动力性力量训练的肌肉生物力学分析

动力性力量训练的肌肉生物力学分析

在上一篇文章的上一篇文章中，详细介绍了最常见的力量教育方法。换句话说，自由和重型培训。在本次的文章中,我们将就力量训练中常见的另外几种方法,包括静力性训练、向心性力量训练和离心力量训练进行详细地介绍。1静力性力量训练对肌肉和关节的影响1.1静力性力量训练的概念静力性力量训练时,肢体静止不动或不发生明显的位移;肌肉长度也不发生变化,却处于紧张用力状态。在运动实践中常分成对抗静力练习和负重静力练习2类。研究发现静力性力量训练有如下优点:1)能有效地发展静力最大力量、静力耐力和提高肌肉的张力;2)可使肌肉相对保持较长时间的最大用力,从而可对任何肌群都产生训练作用;3)可以有选择地训练某些肌群,当局部肌肉处于静力紧张状态时,可以准确地体会某个动作的技术;4)方法省时、省地方,且所需器械及方法简单,可在较短的时间导致能量储备的耗尽(图1)。静力性力量训练有独到的功能,但不是发展力量、发展肌肉收缩速度的主要手段。静力性力量训练的局限性也十分明显。静力性力量训练虽然能增加肌肉力量,但训练所获得的力量只在某一特定的关节角度起作用,一旦关节的角度改变,力量会迅速减弱,因此静力性力量训练不能使肌肉和关节达到最大幅度的伸展和收缩,对动作速度有所影响,对改善神经肌肉的协调性效果不明显。研究表明,如果训练强度合适,动力性力量可以对肌肉的柔韧性和灵活性产生积极的影响,这是静力性力量训练所不具备的特点。静力性训练的另一个缺点是容易产生血压的急剧升高。在大强度静力性训练中,由于血液循环条件不良和憋气等情况易引起血压升高,可能出现危险,青少年不宜使用;如果过多采用或运用不当,可能会产生“林加尔德”现象(丹麦生理学家林加尔德首先发现在静止用力练习时呼吸和循环功能变化远不及结束后明显,这一生理现象称为“林加尔德”现象)。这对有心血管疾患的练习者而言是十分不利的。心血管疾患练习者的血压急剧升高,可能会导致其发生心血管意外,必须予以注意。静力性力量训练在一些肌肉关节伸展收缩要求不大的力量练习或体育项目、康复训练中有一定应用价值,关键是正确使用,适当控制风险。1.2静力性力量训练对肌肉的影响静力练习与动力练习相比,能更有效地提高肌肉的张力,改善神经肌肉控制,在相对不疲劳的情况下提高肌肉力量。静力练习可以用在全身各个关节和部位。有关研究表明,静力性力量训练可提高关节的稳定性,对于运动损伤的预防有独到之处;同时,静力性力量训练是受伤后恢复阶段早期重要的康复手段,有改善神经肌肉控制、提高募集能力、抑制肌肉萎缩的作用。Tsigkanos等的研究发现,静力性力量训练有助于在不增加肌肉痉挛程度的情况下增强下肢肌肉的力量。静力性力量训练可以使肌肉的功能性运动能力明显提高。在进行静力性力量练习时应注意的是,静力力量练习的强度不同,锻炼的效果也就不同。中小负荷的静力练习主要是动员慢肌(深层、小肌群、短纤维)参与工作,主要目的是提高关节周围局部小肌群的力量,增加局部的稳定性,练习时主要是单关节或局部肌肉参与活动。负荷较大的静力练习主要动员快肌(表浅、体积大、纤维长)参与工作,其目的主要是提高整体稳定力量,改善整体稳定功能;练习时多关节参与活动。所以应根据运动员的具体需求、身体条件、不同的练习目的,选择不同的身体部位和负荷强度,以便达到最佳的练习效果。特别需要指出的是静力性力量练习是肢体静止不动或不发生明显的位移、肌肉处于紧张用力状态但长度不发生变化的一类练习,而不是哪一个具体的身体部位特有的训练方法,换句话说,静力性力量练习可以运用在所有的身体部位,比如,踝、膝、髋、核心区、肩、颈、肘、腕等多个关节,并在多种方向上、多个维度上改善或提高局部关节的稳定性(图2)。2周训练总量的测量2.1动力性力量训练的概念动力性力量训练是相对静力性力量训练而言的,在克服阻力做功时,肢体靠近,发生明显的位移,肌肉长度也在不断变化。为了与离心力量训练等其他训练方法区分开来,本次文章中的动力性力量训练所指为向心性力量练习方法,根据其训练目的不同可分为基础力量练习、增大肌肉体积的练习,改善神经支配能力的练习,改善爆发力的练习。2.2基础力量训练基础力量训练安排应与运动周期、运动员的年龄、力量训练基础等因素密切结合。基础力量练习的目的是增加肌肉的横断面、增加肌肉力量。基础力量训练的一般规律是:在适当发展肌肉维度的基础上,发展专项所需要的力量素质,如速度力量、爆发力、力量速度等;在训练周期的准备阶段训练的总量较大而强度低,越接近比赛时力量训练的强度越高、总量越低;在基础力量训练阶段,训练的总量比训练的强度更重要。训练总量对增加肌肉重量有重要作用。有关研究表明,利用8~15RM的负荷强度进行力量练习,是增加肌肉体积最适合的练习。其优点是在增加力量的同时也增大了肌肉体积,这对提高绝对力量及机体的相对力量十分重要。根据美国力量训练专家的建议,初级水平运动员的周训练总量,重复次数约为250次;中级水平运动员的周训练总量,重复次数约为300次;高级水平运动员的周训练总量,重复次数约为350次。如果用日训练量来衡量,初级水平运动员的日训练量在50次以下;中级水平运动员的日训练量约为60~100次;高级水平运动员的日训练量约为100次以上。2.3改善神经支配能力的练习从生理学的角度分析,神经对肌肉的支配能力首先表现在肌纤维的类型上,根据肌纤维的收缩与抗疲劳特征分为3种类型:慢收缩肌纤维、快收缩肌纤维和中间型收缩肌纤维。慢收缩肌纤维收缩速度慢,产生的力量小,然而慢收缩肌纤维有很强的抗疲劳性;快收缩肌纤维收缩速度快,产生的力量大,但容易疲劳;中间型收缩肌纤维是介于快与慢2种肌纤维之间的类型,其收缩速度、收缩力量和抗疲劳性均介于2者之间。其主要特点是具有一定的可塑性,如果对它加以快速力量的训练,它就会向快肌转化;反之,如果进行一些低负荷或耐力训练,它就会逐渐向慢肌转化。肌纤维的这一双向“可塑性”对力量训练提出了更高的要求。研究发现,力量训练中对神经支配能力的改善主要作用在以下几点:提高运动神经元的放电频率;提高主动肌与对抗肌、协同肌、固定肌之间的协调能力,使上述肌肉群在参加工作时能各守其职,协调一致,发挥更大的收缩力量;提高中枢神经系统兴奋性。改善神经支配能力的练习采用的负荷强度比较大,通常为1~5RM。其优点是不明显增加肌肉体积而增加肌肉力量,这对绝大多数运动项目而言是极为重要的。有关研究证明:大强度的力量训练主要是通过提高神经冲动的强度,动员更多的快肌纤维参加工作来完成的。此种训练方法前提条件和注意事项包括:青春期之后,有良好力量训练的基础;已经熟练掌握力量训练的技巧;常年坚持力量训练,没有中断;在机能状况良好的前提下进行。2.4改善爆发力的练习爆发力的英文单词是Power。Power的原意是功率。爆发力是力(Force)×速度(Speed)的乘积。中文“爆发力”强调了力和速度的含义。Hill发现了肌肉的力-速度曲线(图3),即在一定的范围内,肌肉收缩产生的张力和速度大致呈反比关系;当后负荷增加到某一数值时,张力可达到最大,但收缩速度为零,肌肉只能作等长收缩;当后负荷为零时,张力在理论上为零,肌肉收缩速度达到最大。肌肉收缩的张力-速度关系提示,要获得收缩的较大速度,负荷必须相应减少;要克服较大阻力,即产生较大的张力,收缩速度必须缓慢。肌肉爆发力,即收缩的功率等于收缩力与收缩速度的乘积。当载荷为零或很小,或载荷很大时,肌肉功率很小;当收缩速度达到一定程度时(相当于最大收缩速度的1/3),载荷也达到一定程度时(相当于最大载荷的50%),收缩力和收缩速度的乘积最大,即肌肉做功的功率最大。Hill模型虽然是在离体肌肉标本上做的,但是已经证实它在实际体育动作中是有效的,当然在复杂动作中几块肌肉群之间的相互关系的曲线形状会有些变化。力-速度关系形状强烈地取决于肌肉中肌纤维的类型,虽然慢肌纤维和快肌纤维的每单位横断面积的力大致是相同的,但是最大缩短速度因纤维类型不同而不同(图4)。因此当缩短速度一定时,快肌纤维占优势的肌肉要比慢肌纤维占优势的肌肉产生更大的力。不同的负荷对改变力-速度曲线的效果不同。大负荷慢速训练使力-速曲线左部上移,小负荷快速训练使力-速曲线右部上移。在实际训练中常用最大速度30%左右的负荷或最大力量50%左右的负荷来控制爆发力训练的强度。这是指导爆发力训练的重要参考依据。由于速度的测试相对复杂,往往需要专业的设备及人员,在运动训练中人们更多地使用最大力量50%左右的负荷来控制爆发力训练的强度。3肌肉刺激器的作用机制3.1离心力量训练的概念肌肉在收缩产生张力的同时被拉长的收缩称为离心收缩,即肌肉做退让工作(图5)。离心力量是指肌肉在退让工作中表现出来的力量,离心力量可以通过肌肉离心收缩训练来提高,离心力量训练又称退让性力量训练。肌肉的离心力量越大,对退让工作的控制力就越强。3.2离心力量训练的作用在人体的各种运动当中,离心运动是一种普遍存在,且非常关键的运动方式。它为每个跑、跳、投动作提供初始姿态与力量,是每个动作的初始动力。随着人们对力量训练研究的不断深入,离心力量的重要性得到普遍认可。许多科学研究证明,离心力量训练在改善运动成绩、损伤康复等方面都有着独特的优越性。离心力量训练可收获非常显著的力量增长的效果,大强度离心收缩力量训练与传统力量训练配合,能够促进等长收缩力量的提高,有利于推迟肌肉力量提高过程中停滞现象的出现。研究指出肌肉离心收缩时所产生的最大离心力量比最大向心力量大40%左右,退让性练习对神经肌肉系统产生强烈刺激负荷,可使肌肉力量特别是最大肌肉力量得到明显增长,向心收缩可发挥的最大力量小于等长收缩,离心收缩时产生的最大力量是3种收缩形式中最高的。Rodgers和Hortobagy的研究都指出,同一肌群的等速离心肌肉收缩力量是向心肌肉收缩的1.4~2倍。也有研究报道,离心肌肉活动时发挥的最大力量不会超过向心活动最大力量的140%左右,用肌肉刺激器对肌肉进行刺激时可得到与离体肌肉同样大的力量,可能是中枢神经系统的作用,以保护肌肉在缓冲活动中免遭撕裂。研究表明,肌肉对离心力量训练的适应可以大大增强对肌肉的保护能力,可以减少运动所导致的肌肉损伤;离心力量训练可使肌肉在承担更大负荷时更坚韧;离心力量训练更有利于促进肌肉收缩蛋白的合成,而使肌肉更有力量。离心收缩的上述作用基于以下2种基本的作用机制:1)伤后的离心力量练习可影响胶原组织的排列,使其有“极性”,使其伤后的抗牵拉能力、伸展性、弹性较少受到破坏,最大限度地保持胶原组织的结构与功能。国内外有大量关于离心性力量练习与肌腱炎、筋膜炎、拉伤、腱鞘炎、肌肉腱止装置损伤治疗与康复方面的报导;2)新近的研究表明,肌肉对离心刺激引起的延迟性肌肉酸痛有良好的适应能力。德国专家认为,离心性力量练习后,在不增加肌肉重量的情况下就能够明显改善肌肉力量,这与肌肉内结构的适应有关。还有研究发现,延迟性肌肉酸痛发生后,通过肌肉活检并没有发现肌肉坏死的情况,出现了肌动蛋白(Actin)和中间肌丝(Desmin)在局部增多的现象,这是肌动蛋白(Actin)和中间肌丝(Desmin)合成和重组的结果,从而产生新的肌小节。这表明肌肉对离心刺激产生的肌肉酸痛的过程是肌原纤维和骨架蛋白重建的过程,是肌肉主动的、适应的表现。因此,定期地、有目的地安排离心性力量练习,也是有效预防肌肉酸痛的重要手段。近期的研究表明:离心训练获得的力量与向心收缩所获得的力量相比,离心收缩训练所获得的力量不容易退化,可以保持更长的时间。3.3离心力量训练的方法根据离心力量训练时所采用的负荷强度不同,把离心力量训练分2种:保护性离心力量训练和增加肌肉力量的离心力量训练。保护性离心力量训练是指重量(负荷)小于本人能够完成的最大负荷的保护性离心力量训练,或重复前一次同样或相似负荷的离心力量训练。实践中经常用到的所谓“快起慢下”的训练方法,就是典型的保护性离心练习方法。完成动作过程中,快起是运动员能够自己完成的动作,缓慢放下是典型的可控的退让收缩。进行这类练习可提高肌肉的抗牵拉能力,在这类练习后,再次进行力量训练时,肌肉的损伤程度大幅减轻,肌肉酸痛的症状减轻,而且恢复速度明显加快,这种现象被称为重复效应或保护效应(RepeatedBoutEffectorProtectiveEffect或AdaptiveEffect)。增加肌肉力量的离心训练是指离心力量训练时所采用的负荷超过了本人最大向心力量的负荷。现有的研究表明,同一肌群的最大离心收缩力量是向心收缩的1.4~2倍,平均在1.5倍左右。这一现象说明了一个基本事实,即肌肉离心收缩可以承担比向心收缩更大的负荷。这种负荷给肌肉更强烈的刺激,可以使肌肉产生更高水平的适应,获得更大力量。用离心力量训练来发展最大力量时,必须同时满足以下2个条件:1)离心力量训练的重量应当超过向心力量训练的最大负荷,甚至可以达到向心负荷练习时的120%~150%;2)完成动作的时间应是向心性练习的1倍以上。如果向心性练习时1~2s完成的动作,离心性练习要求2~4s完成。3.4离心力量训练在损伤康复中的应用在实际的损伤康复训练中,涉及到离心力量的训练还是比较少的。然而,离心力量训练在损伤康复中越来越受到重视,在康复训练中占有重要的地位。科学研究表明,在损伤康复中,离心力量训练有着独特的