離心超負荷飛輪抗阻訓練綜述

翁盈盈，魏宏文

隨著競技水平和比賽密度的不斷提高，對運動員身體素質的要求也越來越高。力量素質是運動員體能訓練發展水平的重要標志之一，近年備受認同，并廣泛應用于各項運動訓練中，以實現既定目標（Lloyd et al.，2014）。力量訓練有許多模式和方法，通過調整多種變量來提高運動成績和機體的生理適應能力。傳統力量訓練大多使用自由重量和固定機械進行訓練。由于受到人體生物力學中力臂的影響，在傳統力量訓練過程中，肌肉在不同關節角度下所克服阻力的大小不同，肌肉在粘滯點所克服的最大阻力是肌肉向心收縮的最大負荷（Norrbarand et al.，2010）。因此，在傳統力量訓練模式中，肌肉的最大募集只發生在練習者即將完成不了動作的那一刻，在其余的收縮環節中只激活了少量的肌纖維。由于向心階段的力量限制離心階段的負荷強度的大小（Moritani et al.，1987），肌肉離心收縮可產生比向心收縮更大的力量（Alkner et al.，2003）。離心訓練相比于向心訓練具有能耗少、負荷大、訓練效果好等優點。離心訓練在增強肌腱剛度、促進膝關節的前交叉韌帶（anterior cruciate ligament，ACL）重建后恢復和增強心血管機能等方面也具有較好效果。相比于小負荷的離心訓練，大負荷強度的離心訓練在發展肌肉力量和肌肉圍度方面有更顯著的效果（English et al.，2014；Damasceno et al.，2015）。但是，傳統力量訓練在離心訓練階段無法提供較大的負荷強度，只能激活最大離心負荷的40%～50%（Dudley et al.，1991）。為此，科研人員和教練員不斷地探索新的訓練方法，以發現提高運動員最大力量和運動表現的“最佳”訓練方式。

近年，將離心收縮和抗阻訓練相結合的離心超負荷飛輪抗阻訓練成為力量訓練的熱點，這種能在離心階段提供負荷刺激阻力的訓練已被廣泛應用于各個領域。離心超負荷飛輪抗阻訓練利用飛輪片進行抗阻訓練，不涉及生物力學的杠桿問題，飛輪片旋轉的慣性使繩索在突然加速和控制減速中讓肌肉迅速充分抵抗阻力，使機體始終保持最大力量，加大離心力量的刺激，對不同程度力量的適應性強。由于不涉及生物力學的杠桿問題，因而既能保證最大力量，又能最大限度地發展肌肉離心收縮力，增加了抗阻訓練的多樣性。

1 離心超負荷飛輪抗阻訓練的概念

飛輪抗阻訓練器主要利用飛輪轉動產生阻力來進行訓練，其原理是系繩以Yo-Yo TM相似的方式纏繞在飛輪體上，通過肌肉做向心運動使繩子解開（繩子被拉直），繩子通過軸承連接飛輪，使其開始轉動并同時儲存能量，產生的動能會隨著轉動速度的增加而增加（Berg et al.，1994）。飛輪自身轉動的慣性會將繩索繞回于飛輪上，向心階段結束肌肉即刻做離心運動，隨即產生向心-離心的循環。在繩索重繞的離心階段負荷強度大于向心階段，即離心超負荷。

Francis Landes于1796年發明了全身運動悠悠球裝置（Yo-YoTM，飛輪抗阻訓練器的前身）。此裝置類似將悠悠球的底部固定，悠悠球的繩索不間歇地上下運動，利用慣性產生快速的加速、減速動力。August Krogh等在20世紀上半葉使用這一原理進行了一系列實驗探索，其主要方向是研究骨骼肌的生物力學。20世紀80年代，航天航空事業迅速崛起，但航天員在太空失重環境下造成的肌肉萎縮問題一直困擾著醫學界。傳統的杠鈴和啞鈴都不適用于太空失重環境，亟需一種能代替傳統杠鈴、啞鈴的抗阻訓練器械在太空失重環境下進行抗阻訓練，預防航天員肌肉萎縮問題。Berg等（1994）介紹了利用飛輪抗阻訓練器的慣性原理進行抗阻訓練，因其不依靠重力作用產生阻力，可使航天員在太空中進行力量訓練，防止航天員肌肉萎縮或力量下降，有效解決失重環境下對航天員骨骼肌產生的消極影響。Berg等（1994）在對飛輪抗阻訓練產生的肌肉變化的研究中，利用肌電圖分析發現該裝置能產生更大的離心收縮力，對增加肌肉力量效果更好。這項研究成果為航天航空事業提供了巨大的支持，為航天員太空飛行中的訓練提供了幫助，解決了航天員太空飛行的肌肉萎縮問題。

在此基礎上，科研人員又設計出了Inertial Training and Measurement System（ITMS）、Kbox（Exentric，Sweden）和Versapully（VP，Costa Mesa，CA，USA）等器械，使飛輪抗阻訓練器更方便地應用于各種運動平臺。這種訓練設備不僅適用于航天員訓練，還適用于各個領域。離心超負荷飛輪抗阻訓練在康復和損傷預防計劃中已成為較受歡迎的抗阻訓練模式（Askling et al.，2003；Fernandez-Gonzalo et al.，2014a；Romero-Rodriguez et al.，2011），同時，也被廣泛應用于競技運動項目（Hoyo et al.，2015a，2015b；Tous-Fajardo et al.，2016）的訓練中，彌補了傳統抗阻訓練向心階段和離心階段無法刺激肌肉最大化激活（Norrbrand et al.，2011；Yoshida et al.，2016）的弊端。現在的飛輪抗阻訓練設備加入了生物電阻裝置和藍牙傳輸程序，能對訓練數據進行實時監控，給予教練員實時反饋幫助，也可根據訓練需求和計劃有目的和針對性地發展向心或離心收縮力的大小，使運動訓練更科學。

2 離心超負荷飛輪抗阻訓練的作用機制

離心超負荷訓練能使機體承受更大的負荷，募集更多的運動單元。主要是因為使用飛輪抗阻訓練器進行訓練時，向心階段與離心階段產生的沖量是由力和時間兩個因素決定，即I=F×t。如果離心時用較短的時間（即較小動作范圍內）去抵抗向心階段產生的沖量，就會在離心階段產生更大的負荷（Berg et al.，1994；Tous-Fajardo et al.，2006）。也有學者認為，飛輪抗阻訓練產生離心超負荷是因為飛輪器械以慣性能量守恒的形式提供阻力，當練習者結束向心收縮即刻做離心收縮時，由于其迅速釋放向心階段儲存的能量，要盡可能快地回到原始狀態，所以在離心階段初期有著超大的角加速度和更大的力矩，需要練習者克服更大的阻力完成離心超負荷訓練（Tinwala et al.，2017）。

飛輪抗阻訓練器能在離心階段提供大約125%的向心負荷，并在每組訓練的每一個循環都能維持該比例，同時飛輪抗阻訓練器可產生動態變化的適應性阻力（Norrbrand et al.，2008）。飛輪抗阻訓練器所產生的阻力與練習者的發力程度正相關（Chiu et al.，2006），即在向心收縮時飛輪產生的轉動速度越大，飛輪儲存的能量越大，離心階段承受的負荷就越大，離心超負荷的訓練效果也更好（Sabido et al.，2017）。這要求練習者在每一次動作中都需要盡最大努力完成，才能產生最好的訓練效果。飛輪抗阻訓練器在訓練過程中從第一次訓練動作到最后一次動作都能發揮出最大力量（Norrbarand et al.，2010），隨著訓練的進行和練習者的身體機能疲勞情況變化，阻力的不斷變化為練習者的每一次訓練都提供了機體能夠完成的最大負荷（Berg et al.，1994）。

現有研究表明，離心超負荷飛輪抗阻訓練的優勢主要表現在以下兩方面：肌肉牽拉產生牽張反射和神經肌肉募集能力。

2.1 牽張反射

肌肉在被拉長的同時會產生較大的張力，稱為牽張反射。隨著離心收縮力的增加，肌肉會產生較大的張力，同時可顯著增加肌肉圍度。

Norrbrand等（2008）對17名健康男性進行5周飛輪抗阻訓練與傳統抗阻訓練，發現飛輪抗阻訓練使肌肉產生較大的離心收縮力，更好地提高肌肉運動能力，使肌肉圍度增加程度更大。Chiu等（2006）也認為，使用飛輪進行爆發力推舉訓練的效果優于傳統杠鈴訓練。Friedmann-Bette等（2010）發現，飛輪抗阻訓練器可更有效地發展Ⅱ型肌纖維，一個循環的飛輪動作通常會在一個非常短的時間內完成，產生動能消耗的時間被壓縮，因此會產生更大的離心峰值力和功率。Maroto-Izquierdo等（2017a）發現，飛輪抗阻訓練時較大的離心收縮產生牽張反射，刺激肌肉產生更大的張力，能更好地提高跳躍能力、跑步速度和爆發力。Maroto-Izquierdo等（2017b）將29名專業手球運動員隨機分成實驗組和對照組，進行為期6周的訓練，實驗組1 RM、反向縱跳（countermovement jump，CMJ）、靜蹲跳（static jump，SJ）顯著改善。

2.2 神經肌肉募集

神經肌肉募集可用離心利用率（eccentric utilization ratio，EUR）和力量發展速率（rate of force development，RFD）來評價。EUR表示各種運動項目和不同階段訓練中的拉長縮短周期（stretch-shortening cycle，SSC）運動表現，SSC反映下肢肌肉的拉長-縮短運動（楊麒，2019）。RFD表示單位時間內發力的速率，主要用以反映神經的募集功能（侯世倫等，2015）。李志遠等（2019）發現，短時間的SSC運動可改善神經系統提高肌肉的肌群RFD，并提高肌肉的快速發力能力。Fernandez-Gonzalo等（2014c）發現，離心超負荷飛輪抗阻訓練和傳統深蹲訓練后下肢肌群RFD的變化存在差異，離心超負荷飛輪抗阻訓練的RFD顯著優于傳統深蹲組。Stasinaki等（2019）對離心超負荷飛輪抗阻訓練進行快速和慢速的分組干預，發現快速下蹲組的RFD提高顯著。離心超負荷飛輪抗阻訓練的RFD在訓練后會顯著提高，神經系統募集肌肉能力、肌肉內、肌肉間協調能力也會提高，肌肉力量和收縮速度會增加。Fernandez-Gonzalo等（2014c）還發現，慢性中風患者進行飛輪抗阻訓練后，其步態、平衡等得到了提高，這可能是因為提高了神經系統對肌肉的動員和控制能力。

Taipale等（2010）發現，飛輪抗阻訓練對力量的提升并非源于肌肉結構的改變，而是源自對神經系統的適應，通過力量訓練激活神經及肌肉，更有效地募集運動單元，保持運動神經元興奮，減少對高爾基（Golgi）腱器官的抑制，顯著增強神經的適應性。換言之，飛輪抗阻訓練增加了對彈性肌肉能量的儲存和再利用的能力，對防止肌肉損傷有保護作用。飛輪抗阻訓練在離心收縮的后1/3發力，可在腘繩肌拉長的情況下承受更多的負荷刺激（Tous-Fajardo et al.，2006），這對預防肌肉拉傷有更好的訓練效果。

3 離心超負荷飛輪抗阻訓練的優勢利弊

骨骼肌通過收縮產生動作，肌肉收縮產生力，傳遞到肌腱，再傳遞到骨，最終使關節運動。肌肉運動反映在肌肉長度的改變可分為兩類：1）等長收縮，肌肉輸出力量但其長度不改變。2）動力性收縮，肌肉產生力量，使關節產生位移并改變肌肉長度。肌肉收縮時，長度變短的收縮稱為向心收縮，肌肉在收縮產生張力的同時被拉長的收縮，被稱為離心收縮（王瑞元等，2017）。離心收縮被證明在促進神經肌肉適應性等各方面具有一定的優越性（Nardone et al.，1989；Reeves et al.，2009）。使用飛輪設備進行訓練時，肌肉為了抵抗飛輪繩索轉動產生的力，不斷地進行向心-離心-向心-離心收縮的循環模式，肌肉先做離心式拉長，然后做向心式收縮，這種肌肉周期運動被稱為拉長縮短周期（stretch-shortening cycle，SSC）（Komi et al.，1987）。

與在離心和向心階段運動負荷相等的常規阻力訓練相比，飛輪抗阻訓練在離心階段的離心負載、阻力負荷以及適應動態變化的刺激下能更好地發揮自身優勢。飛輪抗阻訓練不僅能在向心收縮階段最大限度地激活運動單元，而且還能在離心收縮階段產生比傳統訓練方式更大的肌肉刺激。有研究指出，傳統訓練方式在離心階段只能提供最大離心負荷的40%～50%（Dudley et al.，1991），因此，傳統訓練方式無論在向心階段還是離心階段都無法對肌肉造成最大化刺激。而飛輪訓練器可以在離心階段提供約125%的向心負荷，并且每次肌肉收縮都可以維持該比例，相較傳統的慢速離心訓練也產生了更大的峰值力量（Norrbrand et al.，2008）。

此外，飛輪抗阻訓練還可有效降低運動員在激烈比賽中腘繩肌和股四頭肌拉傷的發生率（Askling et al.，2003）。Hoyo等（2015a）進一步證明，經過飛輪抗阻訓練后的足球運動員總受傷率下降，反向縱跳和20 m短跑能力也得到顯著提高。Gual等（2016）對4支籃球和4支排球隊伍中的43名男性和38名女性運動員隨機分為實驗組和對照組，進行為期24周的飛輪干預，發現飛輪抗阻訓練能夠增強個體下肢力量和跳躍能力，降低髕骨肌腱炎的癥狀。Owerkowicz等（2016）、Nú?ez等（2017）發現，同期進行飛輪抗阻與有氧訓練，在提高肌肉圍度和力量發展的同時可有效提高有氧能力，不僅能產生良好的神經適應性，還可更有效地提高糖酵解供能時的功率輸出。

離心超負荷飛輪抗阻訓練利用飛輪片和繩索進行阻力訓練，方位上可以在三維空間中任意運用，擁有執行更復雜或特定動作的可能性，還可改變力/速度的比值進而增加抗阻訓練的多樣性。

飛輪抗阻訓練的主要優點包括：1）預防肌肉拉傷；2）增強韌帶的強度和防止軟組織損傷；3）發展肌肉力量、促進肌肉肥大；4）顯著增強神經適應；5）有利于運動表現提高；6）基于現有研究表明訓練效果優于傳統訓練方法。

飛輪離心訓練器除了對運動機能的優勢外，還有其自身獨有的優勢：1）設備設計簡單，利用物理定律實現有效的離心超負荷訓練；2）在任何環境下（占地面積小）提供短時高強度的訓練；3）在三維空間中任意運用；4）集訓練和測試于一體，既可進行訓練，也可進行測試，還可實時觀測數據給予實時反饋。

但飛輪抗阻訓練也伴隨一些缺陷：1）器械訓練操作不夠靈活（一次只能一人訓練），對于集體項目來說較為繁瑣，需要耗費大量的時間成本；2）飛輪抗阻訓練的動態變化適應使強度不易控制，負荷方案仍有待建立；3）對于初期基礎薄弱學者容易發生安全問題（后翻現象），需要在專業人員監督下執行；4）器械費用昂貴，設備易損毀。

4 離心超負荷飛輪抗阻訓練的應用前景

相關研究強調提高離心力量的優點，離心訓練與向心訓練相比，在促進肌肉肥大和力量發展方面有更好的效果（Mendez-Villanueva et al.，2016）。離心收縮比向心收縮需要更低的代謝成本（Dudley et al.，1991），并且能誘發更高的Ⅱ型纖維（Duchateau et al.，2014）。離心訓練還可使高水平運動員的訓練效果提高（即在更短的時間內更好地適應）（Tesch et al.，2010）。在離心訓練的安排中，離心收縮和抗阻訓練相結合的離心阻力訓練成為研究熱點（Tesch et al.，2017），能提供離心負載的飛輪等慣性阻力訓練是眾多離心訓練中最廣為人知的一種，經常被應用于航天航空、人民健康和競技體育領域。其訓練作用已被研究證實（Croisier et al.，2002；Naczk et al.，2016；Onambélé et al.，2008；Ueno et al.，2020）。

4.1 離心超負荷飛輪抗阻訓練預防肌肉萎縮

飛輪抗阻訓練最初應用于預防航天員的肌肉萎縮。研究表明，飛輪抗阻訓練的獨特離心負載能增加磷酸果糖激酶的表現。Fernandez-Gonzalo等（2014b）指出，飛輪抗阻訓練能起到預防肌肉萎縮的作用，飛輪抗阻可激活更多的運動單元，還可在離心階段對機體產生更大的負荷強度，能很好地促使蛋白質合成、增加肌纖維長度和羽狀角大小。Fang等（2001）發現，利用飛輪進行阻力訓練可引起骨骼肌肥大，有益于肌肉力量發展和肌電活動募集。Fernandez-Gonzalo等（2014c）、Norrbrand等（2008）和Seynnes等（2007）同樣證明了飛輪抗阻訓練與傳統的抗阻訓練相比在引起肌肉肥大方面效果更佳，并可在訓練早期（3周）實現肌肉橫截面積的增加。Irimia等（2017）研究表明，飛輪抗阻訓練能抵消84天臥床所導致的肌肉代謝紊亂造成的肌肉萎縮問題。

4.2 離心超負荷飛輪抗阻訓練改善老年人生活質量

飛輪抗阻訓練在提高老年人的生活表現上有一定的優勢，在加強肌腱剛度、平衡能力的同時防止肌肉萎縮，對預防老年人摔倒有較大的幫助。Onambele等（2008）對年齡在70歲左右的受試者進行為期12周的飛輪干預，老年人的肌力、腓腸肌含量和伸肌功率有所增加，平衡性和肌腱剛度顯著提高。Brzenczek-Owczarzak等（2013）發現，飛輪抗阻訓練相比傳統訓練能更有效地改善老年人平衡能力，在短期范圍內有效提高女性老年人肩外展肌群的肌肉力量。Sarmiento等（2014）發現，飛輪干預有益于女性老年癡呆患者改善步態質量，提高踝關節伸肌和足底屈肌肌力。Lepley等（2015）的研究也得到類似的結論，研究將健康男性（70歲）分為兩組，同時進行飛輪抗阻訓練和高強度有氧訓練的干預，受試者8周后的肌肉張力和體積分別提高10%和5%。因此，對老年人進行飛輪干預不僅有效提高下肢肌肉力量和肌腱剛度，還能增強其神經肌肉適應性以及抵抗疲勞的能力。

4.3 離心超負荷飛輪抗阻訓練預防運動損傷

離心超負荷飛輪抗阻訓練可促進肌肉和肌腱適應，有利于提高運動表現并防止損傷。Askling等（2003）對瑞典超級足球聯賽的30名足球運動員中的一半球員在常規訓練基礎之上增加飛輪抗阻訓練干預，發現在整個賽季中飛輪干預組運動員的腘繩肌拉傷率顯著低于未接受訓練的球員。Coratella等（2016）研究發現，肌肉損傷一般有肌酸激酶（creatine kinase，CK）活性升高、股四頭肌等長峰值扭矩降低以及肌肉酸痛等特征。其對13名健康男性開展了為期4周的飛輪干預，結果發現，個體的肌肉酸痛感降低，股四頭肌峰值力矩和CK降低，這在一定程度上降低了運動損傷的發生。Monajati等（2021）進行了為期6周的干預實驗，比較了飛輪抗阻訓練和自重訓練對腘繩肌和ACL拉傷發生率的影響，結果表明，6周的飛輪抗阻訓練能更好地保護運動員免受腘繩肌和ACL的損傷，提高短距離沖刺能力。

離心超負荷飛輪抗阻訓練在肌腱損傷后恢復方面也顯示了有效性（Romero-Rodriguez et al.，2011）。飛輪抗阻訓練通過高強度離心負荷，短期、低量的訓練模式能有效提高肌肉-肌腱功能并降低主觀疼痛感（Niewiadomski et al.，2008）。

4.4 離心超負荷飛輪抗阻訓練提高運動能力

力量素質是運動員體能訓練發展水平的重要指標之一，是決定運動表現的關鍵因素，并在一定程度上決定著其他身體素質的發展。傳統的抗阻力量只能在向心收縮過程中的某一點才能出現力量最大激活（Niewiadomski et al.，2008），飛輪訓練利用旋轉飛輪的慣性，在耦合向心和離心肌肉動作過程中提供了離心過載和無限的阻力。因此，與傳統抗阻相比，飛輪抗阻訓練的效果更優。有研究證明，飛輪抗阻訓練在力量、爆發力、肌肉質量的增加和神經激活的提高等方面均優于常規抗阻的訓練效果（Fernandez-Gonzalo et al.，2014b；Lundberg et al.，2014；Norrbarand et al.，2010；Onambélé et al.，2008）。

飛輪裝置的使用在優化運動性能與提高競技運動表現方面也具有實際意義。Norrbrand等（2008）發現，在飛輪抗阻訓練5周后肌肉體積增加了6%，而傳統的重心訓練5周后，肌肉體積僅增加了3%。Gual等（2016）發現，在經過一段時間的飛輪抗阻訓練后，個體的下肢力量輸出會有所提高。Sarmiento等（2014）發現，一些與運動成績相關的參數，如線性沖刺、改變方向、反動作跳躍和單側三級跳遠的能力在一定程度上也得到了提升。

Naczk等（2016）對14名年輕的健將級游泳運動員進行持續4周的訓練，訓練安排為在常規游泳訓練的基礎上每周增加3次上臂肌群的飛輪干預。結果表明，經過4周的干預，實驗組的肌力增加了12.8%，爆發力增加了14.2%，運動員在100 m蝶泳和50 m自由泳的游泳速度顯著提高（Naczk et al.，2016）。Owerkowicz等（2016）對8名男性和9名女性運動員進行為期5周的飛輪抗阻干預，結果表明，3 RM強度提高18%，股四頭肌橫截面積提高10%。Hoyo等（2015a）對U17～U19青少年足球精英運動員進行為期10周、每周1～2次、每次3～6組、重復6次的飛輪半蹲干預研究，結果進一步證明了經過飛輪抗阻訓練后的足球運動員損傷缺席天數和總受傷率會降低；此外，反向縱跳和20 m短跑能力也得到了顯著提高。

5 現有研究的不足與未來研究方向

5.1 未來設計和實施飛輪訓練方法的系統指南

研究人員和實踐者需要對具體的運動方面提出明確的建議，如訓練周期、訓練時間、運動類型（運動方向、離心運動時的肌肉長度）、運動強度、休息間隔，有助于提高運動成績。這些方面可以通過設計良好的隨機對照試驗來解決，研究比較飛輪訓練和傳統阻力訓練的效果。

5.2 鮮見以女性運動員為被試的飛輪訓練研究

Maroto等（2017b）指出，鮮見招募專業女性運動員的研究，飛輪訓練在該群體中提高運動成績的有效性還有待驗證。年齡、性別、力量水平、訓練歷史等方面都會影響飛輪力量訓練的急性反應和慢性適應，這對運動員的訓練有重要影響。

5.3 飛輪訓練的優勢有待進一步驗證

飛輪訓練是傳統阻力訓練的有效替代方法，但尚無明確證據表明飛輪訓練在優秀運動員中的優越性。與其他阻力訓練方式相比，飛輪訓練提供了獨特的生理反應，因此，練習者應將飛輪和傳統阻力訓練結合在日常訓練中，以達到對運動員的最佳效果。未來的研究有必要確定健全的指導方針和構建關于飛輪訓練方法的客觀共識，以幫助研究人員、從業人員和運動員在日常實踐中實施飛輪訓練。

5.4 個性化訓練與監測

Weakley等（2019）討論了旋轉編碼器的負載量化問題，由于所用實驗程序的不一致，以及飛輪機器和慣性負載的多樣性，其可靠性存在疑問。在訓練實踐中，基于受試者的體能水平、運動員的專項，設計和實施個性化的飛輪訓練，并且進行訓練監控，能夠進一步提高飛輪訓練的效率，尤其是在損傷預防與康復方面，目前鮮見探索性的研究。

6 總結

離心超負荷飛輪抗阻訓練為力量訓練和預防損傷提供了新的思路和方法，其在激發運動員最大力量的同時能有效提高神經系統和肌肉功能，對高水運動員有很大幫助，并且在減少損傷和康復領域也有較好的成效。

我國對離心超負荷飛輪抗阻訓練的研究尚處于起始階段，仍需要不斷探索。在未來的研究中，可以應用在更多領域，針對高水平不同項目的運動人群確立相對優化的運動方案，制定合理的運動處方，打破以往運動過度或負荷不足的限制。