不同频率全身振动训练对篮球运动员动态平衡能力训练效果的对比研究*1

郜瑞睿1黄 鹏1胡 扬1

（北京体育大学，北京 100084）

不同频率全身振动训练对篮球运动员动态平衡能力训练效果的对比研究*1

郜瑞睿1黄 鹏1胡 扬1

（北京体育大学，北京 100084）

目的：探讨不同频率全身振动训练对篮球运动员动态平衡能力的影响。方法：研究对象为北京体育大学竞技体育学院篮球专项成年运动员27名。A组进行中低频振动(30Hz)训练，B组进行次高频振动（45Hz）训练，C组为对照组。振动训练持续8周，振幅设定为7mm，运动员在振动训练仪上作下蹲动作。训练前后测定受试者的总稳定指数（SI）、前后轴稳定指数（APSI）、左右轴稳定指数（MLSI）、总标准差（SD）、前后标准差（APSD）、左右标准差（MLSD），并计算各项指标变化量（Δ），之后进行组内和组间比较。结果：振动训练后，振动训练组的SI、APSI、MLSI较自身训练前均显著提高（P＜0.01），SD、APSD、MLSD较自身训练前均显著下降（P＜0.01），对照组训练前后各项指标均无显著性变化（P＞0.05）。振动训练引起的指标变化量，B组显著高于A组；A、B两组均显著高于C组（P＜0.01）。结论：振动训练可有效提高篮球运动员动态平衡能力；7mm振幅下，次高频振动训练对篮球运动员动态平衡能力的提高效果优于中低频振动训练。

不同频率；振动训练；篮球运动员；平衡能力

振动刺激能以较小的负荷在短期内有效刺激肌肉本体感受器，提高中枢神经系统反应能力，改善神经肌肉协调性[1,2]。振动训练可以显著改善老年人[3-5]及排球运动员[6]的平衡能力。振动训练效果受多方面因素的影响，对于何种频率振动训练对改善平衡功能最有效，目前还没有统一定论。篮球运动对动作技术要求较高、强调动作协调性，较强的平衡能力是篮球运动员发挥训练水平、完成技术动作的基本要求，也是预防运动损伤的重要保障。研究篮球运动员适宜的振动训练频率对于指导篮球专项的训练和预防运动损伤很有意义。BBS（Biodex Balance System）动态平衡能力测试系统是康复医学领域中定量评定平衡功能的常用测试系统，该系统能够敏感地反映出研究对象的平衡能力，具有较高的内在一致性、重测信度及不同研究对象间的重测信度[7]。

因此，本研究拟通过对北京体育大学竞技体育学院篮球专项运动员进行8周振动训练，利用BBS系统比较不同频率（30Hz,45Hz）振动训练对篮球运动员动态平衡能力的训练效果，以发现篮球运动员的适宜振动刺激频率，为振动训练方法的完善与篮球专项平衡能力的训练提供实验依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

选取身高、体重、年龄、训练水平及训练年限接近的篮球专项成年运动员27名，身体健康，无下肢重大伤病史，训练期间保持正常饮食和生活习惯。随机分为3组，每组9名，A组为中低频（30Hz）振动训练组、B两组为次高频（45Hz）振动训练组，C组为对照组。基本情况见表 1。

1.2 研究方法

1.2.1 振动训练方法

采用Power Plate振动训练仪（型号：pro5 AIRdatpive，荷兰），该设备的频率范围为25-50Hz。30Hz和45Hz是具有代表性的振动训练频率。本研究振幅设定为7mm，共进行8周的振动训练，每周训练3次，每次6组，每组40秒,组间间歇40s。每组训练中，运动员保持躯干垂直，完成膝关节角度控制在120°-140°的半蹲起20个。

1.2.2 平衡能力指标测试

振动训练前及训练后每2周进行一次平衡能力指标的测试，平衡能力测试使用Biodex Balance System（BBS）平衡系统，为美国Biodex Medical System公司生产的BBS3.4型平衡检测仪，可以检测冠状面和矢状面两个方向摆动角度的稳定指数和标准差。测定指标为包括总体稳定指数(SI)、前后方向稳定指数(APSI)、左右方向稳定指数(MLSI)，分别代表站立时总体及在矢状面、额状面上的平均摆动角度(摆幅)；上述稳定指数采样的总标准差(SD)；前后方向标准差（APSD）；左右方向标准差（MLSD)。

检测前做10min预实验，再进行正式测试。向受试者解释测试程序及注意事项。受试者脱鞋站立于检测板平台上，双臂交叉置于胸前，两侧内踝相距约8-10 cm，与矢状面约呈15°角。依照受试者的身高调整支撑握把的高度。依照受试者舒适程度，调整显示器的高度与倾斜角度。启动重心点，让受试者移动重心点至格子的中心点。设定起始位置使用按键板，使用双脚的中线与测试板上格点为参考，输入受试者左脚尖、左脚跟、右脚尖、右脚跟位置。姿势稳定度取“both”双侧位置。系统取4-8级平台稳定度，经双向比较设定为6级稳定平台。测试时间为20秒，重复3次，倒数时间为10秒，动态平衡测试中任何一次失去平衡跌下，或系统目标跟踪测试中为失去平衡跌下为测试终止。由系统自动输出平均后的结果。

1.3 统计学分析

用SPSS 17.0软件进行统计分析。训练前后组内指标的比较用配对样本t检验，八周训练后，各项指标的变化幅度记为Δ，Δ=|训练后-训练前|，组间Δ值的比较用单因素方差分析，均采用双侧检验。

表1 研究对象基本情况

2 研究结果

表2 A组各项平衡数据（n=9）

由表2可见，低频振动训练组SI、APSI、MLSI均呈现增高趋势，SD、APSD、MLSD均呈现降低的趋势，第四次训练结束后的指标与训练前相比有非常显著性差异（P＜0.01）。

表3 B组各项平衡数据（n=9）

由表3可见，高频振动训练组SI、APSI、MLSI均呈现增高趋势，SD、APSD、MLSD均呈现降低的趋势，第四次训练结束后的指标与训练前相比有非常显著性差异（P＜0.01）。

表4 空白对照组各项平衡数据（n=9）

表5 各组间指标变化幅度（Δ值）比较

由表4可以看出，空白对照组SI、APSI、MLSI、SD、APSD、MLSD均无明显变化（P＞0.05）。

由表5可见，振动训练引起的指标变化率，B组ΔSI、ΔAPSI、ΔSD、ΔAPSD、ΔMLSD与 A组相比，有非常显著性差异（P＜0.01），ΔMLSI显著大于A组（P＜0.05）。

3 分析讨论

本研究结果显示，8周振动训练后，与对照组相比，振动训练30Hz组及45Hz组各项动态平衡能力指标均有显著改善（P＜0.01），可见振动训练可以提高机体的动态平衡能力。这一结果与众多有关振动刺激对老年人平衡能力改善效果的研究结果相一致[3-5]。此外，孙越颖对24名男子排球运动员的研究也发现，振动训练可以显著改善排球运动员的平衡能力[6]。推测振动训练改善平衡能力的可能机制：

振动训练可以改善本体感觉，增强感觉输入[8,9]。黄鹏[8]等对27名篮球运动员进行了8周振动训练，发现振动训练可以显著改善篮球运动员膝关节位置觉。Trans T等[9]对52名女性的研究也证实全身振动训练可以显著提高本体感觉。通过分布在关节囊、肌腱、肌肉等结构中的感受器（肌梭、腱梭、帕西尼小体等），人体感觉肢体的相对位置、运动变化及肌肉的紧张程度。作为一种外源性刺激，振动训练能够有效地刺激肌肉的本体感受器，尤其可以激活大量的初级肌梭Iα传入纤维末梢产生兴奋，反射性地引起梭外肌纤维产生收缩。MARTIN 的研究表明，肌肉激活水平提高后附加振动刺激，可以增加 Ia传入神经的敏感性[10]。振动刺激还可能刺激皮肤和关节感受器产生兴奋，兴奋传入到 γ 运动系统，增加肌梭的敏感性和反应能力[11]。

其次，振动训练可能通过对脊髓水平和高级中枢的调控，改善神经肌肉系统的控制能力，进而增强平衡能力。脑干、皮层等高级中枢对来自关节、皮肤等传入的信息进行整合，并发出运动指令，作为神经系统调节肌肉活动的最后环节，脊髓运动神经元将这些信息下传，调节运动单位的放电水平和肌肉的收缩状态。张文通[12]对20名健康成年大学生右下肢胫骨远端分别施加不同频率振动刺激，发现在一定振动频率范围内（20-40Hz），振动刺激可以兴奋正常人体的脊髓运动神经元；进一步的研究还发现振动刺激能够兴奋软瘫期上运动神经元综合征患者脊髓运动神经元。振动刺激还可能在高级神经中枢对神经肌肉系统产生调节作用。研究发现，低频局部振动刺激作用于手部肌肉可以提高管理这些肌肉运动的相应的大脑皮质功能区的兴奋性[13,14]。这就表明振动刺激不仅在脊髓水平而且在更高级的神经中枢上对神经肌肉系统产生调节作用[12]。全身振动训练主要针对下肢肌群进行锻炼，可能通过提高管理下肢肌肉运动的相应的大脑皮质功能区的兴奋性进而增强神经肌肉控制能力。

振动训练还可以有效增加肌肉力量[15]。振动训练通过募集更多的运动单位反射性地增加肌纤维的收缩、引起血睾酮和生长激素浓度增高[15]、促进肌群之间平衡协调发展[6,17-19]从而有效增加肌肉力量，而肌力的增加对增强关节稳定性、提高本体感觉及平衡功能有重要意义[20,21]。

此外，一些研究探讨了振动训练提高平衡能力的可能分子机制。史仍飞[22]以42只雄性SD大鼠为研究对象，建立不同振动训练模型，发现适宜的振动训练有助于增加腓肠肌相对质量、肌纤维横截面积和肌细胞内肌酸激酶（Creatinkina，CK）的活性，增强细胞内机械生长因子（Mechano growth factor，MFG） mRNA表达，提示振动刺激可能通过激活机械生长因子的表达，诱导骨骼肌肥大等途径提高运动能力；此外，卫星细胞培养结果显示，机械牵张刺激促进体外卫星细胞的增殖能力，细胞增殖能力大小与细胞所受刺激的负荷大小有关。由此认为振动刺激可能通过激活卫星细胞增殖和肌细胞机械生长因子的表达、促进肌纤维选择性肥大、提高骨骼肌细胞代谢酶CK活性以提高肌肉的运动能力。研究发现，振动刺激能够增加废用性肌萎缩模型大鼠比目鱼肌的肌肉湿重及Ⅰ型、Ⅱ型肌纤维的平均横截面积，还能够有效对抗肌纤维类型由Ⅰ型向Ⅱ型的转化[23]；此外，振动刺激可以促进废用性肌萎缩模型大鼠肌胰岛素样生长因子-Ⅰ（Insulin-like Growth Factor – Ⅰ，IGF-Ⅰ）、成肌分化抗原（Myogenic Differentiation Antigen，MyoD）等过量表达，而使肌肉生长抑制素（Myostatin）的表达减少[23]，这些肌肉生长因子很可能在机械刺激和基因表达之间发挥化学桥梁作用，诱导肌组织对各种机械刺激产生适应性变化[22]，进而促进骨骼肌蛋白合成、抑制骨骼肌蛋白分解，增加骨骼肌质量，提高运动能力。

本研究结果显示，经过8周振动训练，高频振动组（45Hz）各项指标变化幅度显著大于低频振动组，两组间Δ MLSI有显著性差异（P＜0.05），其余各项指标均有非常显著性差异（P＜0.01），可见在一定频率范围内，高频振动训练对动态平衡能力的改善效果要优于低频振动训练。刘北湘对60名体育专业男生进行了15-45Hz的多维振动训练以探究不同频率振动训练对膝关节伸肌群训练效果的影响，发现随着频率的增加，振动训练效果有明显增加的趋势[24]。任满迎[25]对北京市22名女子运动员的研究也发现，同振幅下，次高频振动训练(35Hz-50Hz)对肌肉爆发力、快速力量、最大力量以及肌肉耐力的训练效果显著优于中低频振动训练(25Hz-35Hz)。其另一项研究发现，45Hz振动训练组运动员伸肌相对峰值力矩、快速单次最大做功功率的增长率均高于30Hz振动训练组，并推测原因可能是45HZ振动训练对肌肉的激活程度要高于30Hz[26]。此外，孙越颖对24名男子排球运动员的研究也发现，45Hz的振动训练对平衡能力的改善效果要显著优于30Hz的振动训练[6]。次高频振动刺激的训练效果优于中低频刺激的原因可能有以下几点：

与中低频相比，次高频振动刺激可能募集更多的运动单位。在小于50Hz的范围内，腿部肌肉（股直肌、股内侧肌、股外侧肌、股二头肌、半腱肌、胫骨前肌、腓肠肌）肌电随振动频率增加而增加[17-19,27]。袁艳等对 10 名健康男性大学生施加了7种频率振动刺激并进行负重练习，发现无论是否负重，45 Hz 的振动刺激可以显著增加小腿肌肉激活（P＜0.05）[27]。可见，与中低频相比，次高频振动刺激可以募集更多的运动单位。研究表明：振动刺激导致的表面肌电信号的增强和运动单位同步化程度的增加依赖于振动频率[10]。当振动频率在100Hz以下时，肌梭的初级感觉末梢（Ⅰα类纤维）能够按1：1做出同步性反应[10]。在此范围内随着振动频率的增加，Ⅰα类纤维兴奋性也随之增加，传入冲动的数量和频率相应增加，运动神经元去极化增加，阈值更高的运动单位被募集，动员的运动单位增加，表面肌电信号增加。Delecluse[28]的研究也发现，在适宜的振动频率下(22-50Hz)，随着振动频率的增加，神经冲动的发放频率加快、同步性增强，肌肉出现共振，可能有效地刺激了机体的代谢水平，从而提高运动能力。

另一方面，与中低频振动相比，次高频振动可能更接近大腿固有频率，引起肌肉最大振幅。从生物力学角度看，外源振动刺激引起肌肉振动，是一种受迫振动同时也是一种阻尼运动[24]。要使肌肉获得足够大的刺激能量，既要保证振动刺激有较高的振动频率，同时也要保证肌肉有足够大的振幅。根据受迫振动的规律，当受迫系统的阻尼因素越小、外加振动源的振动频率越接近受迫系统的固有频率时，受迫系统的振幅会变得越大[29]。 因此，振动训练采用的外源振动频率应略小于人体肌肉的固有频率，以使肌肉内部的振幅达到最大。本研究中，与30Hz相比，45Hz的振动频率更接近大腿的固有频率（人体各部位固有频率各不相同，其中大腿的固有频率理论值约为50Hz[29]）。可见，在外加振幅相同的情况下，45Hz的振动刺激可引起肌肉系统更大的振幅、获得更大的刺激能量，从而产生更显著的训练效果。

此外，与中低频相比，次高频振动可能改善腿部肌群的激活模式，促进参与工作肌群的协调用力。对小腿肌肉的研究发现，随着振动频率的增加，小腿前、后肌群的激活比例在不断发生变化，低频振动时对小腿前群肌肉（胫骨前肌）的激活程度较大，随着振动频率的增加逐渐增强了对后群肌肉（腓肠肌内侧头和外侧头）的激活，且三块肌肉的激活比例逐渐趋于均衡[18,19]。对大腿肌肉的研究也发现了同样的现象：随着振动强度的增加，股内侧肌和股外侧肌的放电量所占比例逐渐缩小，而股直肌所占比例逐渐增大，即三块肌肉的支配比例渐趋向均衡发展[19]；振动过程中，大腿后群肌肉的诱发激活程度与振动频率呈正相关关系（P＜0.01），即振动强度越大，肌肉被激活程度也越高，最高值可达静力性半蹲时的 7 倍左右[19]。可见次高振动刺激能够改善腿部前后肌群的激活模式，促进肌肉间均衡发展，对改善肌肉间的协调性、提高同步激活更有效。

4 结论

4.1 振动训练可有效提高篮球运动员动态平衡能力。

4.2 7mm振幅下，次高频振动训练对篮球运动员动态平衡能力的提高效果优于中低频振动训练。

[1]Riemann B L,Myers JB,Stone DA, etal.Effect of lateral ankle ligament anesthesia on single-leg stance stability[J].Med Sci Sports Exerc, 2004,36(3):388-396.

[2]Myers JB,Riemann BL,Hwang,JH,etal.Effect of peripheral afferent alteration of the lateral ankle ligaments on dynamic stability [J].Am J Sports Med,2003,31(4):498-506.

[3]Rees SS, Murphy AJ,Watsford ML. Effects of whole body vibration on postural steadiness in an older population [J]. J Sci Med Sport, 2009, 12(4):440-444.

[4]Verschueren SMP, Roelants M, Delecluse C,et al.Effect of 6-month whole body vibration training on hip density, muscle strength, and postural control in postmenopausal women: a randomized controlled pilot study [J].J Bone Miner Res,2004,19:352-359.

[5]Priplata AA, Niemi JB, Harry JD,etal.Vibrating insoles and balance control in elderly people[J].Lancet,2003,362(9390):1123-1124.

[6]孙越颖.不同频率振动训练对排球运动员下肢及核心力量的影响[D].北京:北京体育大学,2011.

[7]马玉,吴庆文,马素慧,等.平衡仪与人体平衡功能的评定及干预[J].中国组织工程研究,2012,16(2):353 - 356.

[8]黄鹏,王安利.不同频率振动训练对膝关节位置觉影响的实验研究[J].北京体育大学学报, 2012,35(11):40-45.

[9]Trans T, Aaboe J, Henriksen M, et al. Effect of whole body vibration exercise on muscle strength and proprioception in females with knee osteoarthritis[J].Knee,2009,16(4):256-261.

[10] MARTIN B J，PARK H S. Analysis of the tonic vibration reflex：influence of vibration variables on motor unit synchronization and fatigue [J].Eur J Appl Physiol Occup Physiol,1997,75(6):504-511.

[11] Cardinale M，Lim J. Electromyography activity of vastus later alismuscle during whole-body vibrations of different frequencies [J].Journal of Strength and Conditioning Research, 2003,17(3):621-624.

[12]张文通.生物谐振影响脊髓运动神经元兴奋的电生理研究[D].南京:南京医科大学第一临床医院,2013.

[13] Rosenkranz K, Pesenti A, Paulus W, et al. Focal reduction of intracortical inhibition in the motor cortex by selective proprioceptive stimulation[J].Exp Brain Res, 2003,149(1):9-16.

[14] Rosenkranz K, Rothwell JC. Differential effect of muscle vibration on intracortical inhibitory circuits in humans[J].J Physiol, 2003, 551(2):649-660.

[15]任满迎,赵焕彬,刘颖,等.振动力量训练即时效应与结构性效应的研究进展[J].体育科学,2006,26(7):63-66.

[16]Bosco C, Cardinale M, Tsarpela O, et al. The influence of whole body vibration on jumping performance [J].Biol Sport,1998,15:157-164.

[17]袁艳,吴贻刚,苏彦炬,等.振动频率和负荷重量对半蹲起大腿肌群表面肌电活动的影响[J].体育科学，2012,32(10):64-68.

[18]李玉章.不同振动模式中小腿肌肉的诱发激活特征比较研究[J].天津体育学院报,2010, 25(4):336-339.

[19]李玉章.不同形式振动训练中下肢肌群的神经肌肉激活特征[J].天津体育学院报,2011,26(1):30-33.

[20]Ramsey DK, Wretenberg PF, Lamontagne M, et al.Electromyographic and biomechanic analysis of anterior cruciate ligament deficiency and functional knee bracing[J].Clin Biomech,2003,18:28-34.

[21] Valentine Boueèt, Yves Gahery. Muscular exercise improves knee position sense in humans [J]. Neurosci Lett, 2000,289:143-146.

[22]史仍飞.振动训练对大鼠骨骼肌运动能力的影响及其机制探讨[D].上海:第二军医大学,2007.

[23]黄鹏.不同频率振动刺激对废用性肌萎缩大鼠康复效果及机制研究[D].北京:北京体育大学,2012.

[24]刘北湘.振动波方向、频率对振动训练的影响[J].武汉体育学院报, 2011,45(6):83-87.

[25]任满迎,闫琪,刘颖.不同频率全身振动刺激对运动员下肢肌群力量训练效果的对比研究[J].体育科学, 2008，28(12):39-44.

[26]任满迎,潘磊,魏永旺.不同频率振动刺激力量训练对膝关节肌群肌力影响的实验研究[J]．首都体育学院学报，2008,20(3):72-75．

[27]袁艳,吴贻刚,苏彦炬,等.不同频率振动刺激和负重条件下半蹲运动中小腿表面肌电活动特征研究[J].天津体育学院报，2012,27(4): 287-291.

[28] Delecluse，Roelants M, Verschueren N. Strength Increase after Whole-Body Vibration Compared with Resistance Training [J].Med. Sci. Sports Exerc, 2003,35(6):1033-1041.

[29]王贤坤.一种建立人体振动生物力学模型的新方法[J].振动工程学报,1996,9(2):209-212.

Comparative Research in Dynamic Balance Training in Basketball Players Using Whole Body Vibration at Different Frequencies

GAO Rui-Rui, etal.
(Beijing Sports University, Beijing 100084, China)

[Objective]To investigate different frequencies of vibration training on balance ability. [Method] 27 basketball players from Beijing Sports University were divided into 3 groups at random. Subjects in Group A (30Hz) and Group B (45Hz) undergone a 8-week vibration training with an amplitude of 7mm and Group C was control group. Stability index(SI),anterior/posterior SI(APSI),medial/lateral SI(MLSI), standard deviation（SD）,anterior/posterior SD（APSD）,medial/lateral SD（MLSD）were tested before and after training. [Results]The SI,APSI,MLSI of Group A and Group B improved very significantly (P＜0.01), SD,APSD,MLSD of Group A and Group B declined very significantly (P＜0.01). For the comparison between groups, the data in Group B was more than that of Group A. The balance ability of Group A and B improved more than that of Group C, with a significant difference (P ＜ 0.01).[Conclusion]Vibration training can enhance the effects of balance ability training effectively. With the same amplitude of 7 mm,effects of vibration training with hypo-high frequency vibration stimulus (45Hz) is better than that with low-middle frequency vibration stimulus（30Hz）.

different frequency; vibration training; basketball players; balance ability

中央高校基本科研业务费专项资金资助课题，北京体育大学课题编号2011040。

郜瑞睿（1990-），山西长治人，研究生，研究方向：运动生物化学。

黄鹏（1972-），河北邯郸人，运动医学博士，副教授，主治医师，研究方向：运动损伤康复。