科技助力奥运 ——新科技与挑战(2)

人体的运动是以肌肉为动力来源、以关节为支点、以骨骼为杠杆，向外界施加力的过程，因此了解和研究运动中的力与反作用力，对优化运动表现具有非常实际的意义。测力台是运动科学家研究生物力学问题不可或缺的“标配”工具，如今已经越来越频繁地出现在训练第一线。借助测力台，教练员可以快速了解运动员的下肢运动能力和特征，例如：通过使用反向跳来测量运动员下肢的力速曲线（Jiménez-Reyes et al.，2014），据此发现其专项能力上的短板，对症下药给予最佳的运动处方；通过使用安全可靠的等长大腿中段拉测试方案（isometric mid-thigh pull，IMTP）代替受伤风险较大的1 RM测试（De Witt et al.，2018），监控运动员下肢的最大等长收缩力量及发力率（图3）（Comfort et al.，2018；Kawamori et al.，2006；Khamoui et al.，2011），以跟踪和确认训练效果；通过在训练前进行纵跳测试，教练员可以了解运动员的神经肌肉疲劳状态（Kennedy et al.，2018），从而及时调整训练量和恢复方案。测力台虽不是新鲜事物，但一直以来多用于科学研究，使用较繁琐、数据量较大、分析较复杂，往往无法满足训练场上简单高效、可靠快捷的使用要求。近年来随着测试方案的成熟，原本需要人工参与的计算已由软件代为自动计算，教练员只需指导运动员完成测试，即刻便可获得测试结果，节省了大量时间。使用测力台后，教练员可从多个维度对运动员的训练水平和状态进行量化评估，在训练规划上更加有据可循、有的放矢。

图3 由等长大腿中段拉测试测得的下肢最大等长收缩力量 （B点） 及发力率 （AB两点连线的斜率） （Khamoui et al.，2011）Figure 3. The Maximum Isometric Strength (point B) and the Rate of Force Development (the slope of line A-B) of the Lower Limbs Evaluated by IMTP Test Protocol

鉴于全身运动的复杂性，想要深入了解人体运动时的肌肉激活模式实属不易，而这些信息对于教练员和运动员开展针对性的训练大有助益。在过去，运动科学家通常使用表面肌电（surface electromyography，sEMG）来监测肌肉的激活和运动，但在实际的训练中仍有不少局限性，如表面肌电信号微弱，且易受外界噪音干扰；数据处理量较大，且处理过程较为复杂；表面肌电设备一定程度上干扰和影响运动员的自由运动等。近年来发展起来的正电子断层扫描（PET）3D成像技术为分析复杂人体运动中肌肉激活和工作模式提供了新的可能性。挪威体院的Bojsen-M?ller团队利用PET 3D成像技术对越野滑雪双杖推撑（double poling）动作在不同运动强度下的肌肉使用情况开展了研究（图4）（Bojsen-M?ller et al.，2010）。之前大家的共识是：上肢肌群是越野滑雪双杖推撑中的主要工作肌群。Bojsen-M?ller团队的研究确认了这一结论，但同时他们通过PET成像技术观察到，随着运动强度的增大，核心肌群、伸髋和伸膝肌群的贡献度也随之增加。这些信息可以帮助教练员和运动员更好地理解该如何优化不同技术动作的执行，并为提升训练准备和竞赛表现提供了切实可靠的依据。

许多技巧型运动，如跳台滑雪、单板U型槽等，在训练和比赛中都需要做出大量落地动作，且落地动作的质量关乎最终成绩，这就对下肢运动的研究提出了更高的要求。除了常规的生物力学研究手段之外，一种名为“高速双平面荧光透视系统”的高新技术为关节运动的量化分析和诊断提供了极大便利。高速双平面荧光透视系统是一种利用X光还原关节三维运动的实时成像技术，类似“X光拍摄的3D电影”（图5）。上海体育学院的高速双平面荧光透视系统乃国内首创，并且在国际上仅存在几套同类型系统，分别位于布朗大学、匹兹堡大学、杜克大学和利物浦大学。该系统设备简单，操作方便，具有高效、高精度和无创等优点，是关节运动研究和量化分析以及关节临床科研的国际领先方案。目前上海体育学院的刘宇和王少白团队正围绕该系统开展一系列相关研究，以期为运动员提供更多科技保障。

高效的训练不仅需要量化的训练监控和评价，更需要新方法。血流限制训练技术正是一种神经肌肉训练的新方法：在加压限制或短时间断性阻断静脉血流量的情况下，以较小的运动强度就能促进蛋白合成、刺激肌肉生长和改善肌肉功能（徐飞 等，2013）。一般认为，低强度（＜70% 1 RM）的抗阻训练无法为肌肉的力量提高和肥大提供足够大的刺激（Medicine，2009），但是采用低强度抗阻训练的同时结合血流限制技术，获得的训练效果却可比肩传统高强度（≥70% 1 RM）抗阻训练（图6）（Loenneke et al.，2012；Lowery et al.，2014）。因此，血流限制技术可能在运动员训练和损伤后康复中的应用拥有一席之地。数字化自动加压血流限制训练装备的出现，使得该技术在训练场上的应用变得简单快捷，教练员只需使用手机或平板电脑设置好加压压力，穿戴在运动员身上的加压带便会自动工作，精确加压至预设压力值，最大程度上确保了血流限制技术实施的安全性、精确性和有效性。

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