自愿降低努力水平对负重药球投掷中肌肉力学特性的影响及其在运动康复中的应用价值

《Scientific Reports》：Effects of reduced voluntary effort on muscle mechanical properties during loaded medicine ball throws

　　本研究针对个体因疼痛、疲劳等因素无法持续进行最大自主用力(MVE)测试的问题，开展了自愿降低努力水平对坐姿药球投掷(MBT)中肌肉力学特性(MMP)影响的研究。通过比较不同负荷(0.43-6 kg)和努力水平(50%/75%/100%)下的速度、力和功率变化，发现功率是反映努力水平的最敏感指标，且相对功率下降与努力指令高度一致。该研究为康复期患者和运动员提供了可靠的亚最大训练评估方案，对优化运动康复策略具有重要实践价值。

　　

在运动科学和康复医学领域，准确评估上肢肌肉的力学特性对提升运动员表现和指导康复训练至关重要。传统的评估方法通常要求受试者进行最大自主用力(Maximal Voluntary Exertion, MVE)，但在实际场景中，多种因素如疼痛、疲劳、旧伤未愈或动作技能不熟练等，都可能限制个体持续表现出真正的最大用力水平。这就导致测试结果的有效性和可靠性受到挑战。因此，探索在亚最大努力水平下，如何准确评估神经肌肉性能，并理解努力程度的变化如何影响关键的力学指标（如速度、力和功率），成为了一个既有理论价值又具现实意义的研究课题。

为此，由Ivan Marovic等人组成的研究团队在《Scientific Reports》上发表了他们的最新研究。该研究旨在系统性地探讨在不同负重条件下，自愿降低努力水平对坐姿药球投掷(Medicine Ball Throw, MBT)测试中肌肉力学特性(Muscle Mechanical Properties, MMP)的影响。研究结果不仅深化了我们对努力感知与神经肌肉输出之间关系的理解，而且为那些无法进行最大努力训练的人群（如康复期患者）提供了实用的评估和训练强度管理依据。

为了开展这项研究，研究人员招募了12名健康的男性体育教育专业学生作为参与者。研究采用横断面设计，包含两个阶段：熟悉化阶段和正式测试阶段。在正式测试中，参与者需在四种不同负荷（0.43 kg、2 kg、4 kg和6 kg）的药球上进行坐姿投掷，并且每次投掷都需按照指令以三种不同的自愿努力水平（100%、75%和50%）完成。研究人员通过运动捕捉系统（Qualisys 3D cameras）记录投掷动作，采样频率为200 Hz，从而精确获取手部的位移数据，并据此计算出速度、加速度，再结合药球质量推导出力和功率指标。所有数据均使用MATLAB软件进行处理和分析。统计方法上，研究采用重复测量方差分析(Two-way repeated measures ANOVA)来检验努力水平和负荷水平对各项力学指标的交互作用及主效应，并以Hedges‘ g报告效应大小。

速度、力和功率的绝对变化

研究结果显示，努力水平对所有力学指标（速度、力、功率）均存在显著的主效应。随着自愿努力水平从100%降低到75%再降至50%，在所有负荷条件下，速度、力和功率的输出均出现系统性下降。

具体而言，速度的下降在轻负荷（0.43 kg）时最为显著，而在负荷增加时，速度的差异逐渐缩小。与之相反，力和功率的下降在重负荷（2-6 kg）条件下更为明显。

此外，负荷本身也对输出产生独立影响：速度随负荷增加而降低，而力和功率则随负荷增加而升高。

速度、力和功率的相对变化（标准化后）

当将不同努力水平下的力学指标以相对于100%努力水平的百分比形式（MMP%）进行分析时，结果显示，功率的相对下降幅度最大，且最接近努力水平的指令值。

例如，在75%努力时，功率平均下降了32.7%，而力下降了20.9%，速度仅下降了14.5%。在50%努力时，功率下降达49.1%，力下降35.8%，速度下降24.6%。

值得注意的是，标准化后的力学指标下降百分比在不同负荷间未发现显著的交互作用，表明中枢神经系统可能以一种与负荷无关的比例性方式来自愿调节努力输出。

本研究得出结论，自愿降低努力水平会导致药球投掷过程中的速度、力和功率产生不成比例的变化。负荷水平调节了这种影响：在轻负荷时，速度对努力变化最敏感；而在重负荷时，力和功率的变化更为显著。在所有的肌肉力学特性中，相对功率的下降与努力指令高度一致，特别是在2至6公斤的负荷范围内，表明功率可以作为评估亚最大努力状态下神经肌肉功能的一个稳定且可靠的指标。这些发现强调了在运动表现评估和康复训练中，尤其是在运动员伤后恢复阶段或患者无法进行最大用力训练时，利用药球投掷测试并重点关注功率输出的变化，具有重要的应用价值。它为制定个性化的、安全的亚最大训练方案提供了科学依据，并深化了我们对自愿努力调节下神经肌肉控制机制的理解。