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                                       

Comparative Research on Strength Training Effects

of Lower Limbs Muscle with Whole Body Vibration

Stimulus on Different Frequency                                               

摘 要 :采用 PHYSIO PLATE 振动训练台 ,对北京优秀垒球、女子游泳及女子跳水运动员进 行同振幅下不同频率振动刺激力量训练 ,并采用 MERAC 等速肌力测试系统 ,对实验前后以 及实验中运动员下肢肌力变化情况进行对比研究 。研究发现 ,抗负荷力量训练附加振动刺 激可以有效地提高力量训练的效果 ,能够以相对较小的负荷有效地提高肌肉的最大力量、爆 发力以及肌肉耐力 ;同振幅下 ,次高频 ( 35 Hz～50 Hz) 振动刺激对肌肉最大力量 、快速力 量、爆发力以及肌肉耐力的训练效果显著高于中低频 (25 Hz～35 Hz) 振动刺激 。 关键词 :振动刺激 ;次高频率 ;中低频率 ;振动幅度 ;力量训练

Abstract :Using PH YSIO vibration plate to train outstanding athletes of Beijing softball team , swimming team and diving team with same amplitude and different frequency ,use MERAC iso2 kinetic system to test extensor and flexor muscle stren2gth of lower limbs before and after the training. The result shows that resistive strength training with vibration stimulus can enhance the effects of muscular training effectively ,increase the maximal force ,peak power and endur2 ance of muscle . With the same amplitude ,effects of muscular training with hypo2high frequency vibration stimulus (35 Hz～50 Hz) are better than with low2middle frequency vibration stim2 ulus. Key words : vibration stimul us ; hy po2hi gh f requency ; low2mi d dle f requency ; vibration am pli2 tude ; strength training

1.引言

力量素质是人体身体素质的重要组成部分 ,是人类赖 以生存的重要基础。力量素质的提高依赖于科学有效的 力量训练 。振动力量训练是一种新兴的力量训练方法 ,以 其能够用较小的负荷有效地提高肌肉的最大力量及爆发 力而受到越来越多国内外专家的关注。本研究是在振动 训练的效果得到国内外运动科学的正面评价与肯定的基 础上 ,以决定振动强度重要因素之一的振动频率为切入 点 ,研究同振幅下不同频率的振动刺激训练对力量训练效 果的影响 ,以求能够发现其对肌肉力量训练效果的影响规 律 ,为振动训练方法完善的研究做出一定的贡献 。

2.研究对象与方法 

2. 1 研究对象 实验对象为北京市女子运动员 ,实验样本含量为 22。 按照运动员力量素质和技术水平对等的原则 ,把同一项目的 运动员配成对子 ,然后随机分为两组 ,Ⅰ组为中低频振动刺激 组 ,在传统力量训练中附加中低频振动刺激 ,Ⅱ组为次高频振动刺激组 ,在传统力量训练中附加次高频振动刺激。

2 . 2 研究方法 

2 . 2. 1 文献资料调研 通过中国期刊镜像网 、百度和 Google 等搜索引擎和登 录国外一些相关网站 ,并通过国内振动训练器材销售公司 提供获取了关于振动训练的相关文献 ,其中 ,英文文献 70 余篇 ,国内文献 10 余篇。

2 . 2. 2 实验法 11 实验相关仪器 : PHYSIO2PLATE 振动训练台 、ME2 RAC 等 速 肌 力 测 试 系 统 、Computerized Exercise System (CES) 肌力测试及训练系统。

2.训练方案 :运动员在正式训练前 ,首先利用 CES 肌 力测试及训练系统对下肢最大等速蹬伸力量进行测试 ,然 后 ,以运动员最大肌肉力量为依据 ,选定最大肌肉力量的 30 %作为附加负荷进行力量训练。运动员共进行 8 周振 动训练 ,每周 2 次 ,每次 6 组 ,每组 40 s ,在此期间 ,运动员 一次完成深蹲起 10 个 、膝关节角度保持 120°～140°静蹲 10 秒 、膝关节角度控制在 120°～140°的半蹲起 10 个 ,组 间休息 40 s ,要求运动员蹲起时爆发式用力 ,脚踝参与最 后发力 。Ⅰ组接受的振动刺激频率为 30 Hz ,Ⅱ组接受的振 动频率刺激为 45 Hz ,振幅均为 4 mm。 

3.评定指标的测试 :实验前 、后一周内 ,对受试者髋 、 膝 、踝关节进行慢速为 60°/ s 和快速 240°/ s 的等速肌力测 试 。选定慢速相对峰值力矩 、单次最大做功功率 、及总功 作为反映最大肌肉力量 、爆发力及肌肉耐力的评定指标 。

3 研究结果

3 . 1 两种频率振动刺激对运动员下肢三关节屈伸肌群相 对峰值力矩的影响相对峰力矩 ( PT/ BW) 是反映肌肉相对最大力量的指 标。实验后 ,Ⅰ组和Ⅱ组受试者髋、膝 、踝关节左右侧屈伸肌 群的相对峰值力矩都有了不同程度的提高。由表 2 可知 :实验后Ⅰ组和Ⅱ组受试者髋关节左右侧伸 肌都有了非常显著性提高 ( P < 0 . 01) 。其中 ,Ⅱ组髋关节 左右侧伸肌相对峰值力矩分别提高 27. 99 %和 27. 62 % , 而Ⅰ组髋关节左右侧伸肌相对峰值力矩分别提高 18 . 28 % 和 17 . 81 % ,组间比较具有非常显著性差异 ;而对于屈肌 来说两组组间比较不存在显著性差异 ,但从增长率上来看 Ⅱ组要高于Ⅰ组 。由表 3 、表 4 可知 :实验后Ⅰ组和Ⅱ组受试者膝 、踝关节 左右侧伸肌都有了非常显著性提高 ( P < 0 . 01) ;组间比较 具有非常显著性差异 。而对于屈肌来说 ,Ⅱ组实验后的增 长率也显著高于Ⅰ组的增长率。

3. 2 两种频率振动刺激对运动员下肢三关节屈伸肌群最 大做功功率的影响 实验后 ,Ⅰ组和Ⅱ组受试者髋 、膝 、踝三个关节左右侧屈 伸肌群最大做功功率都有了明显的提高 ,差异具有非常显著性 ;组间比较 ,受试者髋 、膝 、踝三个关节伸肌群最大做 功功率Ⅱ组要高于Ⅰ组 ,差异具有非常显著性 ;屈肌的增长 水平Ⅱ组略高于Ⅰ组 ,但差异不具有显著性 (表 5～7) 。

3. 3 两种频率振动刺激对运动员下肢三关节屈伸肌群快 速总功的影响 实验后 ,Ⅰ组和Ⅱ组受试者髋 、膝 、踝三个关节左右侧屈 伸肌群快速总功都有了明显的提高 ,差异具有非常显著 性 ;组间比较 ,受试者髋、膝 、踝三个关节伸肌群快速总功Ⅱ 组要高于Ⅰ组 ,差异具有显著性 ;屈肌的增长水平Ⅱ组高于Ⅰ 组 ,除踝关节外髋 、膝关节屈肌增长水平两组差异不具有 显著性 (表 8～10) 。

4.讨论与分析

4. 1 不同频率振动刺激力量训练对运动员最大肌力的影 响的可能机制 肌肉最大力量的提高 ,主要决定于三个因素 :肌肉生 理 、生化条件以及形态的改善 、神经肌肉控协调性的改善 和相关激素 (生长激素 、血清睾酮) 水平的提高 。下面从以 上三个方面具体分析造成次高频振动刺激对最大肌力的 锻炼效果显著由于中低频振动刺激这一结果的可能机制 。

4. 1. 1 次高频振动刺激对肌肉的刺激量高于中低频振动 刺激的力量训练方式比较有其特殊性 。振动刺激可以产生加 速度 ,而加速度所产生的“超重”与“失重”现象使得在实际 运动中负荷量在时刻在发生变化 ,在“超重”阶段运动员所 承受的负荷量要远远大于实际承受的负荷量 。同一振动 幅度下 ,相对高频率的振动刺激所产生的加速度要高于较 低频率振动刺激 ,而因此对肌肉产生的刺激量也会较高 。

4 . 1. 2 次高频振动刺激对神经肌肉系统的刺激要强于中 低频振动刺.首先 ,由于在振动训练时加速度的存在 ,运动员在运 动过程中所受到的实际负荷量在时刻发生变化 ,对神经系 统的刺激也时刻在变化。因此 ,神经系统也要不断进行自身的调节以适宜运动的需要 ,增加了神经调节系统的反应 能力和灵活性。 其次 ,次高频振动刺激对提高运动单位的募集量和改 善肌肉协调性的作用要优于中低频振动刺激。振动刺激 作为一种外预性刺激 ,能刺激肌肉的本体感受器 ,特别是 初级肌梭Ⅰa 传入纤维末梢的兴奋性 ,其产生的动作电位经 过单突触或单突触和多突触调节途径反射地引起肌梭梭 外肌纤维产生收缩[4 ] 。由于振动刺激频率使神经发放冲 动的频率加快和强度增大 、皮肤感觉传入冲动以及振动对 耳前庭机械感受器和神经中枢机制等综合因素的影响 ,在 运动过程中高阈值的运动单位与低阈值的运动单位几乎 同时激活[35 ] 。因此 ,附加振动刺激能使肌肉在克服特定负 荷的前提下 ,募集更多甚至全部运动单位参加活动 。长时 间接受类似刺激对对提高神经肌肉的协调性具有良好的 作用效果 。在一定范围里 ,振动频率越高 ,肌梭的梭内纤 维的长度变化越快 ,神经发放冲动的频率和强度也随之增 加 ,这样就可以募集更多的运动单位参与运动 ,可以更好 地改善神经肌肉的协调性 。

4. 2 不同频率振动刺激力量训练对运动员爆发力的影响 的可能机制运动生物力学上把爆发力定义为肌肉的最大收缩功率 : P = F ·V。生物力学研究中通常应用等速肌力测试中的慢 速(60°/ s) 最大做功功率来评价与诊断爆发力的大小。 根据研究结果中表 5～7 所示 :实验后 ,Ⅱ组所采用的 训练方法对肌肉等速向心收缩最大做功功率的提高量要 显著好于Ⅰ组 ,这一研究结果说明 :Ⅱ组所采用的训练方法 对肌肉爆发力的训练效果要显著好于Ⅰ组 ,而造成这一差 异的唯一条件就是振动刺激频率的不同 。 振动刺激能够有效提高肌肉的爆发力 ,首先 ,振动刺 激加速度有效地提高了神经系统对肌肉的调节作用的反 应能力和灵活性 ,有助于提高肌肉的爆发力 ;再者 ,爆发力 主要通过高阈值的运动单位的活化程度来体现 ,而肌电图 研究表明高阈值运动单位的激活主要通过单突触闭合传 到途径来实现。而大量的神经生理学研究表明 ,多突触非 闭和传导途径能够加强单突触闭和传导途径的活性[41 ] 。 而振动刺激产生的张力性振动反射 (tonic vibration response TVR) 反射途径有“单突触闭和传导途径”和“多突触非闭 和传导途径”两种 ,其中以前者为主[28 ] 。通过两者的共同 作用 ,使得振动刺激可以有效地提高运动员的爆发力水 平 。同时 ,由于振动刺激导致神经发放冲动频率和强度增 大 ,皮肤感觉传入冲动以及耳前庭机械感受器和神经中枢 机制发生变化 ,在这些综合因素的影响调节作用下 ,运动 过程中能够使高阈值的Ⅱ型纤维和低阈值的 I 型纤维同时 激活 ,这样可以有效地提高肌肉收缩力的上升梯度 ,从而 增加了肌肉的爆发力。而次高频振动刺激所产生的加速 度要明显大于中低频振动刺激 ,无论对神经还是对肌肉的 刺激强度均大于中低频振动刺激 ,所以才产生了实验后Ⅱ 组爆发力的增长率显著性高于Ⅰ组的现象。

4 . 3 不同频率振动刺激力量训练对运动员力量耐力水平 影响的可能机制本研究选取总功这个指标来反映运动员实验前后力 量耐力水平的变化 ,总功的提高从一定程度上反映了肌肉 维持某一特定强度负荷或动作质量的能力的提高 ,即肌肉 的耐力水平的提高 。表 8～10 的研究结果说明 ,Ⅱ组所采 用的训练方法对肌肉爆发力的训练效果要显著好于Ⅰ组 , 而造成这一差异的唯一条件就是振动刺激频率的不同 。 力量耐力水平的提高取决于生理 、生化等多因素的影 响 ,而振动刺激力量训练对力量耐力水平的促进作用可能 在很大层面上得益于肌肉最大力量的提高以及神经肌肉 协调性的改善 。肌肉最大收缩力量的提高 ,使得张力 —速 度曲线右移 ,进而引起输出功率的提高。在某种程度上 , 功率的增加会引起抗疲劳能力的增加 ,因为在一定绝对张 力下 ,需要相对力量的百分比会减少 ,这就为主动重复性 收缩运动提供了较多的储备物 ,这种情况已得到大量证实 ( Fitts 和 Widrick 1996) [28 ] 。此外 ,振动刺激引起运动单位 高度紧张 ,而运动单位高度紧张下压迫血管 ,从外部供给 氧和营养物质 ,使之更长时间地工作 ,这种训练效果可使 得某些运动单位达到少紧张 、多休息的效果 ,这有利于神 经肌肉维持特定工作效率的能力 。振动刺激可使肌肉内 部协调性的提高 ,可使主动肌 、拮抗肌和协同肌协调配合 地完成动作的能力得到提高 ,这有利于重复性运动中能量 的节省化 ,提高肌肉的力量耐力水平。由于次高频振动刺 激对肌肉最大收缩力量、最大做功功率以及神经肌肉的协 调性的作用效果均优于中低频振动刺激 ,所以才产生了实 验后Ⅱ组力量耐力的增长率显著性高于Ⅰ组的现象 。

5.结论与建议

5 . 1 结论.1.1研究证明 :同振幅下 ,次高频 (35 Hz～50 Hz) 振动 刺激对肌肉最大力量 、快速力量 、爆发力以及肌肉耐力的 训练效果显著高于中低频 (25 Hz～35 Hz) 振动刺激 。

                1.2抗负荷力量训练附加振动刺激可以有效地提高力 量训练的效果 ,能够以相对较小的负荷有效地提高肌肉的 最大力量 、快速力量 、爆发力以及肌肉耐力 ,能够有效地提 高运动员的纵跳能力。

5 . 2 建议.1.1对运动员进行振动刺激力量训练中 ,教练员可以参 照本研究的训练模型制定训练计划 ,可以将本研究的研究 结论应用于训练实践。

                1.2由于青少年力量训练的特殊性 ,在为青少年运动员 安排振动刺激力量训练时 ,可以选择次高频振动刺激结合 相对较低负荷的力量训练或者中低频振动刺激结合相对 较高负荷的力量训练。

                1.3在为成年运动员安排振动刺激力量训练时 ,可以选 择次高频振动刺激结合高负荷形式的力量训练 ;对于处于力 量训练平台期的运动员可以尝试次高频振动刺激结合1-3RM 的高强度力量训练形                         式  ,以突破力量训练的平台期。