田俊龍，李志遠(yuǎn)

兒童青少年時期建立的跑、跳、投運(yùn)動能力可以為良好的身體素質(zhì)和運(yùn)動技能的形成奠定重要基礎(chǔ)（Lloyd et al.，2015）。跑、跳、投運(yùn)動的共同特點(diǎn)是利用“拉長-縮短周期”（stretch-shortening cycle，SSC）的理論原理，在肌肉向心收縮動作之前，先進(jìn)行離心拉伸動作（Nicol et al.，2006）。Komi（2000）研究發(fā)現(xiàn)，與單純的向心收縮作用相比，先進(jìn)行離心的拉伸，可以利用牽張反射作用提高肌肉向心收縮的能力。Bosco等（1987）研究表明，成人受試者在縱跳前先進(jìn)行預(yù)拉伸動作，相比沒有預(yù)拉伸，起跳高度提升18%～30%。然而，在兒童受試者中，預(yù)拉伸后起跳高度僅提升1%～5%（Lloyd et al.，2009）。

世界衛(wèi)生組織將2～10歲定義為兒童期，10～19歲定義為青少年期。兒童青少年時期身體運(yùn)動表現(xiàn)受年齡的影響。SSC運(yùn)動能力受神經(jīng)肌肉功能的控制，需要神經(jīng)系統(tǒng)、肌肉系統(tǒng)（Komi，2000；Nicol et al.，2006）以及肌肉-肌腱單元（muscle-tendon unit，MTU）之間有效的相互作用（圖 1）（Sawicki et al.，2015）。隨著年齡增長，神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)展中對SSC運(yùn)動能力產(chǎn)生影響的因素包括有效的預(yù)激活（Lazaridis et al.，2010；Lloyd et al.，2012）、牽張反射強(qiáng)度的增 加（Grosset et al.，2007）、肌 腱 剛 度 的 提 升（Lambertz et al.，2003），以及肌肉共同收縮率的減?。‵rost et al.，1997）等。另外，兒童青少年時期，肌肉和肌腱的形態(tài)特征會產(chǎn)生許多適應(yīng)性變化（表1），肌肉的變化包括肌肉厚度、肌肉橫截面積（cross-sectional area，CSA）和肌纖維長度增加，以及肌肉羽狀角的變化（Kubo et al.，2001）。肌腱的變化包括肌腱CSA、肌腱長度和剛度增加（Kubo et al.，2001；Waugh et al.，2012）。基于此，本研究旨在系統(tǒng)闡述兒童青少年在年齡增長過程中肌肉、肌腱結(jié)構(gòu)和神經(jīng)肌肉適應(yīng)性的發(fā)展和變化，分析其對兒童和青少年SSC運(yùn)動能力的影響。

圖1 年齡增長對兒童SSC運(yùn)動能力產(chǎn)生主要影響的因素Figure 1. Factors that Mainly Influence SSC Ability with Age

表1 與年齡增長有關(guān)的肌肉、肌腱結(jié)構(gòu)和神經(jīng)肌肉適應(yīng)性變化對SSC運(yùn)動能力的影響Table 1 Effects of Age-Related Changes in Muscles， Tendon Structure， and Neuromuscular Adaptations on SSC Ability

續(xù)表1

1 肌肉類型和結(jié)構(gòu)的變化

1.1 肌纖維類型的組成

肌纖維類型組成的差異是兒童力量弱于成人的原因之一（Dotan et al.，2012）。Lexell等（1992）研究發(fā)現(xiàn)，3～21月齡的幼兒與成人相比，Ⅱb型肌纖維的比例較低［（6.2%±1.1%） vs （20.5%±1.6%）］，5歲時I型纖維的比例約為65%，20歲時下降到約50%。但是，隨著青少年向成年階段發(fā)展，肌纖維類型組成呈現(xiàn)出明顯的性別差異。在16～27歲，女性I型纖維的比例有所增加（51%～55%），而男性I型肌纖維比例顯著減少（55%～48%）（Glenmark et al.，1992）。Ⅱ型肌纖維比例的增加有助于提升與快速力量能力有關(guān)的跳躍和沖刺表現(xiàn)（趙可偉 等，2021）。因此，在年齡增長過程中，Ⅱ型肌纖維比例增加有利于在SSC運(yùn)動中獲得更好表現(xiàn)。

1.2 肌肉體積

下肢肌肉體積隨兒童年齡增長而顯著增大（Kubo et al.，2001；O’Brien et al.，2010a）。隨著肌肉體積的增大，在SSC運(yùn)動的離心階段和向心收縮階段均可獲得更大 力 量 輸 出（Kubo et al.，2001；O'Brien et al.，2010a）。Evangelidis等（2016）研究表明，股四頭肌向心收縮的力量以及腘繩肌離心收縮的力量與肌肉體積相關(guān)。在SSC運(yùn)動中，增加向心收縮的力量可以獲得更佳的沖量以及RFD，從而在短跑和跳躍運(yùn)動中獲得更好的運(yùn)動表現(xiàn)。同時，離心階段的力量增強(qiáng)可以促進(jìn)肌纖維內(nèi)起作用的橫橋擺動數(shù)量增加，從而影響肌肉拉長過程中神經(jīng)調(diào)節(jié)強(qiáng)度 ，有利于彈性勢能的儲存和利用（Henchoz et al.，2006）。因此，隨著年齡增長，兒童青少年肌肉體積的增加有利于提升SSC運(yùn)動能力。

1.3 肌纖維長度

較長的肌纖維能提高肌肉在較高速度和較大長度范圍內(nèi)產(chǎn)生力的能力（Methenitis et al.，2019）。兒童的下肢肌纖維長度小于成人（Kubo et al.，2001；O’Brien et al.，2010a）。但隨著年齡增長，在15歲左右時，肌纖維長度已經(jīng) 接 近 或 達(dá) 到 成 人 水 平（Kubo et al.，2001）。Earp 等（2010）研究發(fā)現(xiàn)，腓腸肌的長度是預(yù)測成人下蹲跳RFD值的重要因素，也是提升兒童和青少年SSC運(yùn)動能力的重要因素。RFD值增加可以減少觸地時關(guān)節(jié)的屈曲，從而提高下肢的整體剛度，促進(jìn)青少年跳躍和短跑能力的提升（McMahon et al.，2012）。因此，肌纖維長度增加能夠促進(jìn)青少年快速力量能力的提升，從而獲得更好的SSC運(yùn)動表現(xiàn)。

1.4 肌肉羽狀角

肌肉羽狀角是指肌束與深層筋膜所成的角度（李玉章 等，2010）。隨著年齡增長，兒童肌肉羽狀角增大，在青春期后保持穩(wěn)定（Kannas et al.，2010）。更大的羽狀角能夠增加肌肉CSA，使得更多的彈性元附著在腱膜或肌腱上（Kawakami et al.，1995）。同時，羽狀角增加可以減少肌肉在同等發(fā)力條件下的整體收縮程度（Wakeling et al.，2011），使肌肉在力-速度曲線的更優(yōu)區(qū)域上工作，以及延長肌肉在更優(yōu)長度-張力曲線區(qū)域的工作時間（Askew et al.，1998）。此外，較大的羽狀角可能對 SSC 運(yùn)動中的肌肉剛度產(chǎn)生有益影響。Earp等（2011）研究表明，肌肉羽狀角更大的受試者在跳深過程中有更佳的早期RFD，原因是其肌肉應(yīng)對離心負(fù)荷的能力更強(qiáng)。

2 肌腱結(jié)構(gòu)的變化

2.1 肌腱尺寸和內(nèi)部特性

肌腱的生長貫穿整個兒童青少年時期，生長期肌腱的尺寸和內(nèi)部特性會發(fā)生變化（Kubo et al.，2001，2014a；O’Brien et al.，2010b；Waugh et al.，2012）。 Kubo 等（2014a，2014b）研究表明，小學(xué)男生的髕腱長度明顯短于初中男生和成年男性，男性的跟腱尺寸在14歲左右呈穩(wěn)定狀態(tài)。肌腱的尺寸對其功能有很大影響。例如，長而薄的肌腱順應(yīng)性更佳，能夠充分儲存和利用彈性勢能（Van Soest et al.，1995）。相比之下，短而粗的肌腱剛度更大（Van Soest et al.，1995），拉伸的阻力也更大，能夠?qū)⒓∪馐湛s產(chǎn)生的力量更有效地傳遞到骨骼，因此肌腱的尺寸與SSC運(yùn)動的效率密切相關(guān)。

此外，肌腱的內(nèi)部特性對其剛度也有影響。年齡增長過程中兒童青少年肌腱所承受的負(fù)荷增加，引起肌腱組織膠原纖維之間的相互交融以及直徑和密度的增加，從而增加肌腱組織的彈性模量（Bailey et al.，1998），進(jìn)而影 響 肌 腱 剛 度 的 增 加（Dotan et al.，2012；Kubo et al.，2014a；O’Brien et al.，2010a；Waugh et al.，2012）。

2.2 肌腱剛度

剛度是指物體在受載（load）時抵抗變形的能力（魏勇等，2009b）。青少年時期，髕腱和跟腱的剛度都有所增加，10歲兒童的肌腱剛度低于13歲青少年和成人水平（Kubo et al.，2014a）。到 15 歲時，青少年膝關(guān)節(jié)伸肌肌腱的力學(xué)特性與成人接近（Kubo et al.，2001），表明肌腱剛度可能在生長速度高峰（peak height velocity，PHV）后達(dá)到成人水平。肌腱剛度增加可以促進(jìn)力更有效地向骨骼轉(zhuǎn)移（姜自立 等，2015），從而影響RFD。此外，Waugh等（2013）研究表明，EMD會影響肌肉快速力量的產(chǎn)生，EMD隨兒童神經(jīng)肌肉系統(tǒng)逐漸發(fā)育成熟而縮短，且兒童肌腱剛度與EMD呈負(fù)相關(guān)，部分解釋了兒童快速力量隨年齡增長而提高的原因。因此，隨著兒童青少年肌腱剛度的增加以及EMD的縮短，其SSC的運(yùn)動能力得到提升。

3 神經(jīng)肌肉適應(yīng)性變化

3.1 運(yùn)動單位的募集

兒童在肌肉自主收縮期間，運(yùn)動單位募集的比例小于成人，運(yùn)動單位募集的能力隨年齡增長而提高（Grosset et al.，2008）。有研究認(rèn)為，無法有效募集和利用高階運(yùn)動單位是限制兒童發(fā)力能力的因素（Halin et al.，2003）。Pitt等（2015）研究發(fā)現(xiàn)，與成年男性相比，男童在漸進(jìn)性運(yùn)動中對高階運(yùn)動單位使用較少。隨著年齡增長，當(dāng)兒童的中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育更為成熟時，才能夠更好地募集高階運(yùn)動單位，從而促進(jìn)SSC運(yùn)動中快速力量的產(chǎn)生。

3.2 共同收縮

共同收縮是指主動肌與拮抗肌在特定時間段內(nèi)同時活動（魏勇 等，2009a）。兒童共同收縮率隨年齡增長而減?。↙ambertz et al.，2003）。共同收縮有助于維持運(yùn)動時關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，但拮抗肌收縮增強(qiáng)會增加主動肌的能量消耗 ，削減肌肉凈力 量的輸 出（Arpinar-Avsar et al.，2020；Frost et al.，2002）。在 SSC 運(yùn)動中，肌肉收縮的幅度或速度使MTU的長度過快發(fā)生變化時，腱器官增加傳入活動，從而抑制支配主動肌的運(yùn)動神經(jīng)元，增加拮抗肌運(yùn)動單位（Brooks et al.，2000），通過增加與地面的接觸時長以及減少力的輸出來降低SSC運(yùn)動的整體效率。因此，在兒童年齡增長過程中減少肌肉的共同收縮，可以減少對主動肌的抑制作用，增加肌肉離心時期的預(yù)拉伸效果，從而改善SSC的運(yùn)動能力。

3.3 預(yù)激活

預(yù)激活可以反映身體下落騰空階段，在受到地面沖擊前肌肉活動的水平（Hobara et al.，2008）。Lazaridis等（2010）研究發(fā)現(xiàn)，在20 cm跳深測試中，兒童表現(xiàn)出的預(yù)激活明顯少于成人。利用前饋機(jī)制能力不足導(dǎo)致兒童在跳 躍 過 程 中 產(chǎn) 生 更 長 的 地 面 接 觸 時 間（Oliver et al.，2010），使得SSC運(yùn)動的表現(xiàn)欠佳。這種神經(jīng)肌肉反應(yīng)機(jī)制與年齡相關(guān)，Lloyd等（2012）研究發(fā)現(xiàn)，15歲的青少年在跳躍時比9歲和12歲的兒童產(chǎn)生更高的預(yù)激活水平。兒童在跳躍中前饋活動的減少反映了一種防止MTU在接觸地面時速度過快的保護(hù)機(jī)制（Horita et al.，2002）。在年齡增長過程中，隨著兒童在運(yùn)動中預(yù)先控制能力的提升，SSC運(yùn)動能力逐漸得到改善。

3.4 反射控制

落地或受到?jīng)_擊后30～60 ms、60～90 ms和90～120 ms的平均肌電圖（electromyogram，EMG）分別代表短潛時、中潛時和長潛時牽張反射（Hobara et al.，2008）。研究發(fā)現(xiàn)，在原地連續(xù)縱跳時，兒童更依賴于長潛時牽張反射（Lloyd et al.，2012；Oliver et al.，2010）。但隨著年齡增長，青少年更善于利用短潛時牽張反射調(diào)節(jié)下肢的剛度（Lloyd et al.，2012）。其內(nèi)部機(jī)制是改善肌梭敏感性、運(yùn)動感覺通 路 的 成 熟 度 ，以 及 增 加 MTU 的 剛 度（Grosset et al.，2007）。牽張反射活動的增強(qiáng)，會引起肌電活動增強(qiáng)，從而促使SSC運(yùn)動產(chǎn)生更大的力量。

3.5 肌電增強(qiáng)率

研究表明，肌肉激活率決定了RFD的水平（Rossi et al.，2017）。兒童的肌電增幅明顯低于成人（Falk et al.，2009；Waugh et al.，2013），這與二者之間 RFD 的差別有關(guān)（Thorpe et al.，2016）。肌肉激活率不足限制了兒童快速發(fā)力的能力，這可能是運(yùn)動單位募集能力的差異所致（Dotan et al.，2012；Pitt et al.，2015）。因此，較早地募集到高階運(yùn)動單位能夠表現(xiàn)出更高的肌電增強(qiáng)率。理論上講，隨著年齡增長，兒童募集高階運(yùn)動單位能力提高，并轉(zhuǎn)化為肌電增強(qiáng)率的上升，從而提升在SSC運(yùn)動期間快速發(fā)力的能力。

4 SSC運(yùn)動能力的可訓(xùn)練性

為了驗(yàn)證訓(xùn)練對青少年SSC運(yùn)動能力的影響，通常采取一系列的跳躍方法量化SSC的表現(xiàn)。研究表明，快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練（白楊 等，2018；井蘭香 等，2010；Ramírez-Campillo et al.，2015）、力量訓(xùn)練（張象，2015）以及快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練和力量訓(xùn)練相結(jié)合（翟華楠 等，2020；Fischetti et al.，2019），對兒童和青少年的跳躍能力有積極影響。此外，Meta分析結(jié)果表明，抗阻訓(xùn)練可以作為改善青少年SSC 運(yùn)動能力的措施（王貝，2013；Harries et al.，2012）。但是，干預(yù)措施的有效性受青少年發(fā)育程度的影響（Lloyd et al.，2016）?？焖偕炜s復(fù)合訓(xùn)練對達(dá)到 PHV 前的男孩效果更好，而快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練和傳統(tǒng)力量訓(xùn)練相結(jié)合的綜合訓(xùn)練對達(dá)到PHV后的男孩干預(yù)效果更佳（Lloyd et al.，2016）。

研究表明，快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練對成人的運(yùn)動單位募集、肌肉收縮速度（Malisoux et al.，2006）、短潛時牽張反射（Voigt et al.，1998）和肌肉激活（Chimera et al.，2004）有積極影響。此外，力量訓(xùn)練可以對成人的肌肉結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定影響，特別是導(dǎo)致肌纖維長度（Baroni et al.，2015）、羽狀角和CSA增加（Kawakami et al.，1995）。但快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練和力量訓(xùn)練是否對兒童和青少年神經(jīng)肌肉的適應(yīng)性以及肌肉的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相同影響，還無法從現(xiàn)有研究中得到驗(yàn)證。

研究發(fā)現(xiàn)，抗阻訓(xùn)練可以影響跟腱的力學(xué)特性（Waugh et al.，2014）。未受過訓(xùn)練的兒童進(jìn)行 2 次/周，持續(xù)10 周的抗阻訓(xùn)練后，跟腱剛度有所增加，但未發(fā)現(xiàn)跟腱CSA的顯著變化，因此跟腱剛度的增加可能是跟腱內(nèi)部特性的改變所引起的（Waugh et al.，2014）。此外，雖然肌腱剛度的增加也導(dǎo)致了EMD的降低，但沒有引起EMG升高和RFD的改變。因此，要達(dá)到更好的訓(xùn)練效果，可能需要更長的訓(xùn)練周期或更高頻的訓(xùn)練安排。

5 小結(jié)

兒童青少年向成年期轉(zhuǎn)變過程中，跑、跳、投能力得到了自然增長。隨著年齡增長，肌肉體積、肌纖維長度和肌肉羽狀角均有所增加。肌腱尺寸和力學(xué)特性也發(fā)生變化，從而影響其剛度。此外，神經(jīng)對肌肉控制能力的提升，對SSC運(yùn)動能力有積極影響。表現(xiàn)為主動肌和拮抗肌的共同收縮減少，運(yùn)動單位募集和預(yù)激活的增加。隨著年齡增長，MTU和神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的適應(yīng)性改變增強(qiáng)了快速發(fā)力能力，從而使兒童青少年在SSC運(yùn)動中獲得更好的表現(xiàn)。系統(tǒng)性的快速伸縮復(fù)合訓(xùn)練和力量訓(xùn)練后，兒童青少年的SSC運(yùn)動能力可以得到改善，其具體機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。