振动负荷训练研究进展

2012-05-12王兴泽

中国运动医学杂志 2012年7期

王兴泽

赣南师范学院体育学院（江西赣州 341000）

振动负荷训练方法，也称振动力量训练法、振动训练法或交变负荷力量训练法等，是一种利用机械振动附加外在抗阻负荷刺激机体以引起肌肉振荡及中枢神经系统适应而提高竞技能力的训练方法。目前，振动训练主要有三种方式，即以中间轴为转轴上下摆动式振动、平面上下垂直振动以及X、Y、Z轴方向上组合多维振动，如图1所示。振动训练设备主要有 Bosco system （意大利）、Power-Plate （美国）、Galileo（德国）、SRT（德国）、JET VIBE（韩国）、交变负荷训练系统（中国上海体育学院）。第一种方式以增加本体感应的平衡能力为主，第二种方式主要促进本体感应下的力量发展，第三种方式以提高人体对刺激反应的神经控制能力为主。也有人将振动训练方式分为局部振动和全身振动，本文主要涉及全身振动的相关研究。

图1 不同振动类型简图

一般认为，负荷由负荷量和负荷强度构成，量是负荷对机体刺激的数量，强度是对机体刺激的深度，负荷的量和强度通过不同的侧面表现出来［1］。振动负荷是指机体在承受振动刺激过程中叠加在身体上的量和强度的总和，亦指生物有机体承受一定范围内的负荷刺激，即在对抗固定质量杠铃负荷的前提下，机体被迫承受足底振动刺激传递而适应限定负荷范围的变化刺激。振幅、频率和抗负荷强度共同决定了振动负荷对机体神经肌肉系统的负荷强度，振动负荷强度和训练负荷量影响着振动负荷对机体的刺激量。通过振动负荷训练，可在正常训练的心理状态下冲击个人极限强度，达到提高最大力量、力量耐力的目的［2-4］。

通过CNKI（1979～2010）、万方数据库（1998～2010）、Pubmed （1956～2010）、Spring（1955～2010）等中外数据库，以关键词“振动负荷”、“振动刺激”、“振动力量训练”、“振动训练”、“vibration stimulation”，“whole body vibration training”， “vibration strength training”检索，得出振动负荷训练相关中文文献41篇和英文期刊论文及图书章节128篇。本文从训练效果、训练操作模式、作用机制等方面加以总结。

1 振动负荷训练的效果

振动负荷训练辅助传统竞技训练取得实质性效果的应用实例主要有危小焰、胡贤豪、王兴泽、吴瑛等采用振动（交变）负荷训练辅助女子举重训练，其主要结论为：振动负荷训练在辅助中等、优秀、顶尖国家队女子举重运动员提高机体竞技能力稳定发挥方面具有积极效果，以振动负荷作为“调节剂”辅助传统竞技举重训练过程的训练效果比单纯的传统举重训练效果好，且训练效果的保持性较好。有关振动频率的相关结论：中、低层次的运动员对同样振幅下的振动频率耐受能力较高，而优秀运动员对同样振幅下的振动频率耐受能力相对较低；不同层次的运动员中，中、低体重水平的运动员对振动频率的耐受能力较高，大体重运动员对同样振幅下的振动频率耐受能力较低［2，3，5-8］。

振动负荷训练的实验研究大多数显示出正面效果。Issurin等采取附加振动刺激进行肱二头肌牵拉屈曲练习，提高了肱二头肌爆发力［9］。Christophe设计了安慰组（振动非常微弱，0.4 g）来排除心理对力量训练实验结果的干扰，结果表明，安慰组与普通对照组肌力无显著性差异，但振动训练组与普通对照组有显著性差异，表明振动力量训练确实有效［10］。Fernandez等、Armstrong等、McBride等、Wyon 等、Lamont等、Colson等针对篮球运动员、普通健康人群、舞蹈运动员等进行振动负荷训练，结果显示深蹲能力、垂直纵跳能力均显著提高［11-16］。彭春政、许以诚、任满迎等以田径、垒球、跳水、游泳等普通运动员为实验对象，结果显示振动训练比传统训练效果更好［2，17-19］。李玉章采用德国产SRT多维组合振动训练平台，针对田径二级运动员进行组合振动训练，结果显示组合振动训练促进了参与工作肌群的协调用力能力［20］。邓京捷等采用德国产Galileo900振动训练台针对小轮车运动员实施振动训练实验，结果显示运动员屈、伸肌峰值力矩显著提高，但振动训练对耐力产生负面效应［21］。樊家军、尹军、余章彪等采用韩国产JET VIBE（EST-900N模式）振动力量训练平台针对田径运动员进行振动训练，结果显示振动训练促进了肌力矩、爆发力、峰值速度等训练效果［22-25］。 Van 等、Roelants等针对体育专业研究生、健康人群进行振动负荷训练，结果显示振动负荷训练能够提高肌肉柔韧性以及肌肉弹性，提高腿部深蹲、半蹲等能力［26，27］。 Annino 等、Savelberg等、Lamont等针对优秀舞蹈运动员、健康人群进行振动负荷训练，结果显示振动负荷训练可以提高弹跳力和肌肉伸展功能，提高速度力量［28-30］。Furness等、Lamont等、Rhea等针对大学生运动员、健康人群、社区老年人等进行振动负荷训练，结果显示振动负荷训练可以提高大学生运动员的输出功率、健康人群的纵跳能力、老年人的神经支配能力［31-33］。但Cochrane等、Bullock等、Luo等、Jason等的实验研究结果显示，振动负荷训练虽然可以提高肌肉力量和爆发力水平，但与常规训练手段相比，振动负荷训练对力量的增长作用并没有明显的优越性［34-38］。

本人认为振动负荷训练的效果主要涉及适宜振动与机体抗负荷的叠加适应，即机体承受振动与外在负荷的双重刺激，至于频率的大小，只要人体能够适应，越小越好。纵观国内外振动负荷训练实践，为了提高力量训练效果，振动负荷训练的应用没有统一的模式，在进行振动负荷训练过程中应随时意识到生命的多样性和复杂性。人体各个系统时时刻刻都在适应外在刺激，而振动负荷训练效果是受外界环境及自身体内综合调节影响的。因此，频率不是最重要的，关键是对适宜振动、外加负荷、本体感应和心理负荷等多重刺激的适应。振动对机体具有积极促进作用，效果是否明显，调控者的训练经验十分重要。

2 振动负荷训练模式和方法

2.1 振动负荷训练操作模式研究

振动负荷训练操作模式方面的研究主要涉及振动操作模式和动作练习模式两个方面。振动操作模式方面，Cardinalem等研究了两种频率（20 Hz和40 Hz）振动训练对纵跳能力的影响，结果显示低频比高频效果好［39］。Brady等针对健康大学生进行振动负荷训练，结果显示低频振动负荷训练可以提高关节方位感以及关节定位能力［40］。Bedient等认为达到最佳训练效果的振幅为2～5 mm，频率30 Hz较为常用［41］。Adams等认为振幅为2～6 mm区间低频（30 Hz）振动负荷训练效果一般，高频（50 Hz）效果更佳［42］。Mileva等认为低频（f=5Hz）振动负荷训练对增强肘关节、膝关节功能有更好的训练效果［43］。Marin等认为垂直振动提高肌肉力量的效果比以中间轴上下摆动式振动负荷训练更快［44］。动作练习模式方面，Torvinen研究认为振动训练应在抗阻力量训练的基础上进行，否则效果不佳，同时训练效果还与振动模态和强度相关［45，46］。Hazell等也认为在振动负荷训练过程中振动刺激加上外在抗负荷训练效果更佳［47］。Marin等认为振动负荷训练过程中穿鞋且振幅为4 mm时比不穿鞋的振动负荷训练效果更好［48］。可见，振动负荷训练在低频抗负荷下进行效果相对较好。

2.2 振动负荷训练方法

当前多数研究选用持续性或间歇性振动负荷训练模式。持续性振动负荷练习模式：4组8～12次的振动负荷量，负荷强度为50%、60%、70%、80%；或4组40～80秒的振动负荷量，负荷强度为50%、60%、70%、80%。间歇性振动负荷练习模式：12组3～4次的振动负荷量，负荷强度为50%（2组）、60%（1组）、70%（1 组）、80%（1 组）、90%（1 组）、95%（1 组）、100%（1组）、90%（2组）、80%（2组）。从机体适应以上两种振动负荷训练量模式练习的效果来看，间歇性振动负荷练习模式相对较好。间歇性振动负荷练习模式为首选振动负荷练习模式，随机能的提高再逐渐过渡到间歇与持续训练相互交叉阶段，之后再过渡到按训练所需选择训练方法。

2.3 振动负荷训练量特征

机械振动刺激是指机体承受的机械振动刺激，加速度为 2 g（g=9.8 m/s2），振幅为 2～8 mm，频率为10～30 Hz，机体承受振动量的显著特征是振动刺激在机体传递的递减性，即机械波在人体的传递呈递减性［49］。振动负荷的决定因素主要为机械波的强弱（振动量）、机体吸收振动的差异、个体的心理适应控制度等。在一个单周期的振动负荷训练过程中，振动负荷量的实施是逐渐递增的。以8周的振动负荷训练为例，第1周振动负荷训练量占整个训练量的10～15%，第 2周占 20～30%，第 3周占 30%，第 4、5周占40%，第6、7、8周占45～50%。在整个振动负荷训练过程中，振动负荷刺激的训练量不得超过总训练量的一半。振动负荷训练是在传统对抗训练基础上额外附加振动刺激，人体的功能在这种综合刺激下强化适应。加速度和频率也是随训练刺激适应而逐渐递增。

2.4 振动负荷周期训练模式研究

当前关于振动负荷的选用即选用量大小分为单周期和多周期振动负荷训练，单周期是指在训练过程中选择振动负荷训练来辅助传统训练过程，且有时间段、具体阶段划分和任务要求；多周期是单周期的简单累积。

单周期振动负荷训练过程包括适应阶段、累积阶段、提高以及保持阶段，时间约2～4个月。振动负荷训练适应阶段运动员一般会出现完全适应、基本适应、不适应三种现象。完全适应是指教练员、运动员对振动训练感兴趣，克服了心理上的恐惧感，反映在训练行为上能够更好地控制自身平衡及对振动在机体中递减性传递过程的神经自组织适应。基本适应主要是指教练员、运动员对新方法报有试探性心理，没有以完全十足的信心投入振动训练，一般经过2～3周（2～3次/周）会基本适应，然后进入第二阶段训练。不适应现象是指某些运动员由于常年训练身体局部已经产生了伤痛，不愿意继续训练下去，不能适应这种训练方法。对于这些运动员，通过第一阶段振动负荷训练后就要停下来，不再进入第二阶段振动负荷训练。振动负荷训练累积阶段显示出稳步累积协同肌群现象和同时增加主动、协同肌群现象。稳步累积协同肌群现象是指运动员在常规执行训练计划的过程中（主动肌群练得较多），加强小肌群力量练习，比如下肢训练中除股四头肌群之外发展缝匠肌功能，同时增加主动、协同肌群现象是指增加主动肌群力量训练模式，此模式在常规训练过程中把后深蹲的内容完全省掉，由振动负荷训练替代，在进行主动肌群功能强化时，协同肌群也得到相应的发展。提高保持阶段主要是在前两阶段基础上进行专项耐力、有效组数（70～80%强度）的累积，多数运动员能够在有效强度、组数下完成训练任务，发展主动肌群和协同肌群力量水平。

多周期振动负荷训练是指2个或2个以上的单周期振动负荷训练过程的组合。多周期振动负荷训练的安排应处理好负荷量、强度的关系，把握好频率节奏，防止其对机体各系统的负面影响。

3 振动负荷训练机制研究

3.1 振动负荷强化肌纤维募集能力，加强神经递质分泌、营养肌肉

振动负荷对机体影响的主要机制是改善神经系统调节机能。神经系统对力量提高的调节，主要体现在运动单位的募集、冲动频率、神经协调、抑制的减小和反射的调节［50］。最大力量的增强一方面取决于肌肉横断面的增加，另一方面可以通过运动神经募集能力的改善。振动刺激在人体的递减性传递活化了更多的运动单位参与运动，使其达到最佳的运动效果，即诱发低阈值的肌纤维参加收缩，补充高阈值肌纤维收缩后的疲劳，使肌腹尽力参与同步收缩，使得肌腱进一步完善收缩功能［51，52］。Bosco 等以及许以诚通过肌电图说明了在振动刺激传递状态下肌纤维的收缩情况［53，18］。 Hiroyuki等认为振动刺激在激活大量初级肌梭Ⅰα传出纤维提高其活性的同时也激活腱器，增强腱器的活性，从而增强对抗肌的活性［54］。机体在承受抗阻负荷状态下的训练效果更好，Johnston等和Priscilla等研究发现振动训练中机体在承受主动抗阻杠铃负荷与机械振动刺激双重刺激比单纯承受振动刺激更能引起中枢神经功能增强，导致更多的肌纤维参与运动［55，56］。

神经纤维对其所支配的组织、器官具有两方面的作用，即神经功能性作用和神经营养性作用［57］。机体承受振动负荷训练导致肌纤维募集增多，增强神经递质分泌，从而营养肌肉。

3.2 振动负荷促进新陈代谢，延缓肌肉疲劳，加速骨适应性重建，以及释放生长因子

陈玮婷等采用近似熵法对肌肉收缩过程中振动与非振动的疲劳程度进行研究，振动组比控制组疲劳程度低［58］。机体在承受振动负荷过程中，内脏也存在不同的响应，如腹腔内脏的质量明显大于胸腔内脏质量，而且腹腔内脏的运动对全身的动力学影响更大。因此，振动负荷刺激促进机体新陈代谢水平提高，延缓肌肉疲劳过程。

Kenwright等研究证明，振动应力可以促进骨折愈合，加速骨适应性重建［59］。振动提供的弹性形变可以直接活化血液，按摩肌肉与骨端，微动关节，减少关节内外粘连，加速骨的适应性重建。振动应力能够促使骨痂的成熟与改建，应力使骨膜细胞产生跨膜电位，细胞分压加速，数量加大，结构特征发生改变。同时，应力使羟磷灰石结晶的溶解度发生改变，骨细胞间隙钙离子浓度增加，骨材料特征发生改变［60-62］。机体承受振动负荷过程中，由于“超重”和“失重”现象而产生骨在低应变下的高适应现象。

机体在承受机械振动的过程中，骨、肌肉和血管等组织处于动态的力学环境中，它们的细胞外基质可视同各种生长因子的储存器，受到变化的力学刺激时将各种生长因子释放至周围组织中的细胞周围，调控体内的生理过程，如释放血管内皮生长因子（VEGF），可特异性地促进组织脉管形成［63］。史仍飞等研究表明，中频长时间振动训练有助于增强肌细胞机械增长因子 MGF（mechanical growth factor）mRNA 表达［64，65］。魏安奎等研究表明，振动训练引起的肌肉力量增加与其肌纤维横截面积增加和Ⅱa肌纤维百分比增加可能存在一定联系［66］。振动负荷对生物组织的影响可归结为机体承受振动刺激后可自行释放一定比例的生长因子以适应振动刺激而产生的动态力场效应。因此，振动负荷对生物组织循环代谢的影响表现为促进新陈代谢、延缓肌肉疲劳、加速骨适应性重建，以及释放生长因子。

3.3 振动负荷对生物组织的生物力学影响表现为生物软组织（肌肉）适应共振以及机体组织对振动负荷适应的差异性导致训练过程中膝、踝关节疼痛现象

人体的软组织结构可以视为一个振动系统［49］。对于一个简单的振动系统而言，其相对运动的振幅是输入信号的频率和振动系统固有频率共同作用的结果。Nigg等认为，这是为了避免软组织产生共振效应，肌肉活化程度改变而造成的，即人体通过肌肉调谐来改变其振动特性，从而避开共振区域以减少损伤的可能［67］。振动负荷训练中，机体接受振动刺激时，在主动对抗定质量杠铃负荷过程中让神经系统支配下的软组织适应共振，同时强化其功能。

人体对负荷适应最快的是肌肉，其次是心肺循环系统，最慢的是韧带和骨骼［68］。关节以骨骼和韧带、肌腱为主，所以需要长时间的训练才能适应负荷。在振动负荷训练中肌肉功能得到提高的同时，关节功能也会得到发展但速度不同步。振动负荷练习迫使机体吸收振荡，在振荡吸收过程中关节内部产生很多热能，血液供应较差的肌腱中部的温度升高可超过5摄氏度［69］。这足以使胶原分子的三螺旋解聚而变性并干扰成纤维细胞的代谢［70］，进而引起局部关节疼痛。多数振动训练实施对象在4～6周常规振动训练后会出现踝、膝关节疼痛感［3］。

近几年振动负荷训练颇受关注，但需要研究的相关问题还很多，例如：每种振动类型在机体传递过程中特征即传感系数如何界定、不同层次的训练对象如何选择振动模式、振动周期的选择如何与训练大周期的协调、不同运动项目如何选择振动训练的方式、振动负荷训练的禁忌症等。

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