平均速度確定最佳功率負荷的可行性研究

梁美富，李鐵錄，郭文霞，金銀日

運動員最大輸出功率能力往往是賽場上制勝的關鍵，許多運動項目技術、戰術的充分發揮都構建在運動員最大輸出功率能力基礎之上，輸出功率與專項運動成績密切相關[1]。此外，功率力量訓練能有效降低力量訓練的疲勞感[2]，促進運動員訓練效應向比賽效應等訓練效益轉移[3]，故發展運動員的最大輸出功率能力備受教練員和科研人員青睞。

最佳功率負荷(Optimal Power Load，OPL)是指骨骼肌收縮過程中，產生最大輸出功率時所對應外界負荷[4]。OPL是完成動作過程中速度與力的最佳結合，其可測量、可量化的特點打破了傳統經驗主義安排力量訓練負荷的模式，利于實現力量訓練中“經驗主義”和“理性主義”中雙向調控。尤其是在世界高水平運動員競技博弈之中，技藝水平已高度自動化，比賽勝負往往就在伯仲之間，輸出功率自然成為運動員的本源之爭。通常，確定OPL 首先需要測試運動員的最大力量(1 Repetition Maximum，1 RM)，然后在不同負荷下(0%1 RM～90%1 RM)進行多組輸出功率測試來確定最大輸出功率[5-7]，且還需要隨著運動員的力量變化對OPL 進行及時更新，整個過程耗時、費力，還存在一定的運動損傷風險。鑒于此，本研究擬測試大學生運動員臥推拋和半蹲起的OPL，剖析OPL 時各動力學指標之間的關系，探尋簡易、高效、穩定的方法來確定個體OPL，為推進OPL 力量訓練數字化和精細化提供科技支撐。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

北京某大學男性大學生運動員46 名，有負重半蹲和臥推練習經歷。所有受試者無各種內臟疾病，肝、腎功能正常。要求受試者測試前3 h 內無咖啡因攝入，24 h 內未進行大強度力量訓練，近3 個月內無下肢關節損傷、無心血管疾病、無皮膚過敏、無疝氣等禁忌癥狀。所有受試者均提前告知參與實驗潛在風險，并簽署知情同意書。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料法

通過中國知網和萬方數字資源數據庫對相關中文文獻進行檢索，以“力量訓練”“功率”“負荷”等為關鍵詞進行檢索，檢索到中文類核心期刊論文79 篇，納入9 篇文獻進行重點研讀。通過PubMed、Google Scholar 和EBSCO 數據庫對英文文獻進行檢索，以“strength training”“optimal power load”“power output”為關鍵詞進行組合式混合檢索，檢索到英文期刊論文2 782 篇，納入137 篇文獻進行重點研讀。

1.2.2 實驗法

(1)實驗器材。

九軸藍牙姿態傳感器Wit-Motion(BWT901CL)1 個；筆記本電腦1 臺；史密斯架2 套(包括標準杠鈴桿、杠鈴片、固定彈簧夾)；秒表1 塊；透明膠帶1 卷；外置攝像頭1 個；備用電源1 塊。

表1 受試者基本情況一覽表()Table1 Basic information of the subjects()

表1 受試者基本情況一覽表()Table1 Basic information of the subjects()

(2)實驗流程。

實驗包括兩個測試，分別是臥推和半蹲起1 RM測試、臥推拋和半蹲起最大輸出功率測試。1 RM測試和最大輸出功率測試均在史密斯架上進行，兩側均有保護人員，兩次測試至少間隔48 h。實驗開始前，采集受試者身高和體重，帶領受試者了解測試流程，練習測試動作。

1 RM測試:采用NSCA 測試方案[8]，熱身活動采用5～10 次重復的重量，依次預估并完成3～5、2～3、1 次重復的重量試舉，每次加重方式為上肢4～9 kg，下肢14～18 kg。無論1 RM試舉成功或失敗，均以上肢2～4 kg，下肢7～9 kg，繼續加重或者減重，直到可用正確動作完成一次重復，運動員最好能5 次內測出1 RM重量。每次試舉間歇時間為2～4 min。

最大輸出功率測試:測試前，受試者進行15 min 常規熱身活動，包括10 min 中等強度慢跑，5 min 上下肢動態拉伸。將傳感器固定于杠鈴桿上，受試者分別在10%、30%、50%、70%和90%1 RM負荷下進行半蹲起和臥推拋測試，每一級負荷采集1 次有效數據，組間間歇時間為3～5 min。

測試動作要求:半蹲要求受試者雙腳開立與肩同寬，身體直立，杠鈴至于雙肩，雙手握住杠鈴，負重下蹲至90°，停頓1～2 s 后，然后最快速度蹬伸至站立姿勢，杠鈴桿不得離開肩部、雙腳不得離開地面[9]。臥推拋要求受試者平躺，頭部、上背部以及臀部觸及平板，腳掌與地面平行接觸，雙手正握杠鈴，杠鈴下降至胸部，停頓1～2 s 后，爆發式向上推起，肩胛骨與平板不分離[10]。

為減少測試誤差，測試前明確告知并熟悉實驗動作標準；每次試舉均要求受試者盡全力完成；每次重復動作均給予受試者口頭提示與鼓勵；根據受試者的身高和體重預估其1 RM 值。

(3)數據采集流程。

采用MiniIMU(版本號:4.3.14)軟件進行數據采集，波特率設置為115 200 bit/s，回傳速率為100 Hz，加速度量程為0～8 G 的重力加速度，計算加速度零偏值，并寫入參數，輸出內容選擇時間和加速度。設置好測試負荷后，向受試者下達“準備”的口令，受試者上史密斯架后，打開傳感器，軟件回歸零設置。受試者準備好后，實驗操作人員在電腦采集窗口觸發采集，發出“3，2，1，開始”指示口令，采樣結束后，受試者離開史密斯架，保存數據。

(4)數據處理。

根據時間、加速度和訓練負荷值對輸出功率、速度和力值進行計算，計算公式如下:Vi=Vi-1+ai × ti，Fi=mi ×(ai+g)，Pi=Fi ×Vi。其中，a 為垂直方向加速度，V 為瞬時速度，P 為輸出功率，m 為訓練負荷，g 為重力加速度(10 m/s2)，初速度V0=0 m/s。

1.2.3 數理統計法

采用EXCEL 2019 對數據進行匯總和計算，將所獲數據導入SPSS 22.0 進行缺失值、異常值和一致性檢驗，運用GraphPad Prism Software 7.0 軟件進行圖形繪制。采用重復測量方差分析對各組別不同負荷間輸出功率的差異性進行檢驗，采用單因素方差分析對投擲組、短跑組、籃球組和體操組OPL、身高、體重、1 RM、最大速度、平均速度、最大力和平均力進行差異性檢驗，并匯報效果量(ES)。所有數據采用均值(ˉx)、標準差(s)等描述統計量進行表述，顯著水平為P<0.05，非常顯著水平為P<0.01。

2 研究結果

2.1 不同力量訓練手段OPL 的確定

2.1.1 臥推拋不同組別OPL 的確定

如圖1 所示，各組別臥推拋平均輸出功率曲線呈單波峰形狀，波峰所對應輸出功率為最大平均輸出功率，波峰所對應負荷即為各組的OPL。其中，投擲組、短跑組和籃球組的臥推拋OPL 為70%1 RM，體操組臥推拋OPL 為50%1 RM。

圖1 不同組別臥推拋輸出功率特征Figure 1 The power output characteristics of different groups of bench press throw

2.1.2 半蹲起不同組別OPL 的確定

如圖2 所示，短跑組、籃球組和功率組的功率曲線呈單波峰形狀，投擲組呈斜線。其中，投擲組半蹲起OPL 為90%1 RM，短跑組、籃球組和體操組的半蹲起OPL 為70%1 RM。

圖2 不同組別半蹲起輸出功率特征Figure 2 The power output characteristics of different groups of half squat

2.2 不同力量訓練手段OPL 的平均速度特征

2.2.1 臥推拋不同組別OPL 的平均速度特征如表2 所示，不同組別的臥推拋OPL 時，除平均速度和最大速度指標間無顯著性，各組別其余指標間均具有一定的。OPL 指標，與投擲組、短跑組、籃球組相比，體操組最小(ES分別為1.79，1.59，1.23，P<0.01)。1 RM指標，投擲組顯著大于短跑組、體操組(ES分別為1.33，1.79，P<0.01)。最大力指標，體操組顯著小于投擲組、短跑組、籃球組(ES分別為1.79，1.75，1.49，P<0.01)。平均力指標，體操組顯著小于投擲組、短跑組、籃球組(ES分別為1.69，1.62，1.20，P<0.01)。最大功率指標，體操組顯著小于投擲組(ES分別為1.50，P<0.01)。平均功率指標，體操組顯著小于投擲組(ES分別為1.40，P<0.01)。

表2 不同組別臥推拋OPL 的平均速度方差分析結果()Table 2 Analysis results of variance of average velocity in different groups of bench press throw ()

表2 不同組別臥推拋OPL 的平均速度方差分析結果()Table 2 Analysis results of variance of average velocity in different groups of bench press throw ()

2.2.2 半蹲起不同組別OPL 的平均速度特征

如表3 所示，不同組別的半蹲起OPL，除平均速度和最大速度指標間無顯著性差異性，各組別其余指標間均具有一定的差異性。OPL 指標差異性，投擲組顯著高于短跑組、籃球組、體操組(ES分別為2.96，1.78，1.74，P<0.01)，籃球組、體操組顯著高于短跑組(ES分別為1.39，0.81，P<0.05)。1 RM指標，投擲組顯著大于短跑組、籃球組、體操組(ES分別為1.99，1.54，1.85，P<0.05)。最大力量指標差異性，投擲組、籃球組顯著高于短跑組(ES分別為1.52，2.01，P<0.05)。平均力量指標，投擲組、籃球組顯著高于短跑組(ES分別為1.51，1.62，P<0.05)。最大功率指標，投擲組、籃球組、體操組顯著高于短跑組(ES分別為1.62，2.53，1.63，P<0.05)。平均功率指標，投擲組、籃球組顯著高于短跑組(ES分別為1.43，2.02，P<0.01)。

表3 不同組別半蹲起OPL 的平均速度方差分析結果一覽表()Table 3 Analysis results of variance of average velocity in different groups of half squat ()

表3 不同組別半蹲起OPL 的平均速度方差分析結果一覽表()Table 3 Analysis results of variance of average velocity in different groups of half squat ()

2.3 不同力量訓練手段功率與速度變化特征

如圖3 所示，臥推拋的平均輸出功率低于半蹲起的平均輸出功率，但其平均速度高于半蹲起的平均速度。其中，半蹲起和臥推拋OPL 均為70%1 RM，但臥推拋OPL 對應的平均速度為1.03 ±0.24 m/s，半蹲起OPL 對應的平均速度為0.86 ±0.19 m/s。

圖3 不同負荷下半蹲起和臥推拋的功率-速度曲線Figure 3 Power-velocity curve of half squat and bench press throw under different loads

3 討論

3.1 OPL 力量訓練理論基礎

OPL 力量訓練的生物力學基礎可追溯至1938 年Hill 經典研究，即Hill 方程所描述的骨骼肌收縮力-速曲線。在力量訓練中，隨著訓練負荷逐漸增大，骨骼肌收縮速度逐漸降低，當外界負荷達到某一點時，骨骼肌被充分激活且輸出功率達到最大[11]。力量訓練的核心是負荷的配給，運動員在不同力量負荷下進行力量訓練，會產生不同的力-速曲線關系，并最終形成3 種不同的負荷方式，即:最大功率負荷方式、低阻高速負荷方式、高阻低速負荷方式[12]。不同力量訓練負荷產生不同的力-速曲線關系，產生不同的骨骼肌神經適應[13]和訓練效益[14-15]。OPL 力量訓練能有效增大運動員的輸出功率[16]，提高其專項競技能力所需的短跑能力[5]、跳躍能力[17]、投擲能力[18]以及變向能力[19]等。有關不同力量訓練手段OPL 的研究表明，半蹲跳OPL 為0%1 RM[20]，半蹲起OPL 為60%1 RM[21]，高翻OPL 為90%1 RM[6]，臥推拋OPL 為50%1 RM[22]，臥拉OPL 為50%1 RM[23]。同時，OPL 的影響因素因時、因項、因人而異，如性別[24]、年齡[25]、運動水平[19]、訓練經歷[26]、激素水平[27]等。時至今日，確定不同力量訓練手段OPL 進行精細化力量訓練，增大運動員的功率輸出已成為學者和體能教練關注的焦點問題[28]。

3.2 不同力量訓練手段OPL

就不同力量訓練手段OPL 而言，臥推拋力量訓練時，投擲組OPL 為70%1 RM，最佳訓練負荷范圍為50%～90%1 RM；短跑組OPL 為70%1 RM，最佳訓練負荷范圍為50%～70%1 RM；籃球組OPL 為70%1 RM；體操組OPL 為50%1 RM，最佳訓練負荷范圍為30%～70%1 RM。Smilios 等[29]對11 名男性青年排球運動員臥推拋力量訓練發現，臥推拋的輸出功率在30%1 RM時顯著大于其他負荷(P<0.05)。Sarabia 等[2]對25 名大學生運動員在30%～50%1 RM下進行臥推拋力量訓練發現，大學生運動員臥推拋OPL 為40%1 RM。Silva 等[30]將28 名運動員分為高水平組和一般水平組并進行OPL 測試，結果顯示，高水平組臥推拋OPL 為50%1 RM，一般水平組為40%1 RM。本研究結果顯示，半蹲起力量訓練時，投擲組OPL 為90%1 RM，最佳訓練負荷范圍為50%～90%1 RM；短跑組OPL 為70%1 RM，最佳訓練負荷范圍為30%～90%1 RM；籃球組OPL 為70%1 RM，最佳訓練負荷范圍為70%～90%1 RM，體操組OPL 為70%1 RM，最佳訓練負荷范圍為50%～90% 1 RM。Alcaraz等[21]對10 名高水平短跑運動員在30%～80%1 RM負荷下，進行半蹲起最大輸出功率測試，結果認為，短跑運動員半蹲起OPL 為60%1 RM。該研究結果與McBride 等[31]的研究結果一致。郭仲亞[32]對11 名男性大學生半蹲起的研究表明，半蹲起的OPL 為65%～70%1 RM。另外，Thomas[24]對性別不同的33 名大學足球運動員在不同負荷下進行半蹲起OPL 測試發現，男子半蹲起OPL 為30%～40%1 RM，女子OPL 為30%～50%1 RM。綜上，不同項目運動員臥推拋和半蹲起的OPL 具有一定的差異性，通常認為以爆發式用力為主的運動員OPL 相對較大，高水平運動員OPL 高于一般水平運動員，不同性別也可能造成OPL 具有一定的差異性。另外，使用史密斯架進行力量訓練時，不同力量訓練手段OPL 普遍大于自由重量器械。

3.3 平均速度確定OPL 可行性

傳統力量訓練負荷的安排需測試1 RM，再根據1 RM百分比(%1 RM)確定訓練負荷，1 RM測試過程不僅費時費力，且存在較大運動損傷風險[33]。此外，1 RM受力量水平、恢復能力、睡眠、營養、壓力等因素的影響較大，具有較大的變異性，若一味的選擇同一1 RM作為力量訓練負荷標準有所欠缺，多次測試1 RM又不切實際。研究發現，動作完成速度與訓練負荷密切相關，在力量訓練實踐中監控和安排訓練負荷具有重要的意義[34]。

就不同力量訓練手段OPL 的各項指標而言，無論運動員1 RM最大(投擲組，P<0.01)或是最小(體操組，P<0.05)，或者不同力量訓練手段OPL 所對應的負荷是多少，運動員在達到最大平均輸出功率時刻，各組別間的最大速度和平均速度均無顯著性差異。這一研究結果與Samozino[35]和Loturco[36]的研究較為一致，他們認為不同專項的運動員在其輸出功率達最大時，僅平均速度指標無顯著性差異性。因此，速度指標確定不同力量訓練手段OPL 具有一定的可行性。就最大速度與平均速度指標的取舍而言，運動員盡全力完成臥推拋和半蹲起力量訓練的情況下，最大速度與平均速度均可用來確定OPL，但最大速度具有較大的變異性(表2 和表3)，而平均速度相對更具有穩定性，這一結果與García-Ramos 等[37]的研究結果一致。因此，平均速度指標確定不同力量訓練手段OPL 具有一定的穩定性。就功率與速度的變化特征而言，隨著外界負荷的增大，速度呈下降趨勢，輸出功率呈拋物線狀，臥推拋平均速度為約1.03 m/s時，半蹲起平均速度約為0.86 m/s時，兩種力量訓練手段均達到最大平均輸出功率。

在OPL 力量訓練實踐應用中，以平均速度為負荷評價標準進行OPL 力量訓練時，具有省時省力、可信度、安全性以及可行性較高的訓練效果。從省時省力來看，要找到力量-速度曲線中的最佳結合點進行最大輸出功率力量訓練時，需要測試運動員的1 RM，然后需要具備專門測試設備，并在不同負荷下進行輸出功率測試，這一過程相對耗時耗力，以速度為負荷評價標準，無需測試1 RM，免于傳統功率測試和負荷安排[38]，快速進行OPL 負荷安排。從可信度來看，OPL、1 RM、力和功率指標在各組別中均具有一定的變異性和顯著的差異性，僅有速度指標不具有差異性，在力量訓練實踐中具備一定的可信度和穩定性。從安全性來看，運動員免于測試1 RM，很大程度上降低了潛在運動損傷風險。從可行性來看，測試力量訓練動作完成的平均速度，僅需一個加速計，甚至是手機測速相關的應用程序[39]，方便攜帶和采集數據，操作簡單，設備成本較低，易于教練員安排特異性的力量訓練計劃，具備較強的可行性。

4 結論

在發展運動員最大輸出功率的力量訓練中，不同專項運動員具有不同的OPL，利用平均速度指標確定運動員的OPL具有一定的可行性和穩定性。通常，發展臥推拋最大輸出功率的平均速度約為1.03 m/s，發展半蹲起最大輸出功率的平均速度約為0.86 m/s。

(編輯 李新)