可变阻力训练对爆发力影响的系统综述

2021-05-07林奕贯叶卫兵

中国体育科技 2021年4期

林奕贯，叶卫兵

爆发力是人体速度与力量的综合表现（P=F×V）（田石榴等，2009；谢永民等，2017；James et al.，2018），是现代竞技运动的关键性要素之一。竞技胜负往往出入于毫厘之间，随着竞技水平的不断提高，传统训练手段已无法满足运动员对运动能力提高的需求。因此，力量训练手段需要不断优化，让运动员能够在尽量短的时间内获得尽量大的训练效益（茅鹏，2016）。

传统的自由重量训练所提供的阻力是恒定的，而人体力量的产生会随着关节角度改变（托马斯等，2011），这就导致了在进行恒定的阻力训练中，当达到关节角度力量最薄弱点时，身体不得不做减速运动以克服外界的阻力，严重影响了爆发力的发展。为解决这一问题，诞生了一种弹力带、铁链与恒定阻力相结合的训练方式。这种组合训练形式最初是以铁链与恒定阻力结合的形式应用在力量举运动中。它是将铁链挂在杠铃的两侧，一部分与地面接触，一部分悬空，当蹲下时大部分铁链落至地面，站起时更多地铁链悬空，以此为身体提供了一个渐进的阻力，从而克服运动中“粘滞区”（sticking region）的问题（Brian et al.，2004；Kompf et al.，2016），即运动范围内因骨骼肌系统力量的薄弱点而产生减速运动的区域（Brian et al.，2004；Elliott et al.，1989）。随着训练效益被越来越多的训练者证实，一些训练专家和运动员用弹力带替换了铁链，补充了此类训练形式，他们认为弹力带与恒定阻力组合的训练效益将大于单独的弹力带训练或恒定阻力训练（Joy et al.，2016；Wilsong et al.，2014）。而弹力带和铁链所提供的阻力具有变化的特性，会为身体运动带来更大的不稳定性，因此，也有部分研究者将此训练手段应用到康复领域（Lorenz，2014；McCurdy et al.，2009）。

铁链、弹力带结合恒定阻力训练方式因其具有在运动范围内阻力呈线性增加的特性，与关节力线相匹配，故将它称为“可变阻力训练”（Variable resistance training，VRT）（McCurdy et al.，2009；McMaster et al.，2009）。也有学者将其称为“半等速训练”（Foran，1985；McMaster et al.，2009；Stone et al.，2002），它与等速训练的区别在于提供的阻力是为匹配关节在各个角度产生力量的能力，而无需在恒定速度的条件下。还有将此类变阻力手段译为“调节阻力”（姚志珍，1998）。“可变阻力训练”一词由来已久，起初是为解决人体关节在各个角度的不同力矩而难以施加阻力的问题，发明了凸轮配重片训练器以匹配关节在各个角度下不同的力矩，提高肌肉最大力量（托马斯等，2011；Silvester et al.，1981）。但这种训练器存在明显缺陷，不仅价格昂贵，且训练路径完全固定，限制了神经肌肉协调的发展（Ebben et al.，2002；Foran，1985），因此普及程度不高。本研究主要针对弹力带、铁链与恒定阻力相结合可变阻力训练形式，下文“可变阻力训练”将特指这2种结合形式的训练。

新的训练方式诞生必然要进行科学的验证以证明其有效性，因此本研究结合爆发力的定义以及现阶段研究成果，提取最大力量、动作速度和功率输出3个指标，综述可变阻力训练对爆发力影响的研究现状，探讨可变阻力训练提高爆发力的机制，以更合理地运用到实际训练中。

1 资料和方法

1.1 检索策略

检索了中文、英文公开发表的随机对照实验，以英文关键词 variable resistance training、elastic、chain、power、Maximal strength、velocity、power output、power training、elastic band、variable resistance、chain training、stretch-shortening cycle等在 Pubmed、EMBASE、Cochrane Central和Sport Discus Databases文献数据库上检索可变阻力训练相关文献。以爆发力、可变阻力训练、弹力带、铁链、最大力量、动作速度、功率、等速训练、离心训练等关键词，在中国知网、万方数据资源系统进行检索。

1.2 文献纳入和排除标准

本研究纳入的文献为所有针对可变阻力训练的随机对照实验，在实验中至少有一个组进行弹力带或铁链结合恒定阻力训练。不对受试者的年龄、性别、训练基础、训练周期、运动专项、身体成分等进行限制。排除标准：1）VRT非铁链或弹力带与恒定阻力结合形式；2）未进行长期干预；3）缺乏相关数据；4）重复发表。

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，如遇到意见不一则进行讨论。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；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、非实验类文章以及VRT非铁链或非弹力带与恒定阻力结合形式的文献；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、缺乏相关数据、未进行长期干预的文献；最终纳入文献11篇（图1）。资料提取内容包括：作者、年份、受试人数、性别、年龄、训练经验、训练手段、训练安排、训练强度以及主要研究结果。

图1 文献筛选流程Figure 1. The Lteratune Screening Process

2 结果

可变阻力训练的研究大多为国外文献，国内研究较少。相关文献研究主要集中在运动训练领域，研究对象多为有训练经验者，对无训练经验者的影响研究较少。本文主要研究可变阻力训练对爆发力的影响，因此将主要参照可变阻力训练相关研究中有最大力量、动作速度以及功率输出3个指标的文献进行综述。根据纳入排除标准，最终纳入文献11篇（表1）。

表1 纳入研究基本情况Table 1 Basic Information of Included Studies

2.1 对最大力量的影响

最大力量是指肌肉通过最大随意收缩抵抗或克服的阻力过程中所表现出的张力最高值，很大程度上决定着爆发力表现（田石榴等，2009；Taber et al.，2016）。在本研究收集的文献中，有10篇文献涉及最大力量的指标，研究中训练方式上肢主要为卧推，下肢主要为深蹲（表2）。

表2 训练前后最大力量对比Table 2 Comparison of Maximum Strength before and after Training

研究者认为可变阻力训练能够解决恒定阻力训练的缺陷，在当骨骼系统处于力量最薄弱的位置时，器械的阻力负荷处于最小值；而当骨骼系统处于力量最佳的位置时，外部阻力也会上升至肌肉所能承受的最大负荷，从而在为肌肉提供充分阻力的同时又一定程度上避免了运动速度的大量损失，提高了训练的效益，更有利于最大力量与爆发力发展（Brian et al.，2004；Berning et al.，2004）。在可变阻力训练与恒定阻力训练对最大力量发展效果的对比研究中，部分研究显示，可变阻力训练的效果是优于传统恒定阻力训练的，还有研究对比中未见显著性差异，也没有发现很大的负面影响（黄钜桦，2017；Andersen et al.，2015；McCurdy et al.，2009；Rhea et al.，2009）。一项针对两者进行的Meta分析也显示，可变阻力训练能够更有利于最大力量的提高，但他们认为这种训练方式不适用于无训练基础的训练者（Soria-Gila et al.，2015）。Joy等（2016）将可变阻力训练应用于日常训练计划中，也验证了这一点。Walker等（2013）通过研究发现，与恒定阻力训练相比，可变阻力训练更有助于最大力量的提升，但在肌肉围度方面却没有显著性差异，因此，他认为可变阻力训练对最大力量的提高可能与神经肌肉的适应性增强有关。Mina等（2014）的研究也表示，用弹力带结合杠铃的方式进行热身后，相对于没有弹力带组对后续的1 RM表现有更大的提高，由此得出可变阻力训练对神经肌肉激活的效应更强。但近期又有文献通过可变阻力训练对最大力量影响的Meta分析指出，可变阻力训练效果并没有优于恒定阻力训练（Nilo et al.，2018）。因此，可变阻力训练对最大力量的发展还需更多证据支持。

为了追求更高的训练效益，研究者对可变阻力部分与恒定阻力部分结合的比例做了定量研究，Wallace等（2006）通过实验显示，运动员在进行下肢训练时使用85%的总负荷，可变阻力负荷占总负荷35%的阻力进行训练会具有较高的训练效益。其他研究也表明可变阻力部分占总阻力的15%～20%，恒定阻力部分占总阻力的80%～85%最有利于最大力量的发展（Andersen et al.，2015；Bellar et al.，2011；Joy et al.，2016）。以上研究多为研究者自身经验的总结或是对VRT进行运动学与动力学方面的对比，可变阻力与恒定阻力最佳组合比例需要通过长期干预后对获得的训练效益进行对比研究。

综上所述，长期采用可变阻力训练会有助于最大力量的提升，但在不同的研究中还是存在一些矛盾，仍需更多的文献支持，同时可变阻力训练对最大力量发展的相关机制也需进一步研究。

2.2 对动作速度的影响

爆发力表现是速度与力量的有机结合，为发展爆发力，在负重训练中应尽可能减少速度的损失（陈松等，1994），本研究检索的文献中有3篇进行了可变阻力和恒定阻力训练前后动作速度的对比，对比指标主要是峰值速度和平均速度（表3）。

表3 训练前后动作速度对比Table 3 Comparison of Velocity before and after Training

Rivière等（2017）的研究显示，通过6周的可变阻力训练和恒定阻力训后，在35%和45%1 RM的阻力下平均速度未见显著变化，而65%、75%以及85%3种强度在训练后速度发展较为显著，而恒定阻力训练组动作速度在5种强度下都只有少量的变化。Ghigiarelli等（2009）分别对比了铁链、弹力带与恒定阻力结合组合形式和传统力量训练的动作速度，发现两种可变阻力训练组通过7周的训练后，峰值速度都高于传统力量训练组。Cronin等（2003）研究显示，实验组在训练后整体动作的峰值速度和平均速度均无显著差异。

除了训练前后的对比，一些研究也对比了恒定阻力训练与可变阻力训练在运动学与动力学方面的差异。有2项研究通过可变阻力训练与恒定阻力训练动作速度的测试发现，可变阻力训练能够减少速度的损失（Godwin et al.，2018；Swinton et al.，2011）。Stevenson 等（2010）分别对比了两项研究中向心阶段和离心阶段的动作速度，结果发现在向心阶段恒定阻力组的平均速度和峰值速度都显著高于可变阻力训练组，而离心阶段的峰值速度可变阻力组显著高于恒定阻力组。他认为可变阻力训练虽然能够增加整体的动作速度，但主要是对离心阶段速度的提高，可能会限制向心阶段速度的发展。同样是对动作速度的测试，在对奥林匹克抓举与挺举的2项研究中发现，利用铁链代替部分重量后相对于恒定阻力训练，最大速度没有显著的差异，并且受试者还表示，将铁链代替部分重量后练习反而更加艰难（Berning et al.，2008；Coker et al.，2006），这可能与练习动作中没有较大的离心加速有关。由此可见，不同的动作可能会对练习效果产生不同影响。

综上所述，可变阻力训练能够提高力量训练中的动作速度，但现阶段研究多是对动作平均速度和峰值速度进行测试，仍需更多地针对离心、离心-向心转换阶段的速度在长期训练后的对比研究。

2.3 对功率输出的影响

功率是指单位时间内做功的大小，等于施加于物体的力×力作用方向的速度（Newton et al.，1994），一些研究直接以功率输出评价爆发力的表现（董雪芬，2014；黄达武等，2018），因此功率输出是爆发力最为重要的指标之一。在本研究所搜索到的文献中有6篇涉及了功率输出指标，包括峰值功率和平均功率（表4）。

表4 训练前后输出功率对比Table 4 Comparison of Output Power before and after Training

Rivière等（2017）对比了加弹力带与恒定阻力卧推训练在各个重量中的平均功率，6周训练后发现，弹力带组在1 RM的35%、45%和65%重量时较训练前有少量的变化，在1 RM的75%和85%重量有中等变化，而恒定阻力组5个重量都只有微小的变化。Anderson等（2008）安排每周3次共7周的训练，结果显示，可变阻力组效果显著大于恒定阻力组，但在峰值功率方面未见显著性差异。Shoepe等（2011）对受试者深蹲训练后等速肌力进行比较，结果显示，相对于无训练的控制组，可变阻力训练组的平均功率有显著提高，而恒定阻力训练组相对于控制组却未见显著性差异。在Rhea等（2009）的研究中，对比了可变阻力训练与快速深蹲和慢速深蹲对峰值功率的影响，发现可变阻力与慢速深蹲相比有显著差异，但与快速深蹲相比未见显著性差异，这可能是增加弹力带后对离心阶段的加速有关。在Ghigiarelli等（2009）的研究中显示，两种可变阻力训练形式对比恒定阻力训练在峰值功率方面都未见显著差异。Cronin等（2003）针对仰卧蹲跳的实验结果表明，可变阻力训练相对于恒定阻力训练在峰值功率和平均功率的发展上都未见明显差异。

有研究认为，功率最大化训练（maximal power training，MPT）能够增强训练者的运动表现（段子才，2011），因此一些研究直接对比了可变阻力训练与恒定阻力训练在功率输出上的差异。Wallace等（2006）采用总负荷为85%进行深蹲训练，分别采用可变阻力占总负荷的20%和35%对比恒定阻力训练对功率输出的影响，结果显示，两种比例的可变阻力训练功率输出均大于恒定阻力训练，另一项研究以硬拉动作为测试项目也有类似的结果（Swinton et al.，2011）。但是，Stevenson等（2010）同样对深蹲动作进行测试，结果显示，向心阶段两者峰值功率输出未见显著性差异。Godwin等（2018）以仰卧抛掷（bench throw）的方式进行上肢的功率输出对比，结果表明可变阻力训练与恒定阻力训练两者平均功率和峰值功率输出都未见显著性差异。可变阻力与恒定阻力之间的比例是否会对功率输出产生影响也是一个值得探讨的问题，Paditsaeree等（2016）的研究中采用高翻式拉起（clean pull）的动作对比了可变阻力训练与恒定阻力训练运动学上的差异，结果显示，在T10（10%VR，90%CR）条件下具有较高的峰值功率输出。

综上所述，可变阻力训练在运动学和动力学对比中存在很大的争议，在长期进行可变阻力训练可能会更有利于提高功率输出。现有研究可变阻力训练长期影响主要对深蹲和卧推进行，而不同的训练手段可能会有不同的结果，因此仍需对不同的练习手段进行训练前后的对比研究。同时，如何分配可变阻力与恒定阻力才能够使功率输出最大化也需要大量对比研究。

3 讨论

可变阻力训练被认为是既能提高最大力量，又能增强爆发力的训练方式（Soria-Gila et al.，2015）。以上的研究表明，可变阻力训练在最大力量、动作速度以及功率输出方面会有更大的训练效益。有研究对比了2种训练后对纵跳高度的影响，但都未见显著性差异（Andersen et al.，2015；Ebben et al.，2002；Joy et al.，2016）。黄钜桦（2017）对比两者通过8周训练后在最大力量、纵跳以及发力率（Rate of force development，RFD）方面的变化，结果显示，两组训练后可变阻力组仅有纵跳高度显著高于恒定阻力组。可见不同的研究受各种因素的影响，不同的指标也会有不同的结果，可变阻力训练对爆发力的影响尚需更深入地探讨。

为了深入了解可变阻力训练对爆发力的影响，有研究尝试进行了力学机制分析。将骨骼肌系统杠杆作用在各个关节角度扭矩产生大小的规律大致归纳为3种力线形式：上升力线、下降力线以及钟形力线（Baker et al.，2009；Blazevich，2007；McMaster et al.，2009）。上升力线指最大力量产生在运动范围内后期的动作，如深蹲、硬拉、卧推等训练；下降力线指最大力量产生运动范围内前期的动作，如划船、坐姿下拉等；钟形力线是指最大力量产生在运动范围内中间部分的动作，大多数单关节的运动是这种力量曲线，如肘关节屈伸、膝关节屈伸（McMaster et al.，2009；Wilsong et al.，2014）。理论上，在力量训练中若外界阻力能够匹配人体关节各个角度的最大力量，那么效果将会达到最大化（Brian et al.，2004）。然而，传统的恒定阻力训练因阻力的固定性，肌肉只能在小部分范围内获得最大负荷，因此限制了力量的发展。

在自由下重量中添加弹力带与铁链能够为身体提供一个渐进的阻力，而阻力形式的变化必然会引起运动学及动力学方面的改变（Grimshaw et al.，2006）。Mcmaster等（2010）对不同规格的弹力带和铁链长度与负荷关系做了定量研究（图2、图3），弹力带因其弹力的特性使长度-负荷呈曲线变化，而铁链则是简单的直线关系。训练者在训练中测出完成动作所需弹力带或铁链拉伸的总长度，并对应弹力带或铁链长度与阻力的关系，取可变阻力训练运动范围内的中间点阻力与恒定阻力相等，这就能够让动作后半部分获得更大的阻力。此类阻力上升的形式与人体的上升力线相符，虽无法达到各个关节角度阻力的最大化，但能令肌肉在更大范围获得了相适应的阻力，一定程度上提高了训练效益。同时，肌肉的离心阶段随着阻力的降低，提高了动作的速度，为之后向心阶段储存更大的弹性势能（苗欣，2010；邵衍嘉，2015；Baker et al.，2009），这可能有助于提高肌肉的早期发力率以及功率输出（Soria-Gila et al.，2015）。但是在一些项目中（投掷、跳跃等）决定爆发力表现的并非是开始阶段的功率输出，而是动作结束时的速度与力量（Kraemer et al.，2009）。可变阻力随着重量的递增，对于向心阶段的动作加速度是否会产生负面影响需进一步研究。

图3 不同直径铁链长度--负重量关系（根据McMaster et al.，2010研究绘制）Figure 3. Different Diameter Chain Length-weight Relationship

生理方面，研究者们认为可变阻力训练能够提高神经肌肉适应（Soria-Gila et al.，2015）。离心阶段的加速预先牵拉肌肉，肌梭感知肌肉的长度变化后，使运动神经元产生兴奋，骨骼肌纤维产生收缩速度加快，从而获得更大的肌肉牵张-缩短-循环（Stretch-Shortening-Cycle，SSC）和牵张反射特性的利益（Aboodarda et al.，2014；Baker et al.，2009；Cronin et al.，2003；Siege et al.，2002）。牵张反射使运动单位激活的数目和神经发放的频率增加，并充分利用肌肉被拉长后的弹性能，提高了肌肉在向心阶段的收缩力量和收缩速度。收缩速度的增加也会引起肌间协调性以及同步性提高，Israetel等（2010）通过对深蹲训练后股外侧肌的表面肌电活动测量印证了这一猜想。但针对深蹲中股四头肌和腘绳肌的表面肌电活动测量的研究却显示，可变阻力训练和恒定阻力训练两者综合肌电反应未见显著性差异（Ebben et al.，2002）。此外，在动作后期阻力增加能够为之后的离心阶段提供更大的负荷，而大负荷的离心运动会更容易带来肌纤维微损伤导致肌肉酸痛，若长期进行离心运动，肌纤维微损伤症状会大幅度减轻，从而提高肌肉抗疲劳能力。Walker等（2013）通过研究表明，可变阻力相对于恒定阻力在训练后能引起更高的细胞外调节蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）和血清激素浓度，这些急性反应可能令肌肉获得更大的抗疲劳性能。还有研究认为，离心性训练后带来的肌肉微损伤在修复过程中会增加肌节的数量（Brockett et al.，2001）。这将会有助于改善运动员的肌肉机能状态，提高训练者的最大力量和爆发力水平。

总之，现有的研究虽对可变阻力训练运动力学和生理学机制做出了部分解释，但大多是对其的一些推测，因此可变阻力训练对提高爆发力的机制还尚不明确。各研究的结果普遍偏向正面的影响，可变阻力训练是否在发展某些运动能力方面具有负面影响也需更多的研究与实践。并且这2种训练形式提供的阻力是上升的，此类变阻力训练方式可能会被限制在人体上升力线的动作中，如何在下降力线和钟形力线的动作中应用仍需进一步研究。