超低温全身冷冻预冷却对女子橄榄球运动员下肢爆发力影响的实证研究

徐萌 郎健 王长权 裴嘉文 徐媛媛 孙哲

摘要：选取12名女子橄榄球运动员作为实验对象，实验组6人10 min准备活动后进行超低温全身冷冻（WBC，-120 ℃）预冷却120 s，对照组6人仅做10 min准备活动，然后对WBC后即刻、10 min、20 min、30 min 4个时刻进行CMJ和SJ起跳高度和功率进行测试，对测试结果进行重复测量方差分析和多变量方差分析。研究结果：如果准备活动后进行WBC预冷却作为提高神经肌肉兴奋性的一种手段，对女子橄榄球运动员CMJ和SJ起跳高度和功率没有产生促进作用反而产生抑制作用。WBC后即刻到WBC后30 min时间内，CMJ和SJ的高度值与时间呈显著性二次方关系，即WBC后即刻纵跳高度下降并逐渐在第10 min时刻达到最低点，然后逐渐回升。WBC后第10 min时刻的CMJ和SJ的起跳功率值均达到最低值，然后逐渐回升。女子橄榄球运动员准备活动后进行WBC对CMJ和SJ这种单次努力完成的爆发性动作没有促进作用。

关键词： 超低温全身冷冻；预冷却；橄榄球；下蹲跳；蹲跳

中图分类号： G 804.2文章编号：1009783X（2016）04037006文献标志码： A

超低温全身冷冻技术（whole body cryotherapy，WBC），是让受试者穿极少的衣服（一般只穿泳衣）暴露在可控的极冷空气环境中（达到-100 ℃以下，一般是通过电脑可控的释放液氮进行降温），持续1～3 min[1]。其应用起源于日本，日本医生山内俊朗在1978年开始对风湿病人的皮肤表面进行短时间的冷冻治疗，以此来减轻病人的疼痛。20世纪80年代传入欧洲，德国在1982年首次应用，而后1989年在波兰被应用于医疗中来治疗病人的多发性硬化症、脊柱疾病及风湿类等一些疾病[2]。WBC过程中超低温环境使得阿尔法肾上腺素受体刺激交感神经系统，导致人体外周血管急剧收缩，从而产生一系列的适应性变化，如能镇痛、降低肌肉炎症及增加组织修复时的血清标志物等[1]。有研究表明：高强度训练、肌肉离心力量训练和快速伸缩复合训练后进行了WBC会降低因训练而造成的肌肉酸痛和EIMD，最大力量、起始功率及膝关节最大转矩和最大角速度都能较短时间内恢复到起始水平[34]；所以，近年来，WBC被运用到竞技体育中的运动疲劳的快速恢复和运动损伤的治疗等方面。

七人制橄榄球全场比赛14 min，上下半场各7 min，相比十五人制来说比赛时间更短、人数更少、空间更大；所以比赛强度更大，这就要求场上队员要更加频繁地加速制动再加速，需要有更好的下肢爆发力和变速变向移动能力[5]。准备活动（warmup）是在训练或比赛的主体活动前，使机体逐步进入工作状态，使身心为主体活动做好准备的系列身体练习和活动，目的就是通过各种练习，提高中枢神经系统的兴奋性，加强各系统器官的机能活动。赛前和训练前准备活动能使体温升高，缩短神经反射时，降低肌肉粘滞性，加快肌肉收缩速度，提高中枢神经兴奋性，大脑反应速度加快[6]。由于七人制橄榄球比赛时间较短，比赛强度较大，所以赛前和训练前的准备活动至关重要，积极调动各个系统的兴奋性和机能，使得运动员在较短比赛时间内更大程度地发挥技战术水平。

预冷却就是在比赛或训练前对运动员进行预先适当的身体降温处理，比较传统且简单易行的是穿冰背心、浸泡冷水等，运动员在较高温度环境中进行浸泡冷水预冷却能显著提高耐力性，增加机体热容能力，有效降低身体核心温度，延长人体到达力竭的时间，尤其在长时间、较大强度的间歇性运动时[79]。

国外对WBC的应用较为广泛，对运动员在训练比赛结束后进行单次急性的和多次适应性的应用存在一定的研究基础。目前，国内已有少数研究报道了WBC对高强度训练后机体恢复有显著性的效果，但是很少有文献报道预冷却方式的WBC应用于运动员的效果；因此，本研究试图通过在女子橄榄球运动员训练前运用WBC，观察不同间隔时间对原地纵跳能力影响，了解作为准备活动时WBC对女子运动员下肢爆发力的作用，本研究假设为：准备活动结束后进行120 sWBC（-120 ℃）能提高女子橄榄球运动员CMJ和SJ的高度及功率。

1研究对象和方法

1.1研究对象

选取北京师范大学女子橄榄球队12名队员，所有队员无WBC经历，身体状态良好，近期无伤病，无WBC禁忌症状。其中实验组6人，对照组6人，实验组在准备活动结束后进行WBC（-120 ℃）120 s，对照组准备活动结束后无任何干预。

1.2研究方法

1.2.1文献资料法

运用Google学术搜索、CNKI搜索、Springer online搜索、Web of Science搜索等工具对“whole body cryotherapy”“cryotherapy”“cryostimulate”“precooling”“全身冷冻治疗”等关键词进行搜索，对近几年国内外超低温全身冷冻等方面文献进行搜集，为研究提供理论支撑。

1.2.2数理统计法

运用SPSS 20.0软件，采用重复测量方差分析（repeated measure ANOVA）对实验组和对照组不同间隔时间对CMJ和SJ的影响进行统计学分析，采用多变量方差分析（MANOVA）对实验组和对照组4个时刻CMJ和SJ比较。运用LSD对实验组进行数据指标的后继检验。

1.2.3实验法

对受试者进行动态准备活动，分别在不同的时间节点上进行原地下蹲跳（counter movement jump，CMJ）和原地静蹲跳（squat jump，SJ）。实验当天，实验组准备活动后进行WBC后即刻、WBC后10 min、WBC后20 min和WBC后30 min时刻，4个时间点观察测试分析不同时间间隔后WBC对纵跳能力的影响。对照组在与实验组相同的时间间隔完成4个时刻的纵跳测试。

对受试者大腿前侧股四头肌处皮肤表面，小腿后侧腓肠肌处皮肤表面不同时刻进行温度测量，并记录观察变化趋势。

1.2.3.1准备活动

20 s开合跳，20 s原地跑，20 s后踢跑。10次下蹲前举实心球（6磅，约为2.72 kg），10次弓箭步上举实心球（6磅，约为2.72 kg），10次弓步转体（6磅，约为2.72 kg）。动态拉伸：拉伸股四头肌，股二头肌，大腿内收肌，臀大肌，伟大拉伸。各2组。

1.2.3.2WBC预冷却和纵跳测试

由于WBC设备和数字纵跳台都只有一台，而且每次只能对一个受试者进行测试，为了更好的控制间歇时间，所以把受试者分为两人一组，共3组分别进行准备活动后WBC预冷却干预和测试。当受试者完成准备活动后，换运动背心和短裤，带手套穿厚棉袜保护好末端肢体，如果有微出汗则擦干身上汗水，进入WBC冷冻仓内，时间120 s，温度为-120 ℃，从WBC冷冻仓出来后穿短衣短裤运动服进行测试。

运用芬兰产HUR Lab数字纵跳台进行CMJ和SJ测试，在进行CMJ时要求受试者双手掐腰固定，抬头挺胸、注意力集中、眼睛平视，当听到指示后快速地下蹲到某一位置，立即尽全力向上起跳；在进行SJ时要求受试者双手掐腰固定，抬头挺胸、注意力集中、眼睛平视前方，受试者先屈膝屈髋到一个合适的起跳角度并稳定好，当听到指示后快速地蹬伸尽全力向上起跳，要求不要有向下蹲的趋势。测试环境温度为26 ℃，湿度21%。

2研究结果

2.1纵跳测试

2.1.1CMJ测试

实验组在准备活动之后进行WBC后即刻CMJ高度降低，当WBC后第10 min时CMJ高度降到最低，从WBC后第10 min CMJ高度回升，第30 min时恢复到起始水平，如图1和图2所示。

对实验组和对照组进行重复测量方差分析（见表2），时间因素主效应及时间因素和分组因素交互效应的方差分析结果表明，时间因素没有统计学意义（F=0.893，P>0.05），说明CMJ高度没有随着时间产生显著性变化的趋势；时间×分组也没有统计学意义（F=0.952，P>0.05），说明时间因素的作用不

随分组（实验组和对照组）的不同而不同。主体间效应的检验结果说明，实验组与对照组CMJ高度比较，差异没有统计学意义（F=0.15，P>0.05）。

实验组重复测量分析结果显示5次测量（基础值、WBC后即刻、WBC后10 min、WBC后20 min和WBC后30 min）随着时间的变化呈现出二次方的趋势（F=5.537， P=0.042）。

对实验组和对照组各个时刻CMJ进行多变量方差分析，结果表明4个时间点的CMJ高度值均无统计学意义（P>0.05），说明在每个时间点上实验组和对照组CMJ无显著性差异。

实验组WBC后10 min CMJ高度最低，比平均基础值降低了4.64%，实验组各时刻的CMJ高度值进行单因素重复测量分析对比，发现两两比较均无显著性差异（P>0.05）。

对实验组WBC后4个时刻的起跳功率进行单因素重复测量方差分析，结果表明WBC后起跳功率与时间没有显著性交互作用，各个时刻功率值与基础值均无显著性差异，其中WBC后第10分钟时刻的起跳最大功率值降低幅度最大，相比基础值降低了2.78%，见表3。

实验组在WBC后即刻CMJ起跳功率比基础值上升1.35%，WBC后10 min降低到最低值，比基础值降低2.78%，WBC后20 min和WBC后30 min持续升高，但仍然低于基础值，如图3所示。各时刻起跳功率与基础值均无显著性差异（P>0.05）。

2.1.2SJ 测试

实验组在WBC后即刻SJ高度均值由35.63 cm，下降到34.21 cm，降低1.42 cm，幅度3.99%。WBC后10 min时刻SJ高度到达最低值，下降到34.02 cm，降低1.61 cm，幅度4.52%，从第10 min时刻开始逐渐回升，到第30 min时恢复到基础值水平，如图4与图5所示。

对实验组和对照组重复测量方差分析（见表4），时间因素主效应及时间因素和分组因素交互效应的方差分析，结果表明时间因素没有统计学意义（F=0.622，P>0.05），说明不同时间SJ高度无显著性差异，SJ高度没有随着时间显著性变化的趋势；时间×分组没有统计学意义（F=0.912，P>0.05），说明时间因素的作用不随分组（实验组和对照组）的不同而不同。主体间效应的检验结果，说明实验组与对照组从总体来看无显著性差异（F=0.079，P>0.05）。实验组SJ高度与时间变化趋势显示呈现二次方（F=18.6594，P<0.01）。

对实验组和对照组各个时刻SJ进行多变量方差分析，结果表明4个时间点的SJ高度值均无统计学意义（P>0.05），说明在每个时间点上实验组和对照组SJ无显著性差异。

对实验组WBC后各时刻SJ高度值进行单因素重复测量分析进行两两比较检验，结果表明WBC后第10 min SJ高度与基础值呈现显著性差异（P=0.041，P<0.05），比基础值降低了1.52 cm，比例为4.52%，如图5所示。

对实验组WBC后SJ起跳最大功率值进行单因素重复测量方差分析（见表5），结果显示SJ起跳最大功率值与时间没有显著性交互作用；但WBC后第10分钟最大功率值与基础值呈现显著性差异（P=0.04<0.05），比基础值降低2.9%。

WBC后即刻SJ起跳功率值比基础值略降低，比例为0.5%。WBC后10 min下降到最低值，比基础值下降2.9%，并且与基础值呈显著性差异（P<0.05）。WBC后20 min与WBC后30 min开始上升，但均低于基础值，如图6所示。

2.2WBC后大腿和小腿温度测量

对实验组WBC前与WBC后不同时刻的大腿前侧股四头肌处皮肤表面温度，小腿后侧腓肠肌处皮肤表面温度进行红外温度测量，室温26 ℃。

由于不能测量WBC时的温度变化过程，由现有的数据来看WBC后即刻皮肤温度降到最低。在WBC后10 min温度急剧上升，根据前人研究结果，WBC后最初5 min内皮肤表面温度呈现对数式上升，在WBC后第10 min时刻大腿前侧皮肤温度回升到25.8 ℃，小腿后侧温度回升到25.2 ℃，在第10 min到20 min过程中缓慢回升到28.6 ℃和28.3 ℃，在第30 min时恢复到基础水平。

3分析与讨论

实验组准备活动结束后进行WBC，对照组不进行WBC，结果发现在WBC后30 min时间内，实验组CMJ和SJ的起跳高度与对照组均无显著性差异，并且时间对CMJ和SJ起跳高度的作用均无显著性差异。

实验组WBC后即刻SJ的起跳高度和功率值均低于基础值，CMJ的起跳高度低于基础值，但起跳功率略高于基础值；但与基础值比较，均无显著性差异。当WBC后10 min时刻CMJ和SJ高度和功率值均达到最低值，但是CMJ高度与基础值无显著性差异，SJ的高度与基础值呈显著性差异（P<0.05）。从整体趋势来观察，WBC后即刻到WBC后30 min这段时间内SJ和CMJ高度随时间变化呈现二次方趋势（P<0.05），其中最低值在WBC后10 min时刻。准备活动加入WBC预冷后对运动员纵跳能力没有产生积极的影响，没有产生预期认为WBC能刺激肌肉神经兴奋，对纵跳有促进作用的结果。

前人研究表明预冷却对短时间高强度的动作能产生影响，提高平均功率输出，Marsh认为预冷能通过降低皮肤温度从侧面反映出皮肤血流量降低，从而增加身体内部和参与工作肌肉的血流量，而内部血流量的增加有利于参与高强度的运动[10]。Klimek对单次WBC后功率自行车进行高强度无氧工作能力测试wingate，测试发现能显著缩短到达最大无氧功的时间[11]。另一项研究表明，运用功率自行车测试发现受试者在较暖环境中预冷后（穿戴降温背心和在释放3 ℃冷气房里）比没有预冷的功率输出高17.8%[8]。以上研究均显示，预冷却能对短时间高强度动作有积极影响，但是对单次的高强度爆发力的动作来说没有直接的研究证明。

WBC后最直接的表现就是皮肤温度降低，由图5可以看出：WBC后即刻大腿和小腿皮肤温度均在10 ℃以下，急剧上升然后到平缓上升；但是皮肤温度与肌肉温度是不是呈正相关性，从而影响到肌肉收缩速度和力量。Racinais认为肌肉温度与起跳高度呈正相关，当肌肉温度下降后肌肉输出功率和起跳高度降低，当肌肉温度降低1 ℃，肌肉收缩速度降低2%～5%。Bergh认为肌肉温度降低1 ℃，肌肉收缩力量降低4%～6%[1213] ，但温度与肌肉收缩速度和力量影响程度不一致。Binkhorst认为快速肌肉收缩的动作比慢速肌肉收缩的动作更能受温度的影响。Ranatunga认为在较高肌肉温度中慢肌运动单位要先于快肌运动单位募集，而当在肌肉温度低于25 ℃时则是快肌运动单位先被募集，实验发现降低手部第一背侧骨间肌肉温度能降低由电刺激引起的肌肉张力，当低于25 ℃时其肌肉张力急剧下降[1415]。

另一方面，低温改变了肌肉主动肌与对抗肌的协同激活作用，Oska发现当在低温环境中肌肉向心收缩时对抗肌受激活程度显著性提高，同时主动肌激活程度显著性下降，这两者就会造成“制动效应”， 主动肌活动下降，对抗肌活动增强，两者叠加效果就会产生肌肉收缩时功率下降[16]。

WBC后最直接的表现就是皮肤温度降低，由图5可以看出，WBC后即刻大腿和小腿皮肤温度均在10 ℃以下。在本研究中只简单地连续观测了WBC后4个时刻的大腿和小腿部位的皮肤表面温度，没有进行肌肉内部温度的检测；但Hardaker等研究发现，股直肌肌肉内部温度与皮肤表面温度呈负二次方关系，当用冰袋冷却结束后皮肤表面温度开始回升，但肌肉内部温度仍然下降。这是因为人体表面组织从深层组织内吸收热量，这就是为什么在冷却后肌肉内部温度是在皮肤表层温度开始上升时才达到最低值[17]。由此可以推测：皮肤温度与肌肉温度不呈正相关性，也就是说，皮肤温度在WBC后即刻快速升高，而肌肉温度仍持续降低；但是Ranatunga早在1987年研究皮肤与肌肉温度关系时发现肌肉内部温度与皮肤温度呈线性关系，t（肌肉温度）=3.2+0.8t（皮肤温度）[13]。Ranatunga检测的手部第一背侧骨间肌的皮肤和肌肉温度，与Hardaker检测股直肌在深层组织厚度和脂肪厚度上有一定的不同。这些是不是导致皮肤温度与肌肉温度关系的不同。Thomas也认为冰敷冷冻效果与冷冻时间、冷冻深度及肌肉与皮肤之间的脂肪组织厚度有一定关系。Costeloe等对肌肉内部探针直接测量发现：WBC后在60 min时间内持续下降并且第60 min时刻肌肉深度3 cm处的温度降低幅度达到最大值为1.6 ℃，而这与皮肤表面温度呈现负相关，也就是皮肤温度从WBC后开始回升，而肌肉温度仍然持续降低并在60 min后达到最低值[18]。这与Hardaker等的研究成果有一定程度的相似。

CMJ是下肢肌肉离心收缩然后向心收缩的快速转换，与神经激活及肌肉弹性成分有很大的关系。研究认为，在10 ℃低温环境暴露后，对快速伸缩复合练习中肌肉拉长阶段产生积极影响增加了EMG活性[19]。Asmussen认为在进行快速伸缩复合练习前进行冷却能提高工作肌肉弹性组织成分的EMG活跃程度[20]。Racinais认为热环境和冷环境都能影响肌电活跃程度，热环境能降低随意激活，但是冷环境会改变主动肌和对抗肌的同激活率（coactivation）[14]。冷环境对肌电影响有不同的研究结果，Piedrahita 认为降温以后能增加肌电振幅，Petrofsky认为环境温度不会影响到肌电振幅，从而不会影响到肌肉力量[2122]。另一方面，Masae认为冷空气导致的皮肤温度降低，能影响运动单位募集阈值，实验结果表明激活肌肉的皮肤温度范围在25～33 ℃，当皮肤温度在25 ℃时运动单位募集阈值降低[23]。一些研究认为，当皮肤温度低于25 ℃时，肌肉收缩就有更高的温度灵敏性；而当皮肤温度在25～35 ℃范围时，就算皮肤温度的降低，也不会导致肌肉运动单位激活程度的改变。本研究中，当WBC后即刻皮肤温度在10 ℃以下，到10 min时皮肤温度达到25 ℃，由此可以推测，当WBC后即刻到10 min时皮肤温度始终处于25 ℃以下，肌肉募集程度降低造成的肌肉收缩力量和速度下降。CMJ强调了肌肉离心收缩后快速向心收缩的能力，也就是SSC（shorten stretch cycle），其中主要的一个因素就是牵张反射。Tarja实验研究认为单次的WBC后能增加反射潜伏期中SL（short latency）的振幅，可以推测认为WBC增加了α运动神经元的兴奋性和γ运动神经元的敏感性，认为当肌肉在冷环境中工作时能引发牵张反射增强[24]。低温引起牵张反射增强，但另一方面低温又引起了主动肌与对抗肌的“制动作用”及运动单位募集。就本研究来说，综合最后的表现是CMJ高度先在WBC后即刻和第10 min降低，然后在10 min以后回升。

通过对前人研究分析发现，神经肌肉系统对温度的反应是多方面的，既有温度对肌肉收缩速度和收缩力量的影响，也有温度对肌肉神经刺激和对肌肉激活程度的影响。在比赛和训练前进行准备活动是为了提高肌肉温度，使肌肉黏滞性下降，提高肌肉收缩速度和力量。本研究尝试性地对运动员准备活动后进行WBC后发现，WBC超低温对爆发力的影响因素很多，准备活动后肌肉温度的上升和WBC后肌肉温度下降的比例，肌肉温度升高后又降低造成肌肉的柔韧性改变，主动肌和对抗肌协调程度。另外，受试者的样本数量和主观感受与努力程度不同，因此，WBC对运动员比赛和训练前预冷却效果的研究领域还存在很多研究空白。

4结论

准备活动后进行WBC（-120 ℃，120 s）预冷却作为提高神经肌肉兴奋性的一种手段，对女子橄榄球运动员CMJ和SJ起跳高度和功率没有产生促进作用，反而产生抑制作用，并且两者的起跳高度值在30 min内与时间呈现二次方关系，即U字形曲线关系，最低值在WBC后10 min时刻，第30 min回到起始值。准备活动后进行WBC（-120 ℃，120 s）预冷却对CMJ和SJ这种单次努力完成的爆发性动作没有促进作用；所以，在比赛和训练前，尤其是需要下肢单次努力爆发的项目，要谨慎地进行，以免造成运动能力的下降。

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