2016, Vol. 40
2. 宁波大学 体育学院，浙江 宁波 315211
2. School of Physical Education, Ningbo University, Ningbo 315211, Zhejiang, China
近年来,在世界职业体育快速发展的引领和推动下,我国竞技领域开始从延长运动寿命和降低运动损伤的角度审视和反思多年来的训练,意识到以往建立在大负荷和高损伤基础上的训练已不能适应当代运动训练的发展。在此背景下,以功能性力量训练为代表的一些新型力量训练方法和手段在我国迅速兴起[1-3],以克服和弥补传统力量训练偏重大肌群、单关节和单维度的缺点和不足,通过多关节、多维度和小肌群的训练达到提高效率和减少损伤的目的。
“非稳定”和“不负重”是功能性力量训练的2个显著特点。尽管各种非稳定条件可以提高神经对肌肉的支配能力(肌内协调)以及肌肉(群)间的协作与配合能力(肌间协调)[1, 4-6],但这种训练形式也在很大程度上限制了高负重的使用,显然不利于力量的发展。由此可见,功能性力量与传统的抗阻力量训练在功能和作用上具有很大的差别,而对此没有定量研究。同时,根据对以往功能性力量研究成果的调研,发现大多数研究成果集中在功能性力量对运动成绩(表现)的影响和作用方面[6-8],即训练方法学的研究,缺少运动生物学基础层面的研究成果。 为此,本文通过肌电测试和运动训练的方法,研究运动员在不同程度的稳定条件下负重深蹲时,躯干和下肢表层肌肉的募集程度以及肌群间的关系变化,研究功能性训练对于运动员身体素质的影响,为当前不稳定条件下的功能性力量训练提供基础理论依据及实践参考。
1 研究对象与方法 1.1 研究对象将宁波大学体育学院19名男子足球运动员作为实验对象,实验过程中有5名受试者因某些原因退出,最终确定14名受试者：平均年龄（20.92±1.53)岁，身高(176.03±4.83) cm,体重(70.76±8.07) kg,训练年限(4±1)年,完成为期8周的实验。所选受试者实验前未剧烈运动,并且无其他运动伤害、失眠、感冒等状况,均自愿参与本实验,并理解实验意图与设计的深蹲动作,积极参与实验。
1.2 实验设备(1) Vicon红外高速三维运动分析系统,8摄像头,采样频率为100 Hz。
(2) 16道Trigno 无线EMG系统(Trigno TM wireless EMG system ,USA),频率4 000 Hz。
(3) CAREN六自由度转动平台。平台可提供摇摆、浪涌、升沉、倾斜、起伏和横摆等6种不稳定条件。
(4) 其他设备有balance air-pad、遥测polar心率仪、酒精棉、秒表、胶带、长卷尺、FMS测试板、高清摄像机等。
1.3 实验设计与流程受试者进行8周、每周3次、每次30~40 min的功能性力量训练,并且通过肌电仪测试运动员训练前后在稳定和非稳定条件下深蹲时躯干和下肢肌肉的变化,同时检测运动员运动损伤、爆发力、协调能力、灵敏性、快速力量以及平衡能力的变化,综合评价功能性力量对身体能力的作用。功能性力量训练实验方案如下:第1阶段,每周3次,分别在每周的一、三、五进行功能性力量训练,每次安排10个训练手段,每次练习时间为20~30次或30 s,间歇时间为30 s,练3组,共训练3周,此阶段为适应期。第2阶段,每周的训练次数、分布时间和训练手段数量均同第1阶段,每次练习时间增加至30~40次或45~60 s,间歇时间为1 min ,练习组数为3组,共训练5周,此阶段为提高期。训练时采用遥测心率表监控运动强度,靶心率控制为130~145次/min(表 1)。
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表 1 功能性力量训练方案 Table 1 Arrangement of functional strength training |
在参照前人实验设计[1-2, 4-5, 9-11]的前提下,选取了腹直肌、阔筋膜张肌、下腰部竖脊肌、右侧臀大肌、左侧臀大肌、臀中肌、股直肌、股二头肌、右侧胫骨前肌和左侧胫骨前肌等10块肌肉进行肌电测试。
本次实验的不稳定条件由CAREN六自由度平台(A、B)和平衡气垫(C)提供,不稳定级别为A<B<C;实验负荷分为徒手和30%RM。在肌电测试前1周对所有受试者进行了最大力量1RM测试[12]。按照Hermens[13]的方法对受试者进行体毛处理、酒精消毒以及黏贴肌电片,为了最大程度地降低干扰因素,采用了统一的深蹲足距[10]、足尖方向[9]和深蹲深度[14]。
1.3.2 FMS 、T- 、六边形跳 、30 m冲刺跑测试FMS测试是由美国的库克[15]在2001年正式提出的,通过7个基本的动作模式筛查受试者的稳定性与灵活性,筛查其身体的薄弱环节和不对称情况。
T-测试前,所有运动员进行准备活动和拉伸活动,进行次最大强度跑步热身[16-17]。测试开始时,运动员站在A点,听到信号后,跑向B点,并用右手触及B圆锥体,在无交叉脚步的情况下,向左侧跑4.6 m,用左手触及C圆锥体,再折向右侧跑9.2 m,用右手触及D点圆锥体。运动员再折向左侧跑4.6 m,并触碰B点圆锥体,再快速后退跑回A点后,停止计时(图 1)。
六边形跳[16]测试前,所有运动员进行准备活动和拉伸活动,进行次最大强度跑步热身,测试开始时,运动员站在六边形中间,边长61 cm。听到开始信号后,运动员按照顺时针,双脚从中心点跳到每个边线外,再跳回中心点(绕3圈共18次),最后运动员回到中心。在整个测试过程中,运动员始终面向同一方向。取3次测试中最好的时间作为成绩,精确到0.1 s。如果运动员落在六边形的边线内,没有超过边线,或失去平衡出现多余的步数,或改变面对的方向,充分休息后,重新测试。 30 m冲刺跑[18]测试前,所有运动员进行准备活动和拉伸活动,进行次最大强度跑步热身,测试开始运动员站立式起跑,以“各就位-预备-跑”为信号,冲过终点时,记下成绩,精确到0.1 s,共测试2次;运动员充分休息后进行第2次测试,取最好成绩。
1.4 数据处理肌电测试数据均导入Delsys EMGworks 4.0 软件,依次进行频率为10~400 Hz的Filter IIR-Band pass处理、Remove Mean处理,以及Absolute Value simple math计算。通过VICON划分出深蹲周期。以S0状态(徒手稳定条件)为基准值,从而计算出其他条件下的RMS相对值[19]。将10块肌肉的肌电RMS数据导入SPSS18.0软件中,进行2(训练前、后)×4(稳定程度S、A、B、C)×2(徒手、负重)的多因素重复测量方差分析。功能性力量训练前后的FMS、T-、六边形跳、30 m冲刺跑测试数据导入SPSS18.0软件进行配对t检验处理。
2 研究结果 2.1 功能性力量训练对于肌肉募集特征的影响结果对肌电RMS数据进行2(训练前、后)×4(稳定程度S、A、B、C)×2(徒手、负重)的多因素重复测量方差分析。结果显示,腹直肌在训练前后、不同稳定程度以及徒手与负重条件下的主效应均不显著,训练与稳定程度具有交互作用,F(3,39)=3.293,P<0.05。经进一步检验分析,训练前非稳定A、C之间差异显著(P<0.05)。下腰部竖脊肌的“负重”因素的主效应显著,F(1,13)=49.305,P<0.001,说明负重与徒手深蹲时具有显著性差异;“稳定”因素的主效应显著,F(3,39)=5.022,P<0.01,经成对比较发现,“稳定程度”S与C、A与C、B和C差异显著(P<0.05);“训练”主效应不显著。阔筋膜张肌效应不显著。右侧臀大肌的“负重”因素的主效应显著,F(1,13)=30.135,P<0.001,说明负重和徒手深蹲时具有显著性差异。左侧臀大肌的“负重”主效应显著,F(1,13)=43.782,P<0.001,说明负重和徒手深蹲时具有显著性差异。臀中肌“负重”主效应显著,F(1,13)=26.811,P<0.001,说明徒手和负重深蹲时具有显著性差异;“训练”和“稳定程度”因素的主效应不显著;训练和负重因素具有交互作用,F(1,13)=6.228,P<0.05,经进一步检验分析,训练前负重和徒手深蹲时差异性显著,P<0.001,训练后负重和徒手差异性显著(P<0.01)。股直肌的“负重”主效应显著,F(1,13)=49.720,P<0.001,说明负重和徒手深蹲时具有显著性差异。股二头肌的“负重”主效应显著,F(1,13)=23.578,P<0.001,说明负重和徒手深蹲时具有显著性差异。右侧胫骨前肌“负重”主效应显著,F(1,13)=8.646,P<0.05,说明负重和徒手深蹲时具有显著性差异;“稳定程度”的主效应显著,F(3,39)=18.295,P<0.001;稳定和负重因素间有交互作用,F(3,39)=2.881,P<0.05。经进一步检验分析,在徒手深蹲时,稳定S0与非稳定C0具有显著性差异,P<0.01；非稳定A0与C0具有显著性差异,P<0.01；非稳定B0和C0具有显著性差异,P<0.01；负重深蹲时,稳定S30和非稳定C30具有显著性差异,P<0.01；非稳定A30和C30具有显著性差异,P<0.05；稳定B30和非稳定C30具有显著性差异,P<0.05。左侧胫骨前肌的“负重”主效应显著,F(1,13)=12.534,P<0.01,说明负重和徒手深蹲时具有显著性差异;“稳定程度”的主效应显著,F(3,39)=13.717,P<0.001。
图 2、图 3是功能性力量训练干预前后在3种非稳定条件下徒手深蹲时的肌电均方根振幅(RMS)的比较。
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图 2 训练前A0、B0和C0条件下徒手深蹲时 各肌肉肌电RMS相对值 Figure 2 RMS relative value of squat under (A0,B0) and (C0) with bodyweight pre-training 注：*表示P<0.05,**表示P<0.01；图 3~图 4、表 2~表 4同此 |
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图 3 训练后在A0、B0和C0条件下徒手深蹲时各肌肉RMS相对值 Figure 3 RMS relative value of squat under (A0,B0) and (C0) with bodyweight post-training |
图 4（a）、（b）所示为功能性力量训练干预前后在3种非稳定条件下负重深蹲时的RMS的比较结果（RMS =Root Mean Square，RA=腹直肌，LLES=下腰部竖脊肌，TFL=阔筋膜张肌，RGma=右臀大肌，LGma=左臀大肌，Gme=臀中肌，RF=股直肌，BF=股二头肌，RTA=右胫骨前肌，LTA=左胫骨前肌，S0=稳定徒手，S30=稳定30%RM负重，A0=徒手不稳 定A级，A30=30%RM负重不稳定A级，B0=徒手不稳定B级，B30=30%RM负重不稳定B级，C0=徒手不稳定C级，C30=30%RM负重不稳定C级）。表 2所示为功能性力量训练前、后在7种条件下深蹲时相对于S0的肌电RMS相对值。
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图 4 训练前、后在S30、A30、B30和C30条件下负重深蹲时各肌肉RMS相对值 Figure 4 RMS relative value of squat under S30,A30,B30 and C30 with 30%RM weight before and after training |
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表 2 功能性力量训练前、后在7种条件下深蹲时相对于S0的肌电RMS相对值 Table 2 The relative value (mean±SD) of RMS of tested muscles under 7 conditions before and after functional training (n=14) |
经配对t检验,功能性力量训练前后,运动员的功能动作筛查(FMS)测试总分提高了1.9分(P<0.01),躯干旋转稳定性提高了0.7分(P<0.01),前后分腿蹲提高了0.3分(P<0.05),均有显著性差异,说明功能性力量训练后运动员身体的平衡与控制能力提高,基本的功能动作质量提升。从表 3可以看出,虽然其他子项在训练后有一定程度的提高(深蹲、过栏架、直膝抬腿和躯干稳定性俯卧撑分别提高了0.4、0.3、0.1和0.20),但不具有显著性差异,肩关节灵活性在训练前后无变化。由表 4可见,在功能性力量训练后T-测试(P<0.01)、六边形跳测试(P<0.01)、30 m冲刺跑测试显著提高(P<0.05),说明功能性力量训练能提高运动员的灵敏性、协调性和速度能力。
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表 3 受试者训练前后FMS测试成绩 Table 3 Score of functional movement screen(FMS) |
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表 4 受试者训练前后素质能力测试结果 Table 4 Score of physical performance test |
功能性力量训练前,在不稳定条件下的徒手深蹲与稳定相比较,从表 2中可以发现,除了在平衡气垫(C0)条件下深蹲时,下腰部竖脊肌(LLES)、右侧胫骨前肌(RTA)、左侧胫骨前肌(LTA)分别出现19%、35%、37%的下降(P<0.01)外,尽管其他参与活动的肌肉RMS出现增长或下降,但不具有显著性差异,这表明在徒手深蹲时,A、B级不稳定条件对于所测表层肌肉的募集影响不大。在功能性力量训练后,由表 2可见,除了在平衡气垫(C0)条件下深蹲时,右侧胫骨前肌(RTA)出现35%的下降(P<0.01)外,其余测试肌肉均无显著性差异(P>0.05)。功能性力量训练之后,与训练前相比,在不稳定条件下徒手深蹲时,参与活动的肌肉变化减少,说明不稳定条件的刺激程度对于功能性力量训练之后的运动员来说降低了,即运动员的稳定能力提高了。这说明功能性力量训练中的非稳定条件,在某种程度上能改变肌群间的协作关系,那些在稳定条件下没有被激活的深层小肌群,可能在不稳定的刺激下被动员以维持身体平衡[5],拮抗肌群同时也加大兴奋程度,因此表层的主动肌(群)出现相应下降,形成新的肌肉发力组合关系。
以上结果显示,在非稳定条件下的徒手训练,也许能动员那些在稳定条件下参与程度低的深层小肌肉,但对于表层的主动肌(群)的募集影响不显著。
3.1.2 训练前、后在稳定与非稳定条件下负重深蹲时肌肉活动特征在功能性力量训练前,在稳定条件下负重与徒手深蹲时相比发现,在S30、A30和B30状态下,下腰部竖脊肌(LLES)、右侧臀大肌(RGma)、左侧臀大肌(LGma)、臀中肌(Gme)、股直肌(RF)和股二头肌(BF)的RMS提高幅度较大,且均具有显著性差异(P<0.05),在C30状态下深蹲时,除了腹直肌(RA)、阔筋膜张肌(TFL)无显著性变化外,右侧胫骨前肌(RTA)、左侧胫骨前肌(LTA)分别出现了26%和37%的下降,其余6块肌肉的RMS比值均出现不同程度的增长（表 2）。这表明30 %RM的负重刺激明显增强了绝大部分参与活动肌肉的收缩力量。在功能性力量训练后,在稳定条件下负重与徒手深蹲时相比时,在S30、A30、B30和C30状态下,右侧臀大肌(RGma)、股直肌(RF)和股二头肌(BF)均出现了显著性提高(P<0.05)。除此之外,在S30时,左侧臀大肌(LGma)和臀中肌(Gme)也均出现了61%的显著性提高(P<0.05),在A30时,臀中肌(Gme)也出现了75%的显著性提高(P<0.01)；在B30时,下腰部竖脊肌(LLES)提高了47%(P<0.01)、右侧胫骨前肌(RTA)下降了21%(P<0.01),左侧胫骨前肌(LTA)下降了19%(P<0.05)；在C30时,下腰部竖脊肌(LLES)提高了34%(P<0.01),右侧胫骨前肌(RTA)下降了43%(P<0.01)。
从上述测试结果可以发现,“负重”明显提高了表层肌肉的募集程度。根据募集定律[13],肌肉的运动单位会随着运动强度的提高而依次得到募集,因此在负重深蹲的肌肉募集程度高于徒手。然而,当肌肉的工作条件从稳定转成非稳定时,人体为了克服非稳定这一刺激所带来的影响,会动员新的肌肉(群),例如深层的小肌肉(群)参与运动,同时增强拮抗肌和辅助肌募集,此时主动肌为了适应深层小肌群、拮抗肌和辅助肌形成新的肌肉组合关系而降低兴奋性,从而出现了“短板”效应,即在神经支配下以薄弱肌(群)为上限的力量效果。因此,在长期的不稳定条件下的徒手力量训练会导致表层大肌肉(主动肌)力量的下降,故在今后的力量训练中,要将“不稳定条件”与“负重”相结合,在不断提高神经对肌肉支配能力、人体维稳能力的同时,增强表层大肌肉群的力量。
3.1.3 训练前、后在不同非稳定条件下徒手与负重深蹲时肌肉活动特征在功能性力量训练前,在CAREN 平台提供的非稳定(A0、B0)和平衡气垫(C0)条件下徒手深蹲以及在CAREN 平台(S30、A30、B30)和平衡气垫(C30)条件下负重深蹲时,除了腹直肌(RA)、右侧胫骨前肌(RTA)和左侧胫骨前肌(LTA)有显著性差异(P<0.05)外,大多数测试肌肉在A、B、C状态之间徒手和负重深蹲时无显著性差异(P>0.05)。这说明“非稳定”条件对于表层肌肉的募集程度无显著性影响。功能性力量训练后,在CAREN 平台非稳定(A0、B0)和平衡气垫(C0)条件下徒手深蹲时右侧臀大肌(RGma)、左侧臀大肌(LGma)、右侧胫骨前肌(RTA)、左侧胫骨前肌(LTA)出现显著性差异(P<0.05)。在CAREN 平台(S30、A30、B30)和平衡气垫(C30)条件下负重深蹲时,下腰部竖脊肌(LLES)、臀中肌(Gme)、股直肌(RF)、右侧胫骨前肌(RTA)、左侧胫骨前肌(LTA)出现显著性差异。臀大肌是近年备受关注的一块肌肉,尤其是在国家体育总局引入功能性力量训练之后,更加强调臀肌的发力。在本研究中,臀大肌在稳定和非稳定、负重和非负重的多种条件下均表现出明显的作用,尤其是在负重条件下的C30不稳定深蹲过程中,该肌肉的相对RMS相对值出现极为明显的增加,表明该肌对身体克服负重干扰具有非常重要的作用。
3.2 功能性力量训练对于FMS测试、素质能力测试的影响经配对t检验,在进行2个月的功能性力量训练之后,运动员的功能动作筛查(FMS)测试总分提高了1.9分(P<0.01),躯干旋转稳定性提高了0.7分(P<0.01),前后分腿蹲提高了0.3分(P<0.05),均有显著性差异。从表 3可以看出,虽然其他子项在训练后有一定程度的提高(深蹲、过栏架、直膝抬腿和躯干稳定性俯卧撑分别提高了0.4、0.3、0.1和0.20),但不具有显著性差异。需要指出的是,在本次测试中,肩关节灵活性在训练前后无变化。
在实验前、后对受试者的素质能力(灵敏性、协调性和速度)分别进行了T-、六边形跳、30 m冲刺跑测试,表 4是功能性力量训练前后3项能力测试结果。对3种素质能力进行t检验分析发现,功能性力量训练能显著提高运动员的灵敏性、协调性和速度能力。
功能性力量训练之后,运动员的功能动作筛查(FMS)测试总分提高了1.9分(P<0.01),躯干旋转稳定性提高了0.7分(P<0.01),前后分腿蹲提高了0.3分(P<0.05),均有显著性差异。虽然其他子项在训练后有一定程度的提高(深蹲、过栏架、直膝抬腿和躯干稳定性俯卧撑分别提高了0.4、0.3、0.1和0.20),但不具有显著性差异(P<0.01),肩关节灵活性在训练前后无变化。
功能动作筛查(FMS)从筛查人体最基本的运动能力角度出发,评估人体动作的灵活性、稳定性和对称性,筛查不易发现的代偿性动作和慢性损伤[15, 17-20]。
前后分腿蹲动作模式能够评价股直肌的柔韧性以及髋、膝、踝关节的稳定性与灵活性[18]。在功能性力量训练前的测试中受试者出现了身体晃动以及躯干前倾等现象,这说明功能性力量训练前受试者的髋关节灵活性、躯干部力量与稳定能力较差,导致动作代偿从而出现了身体的晃动[18]。在8周的功能性力量训练之后,前后分腿蹲动作模式测试成绩明显提高(P<0.05),膝关节不稳定以及躯干部位前倾现象减弱,说明功能性力量训练有利于提高股四头肌柔韧性、髋关节灵活性、躯干部力量与稳定能力,对于高质量的功能动作具有重要作用。
躯干旋转稳定动作模式用于测量躯干的平衡稳定性[18]。在功能性力量训练前,运动员在测试时,躯干部位出现晃动、肘膝相碰受限等现象,这表明在功能性力量训练前运动员的躯干缺乏稳定性;膝部、髋部、脊柱和肩部灵活性受限,在8周的功能性力量训练之后,运动员的躯干旋转稳定动作模式成绩明显提高(P<0.01),躯干部稳定性和平衡能力提高,肘膝相碰活动动作质量亦有显著提高,身体晃动和身体失衡现象减少。
在实验前后对受试者的素质能力(灵敏性、协调性和速度)分别进行了T-、六边形跳、30 m冲刺跑测试。对3种素质能力进行t检验分析发现,在功能性力量训练后T-、六边形跳、30 m冲刺跑测试成绩显著提高,说明功能性力量训练能提高运动员的灵敏性、协调性和速度。
与功能性力量训练前相比,训练后,运动员的速度显著提高(P<0.05)。这说明功能性力量训练对速度能力提高产生明显影响,在“不稳定”刺激下,神经对肌肉的支配与协调能力会不断提高[1, 5-6]。良好的功能性稳定性对于跑动时的速度也具有一定影响,不稳定条件下的功能性力量训练强调功能性区肌肉力量的训练,以及人体的平衡能力,特别是维持稳定的深层小肌肉群力量的提高；因此,功能性力量训练对运动员的速度能力提高具有显著影响。
灵敏性是指人体快速准确地做出动作、改变肢体方向以及快速做出随机应变的机体能力。本研究选取了T-测试和六边形障碍跳作为灵敏性测试项目。
T-测试和六边形障碍跳主要反映受试者的急转急停和快速变换动作与方向的能力。在功能性力量训练后,成绩显著性提高(P<0.05)。有研究[6, 15-16]表明,不稳定条件下的功能性力量训练有利于提高神经肌肉系统的募集能力和控制能力,运动员神经支配肌肉的能力提高,从而促进灵敏性增强。功能性对提高快速变化身体姿势、快速变换动作方向、准确协调完成动作具有显著影响,从而促进灵敏素质的提升。
非稳定条件下的训练是功能性力量训练受到高度关注的问题,因此,在当下功能性力量训练中,应正确认识肌肉力量提高与肌肉关系改善对机体环节稳定性的不同作用,根据专项需求和运动员的具体情况,合理选择稳定与非稳定、徒手与负重等不同的训练方法。
4 结束语功能性力量训练前后,无论是在稳定还是非稳定条件下,徒手深蹲时未造成肌肉募集程度的变化,然而“负重”显著提高了表层肌肉的募集程度。因此,在不稳定条件下的功能性力量训练时,应注意“负重”因素对于发展表层肌肉力量的影响。
功能性力量训练后,运动员的FMS、T-、六边形跳和30 m冲刺跑测试成绩均得到显著提高(P<0.05或P<0.01),表明功能性力量训练能够显著地提高运动员的功能动作质量、灵敏性、协调性和速度能力。
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