蘇玉瑩

隨著運動員競技水平和比賽密度的不斷提高，教練員和科研人員越來越注重運動員的損傷預防和康復。傳統(tǒng)的抗阻訓練和離心訓練在預防損傷和傷后康復具有一定的優(yōu)越性。離心訓練被證明在增強肌腱剛度、心血管和膝關節(jié)的前交叉韌帶（anterior cruciate ligament，ACL）重建等方面具有較好的效果（雷蕾 等，2017；Kaux et al.，2013；Lepley et al.，2015；Nakamura et al.，2008；Okamoto et al.，2009）。近幾年，離心收縮和抗阻訓練相結合的離心阻力訓練成了研究熱點，能夠提供離心阻力的飛輪訓練器已經應用到高水平運動員的訓練中。飛輪等慣性訓練（以下簡稱“飛輪訓練”）指使用飛輪設備進行抗阻訓練時，由于飛輪運動不涉及生物力學的杠桿問題，并且飛輪旋轉皮帶的加速和減速帶動肌肉快速做抵抗運動，所產生的離心和向心力幾乎相等，既能夠保證足夠的阻力，又能最大程度地發(fā)展肌肉離心收縮力，增加了抗阻訓練的多樣性。飛輪訓練區(qū)別于等張訓練和等速訓練，它既可以保證足夠的阻力又可以有效的發(fā)展離心收縮力，為不同運動員的訓練需求提供不同的訓練模式（Alkner et al.，2003）。例如，在高山滑雪項目運動中使滑雪板轉動的關鍵是需要很大的離心收縮力，而飛輪訓練可以比傳統(tǒng)的抗阻訓練更好地控制和發(fā)展離心收縮（Berg et al.，1995）。傳統(tǒng)的抗阻訓練不容易提供離心負荷，離心收縮在很大程度上處于欠負荷狀態(tài)，因為它受到向心作用期間提升負荷的限制，只有在接近1 RM抗阻訓練期間，才能產生最大的離心負荷，而飛輪訓練可以在不同的負荷下產生最大離心收縮力。飛輪訓練的獨特訓練方法和傳統(tǒng)深蹲等訓練都能確保足夠的阻力，且每次飛輪訓練都會使訓練者付出最大的努力完成。飛輪訓練相比深蹲等抗阻訓練能產生較大的輸出功率和肌電募集（Norrbrand et al.，2011）。

通過查閱中國知網、維普和萬方等數據庫發(fā)現，余志斌（2007）較早對飛輪訓練進行了研究，介紹了這種設備可以預防處于失重環(huán)境下的航天員肌肉萎縮問題。此后直到2018年才有2篇期刊文獻和1篇會議論文研究飛輪訓練，其中，鄭天晨等（2018）和閆琪等（2018）介紹了飛輪訓練的應用，王林杰等（2018）比較了飛輪訓練與杠鈴、提踵和硬拉對下肢肌群肌電的影響。此后，鄭天晨（2019）還比較了飛輪深蹲和杠鈴深蹲對下肢肌群的不同效果。我國目前對飛輪訓練的研究有待進一步完善。由于這種飛輪訓練設備在國外已廣泛應用，并在提高運動能力、預防運動損傷和幫助神經或骨科康復方面取得了較為成熟的研究成果。因此，本研究梳理了關于飛輪訓練對預防運動損傷和康復影響的相關文獻。

1 飛輪訓練的起源與發(fā)展

利用飛輪為肌肉產生阻力的訓練歷史最早可以追溯到1796年，法國人費朗西斯·朗德斯描述了一種在此原理下設計的全身運動裝置悠悠球（YO-YOTM），系飛輪訓練器的前身（Tesch et al.，2005）。該裝置如將悠悠球的底部固定，繩索不停的上下運動，產生快速的加速，減速動力。20世紀上半葉，August Krogh及其同事根據這一原理進行了各種實驗研究，主要是探索骨骼肌的生物力學，并沒有利用這個工具進行運動訓練（Berg et al.，1991；Pearson et al.，2001）。20世紀80年代，航空航天事業(yè)快速發(fā)展，但航天員太空飛行造成的肌肉萎縮問題一直成為醫(yī)學界的困擾。傳統(tǒng)的杠鈴和啞鈴不適用于太空失重的環(huán)境。航天局和醫(yī)學界急需一種代替這種啞鈴的訓練設備，可以在太空失重環(huán)境下進行抗阻訓練，預防肌肉萎縮問題。Berg等（1994）首次介紹了利用飛輪訓練器的慣性原理進行抗阻訓練，發(fā)現這種裝置類似于傳統(tǒng)的杠鈴訓練，能夠滿足太空飛行設備的需求，可以有效對抗微重力下的肌肉萎縮和力量損失。此后，Berg等（1995）對飛輪訓練受試者的肌電圖進行分析發(fā)現，這種裝置可以產生更大的離心收縮力從而使肌肉力量增加，該研究為宇航員太空飛行的訓練提供了可能。1996年，在哥倫比亞號航天飛機上機組人員對這種新型設備進行了測試和并使用設備進行了訓練（Tesch et al.，2005）。為了應對航天員太空飛行失重條件造成的肌肉萎縮和神經肌肉功能障礙，美國國家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）和國際空間醫(yī)學站將這種飛輪抗阻裝置逐漸的應用到航天員太空飛行中。隨著研究的深入，發(fā)現這種設備不僅適用于航天員訓練，而且在競技體育、大眾健身和老年人的康復中都有顯著效果（Monajati et al.，2018）。自此，飛輪等慣性設備被廣泛應用于訓練中，彌補了傳統(tǒng)訓練的不足?，F在的飛輪訓練器加入了生物電阻裝置和藍牙傳輸程序，可以對訓練效果進行實時監(jiān)控，還能夠根據訓練需求和計劃，發(fā)展向心和離心收縮力的大小，使訓練更具科學性和針對性。圖1、2所示為kbox飛輪訓練器及利用飛輪訓練器做深蹲動作。

圖1 瑞典kbox飛輪訓練器（鄭天晨，2019）Figure 1. Swedish Kbox Flywheel Trainer

圖2 使用飛輪訓練器做深蹲Figure 2. Do Squats Using Flywheel Training Facility

2 飛輪訓練的生理機制

肌肉在收縮產生張力的同時被拉長的收縮稱為離心收縮（王瑞元等，2013）。離心收縮被證明在促進神經肌肉適應性等方面具有一定優(yōu)越性（許智勇等，2018；Blazevich et al.，2007；Hortobagyi et al.，1996；Nardone et al.，1989；Reeves et al.，2009）。當使用飛輪設備進行訓練時，肌肉為了抵抗飛輪繩索轉動產生的力，不斷進行向心-離心收縮的循環(huán)模式。肌肉先做離心式拉長，然后做向心式收縮，這種肌肉運動“拉長-縮短周期”模式被稱為快速伸展縮短周期（stretch-shortening cycle，SSC）（Komi，1987）。飛輪訓練與跑步和跳躍類項目不同，飛輪訓練的特點是短暫的離心運動啟動了SSC，不斷的離心收縮力和較高的SSC活動來支撐飛輪等慣性的運動（Martinez-Aranda et al.，2017）。有研究表明，飛輪訓練的效果表現由肌肉過度牽拉產生牽張反射、神經系統(tǒng)動員和肌腱復合體的效果3種生理機制影響。

2.1 肌肉過度牽拉產生牽張反射的效果

肌肉在被拉長的同時會產生較大的張力稱為牽張反射。隨著離心收縮力的增加，肌肉會產生較大的張力。Norrbrand等（2010）通過實驗發(fā)現，飛輪訓練可以使肌肉產生較大的離心收縮力，更好的提高肌肉運動能力。Dudley等（1991）通過飛輪訓練和深蹲抗阻訓練對比發(fā)現，飛輪組的離心收縮力遠大于深蹲抗阻訓練組。一個循環(huán)的飛輪動作通常會在非常短的時間內完成，產生動能消耗的時間被壓縮，因此，會產生更大的離心峰值力和功率。飛輪訓練時較大的離心收縮產生牽張反射，刺激肌肉產生更大的張力。

2.2 神經系統(tǒng)動員的效果

短時間的SSC運動可以改善神經系統(tǒng)以提高肌肉的肌群力量發(fā)展速率（ratio of force development，RFD）并提高肌肉的快速發(fā)力能力（李志遠等，2019）。有研究表明，飛輪訓練后下肢肌群RFD明顯高于深蹲訓練（Fernandez-Gonzalo et al.，2014a；Norrbrand et al.，2011；Wernbom et al.，2007）。Stasinaki等（2019）對慢速和快速的飛輪下蹲進行實驗發(fā)現，快速下蹲組的RFD顯著提高。飛輪訓練的RFD在訓練后會顯著提高，神經系統(tǒng)動員肌肉能力也會提高，一般會用短時間的刺激神經系統(tǒng)來提高RFD。另外，慢性中風患者進行飛輪訓練后，其步態(tài)、平衡等有所提高，這可能是由于飛輪訓練提高了神經系統(tǒng)對肌肉的動員和控制能力（Fernandez-Gonzalo et al.，2014b，2016）。

2.3 肌腱復合體的效果

隨著超聲波影像法深入科研領域，使學者可以觀察到肌肉在運動時肌腱復合體的變化。肌腱復合體指肌肉和肌腱的聯合體，人體肌肉收縮產生的力必須通過肌腱傳到骨骼，通過骨杠桿的轉換作用于外界物體，從而產生運動（李玉章等，2010）。當肌肉進行SSC運動時，肌腱中的彈性勢能會釋放更多的能量，肌腱為了能夠儲存更多的彈性勢能，肌腱復合體的性質結構會產生變化，如剛度和彈性增加、長度和粗細的變化。Stasinaki等（2019）發(fā)現，18名年輕運動員在快速飛輪訓練后，肌腱復合體的產生了適應的變化。Hortobagyi等（2009）研究表明，老年人進行飛輪訓練后肌腱剛度增加。

3 飛輪訓練對改善肌肉萎縮、預防損傷和康復治療的影響

3.1 對預防肌肉萎縮和改善老年人生活表現的影響

飛輪訓練最早應用于預防航天員肌肉萎縮。有研究表明，運動員利用飛輪進行阻力訓練可以引起骨骼肌肌肉肥大、增加肌肉力量和肌電活動的募集（Blazevich et al.，2007；Dudley et al.，1991；Fang et al.，2001；Seynnes et al.，2007；Tesch et al.，2004）。Norrbrand等（2008）和Wernbom等（2007）研究表明，飛輪訓練引起的肌肉肥大效果至少是傳統(tǒng)抗阻訓練的兩倍。Seynnes等（2007）發(fā)現，飛輪訓練顯著增加了肌肉筋膜長度和肌肉羽狀角大小。對于臥床人群來說，每周飛輪訓練干預3～4次后肌肉體積顯著增加（Tesch et al.，2004）。另外，29天和90天的臥床休息會使股四頭肌的尺寸分別減少10%和18%，當每3天進行1次飛輪訓練（4組×7次）這種萎縮明顯被抵消（Tesch et al.，2004a，2004b）。宇航員長時間的航天飛行會導致骨骼肌有氧能力降低和肌肉代謝紊亂，但通過高強度低次數的飛輪抗阻運動可以保持骨骼肌的耐力和完整性，因為飛輪訓練能夠增加磷酸果糖激酶的表達（Fernandez-Gonzalo et al.，2014c）。Irimia 等（2007）研究表明，飛輪訓練可以抵消90天臥床休息導致肌肉代謝紊亂造成的肌肉萎縮問題。值得注意的是，使用飛輪訓練每3天進行1次腳跟抬高和仰臥下蹲與傳統(tǒng)的藥物（帕米磷酸鹽）干預骨質流失同樣有效，可以減緩90天臥床休息后的骨密度下降（Rittweger et al.，2005）。

隨著老年人年齡增加引起的肌肉萎縮和平衡性降低問題一直備受研究人員關注。飛輪訓練似乎在提高老年人生活表現方面有一定效益。Onambele等（2009）在對70歲左右的男性和女性進行12周飛輪訓練干預后發(fā)現，老年人肌力、伸肌功率和腓腸肌肌肉含量增加，另外，肌腱剛度和平衡性極其顯著性提高（P＜0.01）。Brusehini等（2015）在對70歲健康男性進行為期8周的飛輪訓練和高強度有氧訓練后發(fā)現，他們的肌肉體積增加5%和肌肉張力增加10%。Sarmiento等（2014）對12名女性老年癡呆患者進行飛輪訓練干預后發(fā)現，她們的步態(tài)質量得到改善，足底屈肌和踝關節(jié)伸肌提高。Hortobagyi等（2009）的研究發(fā)現，進行飛輪訓練干預的老年組相比對照組來說，肌腱剛度增加，平衡能力得到改善。這對預防老年人摔倒有一定幫助。

綜上所述，飛輪訓練可有效增加肌肉體積、提高肌肉質量，預防肌肉萎縮，改善肌肉代謝紊亂，這對臥床人員后期的恢復和運動員的早期康復提供了幫助。此外，針對老年人生活質量來說，飛輪訓練可以改善老年人肌肉萎縮，在其他身體適應性方面（如平衡性、神經肌肉的障礙方面）似乎也有效果，但這方面的研究相對較少，還需要進一步研究證明。

3.2 對預防運動損傷的影響

飛輪訓練似乎可以增強肌肉韌性，避免損傷發(fā)生。Gual等（2016）對籃球、排球隊伍中的38名女性和43名男性運動員進行實驗，經過24周的飛輪訓練干預后發(fā)現，飛輪訓練可以增強下肢力量和跳躍能力，降低髕骨肌腱炎的癥狀（Gual et al.，2016）。在瑞典首屆足球聯賽的30名足球運動員中，15名干預組運動員除了規(guī)定訓練外還進行飛輪訓練干預，另15名對照組運動員僅進行規(guī)定訓練。在整個賽季中，干預組運動員的腘繩肌拉傷率（3/15）明顯低于對照組（10/15）（Askling et al.，2003）。Do Hoyo 等（2015）進一步證明，經過飛輪訓練后的足球運動員總受傷率下降。Monajati等（2018）進行了為期6周的實驗，比較了飛輪訓練和自重訓練對腘繩肌拉傷和ACL發(fā)生率的影響，結果表明，6周的飛輪訓練能夠更好地保護運動員避免腘繩肌和ACL的損傷，并提高短距離沖刺能力。肌肉損傷一般有3點特征：肌酸激酶（CK）活性降低、股四頭肌等長峰值扭矩降低和肌肉酸痛。有研究表明，13名健康男性在4周飛輪訓練后，CK和股四頭肌峰值扭矩提高，肌肉酸痛感降低，這在一定程度上降低了運動損傷的發(fā)生（Coratella et al.，2016）。

當肌肉進行離心收縮時，肌纖維和細胞外基質受到干擾，進而刺激蛋白質合成，增加代謝應激的發(fā)生率（Schoenfeld，2010）。因此，有研究認為，離心收縮和拉伸是促進肌肉生長的最有效刺激因素（Hornberger et al.，2006；Vandenburgh，1987）。離心收縮改善了神經肌肉的力量和協(xié)調性，增強了肌腱以及肌肉運動能力的表達（史珊珊等，2018）。飛輪訓練在離心負荷和阻力負荷的雙重刺激下，不僅有利于運動表現，還可以預防肌肉拉傷、增強韌帶的強度和防止軟組織損傷。但關于飛輪訓練是否比其他訓練形式的離心負荷更有效果還有待進一步研究證明。

3.3 對康復治療的影響

籃球和排球運動員患有髕骨肌腱炎的風險很高，Abat等（2015）對41名患有髕骨肌腱炎的運動員在進行組織內電解治療時施加飛輪訓練，經過幾次治療，他們的癥狀得到了明顯改善。Romero等（2011）對10名患有髕骨肌腱炎的患者進行為期12周的訓練，采用視覺模擬評分法（VAS）和髕骨肌腱病問卷（VISA）進行測試，結果表明，訓練后下肢離心收縮力增加90%，垂直跳躍能力得到提高，VAS和VISA分別提高60%和86%，肌腱炎癥狀得到了改善，提示飛輪訓練可以改善患病者肌肉功能并減輕主觀疼痛。Greenwood等（2007）對29名膝關節(jié)損傷患者進行3個月的飛輪訓練，訓練后膝關節(jié)肌力、平衡能力和輸出功率均有提高，說明訓練對膝關節(jié)損傷的恢復起到了幫助。

綜上所述，利用飛輪訓練可以提高肌肉力量、站立平衡和跳躍能力。這在提高肌肉功能方面起到了積極作用，飛輪的過度離心負荷促使肌肉和肌腱抗牽拉能力增強，從而提高了運動能力和損傷后的康復。

3.4 對中樞神經適應性的影響

離心訓練在提高肌肉力量和增加肌肉肥大方面起到重要作用（Dudley et al.，1991；Onambele et al.，2009；Seynnes et al.，2007；Tesch et al.，2004），這可能是因為離心訓練依賴于獨特的神經策略來促進和激發(fā)運動動作電位，并使運動單位發(fā)揮其作用（Enoka，1996；Hedayatpour et al.，2015）。有研究表明，通過腦功能磁共振成像發(fā)現，離心運動比向心運動更能吸引大腦的功能區(qū)域（Fang et al.，2004）。對于中風患者來說，中樞神經功能下降會導致肌肉萎縮和其他損害性變化等問題的發(fā)生。Fernandez-Gonzalo等（2014b）對12名中風患者進行了每周2次，共8周的飛輪訓練干預，訓練后平衡、感知參與和步態(tài)等均有顯著提高，研究認為，飛輪訓練可以改善慢性中風患者的神經肌肉功能和平衡等。在這項研究結果的推動下，Fernandez-Gonzalo等（2016）后續(xù)又將32例中風患者分為2組，實驗組進行12周飛輪訓練，對照組不做訓練，結果顯示經過飛輪訓練的患者股四頭肌體積增加9.4%，平衡能力、步態(tài)、認知和處理速度等均有提高。值得注意的是，雖然Ryan等（2011）通過傳統(tǒng)的抗阻訓練也使中風患者產生了類似效果，但傳統(tǒng)抗阻訓練至少需要比飛輪訓練多6組的重復次數才能達到類似的結果。此外，飛輪訓練引起的這些表現和大腦皮層某些區(qū)域的肌肉活動參與表現相類似（Fang et al.，2001；Hedayatpour et al.，2015）。這表明，飛輪訓練可以改善重要的認知能力，比如執(zhí)行力、注意力和信息處理速度，誘發(fā)中樞神經系統(tǒng)的適應性。這些研究的發(fā)現對患有神經疾病的患者和醫(yī)生提供了重要的參考價值。關于中樞神經系統(tǒng)和飛輪訓練之間的相互作用還需要進一步探究，例如，通過大腦核磁共振來辨別這種獨特的運動刺激所針對的大腦皮層的具體區(qū)域和他們之間的生理機制。對患有神經疾病的患者進行臨床試驗，制定安全有效和康復的飛輪訓練計劃。

4 結論與展望

飛輪訓練為日常訓練和康復提供了新的思路和方法。這種離心抗阻訓練可有效提高神經系統(tǒng)和肌肉的功能，并且在降低運動損傷和康復方面有較好成效。

目前我國在飛輪訓練器方面的研究相對較少，還需要進一步加強。在未來的研究中，針對不同人群，應確立比較優(yōu)化的運動方案，制定針對不同需求人群的運動處方，防止運動過度或負荷不足。飛輪訓練對康復和提高肌肉運動能力的表現應對比不同的訓練方式（如傳統(tǒng)抗阻訓練和離心訓練）之間的效果，制定最佳的訓練方式。關于飛輪訓練對中風患者的神經適應性值得進一步研究，找出他們之間潛在的生理機制，可為神經康復治療提供參考和借鑒。