高水平男性运动员执行不同下落高度跳深任务后单侧下肢运动表现研究

刘冬雪 奚瑞 周喆啸

1 宁波大学体育学院（宁波 315211）

2 滁州名儒学校（滁州 239000）

增强式训练（plyometrics），是一种发展肌肉爆发力的有效训练手段，其肌肉工作形式先快速被拉长（离心收缩）然后再爆发式缩短（向心收缩）[1]，也被称为拉长-缩短周期（stretch-shortening cycle，SSC）[2]，能使肌肉在缩短过程中将肌肉预拉长时期所积蓄的弹性势能更快地表现出来。研究表明，增强式训练的生理机制与运动员实际运动表现的形式非常接近[3，4]，利用它进行训练，运动员可在接触时间[5]、腾空时间[6]、力量发展速率[7]等方面得到改善；使运动员下肢肌肉在绝对力量、爆发力及反应力量方面显著提高，并且随着冲击负荷的增加，肌肉收缩活动的平均机械效率上升[8]。

增强式训练，主要由跳深（drop jump）[9]、蹲跳[10]、下蹲跳（counter movement jump，CMJ）[11]、跨步跳[12]、单足跳[13]等构成，其中，跳深是增强式训练手段中最为经典的练习动作之一。跳深是指从一定高度的台阶上以初速度为零开始下落，屈髋屈膝落地缓冲后，迅速向上最大程度跳起的一种训练方法，已被多个运动项目应用，在防止下肢运动损伤[14]、提高肌肉爆发力[8]等方面具有良好效果。目前有关跳深动作的研究，主要集中在以下三大类：第一类是不同跳深高度与间距组合对踏跳效果的影响。当跳深间距L=1.40 m、跳深高度0.30 m时，能够产生最佳刺激强度，肌肉得到快速充分的拉长，从而使跳深成绩最佳；当跳深间距L=0.90 m、跳深高度0.45 m时，可募集大量肌纤维参与工作，最大限度完成拉长-缩短周期，因此踏跳效果也能达到最好[15]。第二类是跳深在不同运动项目中的应用。跳深可有效提高篮球运动员的短距离冲刺跑速度[16]、启动加速能力、垂直跳跃能力[17]及灵敏性[16，18]；改善排球运动员的单、双脚扣球高度、拦网高度[19]以及连续纵跳能力[20]。第三类是双侧下肢跳深训练的最佳下落高度研究。有学者从20 cm、30 cm、40 cm、50 cm、60 cm、80 cm的高度进行跳深动作的研究[21，22]，下肢运动表现随高度的提高趋于增强，当高度超过60 cm时，生物力学效率开始减弱，而且可能增加受伤风险[21]。但也有研究指出从80 cm高度下落时腓肠肌外侧头和比目鱼肌预激活明显高于20 cm、40 cm[23]。由上可知，目前有关最佳下落高度参数的制定仍缺乏统一标准。

尽管双侧下肢跳深动作能对下肢运动表现产生积极的促进作用，但是单侧下肢跳深动作更为重要且更加符合运动实际，比如篮球项目中高手上篮动作、田径跳远项目中踏跳动作、跨栏项目中过栏单腿支撑动作等。而目前有关单侧跳深动作的研究，主要集中在前交叉韧带损伤风险评估[14]，髋、膝、踝的稳定能力[24]及单腿复合式训练[25]等方面，鲜有针对单侧下肢跳深最佳下落高度的研究；尽管存在个别关于单侧跳深高度的研究[26]，但测试方法依旧是双侧下肢共同起跳、下落后的单独分析，其动作表达模式与真正意义上的单侧跳深相差甚远。倘若无法确定单侧跳深的最佳下落高度，在完成单侧跳深训练时，优势腿与非优势腿之间的差距就难以发现，长此以往便会加剧两腿之间的不平衡现象。人体两侧肌力或稳定能力差距增大，除降低运动表现之外，还会增加膝关节或踝关节的损伤风险[27]。此外，由于没有确定不同侧的最佳下落高度，将无法针对双侧的差异性制定有效的运动训练方案，最终阻碍双侧下肢运动表现的均衡发展[28]。

综上所述，跳深动作对促进下肢运动表现具有重要影响。因此，本研究探寻单侧跳深动作的最佳下落高度参数，为解决高水平运动员下肢双侧不平衡问题，为教练员制定单侧跳深训练计划提供参考。

1 对象与方法

1.1 测试对象

本研究需要测试者具备一定的训练基础，高质量完成不同高度下的单侧跳深动作，避免由于高度增加而出现下肢运动损伤。因此，招募12名男性一级运动员（5名田径短跑运动员、7名篮球运动员）作为本研究的受试者，年龄20.41±1.11 岁，身高189.19±9.15 cm，体重83.50±12.08 kg，体重指数（body mass index，BMI）23.05±2.06 kg/m2。受试者具备一定的跳深训练经验，且下肢没有重大伤病史或近三个月没有下肢损伤。所有受试者在试验前都得到了明确的指导与解释，并签署了知情同意书，该方案由宁波大学体育学院伦理委员会批准（RAGH2021023602026）。

1.2 研究方法

1.2.1 实验方法

（1）下落高度确定与具体实验流程

下落高度：因受试者身高、体重、纵跳能力存在一定程度的差异，为了确保实验结果的准确性，本研究未采用已有研究中所提及的固定高度作为本次测试的下落高度。井兰香[9]与Ishikawa[29]等学者将50%下蹲跳（CMJ）高度作为双侧下肢跳深动作的中等下落高度，并在此高度上分别±10 或±20 作为低高度与高高度。本研究借鉴两位学者针对双侧跳深下落高度的设定方法，并考虑单侧跳深在纵跳能力、下肢稳定性等方面较双侧的差异[24]，测试前通过CMJ，获得受试者下肢优势侧与非优势侧的最佳CMJ 高度，再采用低高度（“中高度”减5 cm）、中高度（50%单侧最佳CMJ高度）、高高度（“中高度”加5 cm）作为测试者单侧跳深动作的三个下落高度。

实验流程：①测试前，安排10min 热身环节（慢跑、动态拉伸等内容）。②确定受试者的优势侧与非优势侧（优势侧被定义为日常训练时完成单腿跳跃的惯用侧[30]）。③受试者站在纵跳台上，双手叉腰；收到指令后，测试腿向前迈步、自由下落，依次完成“落地-接触-跳起-腾空-落地”的完整跳深动作。各高度测试3次，记录最佳值，每跳间隔30 s、各高度之间休息1 min，以确保运动员充分恢复。

（2）下肢运动表现的评价

采用红外捕捉系统（vicon mx-giganet）采集跳深动作过程中受试者下肢的运动学信号（采集频率200 Hz），利用cast marker 球粘贴方案将16 个反光marker球分别粘贴于受试者骨盆、下肢等骨性标志点位置，通过识别测试过程中的动作表现特征，将每个跳深动作划分为接触阶段与腾空阶段（接触阶段又分为缓冲阶段与蹬伸阶段）。此外，红外捕捉系统可量化受试者在跳深过程中下肢长度的变化情况。记录受试者在缓冲阶段的下肢刚度指标参数，下肢刚度=Fi/ΔL（BW/cm）[31]，其中Fi为缓冲阶段末期重心最低时刻所对应的垂直地面反作用力，ΔL为脚接触测力台瞬间至缓冲阶段重心最低时刻的腿长变化量。

采用三维测力台（Kistler，Winterthur，Switzerland）收集跳深动作过程中的动力学数据（采集频率1000 Hz），采集指标为：缓冲时间（s）、蹬伸阶段的峰值垂直地面反作用力（peak vertical ground reaction force，vGRFpeak，BW）、力量发展速率（rate of force development，RFD，N/s）、功率（W/kg）。力量发展速率=vGRFpeak/Kt[32]，功率=（g2×Ft×Tt）/（4×Ct）[30]。其中，g为重力加速度（9.8 N/kg），Kt为蹬伸阶段达到峰值力所需要的时间，Ft为蹬伸结束后的跳起腾空时间，Ct为脚首次着地时刻至离地时刻的接触时间，Tt = Ft + Ct。

1.2.2 统计学分析

2 结果

2.1 优势腿与非优势腿不同下落高度的结果分析

2.2 缓冲阶段的测试指标

2.2.1 缓冲时间

图1 不同下落高度的缓冲时间比较

2.2.2 下肢刚度

图2 不同下落高度的下肢刚度比较

2.3 蹬伸阶段的测试指标

2.3.1 vGRFpeak

图3 不同下落高度的vGRFpeak比较

2.3.2 RFD

图4 不同下落高度的RFD比较

2.3.3 功率

图5 不同下落高度的功率比较

2.3.4 RMS

图6 不同下落高度的肌肉激活程度

3 讨论

跳深作为经典的下肢增强式练习，在促进运动员下肢快速爆发能力、强化拉长-缩短机制方面具有重要作用。基于此，国内外学者针对运动员执行跳深练习过程中的缓冲时间[6]、下肢刚度[21，35]、垂直地面反作用力[26，36，37]等指标变化情况开展了相关研究。与同类研究不同，本研究从运动实际出发，选择单侧下肢、不同下落高度的跳深动作，通过观察多个指标的变化，确定单侧下肢完成跳深练习时可选择的适宜下落高度。

跳深对下肢蹬伸爆发力的影响，本质上是短时间内快速激活下肢肌群的SSC 机制，瞬间且高效的肌肉离心拉长，可为蹬伸阶段的肌肉向心收缩积蓄巨大能量[31，38]。尽管下落高度的升高会加强此种刺激，但达到一定高度后，会对运动表现产生负面影响，尤其是单侧下肢跳深动作。本研究部分结果与同类型研究相似，即单侧下肢运动表现并未伴随下落高度的增加而呈上升趋势[21，22]。缓冲阶段，运动员在中高度下的缓冲时间要显著优于低高度和高高度，表明运动员在完成此下落高度时，可以减少与地面的接触时间，快速由缓冲阶段过渡至蹬伸阶段。并且，由下肢刚度测试结果可知，运动员在中高度下完成跳深动作，缓冲阶段所产生的地面反作用力并没有对下肢髋、膝、踝关节的刚性能力产生负面影响。刚性能力对于运动员从高处落下着地瞬间，高负荷条件下控制关节稳定性，降低肌肉骨骼损伤风险具有重要影响[39]。下肢具备较好的刚度，在弹性势能的存储和释放[40]、拉长-缩短阶段的张力上升速率[41]及功率高效输出[42]方面具有优势，可加快由离心阶段至向心阶段的过渡进程，确保下肢肌群离心期所储存的弹性势能可以在向心期得到充分的利用[43，44]。下肢刚性降低，意味着更大的关节屈曲，可能会增加肌肉-肌腱单元的过度延长（产生非必要的能量吸收），从而增加过度使用的损伤风险[45]。

缓冲时间缩短、下肢刚性增强均是影响跳深动作表现的重要因素，但仍要考虑蹬伸阶段下肢产力的能力和效率。本研究结果显示，下肢产力能力方面，运动员单侧下肢在中高度下的峰值垂直地面反作用力与肌肉激活程度（肌电指标）均显著高于另外两个高度，说明运动员在中高度下着地缓冲阶段所积蓄的能量可有效转化到蹬伸阶段。而在下肢产力效率方面，功率指标在中高度的输出效率最高。此外，考虑到爆发力运动中所涉及的时间跨度可能不允许达到最大的肌肉力量[32]，本研究另选取RFD 作为评价蹬伸阶段下肢产力效率的重要指标。RFD相比较功率指标更能真实反映下肢爆发力的效果[46]，更能精准评估高水平竞技运动员下肢在极短时间内转换最大地面反作用力的能力[47]。本研究结果显示，运动员优势侧与非优势侧，中高度下的RFD要优于另外两个高度。

综上所述，本研究发现当下落高度超过中高度时，运动员下肢肌群做功效率开始出现下降，关节与肌肉需要耗费更高的能量完成着陆动作。因此，可将中高度作为高水平男性运动员单侧下肢跳深练习时的最佳下落高度。这一结果与其他关于双侧跳深下落高度研究基本一致，即跳深高度是在一个最佳范围内，运动表现并不是随着高度的增加而提高。Bobbert 报道，下肢在蹬伸阶段的功率输出在某一个下落高度后便会下降，适宜的下落高度可使蹬伸期平均力值最大、起跳高度最高，最终跳跃效果最佳[48]。Peng等研究发现，选择50%～150% CMJ高度进行跳深下落高度测试，当下落高度在50%～100% CMJ高度范围内，随着高度的增加，小腿肌肉的预激活水平和牵张反射活动均会增强，但当下落高度超过100% CMJ 高度时，反应力量指数（reactive strength index，RSI）急剧下降，表明跳深下落高度并不是越高越好[49]。高高度下的多数指标均显著差于中高度，其原因可能有以下三个方面：原因一：“拉长-缩短”循环的第二阶段--离心至向心的转换期所耗时间过长，向心收缩并未在离心收缩结束后立刻发生，导致离心阶段储存的弹性能以热量的形式消散，最终总体做功效率下降。Schenau等研究发现，从更高的高度下降会增加着陆时肌腱组织中储存的负功（缓冲阶段做功），这有助于在起跳阶段释放更多的能量，但如果肌肉力量有限，功就会以热量的形式散失，而不是储存在肌肉-肌腱组织中[50]。原因二：在高高度落下时，由于缓冲阶段的地面反作用力较大，致使下肢肌群在外力作用下瞬间被拉长，下肢关节弯曲幅度较大、拉伸时间延长，具有粘弹性特征的肌肉-肌腱复合体储存的弹性能降低，牵张反射效率下降，导致功率等运动表现指标不理想。Sousa等研究发现，当平台高度超过最大拉伸负荷时，下肢肌群会在触地后30～50毫秒内骤然拉长，高尔基肌腱器官出现神经抑制与机械桥滑动（或脱离），产力效率下降[51]。原因三：不同下落高度，下肢肌肉具有不同的预激活模式。高高度平台下落前，前馈控制机制使下肢肌肉在着地前按照经验信号系统进行激活，着地后通过感知偏差进行调整，抑制传入神经兴奋，“暗示”此高度落下后肌肉预激活与地面反作用力会出现不协调问题，需在着地后离心期内重新调整肌肉-肌腱复合体的长度，最终导致离心末期肌肉力量下降。Llurda-Almuzara 等研究表明，当跳深超过一定高度时，受脊髓神经-肌肉控制的损伤预防策略影响，预激活和牵张反射活动会受到一定程度的限制，影响下肢肌肉的主动收缩能力，最终表现为蹬伸力量和功率出现下降[52]。因此，运动员或教练员日常安排单侧下肢跳深练习时，可选择中等高度作为单侧跳深训练的适宜下落高度，精准优化下肢蹬伸爆发能力。

此外，人体两侧存在不对称，长期使用优势侧进行训练会进一步拉大两侧的不对称性，即“失衡”。研究表明，单侧下肢的频繁使用会加剧下肢的不平衡问题，从而导致双侧下肢之间不对称的冲量衰减[53]。Bishop等发现，当青年女子足球运动员单侧跳跃高度差异为12.5%时，其线性速度和跳高表现会出现下降[54]。更为严重的，双侧不对称问题极易导致累积性创伤[28]，如果不解决肢体间的差异，在爆发力练习或变向速度练习中会增加身体受伤的风险[55]。Kyritsis研究发现下肢双侧跳跃能力差距若超过10%，其前交叉韧带断裂的风险是其他运动员的4 倍[56]。本研究方案中，优势侧的低、中下落高度要高于非优势侧，但此差异并不显著（仅边际均值呈显著性）；结合本研究结果，优势侧在中高度下仅下肢刚度指标显著高于非优势侧，表明依据本研究方法安排下肢跳深练习时，并不会随着训练效益的获得而导致两侧差距拉大，从而避免出现下肢两侧运动能力的失衡现象。Ball 等认为双侧下肢分别进行适宜下落高度的跳深练习，可以使得双侧弹性势能得到充分的利用，有效促进双侧下肢腿部力量的均衡发展[26]。Bishop 与Gonzalo-Skok 等研究指出对下肢安排“非对称”下落高度的跳深训练，可有效提高女足运动员的短跑冲刺速度和瞬间变向能力[27]，并且在身体表现增强、运动损伤预防方面具有重要作用[57]。

最后，本研究也发现，随着下落高度的增加，相较低、中高度，非优势侧在高高度多数指标显著差于优势侧，说明下肢两侧的非对称性会伴随下落高度的增加而趋于明显。Peng 等研究表明随着下落高度的增加，双侧运动表现愈发不对称；下肢髋、膝、踝关节在最高下落高度测试的刚性程度显著低于其他高度，并且在SSC 功率输出上也缺乏优势[21]。在高高度下，左、右侧差距趋于明显，可能是非优势侧下肢神经肌肉控制能力、离心收缩能力较差[58]，无法有效地控制膝、踝关节，致使膝和踝关节周围的肌肉稳定性降低[59]，导致下肢预先储存的能量急剧衰减，跳跃能力下降。因此，在日常训练中，应着重强化非优势侧的离心收缩肌力与关节稳定能力，逐渐缩小两侧差距，避免双侧失衡所导致的运动损伤。

4 结论与建议

运动员中等高度（50%单侧最佳下蹲跳高度）下执行跳深任务，优势侧或非优势的运动表现参数指标均为最优，因此可将中等高度的制定方法运用到日常训练过程中，促进跳深练习收益。此外，当超过中等高度，运动员双侧差距趋于明显，应着重加强非优势侧的离心收缩肌力与稳定控制能力，避免双侧失衡。