一轮高强度飞轮阻力训练后的激活后增强效应(PAPE)
Sergio Maroto-Izquierdo；Iker J Bautista； Fernando Martín Rivera
摘要
本研究调查了高强度的单组加重离心等效阻力运动对垂直跳跃表现所引起的激活后增强效应（PAPE）。20名身体活跃的男大学生在一般预设的热身运动后，以随机的平衡顺序进行了两种不同的调节活动（CA）：在实验条件下，以高强度（即个体化的最佳惯性矩[0.083±0.03 kg-m-2]）的飞轮半蹲运动进行6次最大重复的调节组，或在对照条件下，以6次最大下蹲跳（CMJ）代替飞轮运动。在实验和控制方案中，CMJ高度、CMJ同心峰值功率和CMJ同心峰值速度在基线（即热身后3分钟）和CA后4、8、12、16和20分钟被评估。只有在实验方案后，才观察到在CA后4、8、12、16和20分钟内垂直纵跳表现的明显提高（P < 0.05，ES范围0.10-1.34）。事实上，与控制条件相比，实验方案显示出更大的CMJ高度、同心峰值功率和同心峰值速度的提升（P < 0.05）。总之，单组高强度飞轮训练导致体力活动的年轻男子在4、8、12、16和20分钟后CMJ性能的PAPE。
关键字：等效性；离心超负荷；立定跳远；热身；肌肉力量
引言
在整个科学文献中，人们提出了许多物理和生理策略，以便以慢性和急性的方式提高神经肌肉的表现。传统上，慢性的神经肌肉增强与不同的肌肉强化方法和周期化方法有关。关于急性表现的提高，人们对通过热身策略实现表现优化的可能性给予了很多关注。在这些准备策略中，采用短暂（即低量）和高或中等强度的调节活动（CA）是最突出的，它能使工作肌肉的神经肌肉得到明显的改善。因此，当通过电诱发的抽动收缩评估峰值力和力发展速率增强时，在施加强烈的随意肌肉收缩后(< 3分钟)立即观察到这些性能增强。这种现象被称为激活后增强(PAP)。然而，当在高强度的基于运动的热身后应用一个显著的休息期，目的是增强随后的自愿而非电诱发的力量产生(在强化活动后7-10分钟达到峰值)，激活后表现增强(PAPE)现象发生。此外，尽管PAP的基础机制与肌球蛋白调节轻链磷酸化有关，但PAPE可能与肌肉温度、肌肉含水量和肌肉活化水平的增加有关，尽管其基础机制尚未确定。然而，不同的PAPE方案显示了显著的神经(例如，力量产生、EMG振幅)和功能效应(例如，跳跃或投掷表现、短跑和一些特定运动任务)。
在采用自由重量和可变阻力训练的单套大负荷(即80–90% 1-RM)阻力练习后，PAPE被广泛研究。事实上，似乎需要高强度的运动来实现更大的急性性能增强。此外，研究表明，多组强化活动比单组活动产生更大的PAPE效应，尤其是对初学者和较弱的参与者。然而，独立于训练强度和训练量，在以最大向心速度进行的传统向心-离心阻力训练中，由于肌肉的力-速度特性，离心阶段明显负荷不足。因此，离心超负荷(EO)阻力训练作为一种替代方法出现，以相对于离心肌肉动作的力量生成能力有效地规定强度，并避免消极的工作隔离(即，有利于拉伸缩短周期的使用，同时在所选锻炼和运动的自然力学中产生最小的中断)。事实上，一些研究已经证明，加入强化的离心负荷可以产生更高的下肢和上肢激活后的爆发力表现，特别是当使用负重CA而不是传统的高强度或中等强度的重量练习。然而，由于这种方法在机械方面存在很大的困难，而且几乎没有实际应用，因此在重力阻力下的离心强化训练并没有被广泛使用。
在允许EO的不同技术中，飞轮训练是最常用的运动模式之一，在不同的情况下都有一定的功效。飞轮技术的运行基于在最大的同心运动中在系统中产生的能量，由于其惯性特征，这些能量在随后的偏心运动中被储存和保持，当偏心阶段结束时发生一个短暂而集中的制动动作时，提供一个强化的拉长动作。通过这种方法，在系统中产生了EO，在更高的惯性载荷下实现了更大的过载量，这是一个优势，因为它允许我们使用拉伸-缩短周期，同时以机械上的简单方式为运动的每个阶段提供一个最佳载荷。
最近，一些研究表明，飞轮装置对运动员和健康受试者的爆发力表现有明显的急性影响（尽管他们都将这些影响称为 “PAP”）。Beato等人和Timon等人发现，在飞轮深蹲PAPE方案之后，经过3到9分钟的休息，垂直跳跃（分别是反身运动和深蹲跳跃）有了明显的提升。这些研究采用了高容量（即3组6次）和低强度（即惯性矩为0.03-0.06kg-m-2）的PAPE设计。这似乎表明，无论个人特征如何，基于高容量EO的热身运动对PAPE的反应有积极影响。尽管如此，Cuenca-Fernandez等人在只做了4次低强度（0.05kg-m-2）的游泳专用飞轮运动后，8分钟时观察到了类似的PAPE效应（即垂直产力和速度）。虽然这些发现得到了以前研究的支持，其中显示运动员或更强壮的人在单组CA后表现出更大的增效水平，但在研究PAPE反应时，特别是关于EO CA，训练量和强度之间的相互作用起到了无可争议的作用。尽管如此，据我们所知，还没有研究分析高强度和低容量的等容性EO CA后的PAPE时间过程反应。
鉴于目前在热身CA期间产生EO的选择，以及假设由等惯性飞轮刺激诱导的一套独特的高强度EO实施适当的热身可能足以促进PAPE，我们设计了一项研究，以调查由飞轮设备诱导的单组高强度EO运动后4、8、12、16和20分钟对垂直跳跃表现的时间过程急性影响。
研究对象和研究方法
解决问题的实验方法
进行了一项随机的单盲交叉研究设计，以调查单次高强度飞轮阻力运动后的激活后性能增强（PAPE）时间过程（4、8、12、16和20分钟）。参与者连续三周来到实验室，进行了6次训练（图1）。在第一周，完成了三次熟悉课程，间隔48小时，以使参与者了解研究程序（即CMJ测试、飞轮操作和PAPE协议）。在第二周，进行了一次训练，以确定最大化运动功率的最佳惯性负荷。在第三周，参与者经历了两次随机平衡测试，间隔72小时。每个测试环节之前都有一个全面的特定任务热身，旨在对与跳跃表现最密切相关的肌肉组织产生影响。热身三分钟后，记录一次基础下蹲跳(CMJ)，参与者进行实验或控制条件活动。实验方案包括飞轮半蹲锻炼的6次高强度最大重复的调节组(即，使用最大化在第4部分中确定的同心峰值功率输出的最佳负荷)，而控制方案包括一组6次最大CMJ，而不是飞轮锻炼。在每次CMJ期间，在基线时，以及在条件活动后的4、8、12、16和20分钟，收集垂直跳跃高度、向心峰值功率输出和最大向心速度。
受试者
20名健康运动科学本科男生自愿参加该研究(23.4±2.9岁，174.0±9.2cm，69.4±15.4kg，16.5±6.4%脂肪量)。所有人都至少有一年的飞轮训练经验，并且没有神经疾病或下肢整形外科损伤的历史。他们中没有人服用药物、药物或其他可能改变他们在测试中表现的物质。此外，参与者在每次测试前的48小时内记录并保持他们的睡眠、饮食习惯。在第一次熟悉会议当天记录兴奋剂消耗量，并在下一次熟悉和测试会议上重复记录。在给予知情的书面同意之前，参与者被告知研究的目的和风险。研究程序符合赫尔辛基宣言的原则，并经当地机构审查委员会批准(H1421157445503)。
实验程序
参与者连续三周来到实验室，进行6次训练(图1)。在第一周，完成了间隔48小时的三次熟悉会议，以使参与者了解研究程序(即CMJ试验、飞轮操作和PAPE协议)。在第二周，进行一次训练，以确定最佳惯性负荷，从而最大限度地提高运动同心峰值功率。根据De Hoyo等人提出的方案，每位参与者都进行了惯性增量测试，以确定在飞轮装置(EPTE Inertial Concept，L ‘Alcudia，西班牙)上进行深蹲锻炼时产生最高同心峰值功率的最佳负荷(图2)。参与者以不同的渐进负荷重复进行了4次锻炼。执行第一次重复以启动运动并加速飞轮系统。然后，在接下来的三次重复中，参与者被要求以最大的努力(即，最大可能的向心速度)推动整个向心动作，其范围从90°膝盖弯曲到接近完全伸展。在同心动作结束时，飞轮带由于惯性力而回卷，这引发了反向偏心动作。在第一个三分之一的偏心动作中，参与者被指示轻轻地抵抗，然后施加最大的破坏力以在大约90°的膝盖弯曲时停止运动。为了确保参与者在每次重复时采用相同的蹲下深度，在飞轮旁边放置了一个带有遥测光电池的可调三脚架(意大利波尔扎诺的Microgate公司)。当膝盖达到个人设定的高度时，遥测光电管会发出声音。飞轮配备了6个可组合的惯性轮:2×0.0095 kg m-2，2×0.0472 kg m-2，2×0.151 kg m-2。根据表1所示的周期系列，负荷逐渐增加(各组之间有3分钟的休息时间)。仅收集最高同心峰值功率重复用于进一步分析。当同心峰值功率与前一负载相比下降时，确定最佳负载。最大化同心峰值功率的最佳转动惯量是0.083(0.03)kg·m-2。使用双力平台系统(2000Hz采样率，ForceDeck FD4000，Vald Performance，澳大利亚)和线性位置传感器(1000Hz采样率，T-Force，Ergotest，西班牙穆尔西亚)收集数据。
在第三周，参与者被随机分配到两个不同的测试条件下，间隔72小时。每个测试环节之前都有一个全面的特定任务热身，旨在对与跳跃表现最密切相关的肌肉组织产生影响。它包括5分钟的自行车运动，然后是5分钟的动态拉伸方案(即前腿摆动、脚踝背屈和跖屈、侧腿摆动、高膝、脚跟轻弹、下蹲和弓步)。每个练习进行20秒，整套动作重复两次。然后，分别以2/2(偏心/同心)速度和1/1速度的节奏进行两组五次连续无负荷深蹲(即，非跳跃)，间隔30秒。休息1分钟后，以参与者感知最大值的约70%进行5次连续CMJs，再休息30秒后，进行6次最大CMJs。热身完成三分钟后，进行最大预干预CMJ试验，以建立基线(即热身后)表现。然后，在参与者完成CMJ 4分钟、8分钟、12分钟、16分钟和20分钟后，参与者接受口头鼓励尽可能跳得高之前，在实验条件下进行一组6次高强度最大重复(即，使用预先确定的最大化同心峰值功率输出的最佳负荷，具有相同的前述技术要求)的飞轮深蹲练习，或者一组6次最大CMJs来代替控制条件下的飞轮练习。干预后时间间隔选自之前描述性能增强(PAPE)反应时间过程的数据。在每次试验之间的停药期间，不允许参与者进行任何身体活动或锻炼。上述双力平台系统用于评估手放在臀部的自选深度CMJ过程中的垂直跳跃表现。
在热身后4、8、12、16和20分钟，在每次CMJ期间收集垂直跳跃高度、同心峰值功率输出和最大同心速度。所有的测试都由同样的三名研究人员控制。一名独立的研究人员监控整个热身协议，以确保练习在正确的时间正确进行。负责在热身后4、8、12、16和20分钟收集垂直跳跃表现的研究者不知道参与者之前是否执行了实验或控制方案(即，单盲条件)。所有实验都在相似的环境条件下进行(约23°C；~60%湿度)和一天中的同一时间。此外，本实验研究是根据Blazevich & Babault的研究设计考虑因素设计的。表2显示了当前实验设计和干预中考虑的标准化项目。
统计分析
所有变量均表示为平均值和标准差，并使用统计软件包(SPSS Inc .，Chicago，Illinois，USA)进行分析。夏皮罗-威尔克斯的正态性假设适用于每个变量。对于可靠性测量，计算了基线条件下的绝对可靠性(即标准误差测量[SEM])和部分可靠性(组内相关系数模型2.1 [ICC2.1])。进行重复测量方差分析(RM ANOVA [2 x 6])以评估“条件”(即，对照条件对实验条件)和“时刻”变量(即，基线和4分钟、8分钟、12分钟、16分钟和20分钟后)对CMJ测试中的跳跃高度、力量和速度的影响。在不满足球形假设的情况下，使用温室-盖瑟估计来校正自由度。事后分析使用Bonferroni校正进行了修正。Hedges’ G和相关的置信区间(CI)用于评估对照和实验条件之间的平均差异的大小。在p < 0.05时建立了显著差异。
表1 符合Blazevich & Babault)的PAPE研究设计考虑。
表2 在最大的肌肉力量增量测试中，惯性负荷的递增得到了遵循。
研究结果
在实验条件下，跳跃高度变量的绝对（即SEM）和部分可靠性（即ICC）分别为0.55厘米和0.99（95%CI 0.98-0.99）。同时，对于控制条件的绝对可靠性和部分可靠性分别为0.50厘米和0.99（95% CI 0.98-0.99）。对于 “条件x时间时刻”（χ2（9）=76.0，P <0.01）的交互作用，不符合球性假设。因此，使用GreenhouseGeisser估计法对自由度进行了校正（ε=0.35）。RM方差分析显示，”条件 “的主效应（F[1, 19] = 109.1; p < 0.001）和 “条件x时间时刻 “的交互作用（F[1.47, 27.9] = 17.6; p < 0.001）有统计学上的重大差异；表3显示了平均差异、95%CI、重要性和效应大小。
表3. 在每个测试时间（基线、后8、12、16和20分钟），实验（PAPE）与对照条件在跳跃高度（厘米）、同心圆速度峰值（米/秒）和同心圆功率峰值（瓦）方面的平均差异（MD）、95%的置信区间（CI）、显著性和效果大小与CI。
讨论
本研究的目的是确定在体力充沛的男性中，由飞轮装置引起的高强度（就关于惯性矩的最佳肌肉力量输出而言）和低容量的CA之后，时间过程对垂直跳跃性能的急性影响。只有在包括飞轮CA在内的热身运动后，才观察到激活后的性能增强（PAPE）。与基线数据相比，实验条件（即飞轮协议）下的参与者在CA后4、8、12、16和20分钟的垂直跳跃高度、同心峰值功率和CMJ的同心峰值速度都有显著的增加（P < 0.05）。此外，在每个测试时间（4、8、12、16和20分钟后），对照组和实验组方案之间都有显著差异。因此，似乎单次高强度的强化偏心等效阻力运动就足以对激活后的爆发力表现增强产生显著影响。
然而，这些发现的基础机制还没有被广泛阐明。Blazevich和Babault最近提出，虽然在低钙水平下的肌球蛋白调节轻链磷酸化是支撑PAP的最可能的现象，但高强度的力量训练（即PAPE方案练习）需要最大或接近最大水平的肌肉激活，因此PAP不能直接影响它们。此外，在没有任何可观察到的PAPE的情况下，也显示出了拉长-收缩的收缩力的增强（如垂直跳跃高度）。因此，PAPE是一种不同的现象，它发生在CA后4分钟，可能受到其他生理变化的影响，如肌肉温度的增加，肌肉的激活和/或协调（学习或动机效应），或通过非相关的肌球蛋白调节轻链磷酸化机制改善肌肉功能，如细胞内水积累。此外 ，当发生PAP时，缺乏PAPE可能不仅受到疲劳的影响（如在规定大体积剂量的力量练习时发生的PAP），而且还受到运动模式干扰效应（即 “毅力”）的影响，这表明在连续进行的任务中感知到协调的丧失。
传统上，这些PAPE现象是由基于个人同心最大力量的练习（即以1-RM的一定百分比举起和放下重量）引起的。然而，鉴于目前促进PAPE的选择，CA的类型似乎是一个决定因素。已有研究表明，负重活动和偏心负荷的练习，在偏心阶段提供更大的相对和更理想的负荷，可能对随后的爆发力表现产生更大的急性影响。这可能是由于对拉伸-缩短周期的优化使用，优先招募II型运动单元，减少中枢和外周的疲劳，以及在偏心阶段以更高的力量产生更大的放电率。因此，采用涉及使用拉伸-缩短周期的CA，同时在同心和偏心肌肉收缩中使用最佳负荷（如飞轮训练），可能会使增效作用达到更大。这可以解释为什么在对照条件下没有增强效应，因为与一系列简单的CMJ不同，飞轮的刺激操作类似于可变阻力训练（即在自由重量练习中实施弹性带）。米纳及其同事确定，可变阻力训练提供了一个更快速的肌肉拉伸，这是由于力的增效、肌肉中更大的弹性能量储存、肌肉激活时间的增加、或肌肉和肌腱的相对贡献的变化，使肌肉能够在较低的缩短速度和较短的距离上运行。这些反过来也是可能促成飞轮刺激后跳跃高度增加的机制，并可以解释在两种测试条件下发现的差异。
这是分析最佳强度和低容量等惯性EO活动后PAPE时间过程反应的第一项研究。然而，使用EO的飞轮阻力训练已被证明是一种有效的CA，可在运动员和年轻体力活动人群热身后3至9分钟内诱发急性爆发性增强。事实上，运动专项飞轮训练似乎比传统的重力力量训练产生了更大的PAPE效应。特别是在身体活跃的人群中，Timon等人和Beato等人报道了在CA后3至9分钟之间对垂直跳跃表现(分别为SJ和CMJ高度和同心力量)的小至中等PAPE效应。即使他们进行了更高的量(即，3组6次重复)，与我们的结果相比，观察到了类似的增益(跳跃高度在6.8%和15.6%之间，同心峰值功率在4.3%和8.4%之间)。然而，在上述研究中，在激活后12分钟或更长时间的休息后，没有表现出显著的增强。这可能是由于运动强度，因为他们采用了低强度范式(0.029 kg m-2)，这通常是为了诱导爆发性神经肌肉适应而开出的处方，它低于一般条件反射的最佳惯性(0.037 kg m-2)。然而，众所周知，采用适当的技术，更大的惯性矩可以提高EO。最近的研究表明，与多组低强度方法相比，在预负荷运动后3分钟和6分钟，大体积的较高惯性负荷不会产生更大的爆发力的急剧增加。即使在较高的EO运动后，预计会有更高的高阶运动单位募集，这可能产生更大的突触后电位和H波，但高容量和高强度CA诱导的高神经肌肉疲劳可能会减弱或延迟PAPE反应。事实上，当规定一组高的但不是最佳的惯性负荷时，在激活后6-8分钟观察到由小到大的PAPE效应。然而，我们的结果显示，在飞轮CA期间，在包括最佳惯性负荷(即运动强度)处方的类似热身后的12、16和20分钟也有类似的急性效应。这些结果表明，在较高强度下进行的较低的总机械功可能导致较大的PAPE效应，尽管这些效应可能由于较长的短暂疲劳而延迟。这可以用更大量的EO可能引起更持久的PAPE效应的假设来解释。此外，当重力阻力发生时，经验丰富和强壮的参与者(与其他类似的研究相比，这项研究的参与者显示了更大的同心峰值功率值)在单次设置CA后可能表现出更高的增强水平。然而，需要更多的研究来提供对解释这些发现的生理学基础机制的更深入的见解。因此，这项研究的局限性之一是缺乏包括其他生理参数，以提供更多关于潜在机制的信息(例如，肌肉温度)。未来的研究应该包括这些参数，以进一步调查EO对PAPE机制的影响，并比较不同人群之间的影响。
结论
总之，在体力活动的年轻男性中，以最佳同心峰值功率强度进行的单组(即6次重复)半蹲飞轮练习在CA后4、8、12、16和20分钟导致CMJ跳跃高度、CMJ同心峰值功率和CMJ最大同心速度的显著急性增加。因此，与以前的研究相比，较低的运动量和较高的强度诱导了相似但持续时间更长的PAPE效应。