后激活增强效应对下肢反应力量的影响研究

摘 要：目的：研究不同负荷形式预刺激产生的后激活增强效应（post-activation potentiation）對跳深效果的影响。方法：受试者为23名高校田径专项男生。分别采用90%、80%和70% 1 RM半蹲作为诱导PAP效应的预刺激方式，预刺激前、后每隔3分钟进行单腿跳深测试，运用三维测力台和红外动作捕捉系统采集以下指标：垂直方向最大力值、离心阶段爆发力值、着地时间、着地冲量和腾空高度。使用单因素重复测量方差分析3种不同负荷形式和6个时间点测试指标的变化。结果：负荷形式和恢复时间对PAP效果存在显著影响，80%与70% 1 RM负荷形势下9～12分钟出现多个指标显著性提高，但未表现在运动表现上。90% 1 RM负荷形式效果较差。结论：80%与70% 1 RM半蹲刺激形式后9～12分钟阶段反应力量有所提升，相对较高的负荷量比高负荷强度更容易激活PAP效应;PAP效应受个体差异等的影响较大。

关键词：后激活增强;反应力量;拉长-缩短周期;跳深

中图分类号：G804.6 文献标识码：A文章编号：1006-2076（2019）03-0078-06

后激活增强效应（Post-Activation Potentiation，以下简称为PAP）是指，在经受最大或次最大强度抗阻刺激后，肌肉由于产生收缩痕迹而出现一定时间内工作能力增强的情况[1-2]。众多研究和文献证实了PAP效应的存在，但也证实PAP的产生受到诸多因素的影响，如预刺激方式、受试者特征和评价方式等[3-6]。将PAP效应与专项以合适的方式相结合，也许能够使运动员专项运动表现获得提升。

在完成跑、跳等运动时，肌肉并非进行单纯的离心收缩或向心收缩，而是先离心拉长再快速向心收缩，学术界称之为拉长-缩短周期（stretch-shorting cycle），并将该收缩形式中表现出的肌肉力量称为反应力量[7-9]。以往研究证明，反应力量的提升对以爆发力为主导的专项成绩至关重要，因此运用更有效的方法和手段提升反应力量成为教练员和科研人员关注的重点。

下肢进行反应力量训练的最佳手段是跳深[10-11]，在训练实践中跳深动作也被经常安排在跳跃类项目的训练内容中。过往研究也从多个角度分析跳深训练对跳跃类项目专项训练的重要意义[12-16]。跳高与跳远的专项需求有所差异，但为发展运动员垂直方向的支撑和蹬伸能力，跳深经常安排于跳远项目的专项力量训练中。

以往针对PAP效应的研究绝大部分是通过大重量预刺激提升运动员的一般运动表现，如下蹲跳、深蹲、卧推等[17-20]。能否成功诱导PAP效应并有效结合跳跃类项目所需的反应力量是本研究的重点之一。此外，目前运用PAP效应的研究较为缺乏不同负荷强度之间的对比，且多数研究运用的测试手段较为单一[21-23]。本研究以半蹲作为预刺激动作，运用三维测力台和红外高速运动捕捉系统同步测试，对比不同负荷强度的PAP诱导方式对跳深的影响，旨在探索适合下肢反应力量的PAP效应诱导方式，为提高运动员起跳力量、提高竞技成绩、调控比赛状态提供借鉴和参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

研究对象为PAP效应对下肢反应力量的影响。本研究的实验对象为某体育大学23名田径专项男生。受试者近1月内无下肢伤病，对实验涉及的力量刺激动作和测试动作较为熟悉。受试者基本信息如表1。

1.2 测试流程

在整体实验之前，实验工作人员向每位受试者详细说明实验流程，并记录身高、体重、年龄、训练年限及常用侧起跳腿，并在主实验前测试所有受试者的半蹲1 RM重量。出于安全考虑，研究只测试每名受试者2～3 RM半蹲重量，进而计算其90%、80%和70% 1 RM作为预刺激重量。半蹲动作标准参考了国际举重联合会（IPF）2011年标准back-squat技术。受试者在下蹲过程中要求膝关节不超过足尖，并蹲至大腿与小腿约呈120度，然后快速蹬起并完成提踵。整个过程中要求受试者收腹、挺背、肩胛骨内收，杠铃杆平衡地放在研究对象的三角肌与斜方肌上。本研究中半蹲重量测试与主体实验内容均采用自由重量半蹲，并采用同一深蹲架与杠铃，保证测试一致性。

在半蹲重量测试和主体实验开始前，受试者均先进行预先确定的统一热身活动。热身由5分钟慢跑、20分钟动态拉伸等内容组成。热身内容、形式与受试者日常训练流程一致。按照主实验流程，受试者在热身结束后进行2～3次单腿跳深，跳箱高度为40 cm。试跳结束后休息2～3分钟，进行一次单腿跳深并记录作为基准值，休息3分钟后进行负重半蹲，完成后的每3分钟进行1次单腿跳深测试（3，6，9，12，15分钟）（图1）。

主实验分为3次，每次实验流程基本相同，仅预刺激负荷有所区别。通过查阅相关文献，并向3位北京体育大学田径、体能和生物力学研究方向的教授访谈沟通后，本研究采用了90%、80%和70% 1 RM半蹲作为预刺激动作和强度，其中90% 1 RM采用5组，每组1次，组间休息1.5分钟;80% 1 RM采用5组，每组2次，组间休息1.5分钟;70% 1 RM采用5组，每组3次，组间休息1.5分钟的方式。

根据以往研究[16，25]、训练实践和受试者情况，本研究选取的40 cm作为跳深高度。单腿跳深测试要求受试者身体竖直，双脚站在跳箱的边缘，目平视前方，竖直跳下，下落过程中避免双腿的髋、膝、踝三关节弯曲，起跳脚必须完全踏落在测力台上，脚触到测力台后，尽快反弹跳起并伸直膝关节，最大限度地减小屈膝缓冲的时间，再次下落过程中，保持髋、膝、踝三关节伸直，起跳脚完全落在测力台上。起跳腿选取受试者进行跳高或跳远项目训练时的常用起跳腿。

PAP效应的成功激活需要严格的时间和空间要求。本研究选取预刺激后每3分钟进行一次测试，与以往研究惯例基本相符[1-2，4，6]。在以往跳深测试中，大多数研究者要求受试者进行两次测试，这是因为该类研究中对完成跳深的时间并无过多要求[12，16]。本研究旨在测试高负荷抗阻训练后PAP效应对下肢肌肉工作能力产生的影响，对测试时间点的要求较为严格，同一时间进行两次单腿跳深测试将带来相当程度的疲劳，影响测试结果，因此本实验在每一测试时间点仅进行一次跳深测试。

3次主实验安排间隔为72小时，受试者按照固定顺序和时间进行测试，以减小生物节律对研究结果的影响。每次实验前24小时要求受试者禁止服用酒精、咖啡因等影响运动表现的饮品及补剂，不得进行大负荷、强度训练。每次测试均着同样的训练服和运动鞋。实验室温度控制在20～26度之间。测试时用口头语言对受试者进行鼓励，如“加油”“用力”“跳”等。

1.3 数据采集与处理

采用美国motion Analysis开发的红外光点高速运动捕捉测试系统，由8个Raptor-4数字捕捉镜头完成采集，镜头捕捉频率200 Hz。按照Helen-Heys模型，由工作人员将29个标记点直接粘贴在受试者皮肤和紧身短裤上。应用4块瑞士公司开发的Kistler测力台采集单腿跳深的地面反作用力数据，采集频率1 000 Hz。测力台采集信号经信号放大后导入到Cortex软件算出测力台三维力值大小等。运动学、动力学数据经采集后，通过 Cortex软件发出的信号进行同步。

垂直方向最大力值：通过三维测力台采集的垂直方向地面反作用力情况，绘制散点图，并取其峰值时刻力值。

离心阶段爆发力参数：离心阶段爆发力=垂直方向最大力值/体重/着地阶段时长。着地阶段时长为着地时刻至垂直方向最大力值时刻。

跳深腾起高度：受试者第5腰椎棘突处粘贴的腰点反光标记点，以垂直方向最高点坐标减去直立时坐标数值，即为跳深腾起高度。

着地时间：受试者从跳箱落下着地瞬间至跳起离开测力台时刻的时长。

着地冲量：地面反作用力在着地时间内的累积效应值。

1.4 数据统计

使用SPSS软件进行统计分析，主要有以下2部分内容：1）统计分析受试者基本情况，包括身高、体重、性别、受训年限等。2）采用单因素重复测量分析对实验进行数据分析，比较受试者在不同负荷、不同恢复时间后运动学和动力学指标的变化趋势。P≤0.05认为有显著性。

2 结果

运用正态性检验发现，并非所有测试数据保持近似正态分布。因本研究采用单因素重复测量方差分析对偏离正态分布较为稳健，且各组样本量相等。此外非正态分布本质上并不影响犯I型错误的概率，因此本研究直接进行检验。

從测试结果可以看出，预刺激负荷量与恢复时间均对测试指标产生影响。90%1 RM负荷模式后3，9和15分钟对离心阶段爆发力、腾空高度、着地时间和冲量等与基准值相比出现了显著变化（P<0.05）。同样发生显著变化的包括80% 1 RM负荷刺激后6，9和15分钟最大力值、离心阶段爆发力和冲量值，以及70 %1 RM负荷后3，9，12和15分钟最大力值、离心阶段爆发力、着地时间和冲量。

3 分析与讨论

3.1 最大力值与离心阶段爆发力

完成跳深时，下肢肌肉需完成拉长-缩短周期，因此成为发展反应力量的重要手段。从垂直方向地面反作用力值变化情况看，在着地阶段会出现峰值，随后逐步下降。周家颖在研究中认为，在40～100 cm的跳深动作中，该峰值在很大程度上与冲击力或下落高度相关，并能在一定程度上反映下肢各关节肌肉群抵抗冲击力的能力[24]。本研究中90% 1 RM负荷刺激后，第1波峰值虽然从均值来看整体处于先降后升的趋势，但相比基准值没有出现显著性变化。而80% 1 RM与70% 1 RM负荷刺激后，均在第9分钟出现了峰值力较基准值显著提升的情况（P<0.01），此外80% 1 RM负荷刺激后15分钟也出现了显著提升（P<0.05）。因此可以认为该种负荷刺激与间歇方式可使受试者起跳腿对抗来自地面冲击力的能力出现增强。

跳深动作完成的动作较为复杂，以单一力值判断受试者下肢肌肉工作能力变化不够全面。事实上在拉长-缩短周期中，离心阶段的收缩速度对反应力量的提升极为重要，其产生的张力和收缩速度较向心收缩更高。以往研究也指出加强离心阶段的收缩能力对反应力量提升的重要性。李智等在研究中提出了离心阶段爆发力的计算方法，并验证其与跳远成绩呈显著正相关（R=0.778，P<0.01）[25]，这意味着离心阶段起跳腿支撑能力的爆发力是影响跳跃能力的重要因素。周彤等人在研究中也对这一指标进行了验证[26]。该种计算方式将峰值力和达到峰值力的时间融合，更加清晰地反映受试者的肌肉工作能力变化。本研究中在3种负荷预刺激后，离心阶段爆发力均在某一时间出现显著变化：90% 1 RM预刺激后3分钟离心阶段爆发力显著降低（P<0.05），80% 1 RM预刺激后9分钟显著提高（P<0.01），而70% 1 RM预刺激后15分钟呈显著降低（P<0.01）。整体趋势而言，在3种预刺激后该指标均呈现先降后升最后回落的趋势，本研究认为这是由于大重量负荷刺激同时产生PAP效应和疲劳效应。随着恢复时间的增加，PAP效应对肌肉工作能力提升的影响逐步增强，超过疲劳带来的影响，最后逐渐消失。就本研究而言，运用80% 1 RM负荷预刺激后9分钟，能够对受试者起跳腿肌肉工作能力特别是离心阶段肌肉收缩能力能够产生良好效果。

3.2 着地时间与冲量值

完成拉长-缩短周期时被强调最多的因素是收缩速度，时间过长的拉长-缩短周期将导致弹性能量储存和再利用效率降低，运动表现也将受到影响。在跳深过程中，受试者下肢接触地面时间的长短是重要考量因素之一。有研究通过对比普通组与优秀组运动员完成跳深动作时着地时间的长短发现，优秀组运动员在各个高度的跳深测试中，其着地时间均短于普通组运动员，因此该指标可作为参考反映下肢反应力量的变化。此外在整个着地过程中产生的着地冲量值也可作为衡量指标之一。在相同或更多的跳深着地时间内，产生的冲量值高低反映了下肢肌肉工作能力的强弱。

本研究将两个指标同时进行分析，发现90% 1 RM负荷刺激后，冲量值虽然在9和15分钟出现显著增长（P<0.01），但都伴随着着地时间的延长，而冲量的计算与时间关系密切，不能认定该负荷增强了受试者下肢的肌肉工作能力。80% 1 RM负荷刺激后各时间点冲量均低于基准值，但其着地时间也普遍降低。相似的情况也出现在70% 1 RM负荷刺激后。

根据PAP效应的基本原理，在抗阻训练后的短时间内会出现肌肉工作能力显著提升。反映到跳深测试中，结合着地时间与冲量的最佳结果应是着地时间缩短而冲量值升高。本研究中80%与70% 1 RM负荷刺激后9分钟均出现着地时间均值接近基准、冲量值高于或接近基准的情况，但没有出现显著性差异，这一原因可能与受试者对PAP效应的反应差异有关。

3.3 腾空高度的变化

反映跳深动作效果最直观常用的指标为腾空高度。从实验结果看，90% 1 RM负荷预刺激后，腾起高度与基准值相比下降趋势较为明显，在3和9分钟均出现显著下降（P<0.01）。80%与70% 1 RM负荷预刺激后均在12分钟时出现了均值高于基准值的情况，但未具备统计学意义，其他时间点均值也大都低于基准值。

决定跳深腾起高度的影响因素有很多，下肢肌肉的反应力量是决定因素之一。通过数据可以看到，无论经历哪种负荷预刺激都难以出现显著提高。一方面说明PAP效应在短时间内可能较难以提升跳深的外在运动表现，另一方面每名受试者对PAP效应的反应有差异，也直接导致了显著性差异未能出现。但结合最大峰值力与离心阶段爆发力指标分析，80%与70% 1 RM负荷预刺激后大部分受试者确实在12分钟内出现了缓冲、蹬伸能力的增强，下肢肌肉的反应力量出现短暂提升。运用复合式训练对PAP效应带来的短暂提升效果可实现长期提高运动表现的目的[27-28]。可以预见，在长期训练中运用本研究采用的80%与70%1 RM半蹲负荷模式，并在12分钟左右安排相关肌群的反应力量训练，对受试者的跳深腾空高度的提升是具备较大可能性的。在实际训练中也可对同等运动水平的跳跃类项目运动员开展复合式训练，运用80%与70% 1 RM的负荷和12分钟的间隔，提升运动员的起跳能力和专项成绩。

对反应力量而言，其影响因素主要包括对离心阶段弹性势能的储存和运用、中枢反射调节作用和肌肉主动收缩产生的力量。根据现有研究结果，PAP效应能够增强运动单位募集[13，29]，即能够对中枢调节作用产生积极影响，而最大强度或次最大强度预刺激产生的肌肉收缩痕迹能够提升肌肉工作能力，使肌肉主动收缩的力量增强，从而为提升反应力量提供了理论可能。本研究受到实验条件限制，无法从神经角度判断中枢反射调节的作用变化，但80%与70%1 RM在多个时段和指标上的变化，證明了PAP提升反应力量的理论正确性。

与以往部分研究相比，对本研究受试者产生良好效果的抗阻强度相对较低[17，29]，也有研究结果与本研究相近[30]。造成差异的原因主要来自于受试者的训练水平。本研究选取的受试者具备较好的训练基础，多人达到不同田径项目的二级以上水平，但与一些研究中选取的高水平或精英级别运动员仍存在差距。后者训练背景更为系统，疲劳恢复能力较强，需要更高强度的抗阻刺激、更短的恢复时间激活PAP效应完成肌肉工作能力的提升。此外，本研究发现相比于较高的负荷量，较高的负荷强度对肌肉的疲劳效应影响更大，90% 1 RM刺激形式的负荷量小于80%与70% 1 RM，但负荷强度更大，通过数据分析该种负荷形式造成了测试指标的下降，说明对不同运动水平的运动员进行PAP效应激活时，应重点考虑负荷强度和负荷量的影响。

4 结论与建议

4.1 结论

80%与70% 1 RM半蹲刺激形式在9～12分钟阶段出现了反应力量的较好提升效果，体现在垂直方向最大力值、离心阶段爆发力、着地时间和着地冲量等指标上，但肌肉工作能力的增强并未能有效转化为运动表现的提升。不同负荷模式的预刺激对受试者产生了不同影响，90% 1 RM半蹲刺激形式在多个指标下降趋势明显，说明负荷强度过大，导致疲劳效应对肌肉工作能力产生较大影响。激活PAP效应时，较高的负荷强度比较高的负荷量更易导致肌肉疲劳。实践中设计特定运动水平的下肢反应力量主导的训练计划与内容时，可将80%与70% 1 RM半蹲刺激形式引入，并在休息后9～12分钟内结合运动生物力学方面较为接近、符合专项需求的快速伸缩复合训练，以提升运动员的反应力量和起跳能力。

4.2 建议

本研究采用的半蹲动作是下肢力量训练的常用手段，其动作模式、发力肌群与起跳动作以及跳深具备一定的相似性，但不完全一致。诱导PAP效应需要最大或次最大强度的刺激，采用半蹲也能够较好地量化测试指标。如果采用与跳深在运动生物力学方面更相似的刺激动作或形式，或许能获得更多显著性结果。此外本研究选取的受试者运动水平有限，从以往研究来看对PAP效应的表现有所限制，更高运动水平的受试者或能获得更为显著的提升效果。建议后续研究从此方向进行深入研究。

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