在训练或赛前进行准备活动可以预先动员机体的机能状态,促进运动表现^[1]。拉伸练习是准备活动的常规内容,被认为具有提高关节活动范围、预防运动损伤等作用,且一般可分为静态拉伸、动态拉伸和PNF拉伸(proprioceptive neuro-muscular facilitation stretch)^[2-3]。爆发力是体能素质的重要组成部分,尤其对体能主导类快速力量性和速度性项目运动员的竞技能力起着决定性的影响^[4]。研究证实,静态拉伸对爆发力有即时的负面影响,动态拉伸可即时提高爆发力水平,但有关PNF拉伸对爆发力影响的研究有限,爆发力类运动前是否适合进行PNF拉伸尚无定论^[5]。但有研究认为,PNF牵拉过程中,肌肉主动收缩对抗牵拉,有利于提高肌肉与神经系统的联系,使神经能够募集更多运动单位参与肌肉收缩^[6]。因此,PNF拉伸可能具备提高爆发力的生理特点,爆发力类运动前或许可以进行PNF拉伸。

结合前人的研究成果,本研究提出假设:首先,PNF拉伸可对爆发力产生有利的急性影响,爆发力类运动前可以进行PNF拉伸;其次,若PNF拉伸对爆发力产生负面的急性影响,那么结合动态拉伸进行组合练习也可抵消乃至逆转其负面影响。为了验证假设,本研究采用测力台和肌电仪同步测量的方法,探究受试者分别进行动态拉伸、PNF拉伸以及PNF+动态组合拉伸后的反向纵跳能力(CMJ)以及跳跃过程中下肢不同肌肉的肌电活动状况,了解不同拉伸对下肢爆发力的急性影响特点,为运动员在赛前准备活动中选择合理的拉伸方式提供科学依据。

1 研究对象与方法

1.1 受试者

以动态拉伸、PNF拉伸及PNF+动态组合拉伸对下肢爆发力的急性影响为研究对象,选取北京体育大学体育术科专业的17名男性大学生作为受试者。所有受试者均具备2年以上的力量训练经验,运动等级达二级或三级,半年内无下肢损伤且参与实验期间身体健康,实验当天测试前未从事剧烈运动。

1.2 实验指标及测试设备

CMJ指标:选取纵跳高度(纵跳时双脚最大离地高度)和起跳功率(单位时间内下肢肌肉的最大做功能力)作为CMJ能力的评价指标^[7],并采用Kistler三维测力台获取相应数据。

肌电指标:采用Delsys无线表面肌电测试仪连接测力台,在CMJ测试过程中同步记录受试者优势腿的股直肌、股内侧肌、股外侧肌、股二头肌、腓肠肌内侧头、腓肠肌外侧头和臀大肌的表面肌电信号,采集频率2 000Hz;采用David最大肌力(MVC)测试仪,让受试者发挥伸膝、伸髋、屈膝和屈踝的最大力量并记录上述相应肌肉的表面肌电信号以便实验后期进行IEMG标准化处理。

1.3 实验设计

采用被试内设计,即每名受试者都需要在不同的4天完成全部4次分别包含无拉伸、动态拉伸、PNF拉伸以及PNF+动态组合拉伸的实验任务,每次任务内容均包括:准备活动(5分钟慢跑+1种拉伸干预)→即刻CMJ测试→MVC测试。为避免顺序效应,将每名受试者的拉伸干预方式顺序随机安排。

对实验无关变量的控制:每次测试均安排在下午2:00—5:00之间进行,测试点室内温度26℃维持恒定,同一受试者两次测试之间至少间隔24小时,所有受试者提前充分了解并按照相同的程序接受实验干预及测试。实验流程如下。

第1步:实验前先连接好三维测力台和无线表面肌电仪的线路,包括用同步线将两个设备连接,然后打开电脑相应的测试软件,调试设备、设置相关参数。

第2步:让受试者了解实验过程与要求,为其讲解示范CMJ动作要领并试跳几次。CMJ动作要领:受试者垂直站立于三维测力台中间并两手叉腰,听到开始的指令后,迅速下蹲(膝关节角度为90°)并尽最大力量快速垂直起跳。着地时双脚全脚掌要全部落在测力台内,并且过程中受试者双手都要保持叉腰动作状态。

第3步:用75%浓度的医用酒精为受试者反复擦拭表面电极片贴放点及附近皮肤,去除皮肤表面的坏死角质层、油污和汗液。若电极片贴放点及附近皮肤的体毛较多,则在擦拭酒精前先刮剃干净。

第4步:为受试者优势腿的股直肌、股内侧肌、股外侧肌、股二头肌、腓肠肌内侧头、腓肠肌外侧头和臀大肌共7块肌肉贴放表面电极片并用肌肉贴进行固定,表面电极片的贴放位置是所测肌肉的肌腹隆起最高处。

第5步:受试者先在跑步机上慢跑5分钟(跑速控制在200—250m/min),然后在热身指导员的带领下进行拉伸练习,结束后设备操作员及协助人员将受试者下肢的7个无线表面电极装置开关启动。

第6步:设备操作员控制测力台归零并启动无线表面肌电软件测量程序,向受试者下达“上测力台”的口令后,受试者站上测力台中间并完成CMJ动作,1分钟内完成2次CMJ动作取最好成绩,受试者准备活动结束到完成CMJ测试的时间控制在2分钟以内。采样结束后设备操作员对测力台和无线表面肌电数据进行存盘。

第7步:受试者在MVC测试仪先后进行伸膝、伸髋、屈膝、屈踝动作的MVC测试,每个动作测2次且间歇3分钟,每次持续5秒,取最好成绩并保存相应肌肉的无线表面肌电信号,至此完成1名受试者的1次实验任务。

1.4 拉伸方案

本实验中所有拉伸均采用次最大强度,即在不引起疼痛感的前提下拉伸至最大幅度^[3]。不同部位的拉伸顺序为:股二头肌→股四头肌→臀大肌→小腿三头肌。

动态拉伸时每个肌群拉伸2组、每组6次,双腿交替进行^[8-9] (表1^[10]);PNF拉伸采用“保持—放松”的拉伸类型,即先使受试者完成1个10秒的被动拉伸,然后完成1个8秒的对抗拉伸(等长收缩),最后进行1个加大拉伸幅度的20秒被动拉伸。每个肌群PNF拉伸1次,双腿交替进行(表2^[6]);PNF+动态组合拉伸则参照PNF拉伸和动态拉伸方案进行。

1.5 数据处理与分析

采用Kistler三维测力台分析软件导出地面反作用力,并计算纵跳高度、起跳功率。计算公式: $P_{\mathrm{t}}=F_{\mathrm{t}}\cdot V_{\mathrm{t}}$ ( P_t代表起跳功率,F_t代表纵跳力,V_t代表纵跳速度), $H=V_{\mathrm{C}}^2/2\mathrm{g}$ (H代表纵跳高度,V_C代表纵跳速度)^[7]。

采用EMGworks Acquisition软件对肌电的原始信号做10—800Hz的带通滤波处理,之后全波整流再进行20Hz的低通滤波处理,获得线型包络线,并积分肌电值。选取3秒钟MVC数据进行处理。将各块肌肉的CMJ积分肌电值除以对应肌肉的MVC积分肌电值以标准化。

采用SPSS 23.0软件对纵跳高度、起跳功率和IEMG数据进行单因素重复测量方差分析,方差分析之前先对相关数据进行Mauchly ’s球形度检验,若数据不符合球形假设,则使用greenhouse-geisser法校正数据。应用LSD法对数据指标进行后继检验。采用平均数±标准差对上述数据进行描述性统计, P ＜0.05表明有统计学意义。

2 实验结果

2.1 CMJ结果

不同拉伸后即刻纵跳高度的均值大小排序为动态拉伸＞组合拉伸＞PNF拉伸＞无拉伸,但总体差异无统计学意义( F=1.32,P ＞0.05,偏η²=0.076);不同拉伸后即刻起跳功率的均值大小排序为动态拉伸＞PNF拉伸＞无拉伸＞组合拉伸,但总体差异无统计学意义(F=0.13,P＞0.05,偏η²=0.008)。

2.2 肌电结果

注:角标数字1/2/3/4分别代表与无拉伸、动态拉伸、组合拉伸和PNF拉伸之间有显著差异,P ＜0.05

2.2.1 股四头肌IEMG

不同拉伸后即刻股直肌IEMG均值大小排序为无拉伸＞动态拉伸＞PNF拉伸＞组合拉伸,但总体差异无统计学意义 (F=2.75,P ＞0.05,偏η²=0.15)。

不同拉伸后即刻股内侧肌IEMG均值大小排序为PNF拉伸＞组合拉伸＞动态拉伸＞无拉伸,且总体差异显著(F=8.59,P ＜0.01,偏η²=0.35)。相比无拉伸,其他3种拉伸后即刻股内侧肌IEMG均显著上升(P ＜0.05),且PNF拉伸后的IEMG上升幅度显著高于动态拉伸与组合拉伸(P ＜0.05)。

不同拉伸后即刻股外侧肌IEMG均值大小排序为PNF拉伸＞无拉伸＞组合拉伸＞动态拉伸,且总体差异显著(F=6.68,P ＜0.01,偏η²=0.30)。相比无拉伸,PNF拉伸后即刻股外侧肌IEMG显著上升(P ＜0.05),动态拉伸后即刻股外侧肌IEMG显著下降(P ＜0.01),组合拉伸后即刻股外侧肌IEMG下降不明显(P ＞0.05)。

2.2.2 股二头肌IEMG

不同拉伸后即刻股二头肌IEMG均值大小排序为无拉伸＞动态拉伸＞组合拉伸＞PNF拉伸,且总体差异显著( F=6.92,P ＜0.01,偏η²=0.30);相比无拉伸,动态拉伸和组合拉伸后即刻股二头肌IEMG均下降不明显(P ＞0.05),但PNF拉伸后即刻股二头肌IEMG显著下降(P ＜0.05)。

2.2.3 小腿三头肌IEMG

不同拉伸后即刻腓肠肌内侧头IEMG均值大小排序为PNF拉伸＞无拉伸＞组合拉伸＞动态拉伸,且总体差异显著( F=3.86,P ＜0.05,偏η²=0.20)。相比无拉伸,动态拉伸后即刻腓肠肌内侧头IEMG显著下降(P ＜0.05),PNF拉伸后即刻腓肠肌内侧头IEMG上升不明显(P ＞0.05),组合拉伸后即刻腓肠肌内侧头IEMG下降不明显(P ＞0.05)。

不同拉伸后即刻腓肠肌外侧头IEMG均值大小排序为无拉伸＞PNF拉伸＞组合拉伸＞动态拉伸,且总体差异显著( F=23.59,P ＜0.01,偏η²=0.60)。相比无拉伸,其他拉伸后即刻腓肠肌外侧头IEMG均显著下降(P ＜0.05)。

2.2.4 臀大肌IEMG

不同拉伸后即刻臀大肌IEMG均值大小排序为无拉伸＞组合拉伸＞PNF拉伸＞动态拉伸,但总体差异无统计学意义( F=1.16,P ＞0.05,偏η²=0.10)。

注:“—”表示无显著变化, P ＞0.05;“↑”表示显著上升,P ＜0.05;“↓”表示显著下降,P＜0.05

3 讨论

3.1 动态拉伸对CMJ指标和下肢不同肌肉IEMG值的急性影响

CMJ结果显示,动态拉伸后即刻纵跳高度和起跳功率无显著变化,但均值略有增长。动态拉伸有利于提高爆发力表现已成为运动训练领域的共识,其影响机制被认为主要与体温因素有关。Fletcher^[11-12]研究表明,动态拉伸可以明显提高骨骼肌与身体核心温度,并认为骨骼肌、核心温度和心率的提升会增强机体神经感受器的敏感度,从而改善骨骼肌的收缩能力、提高收缩速度及收缩力量。Bishop^[13]认为,身体核心温度的增加有助于提高神经传导速度、肌肉顺应性以及酶循环功能,加速肌肉的能量供应。

分析肌电结果发现,动态拉伸可以显著改善中枢神经对下肢肌肉工作的协调控制能力。如表6所示,动态拉伸后即刻股外侧肌、腓肠肌内侧头和腓肠肌外侧头IEMG显著下降,而股直肌、股二头肌和臀大肌IEMG无显著变化,说明动态拉伸对下肢肌电活动的整体影响偏消极。换言之,在本研究中受试者下肢大部分肌肉的爆发力在动态拉伸后即刻是显著下降的,但受试者的反向纵跳能力却并未下降,甚至还有微弱的增长,因此必定存在能够抵消乃至逆转动态拉伸对肌电活动负面影响的生理机制。CMJ过程中受试者的起跳力是由臀大肌、股后肌群、股四头肌、小腿三头肌等大量下肢肌群共同协调参与形成的合力,因此下肢爆发力受到下肢不同肌群收缩活动的协调配合程度的重要影响^[1,14]。综上认为,虽然动态拉伸后即刻大部分下肢肌肉爆发力显著下降,但同时中枢神经对下肢不同肌群收缩活动的协调控制能力得到了显著的改善,从而有效地抵消了下肢大部分肌肉爆发力下降的负面影响,使CMJ过程中的下肢爆发力表现有所提高。

综上所述,动态拉伸能够显著改善中枢神经对肌肉工作的协调控制能力,进而对下肢爆发力产生有利的急性影响。

3.2 PNF拉伸对CMJ指标和下肢不同肌肉IEMG值的急性影响

CMJ结果显示,PNF拉伸后即刻纵跳高度和起跳功率无显著变化,但均值略有增长,表明其对下肢爆发力表现有益。郝红红^[15]认为,在PNF拉伸过程的最后阶段,加大幅度的被动拉伸使得肌肉得到充分的牵伸,不仅能显著改善下肢柔韧素质,还使相应肌梭引发强烈的神经冲动并传入中枢神经,促使更多的运动单位得到募集,有助于提高爆发力。McCarty^[6]指出,PNF牵拉过程中,肌肉主动收缩对抗牵伸,有利于提高肌肉与神经系统的联系,使神经中枢能够募集更多运动单位参与肌肉收缩。由此认为,PNF拉伸过程的特点有利于提高神经募集运动单位的能力,进而提高爆发力。另外,Rees等人^[16]的研究报道,PNF拉伸后受试者踝关节活动度提高7.8%,最大等长收缩力量提高26%,爆发力提高25%、肌腱刚度增加8.4%。肌腱刚度的增加可以通过适应PNF拉伸过程中的最大等长肌肉收缩来解释,由于刚度更高的肌腱具备更强的存储和释放弹性势能的能力,因此PNF拉伸可以减少肌肉收缩时间或提高其机械效率。但目前并未发现更多的研究成果来支持“PNF拉伸可以提高肌腱刚度”的说法,相反,许多研究认为拉伸会降低肌腱刚度^[2,3,5]。因此可推测,PNF拉伸对爆发力的改善主要通过提高神经募集运动单位的能力来实现。

也有研究表明PNF拉伸会显著降低爆发力,这可能与自生抑制和相互抑制的机制有关^[5,17]。PNF拉伸过程中骨骼肌的等长收缩会触发自生抑制机制,刺激高尔基腱器官通过Ib-抑制性中间神经元抑制同一肌肉的运动神经元,导致肌张力下降^[18-20]。PNF拉伸过程中,在目标肌肉的最大等长收缩期间,拮抗肌的向心收缩引起相互抑制机制,导致主动肌的收缩力量降低^[16]。

PNF拉伸对爆发力影响的观点分歧,可能与拉伸时间有关。研究表明,拉伸导致的力量表现下降和每个肌群的平均拉伸持续时间之间存在剂量—反应关系,PNF拉伸对单个肌群的总刺激时间超过60秒更有可能造成力量表现显著下降,但较短的刺激时间几乎无影响^[17,20-21]。本研究中,PNF拉伸对单个肌群的总刺激时间为38秒,但对下肢爆发力的改善并不显著。因此认为,控制PNF拉伸时间可有效避免对爆发力的负面影响,但很难显著提高爆发力表现。

虽然本研究表明动态拉伸能显著改善中枢神经对肌肉工作的协调控制能力,但并没有发现PNF拉伸具备这方面的明显作用。如表6所示,PNF拉伸后即刻股内侧肌、股外侧肌IEMG显著增长,股二头肌、腓肠肌外侧头IEMG显著下降,其他肌肉IEMG则无显著变化。从总体上看,PNF拉伸对下肢肌电活动的影响似乎比动态拉伸更加积极,但对CMJ指标的影响与其他拉伸相比无显著差异,因此无法认定PNF拉伸是否有效改善了中枢神经对肌肉工作的协调控制能力。本研究中PNF拉伸对CMJ指标产生微弱提升效果,除了可能存在“肌腱刚度增加”因素的影响,还得益于PNF拉伸促使股内侧肌、股外侧肌的神经中枢募集更多运动单位参与收缩活动,使这些肌肉的爆发力在PNF拉伸后即刻显著增长,从而在一定程度上逆转了股二头肌和腓肠肌外侧头爆发力显著下降的负面效应。

综上所述,PNF拉伸可对下肢神经肌肉功能产生有益影响,具有提高下肢爆发力的潜在可能性,因此爆发力类运动前可以进行PNF拉伸。

3.3 组合拉伸对CMJ指标和下肢不同肌肉IEMG值的急性影响

CMJ结果显示,PNF+动态组合拉伸后即刻纵跳高度和起跳功率无显著变化,但均值略有增长。虽然与其他拉伸相比,组合拉伸对爆发力的影响并没有显著变化,但考虑到,本研究设计的组合拉伸总负荷是两个单一拉伸负荷的叠加,而单一拉伸采用的负荷又是文献建议量^[8-9],因此该组合拉伸总负荷可能过大,不利于爆发力表现^[2]。因此,后续研究可关注PNF+动态组合拉伸对爆发力影响的最佳负荷。

分析肌电结果发现,组合拉伸能够综合表现出所包含的不同单一拉伸对爆发力影响的特点。研究组合拉伸的初衷是希望抵消乃至逆转PNF拉伸对爆发力潜在的负面影响。换言之,研究组合拉伸的目的是观察不同单一拉伸进行组合练习后的综合效果,以了解组合拉伸对爆发力影响的特点。由表6可发现,不同拉伸方式对肌电的影响呈现出这样的特点:单一PNF拉伸和单一动态拉伸对股直肌和臀大肌IEMG均无影响,组合拉伸亦然;单一PNF拉伸和单一动态拉伸对股内侧肌IEMG产生积极影响,组合拉伸亦然;单一PNF拉伸和单一动态拉伸对腓肠肌外侧头IEMG产生消极影响,组合拉伸亦然;单一PNF拉伸和单一动态拉伸分别造成股外侧肌IEMG显著上升、下降,而组合拉伸则未产生影响。由此认为,组合拉伸之效果主要取决于其所包含的单一拉伸效果。这提示,明确不同单一拉伸的优缺点,然后合理组合,对改善爆发力表现具有积极意义。

综上所述,PNF+动态组合拉伸能够在很大程度上综合地表现出单一PNF拉伸和单一动态拉伸对爆发力影响的特点,可改善神经肌肉功能,具有提高下肢爆发力的潜在可能性。

4 不同拉伸练习的实践启示

动态拉伸不仅适于爆发力类项目的准备活动,而且可对技能类项目的运动表现产生重要影响。对于技能主导类项目而言,运动技能表现对比赛成绩起着主导乃至决定性的作用^[4]。不同肌群之间的协调性对运动技能的发挥产生重要影响^[1],而本研究表明动态拉伸有助于显著改善中枢神经对不同肌群收缩活动的协调控制能力,使不同肌群之间实现高度协调配合,使运动技能表现得更加准确和熟练,进而提高运动表现。

在对柔韧性及爆发力要求都较高的运动开始之前,进行PNF拉伸或PNF+动态组合拉伸比动态拉伸更有利于提高运动表现。以110米跨栏为例,其项目特点要求运动员必须具备较好的速度、力量、耐力和柔韧素质水平,以及较强的神经肌肉协调能力^[22]。因此,110米跨栏跑运动员在准备活动中选择拉伸方式要考虑多重因素的影响,而不仅仅是爆发力。研究表明,动态拉伸难以有效改善柔韧素质,PNF拉伸和静态拉伸则可以显著提高柔韧素质,其中PNF拉伸对提高柔韧素质的效果最佳,能更加有效地改善跨栏运动员的关节活动范围^[23-25]。由此可见,单一动态拉伸并不能满足所有运动项目对准备活动的要求,有时候结合PNF拉伸来改善运动员的柔韧素质,更有助于提高整体运动表现。

综上所述,根据不同运动项目的特点和要求,在运动前选择合理的拉伸方式进行准备活动,对提高运动表现具有积极意义。

5 结论

虽然未观察到动态拉伸、PNF拉伸及PNF+动态组合拉伸后即刻CMJ指标的显著变化,但适当拉伸可对下肢神经肌肉功能产生有利影响,具有提高下肢爆发力的潜在可能性,适合在爆发力类运动前进行练习。

参考文献