不同频率振动训练对下肢爆发力和柔韧性的即时影响研究

刘 卉,凤翔云

不同频率振动训练对下肢爆发力和柔韧性的即时影响研究

刘 卉,凤翔云

目的:通过观察不同频率下短时振动训练对普通人群原地纵跳能力和下肢柔韧性的影响,了解作为准备活动的短时振动训练对人体下肢爆发力和柔韧性的作用,并分析振动频率与训练效果的关系,以更好地将振动训练应用于实践;研究方法:振动训练对象为31名(14男、17女)普通大学生,分别接受30 Hz、35 Hz、40 Hz、45 Hz的全身振动训练,振幅2 mm,每种频率每次共训练5 min。并于训练前、后接受心率、柔韧和下肢纵跳能力测试;结果与结论:振动训练后心率有显著提高,但心率提高幅度与振动频率无关。振动训练并没有使所有受试者下肢柔韧性和下蹲跳成绩得到提高。振动训练没有使女性受试者下蹲跳时下肢最大功率提高,但低频振动训练可以即时提高男性受试者下肢最大蹬伸功率,30 Hz是提高男受试者下肢蹬伸功率的最佳训练频率。

振动训练;下肢;即时影响;柔韧;爆发力

1 前言

振动力量训练法为目前较流行的一种力量训练方法。振动训练区别于其他力量训练方法的最大特点是能够以相对较小的附加负荷有效地提高肌肉的最大力量、快速力量及力量耐力,而且,还会对人体的平衡能力、骨骼密度、柔韧能力及血液的激素水平等产生正面影响[2]。

近年来,有研究根据振动训练的即时效应,将其应用于热身活动。Bosco的研究表明[6,7],振动训练后即刻就可检测到肌肉收缩功率的明显提高。Bosco认为,这是由于振动刺激使神经的兴奋阈值降低导致肌肉随意收缩增强,而振动训练所产生的影响与爆发力训练(如连续纵跳训练或跳深练习)所产生的影响性质是相同的,只是振动训练神经对肌肉的刺激强度要强得多,因此,产生的训练效果要比普通爆发力训练出现的早得多[6,7]。Issurin[14]的研究发现,在传统力量和柔韧训练的同时附加振动刺激可以有效增加一次训练后即刻的肌肉力量和柔韧。而且,Issurin的另一项关于振动训练适应人群的研究还发现,振动训练并非只能应用于优秀运动员,更可广泛运用于喜好运动锻炼的普通民众,用以促进身体素质的提高。

应用全身振动训练进行热身活动具有明显的优势:可以有效提高力量和柔韧性;心率上升幅度较小,负荷较低,尤其适于爆发性运动;节省空间,不需更多场地;操作方便,只需完成基本动作,不需专业人员指导;可独立完成。因此,越来越多的人开始研究振动训练在运动员准备活动中的作用。国外很多学者针对不同运动项目运动员、身体不同部位以及不同振动频率和振幅的振动训练进行研究,均发现训练后受试者在肌肉活动性、力量、柔韧等方面有一定程度的提高[9,10,12,13,15,18]。但是,也有一些研究发现,短时振动训练并不能有效提高纵跳高度、力量和灵敏表现[11],并且,在较高频率(40Hz)振动训练后会出现原地纵跳成绩下降的现象[8]。总结关于振动力量训练即时效应的研究可以发现,振动训练对力量的作用与振动刺激的频率、振幅、肌肉的紧张度、振动持续以及间歇的时间都有直接关系,这些因素的改变都会影响振动训练的效果。

将振动训练应用于准备活动已经有了一定的研究基础,但目前国内很少文献报道关于振动训练在准备活动的作用。而国外研究中对作为准备活动的振动训练的最佳频率尚无定论。因此,本研究试图通过观察不同频率下短时振动训练对普通人群原地纵跳能力和下肢柔韧性的影响,了解作为准备活动的短时振动训练对人体下肢爆发力和柔韧性的作用,并分析振动频率与训练效果的关系,以更好地将振动训练应用于实践。本研究的假设为,首先,短时振动训练后即刻普通人群下肢爆发力和柔韧性会提高;其次,对不同性别普通人群来说,存在一个提高下肢爆发力和柔韧性的最佳振动训练频率。

2 研究对象与方法

2.1 受试者

北京体育大学运动人体科学学院学生31名,其中,女生17名,男生14名,基本情况见表1。所有受试者3年内无专业训练经验,无振动训练经验。身体状态良好,无伤病。

表1 本研究受试者基本情况一览表

2.2 研究方法

通过坐位体前屈测试评价训练对下肢柔韧性的影响;通过心率监控训练负荷;通过对受试者有下蹲的原地纵跳(Counter Movement Jump,CMJ)测试评价振动训练对下肢力量的影响效果。

2.2.1 训练及测试方法

采用美国产Power Plate振动训练仪对受试者进行振动训练。受试者分别接受30 Hz、35 Hz、40 Hz、45 Hz的全身振动训练,振幅2 mm。振动训练时,要求受试者双脚分开与肩同宽,站于训练台中央,脚跟微抬,膝关节角度150°。双手可扶栏杆维持平衡但不使用其支撑。每训练1 min后休息30 s,每个频率训练5 min。受试者接受各频率的训练间隔为24 h以上。

应用秒表手记时,测安静时30 s心率,训练时每个30 s休息时的心率,以及训练后即刻30 s心率。

采用坐位体前屈仪于每次训练前和训练后即刻测量受试者下肢柔韧性。训练前、后各测2次,如2次数值相差在0.5 cm内,取最好成绩。如成绩相差大于0.5 cm,则继续做到2次相差在0.5 cm内。

训练前和训练后测量柔韧性之后,应用瑞士产Kistler三维测力台对受试者下蹲跳动作进行测试。CMJ测试要求双手固定,从直立或小幅度微蹲起动,快速下蹲至某一位置立即向上起跳。CMJ可反映下肢伸肌群从离心收缩快速转为向心收缩的能力。

2.2.2 数据处理与分析

根据文献[13]中提供的计算方法,应用测力台自带软件Bioware 3.2以及Excel 2007对测试数据进行整理与相关指标的计算。其中,起跳冲量重心运动速度

实验结果采用Spss 13.0进行数据处理与统计分析。对4次训练前各指标的基础数据进行双因素方差分析,检验性别和时间对基础数据的影响。采用三因素方差分析(Three-way ANOVA)对振动训练与不同振动频率对男、女受试者各指标的影响进行统计学检验,如某指标性别与训练或振动频率之间无交互影响,则应用双因素方差分析(训练×振动频率)对男、女受试者的该指标进行总体分析,应用LSD法进行数据指标的后继检验。

3 实验结果

3.1 训练前受试者基础状态

对4次训练前受试者的基础数据进行方差分析的结果表明,男、女受试者在心率、坐位体前屈成绩、起跳最大功率、纵跳高度等指标上的差异不具有显著意义,说明受试者在4次训练前的身体状态是一致的。

3.2 心率

方差分析结果表明,男、女受试者的心率指标与训练和振动频率无交互影响,因此,把男、女受试者心率指标进行总体分析。结果显示,受试者接受振动训练后的心率比训练前安静时有显著提高(P<0.001,图1,表2)。从平均值上看,随着频率的增加,心率增加幅度有所下降,但训练频率对训练后心率的增加没有显著影响(P=0.548)。

图1 本研究受试者训练前、后心率变化示意图

表2 本研究受试者训练前、后心率变化一览表(n=31)

3.3 柔韧性

对坐位体前屈成绩指标的方差分析,结果依然显示性别、训练与频率三因素间无交互影响,因此,对男、女受试者柔韧性指标进行总体分析。训练×频率的双因素方差分析表明,训练(P=0.305)与频率(P=0.717)对受试者坐位体前屈成绩并无显著影响(图2)。

进一步分析受试者训练前后的坐位体前屈成绩可以看出,受试者下肢柔韧性受不同频率振动训练的影响是不同的,虽多数受试者柔韧性有所提高,但也有一些受试者柔韧性无变化甚至训练后有所下降(表3)。

图2 本研究受试者训练前、后下肢柔韧性变化示意图

表3 本研究受试者柔韧性改变分析一览表 (人)

3.4 下肢纵跳能力

3.4.1 纵跳高度

5 min全身振动训练不能显著提高受试者下蹲跳的成绩。30 Hz和35 Hz振动训练后下蹲跳高度略有上升,40 Hz和45 Hz振动训练后下蹲跳高度有所下降,但是,振动训练总体上并没有对纵跳高度产生影响(P=0.857,图3),振动训练后的下蹲跳成绩也不受振动频率影响(P= 0.933)。

图3 本研究训练前、后下蹲跳(CM J)高度对比示意图

3.4.2 起跳过程最大功率

对下蹲跳过程中下肢发挥的最大蹬伸功率的分析表明,性别和振动频率之间表现出显著的交互作用(P= 0.037),因此,将男、女受试者数据分开进行自变量为振动频率和振动训练的双因素方差分析。结果表明,振动训练对女受试者该指标无显著影响(P=0.568),但对男受试者影响显著(P=0.035),且振动频率对男受试者下肢蹬地最大功率的影响显著(P=0.041)。进一步进行后继检验表明,30 Hz和35 Hz振动频率下均能显著提高男受试者下肢蹬伸最大功率,而30 Hz训练后男受试者下肢蹬伸功率的提高幅度最大(7.3%)。

表4 本研究受试者不同频率振动训练前、后下蹲跳(CMJ)蹬伸最大功率一览表(w/kg)

4 分析与讨论

4种振动频率训练后,受试者心率均明显提高,可以认为,振动训练作为准备活动具备一定的运动量,可以有效提高运动员的心脏等器官的功能水平,为后继激烈的运动做准备。虽然,训练后心率提高幅度的平均值有随着训练频率的提高而下降的趋势,但并没有表现出统计学意义,说明这4种强度对于身体整体的负荷并没有明显区别。

振动训练对受试者的柔韧性影响并不显著。虽然,从平均值上看各个频率训练后柔韧素质均有提高,但却没有表现出统计学意义。同时可以发现,在各个频率训练后,有相当多的受试者柔韧性没有提高,甚至下降。本研究结果不支持Jacobs[13]的研究。Jacobs测量了男、女各10名受试者26 Hz的全身振动训练5 min前、后坐位体前屈成绩发现,受试者柔韧性显著提高。但是,Jacobs的研究中受试者采用前弓步的姿势完成振动训练,训练过程中股后肌群出于拉伸状态,而本研究受试者双脚开立完成振动训练,并没有做出拉伸股后肌群的动作。因此,如果希望振动训练后即刻能提高肢体柔韧性,可能需要在训练时采用拉长肌肉的姿势。

理论上来说,低振动频率接近人体固有频率后会造成不适,过高的频率则会使神经肌肉接头疲劳,而本次试验结果显示,柔韧性在安全频率范围内,随着频率上升,成绩有所提高,但中间频率提高程度低,这可能是个体差异的存在,即每个人适宜强度不同导致。本研究的结果也说明,由于个体差异,振动训练对下肢柔韧性的作用是因人而异的。

下蹲跳(CMJ)测试结果反映的是下肢伸肌群从离心收缩快速转化为向心收的能力。实验结果显示,振动训练并没有使所有受试者下蹲跳的成绩提高。这一结果支持Cormie[12](2006)的研究结果。Cormie对9名男性受试者采用30 Hz全身振动训练前、后的CMJ动作进行测试发现,CMJ成绩并没有由于振动训练而显著提高。Rittweger[16](2000)的研究甚至报道振动训练后即刻纵跳高度显著下降。而Rittweger同时强调,确实有些受试者的纵跳高度在振动训练后得到提高。Bazett-Jones等[4](2008)的研究则发现,进行不同振动频率与振幅的组合训练,对纵跳成绩的影响是不同的。综合本实验和前人研究结果可以认为,不同频率振动刺激对受试者纵跳高度会产生不同的影响,对不同身体条件的运动员来说,可能存在个性化的最佳振动频率,使运动员的纵跳高度在接受振动训练后得以提高。

本研究中,男性受试者在接受低频振动训练后,下蹲跳蹬伸功率最大值得到了提高,而女性受试者的蹬伸功率没有表现出明显的提高。本研究测试结果表明,30 Hz和35 Hz低频振动训练可以使男受试者下肢蹬伸功率获得显著提高。这一结果部分支持Bedient(2009)研究[5]。Bedient对不同频率全身振动训练后受试者下肢功率输出的研究发现,受试者在30 Hz和50 Hz训练后显著提高了下肢蹬伸最大功率。造成本研究和Bedient的研究结果有一定差异的原因可能在于,Bedient的研究将男、女受试者数据合并进行考虑,并没有考虑性别可能产生的影响。而本研究统计分析表明,不同频率振动训练对男、女受试者下肢蹬伸最大功率的影响趋势是不同的,振动频率和性别之间存在交互影响。本研究与Bosco[7]的研究结果也不尽相同,该研究发现,26 Hz振动训练后可以使女子排球运动员下肢蹬伸最大功率提高5.8%～7.6%。造成这一研究结果差异的原因应该在于受试者身体条件的差异,本研究受试者为没有运动训练基础的普通大学生,而Bosco的研究以接受专业训练的排球运动员为测试对象。因此,笔者认为,男、女受试者结果的不同可能与肌肉发达程度和肌纤维成分不同有关,同样这也是造成运动员与普通人接受振动训练后效果不同的原因。

Salmelin研究表明[17],振动刺激训练法可以加强对肌肉中串联弹性组成部分的牵拉刺激,而这种牵拉刺激对肌肉弹性成分的强度和刚度产生了良好的刺激效果,提高了肌肉的弹性能。但是,同振幅下相对较高频率的振动刺激会使肌肉所承受由加速度所产生的力越大,而且,神经系统也要不断进行自身的调节以适宜运动的需要,因此越容易产生疲劳。因此,对于不同身体条件的运动员应该采用不同振动训练方案以提高肌肉爆发力。

运动训练或比赛前的准备活动的主要目的是提高整个身体特别是深部肌肉的温度,拉长胶原纤维的长度,以使具有较大的柔韧性,并且使肌肉的粘滞性下降,提高肌肉的收缩和舒张速度,增加肌力。由于温度升高所造成的肌肉材料力学性质的改变还会减小肌肉拉伤和韧带扭伤的可能性,有助于防止延迟性疼痛的出现。有效的准备活动要求应能有效地动员运动员身体各个组织,使其具有弹性和舒张自如。同时,这些活动必须要有充分的时间和强度保证,并且应以不增加这些组织的疲劳度为前提[1]。结合本研究结果和人体神经肌肉控制理论可以看出,作为准备活动的一次振动训练可以为运动员提供必要的身体负荷和肌肉活动,但并不能有效提高所有人的肌肉等软组织的柔韧性。而且,一次振动训练也并不一定能够提高所有人的肌肉爆发力。所以,振动训练是否可以成为准备活动中的主要形式尚有待进一步研究。

综合本研究及前人研究结果可以看出,影响全身振动训练效果的因素有很多,除了频率、振幅、训练时间外,还包括振动训练时人体的姿态、振动方向,以及这些因素间可能的组合。例如,文献中进行全身振动训练时,膝关节角度从100°到170°都有涉及,而如此大的幅度下,对于下肢肌梭、腱梭的刺激是有所区别的。有研究就认为,深蹲和浅蹲分别适用于提高下肢力量和柔韧性。另外,受试者间的差异也是造成训练效果不一的原因。振动过程中受试者的主观感受有很大差异,受试者之间对于频率高低带来的强度感受不一。因此,对全身振动训练的作用和效果的研究还有很长的路要走。

5 结论与建议

5.1 结论

1.全身振动训练5 min可以显著提高心率,但振动频率的不同对于身体整体的负荷并没有明显区别。

2.振动训练对柔韧性的影响存在明显的个体差异,振动频率对柔韧性的提高没有显著影响。

3.振动训练后即刻并不能提高人体纵跳高度,但对下肢肌肉爆发力会有一定的影响。

4.低频振动训练可以即时提高男性受试者下肢蹬伸功率,30 Hz是提高男受试者下肢蹬伸功率的最佳训练频率。

5.2 建议

应根据运动员个人身体条件和力量素质,进一步控制振动训练时膝关节角度、训练时间、间隔、等条件,建立适用于不同对象的最佳训练模式。

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Acute Effect of Whole Body Vibration Training on Lower L imb Flexibility and Explosive Force

L IU Hui,FENG Xiang-yun

Objective:The purposes of this study w as to investigate the acute effect of w hole body vibration(WBV)training on low er limb flexibility and exp losive fo rce,and the influence of frequency on the acute effects of w hole body vibration.Method:Thirty-one college students (14 men,17women)volunteered to participate in this study.Each subject performed WBV training at four selected frequencies of 30Hz、35Hz、40Hz、45Hz.Heart rate,lower limb flexibility and perfo rmance of counter movement jump(CMJ)w ere tested before and immediately after training.Results and conclusion:The heart rate was significant increased after WBV training w ith each frequency.The results of this study showed that the acute effects of WBV treatment on lower limbs were different from person to person.Some subjects were imp roved their flexibility of lower limbs and the performance of CMJ after WBV treatment w hile some subjects w ere not.Peak power of female subjects in CMJ test w as not significant imp roved by WBV training.Low er f requency of vibration treatment had greater effect on low er limb peak power of male subjects in CMJ test.The best f requency of WBV to imp rove peak power of male subjects in CMJ is 30Hz.

vibration training;acute effect;f lexibility;exp losive force

G804.6

A

1000-677X(2010)12-0071-05

2010-10-15;

2010-01-16

刘卉(1972-),女,天津人,副教授,博士,硕士研究生导师,主要研究方向为运动生物力学,Tel:(010) 62989583,E-mail:liuhuibupe@163.com;凤翔云(1987-),女,辽宁人,在读硕士研究生,主要研究方向为运动人体科学,E-mail:Bsu_wind@126.com。

北京体育大学运动人体科学学院,北京100084

Beijing Sport University,Beijing 100084,China.