不同诱导强度对短跑运动员后激活增强效应的影响

2022-08-18赵春宇吴剑景壮壮

体育研究与教育 2022年3期

赵春宇，吴剑，景壮壮

20世纪80年代初期，在动物的快收缩肌中发现了一种复杂的生理现象，它对肌肉进行大强度的刺激会使随后的收缩张力显著增加[1，2]。随后，科研人员在人的运动训练中发现:持续10s的最大自主等长收缩（the maximal voluntary isometric contraction，MVC)刺激可以使胫骨前肌和跖屈肌的收缩张力显著增加[3]。1998年，Brown等将这一现象命名为“后激活增强效应”（post-activation potentiation，PAP)[4]。此后，作为一种可能提高运动成绩的训练手段，后激活增强效应受到世界各国学者的广泛关注。

随着PAP研究的持续深入，我们发现不同诱导方式所产生的PAP差异性较大。而诱导方式的差异性主要体现在提供诱导肌力的性质（动态诱导或静态诱导)与诱导负荷（诱导强度与量)方面。动态诱导是目前PAP研究的主要方向，那么在PAP动态诱导条件下采用什么样的诱导负荷才能实现PAP最大化一直是运动训练领域的研究热点。多年来，关于这一问题，不同学者的研究观点存在一定的争议。

Esformes等研究发现，预先进行3RM的深蹲刺激使橄榄球运动员下蹲跳（counter movement jump，CMJ)高度显著提高[5]。郭燕兰等研究发现，5次90%1RM的深蹲刺激使跳跃类项目运动员的纵跳高度显著提高[6]。因此，作为一种训练方法，学者及教练员有必要探寻使其能够发挥最大作用的条件。以往多数学者认为，次最大强度可以产生良好的PAP效应。而Wilson等认为，抛开运动员个体差异等客观因素，单从肌肉所承受的负荷刺激方面来讲，60% ～85%1RM的强度是诱导PAP的最佳强度，这一强度区间能够避免大强度刺激给肌肉带来的细微结构损伤，具有较高的机械效率[7]。

综上，本研究在动态诱导条件下，探讨不同诱导强度对PAP的影响，试图发现动态诱导最佳PAP。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

本研究将不同诱导强度之间PAP的差异性作为研究对象。将8名男性国家二级短跑运动员作为实验对象。要求所有受试者保证每周至少有一次下肢力量训练，同时在实验前48h无剧烈运动，无咖啡因等违禁药物摄入。所有受试者身高、体重、年龄、BMI指数以及训练年限经独立样本t检验后，结果显示均无显著性差异（P＞0.05)。

表1 受试者的基本情况（±s)

人数（名) 年龄（岁) 身高（cm) 体重（kg) 1RM（kg) 训练年限（年)8 21.25±2.22 177.75±5.76 67.57±6.44 142.50±7.50 6.00±2.24

1.2 研究方法

1.2.1 实验仪器主要包括VICON红外高速运动捕捉系统、Basler摄像设备、AMTI测力台和Noraxon16导遥测机电仪。

1.2.2 实验前准备第一步，所有受试者在实验正式开始以前，要求到实验室熟悉测试环境以及实验流程。在专业教练员的陪同指导下，对CMJ动作进行练习和规范，力求达到最大的跳跃高度。

第二步，测量受试者的身高、体重、踝宽、膝宽和腿长，并将采集到的身体数据录入VICON系统。

第三步，测试受试者的 1RM、4RM、8RM和11RM的重量。在测试前先进行小负荷的热身，然后，以自身体重为基础，进行3～5次的重复；即而增加20～30kg，进行2～3次的重复；再增加10～20kg，尝试1RM测试；最后增加5～10kg继续测试。如若失败，减少5～10kg继续测试，直至1RM测试成功为止。4RM、8RM和11RM的重量根据Brzycki的推算方程为:1RM ＝ rep wt／（1.027 8-0.027 8×reps)，其中rep wt为多次重复的重量；reps为至疲劳最多重复的次数。计算得出约为90%1RM、80%1RM 和 70%1RM[8]。将计算出的重量进行实际验证，得到最准确的重量。每两次测试间的休息时间不低于5min（见图1)。

图1 受试者进行PAP诱导

1.2.3 实验流程

测试人员将实验所需物品提前备好，对实验仪器进行通电和调试，使其运行数分钟后等待实验开始。与此同时，受试者开始进行热身训练。训练包括5min的慢跑和5min的动态拉伸。热身结束后，测试人员将16个Marker点和3个电极片粘贴在受试者下肢的相应部位，并用绷带进行固定。一切实验前准备工作就绪后，实验正式开始。首先，受试者在PAP诱导前进行一次CMJ测试，将采集到的数据作为诱导前基准值；随后，受试者在有测试人员保护的情况下进行杠铃深蹲诱导，在结束后的15s、4min、8min、12min、16min、20min 时进行 CMJ测试，将采集到的数据记录并保存。每两次实验间隔至少48h（见图2)。

图2 受试者进行CMJ测试

1.2.4 数据统计各指标采用均数±标准差的形式进行统计描述。对受试者的基本信息和四组强度诱导前后的CMJ高度、VGRF、PPO以及下肢肌肉（股直肌、股内侧肌、股外侧肌)的IEMG值采用SPSS 26.0独立样本T检验进行统计分析。将P＜0.05定义为具有显著性差异。

2 研究结果

2.1 不同强度诱导前后受试者下蹲跳高度在不同恢复时间下的变化特征

由表2可知，11RM诱导后受试者CMJ高度在15s时显著下降（P＝0.043)，在8min时显著增长（P＝0.025)，增长幅度约为4.42%；8RM诱导后受试者CMJ高度在15s时显著下降（P＝0.008)，在4min、8min和12min时显著增长（P1 ＝0.02、P2＝0.017、P3 ＝0.022)，增长幅度约为 5.12%；4RM诱导后受试者CMJ高度在15s时显著下降（P＝0.005)，在4min、8min和12min时显著增长（P1 ＝0.042、P2 ＝0.013、P3 ＝0.037)，增长幅度约为5.01%；1RM诱导后受试者CMJ高度在15s时显著下降（P＝0.003)，在8min和12min时显著增长（P1＝0.044、P2＝0.041)，增长幅度约为3.86%。

表2 CMJ高度的变化特征（±s，单位:cm)

注:*代表P＜0.05，PAP诱导后与诱导前基准值之间的差异，下同。

时间 11RM 8RM 4RM 1RM baseline 46.86±2.70 46.86±2.70 46.86±2.70 46.86±2.70 15s 45.59±1.62* 45.34±3.34* 44.94±3.40* 44.80±2.99*4min 48.50±1.53 49.01±2.52* 48.85±2.58* 48.18±2.69 8min 48.93±3.27* 49.26±2.01* 49.21±2.67* 48.67±2.19*12min 48.38±3.20 48.77±2.77* 48.56±2.32* 48.52±2.53*16min 47.47±3.23 47.75±2.90 47.94±3.10 47.66±2.82 20min 46.75±3.07 47.22±3.00 47.27±3.41 47.33±2.91

2.2 不同强度诱导前后受试者反地面垂直作用力在不同恢复时间下的变化特征

由表3可知，11RM诱导后受试者VGRF在15s时显著下降（P＝0.026)，在8min时显著增长（P＝0.010)，增长幅度约为6.44%；8RM诱导后受试者VGRF在15s时显著下降（P＝0.012)，在4min、8min和12min时显著增长（P1＝0.023、P2＝0.021、P3＝0.026)，增长幅度约为7.49%；4RM 诱导后受试者VGRF在15s时显著下降（P＝0.017)，在4min、8min和12min时显著增长（P1＝0.024、P2＝0.035、P3 ＝0.011)，增长幅度约为 7.03%；1RM诱导后受试者 VGRF在15s时显著下降（P＝0.014)，在8min和12min时显著增长（P1＝0.035、P2＝0.016)，增长幅度约为5.31%。

表3 VGRF的变化特征（±s，单位:N)

时间 11RM 8RM 4RM 1RM baseline 1 676.29±231.99 1 676.29±231.99 1 676.29±231.99 1 676.29±231.99 15s 1 654.47±228.05* 1 644.51±253.32* 1 639.62±251.17* 1 635.39±223.18*4min 1 756.88±228.38 1 778.25±273.57* 1 766.15±223.53* 1 746.84±260.64 8min 1 784.24±221.61* 1 801.89±324.10* 1 794.09±246.06* 1 761.18±246.06*12min 1 755.24±263.85 1 761.59±254.15* 1 772.51±306.85* 1 765.26±280.53*16min 1 691.84±189.37 1 717.96±273.03 1 727.60±286.43 1 715.87±263.67 20min 1 686.49±200.69 1 699.23±259.13 1 700.22±163.84 1 705.57±251.64

2.3 不同强度诱导前后受试者峰值功率输出在不同恢复时间下的变化特征

由表4可知，11RM诱导后受试者PPO在15s时显著下降（P＝0.019)，在8min时显著增长（P＝0.033)，增长幅度约为6.86%；8RM诱导后受试者PPO在15s时显著下降（P＝0.008)，在4min、8min和12min时显著增长（P1＝0.037、P2＝0.003、P3＝0.019)，增长幅度约为7.09%；4RM诱导后受试者PPO在15s时显著下降（P＝0.012)，在4min、8min和 12min时显著增长（P1＝0.021、P2＝0.028、P3＝0.022)，增长幅度约为6.97%；1RM 诱导后受试者PPO在15s时显著下降（P＝0.015)，在8min和12min时显著增长（P1＝0.025、P2＝0.013)，增长幅度约为6.17%。

表4 PPO的变化特征（±s，单位:W)

时间 11RM 8RM 4RM 1RM baseline 3 008.50±279.46 3 008.50±279.46 3 008.50±279.46 3 008.50±279.46 15s 2 917.45±258.20* 2 920.92±251.20* 2 890.49±251.06* 2 857.52±269.84*4min 3 167.50±288.70 3 138.75±389.33* 3 131.31±301.33* 3 095.36±247.73 8min 3 215.01±300.56* 3 221.74±336.75* 3 218.32±312.44* 3 194.07±292.35*12min 3 132.51±305.40 3 127.93±339.66* 3 154.31±287.36* 3 148.64±340.24*16min 3 060.08±270.77 3 072.09±337.21 3 088.26±289.96 3 103.31±343.93 20min 3 005.70±259.94 3 041.97±306.50 3 032.03±274.84 3 041.73±290.07

2.4 不同强度诱导后受试者肌肉的积分肌电值在不同恢复时间下的变化特征

由表5和图3可知，11RM诱导后受试者股直肌IEMG值在15s时显著下降（P＝0.042)，8min时显著增长（P＝0.043)。股内侧肌IEMG值在8min时显著增长（P＝0.045)。股外侧肌IEMG值在15s时显著下降（P＝0.019)，在8min时显著增长（P＝0.018)；8RM诱导后受试者股直肌IEMG值在15s时显著下降（P＝0.043)，8min时显著增长（P＝0.040)。股内侧肌IEMG值在12min时显著增长（P＝0.036)。股外侧肌IEMG值在15s时显著下降（P＝0.042)，在8min时显著增长（P＝0.036)；4RM诱导后受试者股直肌IEMG值在15s时显著下降（P＝0.023)，8min时显著增长（P＝0.039)。股内侧肌IEMG值在12min时显著增长（P＝0.012)。股外侧肌IEMG值在15s时显著下降（P＝0.033)，在8min时显著增长（P＝0.041)；1RM诱导后受试者股直肌IEMG值在15s时显著下降（P＝0.021)，8min时显著增长（P＝0.040)。股内侧肌 IEMG值在12min时显著增长（P＝0.013)。股外侧肌IEMG值在15s时显著下降（P＝0.012)，在8min时显著增长（P＝0.025)。

表5 不同强度诱导后IEMG的峰值（±s，单位:uV·s)

注:RF表示rectus femoris股直肌；VM表示vastus medialis股内侧肌；VL表示vastus lateralis股外侧肌。

诱导强度股直肌股内侧肌股外侧肌Baseline 136.24±21.11 157.03±18.01 209.49±42.63 11RM 152.34±25.59 177.78±37.67 234.67±46.35 8RM 164.97±18.20 182.21±28.46 251.96±52.53 4RM 159.76±19.83 188.18±27.88 250.34±76.64 1RM 160.14±34.41 184.62±35.22 231.04±47.02

图3 PAP不同强度诱导前后受试者IEMG值变化柱状图

3 讨论

本研究发现，11RM-1RM的强度均能诱发短跑运动员的PAP效应，其中8RM（80%1RM)所产生的增强效应最为明显，其次是4RM（90%1RM)、11RM（60%1RM)和 1RM（100%1RM)，这与 Gołas等和Petisco等的研究结论一致，与Fukutani等研究结论不一致。然而 Gołas等研究发现，60%1RM—100%1RM的PAP诱导强度均使滑雪运动员的跳跃高度、力量发展速率和爆发力发展速率显著提高，其中提高幅度最大的是80%1RM[9]；Petisco等研究发现，80%1RM的诱导强度使足球运动员的跳跃高度、变相能力以及冲刺速度显著提高，是诱导足球运动员PAP的最佳强度[10]；Fukutani等在 45%1RM、60%1RM、75%1RM 和 90%1RM四种强度的比较中发现，随着诱导强度的增加，运动员峰值收缩力矩和跳跃高度也随之提高，因此，Fukutani认为，90%1RM是诱导 PAP的最佳强度[11]。与本研究不同的是，Fukutani的实验对象为举重运动员，平均1RM重量为180.6kg，而本研究的实验对象为短跑运动员，平均1RM重量为142.5kg。Seitz等以90%1RM的强度对不同肌肉力量水平的受试者进行了PAP诱导。研究发现，肌肉力量较大的运动员的跳跃高度和功率输出均大于力量相对较小的运动员[12]。因此，与Fukutani研究结果不同的原因可能是受到了受试者不同肌肉力量水平的影响。

本研究发现，1RM的强度可以诱发PAP，但与其他三种强度相比产生的PAP效果最小。这可能与肌肉产生的疲劳大小有关。Chen等研究发现，随着先前收缩强度的增加，肌肉细微结构的损伤程度，也就是疲劳程度也会随之增加[13]。Wilson等研究发现，与大强度刺激相比，中等强度的刺激可以减少肌肉细微结构的损伤程度[7]。另外，Rassier等认为，与大强度刺激相比，次最大强度的肌肉收缩更易使肌浆中钙离子的浓度升高，肌球蛋白调节轻链磷酸化的作用更强，进而产生更大的增强效果[14]。根据表2、表3和表4可知，1RM 诱导后的即刻（15s)，CMJ高度、VGRF和 PPO下降幅度最大。这可以通过大强度刺激后肌浆中钙浓度降低，能量释放速率减慢，从而导致肌肉力量表现下降来解释。同时，在PAP的峰值时刻8min时，CMJ高度、VGRF和PPO在1RM诱导后增强幅度也是最小的。这是因为机体产生的疲劳需要更长的时间恢复。然而，即便恢复8min，疲劳仍不能消失殆尽，且依然大于其他三种强度。事实上，PAP的增强效应一旦超过了8min时便开始下降。因此，在PAP达到峰值时，1RM诱导后肌肉疲劳效应更大而直接导致与增强效应间的净差值变小[15]。所以，1RM诱导的PAP效应在三种诱导强度中是最小的。

本研究发现，11RM（70%1RM)诱导后PAP的峰值小于4RM和8RM，且持续时间也小于其他强度。Wilson等认为运动员抗阻训练的年限与诱导强度有关，对于仅有一年抗阻训练经历的运动员，建议采用不小于60%1RM的强度进行诱导[7]。Fukutani等也认为，对于专业运动员来讲，PAP的增幅随着诱导强度的增强而增加[11]。而本研究中受试者均具有较高的运动水平和较长的训练年限。因此，11RM的诱导强度未能诱发PAP的峰值可能是由于强度不够的原因。Hirayama等研究发现，重复1次具有足够强度负荷的深蹲练习即可增强随后的垂直跳跃表现[16]；Rassier等也认为，短暂的重复刺激会导致更大的增强效应，而持续的重复刺激会使这种增强效应减弱或增强疲劳效应[14]。因此，11RM的强度未能诱导出PAP峰值，也可能是持续的重复次数所致。

本研究发现，不同强度诱导后肌肉的IEMG峰值以及峰值出现的时间具有差异。股直肌和股外侧肌的发电量在8RM诱导后达到最大值，股内侧肌的发电量在4RM诱导后达到最大值。其中，11RM诱导后股内侧肌的IEMG峰值早于8RM、4RM和1RM出现。由于表面肌电信号与肌肉活动和功能状态之间存在着不同程度的关联性，能够在一定程度上反映神经肌肉的活动状况[17]。因此，从肌肉总的发电量来看，四种诱导强度的IEMG值变化趋势与本研究中CMJ高度、VGRF和PPO变化趋势相一致。这也再次证明8RM是诱导PAP的最佳强度。