不同阻力形式的快速蹲起对下肢力量的影响*

胡宝萍, 赵 阳

(1.浙江师范大学 行知学院，浙江 兰溪 321100;2.永康实验学校，浙江 永康 321300)

0 前 言

在快速蹲起力量训练中，随着肢体关节角度的改变，肌肉做功力矩随之变化，肌肉所需的抗阻力量也不相等.传统的杠铃力量训练不能随着肢体关节角度的变化而改变施加于下肢肌群的阻力，存在着始终无法为肌群提供最佳负荷刺激的弊端.特别是“黏滞点(在关节活动范围内，肌肉被动损失部分肌力，且做功效率最差的点[1])”克服时间过长，不利于伸肌离心收缩到向心收缩的快速转换.在蹬伸期的后半阶段，因肌肉发力的效率提高，而外部阻力不变导致“肌肉”不能获得足够的刺激，肌力输出功率的减小影响了下肢力量的训练效果.因此，为了达到训练效果的最优化，我国相关人员探索着采用多种多样的训练方法，其中可变阻力的训练方法(下简称为“变阻训练法”)也被从国外借鉴而来，并从医学的康复领域应用延伸到体育竞技领域[2-3].

变阻训练法是一种把弹力带、铁链与恒定阻力相结合的训练方式，这种方法有助于激活更多的“运动单位”，从而提高爆发力和功率输出，负荷的渐变能够缩短肌肉牵拉-缩短周期，激发牵张反射效应，促进力的快速生成.近几年来，国内外学者主要对卧推、静止半蹲起、深蹲等变阻训练法进行了研究，且已达到了一定的深度，但涉及可变阻力快速蹲(坐蹲)起的研究较少[4-10].鉴于此，本文试图通过对受试者不同负荷形式快速蹲起的力学指标进行测试，从动作持续的时间、重心在垂直方向的速度、重心总速度、关节角速度的峰值、到达关节角速度峰值的时间、垂直地面反作用力值、力峰值出现的时间等进行了比较分析，以期从运动生物力学角度阐明“可变阻力”比恒定阻力的力量训练更具有实效的可能性，最终为基层的力量训练提供一种便捷、科学、实效的方法.

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

以可变阻力与恒定阻力下的快速蹲起为研究对象，选取浙江师范大学体育与健康科学学院2019级12名男生为本研究的受试者.

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料法

以“explosive power”“weight squats”“resistance exercises”“variable resistance”等为关键词，在浙江师范大学图书馆的超星数据库进行搜索，共查阅到2000—2019年间的相关文献70余篇；在中国知网数据库中以“爆发力”“负荷蹲起”“阻力练习”“可变阻力”等为关键词进行检索，共查阅到2000—2019年间的文献50余篇.

1.2.2 实验法

1)实验前，向测试者说明实验的目的、方法、期限、受益与危险等，让其知情与自愿参加，且随时可以退出；让测试者熟悉实验室的相关仪器设备与环境.

2)进行身体形态指标、1RM值(1 repetition maximum,指受试者只能举起1次的最大负荷)的测试.

3)进行30%1RM和40%1RM这2种负荷的恒定阻力快速蹲起及可变阻力型(Ⅰ型：杠铃+铁链；Ⅱ型：杠铃+弹力带)快速蹲起动作的规范化、熟练化练习.

4)进行正式测试，并在3周内完成.测试时，用2台高速摄像机(SONY DCRHC52E)摄取其动作.每种阻力形式测试间隔48 h，避免对后续测试造成影响.

身体形态指标测试.使用医用身高体质量秤，测量测试者的身高、体质量、站立时肩高、半蹲时肩高及膝关节高度等身体形态指标.

1RM测试.人体1RM的测试方法有1RM直接测试法和多RM值推估法.前者针对具有抗阻训练经验和技术经验的受试者而制定，后者适用于没有训练经验的人群.本次实验对象为体育与健康科学学院2019级男生，本研究采用1RM直接测试法.为确保测试结果的精准和减少意外，在1RM测试过程中，采用2名指导员对受试者进行保护，并判定动作合格或作废，具体见表1.

表1 受试者身体形态指标一览表 N=12

不同阻力形式下的快速蹲起测试.测试前，受试者先进行蹲起动作及相关的热身.运动员上身穿背心，下肢穿统一的半弹力裤，脚穿统一的白色胶鞋，在2台高速摄影机(SONY DCRHC52E)下站在三维测力台(Kistler-9287B)上进行3种不同阻力形式下的快速蹲起练习.全身15个关节点粘贴红色标志点(见图1).

可变阻力调控.实验中，铁链长度和弹力带拉伸长度是根据受试者直立时肩高、膝关节下蹲至90°时的肩高来调节.如受试者陈某某的1RM值为130 kg，30%1RM的恒定阻力杠铃质量为39 kg；可变阻力型的可变阻力设置为10%1RM[11]，可变阻力的变动区间为0～13 kg，并通过加减铁链与弹力带长度，直至差值在13 kg左右为止.即直立时总负荷为52 kg，“中间点”(杠铃从直立下蹲至最低点移动距离的中间位置)为39 kg，最低点为26 kg，具体见图1.

图1 可变阻力的铁链、弹力带及位置图

高速摄像机拍摄频率为25帧/s(解析时每帧分拆成2场，频率为50场/s).测力台的采样频率为500 Hz.高速摄像机录制受试者快速蹲起过程的视频，然后导入“SIMI-Motion三维运动解析系统”进行视频剪辑分类及视频打点，最终导出运动学参数，测力台采集动力学参数.各测试顺序为恒定阻力、可变阻力Ⅰ型、可变阻力Ⅱ型，2种负荷下各阻力形式蹲起3次，受试者全力完成每一次测试.各阻力形式间隔5 min.在测试中出现身体前倾或跳出测力台，则判该次动作作废.为保证受试者的安全及数据可靠性，测试中始终有2名指导员在旁保护.

1.2.3 数理统计法

运用SPSS 20对SIMI-Motion三维运动解析系统直接测得的动作时间、重心在垂直方向的速度、重心总速度、关节角速度峰值、到达角速度峰值的时间等数据,对由三维测力台(Kistle公司生产)得出的垂直地面反作用力、力峰值出现的时间等数据进行统计学处理，并把得到的数据制成表格进行简明的分析说明.

2 实验结果

2.1 不同阻力形式下快速蹲起的运动学参数比较

2.1.1 不同阻力形式下不同动作阶段时间比较

30%1RM负荷下的快速蹲起.可变阻力Ⅰ型的下蹲阶段、蹬伸阶段所用时间与恒定阻力及可变阻力Ⅱ型相同阶段时间相比较，均存在显著性差异，P<0.05.可变阻力Ⅱ型下蹲阶段、蹬伸阶段所用时间与恒定阻力相同阶段所用时间相比，均不存在显著性差异.

40%1RM负荷下的快速蹲起.可变阻力型的下蹲阶段、蹬伸阶段所用时间与恒定阻力相同阶段所用时间相比，均存在显著性差异，P<0.05.可变阻力Ⅰ型的下蹲阶段、蹬伸阶段所用时间与可变阻力Ⅱ型相同阶段所用时间相比，均不存在显著性差异(见表2).

表2 不同阻力形式下快速蹲起各个阶段的时间一览表 N=12

2.1.2 不同阻力形式下不同动作阶段身体重心速度的比较

30%1RM负荷下的快速蹲起.下蹲阶段，可变阻力型身体重心的垂直速度、合速度都要比恒定阻力相对应的速度大，可变阻力型身体重心的垂直速度、合速度与恒定阻力相对应的速度相比，存在显著性差异，P<0.05；可变阻力Ⅰ型与可变阻力Ⅱ型身体重心的垂直速度、合速度相比，不存在显著性差异.在蹬伸阶段，可变阻力型身体重心的垂直速度、合速度大于恒定阻力身体重心的垂直速度、合速度；可变阻力Ⅰ型身体重心的垂直速度、合速度与恒定阻力相对应的速度相比，可变阻力Ⅱ型身体重心的合速度与恒定阻力的合速度相比，可变阻力Ⅱ型身体重心的垂直速度与恒定阻力身体重心的垂直速度相比，均存在显著性差异，P<0.05，其他均不存在显著性差异.

40%1RM负荷下的快速蹲起.下蹲阶段，可变阻力型身体重心的垂直速度、合速度都大于恒定阻力身体重心的垂直速度、合速度，且均存在显著性差异，P<0.05.可变阻力 Ⅰ 型身体重心的垂直速度、合速度与恒定阻力相对应的速度相比，不存在显著性差异.蹬伸阶段，虽然可变阻力型身体重心的垂直速度、合速度要大于恒定阻力相对应的速度，但二者相比均不存在显著性差异(见表3).

表3 不同阻力形式下不同阶段身体重心的速度一览表 N=12

2.1.3 不同阻力形式下髋关节、膝关节、踝关节角速度峰值的比较

在快速蹲起的下蹲阶段，受试者的髋、膝、踝关节的角速度峰值大小呈现出一定的规律.其各关节的角速度峰值由大到小依次排列为髋、膝、踝；角速度峰值大小依次为恒定阻力、可变阻力 Ⅰ 型、可变阻力 Ⅱ 型.在30%1RM负荷条件下，可变阻力 Ⅰ 型与恒定阻力的各关节角速度峰值相比较，膝、踝关节的角速度峰值存在显著性差异，P<0.05；可变阻力 Ⅱ 型与恒定阻力相比较，髋、膝关节的角速度峰值存在显著性差异，P<0.05，其他不存在显著性差异.在40%1RM负荷条件下，仅有可变阻力 Ⅱ 型与恒定阻力的髋关节角速度峰值存在显著性差异，P<0.05，其他均无显著性差异(见表4).

表4 不同阻力形式下髋、膝、踝关节的角速度峰值一览表 N=12

在蹬伸阶段，无论哪种负荷下，可变阻力型与恒定阻力、可变阻力 Ⅰ 型与可变阻力 Ⅱ 型各关节的角速度峰值相比较，只有可变阻力 Ⅰ 型与可变阻力 Ⅱ 型的髋关节角速度峰值不存在显著性差异，而其他所有的角速度峰值均存在显著性差异，P<0.05.

2.2 不同阻力形式下快速蹲起的动力学参数比较

2.2.1 不同阻力形式下垂直力峰值及下蹲结束时刻力值的比较

在不同阻力形式下的快速蹲起过程中，力峰值、力峰值出现的时间、下蹲结束时刻的力值都呈现出一定的规律性，力值的大小与出现的时间由大到小依次为可变阻力Ⅰ型、可变阻力Ⅱ型、恒定阻力.30%1RM负荷条件下，可变阻力型与恒定阻力下的力峰值、力峰值出现的时间、下蹲结束时刻的力值相比较，均存在显著性差异，P<0.05；可变阻力Ⅰ型与可变阻力Ⅱ型相比较，仅有力峰值存在显著性差异，P<0.05，其他均无显著性差异.

40%1RM负荷条件形式下，可变阻力型与恒定阻力、可变阻力Ⅰ型与可变阻力Ⅱ型相比较，力的峰值与下蹲结束时刻力值比较，均存在显著性差异，P<0.05，而力峰值出现的时间均不存在显著性差异(见表5).

表5 不同阻力形式下力峰值及出现时间与下蹲结束时刻力值一览表 N=12

2.2.2 不同阻力形式下下蹲期与蹬伸期平均力值比较

下蹲期：无论哪种负荷下，可变阻力型的平均力值都比恒定阻力的平均力值要小，大小依次为恒定阻力、可变阻力Ⅱ型 、可变阻力Ⅰ型.可变阻力型与恒定阻力的平均力值相比、可变阻力Ⅰ型与可变阻力Ⅱ型的平均力值相比，均存在显著性差异，P<0.05.

蹬伸期： 30%1RM负荷条件下，蹬伸期平均力值大小依次为可变阻力Ⅱ型、恒定阻力、可变阻力Ⅰ型；40%1RM负荷条件下，蹬伸期平均力值大小依次为恒定阻力、可变阻力Ⅱ型、可变阻力Ⅰ型.可变阻力型与恒定阻力的平均力值相比、可变阻力Ⅰ型与可变阻力Ⅱ型的平均力值相比，均不存在显著性差异.

无论在哪种负荷条件下，可变阻力型蹬伸期与下蹲期的平均力值比值均大于恒定阻力型蹬伸期与下蹲期平均力值的比值，比值大小依次为可变阻力Ⅰ型、可变阻力Ⅱ型、恒定阻力.

表6 不同阻力形式下下蹲期与蹬伸期的平均力值一览表 N=12

3 讨 论

3.1 恒定阻力与可变阻力形式下的快速蹲起对下肢爆发力的影响

3.1.1 不同阶段的时间、速度与下肢爆发力的关联分析

下蹲阶段时间：实验结果显示，可变阻力型的下蹲阶段时间、膝关节最大屈曲“时刻”的时间都比恒定阻力相同阶段的时间要短(30%1RM负荷条件 Ⅰ 型所用时间最少)，二者具有显著性差异P<0.05.随着下蹲动作的持续进行，可变阻力型的负荷(更多的铁链触地、弹力带松弛程度加大)随之变小，且越来越小(13～0 kg)，下肢肌群所需的抗阻力也相应减小.当受试者膝关节位于90°(此时，股四头肌最难发力，阻力臂最大)时，可变阻力型的负荷要明显小于恒定阻力的负荷，30%1RM可变阻力 Ⅰ 型的负荷最小，30%1RM可变阻力 Ⅰ 型股四头肌所需要的抗阻力最小，最容易快速完成离心收缩、等长收缩，“耦联”时间缩短，比其他阻力形式的向心收缩开始时间节点提前.

蹬伸阶段时间：把相同质量的重物举起相同距离时，举起重物的作用力越大，则所需的时间越短；反之，举起重物所用的时间越短，则所需作用力越大.可变阻力型蹬伸阶段的时间比恒定阻力的短，30%1RM可变阻力Ⅰ型用时最短.说明可变阻力型的蹬伸速度比恒定阻力的大，产生向心收缩的力也大.可变阻力型的负荷从蹬伸初始至“中间点”瞬间，都要小于恒定阻力的负荷，可变阻力型比恒定阻力型能快速越过“黏滞点”(肌肉肌力损失最大，做功效率最差的点)，其中30%1RM可变阻力Ⅰ型最快越过.当超过“中间点”后，可变阻力型的负荷持续增大(最高值大于恒定阻力10%1RM)，下肢肌群需要动员更多的深层肌、肌单元来参与工作，对下肢肌群始终施加最适宜的刺激，保持肌力的持续增大输出，有利于受试者下肢爆发力的训练[12].

速度是物体在单位时间内通过的路程多少，或是物体位移和发生位移所用时间的比值.下蹲阶段：实验结果显示，下蹲阶段可变阻力型的重心速度(垂直、合速度)都比恒定阻力的大，其中30%1RM可变阻力Ⅰ型的身体重心垂直速度、合速度最大.身体重心垂直向下的速度大，能及时“制动”，说明可变阻力型比恒定阻力型的抗阻能力、缓冲能力强.蹬伸阶段，可变阻力型的身体重心垂直速度、合速度比恒定阻力的快，说明下肢伸肌肌群提供的综合肌力大.30%1RM可变阻力Ⅰ型蹬伸阶段身体重心的垂直速度、合速度最大，说明其产生的蹬伸力最大.从整个运动形式来看，在快速蹲起过程中，下蹲到蹬伸阶段的阻力呈现一种理想稳定的变化曲线，有利于受试者下肢爆发力的训练.

3.1.2 角速度与下肢爆发力的关联分析

角速度是在单位时间内所走的弧度，角速度峰值是指在行走过程中某时刻角速度达到的最大值.实验结果显示，不同负荷形式下快速蹲起的下蹲期，受试者踝、膝、髋关节的角度、角速度变化趋势基本相同，髋关节的角度、角速度曲线变化最为平缓.即不同负荷形式下的下蹲期，受试者的踝、膝、髋的关节角速度呈逐渐增大态势，达到最大值后呈渐渐下降的趋势，这与人体运动时以大肌群带动小肌群的发力特征一致.角速度峰值越大，则表明在相同负荷条件下伸关节肌群所产生的抗阻力量也越大.

不同负荷条件下快速蹲起的蹬伸期，受试者踝、膝、髋关节的角速度呈先逐渐增大、到达最大值之后渐渐下降的趋势.角速度变化幅度大小依次是踝、膝、髋.可变阻力型与恒定阻力型的踝、膝、髋关节角速度峰值变化特征不明显(或许与测试样本量有关)，仅是30%1RM可变阻力型踝、膝、髋关节的角速度峰值呈依次增大的特征，这符合人体运动由大肌群带小肌群、小肌群带动末端肌群的发力次序的特征.在蹬伸之始，可变阻力型比恒定阻力型的负荷要小，可变阻力型下肢肌群在做向心收缩时，所需的肌力比恒定阻力的小，相对恒定阻力而言，可变阻力型可快速增大踝、膝、髋的关节角度，他们的角速度也可在很短时间内达到最大值.当越过“中间点”后，可变阻力型的负荷超过恒定阻力型的负荷，并持续增大.随着可变阻力型负荷的持续增大，对下肢伸肌肌群的刺激相应增大，肌群需要同步保持肌力的增大输出，进而提高下肢肌群的有效协同工作能力.

3.1.3 力值与下肢爆发力之间的关联分析

在经典力学中，牛顿第三定律表明，当两个物体互相作用时，彼此施加于对方的力，其大小相等、方向相反.力必然会成双结对地出现：其中一个力称为“作用力”，而另一个力则称为“反作用力”.下肢爆发力与地面力是作用力与反作用力的关系，地面力越大，下肢爆发力也越大.

快速蹲起的平均力值.恒定阻力下蹲期、蹬伸期的平均力值均大于可变阻力型相同阶段的平均力值，这表明恒定阻力下蹲期、蹬伸期对地面的平均作用力均大于可变阻力型相同阶段对地面的平均作用力，大小依次为恒定阻力、可变阻力Ⅱ型、可变阻力Ⅰ型.恒定阻力下蹲期平均力值比可变阻力型下蹲期的平均力值大，说明恒定阻力比可变阻力型向下的惯性大，受试者下肢关节需要承受的冲击力大，下肢关节所需缓冲的时间也长，下肢伸肌肌群需更多的肌力来克服离心收缩、等长收缩，不利于下肢肌群的及时发力蹬伸.在蹬伸期，反映下肢爆发力的是肌肉在短期内产生肌力的大小，而不是蹬伸期平均力值的大小.

下蹲结束时刻力值.当下肢伸肌肌群达到适宜的拉长长度、速度时，肌肉的收缩活动能力最强，一旦超过此拉长幅度后，下肢伸肌群的收缩活动能力下降.受试者下肢肌群承受冲击的缓冲能力是下肢肌群蹬伸能力强弱的反映，缓冲结束时刻力值是衡量下肢肌群缓冲、蹬伸能力强弱的重要指标[13].可变阻力型的下蹲结束时刻力值比恒定阻力型的大，说明可变阻力型下肢肌群对地面的作用力比恒定阻力型的大.在“关节发力薄弱区域”，随着可变阻力型下肢伸肌肌群承受的负荷降至最小，可变阻力型比恒定阻力型能更加轻松克服下蹲的冲击力，下肢肌群积蓄更多的肌肉形变力，达到一个理想的发力状态.

力峰值.它是下肢在蹬伸过程中产生的最大力值.RFD(rate of force development)是力峰值除以达到力峰值所需时间的值，它可以反映肌肉短时快速发力的能力[14].从RFD的数据来看，大小依次是可变阻力 Ⅰ 型、可变阻力 Ⅱ 型、恒定阻力.力峰值越大，说明地面产生的反作用力越大，下肢肌群施加于地面的作用力越大，达到力峰值的时间越短，则下肢爆发力越大.可变阻力型负荷变化特征是由最小逐渐增至最大，可变阻力型的快速蹬伸之初，因下蹲结束时刻可变阻力型下肢肌群比恒定阻力型积蓄了更多的能量，可变阻力型负荷远小于恒定阻力型的负荷，可变阻力型比恒定阻力型的向心收缩速度更快.可变阻力型快速蹬伸的中后期，随着负荷的持续增大，甚至超过恒定阻力型的负荷，可变阻力型的下肢肌群必须保持同步的肌张力输出完成蹬伸动作.可变阻力型蹬伸阶段的力峰值比恒定阻力型大，出现的时间更早，说明可变阻力型比恒定阻力型刺激、动员下肢肌群的肌单元能力更强，下肢肌群产生的爆发力更大.因此，可变阻力型的力量训练是一种有效的下肢爆发力训练手段[15-16].

3.2 可变阻力对关节稳定力量的影响

在恒定阻力进行快速蹲起时，由于杠铃质心的稳定性，在做规范的快速蹲起时，杠铃质心与身体重心趋于重合，受试者的下肢肌群只需承受(克服)垂直方向的力，不会产生额外稳定髋、膝、踝关节的力，特别是对中枢稳定力量的需求.

在进行可变阻力型快速蹲起时，由于铁链、弹力带本身的不稳定性，铁链在快速蹲起时会产生矢状轴(冠状轴)方向的晃动，垂直方向的力分散，导致身体需额外产生稳定髋、膝、踝关节的力.在不稳定情况下进行下蹲与蹬伸，下肢肌群就会动员更多的肌单元、深层肌肉参与工作，促进关节周围肌腱、下肢深层肌肉的力量增加.

4 结论与展望

1)采用可变阻力型的快速蹲起训练比恒定阻力型训练对下肢爆发力的增长更具可能性.

2)采用30%1RM快速蹲起的变阻训练比恒定阻力与40%1RM变阻训练更具科学性.

3)本研究的“耦联”阶段负荷减小、离心收缩往向心收缩的转换时间缩短，蹬伸阶段阻力的持续增加促使下肢动员更多的肌肉参与工作，促进爆发力增长的可能，与多数学者的观点一致.但也有个别学者认为下肢爆发力的增长与黏滞点承受的力量相关[17]，这有待于进一步的实践验证.

4)本研究仅限于小样本的实验研究，旨在以微知著.后续研究可进行大样本、长周期的实证研究，验证可变阻力下的快速蹲起训练比恒定阻力训练对下肢爆发力的增长更具实效性.