阻力训练及超等长阻力训练对下肢肌肉活性和力量的影响

井兰香，刘 宇，田石榴

1 前言

跳跃、踢球、短跑等项目成绩的提高主要依靠下肢肌肉力量和爆发力的提高来实现。提高下肢肌肉力量和爆发力的训练方法主要有两种：较大负荷阻力训练和中等负荷超等长训练［18，6］。肌肉力量和爆发力是人体神经肌肉系统产生力的能力［17］，它的提高意味着机体对特定训练产生了运动学和动力学的神经肌肉系统适应。

单次向心随意收缩最大值（maximal voluntary contraction，MVC），常被用于评价肌肉力量的大小。表面肌电信号（surface electromyogram，SEMG）则被用于研究肌肉收缩过程中肌肉激活模式及其协调性。一般认为，肌肉力量增加，SEMG振幅也随之增加，因此可以用来评价一段时间训练后每块肌肉完成动作任务的神经肌肉适应性［5］。超等长阻力训练包括起跳和落地过程，能募集较多的肌群，通过改变运动所需肌肉力量和稳定性影响训练的特异性和效率，改变每个肌群的力量输出功能，从而显著影响肌肉激活模式［15］。Lephart等［11］比较了阻力训练与超等长训练对下肢神经肌肉适应以及生物力学特征的影响，两种训练均能提高伸膝等速肌肉力量，提高伸髋肌预激活，超等长训练对肌肉激活模式优于阻力训练。下肢起跳和落地动作过程髋、膝、踝3个关节相互影响，主动肌激活的同时，拮抗肌共激活能增强关节刚度，阻止肌肉不协调收缩的发生［14］。对于阻力训练和超等长阻力训练肌肉力量以及肌肉协调性影响的差别，目前还鲜见相关研究。本研究通过测试二级篮球运动员8周阻力训练和超等长阻力训练前、后MVC，比较两种训练方法对肌肉力量的影响的不同，通过测试SEMG比较两种训练对下肢肌肉活性以及对拮抗肌共激活影响的差别。

2 研究对象与方法

2.1 研究对象

某竞技学校16名男性篮球运动员自愿参与本实验并保证完成训练，随机分为阻力训练组（resistance training group，RT；n=8）和超等长阻力训练组（plyometric weight training group，PWT；n=8）。其运动年限均在5年以上，运动等级为二级，无下肢关节肌肉损伤史。两组年龄、身高、体重分别为：18.25±2.36岁，188.90±4.39cm，87.86±12.6kg；17.25±1.04岁，193.29±5.83cm，87.85±10.25kg。

2.2 实验方法

2.2.1 实验仪器

超等长阻力训练器，KISTLER三维测力台（瑞士KISTLER公司，9287B），通过数模转换器与8通道SEMG信号采集系统同步连接。

2.2.2 训练及测试方法

训练前、后各一周内测试每位受试者下肢肌MVC值：以膝关节约90°位置双脚与肩同宽半蹲于测力台，肩抗杠铃，调节训练器械两端保险杠至适宜高度以限制杠铃杆上升，测试开始后受试者尽最大努力向上顶起，持续3s。测力台采样频率为1 200Hz，所测数据曲线峰值即为MVC。

在实验室对受试者实施8周，每周3次的训练计划，力量房及场地训练日程不变，全程监控训练过程。训练开始前RT组完成10次30％MVC蹲起，PWT组完成10次10％MVC原地垂直蹲起跳（countermovement jump，CMJ），熟悉训练过程及热身。设定RT组负荷强度为70％MVC，肩抗杠铃原地蹲起。PWT组负荷为30％MVC，肩抗杠铃原地垂直蹲起跳。训练组数为3组，每组10个，训练时间20s，组间休息2min。MVC值在训练4周后重新测定，训练负荷值随之调整。

训练前、后两组各完成2组6次重复实验动作，测试SEMG。放弃第1组6次重复消除训练开始和结束的运动可变性。沿着肌束方向将Ag/AgCl表面电极贴于胫骨前肌（tibialis anterior，TA）、腓肠肌外侧头（gastrocnemius lateralis，GL）、股直肌（rectus femoris，RF）、股外侧肌（vestus lateralis，VL）、股二头肌（biceps femoris，BF）的肌腹中间处的皮肤表面（图1）。电极直径1cm，两电极间距2cm。胫骨粗隆表面皮肤位置作为0电极。用弹性绷带牢固固定各电极，避免测试过程中移位，以减少噪声信号干扰。肌电信号参数设置为增益（gain）1 000，采样频率1 200Hz，12字节，共模抑制比（common-mode rejection ratio，CMRR）为100dB。每块肌肉做3次MVC（表1），持续6s，用于标准化肌电数据。

图1 本研究表面电极粘贴位置示意图

表1 本研究每块肌肉MVC标准化位置一览表

2.2.3 数据分析

比较两种训练方法的MVC值的差异性。两种训练组内比较训练前、后MVC值是否具有显著性差异，训练效果用MVC值百分比的变化表示：Δ％MVC=（MVC后-MVC前）×100/MVC前。采用MVC比值比较两组训练效果的差别，计算方法为：MVC比值=MVCRT/MVCPWT。

1.Cangzhou MedicalCollege，Cangzhou 061001，China；2.Shanghai University ofSport，School ofKinesiology，Shanghai 200438，China.肌电值与MVC积分肌电最大值之比做标准化。计算髋、膝、踝关节周围拮抗肌共激活（co-activation），以拮抗肌与主动肌标准化积分肌电比值［9，19］表示：股直肌与股二头肌（RF/BF），腓肠肌外侧头与股外侧肌（GL/VL），胫骨前肌与腓肠肌外侧头（TA/GL）。

3 数据统计

采用SPSS 11.3统计软件进行双因素方差分析（训练方法×测试时间），身高、体重、年龄等一般资料比较采用t检验，组内比较（训练前、后）用配对样本t检验；组间比较（RT组与PWT组）用两独立样本t检验。统计结果以±SD表示，显著性水平为0.05。

4 实验结果

MVC值训练前、后比较结果如表2所示。组内比较训练后两组的MVC值以及MVC比值均显著大于训练前。组间比较训练后RT组MVC值及Δ％MVC均大于PWT组。

表2 本研究受试者训练前、后MVC比较一览表

两组训练前、后各肌MVC最大肌电值没有显著性差异。训练前、后6次重复实验动作两组标准化积分肌电如表3所示。RT组训练前、后各肌肉平均EMG活性没有显著性差异。PWT组训练后BF活性显著升高，其他肌EMG活性显著降低。组间比较，训练前、后PWT组肌肉EMG活性均高于RT组。

表3 本研究6次重复实验肌肉平均EMG活性一览表 （％MVC）

训练前、后髋、膝、踝三关节拮抗肌共激活如图2所示，组内训练前、后比较PWT组RF/BF和TA/GL显著高于训练前，GL/VL训练前相比没有显著性差异；RT组RF/BF、GL/VL、TA/GL训练前、后均没有显著性差异。组间比较训练前PWT组与RT组RF/BF、GL/VL、TA/GL均没有显著性差异，训练后PWT组RF/BF和TA/GL显著高于RT组，两组间GL/VL没有显著性差异。

图2 本研究各组训练前、后拮抗肌共激活示意图

5 讨论

力量训练计划需要在不同训练器械和不同负荷条件下进行，研究不同训练方法对肌肉激活模式的影响是十分必要的。本研究中，两组受试者在同一训练器械条件下完成两种不同训练，对训练前、后的MVC值和肌肉激活模式进行了比较。为提高肌肉力量和爆发力，并能安全完成训练计划，应在较少的组数、适宜的重复次数和适宜的负荷条件下进行［13］。训练前两组MVC值没有显著性差异，训练后RT组MVC值高于PWT组，提示，两种训练方法存在着训练效果的差异。

两种训练方法的共同点是下肢肌肉是由离心收缩转化为向心收缩的反复。RT训练以蹲起动作为基础，离心收缩转换为向心的过程较缓慢。而PWT训练是肌肉拉伸引起离心张力后迅速向心收缩，这种现象称作拉长-缩短周期（stretch-shorten cycle，SSC）。从运动生物力学的角度来说，人体肌肉包括肌腱在内是一种黏弹性物质，黏弹性物质在受到迅速剧烈牵拉伸长时，能够产生比其他任何方式的牵拉都要大得多的弹性回缩力。黏弹性物质如果是缓慢地被拉伸，或者拉伸以后停顿一段时间，它就会出现松弛现象，其弹性回缩力就会大大降低。PWT强调肌肉的迅速拉伸和迅速地回缩，能够较好地利用肌肉这种黏弹性物质的力学特征。对肌肉反复长时间做SSC类型的刺激，即会使肌肉产生适应性，能达到发展快速肌肉力量的效果。

两种训练过程使受试者下肢处在不同的动力学条件下，PWT对下肢平衡能力要求高于RT，相对不稳定的训练条件其力量输出水平会较低［3］。表明不稳定动力学条件下产生的运动策略可能对肌肉力量的发展效果不显著，因为肌肉活性部分用于维持身体平衡，消除不协调的肌肉收缩，减少动作的失误［10］。实验结果显示，PWT组训练后MVC值以及Δ％MVC都低于RT组，表明PWT训练过程存在肌肉的重募集策略，意义在于降低不必要的净关节力矩输出，同时维持关节稳定性。

PWT训练旨在提高下肢肌肉力量和爆发力，提高运动策略的适应。本研究中PWT训练后运动策略的变化体现在了6次重复实验动作的SEMG数据的变化上。运动学和时间参数的同步控制使得受试者具有统一整体的运动学特征。实验动作的向心收缩阶段，髋、膝、踝关节伸展，所测肌肉中主动肌分别为RF、VL、GL，拮抗肌分别为BF、GL、TA。RT训练时动作较稳定，主动肌激活程度较高，拮抗肌则活性可降低，因RT训练对动作模式的运动学控制要求相对较低。在PWT训练过程中，会出现较高的拮抗肌共激活现象，抵消外部阻力产生的净关节力矩［12］。因此，PWT需要比RT更高的肌肉活性才能完成动作任务。随着动作的学习过程和训练过程拮抗肌共激活升高［7］，PWT训练可以使肌肉激活模式发生改变，肌肉间的协调性增强。PWT是以CMJ为基本动作的训练方法，属于多关节运动，运动过程中力量输出通过肌肉传递给关节，需要BF和RF协同作用才能产生最优力量保证髋关节的伸展，过早的BF激活对整个动作的完成是不利的［15］。PWT组训练后出现BF活性降低和RF活性升高现象，相应的结果是髋拮抗肌共激活提高，表明PWT优化了髋关节动作的肌肉激活策略。同样原理，踝关节拮抗肌共激活升高，TA和GL之间协同作用，优化了踝关节肌的激活策略。

拮抗肌共激活的结果是引起拮抗肌共同收缩［8］，而拮抗肌共收缩的提高引起关节刚度提高。但只有关节刚度保持在适宜水平，关节稳定性才会得以加强［4］，否则就会引起关节损伤［16］。前期的研究发现，PWT训练后髋、踝关节刚度得到提高，膝关节没有显著改变，因为身体负重后降低了膝关节的贡献度，PWT训练主要影响髋、踝关节肌肉的性能，对膝关节影响较小，主要通过增加髋、踝关节的刚度增加下肢稳定性［1，2］。

SEMG的实验结果有助于解释两组MVC效果的差异。PWT组观察到比RT组较高的肌肉活性，可解释为拮抗肌以及一些起稳定作用的肌肉被激活参与动作控制，同时主动肌也处于较高的活性水平，共同完成维持关节稳定和身体平衡，而不仅仅是力量输出［11］。RT组训练前、后肌肉活性没有显著性差异，提示，运动策略没有受到此种训练方式的影响。

实验结果表明，不同模式的训练除了增加肌肉力量，还使得肌肉活性存在不同表现，肌肉之间的协调性在力量输出过程中起着重要作用。PWT训练为优化肌肉动作，适应动作策略，需要更高的稳定性，其动力学条件对提高肌肉间协调性比RT训练更为有效。因此，PWT训练与体育运动以及日常活动近似，不仅能致力于肌肉力量的发展，还能提高肌肉间协调性。

6 结论

RT训练和PWT训练均能显著提高下肢肌肉力量，RT训练对提高肌肉力量效果较PWT训练显著。PWT训练有助于提高肌肉间协调性，可以优化肌肉动作的运动策略。

［1］井兰香，刘宇.篮球运动员8周负重超等长训练后下肢及髋、膝、踝关节动力学和刚度的变化［J］.中国运动医学杂志，2010，29（4）：417-420.

［2］井兰香，刘宇，田石榴.不同负重超等长练习下肢各关节作用分析［J］.体育科学，2009，29（5）：50-53.

［3］ANDERSON K G，BEHM D G.Maintenance of EMG activity and loss of force output with instability［J］.J Strength Cond Res，2004，18（3）：637-640.

［4］BARATTA R，SOLOMONOW M，ZHOU B H，et al.Muscular co-activation［J］.Am J Sport Med，1988，16（2）：113-122.

［5］FARINA D，MERLETTI R，ENOKA R M.The extraction of neural strategies from the surface EMG［J］.J Appl Physiol，2004，96（4）：1486-1495.

［6］FATOUROS I G，JAMURTAS A Z，LEONTSINI D，et al.Evaluation of plyometric exercise training，weight training，and their combination on vertical jumping performance and leg strength［J］.J Strength Cond Res，2000，14（4）：470-476.

［7］GRIBBLE P L，MULLIN L I，COTHROS N，et al.Role of cocontraction in Arm movement accuracy［J］.J Neurophysiol，2003，89（5）：2396-2405.

［8］IZQUICRDO M，AGUADO X，GONZALEZ R，et al.Maximal and explosive force production capacity and balance performance in men of different ages［J］.Eur J Appl Physiol，1999，79（3）：260-267.

［9］JAMES W，NICK B，LOUISE W.Fatigue，H/Q ratios and muscle coactivation in recreational football players［J］.Isokinet Exerc Sci，2009，17（3）：161-167.

［10］KORNEKI S，ZSCHORLICH V.The nature of the stabilizing functions of skeletal muscles［J］.J Biomech，1994，27（2）：215-225.

［11］LEPHART S M，ABT J P，FERRIS C M，et al.Neuromuscular and biomechanical characteristic changes in high school athletes：a plyometric versus basic resistance program［J］.Br J Sports Med，2005，39（12）：932-938.

［12］MCCAW S T，FRIDAYJ.A comparison of muscle activity between a free weight and machine bench press［J］.J Strength Cond Res，1994，8（4）：259-264.

［13］NATHAN J D，NALIN A S，DALE A R，et al.Optimal load for increasing muscle power during explosive resistance training in older adults［J］.J Gerontol A-Biol，2004，60（5）：638-647.

［14］OATES D C，BELL D R，DISTEFANO L J，et al.Relationship between hip muscle co-activation on knee vaglus momentduring a jump-landing task［J］.Med Sci SportExe，2010，42（5）：403.

［15］RAFAEL P，MARCO M，MARCELO M D S，et al.Muscle activation sequence compromises vertical jump performance［J］.SJSS，2008，2（3）：85-90.

［16］ROBERT J B，HARRISON P C，IRENE M D.Lower extremity stiffness：implications for performance and injury［J］.Clin Biomech，2003，118（6）：511-517.

［17］SIFF M C.Biomechanical foundations of strength and power training.In：Zatsiorky V，editor.Biomechanics in sports［M］.London：Blackwell Sci Ltd，2001：103-139.

［18］WILSON GJ，NEWTON R U，MURPHY A J，et al.The Optimal training load for the development of dynamic athletic performance［J］.Med.Sci.Sports Exe，1993，25（11）：1279-1286.

［19］YUKIO U，RISA K，SACHIKO S，et al.Electromyographic analysis of the knee during jump landing in male and female athletes［J］.Knee，2005，12（2）：129-134.