動(dòng)力性力量訓(xùn)練的肌肉生物力學(xué)分析

動(dòng)力性力量訓(xùn)練的肌肉生物力學(xué)分析

在上一篇文章的上一篇文章中，詳細(xì)介紹了最常見(jiàn)的力量教育方法。換句話(huà)說(shuō)，自由和重型培訓(xùn)。在本次的文章中,我們將就力量訓(xùn)練中常見(jiàn)的另外幾種方法,包括靜力性訓(xùn)練、向心性力量訓(xùn)練和離心力量訓(xùn)練進(jìn)行詳細(xì)地介紹。1靜力性力量訓(xùn)練對(duì)肌肉和關(guān)節(jié)的影響1.1靜力性力量訓(xùn)練的概念靜力性力量訓(xùn)練時(shí),肢體靜止不動(dòng)或不發(fā)生明顯的位移;肌肉長(zhǎng)度也不發(fā)生變化,卻處于緊張用力狀態(tài)。在運(yùn)動(dòng)實(shí)踐中常分成對(duì)抗靜力練習(xí)和負(fù)重靜力練習(xí)2類(lèi)。研究發(fā)現(xiàn)靜力性力量訓(xùn)練有如下優(yōu)點(diǎn):1)能有效地發(fā)展靜力最大力量、靜力耐力和提高肌肉的張力;2)可使肌肉相對(duì)保持較長(zhǎng)時(shí)間的最大用力,從而可對(duì)任何肌群都產(chǎn)生訓(xùn)練作用;3)可以有選擇地訓(xùn)練某些肌群,當(dāng)局部肌肉處于靜力緊張狀態(tài)時(shí),可以準(zhǔn)確地體會(huì)某個(gè)動(dòng)作的技術(shù);4)方法省時(shí)、省地方,且所需器械及方法簡(jiǎn)單,可在較短的時(shí)間導(dǎo)致能量?jī)?chǔ)備的耗盡(圖1)。靜力性力量訓(xùn)練有獨(dú)到的功能,但不是發(fā)展力量、發(fā)展肌肉收縮速度的主要手段。靜力性力量訓(xùn)練的局限性也十分明顯。靜力性力量訓(xùn)練雖然能增加肌肉力量,但訓(xùn)練所獲得的力量只在某一特定的關(guān)節(jié)角度起作用,一旦關(guān)節(jié)的角度改變,力量會(huì)迅速減弱,因此靜力性力量訓(xùn)練不能使肌肉和關(guān)節(jié)達(dá)到最大幅度的伸展和收縮,對(duì)動(dòng)作速度有所影響,對(duì)改善神經(jīng)肌肉的協(xié)調(diào)性效果不明顯。研究表明,如果訓(xùn)練強(qiáng)度合適,動(dòng)力性力量可以對(duì)肌肉的柔韌性和靈活性產(chǎn)生積極的影響,這是靜力性力量訓(xùn)練所不具備的特點(diǎn)。靜力性訓(xùn)練的另一個(gè)缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生血壓的急劇升高。在大強(qiáng)度靜力性訓(xùn)練中,由于血液循環(huán)條件不良和憋氣等情況易引起血壓升高,可能出現(xiàn)危險(xiǎn),青少年不宜使用;如果過(guò)多采用或運(yùn)用不當(dāng),可能會(huì)產(chǎn)生“林加爾德”現(xiàn)象(丹麥生理學(xué)家林加爾德首先發(fā)現(xiàn)在靜止用力練習(xí)時(shí)呼吸和循環(huán)功能變化遠(yuǎn)不及結(jié)束后明顯,這一生理現(xiàn)象稱(chēng)為“林加爾德”現(xiàn)象)。這對(duì)有心血管疾患的練習(xí)者而言是十分不利的。心血管疾患練習(xí)者的血壓急劇升高,可能會(huì)導(dǎo)致其發(fā)生心血管意外,必須予以注意。靜力性力量訓(xùn)練在一些肌肉關(guān)節(jié)伸展收縮要求不大的力量練習(xí)或體育項(xiàng)目、康復(fù)訓(xùn)練中有一定應(yīng)用價(jià)值,關(guān)鍵是正確使用,適當(dāng)控制風(fēng)險(xiǎn)。1.2靜力性力量訓(xùn)練對(duì)肌肉的影響靜力練習(xí)與動(dòng)力練習(xí)相比,能更有效地提高肌肉的張力,改善神經(jīng)肌肉控制,在相對(duì)不疲勞的情況下提高肌肉力量。靜力練習(xí)可以用在全身各個(gè)關(guān)節(jié)和部位。有關(guān)研究表明,靜力性力量訓(xùn)練可提高關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性,對(duì)于運(yùn)動(dòng)損傷的預(yù)防有獨(dú)到之處;同時(shí),靜力性力量訓(xùn)練是受傷后恢復(fù)階段早期重要的康復(fù)手段,有改善神經(jīng)肌肉控制、提高募集能力、抑制肌肉萎縮的作用。Tsigkanos等的研究發(fā)現(xiàn),靜力性力量訓(xùn)練有助于在不增加肌肉痙攣程度的情況下增強(qiáng)下肢肌肉的力量。靜力性力量訓(xùn)練可以使肌肉的功能性運(yùn)動(dòng)能力明顯提高。在進(jìn)行靜力性力量練習(xí)時(shí)應(yīng)注意的是,靜力力量練習(xí)的強(qiáng)度不同,鍛煉的效果也就不同。中小負(fù)荷的靜力練習(xí)主要是動(dòng)員慢肌(深層、小肌群、短纖維)參與工作,主要目的是提高關(guān)節(jié)周?chē)植啃〖∪旱牧α?增加局部的穩(wěn)定性,練習(xí)時(shí)主要是單關(guān)節(jié)或局部肌肉參與活動(dòng)。負(fù)荷較大的靜力練習(xí)主要?jiǎng)訂T快肌(表淺、體積大、纖維長(zhǎng))參與工作,其目的主要是提高整體穩(wěn)定力量,改善整體穩(wěn)定功能;練習(xí)時(shí)多關(guān)節(jié)參與活動(dòng)。所以應(yīng)根據(jù)運(yùn)動(dòng)員的具體需求、身體條件、不同的練習(xí)目的,選擇不同的身體部位和負(fù)荷強(qiáng)度,以便達(dá)到最佳的練習(xí)效果。特別需要指出的是靜力性力量練習(xí)是肢體靜止不動(dòng)或不發(fā)生明顯的位移、肌肉處于緊張用力狀態(tài)但長(zhǎng)度不發(fā)生變化的一類(lèi)練習(xí),而不是哪一個(gè)具體的身體部位特有的訓(xùn)練方法,換句話(huà)說(shuō),靜力性力量練習(xí)可以運(yùn)用在所有的身體部位,比如,踝、膝、髖、核心區(qū)、肩、頸、肘、腕等多個(gè)關(guān)節(jié),并在多種方向上、多個(gè)維度上改善或提高局部關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性(圖2)。2周訓(xùn)練總量的測(cè)量2.1動(dòng)力性力量訓(xùn)練的概念動(dòng)力性力量訓(xùn)練是相對(duì)靜力性力量訓(xùn)練而言的,在克服阻力做功時(shí),肢體靠近,發(fā)生明顯的位移,肌肉長(zhǎng)度也在不斷變化。為了與離心力量訓(xùn)練等其他訓(xùn)練方法區(qū)分開(kāi)來(lái),本次文章中的動(dòng)力性力量訓(xùn)練所指為向心性力量練習(xí)方法,根據(jù)其訓(xùn)練目的不同可分為基礎(chǔ)力量練習(xí)、增大肌肉體積的練習(xí),改善神經(jīng)支配能力的練習(xí),改善爆發(fā)力的練習(xí)。2.2基礎(chǔ)力量訓(xùn)練基礎(chǔ)力量訓(xùn)練安排應(yīng)與運(yùn)動(dòng)周期、運(yùn)動(dòng)員的年齡、力量訓(xùn)練基礎(chǔ)等因素密切結(jié)合?；A(chǔ)力量練習(xí)的目的是增加肌肉的橫斷面、增加肌肉力量?；A(chǔ)力量訓(xùn)練的一般規(guī)律是:在適當(dāng)發(fā)展肌肉維度的基礎(chǔ)上,發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)所需要的力量素質(zhì),如速度力量、爆發(fā)力、力量速度等;在訓(xùn)練周期的準(zhǔn)備階段訓(xùn)練的總量較大而強(qiáng)度低,越接近比賽時(shí)力量訓(xùn)練的強(qiáng)度越高、總量越低;在基礎(chǔ)力量訓(xùn)練階段,訓(xùn)練的總量比訓(xùn)練的強(qiáng)度更重要。訓(xùn)練總量對(duì)增加肌肉重量有重要作用。有關(guān)研究表明,利用8~15RM的負(fù)荷強(qiáng)度進(jìn)行力量練習(xí),是增加肌肉體積最適合的練習(xí)。其優(yōu)點(diǎn)是在增加力量的同時(shí)也增大了肌肉體積,這對(duì)提高絕對(duì)力量及機(jī)體的相對(duì)力量十分重要。根據(jù)美國(guó)力量訓(xùn)練專(zhuān)家的建議,初級(jí)水平運(yùn)動(dòng)員的周訓(xùn)練總量,重復(fù)次數(shù)約為250次;中級(jí)水平運(yùn)動(dòng)員的周訓(xùn)練總量,重復(fù)次數(shù)約為300次;高級(jí)水平運(yùn)動(dòng)員的周訓(xùn)練總量,重復(fù)次數(shù)約為350次。如果用日訓(xùn)練量來(lái)衡量,初級(jí)水平運(yùn)動(dòng)員的日訓(xùn)練量在50次以下;中級(jí)水平運(yùn)動(dòng)員的日訓(xùn)練量約為60~100次;高級(jí)水平運(yùn)動(dòng)員的日訓(xùn)練量約為100次以上。2.3改善神經(jīng)支配能力的練習(xí)從生理學(xué)的角度分析,神經(jīng)對(duì)肌肉的支配能力首先表現(xiàn)在肌纖維的類(lèi)型上,根據(jù)肌纖維的收縮與抗疲勞特征分為3種類(lèi)型:慢收縮肌纖維、快收縮肌纖維和中間型收縮肌纖維。慢收縮肌纖維收縮速度慢,產(chǎn)生的力量小,然而慢收縮肌纖維有很強(qiáng)的抗疲勞性;快收縮肌纖維收縮速度快,產(chǎn)生的力量大,但容易疲勞;中間型收縮肌纖維是介于快與慢2種肌纖維之間的類(lèi)型,其收縮速度、收縮力量和抗疲勞性均介于2者之間。其主要特點(diǎn)是具有一定的可塑性,如果對(duì)它加以快速力量的訓(xùn)練,它就會(huì)向快肌轉(zhuǎn)化;反之,如果進(jìn)行一些低負(fù)荷或耐力訓(xùn)練,它就會(huì)逐漸向慢肌轉(zhuǎn)化。肌纖維的這一雙向“可塑性”對(duì)力量訓(xùn)練提出了更高的要求。研究發(fā)現(xiàn),力量訓(xùn)練中對(duì)神經(jīng)支配能力的改善主要作用在以下幾點(diǎn):提高運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的放電頻率;提高主動(dòng)肌與對(duì)抗肌、協(xié)同肌、固定肌之間的協(xié)調(diào)能力,使上述肌肉群在參加工作時(shí)能各守其職,協(xié)調(diào)一致,發(fā)揮更大的收縮力量;提高中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮性。改善神經(jīng)支配能力的練習(xí)采用的負(fù)荷強(qiáng)度比較大,通常為1~5RM。其優(yōu)點(diǎn)是不明顯增加肌肉體積而增加肌肉力量,這對(duì)絕大多數(shù)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目而言是極為重要的。有關(guān)研究證明:大強(qiáng)度的力量訓(xùn)練主要是通過(guò)提高神經(jīng)沖動(dòng)的強(qiáng)度,動(dòng)員更多的快肌纖維參加工作來(lái)完成的。此種訓(xùn)練方法前提條件和注意事項(xiàng)包括:青春期之后,有良好力量訓(xùn)練的基礎(chǔ);已經(jīng)熟練掌握力量訓(xùn)練的技巧;常年堅(jiān)持力量訓(xùn)練,沒(méi)有中斷;在機(jī)能狀況良好的前提下進(jìn)行。2.4改善爆發(fā)力的練習(xí)爆發(fā)力的英文單詞是Power。Power的原意是功率。爆發(fā)力是力(Force)×速度(Speed)的乘積。中文“爆發(fā)力”強(qiáng)調(diào)了力和速度的含義。Hill發(fā)現(xiàn)了肌肉的力-速度曲線(xiàn)(圖3),即在一定的范圍內(nèi),肌肉收縮產(chǎn)生的張力和速度大致呈反比關(guān)系;當(dāng)后負(fù)荷增加到某一數(shù)值時(shí),張力可達(dá)到最大,但收縮速度為零,肌肉只能作等長(zhǎng)收縮;當(dāng)后負(fù)荷為零時(shí),張力在理論上為零,肌肉收縮速度達(dá)到最大。肌肉收縮的張力-速度關(guān)系提示,要獲得收縮的較大速度,負(fù)荷必須相應(yīng)減少;要克服較大阻力,即產(chǎn)生較大的張力,收縮速度必須緩慢。肌肉爆發(fā)力,即收縮的功率等于收縮力與收縮速度的乘積。當(dāng)載荷為零或很小,或載荷很大時(shí),肌肉功率很小;當(dāng)收縮速度達(dá)到一定程度時(shí)(相當(dāng)于最大收縮速度的1/3),載荷也達(dá)到一定程度時(shí)(相當(dāng)于最大載荷的50%),收縮力和收縮速度的乘積最大,即肌肉做功的功率最大。Hill模型雖然是在離體肌肉標(biāo)本上做的,但是已經(jīng)證實(shí)它在實(shí)際體育動(dòng)作中是有效的,當(dāng)然在復(fù)雜動(dòng)作中幾塊肌肉群之間的相互關(guān)系的曲線(xiàn)形狀會(huì)有些變化。力-速度關(guān)系形狀強(qiáng)烈地取決于肌肉中肌纖維的類(lèi)型,雖然慢肌纖維和快肌纖維的每單位橫斷面積的力大致是相同的,但是最大縮短速度因纖維類(lèi)型不同而不同(圖4)。因此當(dāng)縮短速度一定時(shí),快肌纖維占優(yōu)勢(shì)的肌肉要比慢肌纖維占優(yōu)勢(shì)的肌肉產(chǎn)生更大的力。不同的負(fù)荷對(duì)改變力-速度曲線(xiàn)的效果不同。大負(fù)荷慢速訓(xùn)練使力-速曲線(xiàn)左部上移,小負(fù)荷快速訓(xùn)練使力-速曲線(xiàn)右部上移。在實(shí)際訓(xùn)練中常用最大速度30%左右的負(fù)荷或最大力量50%左右的負(fù)荷來(lái)控制爆發(fā)力訓(xùn)練的強(qiáng)度。這是指導(dǎo)爆發(fā)力訓(xùn)練的重要參考依據(jù)。由于速度的測(cè)試相對(duì)復(fù)雜,往往需要專(zhuān)業(yè)的設(shè)備及人員,在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中人們更多地使用最大力量50%左右的負(fù)荷來(lái)控制爆發(fā)力訓(xùn)練的強(qiáng)度。3肌肉刺激器的作用機(jī)制3.1離心力量訓(xùn)練的概念肌肉在收縮產(chǎn)生張力的同時(shí)被拉長(zhǎng)的收縮稱(chēng)為離心收縮,即肌肉做退讓工作(圖5)。離心力量是指肌肉在退讓工作中表現(xiàn)出來(lái)的力量,離心力量可以通過(guò)肌肉離心收縮訓(xùn)練來(lái)提高,離心力量訓(xùn)練又稱(chēng)退讓性力量訓(xùn)練。肌肉的離心力量越大,對(duì)退讓工作的控制力就越強(qiáng)。3.2離心力量訓(xùn)練的作用在人體的各種運(yùn)動(dòng)當(dāng)中,離心運(yùn)動(dòng)是一種普遍存在,且非常關(guān)鍵的運(yùn)動(dòng)方式。它為每個(gè)跑、跳、投動(dòng)作提供初始姿態(tài)與力量,是每個(gè)動(dòng)作的初始動(dòng)力。隨著人們對(duì)力量訓(xùn)練研究的不斷深入,離心力量的重要性得到普遍認(rèn)可。許多科學(xué)研究證明,離心力量訓(xùn)練在改善運(yùn)動(dòng)成績(jī)、損傷康復(fù)等方面都有著獨(dú)特的優(yōu)越性。離心力量訓(xùn)練可收獲非常顯著的力量增長(zhǎng)的效果,大強(qiáng)度離心收縮力量訓(xùn)練與傳統(tǒng)力量訓(xùn)練配合,能夠促進(jìn)等長(zhǎng)收縮力量的提高,有利于推遲肌肉力量提高過(guò)程中停滯現(xiàn)象的出現(xiàn)。研究指出肌肉離心收縮時(shí)所產(chǎn)生的最大離心力量比最大向心力量大40%左右,退讓性練習(xí)對(duì)神經(jīng)肌肉系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)烈刺激負(fù)荷,可使肌肉力量特別是最大肌肉力量得到明顯增長(zhǎng),向心收縮可發(fā)揮的最大力量小于等長(zhǎng)收縮,離心收縮時(shí)產(chǎn)生的最大力量是3種收縮形式中最高的。Rodgers和Hortobagy的研究都指出,同一肌群的等速離心肌肉收縮力量是向心肌肉收縮的1.4~2倍。也有研究報(bào)道,離心肌肉活動(dòng)時(shí)發(fā)揮的最大力量不會(huì)超過(guò)向心活動(dòng)最大力量的140%左右,用肌肉刺激器對(duì)肌肉進(jìn)行刺激時(shí)可得到與離體肌肉同樣大的力量,可能是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用,以保護(hù)肌肉在緩沖活動(dòng)中免遭撕裂。研究表明,肌肉對(duì)離心力量訓(xùn)練的適應(yīng)可以大大增強(qiáng)對(duì)肌肉的保護(hù)能力,可以減少運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致的肌肉損傷;離心力量訓(xùn)練可使肌肉在承擔(dān)更大負(fù)荷時(shí)更堅(jiān)韌;離心力量訓(xùn)練更有利于促進(jìn)肌肉收縮蛋白的合成,而使肌肉更有力量。離心收縮的上述作用基于以下2種基本的作用機(jī)制:1)傷后的離心力量練習(xí)可影響膠原組織的排列,使其有“極性”,使其傷后的抗?fàn)坷芰?、伸展性、彈性較少受到破壞,最大限度地保持膠原組織的結(jié)構(gòu)與功能。國(guó)內(nèi)外有大量關(guān)于離心性力量練習(xí)與肌腱炎、筋膜炎、拉傷、腱鞘炎、肌肉腱止裝置損傷治療與康復(fù)方面的報(bào)導(dǎo);2)新近的研究表明,肌肉對(duì)離心刺激引起的延遲性肌肉酸痛有良好的適應(yīng)能力。德國(guó)專(zhuān)家認(rèn)為,離心性力量練習(xí)后,在不增加肌肉重量的情況下就能夠明顯改善肌肉力量,這與肌肉內(nèi)結(jié)構(gòu)的適應(yīng)有關(guān)。還有研究發(fā)現(xiàn),延遲性肌肉酸痛發(fā)生后,通過(guò)肌肉活檢并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)肌肉壞死的情況,出現(xiàn)了肌動(dòng)蛋白(Actin)和中間肌絲(Desmin)在局部增多的現(xiàn)象,這是肌動(dòng)蛋白(Actin)和中間肌絲(Desmin)合成和重組的結(jié)果,從而產(chǎn)生新的肌小節(jié)。這表明肌肉對(duì)離心刺激產(chǎn)生的肌肉酸痛的過(guò)程是肌原纖維和骨架蛋白重建的過(guò)程,是肌肉主動(dòng)的、適應(yīng)的表現(xiàn)。因此,定期地、有目的地安排離心性力量練習(xí),也是有效預(yù)防肌肉酸痛的重要手段。近期的研究表明:離心訓(xùn)練獲得的力量與向心收縮所獲得的力量相比,離心收縮訓(xùn)練所獲得的力量不容易退化,可以保持更長(zhǎng)的時(shí)間。3.3離心力量訓(xùn)練的方法根據(jù)離心力量訓(xùn)練時(shí)所采用的負(fù)荷強(qiáng)度不同,把離心力量訓(xùn)練分2種:保護(hù)性離心力量訓(xùn)練和增加肌肉力量的離心力量訓(xùn)練。保護(hù)性離心力量訓(xùn)練是指重量(負(fù)荷)小于本人能夠完成的最大負(fù)荷的保護(hù)性離心力量訓(xùn)練,或重復(fù)前一次同樣或相似負(fù)荷的離心力量訓(xùn)練。實(shí)踐中經(jīng)常用到的所謂“快起慢下”的訓(xùn)練方法,就是典型的保護(hù)性離心練習(xí)方法。完成動(dòng)作過(guò)程中,快起是運(yùn)動(dòng)員能夠自己完成的動(dòng)作,緩慢放下是典型的可控的退讓收縮。進(jìn)行這類(lèi)練習(xí)可提高肌肉的抗?fàn)坷芰?在這類(lèi)練習(xí)后,再次進(jìn)行力量訓(xùn)練時(shí),肌肉的損傷程度大幅減輕,肌肉酸痛的癥狀減輕,而且恢復(fù)速度明顯加快,這種現(xiàn)象被稱(chēng)為重復(fù)效應(yīng)或保護(hù)效應(yīng)(RepeatedBoutEffectorProtectiveEffect或AdaptiveEffect)。增加肌肉力量的離心訓(xùn)練是指離心力量訓(xùn)練時(shí)所采用的負(fù)荷超過(guò)了本人最大向心力量的負(fù)荷?，F(xiàn)有的研究表明,同一肌群的最大離心收縮力量是向心收縮的1.4~2倍,平均在1.5倍左右。這一現(xiàn)象說(shuō)明了一個(gè)基本事實(shí),即肌肉離心收縮可以承擔(dān)比向心收縮更大的負(fù)荷。這種負(fù)荷給肌肉更強(qiáng)烈的刺激,可以使肌肉產(chǎn)生更高水平的適應(yīng),獲得更大力量。用離心力量訓(xùn)練來(lái)發(fā)展最大力量時(shí),必須同時(shí)滿(mǎn)足以下2個(gè)條件:1)離心力量訓(xùn)練的重量應(yīng)當(dāng)超過(guò)向心力量訓(xùn)練的最大負(fù)荷,甚至可以達(dá)到向心負(fù)荷練習(xí)時(shí)的120%~150%;2)完成動(dòng)作的時(shí)間應(yīng)是向心性練習(xí)的1倍以上。如果向心性練習(xí)時(shí)1~2s完成的動(dòng)作,離心性練習(xí)要求2~4s完成。3.4離心力量訓(xùn)練在損傷康復(fù)中的應(yīng)用在實(shí)際的損傷康復(fù)訓(xùn)練中,涉及到離心力量的訓(xùn)練還是比較少的。然而,離心力量訓(xùn)練在損傷康復(fù)中越來(lái)越受到重視,在康復(fù)訓(xùn)練中占有重要的地位?？茖W(xué)研究表明,在損傷康復(fù)中,離心力量訓(xùn)練有著獨(dú)特的