本文中,我们将阐述运用振动训练器的力学、解刨学和生理学的基本原理。简要地说,其基本原理就是在振动中身体会做出反应。振动训练引起了各种反射,从面**提高健身和临床康复的效果。振动所激发的人体的这些反应有助于增强力量,使身体的很多功能出现积极的适应性提高(1,2,4,5,7,9,13,14,15,16,17,24,31,32,36,40,43,46,50,61,65,68,75)。
振动训练有益于中枢神经系统以及人体的所有动力链。每一块肌肉都将被激活,各种反射通路被唤醒,肌肉受到锻炼并得以增强,合成激素分泌增加,各种循环得到促进。理解这些人体的反射反应将有助于掌握振动训练,并最终能很好地制定出振动训练的计划。总地说来,振动训练通过一种可以控制、可以预见效果的方式激发人体的反射反应,使肌肉交替收结放松,产生各种积极有益的效果。
想熟练地应用振动训练器,并不需要记住本书里的所有科学概念。然而,这些科学概念和结论却是每一种振动训练计划的基础和依据,同时也是我们对振动训练给予肯定的依据。如果这么多的科学概念使你难以招架,你也可以直接依照训练计划指南来安排你自己的训练。虽然计划中给初学者的训练方案看起来过于简单,但这些训练方案都是基于许多临床的考量,并且能够提供给初学者最积极、有效的训练效果。在受益于这样的训练之后,你会很乐于地介绍并指导别人使用这种令人惊喜的健身仪器,因为它凝集了科研人员几十年创新探索的心血以及大批顶级运动员的成功训练经验。
一种全新的训练方式
现如今,我们的生活节奏越来越快,生活压力越来越大,人们很少能得到充分合适的身体锻炼。与此同时,我们也越来越迫切地需要一种简洁、快速、行之有效的健身方式。振动训练器完全符合了这一要求,并且具有一定的趣味性。它用一种便捷的方式使人保持强健,特别是在时间十分不充裕或者不能进行传统方式锻炼的情况下。
传统的力量训练方式是通过在各种负荷,特别是在重力作用下,让身体发力来完成训练,使身体变得强壮。但是对于大多数人来说,举重并不是一个好方式。他们的动作技术不准确,有可能会导致运动损伤。在运动过程中需要保护,或因此而缺乏动机。还有很多人即使清楚自己需要锻炼,但是依然不愿意参加俱乐部的健身训练。
振动训练是对传统力量训练的一个革新。它使人们能够轻松地完成运动训练,比传统的举哑铃还要简单。在愉快的气氛中,振动训练对身体产生刺激,同时,减少了关节损伤的风险,缩短了训练时问,降低了各种器官受伤的机率。它使得人们可以从振动训练中得到各种生理上的好处,不产生过度的疲劳,并且可以达到多种的训练目的。
虽然振动训练不能满足运动员的所有训练目的,但是它完全可以被应用于提高整体的训练效果。对于那些只是为了得到一般训练效果的人员,如提高力量、协调性、减脂、骨密度等,振动训练完全能够胜任。作为所有运动训练的辅助手段,振动训练器也是一个可以被极大开发的资源。它可以在不对运动员身体施加重压的条件下,训练他们的各种重要能力,提高他们的康复水平以及激素水平。
普遍的益处和特殊的身体反应
振动训练可以提高人体薄弱的体质指标,同时保持或提高力量。如果要提高特殊体质指标,可以遵从振动训练计划指南去做。例如,要提高骨密度,你的训练计划就应该与提高柔韧性的计划有所不同,而这些计划中的特殊训练项目将会帮助你达到训练目标。要提高身体的循环能力,或者要进行康复性的按摩理疗,机器的设置以及训练项目将随之变化。这套振动训练器的力量和爆发力训练计划是在目前人们所有的关于体能、力量、体质、康复、运动生理学、振动训练以及训练计划的研究基础上,加以综合考量,制定而成的。
本文中的部分章节阐明了振动训练的特别益处,并详细讨论了很多重要的概念。每章之后的研究综述列出了在这本书写成之时所有可以作为理论依据的研究成果。我们的目的是想让读者能够了解人体中的各种对振动产生反射反应的生理机制,以及神经系统是如何在振动条件下工作的。
振动训练器如何振动?
机器由置于其底部的两台发动机提供动力,并在三个维度上产生振动。并且在这三个维度的振动是可以被测量到的:
垂直轴(上和下)
额状面(左和右)
矢状面(前和后)
这样的振动使得人体的支撑部位产生加速度,从而引起人体的反射反应,神经系统被充分动员来维持身体的姿势和平衡。
振动训练器通过机械振动,产生加速度。并通过调节振动的振幅和频率来改变加速度的大小。
计算加速度力(G-force)
我们的身体已经**惯并适应了地球引力,这个引力相当于一个重力加速度所产生的作用力。这个力的大小同时还取决于我们身体的质量。我们的重力就是人类身体在这种地球引力作用下的产物。
牛顿第二定律给了这种力一个明确的定义
力=质量×加速度
F=m×a
加速度是速度的变化率。并且加速度的大小与合外力的大小呈正比。因此,当你给加速度加倍时，合外力便也被加以相应的倍数。相反地,加速度与质量呈反比关系所以 当给质量加倍时,加速度的大小也被除以了相应的倍数。
改变加速度,而不是质量
振动训练器通过改变加速度来产生作用力,而不是像从前那样改变质量。一台振动训练器，仅通过改变振幅和频率,而不是改变负荷质量,就可以提供更多的作用力例如，如果你体重为70公斤(700牛顿),当你举起70公斤(700牛顿)的杠铃时,你所承受的合力约等于1400牛顿。
图2·1_a正弦振动曲线:,纵轴表示振动幅度,横轴表示时间。振动训练器的机械振动模式与图中所示模式相似。
在传统的力量训练中,负荷力的增加需要靠各种力的累加。
在地球重力作用下,70公斤的体重加上70公斤的负荷
700牛顿+700牛顿=1400牛顿合力
在使用振动训练器情况下,负荷力大小由产生力的各因素的乘积得到。例如: 当体重70公斤的人站在振动台上时
70kg(700牛顿)x40Hz高振幅(5G)=3500牛顿
振动训练是以倍数增长的方式增加作用力的。即使设置在较低的振动水平时,一个无负重,体重70kg的人,做深蹲。他的实际负重也相当于
70kg(700牛顿)x35Hz低振幅(2.2G)=1540牛顿
重力和反射
在振动训练器上的每一个动作(站、跪、躺、坐)都会引起不同水平的物理学和生物学链锁反应。人体各系统中参与这些反应的有结缔组织、神经肌肉、循环和内分泌系统。这些复杂而又相互依赖的系统在振动训练中相互作用,产生了许多效果。
反射
肌梭是讨论人体对振动和加速度做反射反应的关键部位。肌梭是人体的机械感受器,也叫做本体感受器。它可以感受人体的空间方位、关节的位置,以及肌肉的长度。当肌肉出现牵拉时,肌梭立即把这些信息传递到脊髓和中枢神经系统。信息中包括肌肉长度的变化、肌肉长度的变化速率。所以他们也是人体中的重力感受器。肌梭通过Ia传入神经,把肌肉牵拉的信息传递给脊髓。
在脊髓的接受端,一个突触接点接收到信号,并引发了α运动神经元的传出反馈信号。信号通过传出神经到达牵张部位并引起反射性收缩。单突触路径也叫“mono”,因为只有一个突触的活动就可以动员整个反射收缩。
引起反射活动的神经通路叫做反射弧。有了反射,指令可以由脊髓发出,而不是脑。这种快速的信息传导可以**缩短反应时间,从而在紧急情况下使人快速行动,保护自身安全。反射弧的最简类型就是一个感觉神经元与一个运动神经元之间的反射。这种反射是完全不受意识控制的。我们在振动训练器上也利用了人体反射这一生理特性,并且,这是人体完全自发的,不需要我们刻意引导。
单突触反射的一个例子就是膝跳反射。当我们叩击白己的膝盖下的撫腱时,反射会使我们的小腿前踢。因为,叩击引发的反射使得股四头肌收缩。叩击先是激起了股四头肌的肌梭产生动作电位,之后动作电位被传导到脊髓。在脊髓中,这一电位通过化学突触传递给了运动神经元。运动神经元发出指令,使股四头肌收缩,并最终引起膝跳。
牵引反射
牵引反射，既当肌肉受到牵拉时引起的反射性收缩。
当肌肉受到牵拉时，肌梭发出信号，途径单突触接头，最终运动神经元发回指令新号，使肌肉收缩。肌梭以及它在牵张反射中的作用使得它成为肌力的重要元素。
单突触通路
当肌肉被牵拉时，肌梭中的 Ⅰa型传入神经元感测到了肌肉的变化和变化率，并把这一信息传送到脊髓。同时，Ⅱ型传入神经元感测到了牵拉但不包括变化率，并把这一信息传递给中枢神经系统。单突触通路引发运动神经元的反应，并最终引发梭外肌收缩，防止肌肉被过分牵拉所伤。
多突触通路
另外一种反射弧是多突触反射。在多突触反射中，若干中间神经元参与反射，使得需要收缩的肌肉在得到收缩指令的同时，它的拮抗集群收到抑制，从而放松。
中间神经元的参与，使得我们能增加关节的运动幅度，并同时增加力量。Cardinal的研究表明，由于多突触通路机制的作用，振动训练者能够提高他们的柔韧性、力量以及爆发力。多突触通路以30~50次每秒的频率交替刺激肌梭，使人的爆发力得到提高，同时柔韧性也得到增加。
频率为30~50Hz的收缩/放松将使肌肉受益，从一个方面可以解释来自震动训练专家的积极评价。在他们的研究报告中，振动训练使得更多的通路被激活，动作学**的速度变快，阻碍运动幅度的各因素被更快的消除，训练者得到了比以往任何锻炼都显著的提高。这种神经驱动机制不仅同时提高了人体的力量、爆发力、运动幅度，而且加强了中枢神经系统与人体运动模式的功能性连接。
高尔基腱器
高尔基腱器，又叫腱梭，是另一种机械感受器。它感测肌紧张，并抑制肌肉收缩，或者称作反射性抑制。所以，振动训练器上的被动牵拉就会引起这种反射性抑制。有研究表明，全身的振动训练会增加身体的柔韧性和关节活动程度。
当振动训练器开始振动时，主肌群的神经冲动增加，拮抗肌和辅助肌受到抑制，并且它们的收缩放松交替频率都是30-50Hz。肌梭激发主动肌的收缩，同时腱梭抑制拮抗肌，多突触传导通路在各组织器官间传递着信息。这就是振动训练器能实现力量、柔韧、关节运动幅度同步提升的理论基础。
图2.3 单突触反射与多突触反射
紧张性振动反射
紧张性振动反射（tonic vibration reflex）是指在振动刺激下肌肉的持续收缩。肌梭对牵拉敏感，当肌梭受到振动作用时，这种反射既被激活，所以，在振动的支撑平面上，紧张性振动反射是暴露于振动环境中的肌肉反射结果。持续的振动可以引起肌肉的收缩，姿态的变化和肌肉的动觉。
肌肉的牵张反射可以使肌肉保持在一个当前的长度。给肌肉的负荷越大，对肌肉的刺激就越显著，要求的肌肉力量越高。当一个人屈膝90度，双肩扛哑铃，保持半蹲姿势，站在地面时，他的股四头肌收缩以保持平衡。在哑铃上再加上一定的负荷时，股四头肌将会反射性加强收缩，以保持平衡。在姿势不变的情况下，用于维持姿势的身体力量却增加了，这就是牵张反射的作用。
在蹲立的姿势中，如果增加了负荷，股四头肌受到牵拉会增加，而肌梭会同时感测到这种变化，并通过Ⅰa传入神经，把这一引号传入到脊髓，在脊髓中，单突触发通路的兴奋度随之加强，并最终通过传出神经，使主动肌的肌力随之增加。
神经元
神经元是神经系统的基本功能单位。他们感受刺激，处理、传递信号，从而使得我们感知体内、体外的状况。神经元的功能还包括智能层面的，例如记忆、学**，以及语言。人体各系统间呈网络状进行交流，例如控制肌肉，调节内分泌等，而神经元便是其中传递信号的基础。例如，在牵张反射中，它们将肌酸的兴奋信号传入到中枢神经系统内。
传出神经信号从中枢神经系统出发，作用在身体各处。神经元可以使引起兴奋地，也可以是引起抑制的。它们引起突触的反应，并最终控制动作、内分泌腺，甚至高级的精神反应。而在振动训练中，各种类型的神经循环回路、反射、传递通路等都会被刺激到。
反射通路会发出无意识控制的冲动，引起肌肉收缩或是分泌腺的分泌。传递通路会把身体各个部位的感受器所感受到的信息传递给大脑，形成各种感觉。整个神经系统，综合了各种功能的传导通路，并且在中枢神经系统中对周围神经系统的信号进行统合。功能性的传导通路分为痛觉通路、视觉通路、运动通路等。而反射通路与这些传导通路由部分地重合。
脊髓运动神经元的反射活动
脊髓中的下位运动神经元参与到许多的反射机制中。其中的三种在临床中非常重要:
①牵张反射
②反牵张反射
③伽玛回路反射
运动系统中存在着各种神经元和传导通路,神经指令经由它们传递到肌肉,产生收缩和运动。在五种神经元中,我们关注的是下运动神经元,或α运动神经元。α运动神经元是肌肉收缩单元(或梭外肌纤维)与中枢神经系统的唯一联系。α运动神经元接受冲动,并以最后通路”作用在肌纤维中引发收缩。
伽玛(,y)运动神经元同样作用在肌肉上。但它作用在肌梭内的梭内肌纤维上。γ运动神经元在肌肉正常收缩性的保持上起到了重要作用。β神经元同时支配梭内肌和梭外肌。依照被支配肌纤维的生理特点,这些神经元被加以分类,并且在所有静态与动态工作情况下发挥作用。
图2.5
敏感性修正是指肌梭对肌肉新长度的适应,以及对牵张的敏感性调整。γ运动神经元的作用是调整肌梭,使其更加敏感。这是一个化学反应链,涉及到乙酰胆碱、钠离子。这些化学物质可以提高静息电位,增加动作电位发生的可能性,并因此增加肌梭的敏感性。
牵拉一收缩循环
牵拉一收缩循环是神经肌肉系统中一个简単而又非常聪明的机制。牵拉一块肌肉,这块肌肉便存储了弹性势能,以便用于稍后的收缩。这有些类似于橡皮筋在被拉长时储存能量一样。这一原理被应用在超等长收缩以及爆发力的训练中,振动训练也是利用了这一原理。这也是在经过振动训练器的训练之后,人体力量和爆发力显著增加的一个原因。
振动训练对人体的健康以及体能状态有着广泛的影响:
力量和爆发力的增强
柔韧性的增强
痛感的减轻
合成代谢激素的分泌的增加,应激激素的减少
协调性以及本体感受能力的增强
姿势控制以及平衡能力的增强
循环以及淋巴系统的促进
损伤的康复
治疗效果的提高
骨密度以及骨质疏松的控制与康复
皮肤与胶原蛋白的重塑
心血管系统功能的提高
新陈代谢的增强
身体的结构性适应
神经肌肉系统对振动训练产生直接而又强烈的反应。例如力量、爆发力、协调性、本体感受能力、神经调节以及动作学**能力的提高。由于在运动过程中机体对循环系统需求增加,因此,心血管系统机能也得到显著提高。振动训练也会刺激内分泌系统,加快合成代谢激素分泌,同时使让身体感觉良好的神经递质的分泌增加,并减少应激激素的分泌。
小结
振动训练的精髓在于对身体反射机制的巧妙应用。当平板产生振动时,人体会做出反应,使力量、稳定性、爆发力、合成激素水平等受益。振动刺激了身体,引发了反射,最终提高了力量,产生了许多积极的效果(1,2,4,5,7,9,13,14,15,16,17,24,31,32,36,40,43,46,50,61,65,68,75)。
振动训练被公认为是一种安全有效的健身方式,并且适用于诸如临床康复者,老年人,年轻人,强壮者,以及体弱者等各种人群。它的安全性已经得到多项研究证实。下一步的研究应该着重于针对不同人群选择何种健身计划,使训练达到最优效果。本书介绍了一些研究团队所给出的建议以及他们的研究发现。
研究已经证实,高频率、低幅度的全身振动是安全而有效的。正如我们期望的那样,研究者将对振动训练的效果,以及训练过程中各个影响因素的相互依赖性进行研究。
研究进展
Abercromby等(1,2)发现,经过振动训练后,腿部肌肉的爆发力得到增强。并且推测，这有可能是由于肌梭调节的反射性收缩所致。他们的结论是,作用在人体上的平面的相对位移,使得小腿部位的肌肉内以及肌肉问的协调性得到提高。
Bosco等(4)发现,在振动训练后,跳的最高高度以及同时表现出的爆发力、平均跳跃高度都有所增加。全身的振动训练会促进神经动员,从而引起人体的快速适应性变化。
Bosco等(5)研究了振动训练对上臂屈肌肌群的力学特性的影响。结果表明,平均爆发力得到显著的提高。开始几周的显著变化得益于运动单位的最大募集。研究同时发现,由于局部轴突反射效应,振动训练还会引起血管舒张。
Bosco等(7)通过振动训练实验组与对照组的对比发现,振动训练组的弹跳爆发力,最好跳高成绩,持续跳跃能力都得到了显著的提高。而对照组则没有显著变化。而这一变化主要来源于神经冲动的适应性增强,从而使身体出现显著性变化。
Bosco等(9)開述了振动训练如何刺激α运动神经元,增加运动单位的募集和驱动,使肌力得到增加的原理。紧张性振动反射是振动训练能够提高肌肉工作能力的主要因素。并且,振动是一种可靠的,甚至是令人激动的训练辅助手段。经过振动训练后,肌肉力量、速度、爆发力都会得到显著提高。研究者得出以下结论,振动训练剌激并提高了神经系统的动员能力。同时,它使脊髓反射更易于被激发,增强了肌梭一运动神经元的联系。结论中强调,神经系统的适应性改变始终伴随在振动训练过程中。 ·
Burne等(13)对亨延顿氏症患者的紧张性牵张反射与紧张性振动反射进行了研究。对患者的肌腱进行振动刺激的研究表明,振动会降低震颤性麻痹症的动作僵硬与震颤,并对那些正在接受临床治疗的患者有帮助。由于此前的研究表明,震颤性麻痹症患者的腱器官抑制有所减少,通过振动训练改善患者动作僵化的应用促使了研究者们对此进行深人研究。
Burns(14)研究了全身振动训练对下肢柔韧性以及力量的影响。结果显示,全身的振动训练增加了腰部、髄部的柔韧性,同时增加了这两个关节的最大等动肌力力矩。
Cardinale等(15)研究了不同振动频率对紧张性振动反射和股四头肌的影响。相对于传统蹲立姿势,在振动训练器上的蹲立过程中,股四头肌肌电的反应更大。这就表明,全身性的振动对身体的作用效果与超等长收缩训练的剌激效果类似,同时,施加到关节上的压力会更小。
Cardinale等(16)研究了振动对体能的影响。由振动训练所引发的肌肉长度快速变化,以及关节转动激发了α和·y运动神经元,从而改变肌肉的力量。振动通过Ia抑制神经元来抑制拮抗肌的收缩。多突出通路通过提高l1国绳肌的柔韧性来提高垂直起跳的肌力以及髄关节活动范围。该研究团队建议,这项技术可以应用到提高普通人群的神经肌肉系统工作能力上。Cardinale还论证了振动训练做为健身干预手段的作用。牵张反射以及紧张性振动反射是人体肌肉间协调能力得到提高的主因。而多突出反射则可解释为何在经过振动训练后,垂直起跳能力、髄关节柔韧性能够同时得到提高。此外,本体感受器与激素分泌问的相互作用会使合成激素随着肌肉力量的增加而增加。最终,Cardinale得出结论,振动训练不仅可以被应用在更加广泛的人群中,同时也可以被用来协助多种疾病的康复治疗。
Cardinale等(17)研究了两种振动频率对跳跃高度以及柔韧性的影响。研究结果显示,进行低振幅振动训练的受试者的1国绳肌柔韧性得到了显著的提高。振动对跳跃拮抗肌产生了抑制,从而提高了柔韧性。振动幅度的不同可产生不同的结果。低幅度振动可提高肌力以及柔韧性,而高幅度振动会引发疲劳以及运动能力的降低。
Delecluse等(24)证实,全身的振动以及由此引发的反射性肌肉收缩会增加股四头肌的肌力,并且振动训练的作用并非是一种心理效果。
Gianutsos等(31)研究了帕金森氏症(特别是行进性核上性麻痹)患者进行振动训练治疗后的步态、平衡、以及协调性的变化。在对一位长期使用轮椅的患者进行一段在其动作许可范围内的振动训练辅助康复治疗后,患者的本体感受和协调性得到了显著的提高,最终使得患者可以独立的行动。数据分析表明,9个月之后,患者从轮椅状态到可以在跑步机上进行低速的行走,各项指标都有了显著提升。之后,患者凭借着辅助行走的器械,可以进行小幅度跳跃。再之后的7个月,患者的步态稳定地提高。
Gianutsos等(32)认为,全身性的振动训练是一种用于脊髓损伤康复的可靠手段。5个患者进行振动训练后,3人能够站立,2人可以行走。
Issurin等(36)研究了振动刺激对爆发力训练的急性与长期的作用效果。他们发现,在专业和业余运动员身上,爆发力都有显著的增加,这可能与肌肉爆发收缩前的预牵拉有关。紧张性振动反射通过对高尔基氏腱器的反射抑制,预牵拉肌纤维,从而达到提高肌肉力量以及爆发力的目的。
Kelderman等(40)认为,振动训练作为一种康复手段能够给患者提供多种帮助。其中一个作用是提高柔韧性。短期高强度的振动会激发腱反射以及牵张反射,肌肉长度快速的长短变化,使得人体无法有意识地控制,从而引发了神经肌肉层面的快速反射与学**。腱反射机制使得放松时的肌肉张力减低,而牵张反射机制有助于提高了振动后的关节柔韧性。
Lamont等(43)发现,全身性的振动训练可以快速激活神经肌肉系统,有助于提高垂直起跳的高度。实验对比了使用连续的30Hz频率与间歇的5oHz频率的振动训练效果,发现间歇的50Hz频率振动训练能够更有效地提高跳跃高度,并建议用此频率在赛前快速提高垂直起跳能力。伴随着起跳跃高度的提高,本体感受能力以及协调性也得到了提高。
Perez等(46)发现了在脊髓抑制回路中的短期可塑性现象,且感受模式对于引起脊髓交互抑制回路的变化至关重要。该研究提示,在脊髓受损的情况下,人体为提高行走能力而做的康复性努力是不会白做的。
Rittweger等(50)发现,在训练引起肌肉疲劳时,26Hz的振动会使得神经肌肉系统的募集模式发生改变,从而提高肌肉神经系统的兴奋性。
Torvinen等(6l)用4分钟一组的振动训练来提高弹跳力。结果表明,弹跳高度增加,意味着神经肌肉系统的适应性改变。
VanDiemen等(65)研究了全身性的振动训练对人体的结构性以及适应性影响,归纳出由振动训练带来的包括增加力量在内的各种益处。
VandenTillaar(68)研究了全身振动训练对E国绳肌柔韧性的影响。他们用振动训练与收缩一放松模式牵拉训练相结合,使得l国绳肌的柔韧性增加了3o%,而只使用收缩一放松模式牵拉训练的对照组却只增加了14%。柔韧性的显著性改变可能源自于振动促使的局部血液循环的增加,使得局部温度升高、肌肉粘滞性降低,从而提高了肌**性以及关节的活动范围。其次,Ia抑制神经元加强了对拮抗肌的抑制,也会使得1国绳肌更加放松。此外,通过本体感受反馈,对疼痛感觉进行抑制,提高了痛阈,减低了疼痛的感觉。基于该项研究,作者建议用振动训练与收缩一放松模式牵拉训练相结合,可以短期内提高柔韧性。
Yue等(75)研究了振动过程中肌肉的弹性势能转换情况。从振动前半个周期中获取的机城能被存储在肌肉一肌腱系统中,到后半个周期中会被释放出来。
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