動力性力量訓(xùn)練的肌肉生物力學(xué)分析

動力性力量訓(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)介紹了最常見的力量教育方法。換句話說，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)練進行詳細(xì)地介紹。1靜力性力量訓(xùn)練對肌肉和關(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,肢體靜止不動或不發(fā)生明顯的位移;肌肉長度也不發(fā)生變化,卻處于緊張用力狀態(tài)。在運動實踐中常分成對抗靜力練習(xí)和負(fù)重靜力練習(xí)2類。研究發(fā)現(xiàn)靜力性力量訓(xùn)練有如下優(yōu)點: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)可使肌肉相對保持較長時間的最大用力,從而可對任何肌群都產(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,可以準(zhǔn)確地體會某個動作的技術(shù);4)方法省時、省地方,且所需器械及方法簡單,可在較短的時間導(dǎo)致能量儲備的耗盡(圖1)。靜力性力量訓(xùn)練有獨到的功能,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,對動作速度有所影響,對改善神經(jīng)肌肉的協(xié)調(diào)性效果不明顯。研究表明,如果訓(xùn)練強度合適,動力性力量可以對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。靜力性訓(xùn)練的另一個缺點是容易產(chǎn)生血壓的急劇升高。在大強度靜力性訓(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,青少年不宜使用;如果過多采用或運用不當(dāng),可能會產(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)象稱為“林加爾德”現(xiàn)象)。這對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)或體育項目、康復(fù)訓(xùn)練中有一定應(yīng)用價值,關(guān)鍵是正確使用,適當(dāng)控制風(fēng)險。1.2靜力性力量訓(xùn)練對肌肉的影響靜力練習(xí)與動力練習(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,對于運動損傷的預(yù)防有獨到之處;同時,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動能力明顯提高。在進行靜力性力量練習(xí)時應(yīng)注意的是,靜力力量練習(xí)的強度不同,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)周圍局部小肌群的力量,增加局部的穩(wěn)定性,練習(xí)時主要是單關(guān)節(jié)或局部肌肉參與活動。負(fù)荷較大的靜力練習(xí)主要動員快肌(表淺、體積大、纖維長)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)時多關(guān)節(jié)參與活動。所以應(yīng)根據(jù)運動員的具體需求、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)是肢體靜止不動或不發(fā)生明顯的位移、肌肉處于緊張用力狀態(tài)但長度不發(fā)生變化的一類練習(xí),而不是哪一個具體的身體部位特有的訓(xùn)練方法,換句話說,靜力性力量練習(xí)可以運用在所有的身體部位,比如,踝、膝、髖、核心區(qū)、肩、頸、肘、腕等多個關(guān)節(jié),并在多種方向上、多個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)練總量的測量2.1動力性力量訓(xùn)練的概念動力性力量訓(xùn)練是相對靜力性力量訓(xùn)練而言的,在克服阻力做功時,肢體靠近,發(fā)生明顯的位移,肌肉長度也在不斷變化。為了與離心力量訓(xùn)練等其他訓(xùn)練方法區(qū)分開來,本次文章中的動力性力量訓(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)與運動周期、運動員的年齡、力量訓(xùn)練基礎(chǔ)等因素密切結(jié)合。基礎(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)展專項所需要的力量素質(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)練的總量較大而強度低,越接近比賽時力量訓(xùn)練的強度越高、總量越低;在基礎(chǔ)力量訓(xùn)練階段,訓(xùn)練的總量比訓(xùn)練的強度更重要。訓(xùn)練總量對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)荷強度進行力量練習(xí),是增加肌肉體積最適合的練習(xí)。其優(yōu)點是在增加力量的同時也增大了肌肉體積,這對提高絕對力量及機體的相對力量十分重要。根據(jù)美國力量訓(xùn)練專家的建議,初級水平運動員的周訓(xùn)練總量,重復(fù)次數(shù)約為250次;中級水平運動員的周訓(xùn)練總量,重復(fù)次數(shù)約為300次;高級水平運動員的周訓(xùn)練總量,重復(fù)次數(shù)約為350次。如果用日訓(xùn)練量來衡量,初級水平運動員的日訓(xùn)練量在50次以下;中級水平運動員的日訓(xùn)練量約為60~100次;高級水平運動員的日訓(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)對肌肉的支配能力首先表現(xiàn)在肌纖維的類型上,根據(jù)肌纖維的收縮與抗疲勞特征分為3種類型: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。其主要特點是具有一定的可塑性,如果對它加以快速力量的訓(xùn)練,它就會向快肌轉(zhuǎn)化;反之,如果進行一些低負(fù)荷或耐力訓(xùn)練,它就會逐漸向慢肌轉(zhuǎn)化。肌纖維的這一雙向“可塑性”對力量訓(xùn)練提出了更高的要求。研究發(fā)現(xiàn),力量訓(xùn)練中對神經(jīng)支配能力的改善主要作用在以下幾點:提高運動神經(jīng)元的放電頻率;提高主動肌與對抗肌、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)荷強度比較大,通常為1~5RM。其優(yōu)點是不明顯增加肌肉體積而增加肌肉力量,這對絕大多數(shù)運動項目而言是極為重要的。有關(guān)研究證明:大強度的力量訓(xùn)練主要是通過提高神經(jīng)沖動的強度,動員更多的快肌纖維參加工作來完成的。此種訓(xùn)練方法前提條件和注意事項包括: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;常年堅持力量訓(xùn)練,沒有中斷;在機能狀況良好的前提下進行。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”強調(diào)了力和速度的含義。Hill發(fā)現(xiàn)了肌肉的力-速度曲線(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,張力可達(dá)到最大,但收縮速度為零,肌肉只能作等長收縮;當(dāng)后負(fù)荷為零時,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,肌肉功率很小;當(dāng)收縮速度達(dá)到一定程度時(相當(dāng)于最大收縮速度的1/3),載荷也達(dá)到一定程度時(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)證實它在實際體育動作中是有效的,當(dāng)然在復(fù)雜動作中幾塊肌肉群之間的相互關(guān)系的曲線形狀會有些變化。力-速度關(guān)系形狀強烈地取決于肌肉中肌纖維的類型,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型不同而不同(圖4)。因此當(dāng)縮短速度一定時,快肌纖維占優(yōu)勢的肌肉要比慢肌纖維占優(yōu)勢的肌肉產(chǎn)生更大的力。不同的負(fù)荷對改變力-速度曲線的效果不同。大負(fù)荷慢速訓(xùn)練使力-速曲線左部上移,小負(fù)荷快速訓(xùn)練使力-速曲線右部上移。在實際訓(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)荷來控制爆發(fā)力訓(xùn)練的強度。這是指導(dǎo)爆發(fā)力訓(xùn)練的重要參考依據(jù)。由于速度的測試相對復(fù)雜,往往需要專業(yè)的設(shè)備及人員,在運動訓(xùn)練中人們更多地使用最大力量50%左右的負(fù)荷來控制爆發(fā)力訓(xùn)練的強度。3肌肉刺激器的作用機制3.1離心力量訓(xùn)練的概念肌肉在收縮產(chǎn)生張力的同時被拉長的收縮稱為離心收縮,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)出來的力量,離心力量可以通過肌肉離心收縮訓(xùn)練來提高,離心力量訓(xùn)練又稱退讓性力量訓(xùn)練。肌肉的離心力量越大,對退讓工作的控制力就越強。3.2離心力量訓(xùn)練的作用在人體的各種運動當(dāng)中,離心運動是一種普遍存在,且非常關(guān)鍵的運動方式。它為每個跑、跳、投動作提供初始姿態(tài)與力量,是每個動作的初始動力。隨著人們對力量訓(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)練在改善運動成績、損傷康復(fù)等方面都有著獨特的優(yōu)越性。離心力量訓(xùn)練可收獲非常顯著的力量增長的效果,大強度離心收縮力量訓(xùn)練與傳統(tǒng)力量訓(xùn)練配合,能夠促進等長收縮力量的提高,有利于推遲肌肉力量提高過程中停滯現(xiàn)象的出現(xiàn)。研究指出肌肉離心收縮時所產(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)對神經(jīng)肌肉系統(tǒng)產(chǎn)生強烈刺激負(fù)荷,可使肌肉力量特別是最大肌肉力量得到明顯增長,向心收縮可發(fā)揮的最大力量小于等長收縮,離心收縮時產(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。也有研究報道,離心肌肉活動時發(fā)揮的最大力量不會超過向心活動最大力量的140%左右,用肌肉刺激器對肌肉進行刺激時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,以保護肌肉在緩沖活動中免遭撕裂。研究表明,肌肉對離心力量訓(xùn)練的適應(yīng)可以大大增強對肌肉的保護能力,可以減少運動所導(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)荷時更堅韌;離心力量訓(xùn)練更有利于促進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Α⑸煺剐?、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)方面的報導(dǎo);2)新近的研究表明,肌肉對離心刺激引起的延遲性肌肉酸痛有良好的適應(yīng)能力。德國專家認(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,通過肌肉活檢并沒有發(fā)現(xiàn)肌肉壞死的情況,出現(xiàn)了肌動蛋白(Actin)和中間肌絲(Desmin)在局部增多的現(xiàn)象,這是肌動蛋白(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)。這表明肌肉對離心刺激產(chǎn)生的肌肉酸痛的過程是肌原纖維和骨架蛋白重建的過程,是肌肉主動的、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,可以保持更長的時間。3.3離心力量訓(xùn)練的方法根據(jù)離心力量訓(xùn)練時所采用的負(fù)荷強度不同,把離心力量訓(xùn)練分2種:保護性離心力量訓(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,就是典型的保護性離心練習(xí)方法。完成動作過程中,快起是運動員能夠自己完成的動作,緩慢放下是典型的可控的退讓收縮。進行這類練習(xí)可提高肌肉的抗?fàn)坷芰?在這類練習(xí)后,再次進行力量訓(xùn)練時,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)象被稱為重復(fù)效應(yīng)或保護效應(yīng)(RepeatedBoutEffectorProtectiveEffect或AdaptiveEffect)。增加肌肉力量的離心訓(xùn)練是指離心力量訓(xùn)練時所采用的負(fù)荷超過了本人最大向心力量的負(fù)荷。現(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)象說明了一個基本事實,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)練來發(fā)展最大力量時,必須同時滿足以下2個條件:1)離心力量訓(xùn)練的重量應(yīng)當(dāng)超過向心力量訓(xùn)練的最大負(fù)荷,甚至可以達(dá)到向心負(fù)荷練習(xí)時的120%~150%;2)完成動作的時間應(yīng)是向心性練習(xí)的1倍以上。如果向心性練習(xí)時1~2s完成的動作,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)練有著獨特的