LEG PRESS测试系统对速度滑冰专项力量训练价值的理论研究

黄达武，刘露，张文涛，王新宝，陈月亮

●专题研究Special Lecture

LEG PRESS测试系统对速度滑冰专项力量训练价值的理论研究

黄达武1，刘露1，张文涛1，王新宝1，陈月亮2

研究leg press系统对速度滑冰专项力量训练的价值，采用视频、表面肌电和直线等速运动同步对王北星、于静和张虹蹬伸过程中的力学和肌电参数进行研究。结果表明：（1）冰刀对下肢力和功有较大限制，应进行穿刀力量训练以提高专项力量训练效果；（2）有刀支撑时的电-力关系较独特，且有刀支撑时对胫骨前肌的刺激加大，体现了穿刀力量训练的必要性；（3）直线等速蹬伸对速度滑冰的专项力量训练价值主要体现在最大力量训练的全程性、多关节复合运动性，以及力量训练的专项性和安全性。建议：从特制冰鞋和速度控制等角度降低穿刀等速训练的危险性，逐步提高运动员穿刀等速蹬伸训练的能力，尽快体现该系统在速度滑冰专项力量训练上应有的价值；在该系统应用于训练实践后，应及时进行各速度最大力值变化与运动成绩、加速能力关系的量化研究，实证该系统对速度滑冰专项力量的训练价值。

直线等速蹬伸；速度滑冰；专项力量；肌电

等速训练系统自1970年由美国Cybex公司发明以来，作为一项肌肉功能测试和训练的新技术，被广泛应用于运动医学和康复医学的研究和临床工作中[1]，因其在有效性、准确性和安全性等方面均具有明显优势，被视为肌肉功能评价的“黄金方法”[2]。该技术自20世纪80年代传入我国后，大量体育科研工作者应用此技术对运动员进行了各部位肌力特征的研究，为探析专项肌肉用力特征、提高专项力量训练效果做出了重要贡献。

然而，纵观近年来有关等速测试的研究发现2个问题：（1）几乎所有的研究都是针对单关节完成的[3-6]，而肌肉在单关节运动和多关节复合运动中的表现有较大差异[7]，这就在很大程度上降低了单关节测试对运动实践的有效性；（2）大家普遍重视等速测试系统对肌肉功能的检测作用，而忽视了它的训练价值。因此，多关节复合运动下的等速测量及其训练作用应该得到大家的关注。

速度滑冰是一项运动员借助冰刀在冰面上滑行的竞速项目，支撑条件的独特性就决定了其专项力量训练的特殊性，且已有研究证实，冰刀对下肢力的传递和做功能力有较大影响[8]。因此，为了最大限度地提高力量训练的专项性，穿刀练习是最佳选择。然而，因冰刀支撑面较小，且条形支撑方式与所习惯的面形支撑方式有较大差别，穿刀进行传统力量训练（比如负重练习）就会有较大的危险性。因此，多年来教练员和运动员都在寻找一种能够穿刀进行的、安全有效的力量训练方式。

ISOMED2000等速测试系统中的Leg press测试单元问世后，立刻引起了普遍关注并给予厚望，因为它不仅具备传统等速测试系统的功能，还能够实现下肢在多关节肌群参与下完成蹬伸和屈曲的直线等速运动。屈曲和蹬伸符合速滑运动中下肢运动技术要求，且在合理控制动作速度前提下能够满足带刀练习的安全性要求。因此，该系统是速度滑冰较为理想的专项力量训练手段。本研究的主要目的就是，从力学和肌电指标来考察该测试系统作为速度滑冰专项力量训练的价值。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

本文的研究对象是我国优秀速滑运动员王北星、于静和张虹，她们代表了目前我国在该项目上的最高水平。王北星多次获得速滑短距离项目的世锦赛和世界杯冠军，多年来一直是我国速滑项目的领军人物，获得2006年都灵冬奥会女子500 m速滑第7名、2010年冬奥会女子500 m速滑铜牌和2014年索契冬奥会女子500 m第7名。于静是前世界纪录保持者，同时也是第1个滑进37s以内的女子运动员。张虹获得索契冬奥会女子1000 m金牌和500 m第4名，完成了我国女子短距离项目的突破。

1.2 研究方法

1.2.1 测试法用摄像机、肌电采集系统和ISOMED系统中Leg press测试单元同步采集下肢蹬伸过程的运动学、下肢左右腿共8块肌群肌电参数和下肢最大肌力及做功（见图1）。平面定点定距拍摄范围3 m，拍摄距离4 m，拍摄角度45°，机高1.2 m。根据专家建议和预试验结果，速度设置分别是慢速5 cm/s和快速50 cm/s，其中慢速代表运动员的基础力量，快速代表快速力量。屈和伸交替进行，蹬伸距离16～18 cm。

图1 王北星、于静、张虹（从左到右）下肢直线等速蹬伸Figure 1 Wang bei xing，Yu Jing and Zhang Hong in leg press

1.2.2 测试仪器高清摄像机Panasonic.AG-DVC33，拍摄频率50 Hz；芬兰Mega公司生产的ME6000 16通道无线遥测肌电采集分析系统，采样频率1 000 Hz，输入阻抗＞10G Ω，前置有源差分放大器，增益倍数305倍，共模抑制比CMRR>110dB，硬件滤波带通范围8～500 Hz，模数转换14bit；上海仁和医疗设备有限公司产一次性Ag/AgCl心电极，采样区2mm；德国ISOMED2000等速测试系统，leg press附件最大测试速度120 cm/s，最大蹬力5 850 N，最大蹬伸距离76 cm。

1.2.3 肌肉选取经理论初选和专家筛选，取双侧下肢胫骨前肌（TA）、腓肠肌外侧头（LG）、股直肌（RF）和股二头肌长头（BF）共8块肌群。

1.2.4 测试流程运动员自行准备活动30 min后进行电极粘贴。经定位、脱毛、去脂、消毒、凉干后，按顺序（CH1左胫骨前；CH2左腓外；CH3左股直；CH4左股二；CH5右胫骨前；CH6右腓外；CH7右股直；CH8右股二）将2个一次性电极沿肌纤维收缩方向分别贴于所选肌肉的肌腹处，电极相距2 cm。参考电极位于测试电极内侧且距2电极等距。贴好后，用医用胶带固定导线，由科研人员手持ME6000表面肌电仪站立在受试者旁边。

调节Leg press测试单元的高度与等速测试椅的高度相同，安装膝关节防止过伸适配器，调整测力台的倾斜位置为0位，保证踝关节测试前处于解剖位置。调整靠背后仰60°，坐垫与靠背距离10 cm。在检查电极、摄像系统和同步效果后，开始正式试验，慢速重复5次，快速重复7次。先进行无冰刀测试，分别是T1左腿慢速、T2左腿快速；T3右腿慢速、T4右腿快速。再进行穿冰刀测试，顺序同前，分别为T5⁃T8、T1⁃T4和T5⁃T8各测试间隔2 min，T4⁃T5间隔10 min。以各测试中峰力值最大的3次为分析对象。

1.2.5 同步方法肌电和运动学同步采用外接无线同步信号器进行同步连接。同步触发器同时输出2路TTL（+5 v）电平信号，触发肌电图仪时会在肌电图上打出一个时间标志，另一路控制摄像机镜头前的LED灯，在图像上打一个亮点，从而实现视频与肌电同步。

1.2.6 数据处理用ME6000自带软件MEGA WIN处理肌电数据，原始肌电经滤波、均方根平均转换后求RMS平均值，平均转换周期0.01 s。力和做功数据由ISOMED系统直接提供。

1.2.7 数理统计及相关说明多元多因素方差分析在SPSS17.0中完成，显著性水平P<0.05，非常显著性水平P<0.01。速度是指下肢屈伸的动作速度，条件是指下肢有无穿冰刀，过程是指下肢屈曲或蹬伸过程。文中相关力、功和肌电表格为个人3次最大峰力所对应数据的平均值，相关数据处理在Excel 2003中完成。

2 研究结果与分析

2.1 直线等速蹬伸下肢力学参数分析

以条件、过程和速度为自变量，以力和功为因变量的多元多因素方差分析显示，条件和过程的主效应，以及过程和速度的交互作用对力和功的影响均达到非常显著性水平（见表1）。因本研究主要探讨leg press测试单元对速度滑冰的专项力量训练价值，而leg press单元与传统训练手段的最大区别是满足运动员穿刀训练的需要，所以这里主要关注支撑条件对下肢力和功的影响。

支撑条件对力和功有非常显著的影响，再次说明冰刀对下肢力和做功能力有较大的限制（见表1）。导致这种现象的原因有4：（1）冰刀较小的支撑面致使下肢支撑不稳定，非稳定支撑条件下运动员不敢做出最大努力的蹬伸以确保动作的安全性；（2）冰刀的高度加大了踝关节与支撑点的距离，同样导致了关节的不稳定性，从而限制肌肉的做功能力；（3）关节的不稳定性将消耗运动员更多的能量来维持其安全性，从而削弱对外做功能力[9-10]；（4）冰鞋鞋底的硬度及冰刀独特的支撑方式会引起运动员的非舒适感（与日常生活中的鞋子和支撑方式相比），非舒适感也会导致下肢运动能力下降[11]。因此，从适应的角度而言，有必要进行带刀的力量训练，以提高运动员在有刀支撑情况下的做功能力，且带刀训练本身就是最贴近专项的练习方式。

3位运动员单脚直线等速蹬伸测试结果显示，从不同速度下的指标参数对比可以看出，屈过程中，快速测试值都大于慢速测试值，但蹬伸过程正好相反，这也说明了为什么表1中速度因素对力和功无显著性影响（见表2）。当动作过程分开时，速度必然对因变量有显著性影响，表1中速度和过程的交互作用也说明了这一点。离心收缩时，速度越快力量越大，向心收缩时相反，该特点与单关节等速测试的趋势一样[12]，说明速度对多关节复合运动肌肉的整体做功表现符合力-速曲线原理，离心收缩的牵张反射及对神经的刺激将会使肌肉表现出更大的能力。

表1 条件、速度和过程对下肢力和功的影响Table 1 The impaction of supporting condition，working speed and action on strength and power in lower limbers

2.2 直线等速蹬伸下肢肌电参数研究

均方根肌电（RMS）是单位时间内所有振幅的均方根值，用来描述一段时间内肌电的平均变化特征，有较明确的物理意义，代表单位时间内肌肉的活动强度[13]。近年来，有大量采用表面肌电研究肌肉用力特征的报道，因为表面肌电与肌肉用力有较大的相关性[1]。上述研究表明，有刀支撑时的力和功小于无刀。力和功是肌肉收缩时对外的综合表现，这里主要看各肌群肌电的表现是否与力和功的表现一样。相关研究表明，胫骨前肌和股四头肌是速度滑冰较稳定的主要做功肌群，而腓肠肌和股二头肌在蹬伸阶段对提高或维持滑速同样具有较大作用。因此，本研究选择了胫骨前肌和腓肠肌、股二头肌和股直肌这2对踝关节和膝关节的屈伸肌来研究下肢肌肉在直线等速蹬伸过程中的肌电变化。

因单块肌群肌电变化难以反映外部刺激对参与动作过程肌肉肌电的变化，且因变量较多时会给多元多因素方差分析的解释带来困难，因此这里只进行了快速与慢速以及有刀与无刀的配对样本T检验（见表3）。

3位运动员单脚直线等速蹬伸各肌群均方根肌电值显示：慢速测试时，有刀支撑各肌群肌电值均大于无刀（除个别值外，P=0.000）；快速测试时，尽管有刀支撑肌电与无刀支撑肌电差异无统计学意义（P=0.059），但仔细观察3位运动员肌电的变化仍能发现一定的规律性，即左右腿的腓肠肌和左腿的股二头肌在有刀支撑时肌电值小于无刀支撑，其他肌群的表现与慢速测试一样（见表4、表5）。所以，结合上述力学参数指标可以总结为：慢速测速时，力学指标是有刀小于无刀，而肌电指标是有刀大于无刀；快速测试时，力学指标是有刀小于无刀，肌电指标是体前肌群有刀大于无刀，体后肌群是有刀小于无刀。这就说明，在慢速测试时，肌力与肌电变化正好相反，没有表现出肌力-肌电正相关的特性。肌肉在激活强度更大时并没有表现出更大的对外做功能力，说明内部消耗更大，这符合在穿冰刀时需要动用更多的能量来维持平衡和安全性的常理。

表2 3位运动员直线等速蹬伸下肢力学参数Table 2 The mechanical parameter in lower limbers of three athletes

表3 快速与慢速及有刀与无刀的配对样本T检验Table3Paired Sample t Test of fast to slow and with to without clap

在快速测试时，胫骨前肌和股直肌的表现与慢速测试一样，有刀支撑比无刀大，但腓肠肌和股二头肌正好相反。胫骨前肌和股四头肌是蹬伸阶段最主要的做功肌群，胫骨前肌的主要作用是维持踝关节的稳定性，起稳定支点和维持平衡的作用，而股四头肌的主要作用是为滑跑提供动力来源。因此，在快速测试时，主要做功肌群的表现符合一般常理推断，这也说明速度越快，对主要做功肌群的刺激越大。

表4 3位运动员直线等速蹬伸屈曲过程各肌群均方根肌电/uvTable 4 The RMS parameters of every muscle inflexion in three athletes/uv

表5 3位运动员直线等速蹬伸伸过程各肌群均方根肌电/uvTable 5 The RMS parameters of every muscle in stretching in three athletes/uv

腓肠肌的主要功能是伸展踝关节，Clap新式冰刀的鞋底与刀托在蹬伸末期能够自然分离以实现全刀着冰，这样就加大了膝关节的伸展幅度并使伸展踝关节成为可能[14]，所以腓肠肌在蹬伸末期的收缩对力的传递和维持滑速有较大贡献。因速滑特殊的上体前倾姿势限制了髋关节的伸展，所以股后群肌并不是速滑的主要动力来源，他们更多的是起维持关节稳定性的作用。因此，由于它们并不是速滑过程中的主要用力肌群，导致它们在专项过程和日常力量训练中没有得到足够的锻炼，所以它们在快速运动过程中不能展现与主要做功肌群相一致的趋势，也反映出快速做功能力的不足。

此外，不论是有刀支撑还是无刀支撑，快、慢速蹬伸间的肌电值均呈非常显著性差异（P=0.000）（见表3）。这一点从表4中也能得到证实，速度快则肌电值大，这一规律在3位运动员间的表现非常稳定。这就提示，动作速度对肌肉的刺激是非常大的，在日常力量训练中必须考虑动作速度这一关键因素。

因此，从上述分析能总结出2点：（1）有刀支撑时的肌力-肌电关系有较大的独特性，尤其是对主要做功肌群，这也再次说明带刀练习的必要性；（2）动作速度对肌电变化的影响极大，力量练习必须考虑动作速度的要求。

2.3 讨论

2.3.1 力学指标的训练学启示从上述研究结果中知道，支撑方式（有刀或无刀）、动作过程（屈曲或蹬伸）以及速度与动作过程的交互作用对下肢力和功有非常显著性影响。Leg press系统与传统力量训练手段的最大区别就在于能实现穿刀的力量训练。既然支撑方式对下肢力和功有非常显著的影响，不论从适应的角度还是从专项力量训练的要求（动作结构和工作条件尽量与专项保持一致）而言，leg press系统对速度滑冰都极具专项力量训练价值。

此外，该测试结果（冰刀对下肢力和功的限制）所提示的训练学信息应不局限于是否带刀训练。上述测试中，既然下肢不稳定导致了运动员不能全力以赴，那是否可以从提高稳定性入手以充分激发运动员潜能，同时保证必要的专项性。（1）加大冰刀的厚度。冰刀太薄、支撑面太小是导致支撑不稳定的首要因素。在进行直线等速训练中，可以穿适当增加厚度的特制冰鞋，增加支撑面积、降低运动员的心理负担，有利于提高等速训练的力量效果，且保持较高的专项性。（2）降低冰刀高度。降低冰刀高度可以缩短偏向力臂从而提高稳定性，使运动员感觉支撑过程在可控制范围内，即使发生踝外翻现象，鞋底其他部位也能及时支撑以防止受伤。（3）在测试系统踏板上加装特制槽型装置，使冰刀嵌入槽内适当限制外翻或内倒幅度，同时拉近鞋底其他部分与着力点的距离。在踝关节外翻或内倾时，鞋底其他部分能及时支撑在装置上，这一点与降低冰刀高度的效果类似。但该设计能使运动员在穿标准冰刀下进行相对安全的训练，能够更大幅度地提高专项训练效果，因为槽型装置对冰刀的运动幅度有安全限制。当运动员逐渐适应上述特殊冰刀或装置的训练后，可以逐渐减少冰刀厚度、增加冰刀高度至标准冰刀。

动作过程对下肢力和功同样有非常显著的影响。肌肉在不同工作方式下所产生的力和功不同是比较容易理解的，但结合到速度滑冰的专项过程就应注意它对专项力量训练的启示。运动员在比赛过程中，下肢爆发式蹬伸是滑进的动力来源，所以不论是运动员还是教练员都非常重视下肢的蹬伸力量练习。然而，在下肢蹬伸前要经历承接重心以及重心内移（从冰刀外横移到冰刀内侧以达到合适的侧蹬角度）的过程，而主要做功肌群——股四头肌，在该过程中的工作方式是离心收缩。该过程相对于蹬伸而言较长，且股四头肌的离心收缩力量决定了重心转移的平稳性及蹬伸前的蹲曲角度（启蹬角），这2方面都对接下来的爆发式蹬冰及有效蹬冰产生重要影响。有研究表明，启蹬角更小是优秀运动员的重要特征[16-17]。因此，高度重视运动员下肢被动屈曲的离心力量训练是非常必要的，而Leg press系统具备此功能。在用leg press系统进行下肢离心力训练时可以从以下2个方面考虑：（1）动作过程分开练习，开始时只进行离心或向心力量训练，然后进行离心和向心的结合训练；（2）结合支撑方式和动作速度逐渐提升练习的难度。

速度和动作过程的交互作用对下肢力和功有非常显著的影响，说明进行屈曲或蹬伸力量练习时要充分考虑速度因素，而leg press系统同样能满足速度变化的训练要求。在练习过程中，一方面应从低速开始，在运动员逐渐适应后再增加运动速度；另一方面，要根据训练的目的和专项动作速度需求来设定运动速度。在专项过程中，下肢在屈曲过程的速度较慢而蹬伸过程的速度较快。因此，进行屈曲练习时应适当降低速度，而蹬伸力量练习应加快动作速度。

此外，该测试过程中运动员进行的是垂直蹬伸，为了更加贴近专项蹬冰过程（侧向蹬伸），在有一定带刀等速训练的基础上，可以考虑进行一定幅度的侧蹬训练。总之，在进行leg press等速训练时，要充分考虑支撑方式、动作过程和动作速度各因素，按照从容易到困难的步骤进行，可以将上述几个方面结合起来进行设计，保证专项性的同时也要保证安全性。

2.3.2 肌电指标的训练学启示上述肌电指标的2个突出特征是，力-电关系的特殊性及快速蹬伸过程中作为速度滑冰主要做功肌群的胫骨前肌和股四头肌的激活强度明显增大。力-电关系的独特性说明，冰刀对下肢肌群的功能进行了适当的重新分配，高速运动过程中相关肌群得到更多刺激说明冰刀对主要做功肌群进行了重新筛选。这2点都说明了带刀训练的必要性，也间接地体现了leg press作为速度滑冰专项力量训练手段的潜在价值。在运用leg press进行穿刀力量练习时，同样可以根据这2个特征进行合理的安排。（1）速度较慢的蹬伸训练。独特的力-电关系说明该练习对相关肌群有较大的功能锻炼价值，因此该练习较适合青少年及康复中的运动员锻炼。（2）速度较快的蹬伸练习。速度滑冰主要做功肌群得到更多刺激体现力量练习的专门性，因此该练习较适合高水平运动员的日常及赛前力量训练。

2.3.3 直线等速蹬伸对速度滑冰专项力量训练的价值力学指标和肌电指标都显示了带刀训练的必要性。结合leg press测试系统的参数（最大测试速度120 cm／s，最大蹬力5 850 N，最大蹬伸距离76 cm）可认为，直线等速蹬伸对速度滑冰专项力量训练的价值主要体现在以下4个方面：（1）Leg press测试系统能够满足等速训练的要求，在设定蹬伸距离后，运动员在蹬伸幅度范围内的任何点都能产生最大蹬伸（屈曲）力量，该特点与单关节的等速运动一样，满足全程范围内的最大力量训练需求；（2）满足多关节复合运动最大力量训练的要求，这是单关节等速运动无法做到的，且髋、膝关节在直线等速蹬伸和专项过程中的动作过程类似；（3）满足专项性要求，leg press测试系统能使运动员实现穿刀等速蹬伸的力量训练，冰刀对下肢力和做功能力的限制、力-电关系的独特性以及从适应的角度而言，带刀力量训练更符合专项要求；（4）满足安全性要求，Leg press测试系统能使运动员在坐位下完成等速蹬伸，且可根据运动员的试训情况调节蹬伸速度，保证安全训练。

其实速度这一因素在专项性和安全性上是相互矛盾的，为了满足快速蹬伸的专项性可适当加快蹬伸速度，而为了保证等速蹬伸的安全性可适当降低蹬伸速度。前文研究也指出，速度对肌肉的刺激是显而易见的，也提出了渐进性的带刀等速训练措施，能够兼顾专项性与安全性要求，使直线等速训练更容易开展。接下来需要做的是在现实中进行该项训练，且通过训练试验来验证该项训练的价值。

3 结论与建议

3.1 结论

（1）冰刀对下肢力和功有较大限制，应进行穿刀力量训练以提高专项力量训练效果；（2）有刀支撑时的电-力关系较独特，且有刀支撑时对胫骨前肌的刺激加大，体现了穿刀力量训练的必要性；（3）直线等速蹬伸对速度滑冰的专项力量训练价值主要体现在最大力量训练的全程性和多关节复合运动性、专项性和安全性。

3.2 建议

（1）从特制冰鞋和速度控制等角度降低穿刀训练的危险性，逐步提高运动员穿刀等速蹬伸训练的能力，尽快体现该系统在速度滑冰专项力量训练上应有的价值。（2）在该系统应用于训练实践后，应及时进行各速度下最大力值变化与运动成绩、加速能力关系的量化研究，实证该系统对速度滑冰专项力量的训练价值。

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ValueofLegPressforSpeedSkatinginSpecificStrengthTraining

HUANG Dawu1，LIU Lu1，ZHANG Wentao1，WANG Xinbao1，CHEN Yueliang2
（1.School of PE，Jiangxi Normal University，Nanchang 330022，China；2.Dept.of PE，Hubei Institute of Technology，Huangshi 435003，China）

In order to research the value of leg press system for speed skating in specific strength training，by the use of synchronizing the video，sEMG and linear Isokinetic，the dynamics and EMG parameter in WANG Beixing，YU Jing and ZHANG Hong linear isokinetic leg pressing were measured.Results：1）the ice skate blade had great limitation on force and work in lower limbs，so the specific strength training should within skates；2）the relationship of electrical and mechanical was unique and the stimulation in tibialis anterior was increased when within skates，which embodied the necessity of within skates in strength training；3）the value of linear isokinetic leg press for speed skating in specific strength training were maximal strength training in full range and multi joint movement，and special and safety strength training.Suggestions：reduces the risk of within skates isokinetic training form the aspects of specialty skates and speed control，improve the ability of within skates isokinetic training gradually，reflect the due value of this system in special strength training as soon as possible.It is necessary to research the quantificat relation between maximum force change under every speed and performance and acceleration ability timely，solid evidence the training value of this system for speed skating in force training.

linear isokinetic leg press；speed skating；special strength；EMG

G 804.6

：A

：1005-0000（2014）06-496-05

10.13297/j.cnki.issn1005-0000.2014.06.007

2014-05-05；

2014-11-07；录用日期：2014-11-08

国家体育总局奥运攻关项目（项目编号：2012A022）

黄达武（1981-），男，湖北潜江人，博士，副教授，研究方向为体育教育训练学；通信作者：陈月亮（1968-），男，山东东平人，博士，教授，研究方向为运动训练学。

1.江西师范大学体育学院，江西南昌330022；2.湖北理工学院体育部，湖北黄石435003。