個時刻進行CMJ和SJ起跳高度和功率進行測試，對測試結果進行重復測量方差分析和多變量方差分析。研究結果：如果準備活動后進行WBC預冷卻作為提高神經肌肉興奮性的一種手段，對女子橄欖球運動員CMJ和SJ起跳高度和功率沒有產生促進作用反而產生抑制作用。WBC后即刻到WBC后30 min時間內，CMJ和SJ的高度值與時間呈顯著性二次方關系，即WBC后即刻縱跳高度下降并逐漸在第10 min時刻達到最低點，然后逐漸回升。WBC后第10 min時刻的CMJ和SJ的起跳功率值均達到最低值，然后逐漸回升。女子橄欖球運動員準備活動后進行WBC對CMJ和SJ這種單次努力完成的爆發性動作沒有促進作用。

關鍵詞： 超低溫全身冷凍；預冷卻；橄欖球；下蹲跳；蹲跳

中圖分類號： G 804.2文章編號：1009783X（2016）04037006文獻標志碼： A

超低溫全身冷凍技術（whole body cryotherapy，WBC），是讓受試者穿極少的衣服（一般只穿泳衣）暴露在可控的極冷空氣環境中（達到-100 ℃以下，一般是通過電腦可控的釋放液氮進行降溫），持續1～3 min[1]。其應用起源于日本，日本醫生山內俊朗在1978年開始對風濕病人的皮膚表面進行短時間的冷凍治療，以此來減輕病人的疼痛。20世紀80年代傳入歐洲，德國在1982年首次應用，而后1989年在波蘭被應用于醫療中來治療病人的多發性硬化癥、脊柱疾病及風濕類等一些疾病[2]。WBC過程中超低溫環境使得阿爾法腎上腺素受體刺激交感神經系統，導致人體外周血管急劇收縮，從而產生一系列的適應性變化，如能鎮痛、降低肌肉炎癥及增加組織修復時的血清標志物等[1]。有研究表明：高強度訓練、肌肉離心力量訓練和快速伸縮復合訓練后進行了WBC會降低因訓練而造成的肌肉酸痛和EIMD，最大力量、起始功率及膝關節最大轉矩和最大角速度都能較短時間內恢復到起始水平[34]；所以，近年來，WBC被運用到競技體育中的運動疲勞的快速恢復和運動損傷的治療等方面。

七人制橄欖球全場比賽14 min，上下半場各7 min，相比十五人制來說比賽時間更短、人數更少、空間更大；所以比賽強度更大，這就要求場上隊員要更加頻繁地加速制動再加速，需要有更好的下肢爆發力和變速變向移動能力[5]。準備活動（warmup）是在訓練或比賽的主體活動前，使機體逐步進入工作狀態，使身心為主體活動做好準備的系列身體練習和活動，目的就是通過各種練習，提高中樞神經系統的興奮性，加強各系統器官的機能活動。賽前和訓練前準備活動能使體溫升高，縮短神經反射時，降低肌肉粘滯性，加快肌肉收縮速度，提高中樞神經興奮性，大腦反應速度加快[6]。由于七人制橄欖球比賽時間較短，比賽強度較大，所以賽前和訓練前的準備活動至關重要，積極調動各個系統的興奮性和機能，使得運動員在較短比賽時間內更大程度地發揮技戰術水平。

預冷卻就是在比賽或訓練前對運動員進行預先適當的身體降溫處理，比較傳統且簡單易行的是穿冰背心、浸泡冷水等，運動員在較高溫度環境中進行浸泡冷水預冷卻能顯著提高耐力性，增加機體熱容能力，有效降低身體核心溫度，延長人體到達力竭的時間，尤其在長時間、較大強度的間歇性運動時[79]。

國外對WBC的應用較為廣泛，對運動員在訓練比賽結束后進行單次急性的和多次適應性的應用存在一定的研究基礎。目前，國內已有少數研究報道了WBC對高強度訓練后機體恢復有顯著性的效果，但是很少有文獻報道預冷卻方式的WBC應用于運動員的效果；因此，本研究試圖通過在女子橄欖球運動員訓練前運用WBC，觀察不同間隔時間對原地縱跳能力影響，了解作為準備活動時WBC對女子運動員下肢爆發力的作用，本研究假設為：準備活動結束后進行120 sWBC（-120 ℃）能提高女子橄欖球運動員CMJ和SJ的高度及功率。

1研究對象和方法

1.1研究對象

選取北京師范大學女子橄欖球隊12名隊員，所有隊員無WBC經歷，身體狀態良好，近期無傷病，無WBC禁忌癥狀。其中實驗組6人，對照組6人，實驗組在準備活動結束后進行WBC（-120 ℃）120 s，對照組準備活動結束后無任何干預。

1.2研究方法

1.2.1文獻資料法

運用Google學術搜索、CNKI搜索、Springer online搜索、Web of Science搜索等工具對“whole body cryotherapy”“cryotherapy”“cryostimulate”“precooling”“全身冷凍治療”等關鍵詞進行搜索，對近幾年國內外超低溫全身冷凍等方面文獻進行搜集，為研究提供理論支撐。

1.2.2數理統計法

運用SPSS 20.0軟件，采用重復測量方差分析（repeated measure ANOVA）對實驗組和對照組不同間隔時間對CMJ和SJ的影響進行統計學分析，采用多變量方差分析（MANOVA）對實驗組和對照組4個時刻CMJ和SJ比較。運用LSD對實驗組進行數據指標的后繼檢驗。

1.2.3實驗法

對受試者進行動態準備活動，分別在不同的時間節點上進行原地下蹲跳（counter movement jump，CMJ）和原地靜蹲跳（squat jump，SJ）。實驗當天，實驗組準備活動后進行WBC后即刻、WBC后10 min、WBC后20 min和WBC后30 min時刻，4個時間點觀察測試分析不同時間間隔后WBC對縱跳能力的影響。對照組在與實驗組相同的時間間隔完成4個時刻的縱跳測試。

對受試者大腿前側股四頭肌處皮膚表面，小腿后側腓腸肌處皮膚表面不同時刻進行溫度測量，并記錄觀察變化趨勢。

1.2.3.1準備活動

20 s開合跳，20 s原地跑，20 s后踢跑。10次下蹲前舉實心球（6磅，約為2.72 kg），10次弓箭步上舉實心球（6磅，約為2.72 kg），10次弓步轉體（6磅，約為2.72 kg）。動態拉伸：拉伸股四頭肌，股二頭肌，大腿內收肌，臀大肌，偉大拉伸。各2組。

1.2.3.2WBC預冷卻和縱跳測試

由于WBC設備和數字縱跳臺都只有一臺，而且每次只能對一個受試者進行測試，為了更好的控制間歇時間，所以把受試者分為兩人一組，共3組分別進行準備活動后WBC預冷卻干預和測試。當受試者完成準備活動后，換運動背心和短褲，帶手套穿厚棉襪保護好末端肢體，如果有微出汗則擦干身上汗水，進入WBC冷凍倉內，時間120 s，溫度為-120 ℃，從WBC冷凍倉出來后穿短衣短褲運動服進行測試。

運用芬蘭產HUR Lab數字縱跳臺進行CMJ和SJ測試，在進行CMJ時要求受試者雙手掐腰固定，抬頭挺胸、注意力集中、眼睛平視，當聽到指示后快速地下蹲到某一位置，立即盡全力向上起跳；在進行SJ時要求受試者雙手掐腰固定，抬頭挺胸、注意力集中、眼睛平視前方，受試者先屈膝屈髖到一個合適的起跳角度并穩定好，當聽到指示后快速地蹬伸盡全力向上起跳，要求不要有向下蹲的趨勢。測試環境溫度為26 ℃，濕度21%。

2研究結果

2.1縱跳測試

2.1.1CMJ測試

實驗組在準備活動之后進行WBC后即刻CMJ高度降低，當WBC后第10 min時CMJ高度降到最低，從WBC后第10 min CMJ高度回升，第30 min時恢復到起始水平，如圖1和圖2所示。

對實驗組和對照組進行重復測量方差分析（見表2），時間因素主效應及時間因素和分組因素交互效應的方差分析結果表明，時間因素沒有統計學意義（F=0.893，P>0.05），說明CMJ高度沒有隨著時間產生顯著性變化的趨勢；時間×分組也沒有統計學意義（F=0.952，P>0.05），說明時間因素的作用不

隨分組（實驗組和對照組）的不同而不同。主體間效應的檢驗結果說明，實驗組與對照組CMJ高度比較，差異沒有統計學意義（F=0.15，P>0.05）。

實驗組重復測量分析結果顯示5次測量（基礎值、WBC后即刻、WBC后10 min、WBC后20 min和WBC后30 min）隨著時間的變化呈現出二次方的趨勢（F=5.537， P=0.042）。

對實驗組和對照組各個時刻CMJ進行多變量方差分析，結果表明4個時間點的CMJ高度值均無統計學意義（P>0.05），說明在每個時間點上實驗組和對照組CMJ無顯著性差異。

實驗組WBC后10 min CMJ高度最低，比平均基礎值降低了4.64%，實驗組各時刻的CMJ高度值進行單因素重復測量分析對比，發現兩兩比較均無顯著性差異（P>0.05）。

對實驗組WBC后4個時刻的起跳功率進行單因素重復測量方差分析，結果表明WBC后起跳功率與時間沒有顯著性交互作用，各個時刻功率值與基礎值均無顯著性差異，其中WBC后第10分鐘時刻的起跳最大功率值降低幅度最大，相比基礎值降低了2.78%，見表3。

實驗組在WBC后即刻CMJ起跳功率比基礎值上升1.35%，WBC后10 min降低到最低值，比基礎值降低2.78%，WBC后20 min和WBC后30 min持續升高，但仍然低于基礎值，如圖3所示。各時刻起跳功率與基礎值均無顯著性差異（P>0.05）。

2.1.2SJ 測試

實驗組在WBC后即刻SJ高度均值由35.63 cm，下降到34.21 cm，降低1.42 cm，幅度3.99%。WBC后10 min時刻SJ高度到達最低值，下降到34.02 cm，降低1.61 cm，幅度4.52%，從第10 min時刻開始逐漸回升，到第30 min時恢復到基礎值水平，如圖4與圖5所示。

對實驗組和對照組重復測量方差分析（見表4），時間因素主效應及時間因素和分組因素交互效應的方差分析，結果表明時間因素沒有統計學意義（F=0.622，P>0.05），說明不同時間SJ高度無顯著性差異，SJ高度沒有隨著時間顯著性變化的趨勢；時間×分組沒有統計學意義（F=0.912，P>0.05），說明時間因素的作用不隨分組（實驗組和對照組）的不同而不同。主體間效應的檢驗結果，說明實驗組與對照組從總體來看無顯著性差異（F=0.079，P>0.05）。實驗組SJ高度與時間變化趨勢顯示呈現二次方（F=18.6594，P<0.01）。

對實驗組和對照組各個時刻SJ進行多變量方差分析，結果表明4個時間點的SJ高度值均無統計學意義（P>0.05），說明在每個時間點上實驗組和對照組SJ無顯著性差異。

對實驗組WBC后各時刻SJ高度值進行單因素重復測量分析進行兩兩比較檢驗，結果表明WBC后第10 min SJ高度與基礎值呈現顯著性差異（P=0.041，P<0.05），比基礎值降低了1.52 cm，比例為4.52%，如圖5所示。

對實驗組WBC后SJ起跳最大功率值進行單因素重復測量方差分析（見表5），結果顯示SJ起跳最大功率值與時間沒有顯著性交互作用；但WBC后第10分鐘最大功率值與基礎值呈現顯著性差異（P=0.04<0.05），比基礎值降低2.9%。

WBC后即刻SJ起跳功率值比基礎值略降低，比例為0.5%。WBC后10 min下降到最低值，比基礎值下降2.9%，并且與基礎值呈顯著性差異（P<0.05）。WBC后20 min與WBC后30 min開始上升，但均低于基礎值，如圖6所示。

2.2WBC后大腿和小腿溫度測量

對實驗組WBC前與WBC后不同時刻的大腿前側股四頭肌處皮膚表面溫度，小腿后側腓腸肌處皮膚表面溫度進行紅外溫度測量，室溫26 ℃。

由于不能測量WBC時的溫度變化過程，由現有的數據來看WBC后即刻皮膚溫度降到最低。在WBC后10 min溫度急劇上升，根據前人研究結果，WBC后最初5 min內皮膚表面溫度呈現對數式上升，在WBC后第10 min時刻大腿前側皮膚溫度回升到25.8 ℃，小腿后側溫度回升到25.2 ℃，在第10 min到20 min過程中緩慢回升到28.6 ℃和28.3 ℃，在第30 min時恢復到基礎水平。

3分析與討論

實驗組準備活動結束后進行WBC，對照組不進行WBC，結果發現在WBC后30 min時間內，實驗組CMJ和SJ的起跳高度與對照組均無顯著性差異，并且時間對CMJ和SJ起跳高度的作用均無顯著性差異。

實驗組WBC后即刻SJ的起跳高度和功率值均低于基礎值，CMJ的起跳高度低于基礎值，但起跳功率略高于基礎值；但與基礎值比較，均無顯著性差異。當WBC后10 min時刻CMJ和SJ高度和功率值均達到最低值，但是CMJ高度與基礎值無顯著性差異，SJ的高度與基礎值呈顯著性差異（P<0.05）。從整體趨勢來觀察，WBC后即刻到WBC后30 min這段時間內SJ和CMJ高度隨時間變化呈現二次方趨勢（P<0.05），其中最低值在WBC后10 min時刻。準備活動加入WBC預冷后對運動員縱跳能力沒有產生積極的影響，沒有產生預期認為WBC能刺激肌肉神經興奮，對縱跳有促進作用的結果。

前人研究表明預冷卻對短時間高強度的動作能產生影響，提高平均功率輸出，Marsh認為預冷能通過降低皮膚溫度從側面反映出皮膚血流量降低，從而增加身體內部和參與工作肌肉的血流量，而內部血流量的增加有利于參與高強度的運動[10]。Klimek對單次WBC后功率自行車進行高強度無氧工作能力測試wingate，測試發現能顯著縮短到達最大無氧功的時間[11]。另一項研究表明，運用功率自行車測試發現受試者在較暖環境中預冷后（穿戴降溫背心和在釋放3 ℃冷氣房里）比沒有預冷的功率輸出高17.8%[8]。以上研究均顯示，預冷卻能對短時間高強度動作有積極影響，但是對單次的高強度爆發力的動作來說沒有直接的研究證明。

WBC后最直接的表現就是皮膚溫度降低，由圖5可以看出：WBC后即刻大腿和小腿皮膚溫度均在10 ℃以下，急劇上升然后到平緩上升；但是皮膚溫度與肌肉溫度是不是呈正相關性，從而影響到肌肉收縮速度和力量。Racinais認為肌肉溫度與起跳高度呈正相關，當肌肉溫度下降后肌肉輸出功率和起跳高度降低，當肌肉溫度降低1 ℃，肌肉收縮速度降低2%～5%。Bergh認為肌肉溫度降低1 ℃，肌肉收縮力量降低4%～6%[1213] ，但溫度與肌肉收縮速度和力量影響程度不一致。Binkhorst認為快速肌肉收縮的動作比慢速肌肉收縮的動作更能受溫度的影響。Ranatunga認為在較高肌肉溫度中慢肌運動單位要先于快肌運動單位募集，而當在肌肉溫度低于25 ℃時則是快肌運動單位先被募集，實驗發現降低手部第一背側骨間肌肉溫度能降低由電刺激引起的肌肉張力，當低于25 ℃時其肌肉張力急劇下降[1415]。

另一方面，低溫改變了肌肉主動肌與對抗肌的協同激活作用，Oska發現當在低溫環境中肌肉向心收縮時對抗肌受激活程度顯著性提高，同時主動肌激活程度顯著性下降，這兩者就會造成“制動效應”， 主動肌活動下降，對抗肌活動增強，兩者疊加效果就會產生肌肉收縮時功率下降[16]。

WBC后最直接的表現就是皮膚溫度降低，由圖5可以看出，WBC后即刻大腿和小腿皮膚溫度均在10 ℃以下。在本研究中只簡單地連續觀測了WBC后4個時刻的大腿和小腿部位的皮膚表面溫度，沒有進行肌肉內部溫度的檢測；但Hardaker等研究發現，股直肌肌肉內部溫度與皮膚表面溫度呈負二次方關系，當用冰袋冷卻結束后皮膚表面溫度開始回升，但肌肉內部溫度仍然下降。這是因為人體表面組織從深層組織內吸收熱量，這就是為什么在冷卻后肌肉內部溫度是在皮膚表層溫度開始上升時才達到最低值[17]。由此可以推測：皮膚溫度與肌肉溫度不呈正相關性，也就是說，皮膚溫度在WBC后即刻快速升高，而肌肉溫度仍持續降低；但是Ranatunga早在1987年研究皮膚與肌肉溫度關系時發現肌肉內部溫度與皮膚溫度呈線性關系，t（肌肉溫度）=3.2+0.8t（皮膚溫度）[13]。Ranatunga檢測的手部第一背側骨間肌的皮膚和肌肉溫度，與Hardaker檢測股直肌在深層組織厚度和脂肪厚度上有一定的不同。這些是不是導致皮膚溫度與肌肉溫度關系的不同。Thomas也認為冰敷冷凍效果與冷凍時間、冷凍深度及肌肉與皮膚之間的脂肪組織厚度有一定關系。Costeloe等對肌肉內部探針直接測量發現：WBC后在60 min時間內持續下降并且第60 min時刻肌肉深度3 cm處的溫度降低幅度達到最大值為1.6 ℃，而這與皮膚表面溫度呈現負相關，也就是皮膚溫度從WBC后開始回升，而肌肉溫度仍然持續降低并在60 min后達到最低值[18]。這與Hardaker等的研究成果有一定程度的相似。

CMJ是下肢肌肉離心收縮然后向心收縮的快速轉換，與神經激活及肌肉彈性成分有很大的關系。研究認為，在10 ℃低溫環境暴露后，對快速伸縮復合練習中肌肉拉長階段產生積極影響增加了EMG活性[19]。Asmussen認為在進行快速伸縮復合練習前進行冷卻能提高工作肌肉彈性組織成分的EMG活躍程度[20]。Racinais認為熱環境和冷環境都能影響肌電活躍程度，熱環境能降低隨意激活，但是冷環境會改變主動肌和對抗肌的同激活率（coactivation）[14]。冷環境對肌電影響有不同的研究結果，Piedrahita 認為降溫以后能增加肌電振幅，Petrofsky認為環境溫度不會影響到肌電振幅，從而不會影響到肌肉力量[2122]。另一方面，Masae認為冷空氣導致的皮膚溫度降低，能影響運動單位募集閾值，實驗結果表明激活肌肉的皮膚溫度范圍在25～33 ℃，當皮膚溫度在25 ℃時運動單位募集閾值降低[23]。一些研究認為，當皮膚溫度低于25 ℃時，肌肉收縮就有更高的溫度靈敏性；而當皮膚溫度在25～35 ℃范圍時，就算皮膚溫度的降低，也不會導致肌肉運動單位激活程度的改變。本研究中，當WBC后即刻皮膚溫度在10 ℃以下，到10 min時皮膚溫度達到25 ℃，由此可以推測，當WBC后即刻到10 min時皮膚溫度始終處于25 ℃以下，肌肉募集程度降低造成的肌肉收縮力量和速度下降。CMJ強調了肌肉離心收縮后快速向心收縮的能力，也就是SSC（shorten stretch cycle），其中主要的一個因素就是牽張反射。Tarja實驗研究認為單次的WBC后能增加反射潛伏期中SL（short latency）的振幅，可以推測認為WBC增加了α運動神經元的興奮性和γ運動神經元的敏感性，認為當肌肉在冷環境中工作時能引發牽張反射增強[24]。低溫引起牽張反射增強，但另一方面低溫又引起了主動肌與對抗肌的“制動作用”及運動單位募集。就本研究來說，綜合最后的表現是CMJ高度先在WBC后即刻和第10 min降低，然后在10 min以后回升。

通過對前人研究分析發現，神經肌肉系統對溫度的反應是多方面的，既有溫度對肌肉收縮速度和收縮力量的影響，也有溫度對肌肉神經刺激和對肌肉激活程度的影響。在比賽和訓練前進行準備活動是為了提高肌肉溫度，使肌肉黏滯性下降，提高肌肉收縮速度和力量。本研究嘗試性地對運動員準備活動后進行WBC后發現，WBC超低溫對爆發力的影響因素很多，準備活動后肌肉溫度的上升和WBC后肌肉溫度下降的比例，肌肉溫度升高后又降低造成肌肉的柔韌性改變，主動肌和對抗肌協調程度。另外，受試者的樣本數量和主觀感受與努力程度不同，因此，WBC對運動員比賽和訓練前預冷卻效果的研究領域還存在很多研究空白。

4結論

準備活動后進行WBC（-120 ℃，120 s）預冷卻作為提高神經肌肉興奮性的一種手段，對女子橄欖球運動員CMJ和SJ起跳高度和功率沒有產生促進作用，反而產生抑制作用，并且兩者的起跳高度值在30 min內與時間呈現二次方關系，即U字形曲線關系，最低值在WBC后10 min時刻，第30 min回到起始值。準備活動后進行WBC（-120 ℃，120 s）預冷卻對CMJ和SJ這種單次努力完成的爆發性動作沒有促進作用；所以，在比賽和訓練前，尤其是需要下肢單次努力爆發的項目，要謹慎地進行，以免造成運動能力的下降。

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