可變阻力訓練對爆發力影響的系統綜述

林奕貫，葉衛兵

爆發力是人體速度與力量的綜合表現（P=F×V）（田石榴等，2009；謝永民等，2017；James et al.，2018），是現代競技運動的關鍵性要素之一。競技勝負往往出入于毫厘之間，隨著競技水平的不斷提高，傳統訓練手段已無法滿足運動員對運動能力提高的需求。因此，力量訓練手段需要不斷優化，讓運動員能夠在盡量短的時間內獲得盡量大的訓練效益（茅鵬，2016）。

傳統的自由重量訓練所提供的阻力是恒定的，而人體力量的產生會隨著關節角度改變（托馬斯等，2011），這就導致了在進行恒定的阻力訓練中，當達到關節角度力量最薄弱點時，身體不得不做減速運動以克服外界的阻力，嚴重影響了爆發力的發展。為解決這一問題，誕生了一種彈力帶、鐵鏈與恒定阻力相結合的訓練方式。這種組合訓練形式最初是以鐵鏈與恒定阻力結合的形式應用在力量舉運動中。它是將鐵鏈掛在杠鈴的兩側，一部分與地面接觸，一部分懸空，當蹲下時大部分鐵鏈落至地面，站起時更多地鐵鏈懸空，以此為身體提供了一個漸進的阻力，從而克服運動中“粘滯區”（sticking region）的問題（Brian et al.，2004；Kompf et al.，2016），即運動范圍內因骨骼肌系統力量的薄弱點而產生減速運動的區域（Brian et al.，2004；Elliott et al.，1989）。隨著訓練效益被越來越多的訓練者證實，一些訓練專家和運動員用彈力帶替換了鐵鏈，補充了此類訓練形式，他們認為彈力帶與恒定阻力組合的訓練效益將大于單獨的彈力帶訓練或恒定阻力訓練（Joy et al.，2016；Wilsong et al.，2014）。而彈力帶和鐵鏈所提供的阻力具有變化的特性，會為身體運動帶來更大的不穩定性，因此，也有部分研究者將此訓練手段應用到康復領域（Lorenz，2014；McCurdy et al.，2009）。

鐵鏈、彈力帶結合恒定阻力訓練方式因其具有在運動范圍內阻力呈線性增加的特性，與關節力線相匹配，故將它稱為“可變阻力訓練”（Variable resistance training，VRT）（McCurdy et al.，2009；McMaster et al.，2009）。也有學者將其稱為“半等速訓練”（Foran，1985；McMaster et al.，2009；Stone et al.，2002），它與等速訓練的區別在于提供的阻力是為匹配關節在各個角度產生力量的能力，而無需在恒定速度的條件下。還有將此類變阻力手段譯為“調節阻力”（姚志珍，1998）。“可變阻力訓練”一詞由來已久，起初是為解決人體關節在各個角度的不同力矩而難以施加阻力的問題，發明了凸輪配重片訓練器以匹配關節在各個角度下不同的力矩，提高肌肉最大力量（托馬斯等，2011；Silvester et al.，1981）。但這種訓練器存在明顯缺陷，不僅價格昂貴，且訓練路徑完全固定，限制了神經肌肉協調的發展（Ebben et al.，2002；Foran，1985），因此普及程度不高。本研究主要針對彈力帶、鐵鏈與恒定阻力相結合可變阻力訓練形式，下文“可變阻力訓練”將特指這2種結合形式的訓練。

新的訓練方式誕生必然要進行科學的驗證以證明其有效性，因此本研究結合爆發力的定義以及現階段研究成果，提取最大力量、動作速度和功率輸出3個指標，綜述可變阻力訓練對爆發力影響的研究現狀，探討可變阻力訓練提高爆發力的機制，以更合理地運用到實際訓練中。

1 資料和方法

1.1 檢索策略

檢索了中文、英文公開發表的隨機對照實驗，以英文關 鍵 詞 variable resistance training、elastic、chain、power、Maximal strength、velocity、power output、power training、elastic band、variable resistance、chain training、stretch-shortening cycle等在 Pubmed、EMBASE、Cochrane Central和Sport Discus Databases文獻數據庫上檢索可變阻力訓練相關文獻。以爆發力、可變阻力訓練、彈力帶、鐵鏈、最大力量、動作速度、功率、等速訓練、離心訓練等關鍵詞，在中國知網、萬方數據資源系統進行檢索。

1.2 文獻納入和排除標準

本研究納入的文獻為所有針對可變阻力訓練的隨機對照實驗，在實驗中至少有一個組進行彈力帶或鐵鏈結合恒定阻力訓練。不對受試者的年齡、性別、訓練基礎、訓練周期、運動專項、身體成分等進行限制。排除標準：1）VRT非鐵鏈或彈力帶與恒定阻力結合形式；2）未進行長期干預；3）缺乏相關數據；4）重復發表。

1.3 文獻篩選與資料提取

文章的搜索和評估由2位研究員分別獨立地按照納入排除標準篩選文獻，如遇到意見不一則進行討論。首先用關鍵詞對文獻進行檢索，將檢索到的文獻用NoteExpress軟件剔除重復的文章；通過閱讀標題進行初次篩選，刪除與主題無關的文獻；通過閱讀余下文獻的摘要，排除綜述、與內容不相關、非實驗類文章以及VRT非鐵鏈或非彈力帶與恒定阻力結合形式的文獻；將復篩后獲得可能合格的文獻進行全文閱讀排除重復發表、缺乏相關數據、未進行長期干預的文獻；最終納入文獻11篇（圖1）。資料提取內容包括：作者、年份、受試人數、性別、年齡、訓練經驗、訓練手段、訓練安排、訓練強度以及主要研究結果。

圖1 文獻篩選流程Figure 1. The Lteratune Screening Process

2 結果

可變阻力訓練的研究大多為國外文獻，國內研究較少。相關文獻研究主要集中在運動訓練領域，研究對象多為有訓練經驗者，對無訓練經驗者的影響研究較少。本文主要研究可變阻力訓練對爆發力的影響，因此將主要參照可變阻力訓練相關研究中有最大力量、動作速度以及功率輸出3個指標的文獻進行綜述。根據納入排除標準，最終納入文獻11篇（表1）。

表1 納入研究基本情況Table 1 Basic Information of Included Studies

2.1 對最大力量的影響

最大力量是指肌肉通過最大隨意收縮抵抗或克服的阻力過程中所表現出的張力最高值，很大程度上決定著爆發力表現（田石榴 等，2009；Taber et al.，2016）。在本研究收集的文獻中，有10篇文獻涉及最大力量的指標，研究中訓練方式上肢主要為臥推，下肢主要為深蹲（表2）。

表2 訓練前后最大力量對比Table 2 Comparison of Maximum Strength before and after Training

研究者認為可變阻力訓練能夠解決恒定阻力訓練的缺陷，在當骨骼系統處于力量最薄弱的位置時，器械的阻力負荷處于最小值；而當骨骼系統處于力量最佳的位置時，外部阻力也會上升至肌肉所能承受的最大負荷，從而在為肌肉提供充分阻力的同時又一定程度上避免了運動速度的大量損失，提高了訓練的效益，更有利于最大力量與爆發力發展（Brian et al.，2004；Berning et al.，2004）。在可變阻力訓練與恒定阻力訓練對最大力量發展效果的對比研究中，部分研究顯示，可變阻力訓練的效果是優于傳統恒定阻力訓練的，還有研究對比中未見顯著性差異，也沒有發現很大的負面影響（黃鉅樺，2017；Andersen et al.，2015；McCurdy et al.，2009；Rhea et al.，2009）。一項針對兩者進行的Meta分析也顯示，可變阻力訓練能夠更有利于最大力量的提高，但他們認為這種訓練方式不適用于無訓練基礎的訓練者（Soria-Gila et al.，2015）。Joy等（2016）將可變阻力訓練應用于日常訓練計劃中，也驗證了這一點。Walker等（2013）通過研究發現，與恒定阻力訓練相比，可變阻力訓練更有助于最大力量的提升，但在肌肉圍度方面卻沒有顯著性差異，因此，他認為可變阻力訓練對最大力量的提高可能與神經肌肉的適應性增強有關。Mina等（2014）的研究也表示，用彈力帶結合杠鈴的方式進行熱身后，相對于沒有彈力帶組對后續的1 RM表現有更大的提高，由此得出可變阻力訓練對神經肌肉激活的效應更強。但近期又有文獻通過可變阻力訓練對最大力量影響的Meta分析指出，可變阻力訓練效果并沒有優于恒定阻力訓練（Nilo et al.，2018）。因此，可變阻力訓練對最大力量的發展還需更多證據支持。

為了追求更高的訓練效益，研究者對可變阻力部分與恒定阻力部分結合的比例做了定量研究，Wallace等（2006）通過實驗顯示，運動員在進行下肢訓練時使用85%的總負荷，可變阻力負荷占總負荷35%的阻力進行訓練會具有較高的訓練效益。其他研究也表明可變阻力部分占總阻力的15%～20%，恒定阻力部分占總阻力的80%～85%最有利于最大力量的發展（Andersen et al.，2015；Bellar et al.，2011；Joy et al.，2016）。以上研究多為研究者自身經驗的總結或是對VRT進行運動學與動力學方面的對比，可變阻力與恒定阻力最佳組合比例需要通過長期干預后對獲得的訓練效益進行對比研究。

綜上所述，長期采用可變阻力訓練會有助于最大力量的提升，但在不同的研究中還是存在一些矛盾，仍需更多的文獻支持，同時可變阻力訓練對最大力量發展的相關機制也需進一步研究。

2.2 對動作速度的影響

爆發力表現是速度與力量的有機結合，為發展爆發力，在負重訓練中應盡可能減少速度的損失（陳松等，1994），本研究檢索的文獻中有3篇進行了可變阻力和恒定阻力訓練前后動作速度的對比，對比指標主要是峰值速度和平均速度（表3）。

表3 訓練前后動作速度對比Table 3 Comparison of Velocity before and after Training

Rivière等（2017）的研究顯示，通過6周的可變阻力訓練和恒定阻力訓后，在35%和45%1 RM的阻力下平均速度未見顯著變化，而65%、75%以及85%3種強度在訓練后速度發展較為顯著，而恒定阻力訓練組動作速度在5種強度下都只有少量的變化。Ghigiarelli等（2009）分別對比了鐵鏈、彈力帶與恒定阻力結合組合形式和傳統力量訓練的動作速度，發現兩種可變阻力訓練組通過7周的訓練后，峰值速度都高于傳統力量訓練組。Cronin等（2003）研究顯示，實驗組在訓練后整體動作的峰值速度和平均速度均無顯著差異。

除了訓練前后的對比，一些研究也對比了恒定阻力訓練與可變阻力訓練在運動學與動力學方面的差異。有2項研究通過可變阻力訓練與恒定阻力訓練動作速度的測試發現，可變阻力訓練能夠減少速度的損失（Godwin et al.，2018；Swinton et al.，2011）。Stevenson 等（2010）分別對比了兩項研究中向心階段和離心階段的動作速度，結果發現在向心階段恒定阻力組的平均速度和峰值速度都顯著高于可變阻力訓練組，而離心階段的峰值速度可變阻力組顯著高于恒定阻力組。他認為可變阻力訓練雖然能夠增加整體的動作速度，但主要是對離心階段速度的提高，可能會限制向心階段速度的發展。同樣是對動作速度的測試，在對奧林匹克抓舉與挺舉的2項研究中發現，利用鐵鏈代替部分重量后相對于恒定阻力訓練，最大速度沒有顯著的差異，并且受試者還表示，將鐵鏈代替部分重量后練習反而更加艱難（Berning et al.，2008；Coker et al.，2006），這可能與練習動作中沒有較大的離心加速有關。由此可見，不同的動作可能會對練習效果產生不同影響。

綜上所述，可變阻力訓練能夠提高力量訓練中的動作速度，但現階段研究多是對動作平均速度和峰值速度進行測試，仍需更多地針對離心、離心-向心轉換階段的速度在長期訓練后的對比研究。

2.3 對功率輸出的影響

功率是指單位時間內做功的大小，等于施加于物體的力×力作用方向的速度（Newton et al.，1994），一些研究直接以功率輸出評價爆發力的表現（董雪芬，2014；黃達武等，2018），因此功率輸出是爆發力最為重要的指標之一。在本研究所搜索到的文獻中有6篇涉及了功率輸出指標，包括峰值功率和平均功率（表4）。

表4 訓練前后輸出功率對比Table 4 Comparison of Output Power before and after Training

Rivière等（2017）對比了加彈力帶與恒定阻力臥推訓練在各個重量中的平均功率，6周訓練后發現，彈力帶組在1 RM的35%、45%和65%重量時較訓練前有少量的變化，在1 RM的75%和85%重量有中等變化，而恒定阻力組5個重量都只有微小的變化。Anderson等（2008）安排每周3次共7周的訓練，結果顯示，可變阻力組效果顯著大于恒定阻力組，但在峰值功率方面未見顯著性差異。Shoepe等（2011）對受試者深蹲訓練后等速肌力進行比較，結果顯示，相對于無訓練的控制組，可變阻力訓練組的平均功率有顯著提高，而恒定阻力訓練組相對于控制組卻未見顯著性差異。在Rhea等（2009）的研究中，對比了可變阻力訓練與快速深蹲和慢速深蹲對峰值功率的影響，發現可變阻力與慢速深蹲相比有顯著差異，但與快速深蹲相比未見顯著性差異，這可能是增加彈力帶后對離心階段的加速有關。在Ghigiarelli等（2009）的研究中顯示，兩種可變阻力訓練形式對比恒定阻力訓練在峰值功率方面都未見顯著差異。Cronin等（2003）針對仰臥蹲跳的實驗結果表明，可變阻力訓練相對于恒定阻力訓練在峰值功率和平均功率的發展上都未見明顯差異。

有研究認為，功率最大化訓練（maximal power training，MPT）能夠增強訓練者的運動表現（段子才，2011），因此一些研究直接對比了可變阻力訓練與恒定阻力訓練在功率輸出上的差異。Wallace等（2006）采用總負荷為85%進行深蹲訓練，分別采用可變阻力占總負荷的20%和35%對比恒定阻力訓練對功率輸出的影響，結果顯示，兩種比例的可變阻力訓練功率輸出均大于恒定阻力訓練，另一項研究以硬拉動作為測試項目也有類似的結果（Swinton et al.，2011）。但是，Stevenson等（2010）同樣對深蹲動作進行測試，結果顯示，向心階段兩者峰值功率輸出未見顯著性差異。Godwin等（2018）以仰臥拋擲（bench throw）的方式進行上肢的功率輸出對比，結果表明可變阻力訓練與恒定阻力訓練兩者平均功率和峰值功率輸出都未見顯著性差異。可變阻力與恒定阻力之間的比例是否會對功率輸出產生影響也是一個值得探討的問題，Paditsaeree等（2016）的研究中采用高翻式拉起（clean pull）的動作對比了可變阻力訓練與恒定阻力訓練運動學上的差異，結果顯示，在T10（10%VR，90%CR）條件下具有較高的峰值功率輸出。

綜上所述，可變阻力訓練在運動學和動力學對比中存在很大的爭議，在長期進行可變阻力訓練可能會更有利于提高功率輸出。現有研究可變阻力訓練長期影響主要對深蹲和臥推進行，而不同的訓練手段可能會有不同的結果，因此仍需對不同的練習手段進行訓練前后的對比研究。同時，如何分配可變阻力與恒定阻力才能夠使功率輸出最大化也需要大量對比研究。

3 討論

可變阻力訓練被認為是既能提高最大力量，又能增強爆發力的訓練方式（Soria-Gila et al.，2015）。以上的研究表明，可變阻力訓練在最大力量、動作速度以及功率輸出方面會有更大的訓練效益。有研究對比了2種訓練后對縱跳高度的影響，但都未見顯著性差異（Andersen et al.，2015；Ebben et al.，2002；Joy et al.，2016）。黃鉅樺（2017）對比兩者通過8周訓練后在最大力量、縱跳以及發力率（Rate of force development，RFD）方面的變化，結果顯示，兩組訓練后可變阻力組僅有縱跳高度顯著高于恒定阻力組。可見不同的研究受各種因素的影響，不同的指標也會有不同的結果，可變阻力訓練對爆發力的影響尚需更深入地探討。

為了深入了解可變阻力訓練對爆發力的影響，有研究嘗試進行了力學機制分析。將骨骼肌系統杠桿作用在各個關節角度扭矩產生大小的規律大致歸納為3種力線形式：上升力線、下降力線以及鐘形力線（Baker et al.，2009；Blazevich，2007；McMaster et al.，2009）。上升力線指最大力量產生在運動范圍內后期的動作，如深蹲、硬拉、臥推等訓練；下降力線指最大力量產生運動范圍內前期的動作，如劃船、坐姿下拉等；鐘形力線是指最大力量產生在運動范圍內中間部分的動作，大多數單關節的運動是這種力量曲線，如肘關節屈伸、膝關節屈伸（McMaster et al.，2009；Wilsong et al.，2014）。理論上，在力量訓練中若外界阻力能夠匹配人體關節各個角度的最大力量，那么效果將會達到最大化（Brian et al.，2004）。然而，傳統的恒定阻力訓練因阻力的固定性，肌肉只能在小部分范圍內獲得最大負荷，因此限制了力量的發展。

在自由下重量中添加彈力帶與鐵鏈能夠為身體提供一個漸進的阻力，而阻力形式的變化必然會引起運動學及動力學方面的改變（Grimshaw et al.，2006）。Mcmaster等（2010）對不同規格的彈力帶和鐵鏈長度與負荷關系做了定量研究（圖2、圖3），彈力帶因其彈力的特性使長度-負荷呈曲線變化，而鐵鏈則是簡單的直線關系。訓練者在訓練中測出完成動作所需彈力帶或鐵鏈拉伸的總長度，并對應彈力帶或鐵鏈長度與阻力的關系，取可變阻力訓練運動范圍內的中間點阻力與恒定阻力相等，這就能夠讓動作后半部分獲得更大的阻力。此類阻力上升的形式與人體的上升力線相符，雖無法達到各個關節角度阻力的最大化，但能令肌肉在更大范圍獲得了相適應的阻力，一定程度上提高了訓練效益。同時，肌肉的離心階段隨著阻力的降低，提高了動作的速度，為之后向心階段儲存更大的彈性勢能（苗欣，2010；邵衍嘉，2015；Baker et al.，2009），這可能有助于提高肌肉的早期發力率以及功率輸出（Soria-Gila et al.，2015）。但是在一些項目中（投擲、跳躍等）決定爆發力表現的并非是開始階段的功率輸出，而是動作結束時的速度與力量（Kraemer et al.，2009）。可變阻力隨著重量的遞增，對于向心階段的動作加速度是否會產生負面影響需進一步研究。

圖3 不同直徑鐵鏈長度--負重量關系（根據McMaster et al.，2010研究繪制）Figure 3. Different Diameter Chain Length-weight Relationship

生理方面，研究者們認為可變阻力訓練能夠提高神經肌肉適應（Soria-Gila et al.，2015）。離心階段的加速預先牽拉肌肉，肌梭感知肌肉的長度變化后，使運動神經元產生興奮，骨骼肌纖維產生收縮速度加快，從而獲得更大的肌肉牽張-縮短-循環（Stretch-Shortening-Cycle，SSC）和牽張反射特性的利益（Aboodarda et al.，2014；Baker et al.，2009；Cronin et al.，2003；Siege et al.，2002）。牽張反射使運動單位激活的數目和神經發放的頻率增加，并充分利用肌肉被拉長后的彈性能，提高了肌肉在向心階段的收縮力量和收縮速度。收縮速度的增加也會引起肌間協調性以及同步性提高，Israetel等（2010）通過對深蹲訓練后股外側肌的表面肌電活動測量印證了這一猜想。但針對深蹲中股四頭肌和腘繩肌的表面肌電活動測量的研究卻顯示，可變阻力訓練和恒定阻力訓練兩者綜合肌電反應未見顯著性差異（Ebben et al.，2002）。此外，在動作后期阻力增加能夠為之后的離心階段提供更大的負荷，而大負荷的離心運動會更容易帶來肌纖維微損傷導致肌肉酸痛，若長期進行離心運動，肌纖維微損傷癥狀會大幅度減輕，從而提高肌肉抗疲勞能力。Walker等（2013）通過研究表明，可變阻力相對于恒定阻力在訓練后能引起更高的細胞外調節蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）和血清激素濃度，這些急性反應可能令肌肉獲得更大的抗疲勞性能。還有研究認為，離心性訓練后帶來的肌肉微損傷在修復過程中會增加肌節的數量（Brockett et al.，2001）。這將會有助于改善運動員的肌肉機能狀態，提高訓練者的最大力量和爆發力水平。

總之，現有的研究雖對可變阻力訓練運動力學和生理學機制做出了部分解釋，但大多是對其的一些推測，因此可變阻力訓練對提高爆發力的機制還尚不明確。各研究的結果普遍偏向正面的影響，可變阻力訓練是否在發展某些運動能力方面具有負面影響也需更多的研究與實踐。并且這2種訓練形式提供的阻力是上升的，此類變阻力訓練方式可能會被限制在人體上升力線的動作中，如何在下降力線和鐘形力線的動作中應用仍需進一步研究。

4 結論與建議

4.1 結論

通過對可變阻力訓練與恒定阻力訓練在最大力量、動作速度和功率輸出的訓練效益對比分析，可變阻力訓練相對于恒定阻力訓練對爆發力發展偏正向，這可能與神經肌肉適應提高有關，內在機制需進一步研究。

4.2 建議

可變阻力訓練阻力是漸變的，對爆發力的發展可能主要在于最大力量的提高以及離心-向心轉化速度的提升，而對于骨骼肌系統的持續加速能力可能會產生一定的負面影響，部分項目（跳躍、投擲、舉重等）應根據專項特點以及運動員能力發展的需求實施訓練。