不同阻力形式的快速蹲起對下肢力量的影響*

胡寶萍, 趙 陽

(1.浙江師范大學 行知學院，浙江 蘭溪 321100;2.永康實驗學校，浙江 永康 321300)

0 前 言

在快速蹲起力量訓練中，隨著肢體關節角度的改變，肌肉做功力矩隨之變化，肌肉所需的抗阻力量也不相等.傳統的杠鈴力量訓練不能隨著肢體關節角度的變化而改變施加于下肢肌群的阻力，存在著始終無法為肌群提供最佳負荷刺激的弊端.特別是“黏滯點(在關節活動范圍內，肌肉被動損失部分肌力，且做功效率最差的點[1])”克服時間過長，不利于伸肌離心收縮到向心收縮的快速轉換.在蹬伸期的后半階段，因肌肉發力的效率提高，而外部阻力不變導致“肌肉”不能獲得足夠的刺激，肌力輸出功率的減小影響了下肢力量的訓練效果.因此，為了達到訓練效果的最優化，我國相關人員探索著采用多種多樣的訓練方法，其中可變阻力的訓練方法(下簡稱為“變阻訓練法”)也被從國外借鑒而來，并從醫學的康復領域應用延伸到體育競技領域[2-3].

變阻訓練法是一種把彈力帶、鐵鏈與恒定阻力相結合的訓練方式，這種方法有助于激活更多的“運動單位”，從而提高爆發力和功率輸出，負荷的漸變能夠縮短肌肉牽拉-縮短周期，激發牽張反射效應，促進力的快速生成.近幾年來，國內外學者主要對臥推、靜止半蹲起、深蹲等變阻訓練法進行了研究，且已達到了一定的深度，但涉及可變阻力快速蹲(坐蹲)起的研究較少[4-10].鑒于此，本文試圖通過對受試者不同負荷形式快速蹲起的力學指標進行測試，從動作持續的時間、重心在垂直方向的速度、重心總速度、關節角速度的峰值、到達關節角速度峰值的時間、垂直地面反作用力值、力峰值出現的時間等進行了比較分析，以期從運動生物力學角度闡明“可變阻力”比恒定阻力的力量訓練更具有實效的可能性，最終為基層的力量訓練提供一種便捷、科學、實效的方法.

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

以可變阻力與恒定阻力下的快速蹲起為研究對象，選取浙江師范大學體育與健康科學學院2019級12名男生為本研究的受試者.

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料法

以“explosive power”“weight squats”“resistance exercises”“variable resistance”等為關鍵詞，在浙江師范大學圖書館的超星數據庫進行搜索，共查閱到2000—2019年間的相關文獻70余篇；在中國知網數據庫中以“爆發力”“負荷蹲起”“阻力練習”“可變阻力”等為關鍵詞進行檢索，共查閱到2000—2019年間的文獻50余篇.

1.2.2 實驗法

1)實驗前，向測試者說明實驗的目的、方法、期限、受益與危險等，讓其知情與自愿參加，且隨時可以退出；讓測試者熟悉實驗室的相關儀器設備與環境.

2)進行身體形態指標、1RM值(1 repetition maximum,指受試者只能舉起1次的最大負荷)的測試.

3)進行30%1RM和40%1RM這2種負荷的恒定阻力快速蹲起及可變阻力型(Ⅰ型：杠鈴+鐵鏈；Ⅱ型：杠鈴+彈力帶)快速蹲起動作的規范化、熟練化練習.

4)進行正式測試，并在3周內完成.測試時，用2臺高速攝像機(SONY DCRHC52E)攝取其動作.每種阻力形式測試間隔48 h，避免對后續測試造成影響.

身體形態指標測試.使用醫用身高體質量秤，測量測試者的身高、體質量、站立時肩高、半蹲時肩高及膝關節高度等身體形態指標.

1RM測試.人體1RM的測試方法有1RM直接測試法和多RM值推估法.前者針對具有抗阻訓練經驗和技術經驗的受試者而制定，后者適用于沒有訓練經驗的人群.本次實驗對象為體育與健康科學學院2019級男生，本研究采用1RM直接測試法.為確保測試結果的精準和減少意外，在1RM測試過程中，采用2名指導員對受試者進行保護，并判定動作合格或作廢，具體見表1.

表1 受試者身體形態指標一覽表 N=12

不同阻力形式下的快速蹲起測試.測試前，受試者先進行蹲起動作及相關的熱身.運動員上身穿背心，下肢穿統一的半彈力褲，腳穿統一的白色膠鞋，在2臺高速攝影機(SONY DCRHC52E)下站在三維測力臺(Kistler-9287B)上進行3種不同阻力形式下的快速蹲起練習.全身15個關節點粘貼紅色標志點(見圖1).

可變阻力調控.實驗中，鐵鏈長度和彈力帶拉伸長度是根據受試者直立時肩高、膝關節下蹲至90°時的肩高來調節.如受試者陳某某的1RM值為130 kg，30%1RM的恒定阻力杠鈴質量為39 kg；可變阻力型的可變阻力設置為10%1RM[11]，可變阻力的變動區間為0～13 kg，并通過加減鐵鏈與彈力帶長度，直至差值在13 kg左右為止.即直立時總負荷為52 kg，“中間點”(杠鈴從直立下蹲至最低點移動距離的中間位置)為39 kg，最低點為26 kg，具體見圖1.

圖1 可變阻力的鐵鏈、彈力帶及位置圖

高速攝像機拍攝頻率為25幀/s(解析時每幀分拆成2場，頻率為50場/s).測力臺的采樣頻率為500 Hz.高速攝像機錄制受試者快速蹲起過程的視頻，然后導入“SIMI-Motion三維運動解析系統”進行視頻剪輯分類及視頻打點，最終導出運動學參數，測力臺采集動力學參數.各測試順序為恒定阻力、可變阻力Ⅰ型、可變阻力Ⅱ型，2種負荷下各阻力形式蹲起3次，受試者全力完成每一次測試.各阻力形式間隔5 min.在測試中出現身體前傾或跳出測力臺，則判該次動作作廢.為保證受試者的安全及數據可靠性，測試中始終有2名指導員在旁保護.

1.2.3 數理統計法

運用SPSS 20對SIMI-Motion三維運動解析系統直接測得的動作時間、重心在垂直方向的速度、重心總速度、關節角速度峰值、到達角速度峰值的時間等數據,對由三維測力臺(Kistle公司生產)得出的垂直地面反作用力、力峰值出現的時間等數據進行統計學處理，并把得到的數據制成表格進行簡明的分析說明.

2 實驗結果

2.1 不同阻力形式下快速蹲起的運動學參數比較

2.1.1 不同阻力形式下不同動作階段時間比較

30%1RM負荷下的快速蹲起.可變阻力Ⅰ型的下蹲階段、蹬伸階段所用時間與恒定阻力及可變阻力Ⅱ型相同階段時間相比較，均存在顯著性差異，P<0.05.可變阻力Ⅱ型下蹲階段、蹬伸階段所用時間與恒定阻力相同階段所用時間相比，均不存在顯著性差異.

40%1RM負荷下的快速蹲起.可變阻力型的下蹲階段、蹬伸階段所用時間與恒定阻力相同階段所用時間相比，均存在顯著性差異，P<0.05.可變阻力Ⅰ型的下蹲階段、蹬伸階段所用時間與可變阻力Ⅱ型相同階段所用時間相比，均不存在顯著性差異(見表2).

表2 不同阻力形式下快速蹲起各個階段的時間一覽表 N=12

2.1.2 不同阻力形式下不同動作階段身體重心速度的比較

30%1RM負荷下的快速蹲起.下蹲階段，可變阻力型身體重心的垂直速度、合速度都要比恒定阻力相對應的速度大，可變阻力型身體重心的垂直速度、合速度與恒定阻力相對應的速度相比，存在顯著性差異，P<0.05；可變阻力Ⅰ型與可變阻力Ⅱ型身體重心的垂直速度、合速度相比，不存在顯著性差異.在蹬伸階段，可變阻力型身體重心的垂直速度、合速度大于恒定阻力身體重心的垂直速度、合速度；可變阻力Ⅰ型身體重心的垂直速度、合速度與恒定阻力相對應的速度相比，可變阻力Ⅱ型身體重心的合速度與恒定阻力的合速度相比，可變阻力Ⅱ型身體重心的垂直速度與恒定阻力身體重心的垂直速度相比，均存在顯著性差異，P<0.05，其他均不存在顯著性差異.

40%1RM負荷下的快速蹲起.下蹲階段，可變阻力型身體重心的垂直速度、合速度都大于恒定阻力身體重心的垂直速度、合速度，且均存在顯著性差異，P<0.05.可變阻力 Ⅰ 型身體重心的垂直速度、合速度與恒定阻力相對應的速度相比，不存在顯著性差異.蹬伸階段，雖然可變阻力型身體重心的垂直速度、合速度要大于恒定阻力相對應的速度，但二者相比均不存在顯著性差異(見表3).

表3 不同阻力形式下不同階段身體重心的速度一覽表 N=12

2.1.3 不同阻力形式下髖關節、膝關節、踝關節角速度峰值的比較

在快速蹲起的下蹲階段，受試者的髖、膝、踝關節的角速度峰值大小呈現出一定的規律.其各關節的角速度峰值由大到小依次排列為髖、膝、踝；角速度峰值大小依次為恒定阻力、可變阻力 Ⅰ 型、可變阻力 Ⅱ 型.在30%1RM負荷條件下，可變阻力 Ⅰ 型與恒定阻力的各關節角速度峰值相比較，膝、踝關節的角速度峰值存在顯著性差異，P<0.05；可變阻力 Ⅱ 型與恒定阻力相比較，髖、膝關節的角速度峰值存在顯著性差異，P<0.05，其他不存在顯著性差異.在40%1RM負荷條件下，僅有可變阻力 Ⅱ 型與恒定阻力的髖關節角速度峰值存在顯著性差異，P<0.05，其他均無顯著性差異(見表4).

表4 不同阻力形式下髖、膝、踝關節的角速度峰值一覽表 N=12

在蹬伸階段，無論哪種負荷下，可變阻力型與恒定阻力、可變阻力 Ⅰ 型與可變阻力 Ⅱ 型各關節的角速度峰值相比較，只有可變阻力 Ⅰ 型與可變阻力 Ⅱ 型的髖關節角速度峰值不存在顯著性差異，而其他所有的角速度峰值均存在顯著性差異，P<0.05.

2.2 不同阻力形式下快速蹲起的動力學參數比較

2.2.1 不同阻力形式下垂直力峰值及下蹲結束時刻力值的比較

在不同阻力形式下的快速蹲起過程中，力峰值、力峰值出現的時間、下蹲結束時刻的力值都呈現出一定的規律性，力值的大小與出現的時間由大到小依次為可變阻力Ⅰ型、可變阻力Ⅱ型、恒定阻力.30%1RM負荷條件下，可變阻力型與恒定阻力下的力峰值、力峰值出現的時間、下蹲結束時刻的力值相比較，均存在顯著性差異，P<0.05；可變阻力Ⅰ型與可變阻力Ⅱ型相比較，僅有力峰值存在顯著性差異，P<0.05，其他均無顯著性差異.

40%1RM負荷條件形式下，可變阻力型與恒定阻力、可變阻力Ⅰ型與可變阻力Ⅱ型相比較，力的峰值與下蹲結束時刻力值比較，均存在顯著性差異，P<0.05，而力峰值出現的時間均不存在顯著性差異(見表5).

表5 不同阻力形式下力峰值及出現時間與下蹲結束時刻力值一覽表 N=12

2.2.2 不同阻力形式下下蹲期與蹬伸期平均力值比較

下蹲期：無論哪種負荷下，可變阻力型的平均力值都比恒定阻力的平均力值要小，大小依次為恒定阻力、可變阻力Ⅱ型 、可變阻力Ⅰ型.可變阻力型與恒定阻力的平均力值相比、可變阻力Ⅰ型與可變阻力Ⅱ型的平均力值相比，均存在顯著性差異，P<0.05.

蹬伸期： 30%1RM負荷條件下，蹬伸期平均力值大小依次為可變阻力Ⅱ型、恒定阻力、可變阻力Ⅰ型；40%1RM負荷條件下，蹬伸期平均力值大小依次為恒定阻力、可變阻力Ⅱ型、可變阻力Ⅰ型.可變阻力型與恒定阻力的平均力值相比、可變阻力Ⅰ型與可變阻力Ⅱ型的平均力值相比，均不存在顯著性差異.

無論在哪種負荷條件下，可變阻力型蹬伸期與下蹲期的平均力值比值均大于恒定阻力型蹬伸期與下蹲期平均力值的比值，比值大小依次為可變阻力Ⅰ型、可變阻力Ⅱ型、恒定阻力.

表6 不同阻力形式下下蹲期與蹬伸期的平均力值一覽表 N=12

3 討 論

3.1 恒定阻力與可變阻力形式下的快速蹲起對下肢爆發力的影響

3.1.1 不同階段的時間、速度與下肢爆發力的關聯分析

下蹲階段時間：實驗結果顯示，可變阻力型的下蹲階段時間、膝關節最大屈曲“時刻”的時間都比恒定阻力相同階段的時間要短(30%1RM負荷條件 Ⅰ 型所用時間最少)，二者具有顯著性差異P<0.05.隨著下蹲動作的持續進行，可變阻力型的負荷(更多的鐵鏈觸地、彈力帶松弛程度加大)隨之變小，且越來越小(13～0 kg)，下肢肌群所需的抗阻力也相應減小.當受試者膝關節位于90°(此時，股四頭肌最難發力，阻力臂最大)時，可變阻力型的負荷要明顯小于恒定阻力的負荷，30%1RM可變阻力 Ⅰ 型的負荷最小，30%1RM可變阻力 Ⅰ 型股四頭肌所需要的抗阻力最小，最容易快速完成離心收縮、等長收縮，“耦聯”時間縮短，比其他阻力形式的向心收縮開始時間節點提前.

蹬伸階段時間：把相同質量的重物舉起相同距離時，舉起重物的作用力越大，則所需的時間越短；反之，舉起重物所用的時間越短，則所需作用力越大.可變阻力型蹬伸階段的時間比恒定阻力的短，30%1RM可變阻力Ⅰ型用時最短.說明可變阻力型的蹬伸速度比恒定阻力的大，產生向心收縮的力也大.可變阻力型的負荷從蹬伸初始至“中間點”瞬間，都要小于恒定阻力的負荷，可變阻力型比恒定阻力型能快速越過“黏滯點”(肌肉肌力損失最大，做功效率最差的點)，其中30%1RM可變阻力Ⅰ型最快越過.當超過“中間點”后，可變阻力型的負荷持續增大(最高值大于恒定阻力10%1RM)，下肢肌群需要動員更多的深層肌、肌單元來參與工作，對下肢肌群始終施加最適宜的刺激，保持肌力的持續增大輸出，有利于受試者下肢爆發力的訓練[12].

速度是物體在單位時間內通過的路程多少，或是物體位移和發生位移所用時間的比值.下蹲階段：實驗結果顯示，下蹲階段可變阻力型的重心速度(垂直、合速度)都比恒定阻力的大，其中30%1RM可變阻力Ⅰ型的身體重心垂直速度、合速度最大.身體重心垂直向下的速度大，能及時“制動”，說明可變阻力型比恒定阻力型的抗阻能力、緩沖能力強.蹬伸階段，可變阻力型的身體重心垂直速度、合速度比恒定阻力的快，說明下肢伸肌肌群提供的綜合肌力大.30%1RM可變阻力Ⅰ型蹬伸階段身體重心的垂直速度、合速度最大，說明其產生的蹬伸力最大.從整個運動形式來看，在快速蹲起過程中，下蹲到蹬伸階段的阻力呈現一種理想穩定的變化曲線，有利于受試者下肢爆發力的訓練.

3.1.2 角速度與下肢爆發力的關聯分析

角速度是在單位時間內所走的弧度，角速度峰值是指在行走過程中某時刻角速度達到的最大值.實驗結果顯示，不同負荷形式下快速蹲起的下蹲期，受試者踝、膝、髖關節的角度、角速度變化趨勢基本相同，髖關節的角度、角速度曲線變化最為平緩.即不同負荷形式下的下蹲期，受試者的踝、膝、髖的關節角速度呈逐漸增大態勢，達到最大值后呈漸漸下降的趨勢，這與人體運動時以大肌群帶動小肌群的發力特征一致.角速度峰值越大，則表明在相同負荷條件下伸關節肌群所產生的抗阻力量也越大.

不同負荷條件下快速蹲起的蹬伸期，受試者踝、膝、髖關節的角速度呈先逐漸增大、到達最大值之后漸漸下降的趨勢.角速度變化幅度大小依次是踝、膝、髖.可變阻力型與恒定阻力型的踝、膝、髖關節角速度峰值變化特征不明顯(或許與測試樣本量有關)，僅是30%1RM可變阻力型踝、膝、髖關節的角速度峰值呈依次增大的特征，這符合人體運動由大肌群帶小肌群、小肌群帶動末端肌群的發力次序的特征.在蹬伸之始，可變阻力型比恒定阻力型的負荷要小，可變阻力型下肢肌群在做向心收縮時，所需的肌力比恒定阻力的小，相對恒定阻力而言，可變阻力型可快速增大踝、膝、髖的關節角度，他們的角速度也可在很短時間內達到最大值.當越過“中間點”后，可變阻力型的負荷超過恒定阻力型的負荷，并持續增大.隨著可變阻力型負荷的持續增大，對下肢伸肌肌群的刺激相應增大，肌群需要同步保持肌力的增大輸出，進而提高下肢肌群的有效協同工作能力.

3.1.3 力值與下肢爆發力之間的關聯分析

在經典力學中，牛頓第三定律表明，當兩個物體互相作用時，彼此施加于對方的力，其大小相等、方向相反.力必然會成雙結對地出現：其中一個力稱為“作用力”，而另一個力則稱為“反作用力”.下肢爆發力與地面力是作用力與反作用力的關系，地面力越大，下肢爆發力也越大.

快速蹲起的平均力值.恒定阻力下蹲期、蹬伸期的平均力值均大于可變阻力型相同階段的平均力值，這表明恒定阻力下蹲期、蹬伸期對地面的平均作用力均大于可變阻力型相同階段對地面的平均作用力，大小依次為恒定阻力、可變阻力Ⅱ型、可變阻力Ⅰ型.恒定阻力下蹲期平均力值比可變阻力型下蹲期的平均力值大，說明恒定阻力比可變阻力型向下的慣性大，受試者下肢關節需要承受的沖擊力大，下肢關節所需緩沖的時間也長，下肢伸肌肌群需更多的肌力來克服離心收縮、等長收縮，不利于下肢肌群的及時發力蹬伸.在蹬伸期，反映下肢爆發力的是肌肉在短期內產生肌力的大小，而不是蹬伸期平均力值的大小.

下蹲結束時刻力值.當下肢伸肌肌群達到適宜的拉長長度、速度時，肌肉的收縮活動能力最強，一旦超過此拉長幅度后，下肢伸肌群的收縮活動能力下降.受試者下肢肌群承受沖擊的緩沖能力是下肢肌群蹬伸能力強弱的反映，緩沖結束時刻力值是衡量下肢肌群緩沖、蹬伸能力強弱的重要指標[13].可變阻力型的下蹲結束時刻力值比恒定阻力型的大，說明可變阻力型下肢肌群對地面的作用力比恒定阻力型的大.在“關節發力薄弱區域”，隨著可變阻力型下肢伸肌肌群承受的負荷降至最小，可變阻力型比恒定阻力型能更加輕松克服下蹲的沖擊力，下肢肌群積蓄更多的肌肉形變力，達到一個理想的發力狀態.

力峰值.它是下肢在蹬伸過程中產生的最大力值.RFD(rate of force development)是力峰值除以達到力峰值所需時間的值，它可以反映肌肉短時快速發力的能力[14].從RFD的數據來看，大小依次是可變阻力 Ⅰ 型、可變阻力 Ⅱ 型、恒定阻力.力峰值越大，說明地面產生的反作用力越大，下肢肌群施加于地面的作用力越大，達到力峰值的時間越短，則下肢爆發力越大.可變阻力型負荷變化特征是由最小逐漸增至最大，可變阻力型的快速蹬伸之初，因下蹲結束時刻可變阻力型下肢肌群比恒定阻力型積蓄了更多的能量，可變阻力型負荷遠小于恒定阻力型的負荷，可變阻力型比恒定阻力型的向心收縮速度更快.可變阻力型快速蹬伸的中后期，隨著負荷的持續增大，甚至超過恒定阻力型的負荷，可變阻力型的下肢肌群必須保持同步的肌張力輸出完成蹬伸動作.可變阻力型蹬伸階段的力峰值比恒定阻力型大，出現的時間更早，說明可變阻力型比恒定阻力型刺激、動員下肢肌群的肌單元能力更強，下肢肌群產生的爆發力更大.因此，可變阻力型的力量訓練是一種有效的下肢爆發力訓練手段[15-16].

3.2 可變阻力對關節穩定力量的影響

在恒定阻力進行快速蹲起時，由于杠鈴質心的穩定性，在做規范的快速蹲起時，杠鈴質心與身體重心趨于重合，受試者的下肢肌群只需承受(克服)垂直方向的力，不會產生額外穩定髖、膝、踝關節的力，特別是對中樞穩定力量的需求.

在進行可變阻力型快速蹲起時，由于鐵鏈、彈力帶本身的不穩定性，鐵鏈在快速蹲起時會產生矢狀軸(冠狀軸)方向的晃動，垂直方向的力分散，導致身體需額外產生穩定髖、膝、踝關節的力.在不穩定情況下進行下蹲與蹬伸，下肢肌群就會動員更多的肌單元、深層肌肉參與工作，促進關節周圍肌腱、下肢深層肌肉的力量增加.

4 結論與展望

1)采用可變阻力型的快速蹲起訓練比恒定阻力型訓練對下肢爆發力的增長更具可能性.

2)采用30%1RM快速蹲起的變阻訓練比恒定阻力與40%1RM變阻訓練更具科學性.

3)本研究的“耦聯”階段負荷減小、離心收縮往向心收縮的轉換時間縮短，蹬伸階段阻力的持續增加促使下肢動員更多的肌肉參與工作，促進爆發力增長的可能，與多數學者的觀點一致.但也有個別學者認為下肢爆發力的增長與黏滯點承受的力量相關[17]，這有待于進一步的實踐驗證.

4)本研究僅限于小樣本的實驗研究，旨在以微知著.后續研究可進行大樣本、長周期的實證研究，驗證可變阻力下的快速蹲起訓練比恒定阻力訓練對下肢爆發力的增長更具實效性.