劉北湘，龍小安，李昭潔

摘要:該研究將32名受試者分為三個(gè)實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行了為期8周的下肢肌肉力量振動(dòng)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)影像測(cè)量和動(dòng)力學(xué)測(cè)量采集實(shí)驗(yàn)前、后30cm和50cm兩種高度跳深的凈沖量、反跳高度及反跳比數(shù)據(jù)。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明，有附加振動(dòng)刺激的動(dòng)態(tài)性負(fù)重蹲練習(xí)方式其數(shù)據(jù)提高幅度優(yōu)于靜態(tài)力量練習(xí)方式和無(wú)附加振動(dòng)練習(xí)方式。對(duì)比分析三個(gè)實(shí)驗(yàn)組的數(shù)據(jù)差異表明，有附加振動(dòng)刺激的下肢肌肉力量訓(xùn)練主要是通過(guò)促進(jìn)下肢肌肉中彈性成分的增強(qiáng)而獲得肌肉力量的提高。對(duì)比分析兩個(gè)不同跳深高度的數(shù)據(jù)表明，下肢肌肉對(duì)外力沖量的利用受下肢肌肉儲(chǔ)能能力的影響，有附加振動(dòng)刺激的實(shí)驗(yàn)組其下肢肌肉儲(chǔ)能能力比無(wú)附加振動(dòng)刺激的實(shí)驗(yàn)組要強(qiáng)。

關(guān)鍵詞:振動(dòng)訓(xùn)練;肌肉力量;負(fù)重蹲;跳深;運(yùn)動(dòng)生物力學(xué);肌肉彈性成分

振動(dòng)訓(xùn)練是一個(gè)通過(guò)外加機(jī)械振動(dòng)波作用于肌肉使之產(chǎn)生響應(yīng)的過(guò)程。對(duì)振動(dòng)訓(xùn)練的研究，需要考慮機(jī)械振動(dòng)波及其傳播途徑的力學(xué)特性和肌肉對(duì)機(jī)械振動(dòng)波產(chǎn)生響應(yīng)的特性。從生理學(xué)角度看肌肉，偏重的是肌肉的支配神經(jīng)(運(yùn)動(dòng)單位)、激素、物質(zhì)能量代謝等方面的問(wèn)題;從生物力學(xué)角度看肌肉，必然要關(guān)注肌肉組成要素中的主動(dòng)收縮成分、彈性成分等的力學(xué)特性問(wèn)題。目前在相關(guān)振動(dòng)訓(xùn)練的研究文獻(xiàn)中，大多偏重前者而忽略了后者。曾有學(xué)者提出研究振動(dòng)訓(xùn)練應(yīng)考慮振動(dòng)的力學(xué)特點(diǎn)(產(chǎn)生交變應(yīng)力等)以及肌肉的生物力學(xué)特性(粘彈性、彈簧振動(dòng)傳遞效應(yīng)等)。本文運(yùn)用實(shí)驗(yàn)研究的方法從運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的角度側(cè)重對(duì)振動(dòng)訓(xùn)練的作用目標(biāo)進(jìn)行深入探討。

1研究方法

體育專業(yè)男生33人，年齡18－22歲，下肢無(wú)傷病，隨機(jī)分為三組，每組11人(注:其中第3組有1人中途因故退出實(shí)驗(yàn))。選擇負(fù)重蹲作為練習(xí)動(dòng)作，以膝關(guān)節(jié)伸肌群為主要實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:實(shí)驗(yàn)組1:附加振動(dòng)向心收縮。兩腳站立在振動(dòng)臺(tái)上做負(fù)重深蹲。實(shí)驗(yàn)組2:不附加振動(dòng)向心收縮。兩腳站立在地面做負(fù)重深蹲。實(shí)驗(yàn)組3:附加振動(dòng)等長(zhǎng)收縮。兩腳站立在振動(dòng)臺(tái)上屈膝90°保持肌肉緊張。練習(xí)量:1、2兩組每課10次×5組(每組20秒鐘內(nèi)完成);3組靜力蹲每次持續(xù)20秒×5組。練習(xí)要求:振動(dòng)方向?yàn)榭v向，振動(dòng)頻率30Hz，振動(dòng)幅度3mm。負(fù)重深蹲動(dòng)作要求保持軀干垂直，深蹲到最大限度，站起時(shí)要求全力、全速，下肢完全伸直并提踵。訓(xùn)練時(shí)間8周，每周5次。外加負(fù)荷重量選擇個(gè)人最大載荷的80%重量(10ＲM)。該載荷可發(fā)展最大肌力和爆發(fā)力;該載荷還可使下肢有較大的緊張度，接近人體大腿固有頻率的理論值以便產(chǎn)生較好的振動(dòng)訓(xùn)練效果。訓(xùn)練用設(shè)備:震動(dòng)訓(xùn)練器(全能型PowerPIatePr05AIＲ)2臺(tái)。

(1)測(cè)試動(dòng)作。跳深:受試者分別從30cm、50cm高度自由下落，兩腳同時(shí)落在測(cè)力臺(tái)上，然后全力、全速向上跳起。采用動(dòng)力學(xué)測(cè)量與三維影像測(cè)量同時(shí)進(jìn)行。說(shuō)明:下肢在跳深工作條件限制下，下肢伸肌(股四頭肌、小腿三頭肌等)伸展肌群做超等長(zhǎng)收縮，在下落重力的作用下這些肌群被拉長(zhǎng)，肌肉組織中的彈性成分存儲(chǔ)能量，這些能量在回跳時(shí)被釋放，回跳過(guò)程主要是肌肉的彈性成分在發(fā)揮作用。測(cè)量該動(dòng)作相關(guān)指標(biāo)可了解肌肉彈性成分工作能力的改變情況。

(2)測(cè)量方法。采用動(dòng)力學(xué)測(cè)量與三維影像測(cè)量同步進(jìn)行。

①動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)測(cè)量:使用美國(guó)BEＲTEC三維測(cè)力臺(tái)。②三維影像測(cè)量:用2臺(tái)攝像機(jī)拍攝影像資料，拍攝方法按三維影像測(cè)量基本要求進(jìn)行(兩臺(tái)攝像機(jī)主光軸夾角為120度，采用外光源兩步，拍攝頻率50幀/秒，三維坐標(biāo)采用8個(gè)控制點(diǎn)的立方體框架等)。用美國(guó)APAS_2000三維影像測(cè)量系統(tǒng)解析運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)。

(3)數(shù)據(jù)指標(biāo)。兩個(gè)高度的跳深動(dòng)作在實(shí)驗(yàn)前、后各測(cè)量一次。測(cè)量指標(biāo)包括:動(dòng)力曲線、沖量等動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù);以及人體重心運(yùn)動(dòng)軌跡、反跳高度等運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)。本文根據(jù)研究?jī)?nèi)容的需要，主要選擇分析討論其中沖量、人體重心反跳高度及反跳比等數(shù)據(jù)指標(biāo)所反映的問(wèn)題。數(shù)據(jù)采用統(tǒng)計(jì)分析軟件(PASWStatistics18．0)進(jìn)行處理。分析各組間數(shù)據(jù)差異時(shí)采用單因素方差分析(One－WayANOVA)，各組數(shù)據(jù)間經(jīng)過(guò)方差齊次性檢驗(yàn)(顯著性概率均為P＞0.05)，符合進(jìn)行均數(shù)多重比較的條件。分析同組實(shí)驗(yàn)前、后數(shù)據(jù)差異采用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)(independent－SampleTtest)。差異顯著性標(biāo)準(zhǔn)為P＜0.05和P＜0.01。數(shù)據(jù)表達(dá)方式為“平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過(guò)對(duì)跳深實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，篩選出“凈沖量、反跳高度、反跳比”三個(gè)對(duì)本文有重要意義的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理和分析，數(shù)據(jù)結(jié)果在表1和表2中列出。 

跳深凈沖量:人體落臺(tái)后對(duì)測(cè)力臺(tái)產(chǎn)生縱向壓力，這個(gè)壓力包括兩部分，一部分來(lái)源于人體下落形成的沖撞力和下肢蹬伸時(shí)產(chǎn)生的蹬地力;另一部分是人體自身的重力。在作用時(shí)間范圍內(nèi)縱向壓力形成總沖量?？倹_量減去人體重力形成的沖量即所謂的“凈沖量”，跳深凈沖量的大小與人體向上反跳高度有密切關(guān)系。反跳高度:通過(guò)影像測(cè)量獲得人體落臺(tái)后向上反跳時(shí)重心上升的最大高度。計(jì)算方法為“重心最高點(diǎn)”減去“重心初始高度”再加上“跳深高度”即所謂“反跳高”(參閱圖4所示)。反跳比:根據(jù)動(dòng)力學(xué)原理(動(dòng)量定理)可以由凈沖量換算得到一個(gè)理論上的反跳高度。由于凈沖量中包含了人體下落時(shí)的沖撞力和蹬伸力兩部分形成的沖量，在實(shí)際測(cè)量時(shí)很難精確的對(duì)二者進(jìn)行分割，而且沖撞力又是決定人體肌肉在離心收縮過(guò)程中彈性成分存儲(chǔ)能量的因素，因此將二者合并計(jì)算。這就使得由凈沖量換算得到的反跳高度要大于實(shí)際的反跳高度。將實(shí)際反跳高度除以由凈沖量換算的理論反跳高度即所謂“反跳比”。反跳比恰好反映了人體下肢肌肉對(duì)跳深過(guò)程形成的沖量的利用情況，即肌肉中的彈性成分存儲(chǔ)和利用能量的能力。

3分析討論

參加實(shí)驗(yàn)的對(duì)象均處于身體素質(zhì)可塑性很強(qiáng)的年齡階段，其身體素質(zhì)在某個(gè)方面受到特定的訓(xùn)練后，必然會(huì)有所改變。從表1、表2及圖1、圖2所反映的數(shù)據(jù)變化基本趨勢(shì)來(lái)看，實(shí)驗(yàn)后的數(shù)據(jù)較實(shí)驗(yàn)前均有不同程度的提高，這是符合運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)基本原理的現(xiàn)象。以下需要討論“量”變中所包含“質(zhì)”的差異。

凈沖量及反跳高度數(shù)據(jù)如表1、表2和圖1、圖2所示。組間比較:在30cm高度跳深和50cm高度跳深中，實(shí)驗(yàn)前3個(gè)組的凈沖量及反跳高度數(shù)據(jù)并無(wú)明顯差異。實(shí)驗(yàn)后的凈沖量比較:在30cm高度跳深中1組要高于2、3組，并且數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出差異具有非常顯著意義(P＜0.01);但是在50cm高度跳深中凈沖量數(shù)據(jù)1組和2、3組之間雖然平均值有差異，但是差異沒(méi)有顯著意義。2組和3組之間實(shí)驗(yàn)后凈沖量數(shù)據(jù)比較，雖然在平均數(shù)上有一定差異，但是不論是30cm還是50cm高度跳深，凈沖量的差異都不具有顯著意義。實(shí)驗(yàn)后的反跳高度數(shù)據(jù)比較:1組明顯要高于2、3組，并且數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出差異具有顯著意義或非常顯著意義(P＜0.05或P＜0.01)。2組和3組實(shí)驗(yàn)后反跳高度數(shù)據(jù)比較，雖然在平均數(shù)上有一定差異，但是差異不具有顯著意義。各組實(shí)驗(yàn)前、后比較:1組的凈沖量及反跳高度數(shù)據(jù)的差異在30cm、50cm高度跳深時(shí)具有非常顯著意義或顯著意義(P＜0.01或P＜0.05);2組和3組的凈沖量數(shù)據(jù)雖然在平均數(shù)上有一定差異，但差異都不具有顯著意義;2組反跳高度數(shù)據(jù)只在30cm高度跳深中差異具有顯著意義(P＜0.05);3組反跳高度數(shù)據(jù)在30cm和50cm高度跳深中差異具有顯著意義(P＜0.05)。

在動(dòng)力測(cè)量時(shí)事先測(cè)量受試者的重力，通過(guò)儀器調(diào)試重力線歸零屏蔽了重力的影響，因此從測(cè)量得到的動(dòng)力曲線所獲得的沖量即為去除了人體重力沖量的凈沖量(即動(dòng)力曲線下面積的大小)。凈沖量包括兩部分:其一為落地緩沖產(chǎn)生撞擊力形成的沖量;其二為蹬伸過(guò)程產(chǎn)生的蹬地力沖量。撞擊力沖量的大小主要受下落高度影響，同一個(gè)人在同一種高度時(shí)其沖量的大小相差不會(huì)很大。在下落撞擊過(guò)程中下肢伸肌群被動(dòng)拉伸，肌肉中的彈性成分存儲(chǔ)沖擊力帶來(lái)的能量，能量存儲(chǔ)的效率受彈性成分優(yōu)劣的影響。蹬地力沖量是由下肢伸肌群主動(dòng)收縮成分產(chǎn)生的主動(dòng)收縮力和肌肉彈性成分釋放所存儲(chǔ)的彈性力共同實(shí)現(xiàn)，蹬地力沖量越大越能使人體重心騰空后反跳的高度越大。圖3所示范例是同一個(gè)受試者在同一個(gè)跳深高度時(shí)實(shí)驗(yàn)前、后的動(dòng)力曲線。圖中顯示:實(shí)驗(yàn)前、后動(dòng)力曲線主要變化表現(xiàn)在蹬伸階段部分，不論是曲線的高度(力值的大小)和曲線下的面積(沖量)，實(shí)驗(yàn)后都要明顯大于實(shí)驗(yàn)前。因此，由表1、表2和圖1、圖2所反映的凈沖量平均數(shù)差異表明:實(shí)驗(yàn)組1在凈沖量上的提高情況優(yōu)于其它兩組，這種提高幅度除了因振動(dòng)訓(xùn)練使下肢伸肌群主動(dòng)收縮能力得到提高以外，還要?dú)w功于振動(dòng)刺激促進(jìn)了肌肉彈性成分存儲(chǔ)能量能力的提高。 

在跳深過(guò)程中人體重心位置及速度變化如圖4所示。人體從跳深臺(tái)上開(kāi)始動(dòng)作，經(jīng)過(guò)下落、緩沖及蹬伸形成與測(cè)力臺(tái)之間的跳深沖量(即表1、表2中的凈沖量)，在離地瞬間重心達(dá)到最大速度，這個(gè)速度越大，人體重心騰空后達(dá)到的反跳高度也會(huì)越大。反跳高度數(shù)據(jù)直接反映了跳深過(guò)程中對(duì)跳深沖量的利用情況。在30cm和50cm跳深之間各數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，30cm跳深的凈沖量數(shù)據(jù)要明顯小于50cm，差異具有顯著性。其原因是50cm跳深高度下落的高度大，在重力加速度的作用下使人體與測(cè)力臺(tái)之間產(chǎn)生了更大的撞擊力，因而形成了更大的跳深沖量。但是，這些跳深沖量在反跳時(shí)不一定能夠被充分的利用，直接的證據(jù)是30cm和50cm跳深的反跳高度數(shù)據(jù)之間并無(wú)明顯差異。這種現(xiàn)象說(shuō)明，人體下肢利用跳深沖量的能力受下肢肌肉彈性成分存儲(chǔ)能量的能力影響，當(dāng)這種能力達(dá)到其極限后，多余的跳深沖量就不會(huì)被利用，而是在反跳過(guò)程中通過(guò)動(dòng)作延遲被消耗掉。這也從另一個(gè)側(cè)面說(shuō)明，肌肉中彈性成分的強(qiáng)弱對(duì)于肌肉發(fā)揮其作用效能具有重要的作用。

反跳比數(shù)據(jù)如表1、表2和圖1、圖2所示。組間比較:在30cm高度跳深和50cm高度跳深中。實(shí)驗(yàn)前3個(gè)組的反跳比數(shù)據(jù)并無(wú)明顯差異;實(shí)驗(yàn)后的反跳比數(shù)據(jù)比較，1組明顯要高于2、3組，并且數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出差異具有非常顯著意義(P＜0.01)。此外在30cm高度跳深中。2組和3組實(shí)驗(yàn)后反跳比數(shù)據(jù)比較，3組要高于2組，數(shù)據(jù)差異也具有顯著意義(P＜0.05)。但2組和3組之間這種差異的顯著性在50cm高度跳深中沒(méi)有出現(xiàn)。各組前、后比較:在30cm和50cm高度跳深中。1組實(shí)驗(yàn)前、后數(shù)據(jù)的差異具有非常顯著意義(P＜0.01);3組實(shí)驗(yàn)前、后數(shù)據(jù)的差異具有顯著意義(P＜0.05)。2組實(shí)驗(yàn)前、后反跳比數(shù)據(jù)比較，只在30cm高度跳深中的差異具有顯著意義(P＜0.05)，而在50cm高度跳深中平均數(shù)雖然具有差異，但是差異沒(méi)有顯著意義。肌纖維的力學(xué)模型(如圖5所示)顯示:肌力主要由主動(dòng)收縮成分產(chǎn)生的主動(dòng)收縮力(該力也需要通過(guò)串聯(lián)彈性成分傳遞)和并聯(lián)彈性成分產(chǎn)生的被動(dòng)收縮力二者共同構(gòu)成。這兩者中任何一種能力的提高都會(huì)使整個(gè)肌力得到提高。肌肉中的彈性成分在肌肉力量中起到兩個(gè)重要的作用:其一，并聯(lián)彈性成分產(chǎn)生的彈性力可以單獨(dú)構(gòu)成肌力的一部分，而且它在肌肉被動(dòng)拉伸過(guò)程中起到存儲(chǔ)能量的作用，它的能力越強(qiáng)存儲(chǔ)的能量越多;其二，串聯(lián)彈性成分的作用是傳遞肌纖維主動(dòng)收縮力，它的能力越強(qiáng)就越能很好的傳遞肌纖維收縮力，反之就會(huì)造成肌纖維主動(dòng)收縮力的耗損，不能將肌纖維主動(dòng)收縮力完全的表現(xiàn)在肌力中。

實(shí)驗(yàn)1組和2組采用的訓(xùn)練內(nèi)容完全一樣，不同的只是1組在訓(xùn)練中附加了全身振動(dòng)刺激。如果說(shuō)相同的訓(xùn)練應(yīng)該獲得相同的訓(xùn)練效果的話，那么1、2兩組之間出現(xiàn)反跳比的顯著差異就應(yīng)該歸功于附加的振動(dòng)刺激，而反跳比的大小又反映的是肌肉彈性能力的狀況。由此可以推斷:振動(dòng)刺激的作用目標(biāo)應(yīng)該是肌肉中的彈性成分。實(shí)驗(yàn)1組與3組雖然在訓(xùn)練中都受到附加振動(dòng)的刺激，但是3組進(jìn)行的是肌肉等長(zhǎng)練習(xí)(靜力練習(xí))，雖然3組實(shí)驗(yàn)對(duì)象的肌纖維中彈性成分也得到了較好的訓(xùn)練，但是在進(jìn)行跳深這樣動(dòng)態(tài)性很強(qiáng)的測(cè)試內(nèi)容時(shí)，其反跳比數(shù)據(jù)必然會(huì)表現(xiàn)出不同，兩組之間反跳比存在顯著差異只能說(shuō)明1組的訓(xùn)練對(duì)彈性成分作用要比3組更好一些而已。此外再比較2組和3組的反跳比，在30cm跳深中3組高于2組且差異具有顯著性，這也說(shuō)明3組由于在訓(xùn)練中受到了振動(dòng)刺激訓(xùn)練，其肌肉中的彈性成分能力的增強(qiáng)要高于2組。這也說(shuō)明:振動(dòng)刺激作用的目標(biāo)是肌肉中的彈性成分。比較30cm跳深和50cm跳深的反跳比數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)，50cm跳深的反跳比總體要比30cm低，其原因應(yīng)該是由于受試者在50cm高度下落時(shí)，產(chǎn)生的沖撞力較大，由此形成的凈沖量也會(huì)較大(如表1、表2凈沖量數(shù)據(jù)所示)，凈沖的增加會(huì)降低反跳比。同時(shí)肌肉中的彈性成分因不能很好的存儲(chǔ)和利用這種過(guò)大的撞擊能量而導(dǎo)致能量的耗損，因而不會(huì)表現(xiàn)出反跳高度的明顯增大(如表1、表2反跳高度數(shù)據(jù)所示)。這種能量損耗的存在會(huì)掩蓋組與組之間原本差異不強(qiáng)的現(xiàn)象，因此也說(shuō)明在50cm跳深中2組和3組反跳比的差異出現(xiàn)不顯著的原因。這與前述“下肢肌肉在跳深過(guò)程中對(duì)跳深沖量的利用受其彈性成分強(qiáng)弱的影響，當(dāng)超過(guò)其極限時(shí)增加跳深高度并不能增大反跳高度”的討論是一致的。

4結(jié)論

(1)在下肢肌肉力量訓(xùn)練中，附加全身振動(dòng)刺激的方式比無(wú)附加振動(dòng)刺激的方式能使受試者在跳深測(cè)試中表現(xiàn)出更好的跳深凈沖量、反跳高度及反跳比。其中有附加振動(dòng)刺激的動(dòng)態(tài)性負(fù)重蹲練習(xí)實(shí)驗(yàn)組其數(shù)據(jù)的提高幅度更大。

(2)通過(guò)對(duì)三個(gè)實(shí)驗(yàn)組跳深凈沖量、反跳高度及反跳比數(shù)據(jù)的對(duì)比分析表明:有附加振動(dòng)刺激的下肢肌肉力量訓(xùn)練主要是通過(guò)促進(jìn)下肢肌肉中彈性成分的增強(qiáng)而獲得肌肉力量的提高。

(3)通過(guò)對(duì)兩個(gè)不同高度跳深凈沖量、反跳高度及反跳比數(shù)據(jù)的對(duì)比分析表明:下肢肌肉對(duì)外力沖量的利用受下肢肌肉儲(chǔ)能能力的影響。有附加振動(dòng)刺激的實(shí)驗(yàn)組其下肢肌肉儲(chǔ)能能力比無(wú)附加振動(dòng)刺激的實(shí)驗(yàn)組要強(qiáng)，其中有附加振動(dòng)刺激的動(dòng)態(tài)性負(fù)重蹲練習(xí)實(shí)驗(yàn)組表現(xiàn)的更為突出。