非稳定地面快速伸缩复合训练研究进展

2020-12-04林奕贯许洋洋黄建华叶卫兵

中国运动医学杂志 2020年7期

林奕贯许洋洋黄建华叶卫兵

1 浙江师范大学体育与健康科学学院（浙江金华321004）

2 浙江财经大学体育部（杭州310018）

肌肉先进行离心收缩，紧接着进行向心收缩，这种离心和向心结合所构成的肌肉活动形式即为“拉长-缩短周期（stretching-shorten cycle，SSC）”运动，以此为基础产生的训练手段称之为快速伸缩复合训练（plyometric training，PT）[1，2]，也被称为超等长训练或增强式训练[3，4]。自快速伸缩复合训练问世以来，各领域对其研究热度逐年上升[5]，现有的研究中已证明PT 有助于提高运动员的速度[6]、纵跳高度[7-9]以及灵敏性[10]。但随着PT 被广泛地运用到各个体育项目运动员的日常训练中，各种跳跃形式的快速伸缩复合训练所带来的负面影响逐渐凸显，其中有两点是研究者与教练员们最为重视的问题：一是在坚硬地面进行下肢快速伸缩复合训练时，落地瞬间地面会对关节产生高冲击力，易导致骨骼与韧带损伤[11]；二是在部分项目中，陆地的快速伸缩复合训练不能有效提高运动员的专项运动表现，运动迁移效果不显著[12]，如足球、篮球等对抗性项目，要求拥有良好爆发力的同时还需要具备在腾空对抗中保持身体稳定、协调的能力。

现代运动训练追求训练效益最大化以及运动损伤最低化，已从大负荷训练转为高质量的训练[13]。为此，教练员与研究者们也在不断探索新的解决方式，以降低PT带来的负面影响。近些年来，采用非稳定地面进行快速伸缩复合训练逐渐受到人们的关注，在实践中教练员将PT 安排在各种环境中进行，如沙地、平衡软垫、蹦床、水中等[14-17]。已有大量研究对不同稳定性地面的快速伸缩复合训练进行比较，然而结果并不一致，对于非稳定地面快速伸缩复合训练能否降低损伤风险和提高训练效益存在着很大争议。本研究对现阶段相关研究进行综述，深入探讨非稳定地面快速伸缩复合训练对损伤以及训练效益的影响，以纠正教练员在认知和实践中的误区，并为研究者提供科学证据。

1 研究方法

1.1 检索策略

文献检索全程由两名专业人员采用独立双盲的方式进行，英文检索词以plyometric training、jump、Sand training、surface、instability、drop jumps、unstable、ballistic、stretching-shorten cycle、injury 等为标题词在PubMed、Web of Science、EBSCO等数据库进行组合检索。中文关键词以超等长训练、快速伸缩复合训练、增强式训练、拉长-缩短周期、沙地训练、非稳定训练、爆发力、跳深、损伤等为标题词在知网、万方数据库进行混合式组合检索，对检索文献的参考文献进行二次检索，以更全面的纳入文献资料。最后一次检索时间为2019年11月18日。

1.2 文献纳入与排除标准

纳入标准：（1）文献类型为公开发表的中、英文文献；（2）训练或测试内容为快速伸缩复合训练的急性或长期实验。（3）实验对象均为健康人群，不对性别、年龄、训练经验等进行限制。

排除标准：（1）非两种地面训练对比；（2）缺乏相关指标；（3）仅有摘要，缺乏全文；（4）重复发表；（5）综述类文献。

1.3 文献筛选与资料提取

文章的搜索和评估由2位研究员分别独立地按照纳入、排除标准筛选文献，如遇到意见不一则讨论或交给第三名研究员解决。首先用关键词对文献进行检索，将检索到的文献用NoteExpress 软件剔除重复的文章；再通过阅读标题进行初次筛选，删除与主题无关的文献；通过阅读余下文献的摘要，排除综述、与内容不相关、仅有摘要缺乏全文以及非中、英文的文献；将复筛后获得可能合格的文献进行全文阅读排除重复发表、缺乏相关指标、非两种地面对比的文献；最终纳入文献16 篇，其中9 篇包含损伤相关指标，8 篇包含下蹲跳指标。

资料提取内容包括：作者、年份、受试人数、性别、年龄、地面类型、实验对象、训练手段、训练安排以及主要研究结果。本研究纳入的实验组地面包括了沙地、平衡垫、体操软垫、迷你蹦床等，统一归类为非稳定地面快速伸缩复合训练（unstable plyometric training，UPT）；对照组包括了草地、木板地、测力板等相对平稳的地面，统称为稳定地面快速伸缩复合训练（stable plyometric training，SPT）。具体纳入研究基本信息见表1。

表1 纳入研究基本信息

2 不同地面快速伸缩复合训练对损伤风险的影响

受人体实验的限制，PT 对运动损伤的影响无法直接进行对比，因此需要用一些侧面指标来反映损伤风险。本研究提取的生理学指标有延迟性肌肉酸痛（delayed onset of muscle soreness，DOMS）、肌酸激酶（creatine kinase，CK）；由于PT的损伤主要发生在落地缓冲阶段，因此，本研究的生物力学指标仅提取缓冲期的膝关节屈曲与外翻角度、地面反作用力（ground reaction force ，GRF）[32]。

2.1 生理指标

血清中CK 活性是间接反映骨骼肌损伤的常用指标，肌细胞机械损伤会导致血清中CK 的浓度升高，其主要是由于肌细胞损伤后通透性增加，进而蛋白酶向胞外释放加快，血浆中的蛋白酶浓度急剧上升[28，33]。从本研究纳入的文献中可以看到（表2），训练后，UPT组CK浓度低于对照组[21，28，32]。由此可见，UPT对肌细胞结构的破坏比SPT小，损伤程度低。

表2 相关生理指标比较

在本研究纳入的文献中有4篇涉及延迟性肌肉酸痛指标（表2），实验结果较为一致，UPT 能够显著降低延迟性肌肉酸痛程度[18，21，26，28]。延迟性肌肉酸痛多发生于骨骼肌高强度的离心运动后，在坚硬地面进行快速伸缩复合训练，落地缓冲时会为肌纤维带来极大的机械张力，从而诱发肌纤维损伤[11]。UPT由于有较为柔软地面的缓冲，肌纤维被拉长的速度得到减缓，同时柔顺性地面使得膝关节活动幅度减小，从而降低了肌肉的离心负荷，相应的肌纤维微损伤程度与炎性反应下降，延迟性肌肉酸痛减轻[28，34]。

在相同非稳定地面进行不同方式的快速伸缩复合训练对损伤风险的影响也是值得探讨的问题。在Mirzaei 等[35]的研究中，他们对比了在沙地中不同训练方式对延迟性肌肉酸痛的影响，结果显示，沙地跳深和下蹲跳对延迟性肌肉酸痛的影响无显著差异。由于快速伸缩复合训练的形式多样，非稳定地面对各类快速伸缩复合训练损伤风险的影响仍需更多研究比较。

目前研究结果显示，UPT 相对于SPT 在训练后能够显著降低血浆中CK 浓度以及减轻延迟性肌肉酸痛程度，有助于降低损伤风险。

2.2 生物力学参数

地面反作用力能够反映下肢与地面碰撞产生的冲击力大小，过度的被动冲击力是造成急、慢性损伤的重要因素[36，37]。从现有研究中可以看到（如表3），UPT最大垂直地面反作用力并不低于坚硬地面，有两项研究结果显示比SPT更高[27，31]，研究认为这与人体的自我调节机制有关，地面刚度发生变化时机体会产生适应，如膝关节屈曲角度减小、下肢刚度提高[31，34，38]。冲击力大小主要受有效质量和触地速度的影响，研究观察到UPT 与SPT 相比，地面接触时间与制动时间显著增加[19，31]，膝关节屈曲角度减小[27]，膝关节屈曲角度减小会显著提高碰撞中的有效质量，导致冲击力增加[39]。因此，UPT不能减小峰值冲击力，但制动时间延长或许更有助于地面与肌肉对冲击力的吸收，从而降低其他组织的负载[40]。还有研究认为，冲击力的频率（10～20 Hz）与人体软组织固有频率（5～65 Hz）的重叠而引起的共振，是导致软组织损伤的一个重要因素[41]。傅维杰[37]的研究显示，与硬底鞋相比，穿着相对柔软的篮球鞋下落跳能够显著减小冲击频率，改变输入于下肢各软组织振动系统的信号特征，减小冲击传递性，使软组织远离共振区域，从而达到本需要通过额外肌肉活化才能达到的减小振动的作用。因此，不同地面对冲击频率的改变，进而对损伤的影响是今后研究需重点关注的问题。

落地阶段对冲击力的有效吸收是预防损伤的关键，当下肢与地面产生碰撞时会产生复杂的加速模式，每一段的加速度将取决于施加在该段上的力，当地面启动的力通过肌肉骨骼系统传递时，会导致力逐渐衰减[39]。而力的衰减主要通过肌肉的离心做功实现，从而减小骨骼、韧带承受的冲击力，降低损伤风险。下肢三关节在触地到缓冲完成所做的功为负功，定义为能量吸收（energy absorption，EA）[42]。关节能量吸收的量化方法是基于负功率曲线的积分，即关节在一定时间内做功量的大小计算出[43]。

Devita等[44]的研究显示，软着陆时肌肉系统吸收的能量比硬着陆时多19%，他们认为这得益于膝关节屈曲角度增加。现有的不同地面快速伸缩复合训练对比结果显示，UPT 相对于SPT 膝关节在缓冲阶段屈曲角度与角速度都有所有下降，这似乎不利于伸膝肌群对能量的吸收[27，31，40]，这种现象是否会提高膝关节损伤风险，还需要考虑整体关节的能量吸收。有研究显示在落地动作中伸髋、伸膝肌群是能量吸收的主要肌群[45]；而在跳深运动中，跖屈和伸髋肌群主要承担能量的吸收[46]。Giatsis 等[24]在研究中观察到，UPT 髋关节和踝关节运动范围增加，踝关节角速度增加。这意味着足弓在着地期的形变范围增加，跖屈肌群以及伸髋肌群离心运动提升，这可能有助于提高伸髋、跖屈肌群的能量吸收，弥补膝关节屈曲不足带来的负面影响[47，48]。总之，UPT 对各关节能量的吸收比例以及总能量吸收程度，仍需进一步研究。此外，不同练习动作、不同材质表面也会有不同的能量学表现，未来研究也应对此进行更深入和全面的分析。

从人体冠状面的运动学角度看，一些研究认为动态膝关节外翻是诱发前交叉韧带损伤的潜在因素[49，50]。Lesinski等[27]的研究显示，相对于平稳地面，高落差（跳箱高度＞40 cm）结合高度不稳定表面（恢复系数0.24）跳深，会导致膝外翻角度增加。Prieske 等[31]等的研究认为，在进行快速伸缩复合训练中，尤其在非稳定地面，女性会比男性膝外翻的角度更大。动态膝关节外翻与肌肉力量和神经肌肉控制有很大关联[51]，UPT需要更高的神经肌肉控制能力，同时女性相对于男性而言力量较小，所以出现了膝外翻角度更大的现象。刘宇[32]认为膝关节外翻虽是诱发损伤的因素，但对损伤影响不大，并可以通过训练加以改善。因此，在非稳定地面进行快速伸缩复合训练之前，可以进行一定的神经肌肉控制训练，降低损伤风险。

综上所述，UPT不能降低最大垂直地面反作用力，但能够减震以及延长缓冲的时间，可增加肌肉与地面对冲击力的吸收，从而减小骨骼、韧带的负荷，有助于预防损伤。

3 非稳定地面快速伸缩复合训练对下肢爆发力的影响

下蹲跳（counter-movement jump，CMJ）具有极高的应用价值，并且针对性强，测试条件易于把控，因此被广泛运用于下肢爆发力评估中[52]，现阶段UPT 的相关研究中主要以下蹲跳为评价指标。因此，本研究提取下蹲跳指标来评价不同地面快速伸缩训练对下肢爆发力的影响（表4）。

3.1 单一非稳定地面快速伸缩复合训练对下肢爆发力的影响

本研究所纳入的文献有4 篇对比了单一UPT 与SPT对下蹲跳高度的影响（表4），非稳定表面采用的材质有沙地、软垫以及平衡垫，训练周期为4～8周，每周2～3次训练，训练手段有各种高度的跳深、纵跳、跳远、跳箱等。

在4篇研究中，有1篇显示UPT训练效益显著低于SPT，实验组采用的地面材质为沙地，另外1 篇以沙地为实验组的研究中组间对比虽没有显著差异，但也表现出了SPT对下蹲跳提高幅度更大的趋势。快速伸缩复合训练后的收获主要归功于神经肌肉系统适应性提高，这与牵张反射效益有关[53，54]。根据神经系统支配的“时间程式”，将快速伸缩复合训练分为“长程式”（＞170 ms）和“短程式”（＜170 ms），在实际运用中教练员更趋向于采用“短程式”的快速伸缩复合训练，注重牵张反射效益，以促进神经肌肉协调的发展，提高肌肉离心-向心转换的速率[4，55，56]。现已有研究证明，“短程式”的PT 更有助于提高纵跳能力[57]。有研究者提出跟腱反射是由肌梭在感受到外界的震动后触发，与肌肉拉伸长度无关[58]。沙地会减轻落地的震动感，从而降低肌肉牵张反射，导致肌肉的收缩速度下降。另一方面，一些研究者认为沙地训练会使脚底滑动，增加脚底与地面摩擦力，从而延长肌肉离心-向心的转换时间，令肌肉储存的弹性势能耗散，导致“短程式”的快速伸缩复合训练变为“长程式”，长期在沙地中进行快速伸缩复合训练获得的训练效益大幅度降低[59]。

Impellizzeri 等[26]通过4 周训练，对比了沙地与草地PT 对下肢爆发力发展的差异，结果显示，沙地PT 不利于下蹲跳（counter-movement jump）以及离心利用率（eccentric utilization ratio）的提高，但半蹲跳（squat jump）训练效果却更显著。沙地没有恢复性能，在受力后会向四周扩散，跳跃时需要更大的力量，增加肌肉的用力程度，从而促进蹬伸力量发展。Arazi 等[20]与徐国红等[60]的研究也支持了这一结论，起跳阶段由于地面的不稳定性以及柔顺性，提高了跳跃难度，有助于向心力量的提升。

不同材质非稳定地面存在共性，同时也具有一些差异。Ramirez-Campillo 等[22]采用软垫对比木板地面跳深，结果显示软垫跳深训练不利于反应力量的发展，这与沙地相关实验的研究结果一致，然而对下蹲跳的发展却略高于木板地面跳深组。另一项采用平衡垫为实验组的研究也显示，UPT 与SPT 对下蹲跳的提高幅度没有差异[29]。这或许与垫子的材质有关，相对于沙地，平衡垫与软垫具有一定的恢复性能与弹性，在训练中能够减小肌肉弹性势能的损失。Crowther 等[16]的研究认为高弹性的迷你蹦床训练反而有助于提高肌肉的SSC 运动。在相类似的一项研究中，Arabatzi[61]将24 名儿童分为两组，一组在迷你蹦床上进行跳跃训练组，一组正常上学校体育课程，结果显示蹦床组能够显著提高儿童的跳跃能力。然而此研究的控制组并未进行专门的快速伸缩复合训练，无法证明蹦床训练的更有效性。同样以蹦床为实验组，Márquez等[62]研究显示在迷你蹦床上进行反复跳跃后即刻进行稳定地面下蹲跳会导致主观感觉异常，知觉判断错误，平地上的跳跃高度显著下降，可见高弹性表面快速伸缩复合训练可能会对爆发力的发展产生负面效应。

表3 相关力学参数比较

表4 下蹲跳结果比较

综上所述，采用单一形式的低弹性非稳定地面进行快速伸缩复合训练，能够促进向心力量的提升，但同时也会延缓肌肉SSC运动，降低离心利用率，而采用高弹性表面是否也存在相同的特性现阶段仍有一些争议。未来需更多研究对比不同弹性及恢复系数表面快速伸缩复合训练对下肢爆发力的影响，并且需明确不同地面的恢复系数或弹性系数。

3.2 混合非稳定地面快速伸缩复合训练对下肢爆发力的影响

在本研究纳入的包含下蹲跳指标文献中有4篇的UPT形式是混合地面（如表4），混合方式包括多种非稳定地面混合、单一非稳定与稳定地面混合、多种非稳定地面与稳定地面的混合，所用到的非稳定器材种类多样，包括了波速球、平衡盘、沙地、平衡软垫等。

在本研究纳入的文献中显示，采用混合形式的UPT对下肢爆发力的发展不弱于SPT[12，23，25，30]，还有研究报道混合式UPT更有助于下肢爆发力发展[63]。对于这种结果，研究者们也尝试进行了内在机制的探讨，最广泛的说法是不同的UPT形式能够提高腿部伸肌的激活程度以及改善肌间协调性。然而，对于腿部伸肌在不稳定表面有更高的激活程度，现阶段肌电研究并未支持这一说法，小腿三头肌和股四头肌在预激活以及触地后肌肉的激活程度都没有显著差异[64，65]。肌间协调性方面，有两项研究显示UPT 小腿肌肉的协同收缩程度显著高于SPT[66，67]，拮抗肌的同步收缩被认为是机体稳定性、精确性和制动机制的重要保证[68]，这可能是UPT 改善肌间协调性的有利证据之一。在Arampatzis等[19]的研究中显示，柔软地面跳深比坚硬地面拥有更高的能量利用率，这似乎也能从侧面反映肌间协调性的提高使能量更有效地转换。总体而言，UPT 对神经肌肉适应性的改善相关研究较少，此结论还有待进一步验证。

有研究认为在不同的非稳定地面进行快速伸缩复合训练能够发展躯干的稳定性，增强平衡能力，提高力的传导效率[12，32]。躯干稳定性也是近些年来被研究者关注的热点，很多文献也已报道了躯干稳定性的提高对运动表现有促进作用[67，69]。UPT由于地面的柔顺性，在起跳阶段地面会产生形变，导致踝关节难以沿垂直轴向上推进，在腾空中身体容易产生摇摆[59]，因此在跳跃过程中会主动激活躯干肌肉以保持动作的稳定性，这可能有助于提高力的传导效率，增加下蹲跳高度[12，70]。躯干稳定性提高相应地会促进平衡能力发展，一些研究报道长期在非稳定地面进行快速伸缩复合训练能够更有效地发展平衡能力[12，25，30]，这对于一些对抗性项目，如篮球、足球等运动员在跳跃争抢过程中空中姿态控制以及跳跃表现都会有积极的影响。

综上，不同地面混合形式的快速伸缩复合训练能够更有效地改善肌间协调性，增强躯干稳定性，弥补单一地面快速伸缩复合训练的不足，对下肢爆发力的发展具有一定的促进作用。在Ramirez-Campillo 等[23]的研究中还提到，混合式UPT有助于增加训练的趣味性，各种不同表面轮换练习会不断为训练者带来新的刺激，提高运动员训练积极性，此外对于发展运动员的基础运动素质也具有更优的效果。因此，混合地面快速伸缩复合训练可以作为日常训练的补充，然而现阶段对于混合地面快速伸缩复合训练的研究较少，在训练中如何对不同地面进行混合以及组合形式需进一步研究。

4 非稳定地面快速伸缩复合训练的负荷控制

为更合理、有效地降低损伤风险以及促进下肢爆发力发展，必须对PT负荷进行控制。PT作为一种爆发力训练方式，在练习中需要精神高度集中，这会让训练者迅速产生疲劳，而地面条件的改变必然引起下肢受力与发力状态发生变化，需进一步对训练负荷进行控制[71]。

有研究认为非稳定训练能够增强踝关节的本体感觉和平衡控制能力，进而降低踝关节损伤率[32]。Giatsis等[59]研究显示在沙地中训练踝关节的活动范围增加，这可能有助于提高踝关节活动度，预防踝关节损伤[72]。但是，由于不稳定的地面让训练者在训练中花更长的时间来恢复平衡，会增加小腿肌群的负荷，在快速伸缩复合训练这种高冲击且增加了非稳定因素的训练中，可能会让脚踝暴露在一个更高的扭伤风险中[73，74]。为更深入了解UPT对损伤的影响，一些研究对不同地面的肌电反应进行了对比。Lesinski等[66]研究显示胫骨前肌的预激活水平随地面不稳定程度的提高而增加，这可能有助于提高踝关节刚度，于着地后更快地完成身体稳定[75]。然而，类似的一项研究中却显示，UPT胫骨前肌的预激活程度显著低于SPT[64]。总之，适当地采用UPT能够提高踝关节稳定性，增强平衡能力，进而降低损伤风险。但在训练中由于增加了不稳定因素，建议在训练中注意负荷控制，避免由于疲劳或注意力不集中而造成踝关节急性损伤的发生。

Muramatsu 等[76]研究表明，在沙地中进行快速伸缩复合训练所消耗的热量是坚硬地面的1.2 倍。这提示URT可能会使疲劳更早产生，需要适当调整训练负荷，以提高训练效益。Asadi[77]通过6 周的实验对比发现，在沙地中进行快速伸缩复合训练后休息72 小时比48小时效果更佳。Ramirez-Campillo 等[22]的研究建议，在非稳定地面（恢复系数0.5）进行快速伸缩复合训练采用中等训练量（每周训练2 天，共120 次跳深）较为合理，高训练量（每周训练2 天，共240 次跳深）会对半蹲跳和下蹲跳产生负面的影响，即纵跳高度降低。这或许可以认为UPT 存在一个最优的训练负荷，当达到最优训练负荷后，进一步增加会产生负面的效果，而如何达到最佳负荷，还需对UPT 的组数、次数、间歇等进行更深入的研究。

5 小结与展望

5.1 小结

（1）UPT 能够延长缓冲时间，减小冲击力对骨骼、韧带、肌肉产生的伤害，降低训练后延迟性肌肉酸痛程度与CK浓度。但在训练中UPT存在了不稳定因素，增加了跳跃难度，易导致膝关节外翻及更早产生疲劳。

（2）UPT与SPT都能够有效发展下肢爆发力。UPT更有助于提高下肢向心力量、改善肌间协调性以及增强躯干稳定性，对下肢爆发力发展有一定促进作用。然而，由于地面的柔顺性，UPT 会降低肌肉的离心-向心转化速率，限制反应力量发展。因此，UPT仅可作为日常训练的补充形式，不可完全替代SPT，建议采用混合非稳定地面形式的快速伸缩复合训练。