振动训练对肌肉弹性成分的影响

刘北湘

(成都体育学院运动医学系，四川 成都 610041)

振动训练对肌肉弹性成分的影响

刘北湘

(成都体育学院运动医学系，四川 成都 610041)

目的:研究肌肉力量振动训练的主要作用目标，以加深对振动训练的认识。方法:通过人体对比实验(有附加振动和无附加振动的练习)，分别测定人体下肢肌肉向心工作、离心工作和肌肉弹性成分利用能力的变化情况。结果:有附加振动的练习在促进肌肉离心工作及肌肉弹性成分利用能力方面，要明显优于无附加振动练习;在有附加振动练习中，肌肉离心收缩和向心收缩的能力都有较大幅度的提高。结论:肌肉中的弹性成分是振动训练主要作用目标。

肌肉力量;振动训练;作用特征;运动生物力学

肌肉力量训练是竞技运动训练中的一项重要内容，近年来人们借助于现代科技条件对肌肉力量训练的方法进行了大量的研究工作，肌肉的振动训练法便是其中研究较多的一种。目前国内外在这方面的研究工作大多集中在研究振动刺激对肌肉力量训练效果方面［1－3］。已有关于振动训练的研究都发现振动训练能提高肌肉力量［4－7］，在解释这种提高的作用机理方面，目前普遍认为是振动刺激增加了外界对肌肉本体感受器的刺激量，同时激活了不同兴奋阈值的运动单位，导致运动单位的募集量增加［2］。支持这种观点的主要实验手段是测定在外加振动刺激条件下肌电量的变化［8］，以及血液中睾丸酮、生长激素等的变化［3］。也有文献提到在解释振动训练提高肌肉力量原因时应该考虑振动的力学特点(产生交变应力等)以及肌肉自身的力学特性(粘弹性体、弹簧振动传递效应等)［9］。但是目前从肌肉的力学特征方面研究振动训练力学机制的文献还非常少。本文选择从生物力学角度对振动训练的主要作用目标进行探索，这有助于逐步深入认识振动训练的作用机制，有助于对振动刺激进行合理的利用。

1 研究方法

1.1 实验对象

体育专业男生30名，年龄18－22岁，身高1.70－1.85米，体重62－75公斤。随机分成两组，分别为附加振动组A、无振动组B，每组15人。

1.2 实验练习动作

人体下肢大多数肌肉是羽状肌，其弹性成份含量较上肢丰富。因此选择人体下肢肌肉力量练习动作为实验内容，有利于表现本项目要研究的问题。整个训练期为8周，每周训练5次。

(1)附加振动组A:两脚站立在振动台上做负重蹲练习(附加振动刺激频率25Hz，振动幅度3－5mm)，8次×5组(每组20秒钟内完成)。

(2)无振动组B:两脚站立在地面做负重蹲练习，8次×5组(每组20秒钟内完成)。

1.3 测试动作及指标

(1)跳深。采用50厘米下落高度。要求自由下落双脚落地，然后全力全速向上跳起。通过三维影像测量方法获得人体重心最大反跳高度及速度变化等运动学数据。

(2)负重蹲起。各受试者均用其最大承载能力的80%重量完成动作。要求下蹲至半蹲状态后，全力全速站起。通过测力台获得最大支撑反力等动力学数据。

(3)屈伸膝关节。利用等速肌力测试系统测量股四头肌在向心收缩和离心收缩状态下的力矩峰值。测量时仪器设定运动速度为60°/s，采用膝关节“向心－离心”循环测量方法，伸肌先做向心收缩(膝从屈曲100°伸膝到0°)，然后再做离心收缩(膝从伸直状态0°屈膝到100°)。

1.4 测量仪器及方法

动力学测量仪器使用美国 BERTEC及瑞士KILTLER测力台系统;影像测量仪器使用 2台JVC9800摄像机做三维拍摄(外光源同步)，拍摄频率50帧/s，并用APAS－2000系统做数据处理;等速肌力测量仪器使用美国Lumex公司Cybex－6000型等速测力系统。

在实验前、后分别采集上述各项测试动作的数据指标，然后对实验前、后两次数据进行统计学分析(软件为SPSS13.0)，并结合运动生物力学原理及当前相关问题研究进展进行分析讨论。

2 实验结果

2.1 跳深最大反跳高度

由表1所示，跳深最大反跳高度指标实验前两组间无显著性差异，表明实验对象经随机分组有效避免了实验前两组间的成绩差异(以下表2、表3实验前此项指标的意义相同);实验后两组数据比较具有非常显著差异(P＜0.01)，附加振动组的增长幅度明显要比无振动组大;实验前、后同组数据比较，附加振动组有非常显著差异(P＜0.01)，无振动组有显著意义(P＜0.05)，二者的差异程度有一定的区别。

表1 跳深最大反跳高度(单位:cm)

2.2 负重蹲起支撑反作用力峰值

由表2所示，负重蹲起支撑反作用力峰值实验前两组间无显著性差异;实验后两组数据比较无显著差异;实验前、后同组数据比较有非常显著差异(P＜0.01)。

2.3 膝关节离心、向心收缩力矩峰值

表2 负重蹲起支撑反作用力峰值(单位:N)

由表3所示，(1)膝关节离心收缩力矩峰值指标:实验前两组指标比较无显著差异;附加振动组实验前、后比较有非常显著差异(P＜0.01);无振动组实验前、后比较无显著差异，但是总体平均数有所增加，增率为5.1%;两组实验后指标比较有非常显著差异(P＜0.01);(2)膝关节向心收缩力矩峰值指标:实验前两组指标比较无显著差异;两组实验前、后指标比较，附加振动组有非常显著差异(P＜0.01)，无振动组有显著差异(P＜0.05);两组实验后指标比较有显著差异(P＜0.05);(3)同组实验后增率比较:附加振动组离心收缩与向心收缩之间数据差异具有显著意义(P＜0.05)，离心收缩的增长幅度大于向心收缩;无振动组离心收缩与向心收缩数据比较无显著差异。

表3 膝关节离心、向心收缩力矩峰值(单位:N.m)

3 分析讨论

3.1 跳深反跳高度及速度分析

很早以来就有许多学者对跳深进行过较深入的研究，认为跳深是超等练习中较有代表性的一种练习方法，能比较客观的反映下肢储存弹性能和利用弹性能的状况［14］。近年来在振动训练的研究上也有学者使用过这一指标［4］。本文通过影像测量的方法获取人体总重心的运动学指标(反跳高度、重心速度)，数据具有客观性。下肢在跳深工作条件限制下，股四头肌、小腿三头肌等伸展肌群做超等长收缩。在下落重力的作用下这些肌群被拉长，肌肉组织中的弹性成分存储能量，这些能量在回跳时被释放。回跳过程主要是肌肉的弹性成分在发挥作用，即表现的主要是肌肉的弹性能力。由表1数据可知，两种不同训练方式对跳深反跳高度都有不同程度的促进作用，但是附加振动组的增长幅度明显要比无振动组大，这表明实验后两组反跳高度增长的程度是不一样的。由于跳深反跳高度主要是依靠下肢伸肌中弹性成分的作用，无疑表明附加振动刺激对弹性成分的促进作用要优于无振动的情况。

实验对象在实验前、后做跳深采用的高度相同，那么反跳高度的差异就来源于反跳离地速度的不同，离地速度越快则反跳高度越高。图1、图2是分别从两个组中选取的典型实例的人体重心速度曲线，图1中可以看到:附加振动组 A_A1实验后的速度增长(96.94cm/s)要大于无振动组B_B1(42.63cm/s)。有附加振动刺激的负重蹲练习在促进跳深反跳速度的提高方面要大于无附加振动负重蹲练习。这种个体的特点还表现在各实验群体之间。对两个组实验后跳深反跳速度增长值进行统计学分析，附加振动组A与无振动组B之间也具有显著差异，该结果与反跳高度具有一致性。在下落高度相同的情况下，能使人体重心运动速度的改变量越大，表明对肌肉弹性力的利用越大，或者说此时受试者在振动刺激训练后肌肉中的弹性成分相对于无附加振动组而言得到了较大的增长。

3.2 负重蹲起支撑反作用力峰值分析

以实验前、后支撑反作用力峰值作为肌肉收缩成分改变效果的指标(除去人体自身重力)，了解下肢主动收缩力(向心收缩力)改变情况。下肢在负重蹲起工作条件限制下，下肢股四头肌、小腿三头肌做向心收缩时，主要是肌肉的收缩成分在发挥作用，即表现的主要是肌肉的主动收缩能力。由表2可知:两组数据分别做实验前、后比较具有显著差异，表明有附加振动和无振动的负重蹲练习对于提高下肢向心收缩能力都具有明显训练作用;但是两组间数据比较无显著差异，表明这两种训练方法对于下肢最大蹬伸力而言，其作用基本一致。

有文献报道认为，在附加振动刺激和无附加振动刺激实验后，所测肌肉向心收缩力数据都存在显著差异［4－7］。而本研究实验后支撑反作用力峰值数据却无显著差异，仅平均值有一定差异(见表2)，所得这一结果似乎与这些报道有异。但仔细考察后发现区别在于测量方式和选用指标的不同。本研究采用的指标是通过测力台获取的负重支撑反作用力峰值。而上述文献报道大多采用的是等速肌力测试系统获得的单群肌肉向心收缩的峰值力矩［6－7］;有的文献虽然也使用的是测力台数据，但是所用的指标基本不相同(如采用最大等张力、最大等长蹬伸力、最大力量、静力性快速力量指数等)［4－5］。由不同数据而形成最终结论不一致的原因，可能与下肢结构力学特征有关。因为人体做下蹲起动作时，下肢呈下支撑状态构成一个复杠杆系统，产生上举力的大小(其反作用力影响支撑反作用力)不仅仅受肌肉向心收缩力的影响，还受下肢关节(膝关节)角度的影响。在肌力相同的情况下，关节角度越大，产生的上举力也会越大［12］。因此，附加振动和无附加振动产生的因训练而获得的肌力的提高，其差异往往会被淹没在下肢力学特征产生的机械效益中。相比较而言，等速肌力测试的方法能有效避免下肢结构力学特征对肌力测量结果的影响，其结果应该更合理一些。这也说明对肌肉力量测量的结果受测量方法和选用指标的影响很大。

3.3 膝关节向心、离心收缩力矩峰值分析

在向心收缩状态下，股四头肌主要依靠肌肉的收缩成份完成动作，其力矩峰值主要反映肌肉收缩成份的工作状态;在离心收缩状态下，由于股四头肌被动拉长，能最大限度发挥肌肉中弹性成分的力量，其力矩峰值可反映弹性成分的工作状态。由表3数据可知，在离心收缩方面，有附加振动负重蹲对于提高股四头肌离心收缩能力具有明显作用;而无附加振动的负重蹲对于股四头肌离心能力的提高并不明显。两组实验后指标比较有非常显著差异(P＜0.01)。在向心收缩方面，有附加振动和无附加振动的负重蹲训练对于股四头肌向心收缩力都有明显促进作用，但是在提高的程度上有一定差异，附加振动组要明显大于无振动组。附加振动组在实验后的提高幅度(增率)方面，股四头肌离心收缩的能力要明显大于向心收缩的能力，二者差异比较具有显著意义(P＜0.01)，这表明附加振动刺激对于离心收缩的作用要更大一些。

向心收缩和离心收缩间的差异可从肌电实验的结果中得到印证:肌力与对应的积分肌电之间在一定范围内存在线性关系，但是肌肉在不同收缩形式下同样大小的肌力与积分肌电的大小并不一致，向心收缩时产生的积分肌电要大于离心收缩［11］以及较多利用弹性能的收缩形式［12］。再由肌肉组织结构特征抽象出的肌肉力学模型可知，肌力的构成是由主动收缩成分产生的收缩力(该力需通过串联弹性成分进行传递)和并联弹性成分拉伸后的弹性回缩力共同构成，其中主动收缩成分的兴奋是产生肌电的主要因素［13］。在向心工作过程中收缩成分的兴奋使得积分肌电高于离心工作或较多利用弹性成能的工作;而在离心工作或较多利用弹性成能的工作形式中，主要是弹性成分发挥了作用，才具有较低的积分肌电。很早就有文献报道，在等速测力状态下，离心收缩产生的肌力要大于向心收缩，其原因就在于离心收缩较多的利用了弹性收缩成分［14］。本研究有区别的测量向心收缩和离心收缩峰值力矩的变化状况，分析同一实验组在实验后向心工作能力和离心工作能力在其指标上的差异，据此可以认为附加振动刺激较多的促进了弹性成分工作能力的提高。

振动刺激的作用目标主要是肌肉弹性成分的观点能得到固体和生物粘弹性固体振动学理论的支持:振动刺激能使弹性物质产生较敏感的反应，弹性特征越强反应越敏感，反之越迟钝(如纯粘滞性的固体产生反应很小)［15－16］。肌肉自身的牵拉虽然也会引起振动，但这种振动是顺着弹性成分的纵向，作用很有限。为了提高振动刺激的强度、频率、方向，才需要通过振动训练人为的从外界附加振动，而能对这种振动产生反应的首先应该是弹性成分。当前也有许多文献资料认为附加振动刺激触发了肌肉的牵张反射，促使肌纤维运动单位的募集量的增加［1－3］。但不论是哪种情况(或哪种情况更明显一些)，都还需要得到更多的实验支持。

本研究结果结合已有的研究成果可认为:振动训练不仅仅是提高了肌肉的向心收缩能力，同时也较大幅度的提高了肌肉的离心工作能力，而离心工作能力的提高无疑是肌肉中的弹性成分在振动刺激条件下得到了加强的结果。而且在提高的幅度上离心收缩往往要比向心收缩更大一些。在以往的相关研究中，大多都是强调了肌肉向心收缩能力的改变，而忽略了离心收缩能力的改变。事实上，肌肉中并联弹性成分的提高，可在肌肉被牵拉到一定长度后直接表现为肌肉力量;而串联弹性成分的提高，可以更好的向肌肉的两端传递肌肉收缩成分产生的主动收缩力。因此，肌肉中的主动收缩成分和弹性成分是相辅相成的关系，在肌力的训练中只要能使其中任何一种成分的能力得到提高，都会引起肌肉力量的增加。

4 结论

(1)有附加振动刺激的肌肉力量练习在促进肌肉离心工作能力、对肌肉弹性能的利用能力、以及向心工作能力方面，要明显高于无附加振动练习。

(2)振动训练能够有效促进肌肉中弹性成分能力的提高，这表明振动训练的主要作用目标是肌肉中的弹性成分。这项结论有助于在运动训练实践中为设计肌肉力量训练手段提供理论依据。

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Effect of Vibration Training on Muscle Elastic Elements

LIU Bei－xiang
(Chengdu Sport University，Chengdu，China 610041)

The objective of the research is focused on the main function of muscle vibration training and deepening the knowledge about the vibration training.By separately determining the changes among the muscle centripetal performance，centrifugal performance and the ability to use elastic elements in muscle，it is found that the training with added vibration training is obviously advantageous than that without added vibration training in terms of promoting the muscle centrifugal performance and the use of muscle elastic elements，with the conclusion showing that elastic elements in muscle play the main role in vibration training.

muscle strength，vibration training，function characteristic，sport biomechanics

G804.6 Document code:A Article ID:1001－9154(2011)09－0055－05

G804.6

A

1001－9154(2011)09－0055－05

四川省科技厅应用基础项目(2009JY0088)。

刘北湘(1954－)，男，湖南吉首人，副教授，工学硕士，主要研究方向:运动生物力学。

2011－06－21