力量训练新动向:从生理把控、聚组变异到精细调控

梁美富 ,王 雄 ,赵可伟 ,朱学强 ,赵宁宁 ,周瑞航 ,孙君志

随着科学技术的日新月异和竞技体育诉求的与日俱增,现代力量训练理论与实践快速发展。基于速度的力量训练、最佳功率负荷力量训练等训练方法不断涌现,促使现代力量训练方法逐步进入数字化、多元化、系统化发展进程,现代力量训练方法体系、结构和理念亦处于不断革新和完善之中。系统梳理备战东京2020 年奥运会和北京2022 年冬奥会期间,引进、推广与应用的力量训练新思路和新方法,从生理把控、聚组变异到精细调控方面,厘清现代力量训练发展动向与趋势,把握现代力量训练发展的基本脉络与未来走向,旨在聚焦现代力量训练研究热点及前沿问题,以期助力我国奥运健儿备战巴黎2024 年奥运会。

1 “预先刺激”诱导“急性增强”:激活后增强效应

激活后增强效应(Postactivation Potentiation,PAP)是一种由预先短时间次最大强度抗阻练习引起的肌肉发力速度或爆发力急性增加的生理现象[1]。PAP 首次发现于大鼠实验中,后由Vandervoort 等应用在人体实验,并发现人体肌纤维的“激活——增强”效应。PAP 可能的生理机制是肌球蛋白调节轻链磷酸化作用加强、高阈值运动单位募集能力提高、大强度诱导练习后骨骼肌羽状角变小。利用PAP 提升运动表现要处理好激活量与“窗口期”[2]的关系(图1)。

图1 激活后增强效应与疲劳关系模型Figure1 PAP and fatigue model

PAP 能有效提高运动员的跑、跳、投等基本运动能力。大量研究结果显示,PAP 能提高受试者的短距离冲刺能力,如受试者进行4 RM 杠铃半蹲诱导练习后,100 m 跑成绩提高0.19 s[3]。游泳运动员进行杠铃深蹲练习后,15 m 出发成绩显著提高(P＜0.05)[4]。也有关于PAP 应用于速度和力量相结合的研究,如在5 组80%～85% 1 RM 的抗阻练习中加入30 m 跑的练习后,受试者的加速能力和跳跃能力均有提高[5]。受试者在进行抓举诱导练习后,其下蹲跳(CMJ)得到提高(5.8%～5.9%)[6],不同的跳跃诱导练习后,受试者的CMJ 得到提高(3.5%～4.8%)[7]。关于PAP 与投掷能力,受试者分别进行87% 1 RM 卧推和30%1 RM 卧推抛后,输出功率值增加3.6%～4.3%[8]。关于PAP 对投掷铅球成绩研究也发现,下落跳诱导练习后,男性受试者铅球成绩增加7.4%,女性受试者增加1.5%[9]。表1 展示了PAP 在不同项目中应用的案例[10-17]。

表1 PAP 在不同项目中的应用Table 1 Application of PAP in different sports

PAP 的影响因素较多,包括诱导方式、诱导强度、诱导量度以及恢复时间,还要考虑个体年龄、性别、训练经历以及力量水平等,制定适宜的诱导方案尤为重要。PAP 诱导强度与神经——肌肉系统密切相关,25%～100%强度均能诱导PAP,往往低强度和100% 1 RM 强度均会导致PAP 不明显,60%～84%的诱导强度通常被认为是最佳强度,但具体的诱导强度仍因项、因人而异。60%～85%1 RM杠铃深蹲强度下,进行4～5 次重复练习；86%～93% 1 RM 强度下,以1～3 重复次数为宜。等长练习诱导PAP 时,70%～80%强度下,持续时间以5～7 s 为宜；80%～90%强度下,持续时间以3～5 s 为宜,一般不超过9 s。适当恢复时间是PAP 出现的关键因素,力量水平高者力量峰值出现在休息6 min后,而力量水平低者力量峰值表现在休息9 min 后。诱导PAP 过程中,骨骼肌疲劳效应和增强效应并存,当骨骼肌增强效应大于疲劳效应时,骨骼肌才会出现最佳表现。

PAP 能有效提高运动员跑、跳、投等基本运动能力。PAP 诱导方案主要包括诱导方式、诱导强度、诱导量度以及恢复时间,在设计个性化的PAP诱导方案时还要充分考虑个体的生理学特征和训练学特征。另外,为了将PAP 高度专项化和系统化,可考虑利用PAP 急性增加力量表现和长期训练效果积累的特点,将PAP 嵌入各个专项的日常训练、赛前热身、赛中再激活,甚至是康复训练计划之中。

2 “限制血流”提升“训练效益”:血流限制训练

血流限制训练(Blood Flow Restriction Training,BFRT),又称加压训练,是指通过专业的加压设备,对肢体(上肢/下肢近端)施加压力,造成肢体远端肌肉缺血,同时配合相对较小的运动强度以提升训练效果的一种神经肌肉训练新方法。与传统的抗阻训练相比,BFRT 以较低的运动强度产生大强度相似的训练效果,训练形式多样,操作便捷,相对安全,目前已广泛应用于健身、竞技训练、康复医学和航空航天等领域。

BFRT 可能的生理机制为:第一,肌肉生长抑制素减少。肌肉生长抑制素是一种限制肌肉组织生长的蛋白质,通过血流运转并依附于肌细胞膜的受体,BFRT 造成乳酸堆积,促使脑垂体释放生长激素,刺激肝脏分泌胰岛素样生长因子,进而促进哺乳动物雷帕霉素靶蛋白的分泌[18],促进骨的生长和结缔组织的合成,这对增肌训练有良好的促进作用。第二,急性肌细胞膨胀。由于血流受到限制,减慢了代谢副产物从骨骼肌中排出的速度,从而使细胞充满液体和营养物质,造成“细胞肿胀”的现象,促进肌细胞产生更大的合成代谢作用[19]。第三,肌纤维募集增加。肌纤维的募集遵从“大小原则”,大强度的运动能募集更多高阈值运动单位；此外,肌纤维的募集还与氧浓度有关,BFRT 可造成骨骼肌缺氧状态,由于II 型肌纤维对氧的需求更小,更有利于纤维的募集。第四,卫星细胞的增殖。BFRT 时肌细胞内Ca2+浓度升高或血压的升高可激活神经型一氧化氮合酶,并产生一氧化氮,通过合成肝细胞生长因子来激活卫星细胞的增殖,并形成新的肌纤维,融合现有的肌纤维,促使肌纤维肥大[20]。

BFRT 能有效提高肌肉维度、力量水平和运动表现,能以较低的力量训练强度取得较好的训练效果。研究表明[21],大学生美式橄榄球运动员4 周的BFRT 后,运动员的深蹲1 RM 增长8%,卧推1 RM增长7%,同时大臂和小臂维度增大幅度显著高于对照组。此外,BFRT 结合低强度运动既可避免激惹损伤部位,又可达到与高强度相似的训练效果,故经常作为骨骼肌康复治疗的有效手段。一项前交叉韧带术后重建的康复训练研究发现[22],44 名受试者随机分为BFRT 组和对照组进行16 周康复训练后,BFRT 能有效提高受试者伸膝肌群的横截面积,降低膝关节康复训练的压力和肌萎缩现象,益于前交叉韧带术后重建的早期康复。对7 名有过下肢损伤史的受试者进行2 周BFRT 后发现,受试者伸膝和屈膝平均扭矩、平均输出功率分别提高13%～37%和42%～81%[23]。对老年人的研究结果与其一致,BFRT 后显著增大其等速伸膝、屈膝扭矩和大腿维度[24]。

BFRT 对肌肉肥大、力量增长、运动表现的提高以及康复治疗具有较好的效果,可有效减缓废用性肌萎缩和肌无力的病程,利于加快损伤康复或术后康复进程。BFRT 对于普通人群、老年人群、康复人群和运动员来说是一种低损伤风险的训练方法。但BFRT 实践应用中仍存在一定的安全性问题,主要集中于血栓、心血管反应和肌肉损伤。未来关于BFRT 的研究应致力于血流限制的剂量与基本运动能力和专项能力的量效关系,在普适的基础上科学探究专项化发展。此外,还需重点关注构建BFRT应用的风险评估体系,进一步强化BFRT 应用的安全性问题。

3 “聚组结构”提高“动作质量”:聚组训练

聚组训练(Cluster Training,CT)是指在传统抗阻力量训练的连续组内重复和组间间歇基础上,在组内增加间歇时间的一种力量训练方法。由于传统抗阻力量训练组内无间歇,大负荷训练时容易因乳酸堆积、疲劳积累以及神经肌肉系统功能下降等而导致动作速度、动作输出功率等训练质量下降的训练困境,CT 通过增加组内间歇,降低血乳酸水平,减少疲劳积累,实现力量训练表现最大化,从而保障训练效益。

CT 因增加间歇时间方式的不同而形成不同的训练结构。组间间歇、组内间歇、重复间间歇和短暂间歇是CT 的核心关键词。组间间歇是传统训练计划的一部分,以促进训练之间的恢复和特定目标的训练适应。如图2A 所示,组间休息时间为120 s。组内间歇是在传统训练基础上,各组内且非单次重复练习之间增加休息时间。如图2B 所示,各组内每3 次重复增加20 s 的休息时间。重复间间歇是指在组内单次重复练习之间增加休息时间。如图2C 所示,各组内每2 次重复增加6 s 的休息时间。短暂间歇是指在组内重复练习极点增加休息时间,直至完成组内所有练习。如图2D 所示,在重复动作失误处安排20 s 的休息时间。图2 为不同的间歇时间方式形成不同的训练结构[25],教练员可根据不同的训练需求设置不同的聚组训练结构。

图2 不同聚组训练结构示意图Figure 2 Structures of different cluster sets

CT 能有效降低力量训练的疲劳感,保持单次重复动作的力、速度和输出功率等力学指标的绝对值,在“短暂恢复”状态下能产生更多的训练刺激和训练效益。首先,CT 可以增大力量训练的总量。与传统力量训练相比,CT 的休息再分配结构能有效的减少乳酸堆积,疲劳程度更低[26]。因此,CT 能够使运动员在相同负重的情况下,重复更多的次数,完成更多的力量训练总量,这对骨骼肌肥大更为有利。其次,CT 利于增大骨骼肌输出功率。传统力量训练与CT 中产生的力值相差不大,但CT 中动作完成的速度和输出功率却远远高于传统力量训练[27],而运动员的输出功率能力的发展与其动作完成的速度密切相关。因此,CT 对发展骨骼肌的输出功率能力更为有利。最后,CT 利于增大骨骼肌最大力量。研究发现,发展最大力量的先决条件并不是最大疲劳训练,与较慢的训练速度相比,最大速度下的抗阻训练可以更有效的发展骨骼肌的最大力量。CT 更能有效保持力量训练中动作完成的速度,也更有利于发展骨骼肌的最大力量。

CT 能有效降低力量训练的疲劳感,保持单次重复动作的力、速度和输出功率等力学指标的绝对值,增大力量训练的总量,提高神经肌肉系统的适应能力,CT 多用于发展运动员最大力量、输出功率能力以及增大肌肉维度等。另外,CT 的结构具有较大的变异性,如可在单次重复动作间加入休息时间,也可以根据不同的训练目的在固定重复次数间加入休息时间,教练员可根据不同人群的训练背景、不同力量训练目的、部位以及力量训练器械差异来灵活调整聚组力量训练的结构。由于不同的运动项目有其不同的专项特征,未来CT 发展趋势将重点聚焦于聚组结构变化与提高专项表现的一致性研究。

4 “剂量负荷”达到“峰值功率”:最佳功率负荷训练

最佳功率负荷(Optimal Power Load,OPL)是指力量训练过程中,某一力量训练手段的输出功率达到最大值时所对应的外界负荷。在力量训练实践中,以最大力量为导向的力量训练会限制动作速度的发展,以速度为导向的力量训练会降低大负荷对抗中力量的发挥,以最大力量和速度相结合的训练难以对速度和力量产生足够的训练刺激,反而训练效果更差。OPL 力量训练能兼顾速度和力的同时,提高骨骼肌的神经肌肉适应能力,实现输出功率的最大化[28](图3)。

图3 力量训练目标与力-速度曲线关系模型Figure 3 Model of coordination between strength target andforce-velocity curve

OPL 力量训练能有效提高专项竞技能力所需的冲刺能力、跳跃能力以及投掷能力等基本运动能力。在抗阻力冲刺跑训练中,阻力负荷过小训练效果甚微,阻力负荷过大会导致动作模式的改变,在OPL 下进行拖重物跑对提高短跑表现至关重要。Cross 等研究发现,OPL 训练后运动员的短跑能力得到提高[29]。相比传统力量训练,OPL 力量训练还能使运动员的跳跃能力显著提高5.3%[30]。Smilios等研究发现,OPL 力量训练后,运动员最大力量和跳跃能力显著增长[31]。另外,OPL 力量训练能提高运动员的投掷速度和上肢输出功率[32]。综上,OPL力量训练可增大运动员输出功率能力,进而提高运动员的跑、跳、投能力。通常,不同力量训练手段的OPL 具有较大的差异性,因项、因人而异,科学探寻个体的OPL 在训练实践中至关重要。

OPL 力量训练能有效提高运动员的专项竞技能力。20 岁及以下足球运动员OPL 力量训练后,短距离冲刺能力、跳跃能力和变向能力均得到提高[33]。拳击运动员的半蹲跳和卧推抛的输出功率能力与其击打效果密切相关,巴西拳击队备战里约奥运会时,体能教练安排运动员进行OPL 力量训练,其运动表现也得到了提高[34]。篮球运动员在赛季中,采用OPL 能有效提高运动员冲刺能力、跳跃能力和变向能力,并能有效减少运动员力量的损失[35]。手球、空手道运动员的专项能力与其输出功率呈现高度正相关[36]。另外,运动员半蹲跳的输出功率与其短跑成绩密切相关,被认为是预测短跑成绩的有效指标,哑铃举和深蹲跳的最大输出功率可作为预测运动员加速能力、跳跃能力以及变向能力的指标。综上,OPL 力量训练可有效提高运动员的最大输出功率能力,进而提高运动表现,也可以作为预测和评价运动员竞技能力的重要指标之一。

值得注意的是,利用OPL 进行力量训练的前提是精确确定OPL,可直接进行最大功率测试获取,也可以采用平均速度预测法、非线性回归模型预测法和BP 神经网络预测法进行预测[37]。另外,发展运动员所输出功率能力需建立在其力量水平的基础之上[38](图4),若个体力量水平相对较低,即使爆发力较好也无益于增大其最大输出功率水平。但对于力量水平高度发展的运动员来说,则需要OPL力量训练来更具针对性地发展输出功率能力。

图4 力量转化功率的阶段强化模型Figure 4 Enhancement model of power conversion

5 “动作速度”实现“精细调控”:基于速度的训练

基于速度的力量训练(Velocity Based Training,VBT)指在抗阻力量训练中,利用速度指标实现数字化、定量化控制的力量训练方法。自Delorme 将1 RM 引入力量训练体系起,基于最大力量百分比(%1 RM)的力量训练体系已架构七十余载,随着竞技诉求的与日俱增,基于最大力量百分比的力量训练体系也存在不足,如最大力量测试的耗时性、风险性,负荷安排的主观性和盲从性等问题。这促使学者对力量-速度(F-V)曲线进行更多的本源性思考,如利用F-V 曲线可快速预测最大力量,依力量训练完成的动作速度,精确反映与最大力量百分比的对应关系[39],高信度的F-V 曲线为VBT 奠定了扎实的理论基础。不同群体对力量训练的精细化程度的诉求不一,利用速度进行力量训练的深度和广度不断延伸,稳定且敏感的速度指标既能弥补传统力量训练的不足,又能满足现代力量训练的精细化调控,VBT 应运而生。

精细化调控负荷的配给是高水平力量训练与监控的重要途径。尤其是在爆发力训练中,动作完成速度相对较快,因疲劳感较低甚至无疲劳感导致力量训练动作出现降速的情况很难被识别。VBT可以通过动作速度精细化控制力量训练强度,精确反映与最大力量百分比的关系。此外,利用速度下降阈值(Velocity Loss Threshold,VLT),可精确控制组内重复次数,精准监控骨骼肌疲劳状态,实现个性化力量训练。Galiano 等研究发现VLT 为5%和20%的7 周力量训练后,运动员的最大力量均增大,且组间无显著性差异[40]。VLT 为10%、20% 和30%的训练后,组间的力值变化范围较小(3～21 N)[41]。此外,Pareja-Blanco 等发现VLT 为20%和40%的深蹲训练后,运动员的最大力量均增长,但组间无显著性差异[42]。加速阶段平均速度为1 m/s为基准评价力量训练前、后的疲劳特征的研究发现[43],加速阶段VLT 与主观疲劳感知和血乳酸浓度高度相关,且深蹲VLT 30%和卧推VLT 35%时,血氨水平开始超过静息水平,该值可作为评价疲劳的阈值,VBT 可实现力量训练与疲劳监控的直观化。表2 所示为VBT 在不同运动项目中的应用案例[44-48]。

表2 VBT 在不同运动项目中的应用Table 2 Application of VBT in different sports

负荷量化是对训练方法和训练理论的校验,精细化控制训练负荷是高效率完成训练目标的重要前提。对比传统力量训练安排负荷(%1 RM),VBT能更加高效率完成训练目标。为对比VBT 与传统力量训练效果,设置4 种不同深蹲力量训练方案,最大力量百分比组、负荷——速度组、固定组数组、非固定组数组,发现VBT 与传统力量训练发展运动员的输出功率和力无显著性差异,且负荷——速度组和固定组数组的平均速度、最大速度显著提高,训练量更小且具有高效性[49]。相比传统力量训练,VBT 在提高运动员深蹲、卧推、硬拉最大力量和下蹲跳能力更显著,且完成的训练总量低于传统力量训练[50]。VBT 也可应用于赛季中,带来更强的神经肌肉刺激,有效发展跳跃能力、速度能力和功率输出能力,降低力量训练的压力,高效率地完成训练目标。

VBT 弥补了基于百分比的力量训练中1 RM 测试风险性、负荷安排的主观性以及训练过程的盲从性等问题,提高力量训练过程的可控性和可视化,实现了力量训练在“经验主义”和“理性主义”之间的双向调控,为数字化力量训练提供了重要支撑。值得注意的是,在应用VBT 训练实践时,要根据不同的训练目标选取适宜且敏感的速度指标,通过动作速度控制力量训练强度,确定VLT 来明确力量训练量度。另外,测速设备是VBT 不可或缺的工具,其测量的信度和效度直接决定力量训练的精度和难度,因此,要根据不同的训练手段和训练的精细化程度,选取适宜的测速技术和设备。

6 结语与展望

激活后增强效应充分利用了骨骼肌预刺激后的增强效应,血流限制训练通过控制动脉血回流,利用急性细胞膨胀以及卫星细胞增值等生理特征来达到预期效果,呈现出力量训练的多学科融合发展趋势。最佳功率负荷能兼顾速度与力的同时,实现运动员输出功率的最大化,聚组训练在改变力量训练结构的基础上,实现运动员力量训练表现的最大化,呈现出力量训练的精细化发展趋势。基于速度的力量训练体系弥补了基于百分比的力量训练体系的不足,实现了力量训练疲劳评估直观化、训练目标完成高效化,呈现出力量训练的数字化发展趋势。随着数字技术发展和多学科的交叉融合,现代力量训练体系的演进过程已呈现出由共性到个性、由一维到多维的特征,其研究过程逐渐呈现出高度分化与深度融合的趋势,打造数字化力量训练与监控体系是现代力量训练发展的新动向。应对不确定性是竞技体育永恒的挑战,经验决策的分野难成大道,数字化力量训练促使“经验决策”向“数据+算法”决策的多维度重构,现代力量训练的深度发展终将迎来数字孪生新趋势。