以时域特征为视角的骨骼肌激活后增强效应

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.0312

摘要/Abstract

摘要：

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文题释义：
激活后增强效应：是一种由预先短时间次最大强度抗阻练习引起的肌肉发力速度或爆发力急性增加的生理现象。
1次最大重复量：是指能够完整进行的、全活动范围的、最大努力只能进行 1次动作的负重质量。

摘要
背景：研究表明适当的诱导练习后可以增大骨骼肌的输出功率，提高运动表现。但如何把握激活后增强效应的恢复时间仍是国内外学者的研究热点。
目的：探究大负荷诱导练习后恢复时间对激活后增强效应的影响。
方法：选取13名男性大学生田径运动员。激活后增强效应诱导练习采用90%1次最大重复量(1-repetition maximum，1-RM)重复3次杠铃半蹲，使用三维测力台对受试者静态半蹲跳进行前测和后测(15 s、3，6，9和12 min)。试验采用配对样本t检验对腾空高度、最大地面反作用力和峰值功率的前测值与后测值进行对比分析。
结果与结论：①腾空高度基线值与3，6，9 min时观测值具有显著性差异(P < 0.01)，大力量组腾空高度变化率峰值和腾空高度峰值出现时间晚于小力量组；②最大地面反作用力基线值与15 s时观测值具有显著性差异(P < 0.05)，大力量组最大地面反作用力变化率峰值和最大地面反作用力峰值出现时间晚于小力量组；③峰值功率基线值与3，6 min时观测值具有显著性差异(P < 0.01，P < 0.05 )，大力量组峰值功率变化率峰值和峰值功率峰值出现时间晚于小力量组；④结果提示，90%1 RM强度下，重复3次杠铃半蹲诱导练习可诱导产生激活后增强效应。诱导产生激活后增强效应后，腾空高度峰值出现在6 min；最大地面反作用力峰值出现在3 min；峰值功率峰值出现在6 min。1-RM/体质量值越高，诱导练习后腾空高度、最大地面反作用力峰值、峰值功率的峰值出现时间越晚。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程
ORCID: 0000-0002-1304-1843(郭文霞)

关键词: 激活后增强效应, 力量训练, 恢复时间, 时域特征, 力量水平, 爆发力, 峰值功率, 最大重复量, 地面反作用力

Abstract:

BACKGROUND: Appropriate induced exercise has been shown to increase the output power of skeletal muscle, and enhance sport performance. However, how to control the recovery time of postactivation potentiation is an issue of concern at home and abroad.
OBJECTIVE: To investigate the effect of recovery time after heavy-load induced exercise on the postactivation potentiation.
METHODS: Thirteen college track men were recruited. Postactivation potentiation was induced by half back-squat of three repetitions at 90% 1-repetition maximum (1-RM). The static squat jump date was collected pre and post test (15 seconds, 3, 6, 9 and 12 minutes) using three-dimensional measuring platform. The pre and post date of flight height, maximum ground reaction force and peak power were analyzed by paired-t test.
RESULTS AND CONCLUSION: The flight height at baseline was significantly different from that at 3, 6 and 9 minutes post-test (P < 0.01), the peak of flight height change rate and peak of flight height in the high strength level group appeared later than those in the low strength level group. The maximum ground reaction force at baseline was significantly different from that at 15 seconds post-test (P < 0.05), the peak of maximum ground reaction force change rate in the high strength level group appeared later than those in the low strength level group. The peak power at baseline was significantly different from that at 3 and 6 minutes post-test (P < 0.01), the peak value of peak power change rate and peak power in the high strength level group appeared later than those in the low strength level group. All these findings indicate that half back-squat of three repetitions at 90% 1-RM can induce postactivation potentiation. Afterwards, the peak flight height appeared at 6 minutes, the peak maximum ground reaction force appeared at 3 minutes, and the peak power appeared at 6 minutes. The higher ratio of 1-RM/body mass, leads to latter appearance of peak of flight height, ground reaction force and peak power after induction training.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

Key words: Muscle, Skeletal, Resistance Training, Sports Medicine, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

郭文霞，曲淑华，孔振兴，梁美富. 以时域特征为视角的骨骼肌激活后增强效应[J]. 中国组织工程研究, 2018, 22(24): 3804-3810.

Guo Wen-xia1, Qu Shu-hua2, Kong Zhen-xing2, Liang Mei-fu3. Postactivation potentiation in skeletal muscle from the perspective of time domain characteristics[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2018, 22(24): 3804-3810.

图/表（结果） 2

2.1 受试对象数量分析纳入受试者13名，男性，无中途退出者，均进入结果分析，试验流程见图1。

2.2 腾空高度结果对腾空高度各时间点观测值进行正态性检验，单样本Kolmogorov-Smirnov检验结果显示，测量数据符合正态分布(P > 0.05)。为进一步探究激活后增强效应诱导练习后腾空高度变化的时域特征，将腾空高度基线值与各时间点观测值进行配对样本t 检验，结果表明，激活后增强效应诱导练习后，受试者腾空高度基线值与 3 min(P < 0.01)、6 min(P < 0.01)，9 min(P < 0.01)时观测值具有非常显著性差异。

由图2可知，腾空高度基线值(38.40±5.61) cm与3 min (41.60±6.56) cm、6 min (42.00±5.59) cm、9 min (41.70± 6.02) cm时观测值具有非常显著性差异，腾空高度峰值出现在诱导练习后6 min。由图3可知，腾空高度变化率峰值出现在诱导练习后6 min，腾空高度变化率为(10.1±10.39)%。为进一步探究不同力量水平受试者激活后增强效应的特征，将受试者分为大力量组(1-RM/体质量≥3，n=6)和小力量组(1-RM/体质量< 3，n=7)。由图4可知，诱导练习后3 min大力量组腾空高度变化率、变化率峰值、持续时间均高于小力量组，但大力量组腾空高度变化率峰值和腾空高度峰值出现时间晚于小力量组(6 min vs 3 min)。

2.3 最大地面反作用力结果对最大地面反作用力各时间点观测值进行正态性检验，单样本Kolmogorov-Smirnov检验结果显示，测量数据符合正态分布(P > 0.05)。为进一步探究激活后增强效应诱导练习后最大地面反作用力变化的时域特征，将最大地面反作用力基线值与各时间点观测值进行配对样本t 检验，结果表明，激活后增强效应诱导练习后，受试者最大地面反作用力基线值与15 s时观测值有显著性差异(P < 0.05)。

由图5可知，最大地面反作用力基线值 (1 547.6±213.0) N与15 s(1 581.9±196.9) N时观测值具有显著性差异。最大地面反作用力峰值出现在诱导练习后 3 min，由箱型大小可知，组内个体间最大地面反作用力差异性较大，该时间点观测值与基线值在0.05水平上不具有显著性差异。由图6可知，最大地面反作用力变化率峰值出现在诱导练习后6 min，最大地面反作用力变化率为(2.50±4.97)%。由图7可知，诱导练习后小力量组各时间点最大地面反作用力变化率均为正值，且大于大力量组；大力量组最大地面反作用力变化率峰值和最大地面反作用力峰值出现时间晚于小力量组(3 min vs.15 s)。

2.4 峰值功率统计结果对峰值功率各时间点观测值进行正态性检验，单样本Kolmogorov-Smirnov检验结果显示，测量数据符合正态分布(P > 0.05)。为进一步探究激活后增强效应诱导练习后峰值功率变化的时域特征，将峰值功率基线值与各时间点观测值进行配对样本t 检验，结果表明，激活后增强效应诱导练习后，受试者峰值功率基线值与3 min(P < 0.01)时观测值具有非常显著性差异，与 6 min(P < 0.05)时观测值具有显著性差异。

由图8可知，峰值功率基线值(3 894.2±1 206.1) W与 3 min(4 269.2±1 186.3) W时观测值具有非常显著性差异，与6 min(4 324.9±1 479.8) W时观测值具有显著性差异。峰值功率出现在诱导练习后6 min，由箱型大小可知，组内个体间峰值功率差异性较大，该时间点观测值与基线值在0.01水平上不具有显著性差异。由图9可知，峰值功率变化率峰值出现在诱导练习后3 min，峰值功率变化率为(11.2±11.94)%。由图10可知，诱导练习后大力量组3，6， 9 min峰值功率变化率大于小力量组，但持续时间小于小力量组(9 min vs 12 min)；大力量组峰值功率变化率峰值和峰值功率峰值出现时间晚于小力量组(6 min vs 15 s)。

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引言

材料方法

1 对象和方法 Subjects and methods

1.1 设计自身前后对照研究。

1.2 时间与地点于2017年10月在北京体育大学完成。

1.3 对象北京体育大学在读田径专项男大学生志愿者13名，年龄(19.92±1.03)岁；身高(179.77±6.61) cm；体质量(69.31±6.38) kg；半蹲1-RM(161.54±29.68) kg；1-RM/体质量平均2.35±0.47，训练年限(5.85±1.52)年。

纳入标准：①自愿参加研究测试，有负重半蹲练习经历；②受试者测试前3 h内无咖啡因摄入，24 h内下肢未进行大强度抗阻练习；③近3个月内无下肢关节损伤(开放性和闭合性)、无心血管疾病、无皮肤过敏、无疝气等禁忌症状。

排除标准：①既往有下肢关节损伤者；②有心血管疾病、皮肤过敏、疝气等禁忌症状者；③不愿参加试验者。

1.4 实验器材 2台Kistler测力台(瑞士KISTLER公司)，型号为9281E，规格为600 mm×400 mm×100 mm；笔记本一台(内含BioWare软件)；史密斯架2套(包括标准杠铃杆、杠铃片、固定弹簧夹)；秒表2块。

1.5 方法

1.5.1 诱导方案首先受试者进行半蹲1-RM测试，采用NSCA测试方案，诱导动作为杠铃负重半蹲跳，诱导强度为90%1-RM，诱导量度为1组3次杠铃半蹲练习^[15]。1-RM测试和半蹲诱导练习均在史密斯架上进行，两侧均有保护人员。

测试动作采用静态半蹲跳，目的是增加测试的稳定性、减少手臂摆动的干扰^[16]。静态半蹲跳动作要求受试者在测力台上双脚开立与肩同宽，双手叉腰，膝关节屈膝90°，保持一两秒后，尽最大努力向上跳起(起跳过程中无肉眼可见下蹲动作)，自然下落，并保持一两秒。整个过程中双脚不得落于测力台以外区域。

1.5.2 试验流程首先受试者进行10 min慢跑和下肢动态拉伸，再进行3次无负重半蹲跳练习。5 min休息后，采集受试者无负重静态半蹲跳动力学数据作为基线。5 min休息后，在90%1-RM强度下，进行1组3次半蹲跳练习，每次重复动作均给予受试者口头提示与鼓励，分别采集受试者练习结束后15 s、3，6，9及12 min静态半蹲跳动力学数据^[17]。每个时间点采集3次有效动作，每次重复动作均给予受试者口头提示与鼓励，3次半蹲跳时间不超过18 s^[18]。静态半蹲跳测试与1-RM 测试间隔时间大于48 h^[19]。

1.5.3 数据采集与解析数据采集过程，首先由试验操作人员在采集软件中设置采集频率(1 000 Hz)和受试者信息录入。其次，向受试者下达“上测力台”的口令，受试者上测力台后，操作人员进行控制测力台回归零设置。最后，受试者准备好后，实验操作人员在电脑采集窗口触发采集，发出“3，2，1，跳”的指示口令，采样结束后，受试者下测力台，保存数据。

采用BioWare：5.3.0.7对数据进行解析，选择最佳成绩进行解析，使用Butterworth低通滤波，频率为10 Hz。直接测得数据包括：垂直轴地面反作用力的最大值、平均值和最小值、蹬伸时间、腾空时间、人体重力(Mg)。计算所得数据包括：腾空高度和峰值功率。腾空高度计算根据腾空时间高度计算法^[20]。H=gt²/8(H为腾空高度，g为重力加速度，t为腾空时间)。峰值功率计算过程为：首先，计算冲量，I=F_合×t(F_合=GRF_max-Mg，t为力作用的时间)；其次，计算最大速度，I=Mv_t-Mv₀(初速度v₀=0)可计算，v_t=I/M；最后，再根据P=GRF_max×v_t，计算出峰值功率。变化率指各时间点观测值相对于基线值的变化幅度，计算公式为：变化率=(观测值-基线值)/基线值×100%。

1.6 主要观察指标观察并记录受试者无负重静态半蹲跳动力参数和受试者练习结束后15 s、3，6，9及12 min的垂直轴地面反作用力、蹬伸时间、腾空时间、人体重力。

1.7 统计学分析采用SPSS 22.0对实验数据进行统计学处理，主要运用配对样本t 检验法将基线值与诱导练习后各个时间点的观测值进行配对检验。采用单样本Kolmogorov-Smirnov检验法对观测值进行正态性检验。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

讨论

3.1 腾空高度时域特征跳跃能力是许多项目需要的基本运动素质，前期研究结果显示，不同负荷及恢复时间的影响下，不同形式的跳跃动作均能成功诱导出激活后增强效应^[21-22]。短间歇时间由于疲劳程度超过了增强效应本身，不会出现良好激活后增强效应效应^[23]。因此，了解和掌握诱导练习后激活后增强效应出现的时域特征对最佳腾空高度的把握至关重要。

Kilduff等^[24]的研究中，让23名受试者进行1组3RM的杠铃深蹲练习，分别在练习后15 s、4，8，12，16和20 min时进行爆发力测试。结果显示，练习结束后8-12 min受试者的爆发力达到峰值。Kilduff等^[25]让9名游泳运动员在87%1-RM强度下进行3次练习，分别在练习后15 s、4，8，12和16 min后测试下蹲跳。结果显示，8 min后受试者的腾空高度显著增加。当前研究受试者在3，6和9 min时腾空高度显著增加，从时间的连续性来看，与Kilduff等的研究具有交集，但激活后增强效应出现时间早于Kilduff的研究，这可能受诱导量度和受试者力量水平的影响。Seitz等^[17]研究中，将18名受试者按其力量素质分为强壮组和柔弱组，在90%1-RM强度下进行3次深蹲练习，然后进行深蹲跳测试。结果表明，强壮组最佳表现在休息6 min后，而柔弱组最佳表现在休息9 min后。当前研究大力量组腾空高峰值和峰值变化率出现时间(6 min)与Seitz等研究中强壮组最佳表现一致，但小力量组最佳表现出现时间(3 min)早于柔弱组。大量的研究均证明，大强度抗阻练习后的激活后增强效应效应与受试者的力量水平有关，适当诱导练习后，力量水平越高的受试者表现出来的激活后增强效应效应越明显^[26-27]。当前研究与前人的研究一致，这一现象可能与受试者Ⅱ型肌纤维含量有关，受试者的Ⅱ型肌纤维百分比越高，经诱导练习后，激活后增强效应效应越明显^[28]。

3.2 最大地面反作用力时域特征 Weber等^[29]让12名田径运动员分别进行2组试验，分别是杠铃负重深蹲组和无负重深蹲组，杠铃负重深蹲组在85%1-RM强度下进行5次深蹲练习，无负重深蹲组仅进行5次深蹲跳跃，2组均休息 3 min后测试其下蹲跳。结果显示：杠铃负重深蹲组地面反作用力峰值增加了(4.0±4.9)%，无负重深蹲组地面反作用力峰值下降了(1.3±7.5)%。当前实验的研究结果与上述研究结论一致，但地面反作用力峰值(2.5±4.97)%小于上述研究结果，这可能与受试者力量水平有关。Horan等^[30]让43名受试者进行6组，每组20次分腿弓步蹲，然后进行下蹲跳测试。结果显示，前测与后测垂直地面反作用力无显著性变化，但峰值出现时间在3 min。当前研究的最大地面反作用力峰值出现时间与前人的研究一致。Khamoui等^[31]让16名业余男性训练者，进行85%1-RM强度下1×2、1×3、1×4、1×5次诱导练习，5 min后进行下蹲跳测试。结果显示，最大地面反作用力前测值大于后测值。Esformes等^[32]让13名受试者进行3组试验，分别是休息组、负荷训练组和抗阻训练组，3组试验间隔10 min重复进行，3种干预后5 min后测试其下蹲跳。结果显示：3组最大地面反作用力无显著性差异。当前研究与前人的研究结论不一致，许多研究也并未发现最大地面反作用力的增加，通常是由于受试者为业余选手、相对力量较小、诱导练习不适宜以及间歇时间把握不恰当等^[33-34]。

3.3 峰值功率时域特征在爆发力为主的项目中，往往由于运动负荷相对较小，并不要求运动员达到最大力量，而是力量与速度的最佳结合^[35]。因此，峰值功率常被作为评价运动员爆发力的指标之一^[36]。

Rixon等^[37]让30名受试者分别进行激活后增强效应诱导练习，其中20名受试者力量水平较高，10名受试者力量水平较低。结果显示，无论是在跳跃高度还是输出功率上，力量水平较高的受试者显著优于力量水平较低受试者。当前研究也再次证实前人的研究结果。Kilduff等^[25]提出8 min后受试者输出功率显著增加，12 min后激活后增强效应消失。当前研究峰值功率出现的时间基本与前人的研究一致，激活后增强效应消失的时间与前人研究(12 min)的一致。另外，Sygulla等^[15]的研究表明，90%1-RM强度下3次半蹲重复后，休息5 min后，进行静态半蹲测试。结果显示，前侧与后侧的峰值功率并无显著性差异。这可能由于受试者的绝对力量或相对力量的不同，导致最佳激活后增强效应出现的时间不同，仅仅对诱导后5 min这一个观测值进行采集，可能导致前侧与后侧的峰值功率并无显著性差异。峰值功率阴性结果出现时，或许并不代表激活后增强效应未发生，可能要根据个体的年龄、性别或力量水平的差异，重新测试和评估峰值功率出现的时域特征。

3.4 小结 90%1-RM强度下，重复3次杠铃半蹲诱导练习可诱导产生激活后增强效应。诱导产生激活后增强效应后，腾空高度峰值出现在6 min；最大地面反作用力峰值出现在3 min；峰值功率峰值出现在6 min。1-RM/体质量值越高，诱导练习后腾空高度、最大地面反作用力峰值、峰值功率的峰值出现时间越晚。

激活后增强效应影响因素较多，如何能有效诱导出最佳激活后增强效应尚无定论。关于激活后增强效应诱导方式、诱导强度、诱导量度、恢复时间等训练学因素以及年龄、性别、训练经历、力量水平、肌纤维类型等个体因素的研究日渐完善，如何针对个体因素施以恰当的训练学干预并诱导出最佳激活后增强效应，将会是激活后增强效应未来研究重点。

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