劉 敏,郭燕蘭
后激活增強效應(post-activation potentiation,PAP)最早是1982年美國的生物學家Manning在大鼠身上實驗發現,通過對大鼠的比目魚肌和趾伸肌進行持續時間為1s的強直刺激,發現被刺激肌肉的峰值張力顯著增加。Vandervoort等(1983)在前人的基礎上在人體上進行實驗研究,通過對受試者的脛骨前肌和跖屈肌進行持續時間為10 s的等長最大隨意收縮(maximal voluntary contraction,MVC),同樣也觀察到被刺激肌肉的峰值張力顯著增加。隨后,學者們將這種現象稱之為PAP。國內學者大多將PAP現象譯為后激活增強效應。綜合國內外學者對PAP的多種定義,可以認為:條件刺激后通過增加峰值功率和力量發展速率來引起肌肉運動能力提高的現象為PAP,其中條件刺激可以是強直性收縮或持續最大自主收縮。此外,這樣的刺激條件不僅能夠增強肌肉收縮,也可能潛在地增強肌肉的表現性能,尤其是在進行一些爆發力主導的運動項目上(跑、跳、投等),PAP效果更為明顯。影響PAP的因素很多,其中包括受試者個體特征(年齡、性別、訓練水平、肌纖維類型、肌肉力量)和肌肉收縮類型、收縮持續時間、收縮強度以及恢復時間,而且評價PAP的表現形式有多種,其中較多的是沖刺跑和縱跳摸高。
Kilduff等(2008)、FotiniArabatzi等(2014) 以 及XenofondosAnthi等(2014)等對足球、舉重、短跑以及職業橄欖球運動員的激活方式運用負重下蹲進行研究,國內下肢力量與負荷后恢復時間對后激活增強效應的影響等文獻也對各種不同項目的PAP激活方式進行了詳細說明。橄欖球和田徑項目都屬于以下肢爆發力為主的運動項目,特別是田徑項目中的短跨、跳躍都是以下肢爆發力為主,PAP的誘導方式下蹲起主要是對下肢進行了刺激,在隨后的某一恢復時間可能發生PAP現象。研究發現,不同項目的受試者個體發生PAP現象的恢復時間不定。因此,本研究采用5次90% 1RM負重深蹲作為PAP的誘導方式。由于跳躍運動復雜性較低,利用下蹲跳來評價PAP效果,下蹲跳排除了上肢力量帶來的影響,且縱跳能夠較準確地評定下肢爆發力。因此,本研究通過測試不同訓練水平的運動員5次90%1RM負重深蹲刺激后,經過不同恢復時間,CMJ高度、CMJ過程中下肢所貼肌肉表面肌電特征以及運動學、動力學數據的變化。通過分析PAP對相同訓練水平、不同訓練水平運動員不同恢復時間下CMJ的具體表現,為將PAP運用到實際訓練和比賽中提供一定的理論依據。
在訓國家一級田徑運動員15名(短跑5人,跳遠5人,跳高5人),國家二級田徑運動員15名(短跑5人,跳遠7人,跳高3人),所有研究對象均為男性,均有下肢負重練習經歷,實驗前48 h沒有進行劇烈運動,近3個月內無下肢損傷史,能夠較熟練進行下肢負重深蹲,受試者年齡、身高、體重、BMI指數及訓練年限,經獨立樣本t檢驗無顯著性差異,P>0.05)。

表1 被試基本情況表Table 1 Basic Information of Subjects M±SD
1.2.1 實驗儀器
實驗主要儀器為VICON紅外高速運動捕捉系統、Basler攝像設備、AMTI測力臺、Noraxon 16導遙測肌電儀。
1.2.2 實驗方案
1)實驗前準備
2)測試流程及注意事項
每位受試者在實驗前熱身10 min,按正常訓練課的熱身方式進行。另有5 min時間,在測試員的監督下進行需要的實驗動作CMJ練習。連接各部分儀器,同時通電,運行數分鐘,調試位置;所有受試者都穿緊身褲,根據下肢剛體模型,在相應部位貼上16個Marker點。對測試肌肉肌腹剃除毛發,酒精擦拭,清潔皮膚表面,貼上電極片,并用繃帶將其固定。正式實驗前,熱身后對受試者進行一次CMJ的測試作為基準值。將5次90% 1RM負重深蹲(每次間歇1 min)作為PAP誘導手段,誘導結束后的即刻(15 s)、4 min、8 min、12 min、16 min、20 min讓受試者在AMTI測力臺上測試下蹲跳,同時采集數據,同步記錄并保存所有數據。
1.2.3 數據統計
使用SPSS 17.0進行重復測量方差分析恢復時間的不同7個時點對CMJ高度、vGRF、PPO、pRFD、峰值力時刻髖、膝、踝的角度以及下肢所貼布肌肉的iEMG是否滿足Mauchly的球形度檢驗。若檢驗結果P>0.05則滿足球形檢驗,可用一元方差分析的檢驗結果為準;若檢驗結果P<0.05則不滿足球形檢驗,可用多元方差分析的檢驗結果為準。設置重復度量中的選項對組內因素恢復時間的7個時點進行兩兩比較,檢驗兩兩之間是否具有顯著性差異。在此之前檢驗組間因素(訓練水平)與組內因素(恢復時間)兩者之間是否存在交互效應,然后比較兩組之間同一恢復時間點的PAP誘導前、后的運動學指標、動力學指標以及肌電數據的差異性。
經過雙因素重復測量方差分析(下同),顯示時間和訓練水平之間無交互作用(P>0.05),不同訓練水平兩組間CMJ高度存在顯著性差異(P=0.036<0.05)。由圖1可知,相對基準值來說,一級組和二級組的下蹲跳高度均在PAP誘導后的4 min、8 min、12 min時增長,且在8 min增長幅度最為明顯,其中一級組增長幅度為6.24%,二級組增長幅度為5.90%。即刻(15 s)下降最為明顯,16 min、20 min時與基準值基本保持一致。
雙因素重復測量方差分析顯示,時間和訓練水平之間無交互作用(P>0.05),恢復時間對兩組下蹲跳峰值力時刻下肢髖、膝、踝的角度均無顯著性差異(P>0.05),一級、二級兩組之間無顯著性差異(P>0.05)。由圖2顯示,一級、二級兩組CMJ峰值力時刻的髖、膝、踝角度在PAP誘導后16 min內整體變化趨勢基本一致。

圖1 被試PAP誘導前后不同恢復時間CMJ高度曲線圖Figure 1. CMJ Height Curve of Different Recovery Times before and after PAP Adoption

圖2 被試PAP誘導前后峰值力時刻髖、膝、踝的角度柱狀圖Figure 2. Angle Histogram of Hip,Knee and Ankle before and after PAP Adoption
經過雙因素重復測量方差分析,統計結果顯示,時間和訓練水平之間無交互作用(P>0.05),不同訓練水平兩組間vGRF存在顯著性差異(P=0.024<0.05)。恢復時間對兩組下蹲跳vGRF均有顯著性影響(P<0.05)。進行兩兩比較后,由圖3可知,一、二級組在PAP誘導后即刻(15 s)的vGRF相對于基準值均明顯減小,8 min時vGRF相對于基準值明顯增加。另外,一級組在PAP誘導后12 min的vGRF明顯高于基準值,兩組的其余時刻均無顯著性變化。
3天的對峙,案情沒什么進展,第三天晚飯后,王敬凱又坐到李桂明面前,以理解的口吻說:“你的案子我們公安已經查了幾次,雖然你恨張秋,但張秋丟小孩那天,你是不占有作案時間。可是,后來張秋在報紙上找小孩,你就沒做什么?沒有什么想法?比如說要弄倆錢花?”
經過雙因素重復測量方差分析,顯示時間和訓練水平之間無交互作用(P>0.05),不同訓練水平兩組間PPO存在顯著性差異(P=0.039<0.05)。恢復時間對兩組下蹲跳PPO均有顯著性影響(P<0.05)。進行兩兩比較后,由圖4可知,一、二級組在PAP誘導后8 min時的PPO相對于基準值均明顯增加。另外,一級組在PAP誘導后4 min的PPO顯著性增加,二級組在PAP誘導后即刻(15 s)時PPO明顯低于基準值,兩組的其余時刻均無顯著性變化。

圖3 被試PAP誘導前后不同恢復時間vGRF變化柱狀圖Figure 3. Histogram of vGRF Changes at Different Recovery Times before and after PAP Adoption

圖4 被試PAP誘導前后不同恢復時間PPO變化柱狀圖Figure 4. Change of PPO at Different Recovery Times before and after PAP Adoption
經過雙因素重復測量方差分析,顯示時間和訓練水平之間無交互作用(P>0.05),不同訓練水平兩組間pRFD無顯著性差異(P=0.062>0.05),但恢復時間對兩組下蹲跳pRFD均有顯著性影響(P<0.05)。進行兩兩比較后,由圖5可知,一、二級組均在PAP誘導后即刻(15 s)的pRFD相對于基準值均明顯減小。另外,一級組在8 min、12 min時明顯高于基準值,二級組在4 min、8 min時顯著性增加,兩組的其余時刻均無顯著性變化。
由圖6可知,一級運動員在CMJ的蹬伸階段,恢復時間對股直肌、股外側肌、腓腸肌的iEMG有顯著影響,而股內側肌、股二頭肌、脛骨前肌與恢復時間不具有顯著性差異。其中股直肌、股外側肌、腓腸肌經PAP誘導后8 min iEMG達到峰值,分別為184.71 uV ·s、207.14 uV ·s、151.19 uV ·s;股內側肌、股二頭肌在PAP誘導后12 min達到峰值,分別為145.04 uV ·s、67.76 uV ·s;脛骨前肌在PAP誘導后16 min達到峰值,為91.25 uV·s。這說明一級運動員在進行下蹲跳的蹬伸階段,下肢的股外側肌動員最多,其次是股直肌、股內側肌、腓腸肌、脛骨前肌、股二頭肌。

圖5 被試PAP誘導前后不同恢復時間pRFD變化柱狀圖Figure 5. Histogram of Peak pRFD Changes at Different Recovery Times before and after PAP Adoption

圖6 一級運動員PAP誘導前后不同恢復時間起跳蹬伸階段iEMG柱狀圖Figure 6. iEMGHistogram of the First-class Athletes in Different Recovery Times before and after PAP Adoption
由圖7可知,二級運動員在CMJ的蹬伸階段,從下肢肌肉的積分肌電值來看,恢復時間對股直肌、股外側肌、腓腸肌的積分肌電值有顯著影響,而股內側肌、股二頭肌、脛骨前肌與恢復時間不具有顯著性差異。其中股直肌、股外側肌經PAP誘導后8 min iEMG達到峰值,分別為157.25 uV·s、168.31 uV·s;腓腸肌、股內側肌在PAP誘導后4 min達到峰值,分別為155.7 uV·s、129.99 uV·s;股二頭肌在PAP誘導后16 min達到峰值,為34.20 uV·s;脛骨前肌在在PAP誘導后12 min達到峰值,為49.83 uV·s。這說明二級運動員在進行CMJ的蹬伸階段,下肢的股外側肌動員最多,其次是股直肌、腓腸肌、股內側肌、脛骨前肌、股二頭肌。

圖7 二級運動員PAP誘導前后不同恢復時間起跳蹬伸階段iEMG柱狀圖Figure 7. iEMGHistogram of Second Class Athletes in Different Recovery Times before and after PAP Adoption
經過雙因素重復測量方差分析,顯示時間和訓練水平之間無交互作用(P>0.05),不同訓練水平兩組間股外側肌、股直肌的iEMG存在顯著性差異水平(P<0.05),其余肌肉均無顯著性差異(P>0.05)。恢復時間對一級運動員組的股直肌、股外側肌、股內側肌、腓腸肌的iEMG存在顯著性差異(P<0.05),在PAP誘導后的即刻(15 s)iEMG顯著下降,8 min時iEMG顯著增加;恢復時間對二級運動員組的股外側肌、股直肌、腓腸肌的iEMG存在顯著性差異(P<0.05),在PAP誘導后的即刻(15 s)iEMG顯著下降,8 min時iEMG顯著增加。
本研究中不同訓練水平(一級、二級)運動員的CMJ高度均在PAP誘導后的4 min、8 min、12 min時增長,且在8 min增長幅度最為明顯,達到峰值,其中一級組增長幅度為6.24%,二級組增長幅度為5.90%;即刻(15 s)下降最為明顯,16 min、20 min時與基準值基本保持一致。一級、二級組下蹲跳峰值力時刻的髖、膝、踝角度在PAP誘導后16 min內整體變化趨勢基本一致,即刻(15 s)增加,4 min、8 min減小,12 min、16 min增加,但一級組的20 min減小或持平,二級組的20 min繼續增長,這與國內學者張新(2012)的研究一致。不同的是,本研究中不同訓練水平兩組間的CMJ高度在PAP誘導后的8 min存在顯著性差異,但髖、膝、踝的PFA不論是兩組間還是組內運動學數據,始終未出現顯著差異。這表明訓練水平的不同并不會引起CMJ技術動作上差異,并且兩組PAP誘導前后PFA的變化趨勢基本一致,訓練水平因素并不會影響 PAP 效果體現在運動學上的差異。本研究只采集了髖、膝、踝關節的屈伸這樣變化幅度較大也比較簡單的關節角度,而內收、外展、內旋、外旋等活動范圍更小更加復雜,同時也與運動損傷關系更加的密切的關節角度和角速度的數據并未采集,不太全面。也許PAP誘導后所引起的技術動作方面更加微細的差別可能會從這些角度上反映出來,這更能從運動學的角度解釋 PAP 通過刺激肌肉造成技術動作上的微小變化。也可能與分組有關,高水平的運動員能夠募集到更多的運動單位,從而在更短的時間內導致更多的肌纖維同步收縮,因此產生更大的力量。
本研究中不同訓練水平運動員在PAP誘導后即刻(15s)的vGRF相對于基準值均明顯減小,8 min時vGRF相對于基準值明顯增加,一級運動員和二級運動員后激活增強效應時間的差異和主要表現特征為:1)一級組在PAP誘導后12 min的vGRF明顯高于基準值,兩組的其余時刻均無顯著性變化;2)對于PPO,兩組均在PAP誘導后8 min時的PPO相對于基準值均明顯增加,一級組在PAP誘導后4 min的PPO顯著性增加,二級組在PAP誘導后即刻(15 s)時PPO明顯低于基準值,兩組的其余時刻均無顯著性變化;3)對于pRFD,兩組均在PAP誘導后即刻(15 s)的pRFD相對于基準值均明顯減小,一級組在8 min、12 min時明顯高于基準值,二級組在4 min時顯著性增加,兩組的其余時刻均無顯著性變化。說明經過5次90% 1RM負重深蹲的PAP誘導方式,PAP的有效時段為4~12 min,并且在恢復時間為8 min時能夠最為有效的增強運動員的下肢爆發力。本研究中在PAP誘導后即刻15 s vGRF、PPO、pRFD顯著下降,PAP誘導后的8 min效果最佳,且兩組之間存在顯著性差異。
Gilbert等(2001)以7名男性專業運動員為測試對象,將5次1RM深蹲作為PAP激活方式,結果發現,在恢復時間20 min時,最大等長收縮的肌力較PAP誘導前增加幅度為13%;Chiu等(2003)研究因測量時間限制,在預刺激激活后18.5 min受試者的平均力量、功率和峰值功率均出現明顯高于預刺激后5 min。因此認為可能在5~18.5 min之間為PAP出現的最佳時間;Jenson等(2003)經過測試發現PAP的5RM刺激后10 s、1~4 min每分鐘跳躍高度與運動前數據對比得出4 min以上恢復肌肉性能可能會有所增強;而Young等(1998)認為,4 min促使機體的磷酸肌酸及ATP-CP供能系統的再合成與恢復,從而最大限度的排除疲勞效應,將PAP誘導和測試的間隔時間設置為4 min。因此本研究以4 min為機體休息時間間隔保證機體充分恢復時間,產生后激活增強效應時盡量不受疲勞效應的干擾,結果發現對于爆發力項目運動員PAP的有效時段為4~12 min,但在8 min達到最佳效果。Farup等(2010)和Esformes等(2011)分別對運動員進行臥推測試,前者認為刺激后上肢pRFD測試有所增加;后者PPO明顯增加、而pRFD沒有明顯變化;本文得出的結論與Farup等(2010)研究結果一致。評判肌力變化速率指標pRFD,一般可用來衡量運動員的爆發力,在許多運動表現中,具有較高pRFD的運動員已被證明運動表現更佳。有學者指出爆發力水平用pRFD重測的信度較低(Fotini et al.,2014),可能是研究中誘導后12 min pRFD出現明顯增加而相關數據并沒有同步增加的原因。
本文的研究結果表明,PAP誘導后4~12 min后峰值沖量有所增加但卻不存在顯著差異,且恢復時間對峰值沖量的變化并不存在顯著作用。Hanson等(2007)對比兩種不同PAP誘導方式(40% 1RM、80% 1RM負重深蹲)后CMJ的沖量變化,結果發現這兩種PAP誘導方式對沖量都沒有顯著性變化。大部分的對于評價PAP效果的指標中并未用到峰值沖量,也就是力的作用對時間的積累效果,可能是對于PAP而言,峰值沖量不能明顯的體現PAP的效果。
學者認同PAP可以提高提高爆發力類項目的運動成績,但在恢復時間上存在爭議。宋兆銘等(2015)對右利手散打男性運動員進行不同強度(90% 1RM、60% 1RM)負重臥推練習,表明散打運動員沖拳時的激活部位、刺激大小、時間三者對肌肉PAP的產生有影響。韓衛國(2016)在排球專項運動員身上進行負重半蹲(80%~95% 1RM)抗阻練習,每隔3 min進行半米字折返跑測試,結果表明80% 1RM和85% 1RM負荷下間隔6 min、9 min、12 min和90% 1RM負荷下間隔 6 min、9 min、12 min、15 min及95% 1RM負荷下間隔12 min、15 min情況下提高受試者半米字折返跑成績有顯著性差異。因恢復時間的設置、激活方式、所選受試者的專項不同導致與本文結果不太相同。而Chiu等(2003)研究發現負重深蹲(5次90% 1 RM)后的PAP關于下蹲跳的成績對經過訓練的運動員與沒有經過訓練的運動員結果不同,前者有顯著性后者沒有。Comyns等(2006)可能因設置恢復時間較短,出現受試者抗阻刺激后30 s進行跳躍性能測試表明跳躍成績沒有顯著提高現象。Jose等(2011)對受試者深蹲跳刺激尋找刺激后多長時間與CMJ成績、50 m沖刺跑成績有顯著性關系,結果表明,PAP與恢復時間及評價的運動表現形式有關。有些研究學者認為PAP對運動性能沒有起到顯著提高作用,Khamoui(2009)發現,最大力量深蹲(85% 1RM)每組5次以下對訓練有素運動員關于跳躍測試時離地速度和沖量均無顯著變化。本研究結果發現不同訓練水平對產生的PAP效果不同,較高水平運動員產生的PAP效果在爆發力上的體現更好,訓練水平因素對動力學參數(PPO、vGRF)有顯著性差異,其余指標無顯著性差異。這與Loren(2003)的研究結果相同,他將90%1RM的下蹲跳作為PAP誘導方式對職業運動員和大學生運動員進行的PAP效果的比較,發現職業運動員進行下蹲跳的地面反作用力、峰值功率的PAP效果更為顯著。因此,可認為從受試者是否有訓練經歷、受試者從事的運動項目、間歇的恢復時間及評價PAP的運動表現形式評價PAP是否能增強爆發性運動的肌肉。
本研究中一級運動員在CMJ的蹬伸階段,PAP后8 min股直肌、股外側肌、腓腸肌的iEMG均達到峰值,而股內側肌、股二頭肌、脛骨前肌iEMG PAP后所有時間點均無顯著改變。二級運動員PAP后8 min 股直肌、股外側肌iEMG達到峰值,而腓腸肌、股內側肌在PAP誘導后4 min達到峰值,股二頭肌、脛骨前肌iEMG所有時間點均無顯著改變。無論一級運動員還是二級運動員PAP后股直肌、股外側肌、腓腸肌iEMG均發生顯著變化,可能是因為這些肌肉是參與下蹲跳的主要發力肌肉。而霍興華等(2014)研究認為在雙腿縱跳的起跳階段,股外側肌、股直肌、股內側肌、臀大肌是最主要的發力肌肉,證實了摔跤運動員通過后激活誘導刺激在做原地縱跳時,臀大肌、股直肌、股內側肌、脛骨前肌的標準化積分肌電與相對力量具有非常顯著影響。雖然本研究未能證實股內側肌對縱跳有顯著影響,與之前的研究有些出入,總結原因有以下三點:1)之前研究是單純研究縱跳的神經肌肉特征,而沒有進行后激活干預;2)由于研究對象不同,研究對象的年齡、性別、運動水平、肌肉力量也不相同,所以本研究結果與之前的研究結論并不矛盾;3)由于在單腿跳需要維持平衡,股內側肌是維持身體平衡的重要肌肉,所以在單腿跳時股外側肌的募集程度要明顯大于雙腿跳,這也是導致研究結果不同的重要因素。而且本研究中CMJ高度、vGRF、PPO在PAP誘導后的8 min增長幅度最大,此變化趨勢與主要做功肌肉(股直肌、股外側肌、腓腸肌)的積分肌電變化趨勢高度一致。由于表面肌電信號與肌肉活動和功能狀態之間存在著不同程度的關聯性,能夠在一定程度上反映神經肌肉的活動狀況。因此,PAP后8 min vGRF、PPO、pRFD均達到峰值可能與PAP動員更多的運動單位參與肌肉收縮有關。
本研究還發現,股外側肌和股直肌的iEMG值在不同訓練水平等級的兩組運動員之間存有顯著性差異,剩余兩組之間沒有顯著差異,這可能是造成一、二級運動員測試PAP后CMJ高度、vGRF、PPO數據結果存在差異的原因。PAP后即刻15 s出現股直肌、股外側肌、腓腸肌iEMG值的顯著下降。研究證明,大負荷抗阻訓練引起后激活肌肉活動增強和肌肉疲勞對神經肌肉的影響較強烈。因此,在大負荷抗阻訓練后的肌肉性能表現取決于肌肉疲勞和興奮程度之間的平衡,如果疲勞程度超過增強效應,肌肉性能就會下降;肌肉的增強作用大于疲勞效應,肌肉性能就會提高(Brandenburg,2005)。因此當機體產生疲勞時,大腦興奮性降低,神經沖動支配肌肉募集運動單位的能力也降低,所以,主要做功的肌肉的iEMG值下降。因此,可以認為,本研究中PAP后即刻15 s肌肉可能處于疲勞狀態,導致下蹲跳主要發力肌肉(股直肌、股外側肌、腓腸肌)iEMG顯著下降。本研究還發現訓練水平因素對肌肉(股直肌、股外側肌)的iEMG均有顯著性差異,其余肌肉iEMG無顯著性差異。可能與訓練水平更高的運動員能夠在較短的時間內募集到更多的運動單位,增加肌球蛋白調節輕鏈磷酸化(Moore et al.,1984),從而產生更大的爆發力有關,具體機制需進一步研究。
1)5次90% 1RM負重深蹲的PAP誘導方式在恢復時間8 min可使爆發力顯著增大,主要表現在動力學參數中的vGRF和PPO有效增加。
2)5次90% 1RM負重深蹲的PAP誘導方式通過設置不同的恢復時間點(15 s、4 min、8 min、12 min、16 min、20 min)在運動學參數中CMJ蹬伸階段峰值力時刻髖、膝、踝的角度均無顯著性差異,但在恢復時間為8 min時對CMJ高度有顯著性增加,產生PAP效果。
3)5次90% 1RM負重深蹲的PAP誘導方式在恢復時間8 min時運動員募集運動單位能力增強,肌肉活性增大,可使CMJ主要做功的肌肉(股直肌、股外側肌、腓腸肌)的iEMG顯著增加。
4)經過90% 1RM負重深蹲的PAP誘導方式基本在恢復時間8 min時PAP效果顯著,主要表現在CMJ蹬伸階段的動力學參數(CMJ高度、vGRF、PPO)與肌電參數(iEMG)上。
5)不同訓練水平因素對PAP效果存在顯著性影響,且較高水平爆發力項目運動員PAP的效果在恢復時間8 min時CMJ上的表現更為顯著,尤其表現在CMJ高度、vGRF、PPO以及CMJ蹬伸過程中的主要用力肌肉的iEMG。
6)對于下肢爆發力的運動項目,在運用后激活增強效應賽前提升運動員比賽成績的同時,應多方面結合各學科的知識和科學訓練手段,結合每位運動員自身的個體化特征,尋找最佳的PAP激活方式,既有效預防運動員的損傷又為科學有效的提升運動員運動表現創造最佳條件。