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主動和被動熱身對踝跖屈肌群活動度、力量和肌肉被動特性的影響

摘要

目的🎎：探討主動與被動熱身對小腿肌肉柔韌性與力量的影響。

方法🦵🏽：首先，14名健康男性（年齡：23.1±2.6歲；身高☃️：172.7±5.6厘米；體重🍹🪗：64.5±7.0千克）以隨機順序分別進行3種類型的熱身（10分鐘）🧡：①通過功率自行車進行主動熱身🤦🏿‍♀️；②進行重復等長收縮的主動熱身🔃；③在熱水浴中進行被動熱身🧏🏿‍♀️。其次🧛🏽‍♂️，為評估柔韌性👼🏿𓀌，測量了踝關節背屈的關節活動度（range of motion, ROM）🦒、踝關節跖屈的被動力矩和肌腱連接（muscle tendon junction, MTJ）處的位移🧑🏿‍⚕️，並計算了肌腱單元（muscle tendon unit, MTU）的硬度。在評估完柔韌性後🧱，對最大隨意等長收縮的峰值力矩進行測量，以評估等長收縮力量。最後🧑🏼‍🔬，對熱身前後數據進行對比分析🧎🏻‍♂️🦜。

結果：3種熱身方式均能提高ROM（p＜0.05）和ROM末端被動力矩（p＜0.01），但MTU硬度和MTJ位移無顯著變化。功率自行車主動熱身的方式增加了等長收縮時的峰值力矩（p＜0.05）🤱🏽，而其它熱身方式無此類顯著性變化。

結論：結合有氧運動的主動熱身能夠增加小腿肌肉的柔韌性和力量。

一👳🏽、前言

（一）熱身的作用（Role of warm-up）

運動員通常在運動前進行熱身。他們不僅需要產生高水平的力量🛌🏽，還需要保持關節的靈活性🌙，以抵消慢性損傷的風險👲🏻🏋🏿‍♂️。熱身活動通過增加肌肉或身體的溫度🛸、改善肌肉的長度-力關系😆、提高肌肉代謝水平、產生肌肉後激活增強效應以及做好心理準備等方式來提高運動表現👩🏼‍🚀。

（二）熱身的種類（Type of warm-up）

熱身分為兩類：主動熱身和被動熱身（圖1）。主動熱身包括有氧運動和無氧運動，它能通過體育練習（如騎自行車、跑步等）的方式來提高肌肉溫度、加速代謝和循環水平。而被動熱身是一種通過使用外部加熱（即熱水浴、熱敷或超聲波等）來提高身體核心和肌肉溫度的方法🖨。因此，主動熱身和被動熱身有相似的效果，但方法不同🕡🧊。

圖1 主動熱身和被動熱身

（三）熱身對於運動表現的影響（Effect of warm-up on performance）

1、對於力量的影響

結合低強度有氧運動的主動熱身可能更有利於提高運動表現。有研究比較了60–65%最大心率下慢跑8分鐘的主動熱身效果和使用電熱毯熱敷15分鐘的被動熱身效果。結果發現👂🏼，盡管兩種熱身方式在提高皮膚溫度方面無顯著性差異，但只有主動熱身能提高跳躍水平🪬。結合有氧運動的主動熱身方式其效果與強度有關👨‍👨‍👧‍👦。在熱身後沒有恢復期的情況下🥖🚊，強度為40–60%的最大攝氧量（VO2max）的有氧運動足以改善短期運動表現🐶。

肌肉的表現也受其收縮歷史的影響🧙‍♀️。雖然疲勞會影響運動表現🚫，但肌肉的後激活增強效應則會提高運動表現🧑🏻‍🦽‍➡️。後激活增強效應是指在上一次收縮後肌肉收縮能力的短暫性增強。有研究指出🔤，在大負荷深蹲練習的最大隨意收縮後🥥，跳躍的輸出功率增加。同樣，另一項研究表明，由於神經肌肉激活的改善，使得爆發力中的最大隨意收縮力量增加。因此，高強度無氧運動有可能提高運動表現。低強度有氧運動和等長練習（如最大隨意等長收縮）都可能改善隨後的表現。然而🧦，目前還不清楚哪種方法更適合提高肌肉力量🐖。

2👩‍🏫、對於柔韌性的影響

對主動或被動熱身後肌肉柔韌性變化的研究結果不一致。有研究指出，在被動熱身後（腘繩肌20分鐘熱敷）🏂🏻，ROM沒有顯著變化🧑。相比之下，其它關於被動熱身效果的研究（①肩關節20分鐘熱敷；②小腿三頭肌15分鐘濕熱敷🤳；③小腿三頭肌20分鐘濕熱敷）表明，被動熱身後ROM顯著增加👨‍👨‍👦。此外🥓，還有研究指出，在進行以攀爬練習（10分鐘♕，強度為70%最大心率）作為主動熱身方式的熱身活動後，主動伸膝的ROM沒有改變。然而🤽🏻，另有研究指出，低強度慢跑5分鐘的主動熱身會增加膝關節ROM🤵🏼‍♀️。以往研究大多通過測量ROM來描述熱身後柔韌性的變化。然而，使用ROM測量柔韌性可能就是以往研究結果不一致的原因。ROM受牽拉耐受性的影響◼️，後者是在關節被動活動中👏🏻，通過對ROM末端被動力矩的測試而獲得🗯。ROM是指受試者在沒有疼痛的情況下所能忍受的最大角度範圍。因此🧯，無論肌肉的被動特性是否改變，耐受性的增加都會導致ROM的增加。

ROM的改變歸因於肌肉耐受性和被動特性的改變👩‍🦳。為了研究肌肉被動特性的變化，使用了MTU硬度和MTJ位移等指標。靜態拉伸後ROM和肌力的變化與MTU硬度的變化相關🍄，後者通過力矩-角度曲線計算。MTJ位移則通過超聲成像法測量，以顯示肌肉延展性的變化。靜態拉伸後MTU硬度的改變歸因於肌肉延展性的改變😉。因此，為了客觀地檢測肌肉柔韌性的變化，除了ROM外，還需要測量被動力矩、MTU硬度和MTJ位移。然而🍗，據目前所知，熱身對這些指標的影響尚不清楚。

（四）目的（Purpose）

本研究旨在闡明3種熱身活動（有氧運動、無氧運動和被動熱身）對踝關節跖屈肌群活動度、力量和被動特性的影響。

二💠、研究方法（Methods）

（一）實驗方法（Experimental approach）

受試者分別進行3個獨立的測試，每個測試之間至少間隔1周（目的在於消除上一測試的影響）。他們按照隨機順序接受了3種不同的熱身。其中2種是主動熱身：①作為有氧主動熱身活動的功率自行車（BIKE）🧑‍🎓；②作為無氧主動熱身活動的踝關節跖屈肌重復性最大隨意等長收縮（MVC）。而被動熱身則是在40℃的溫度下對下肢進行的熱水浴（HOT）。

為了測量3種熱身方式的效果，分別測量了踝關節背屈的ROM和踝關節跖屈活動度末端的被動力矩。此外，同時采集了MTU硬度和MTJ位移的數據🎵。

（二）受試者（Subjects）

14名19-27歲健康且無定期體育活動的男性受試者參與實驗🤶🏻。受試者平均年齡（Mean±SD）為23.1±2.6歲👦🏻；身高172.7 ±5.6厘米；體重64.5±7.0千克💩✊。有下肢損傷史的受試者被排除在研究之外。所有受試者都被告知參與本研究的要求和風險，並簽署了知情同意書👍。最後，實驗通過相關審批。

（三）實驗過程（Procedures）

所有的受試者都隨機進行了3種類型的熱身🍧。在熱身前後👸🏽，測量小腿三頭肌的柔韌性和等長收縮力量⏰。踝關節被動背屈時的柔韌性用等速測力儀和超聲成像法測量。每次柔韌性測試後，用等速測力儀測試踝關節跖屈肌的等速收縮力量👩🏽‍🌾。所有實驗過程都在同一實驗室內完成，溫度保持在25℃。

1🧑🏼‍🚀、熱身（Warm-ups）

為了重現運動前的熱身活動，共選擇了3種類型的熱身活動，如下：

（1）BIKE（有氧主動熱身）（圖2）：受試者蹬電磁製動的功率自行車10分鐘，負荷強度為60W。

圖2 功率自行車-有氧主動熱身

（2）MVC（無氧主動熱身）（圖3）：無氧運動使用踝關節跖屈肌群的重復性最大隨意等長收縮。受試者被指示收縮小腿肌肉3秒，然後放松3秒。這個循環重復10次，共5組。每組間休息時間為1分鐘。因此👼🏼🪖，完成5組小腿肌肉收縮共需10分鐘👨🏽‍⚖️✮。此外🏋🏻‍♀️，受試者被要求在每次收縮時都要盡全力。

圖3 踝關節跖屈肌重復性最大隨意等長收縮-無氧主動熱身

（3）HOT（被動熱身）（圖4）：受試者雙腿在40℃的熱水中浸泡10分鐘，水深設置在膝蓋的高度，以覆蓋小腿三頭肌💅🏽。有研究指出，在40℃下進行10分鐘的熱刺激可有效提高柔韌性。

圖4 下肢熱水浴（40℃）-被動熱身

2🧑‍🧒‍🧒🤾🏻‍♂️、測試（Measurements）

（1）踝關節背屈最大活動度和被動力矩

踝關節背屈最大角度被定義為受試者在無疼痛的情況下所能承受的最大角度🏌🏽。該測試主要采用了等速測力儀，受試者被固定在經過校準的測力儀上🚴🏼，膝關節完全伸展，右腳放置在通過連軸連接到測功儀的踏板上（圖3）🎞。踝關節背屈/跖屈為0°時💞🧐，是指踏板與地板的夾角為90°（圖5）。踏板被動且緩慢地移動，同時記錄每5次從0°到踝關節背屈最大角度的被動力矩。在數據分析中，主要對ROM末端的被動力矩進行分析🚆。最後🏸，MTU硬度（N•m•degree-1）也被記錄，該指標是指踝關節角度-被動力矩曲線中15-25°區間的斜率值（圖6示例）。最後，在測量過程中，受試者被要求放松👬🏼。

圖5 踝關節跖屈、背屈示意圖

圖6 MTU位移測試示例

（2）肌腱連接處移位

采用B超（超聲成像）測量腓腸肌內側肌在踝關節被動屈曲時的MTJ位移（圖7示例）。測試中，探針牢固地附著在皮膚上。MTJ的位移被定義為附著在皮膚上的反射標記物與MTJ之間的距離。在熱身前的柔韌性測試中⚓️👨‍🦽‍➡️，0°到ROM末端之間的MTJ位移被測試記錄🧜🏼，而該值的增加則意味著肌肉延展性的增加。以往研究證明🧑‍🧑‍🧒，本研究中使用的MTJ位移測量過程具有可靠性🪚🎣。

圖7 MTJ位移示例

（3）最大隨意等長收縮的峰值力矩

為了確定踝關節跖屈肌群的等長收縮力量，測量了踝關節跖屈肌最大隨意等長收縮的峰值力矩（圖3）。受試者在每次熱身前、後都進行1次最大隨意等長收縮（踝關節角度為0°）。最大隨意等長收縮持續時間為5秒🤠，休息2分鐘，以防止出現疲勞👨🏻‍🌾。受試者被要求在每次測試中盡最大努力。

（四）統計分析（Statistical Analyses）

采用兩因素重復測量方差分析來檢驗幹預（BIKE vs MVC vs HOT）和時間（熱身前vs熱身後）的效果。如果檢測到顯著性，則使用Bonferroni檢驗進行事後分析。所有統計分析均使用SPSS statistics 21。α水平為p< 0.05時認為差異具有統計學意義。

三🧖🏼‍♀️、結果（Results）

（一）關節活動度（Range of motion）

幹預方式和時間的交互作用沒有顯著性差異（幹預×時間🧑🏼‍🌾，p = 0.08），幹預方式沒有顯著效應（p = 0.13）🚹🧖🏼‍♂️。但時間存在顯著效應（p<0.01）（圖8A）。BIKE組（p<0.01）、MVC組（p<0.01）和HOT組（p<0.05）的ROM均顯著增加。

圖8 不同方式熱身後各項指標變化（*：p＜0.05；**：p＜0.01）

（二）關節活動度末端的被動力矩（Passive torque at terminal range of motion）

幹預方式和時間的交互作用沒有顯著性差異（幹預×時間，p = 0.46）🙈，幹預方式沒有顯著效應（p = 0.24）🪙。但時間存在顯著效應（p<0.01）（圖8B）✊。自行車（p<0.01）🦏🤤、MVC組（p<0.01）和HOT組（p<0.01）在關節活動度末端的被動力矩均顯著增加。

（三）肌腱單元硬度（Muscle tendon unit stiffness）

幹預方式和時間的交互作用沒有顯著性差異（幹預×時間，p = 0.38）（圖8C）。幹預方式（p = 0.44）或時間（p = 0.73）均無顯著效應。

（四）肌腱連接處移位（Muscle tendon junction displacement）

幹預方式和時間的交互作用沒有顯著性差異（幹預×時間，p = 0.22）（圖8D）。幹預方式（p = 0.38）或時間（p = 0.73）均無顯著效應。

（五）踝關節跖屈峰值力矩（Peak torque of ankle plantarflexion）

幹預方式和時間的交互作用有顯著性差異（幹預×時間🚚，p< 0.05）（圖9）。事後分析表明，BIKE組的峰值力矩顯著增加（p<0.05），而MVC組（p = 0.25）和HOT組（p = 0.35）沒有發現顯著變化。

圖9 不同方式熱身前後踝關節跖屈峰值力矩（*：p＜0.05）

四⌚️🦇、討論（Discussion）

本研究結果表明👧🏿，所有的熱身活動都增加了踝關節背屈的ROM。這些結果與之前報道的主動或被動熱身後ROM增加的研究一致。有研究指出，慢跑5分鐘的主動熱身能夠增加膝關節的ROM。其它研究指出，腘繩肌的重復性等長收縮能夠增加髖關節的ROM。此外🌓，熱敷小腿三頭肌能夠增加踝關節背屈的ROM。同時，ROM受到肌肉的耐受性和被動特性的影響。在本研究中🛜，通過對ROM末端被動力矩的測試以檢測耐受性🤽🏿‍♂️，並且所有方式的熱身後，耐受性都出現增加。ROM末端被動力矩的增加表明受試者承受了更強的來自測力儀的力👩🏿‍✈️。換句話說👉🥿，在熱身後被動力矩的增加表明耐受性提高了。在這項研究中🏋️‍♂️，使用MTU硬度和MTJ位移（分別表示肌肉的粘彈性和延展性）來檢測肌肉的被動特性🙅，但上述指標結果在所有熱身後都沒有改變。這些結果表明，上述熱身活動對肌肉的被動特性沒有影響😼。另有研究表明🚣🏼👉🏼，靜態拉伸的熱身降低了MTU硬度，增加了MTJ位移。這些研究指出，5分鐘的踝關節跖屈肌靜態拉伸增加了踝關節背屈的ROM和腓腸肌的MTJ位移，降低了MTU的硬度😫👩‍🌾。此外，還有研究得出了同樣的結論，即靜態拉伸超過2分鐘能有效增加腓腸肌MTJ位移。然而🙅🏽‍♀️，在本研究中，無論主動還是被動熱身10分鐘後🧑🏻‍💼，盡管踝關節背屈活動度有所增加，但MTU硬度和MTJ位移卻都沒有改變。因此，缺乏靜態拉伸的熱身可能不會改變肌肉的被動特性。從這些結果中可以看出👩🏽‍💻，主動和被動熱身都通過增加耐受性來提高ROM，但對被動特性（如MTU硬度或MTJ位移）卻沒有影響。

主動熱身後踝關節跖屈峰值力矩增加，而被動熱身後無變化🧘🏻‍♂️，這與前人研究一致🤦‍♂️🧩。有研究指出♝，盡管肌肉溫度升高🚪，但被動熱身並沒有提高運動表現🤗。此外💂🏼，另有研究表明🤽‍♂️，主動熱身能夠增加垂直跳的能力但被動熱身卻不能，這可能是由於主動熱身增加了身體代謝活動水平的結果💂🏻‍♀️，而被動熱身卻沒有產生這樣的效果🧑🏻‍⚖️，即使有相同的皮膚溫度🈯️🧑‍🦽。熱身後肌肉性能的改善是由於長度-張力關系的改善、肌肉新陳代謝的加速、肌肉的後激活增強效應、以及肌肉或體溫的升高所致🏄🏼‍♂️。還有研究表明，最大等長力矩受MTU硬度的影響。MTU硬度的降低意味著肌小節靜息長度的增加🧞‍♀️，這反過來可能改變長度-張力的關系。在本研究中☎，熱身後MTU硬度沒有變化🤶，這些表明長度-張力關系沒有變化。由於肌肉的表現受其收縮史（稱為後激活增強效應）的影響🦹🏻‍♀️，因此本研究采用了重復性最大隨意收縮這一無氧練習。然而🥃，結果卻是無氧主動熱身對峰值力矩沒有影響👩‍🌾。還有研究指出，如果熱身過於激烈，則可能會導致疲勞的產生，從而影響運動表現🦧。因此，在本研究中👨‍❤️‍👨，盡管峰值力矩並沒有下降，但可能由於50次肌肉收縮過於激烈，因而產生了疲勞。

改善肌肉力量的方法之一是增加代謝活動；然而，這並沒有得到驗證。與無氧主動熱身相比👩‍🎓，有氧主動熱身可能促進了代謝活動，因為蹬功率自行車能夠比重復性最大隨意等長肌肉收縮募集更多的肌肉🤳。但這需要進行進一步的研究來檢測代謝活動的改變🖱。

受試者在40℃的熱水浴中被動熱身10分鐘🏦，這是因為前人研究指出在該條件下的熱刺激可以有效地提高柔韌性💪🏿♠️。然而🅱️，表面皮膚的溫度可能不同於深層肌肉內的溫度🍋‍🟩。或許更大強度的熱刺激能夠提高肌肉的性能，但也會增加燒傷的風險🥽。

大部分體育熱身活動采用整體性、一般性、全身性的熱身方式🦼，例如動態拉伸和專項進階練習。然而，本研究采用蹬功率自行車作為有氧主動熱身的方式，這是因為本研究使用超聲成像法和功率儀來檢查肌肉的被動特性。有研究指出，除了一般的積極熱身活動之外💄，特定的熱身活動可能會帶來機能增進的好處😢。因此，需要進一步的研究來確定特定技能熱身的效果。

綜上所述👩🏿‍🚒，只有結合有氧運動的主動熱身才能增強最大隨意等長收縮時踝關節跖屈的峰值力矩。同時，所有的熱身都增加了肌肉的ROM和耐受力，但肌肉的被動特性卻沒有改變。

五、實際應用（Practical applications）

在進行體育活動之前🔗，通常要進行熱身活動，以提高柔韌性和肌肉表現。盡管熱身有潛在的好處，但關於熱身的效果仍然存在爭議🙇🏽‍♂️。本研究比較了3種不同類型的小腿三頭肌熱身活動，結果表明：盡管只有結合有氧運動的主動熱身活動才能增強肌肉力量🧔🏻‍♀️，但在所有熱身活動後，ROM均通過耐受力的增加而提高。由於踝關節跖屈肌的肌力對跳躍表現和損傷預防（如跟腱損傷）非常重要。因此，建議熱身時采用結合有氧運動的主動熱身方式🚵🏿，並增加對踝關節的熱身活動📗。