NSCA运动表现提升训练丛书
美国国家体能协会
爆发力训练指南
[美] 美国国家体能协会（National Strength and Conditioning Association）
迈克·麦奎根（Mike McGuigan） 主编
曹 洁 曹兴龙 译
人 民 邮 电 出 版 社
北 京
图书在版编目（CIP）数据
美国国家体能协会爆发力训练指南/美国国家体能协会，（美）迈克·麦奎根主编；曹洁，曹兴龙译. -- 北京：人民邮电出版社，2022.3
（NSCA运动表现提升训练丛书）
ISBN 978-7-115-55009-5
Ⅰ. ①美… Ⅱ. ①美… ②迈… ③曹… ④曹… Ⅲ. ①爆发力一运动训练一指南 Ⅳ. ①G808.14-62
中国版本图书馆CIP数据核字（2020）第268364号
主 编 ［美］美国国家体能协会
（National Strength and Conditioning Association）
迈克·麦奎根（Mike McGuigan）
译 曹 洁 曹兴龙
责任编辑 裴 倩
责任印制 周昇亮
人民邮电出版社出版发行 北京市丰台区成寿寺路11号
邮编 100164 电子邮件 315@ptpress.com.cn
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在体育运动中，爆发力是影响运动表现的重要因素之一，因此，提高爆发力水平成为诸多练习者的基本诉求。本书由美国国家体能协会联合多位领域内专业人士合力打造，旨在为练习者提供有关爆发力训练的有效指导。书中首先介绍了发展爆发力的要素，涉及爆发力的基本概念、评估方法、周期训练方法和针对不同人群的训练方法等内容；然后以图文详解的方式介绍了发展上肢、下肢、全身爆发力的训练动作，并为高水平练习者提供了高阶的练习动作；另外，还提供了针对篮球、排球、棒球等团体运动项目，以及田径、游泳、摔跤等个人运动项目的爆发力发展方案，致力于帮助练习者更好地理解爆发力训练，并能够逐步建立起一个完善的爆发力训练体系，使其终身受益。
随着体能训练在国内外的迅速发展，越来越多的教练员、运动员、学者和其他人群都意识到爆发力这项能力在体能中的重要性。拿到由美国国家体能协会和迈克·麦奎根主编的这本英文著作时，我发现它是在爆发力训练中具有很强指导性和可操作性的佳作，也是我们在训练过程中急需的一本爆发力训练指南。
本书从原理出发，将爆发力的本质和力学特点进行分析和阐述。就好像我们在体能训练的过程中，不可只效仿其“招式”，更重要的是先读懂“心法”。爆发力的实质是做功的快慢，这意味着我们在训练中提高最大力量的同时需合理结合位移和速率能力的发展。那么，如何将这些不同的素质科学有效地结合起来发展，就需要我们做好评估、设计计划、把控质量并精准实施。
没有评估，就没有科学训练。虽然爆发力是人类运动表现领域中颇受关注的话题之一，但在其评估手段上可能存在一些误解。爆发力实际上是一种测量指标，以功率来体现其数值，也可以用于衡量运动表现，但不可用于衡量跳高水平。本书将爆发力的定义、计算方法、有效性等评估方法做了详细解释，特别是在评估原理和适用性上，以示例来进行说明，也让我们在测试设备和手段的选择上更加科学合理。相信在研读本书后，大家对爆发力的评估会有更深入的理解。
评估的目的是为了明确每位受试者的训练需求，也就是“发现问题”，那么训练计划的合理制订就是为了能有效地“解决问题”，这也是本书的重要主题。建立合理性和系统性的周期计划，需要综合考虑爆发力提高的规律、训练计划制订方法、训练模式和生理适应性等。本书第三章将爆发力发展的相关训练计划的制订原则和周期计划的制订方法进行了分享，展示了爆发力水平在周期训练中如何科学、有效地进阶。对于不同水平人群在爆发力发展这个问题上，本书给出了制订周期计划的工具，而在具体制订计划时还需要我们结合训练实际。
发展爆发力对于各类人群都有着积极作用，因此，除了为国争光的运动员外，青少年和中老年人如何发展爆发力也备受关注。其实，不同人群的运动训练有相通之处，只是针对不同人群，我们需要考虑到年龄、性别、行业、训练目的等因素的影响。第四章从神经、肌肉、激素水平、训练年限等因素进行分析，以示例不同人群爆发力发展的方案，可以帮助我们在实践中更好地应用。
本书第二部分在爆发力训练的具体有效手段上，从上肢、下肢、全身和高阶训练技术几个方面做了详细介绍。第五至七章对不同身体部位爆发力训练方法的级别、动作要领、变化方式、强度设定等，都做了详细的描述；配上示例图片，让读者更容易学习和掌握，为训练计划的制订和训练质量把控提供了很好的指导依据。而高阶爆发力训练对于有一定训练基础的运动员来说，在体能提升和向高水平冲击上会给他们带来惊喜。这也对训练计划的制订和实施者提出了更高的专业能力要求。
本书第三部分则是按照不同项目来进行范例分析，包括了团体项目中的6种球类和个人项目中比较有代表性的6个项目。每种项目都结合了专项特点，介绍了爆发力评估方法，通过有效评估来设计训练计划，也再次体现出科学训练中评估的重要性。同时，我们需要认识到，爆发力不是独立存在的，在训练计划中也不是唯一目标，而是整体训练计划中有侧重目标的一项提升的能力。
这本书可以说是一本非常实用的爆发力训练指南。在概念、原理、规则、模式、方法、示例上，对爆发力做了非常细致的讲解。对于一个体育人来说，能将好的英文书籍翻译给国人，让更多人受益，可谓一件幸事。虽然自己有一定的英文基础，但为了尽可能遵循原著，准确地表达原著的思想精髓，终稿的得来还是颇费了一番周折。在此，特别感谢人民邮电出版社对本书的大力支持，感谢湖北省体育科学研究所和湖北省水上运动管理中心领导们的支持和同事们的帮助。
最后，希望本书能够帮助大家梳理爆发力训练的思路，激发训练灵感，让我们的训练更加科学，更加高效！
在运动表现中，肌肉产生最大爆发力的能力是非常重要的。我们只需要观察比赛中一名篮球运动员扣篮，或者一名橄榄球运动员变向时的表现，就可以认识到爆发力对于最佳运动表现的重要性。肌肉最大爆发力是指肌肉收缩时能够达到的最高水平的爆发力。在竞技体育活动中，我们可以将最大爆发力理解为在启动、释放或者撞击时，为了产生最大速度而在单个动作中做出的产生最大瞬时爆发力的能力，这些单个动作包括冲刺、跳跃、投掷、变向以及击打。因此，爆发力在许多运动中都至关重要。
本书运用了与爆发力评估和发展相关的多个领域的实例研究，向从业者提供了爆发力评估的最新信息。最重要的是，本书还对如何使用上述信息来设计爆发力训练进行论述并举例。
第一章通过介绍肌肉爆发力的关键概念，以及内涵的科学机制，引出了本书的主题；另外，还介绍了描述爆发力各要素的正确术语；同时，探讨了影响爆发力的生物学和力学基础方面的因素，包括形态因素、神经因素以及肌肉力学。力量和爆发力之间的联系是第一章同时也是贯穿全书的另一个关键主题。
对于从业者来说，可以选择多种测试方法来评估运动员的肌肉爆发力。测试与训练一样，也必须具有针对性。只有这样，从业者才可以了解他们正在评估的素质对于某项运动的重要性。因此，从业者不能只是为了单纯的测试目的而进行力量以及爆发力测试。从业者还需要对拟选择的测试进行检验，避免单纯因为之前使用过该测试，或者具备开展该测试的设备和专业技术条件而选择该测试。除了选择可靠、有效并且相关性高的测试之外，至关重要的是，测试的实施者还需要理解并且认识到选择每一项测试的原因及其适用性。以上这些均为本书第二章所涵盖的内容，目的是让读者对爆发力评估有更深入的理解。
评估和训练计划之间的联系，对于设计训练计划以发展运动员的爆发力至关重要。换言之，如何使用测试结果来制订训练计划？评估的一个重要目的是明确每位运动员的训练需求。这是本书的一个重要主题，需要我们对如何设计训练计划有深入的理解。第三章解释了与爆发力发展相关的训练计划制订原则，此外，第三章还综合讨论了爆发力的形式以及周期训练中的爆发力训练。
爆发力不止在竞技运动项目中至关重要。越来越多的证据表明，包括老年人在内的其他人群都能通过爆发力训练明显受益。此外，在青少年的训练计划中，爆发力训练越来越成为不可或缺的一部分，从业者需要更加关注爆发力训练的重要作用。包括武装部队和警察在内的人员常常需要快速移动重物，因此，爆发力对于他们而言也是一项极其重要的身体素质。面向不同客户群体的从业者，需要了解如何有效地评估并发展客户的爆发力。本书第四章阐述了体能教练和体育科研工作者越来越关注的青少年运动员和老年人群的爆发力评估与训练。发展爆发力对青少年运动员和老年人的好处已经得到了广泛认可，从业者可以将第四章中讨论的原则广泛运用。
从业者要想很好地发展爆发力，关键是要具备多种有效的训练方法，并将其运用于运动员。本书中多个章节对发展爆发力的训练和教学进程进行了技术分解。第五章介绍了上肢爆发力训练的方法；第六章讲解了下肢爆发力训练的方法；第七章则主要介绍了全身爆发力训练的方法，其中包括了奥林匹克举重训练。能够有效并安全地指导和开展爆发力训练，是设计训练计划的重要内容。对于从业者来说，能够使用多种方法提高爆发力并选择合适的练习是至关重要的。本书的第三章和第四章已经对部分方法进行了介绍，第八章则详细讲解了更加高阶的爆发力训练方法（如复合训练以及使用可变阻力进行训练），并对这一内容进行了拓展。
我们在提高爆发力时通常会忽视一点，即何时适合将爆发力训练纳入整体训练计划。从业者需要认识到爆发力并不是孤立地训练出来的，而是需要将爆发力训练作为整体训练计划的一部分。例如，众所周知，发展肌肉力量是获得最佳爆发力的基础，如前文所述，这一点也是贯穿全书的重要主题。本书最后两章提供了爆发力训练计划的范例，可适用于团体运动项目，如篮球、英式橄榄球、英式足球、美式橄榄球、排球和棒球（第九章），以及个人运动项目，如田径、游泳、摔跤、高尔夫、赛艇和冬季项目（第十章）。这些章节的一个重要特征是，强调了爆发力评估方法与如何使用评估结果来设计训练计划之间的关系。
本书的编著者包括多位体能训练领域的精英以及体育科研专家。他们具有专业的知识，并在训练高水平运动员方面具有丰富经验，我们邀请他们为本书提出建议和意见。这些编著者还能够有效地交流实证信息，并将最新的研究成果应用于实践。本书的整体目标是向从业者提供最先进、最准确的有关爆发力训练的信息，以此来帮助从业者提高运动员的运动水平。对于从业者以及对爆发力训练感兴趣的运动员来说，本书将是一本有价值的好书。
杰弗里·M.麦克布赖德（Jeffrey M. McBride），博士
理解爆发力的本质是理解运动员运动表现的重要前提。从分子水平对爆发力的产生进行研究，能够为设计最佳的训练计划提供有价值的信息。力的产生在变化过程中被视为一种一维过程。然而，爆发力似乎是一套集合了力、位移、速率和功的多层次系统。我们从肌肉长度和关节角度，以及肌肉功能的向心、离心和伸展-缩短循环模式等角度对爆发力进行研究时，需要将这些变量置于不断变化的系统背景之下。从分子水平对爆发力进行研究能够提供多种有价值的信息，例如如何开发有效的方式来使整个身体的运动水平达到最佳状态。
有效的能量来源一直以来都被认为是产生爆发力最主要的因素［15，80］［图1.1（a）］。研究发现人体主要通过体内对三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）的水解作用来获取能量，机体使用的能量来自于第三个磷酸基团和相邻磷酸基团之间的键能［83］。这些键之间的能量来源于身体对初级碳水化合物和脂类的处理过程，而这些碳水化合物和脂类则来源于被摄入体内的天然食物，最原始的能量来源于太阳［19，44］。因为爆发力是单位时间内做的功，所以产生最大爆发力的动作或者活动似乎都是在相当短的时间内完成的［9］。初级能量源都是可以迅速获取的。这些能量源包含存储在肌肉中的三磷酸腺苷，以及通过磷酸肌酸分解释放的磷酸基团在短时间内迅速合成的三磷酸腺苷，这种三磷酸腺苷同样也储存在肌肉当中［36］。额外的三磷酸腺苷来自人体对储存在肌肉和肝脏之中的葡萄糖（碳水化合物）的无氧代谢过程。耐力性活动需要低强度到中等强度的持续性爆发力输出，所需要的能量来源于身体对无氧糖酵解最终产物的后续处理（丙酮酸盐），或者通过无氧呼吸对脂肪细胞中存储的脂肪酸进行β氧化的过程［克雷布斯循环（即三羧酸循环）和电子传递链］［38，95］。
肌肉对外做功的过程表现在肌肉力量和收缩过程［77］［图1.1（b）和图1.1（c）］。这种肌肉收缩会引起我们的肢体运动，这被称为对内做功，而对内做功与时间的比值就是我们所说的内部功率［图1.1（d）］［70］。肢体的运动可以产生外部力量（通过上肢和下肢施加给地面或者外部物体的力），这种力随后会导致我们整个身体的重心（center of mass，COM）移动。对外做功等于身体产生的外部力乘以身体重心的位移距离，对外做功与时间之间的比值就是外部功率［图1.1（e）］［52］。外部功率是爆发力活动表现水平（如跑步速度和跳高的高度）的一个指标［72］。在耐力性运动或者重复进行的活动中，机械效率（单位时间产生能量与外部功率的比值）是我们最关注的变量［45，63］。理解肌肉产生爆发力这一过程，首先要理解身体产生力量的能力。
图1.1 （a）三磷酸腺苷（ATP）水解释放能量；（b）肌动蛋白与横桥结合的肌肉力量输出；（c）肌肉收缩；（d）肢体运动和内部功率；（e）重心移动和外部功率
人体通过组织产生力是一个非常神奇的过程。在某些方面，肌肉与电动机类似，但是不同的是，肌肉的活动是以分子形式呈现的［61］。
据研究报道，分子发动机利用化学能（三磷酸腺苷）来做机械功，就像电动机使用电能开展机械作业一样［11］。在单个横桥或者肌球蛋白-肌动蛋白相互作用的情况下，产生的力大约是4皮牛［7］。因此，在负重100千克深蹲时，我们会动用981万亿皮牛的力或者245万亿横桥做功。每条粗肌丝中大约含有300个肌球蛋白分子，每个分子有两个头，这两个头会附着、转动以及分离来产生力［86］。研究表明，这些粗肌丝蛋白很有规律地排列，并构成肌肉中最小的重复功能单元——肌小节。一些数据表明，每10毫米长度的肌纤维中含有2000～2500个肌小节。尽管肌肉的长度各异，但是这一数据为我们提供了每个纤维、每个运动单位以及每块肌肉中所含横桥数量的大概信息［94］。
力量输出的调节机制在确定每个横桥做功的量和时间方面至关重要。根据报道，控制整块肌肉的爆发力输出的机制组合有很多种。调节机制始于神经系统和动作电位，以及发送给肌肉的电信号［69］。一般而言，骨骼肌会分解成运动单位。对神经元放电频率和每秒动作电位数量的控制，可能是确定力量峰值或力量提升速率（the rate of force development，RFD）的重要因素［27，84］。神经元放电频率高，似乎可以通过肌肉收缩力的集合来提高力量提升的速率，这通常都是由单个动作电位导致的［27］。因此，这些肌肉抽搐的速率可以确定它们的力量峰值和力量提升速率（RFD）［24］。
研究表明，人体通过产生动作电位控制力量产生的固有能力，可以通过训练来加以改变［91］。除此之外，还有多种后期过程也会影响力量峰值和力量提升的速率，例如，在神经-肌肉接点或者间隙中，神经递质释放并产生动作电位这一过程［26］（图1.2）。研究表明，在肌肉纤维中，肌浆网中钙离子的释放和转移速率是可以控制的，同时也可以通过训练进行改变［49］。最后，就横桥的动力学而言，还存在一个限制因素［67］。这或许可以从三磷酸腺苷的水解作用，肌球蛋白的构型变化，以及肌球蛋白头与肌动蛋白之间的分离和重新附着的速率等方面来考虑。因此，就神经肌肉系统中如何产生力，以及后续如何做功还有多个考量。我们应该将这种力放到肌小节、肌肉纤维以及整块肌肉出现的实际位移中进行研究。
图1.2 从轴突末梢开始，到神经-肌肉接点的神经递质释放，再到钙在肌浆网的释放以及肌动蛋白与横桥结合的肌肉收缩过程
理解内部系统（横桥、肌小节、肌肉纤维以及整块肌肉）的位移，是如何转化为肢体位移和速率的外部形式，并表现为外部物体或者整个身体的位移和速率［图1.1（c）、图1.1（d）和图1.1（e）］，对于理解爆发力来说非常重要。从内部角度而言，肌球蛋白的构型改变可能是由于某个定点出现约70度的杠杆旋转［14］。这就是我们所熟知的冲量、力以及位移之间的关系［82］。根据报道，单个横桥相互作用的实际位移大约为5.3纳米［53］。在肌肉收缩时，数以百万计的横桥相互作用，转化成为肌小节的长度变化，随后导致整块肌肉长度的变化。
肌小节被认为是骨骼肌中最小的功能单位，通常被看作是研究肌肉中力-长度变化关系的起点［75］。肌小节的静息长度为2～3微米，可以缩短至1～1.5微米，亦可伸长至3.5～4微米。肌小节是串联起来的，因此，整块肌肉的缩短可能是所有单个肌小节长度变化的总体结果。据报道，关于肌小节缩短有两种可能情况：我们可以认为所有肌小节在一次肌肉收缩中，全部缩短了相同的长度（分段控制模型），或者可能不同的肌小节缩短的长度不一样（固定端模型），不同的情况会导致两种不同的力-长度关系［75］。串联肌小节的数量变化也会对力-长度关系模型的形状和范围产生影响，而串联肌小节的数量也可能取决于运动员参与的训练类型［75］。整块肌肉在收缩的过程中，长度变化为10～20毫米［46］。
不同的肌肉长度变化产生的力的大小并不是固定不变的［图1.3（a）］。不同的长度变化可能会导致肌球蛋白-肌动蛋白出现不同的重叠状态，因此，实际产生的横桥数量也不相同。力的输出呈一个双曲线模型，当肌肉收缩长度较短（上升阶段）或长度较长（下降阶段）时，力的输出会逐渐变小，而最大的力则出现在这两个点（稳定区）之间的某个最佳肌肉长度［75］。横桥相互作用会产生主动的力量，但有些情况下，也会产生被动的力量，尤其是在肌肉长度伸长时；这可能是由于大分子蛋白如肌联蛋白的拉伸造成的，这会使肌球蛋白（粗肌丝）与肌小节的Z线相连［92］。这种被动的力量产生的过程（或者张力）也应当作为一个被考虑的因素，尤其是在肌肉的伸长-缩短循环中，这种情况常发生于运动员跑步或者跳跃等运动模式下［23］。
这种复杂的情况，可能取决于肌肉中力产生的速度［图1.3（b）］。如果肌肉进行向心运动，那么随着肌肉的缩短需要更大的运动速率，输出的力则会变小［4］。因此，一块肌肉在等距收缩中产生的力，以及在快速肌肉收缩中产生的力的大小是不同的。然而，由于离心阶段可能产生的各种机制（如牵张反射、储存弹性势能以及横桥增强作用），向心阶段产生的力可能会大于伸长-缩短循环这一标准模式产生的力［32］。
力-速度关系的离心阶段，随着速度的增加，输出力会增大到一定的水平，随后在极高的离心速度下（主动的肌肉伸长）会变得平缓或者下降［54］。这是由于在向心和离心的肌肉动作中，力是通过两种完全不同的方式产生的。根据之前的讨论，向心力的产生可能是由于三磷酸腺苷的水解作用导致的横桥转动和附着-分离模式而产生的。而在离心肌肉动作中力的产生，可能是肌肉由于张力的作用伸长，迫使肌球蛋白头从肌动蛋白上分离而导致的。这就是为何有报道称，离心肌肉动作与肌肉损伤相关，导致肌肉损伤的原因就是肌球蛋白头的被动分离，以及结构蛋白的被动拉长［74］。
图1.3 （a）肌肉力量随肌肉伸缩长度变化，首先增大（上升阶段），随后达到稳定区域，然后在拉长位置力量下降（下降阶段）；（b）肌肉向心收缩、离心收缩以及伸长-缩短循环过程中的力量
决定肌小节或肌肉纤维，以及输出力与收缩速率的相对关系的另一个因素，就是肌肉纤维的排列模式与整个肌肉-肌腱单位的相对关系［31］。大多数肌肉都是羽状结构，也就是说，肌肉纤维从某个角度与整块肌肉的起点和切入点的肌腱线连接（羽状角）。这种连接形式有两种作用。第一，羽状结构可以增加肌肉纤维在有限空间内的横截面积，这一横截面积被称为生理横截面积。第二，羽状结构还会产生一个解剖齿轮比，这一比值是肌肉纤维（或者位移）的缩短速率与整块肌肉的缩短速率（或者位移）之间的比值［6］。在羽状形态肌肉中，整块肌肉的缩短速率超过了基于羽状数量（羽状角）的肌肉纤维的缩短速率。肌肉的解剖齿轮比可能取决于羽状角的变化、整块肌肉的长度，以及肌肉中张力的大小。这一可变的解剖齿轮比，最主要的好处可能就是扩展了肌肉缩短速率的范围（速率更高），因而肌肉可以产生更大的力［13］。生理横截面积和解剖齿轮比，很可能都单独受到运动员进行的训练方式的影响［1］。
最终，整块肌肉的缩短过程会导致关节活动，而关节活动取决于肌腱起点和切入点的方位［43］。肌腱的起点和切入点也会对角位移量以及相关肢体的动作速度产生影响［8］。关节扭矩（力的角效应）是整块肌肉产生的力与相应力臂的乘积。力臂是旋转轴到力的作用线（整块肌肉收缩的力矢量的延伸）的垂直距离。力臂的长度受到相关肌肉的起点和切入点，以及具体活动时的关节角度的影响［2］。身体中不同肌肉的起点和切入点不同，它们的起点和切入点都是根据各自关节的具体功能而确定的。远端与近端的起点以及切入点的关系，都存在不同的优点和缺点［75］。更远端的起点和切入点会产生更大的扭矩，并使关节活动的范围受到限制。而更近端的起点和切入点会产生更小的扭矩，并产生更大的关节角度的范围。远端起点和切入点的另一个方面的影响就是整块肌肉收缩的速率可能提高，从而使更远端的肢体如手或脚的运动速率更高［75］。更近端的位置可能会导致完全相反的情况。因此，这很可能会影响肢体在与外界物体接触如球或者地面相互作用时的速度，同时也会影响施加到这些物体上的力［3，81］。这可能是位移和速度概念中最重要的方面，原因在于它们也适用于全身重心的位移和速度。
运动员的运动表现实际上指身体在垂直方向和水平方向上的位移或者速度，例如，在跳跃和跑步运动中，全身重心的垂直位移表示的是运动员的跳跃高度；而全身重心的水平位移就是奔跑速度［30，40］。所谓的运动表现实际上来源于横桥、肌小节、肌肉纤维、整块肌肉以及关节运动的内部位移和速度，以及全身重心的外部位移和速度［40］。外部力的产生通常来自地面反作用力（ground reaction forces，GRF），该反作用力会决定全身重心的位移以及速度的特征。因此，力、位移以及时间组合起来将决定输出爆发力的大小。然而，在我们直接研究爆发力之前，我们必须首先在做功（力×位移）的层面上理解力和位移。
如上所述，分子动力的作用是将化学能转化为做机械功（力的产生和位移）［29］。横桥相互作用与肌动蛋白随后的滑行（位移）产生力，这会导致肌小节缩短，随后是肌肉纤维缩短，最终将导致整块肌肉缩短。此时，肌肉会做机械功［10］。据研究，肌球蛋白-肌动蛋白的相互作用能够产生20～50千焦/摩尔的自由能，这些能量被认为能够转化为有用功（做功冲量）［51］。使用来自横桥相互作用的自由能的一个重要方面，可能就是该自由能与随后实际表现出来的机械功之间的比值［29，51］。这一比值被称为系统的机械效率。除此之外，我们还可以通过横桥相互作用过程获得自由能，而横桥相互作用又是三磷酸腺苷（ATP）的水解作用的结果。如前文所述，ATP在体内形成，其形成机制主要是人体对碳水化合物与脂肪分解作用。能量的产生在一定程度上可能取决于乳酸浓度的变化，以及摄入体内的氧气量（有氧呼吸、克雷布斯循环、电子传递链）［28，55］。乳酸可以通过血液进行测量，而氧气消耗量可以通过监测人体摄入的氧气量（VO2）［65］来测量。计算能量消耗的一个方法是测量吸氧浓度，计算方式为20202（焦耳/升）×耗氧量（升）［28］。用血乳酸水平来估计能量消耗的计算方式为60（焦耳）×体重×血乳酸浓度变化量［79］。
计算机械效率的另一种方法就是测量实际做的机械功。就当前的技术水平而言，我们难以从肌肉层面测量一名运动员所做的功。在体外模型中，研究人员使用了单个肌肉纤维或者整块肌肉来计算功［90］。然而，在更高的功能层面上，一些调查表明或确定，内部做功就是各个身体部位运动的组合，也就是整块肌肉围绕各自关节收缩过程的反应［76］（图1.4）。这个过程包含几项假设，并通过录像和GRF测量来跟踪身体各个部位的运动进行系列处理分析。能量变化以及内部做功可以对系统各个组成（身体部位）势能和动能的总体变化进行测量［93］。另一种评估的形式就是对外做功［5，16，17，87］。这是整个身体重心的势能和动能变化的总和。根据运动表现，为了达到评估机械效率的目的，测量对外做功应该是最实用并且最具有针对性的方法。因此，运动表现最重要的方面应该是能量消耗（乳酸和摄氧量）和对外做功之比。这在许多文献中都有提及，同时也可以对其加以训练，用来提升运动员的竞技水平［55，56，65］，由于这一比值与相对时间做功（爆发力）的能力相关，因此，尤其适用于耐力型的运动项目［47］。从理解爆发力重要性的角度来说，计算外部做功对运动表现的提升有着重要的作用［52］。多项研究深入检验了爆发力与运动表现之间的关系（见第二章）。这些研究似乎认为爆发力是全身重心相对于时间所做的功。研究人员在运动员跳跃和奔跑的过程中，通过GRF（测力台测量）对上述数据进行了计算［33，50］。因此，运动员改变自身动能和势能（功）的能力，对于理解如何改善相对于时间的这些变量，从而产生更高的爆发力而言非常重要［59］。
图1.4 肌肉收缩时内部做功与对外做功
功率是指做功的快慢，而功是力和位移的乘积。理解爆发力的另一种方式是进行一项活动时，在一定速度下所做的功。如前文所述，肌球蛋白（横桥）-肌动蛋白的相互作用产生功。更加常见，也可能更相关一些的术语是爆发力冲程［34］。爆发力涉及前文提及的所有变量：力、位移以及时间的峰值。这3个变量可能是从本质上决定运动员运动表现的关键因素，因此，这也就是科研人员和从业者对爆发力进行大量研究和讨论的原因［37，57，58］。有研究表明，与大重量深蹲［更高百分比的1RM（one repetition maximum），单次重复最大负重］相比，弹震式和半弹震式运动如深蹲跳和高翻会产生更高的爆发力输出［22，39，64］。尽管大重量深蹲看上去需要更大的力，但是这项训练在移动时的速度低于深蹲跳和高翻。这种低速度可能就是导致爆发力值较低的原因［22，64］。
速度非常高的运动也会产生较低的爆发力水平，原因在于根据我们之前对肌肉的力-速度关系的讨论，速度较高的活动，力就会变小。然而，速度非常高的运动（速度高到可以极大限制爆发力）在人类自然的运动中并不会出现，除非身处零重力或者微重力环境［18］。据报道，在地球上奔跑和跳跃能够产生相对高的功率输出，原因在于我们必须首先克服地球对我们的身体施加的重力（身体的自重）［18，66，78］。这意味着适度的速度和力可以同时出现，如运动员在进行自重深蹲跳时的数据就反映了这一点［22，48］。这是一个很有趣的概念，最早提出这个概念的是一项模拟零重力或者微重力环境中进行跳跃的研究［18］。如果你进行最大重量深蹲，功率输出会比较低（力值高，速度低）。你在地球上跳跃或者奔跑，功率输出会比较高（适度的力和速度），但是如果你在月球上跳跃，你的功率输出又会变得很小（力值低，速度高）。这一关系可以帮助我们理解在人体运动中出现功率输出的情景和原因，以及如何进行训练来达到最佳运动表现水平。
如果你想要跑得快并且跳得高，爆发力是非常关键的素质。生物体产生爆发力的能力可能是其所处进化环境（重力和大气压等）［18，66，78］的产物。对于人类来说，爆发力可能是人类克服地球的引力场而进化出的一种能力。如果运动员想要跳得高或者跑得快，就必须在短时间内通过最大的位移产生最大的力［39，78］。此外，他们还必须克服重力并移动自己的身体。因此，横桥、肌肉纤维、整块肌肉、关节活动以及GRF可能会在上下文所提及的环境中得以优化［12，41，42，67］。
有趣的是，最大力、速度以及爆发力的概念可以从各个层面进行观察，从单个肌肉纤维到整块肌肉、关节，最终到全身［67，73］。爆发力输出可能是一个系统可以产生的最大的力的产物。如前文所述，这甚至可以直接追溯到分子动力本身。研究表明，人体对三磷酸腺苷（ATP）的水解作用会产生自由能，并因此做机械功，以上这些都是在一段时间内发生的。然而，我们必须认识到力的产生，不论是单个的横桥还是整块肌肉产生的力，必须在系统能够产生的最大力，尤其是相对于速度的最大力的背景下考虑。这是因为功率（爆发力）是力和速度的乘积，因此，这两个变量之间的最优关系能够告诉我们爆发力如何产生，以及如何优化肌肉的爆发力［60，73］。
一项对单束肌肉纤维进行的研究表明，最大爆发力一般出现在最大力量的15%～30%［35］。这很可能也适用于整块肌肉［42，68］。更神奇的是，这个规律同样适用于全身的力量输出［41，68］。如果一位运动员的自身重力为841牛（85.8千克），并且他可以在腿部处于垂直方向时产生最大为1647牛的力，那么能够让该运动员在垂直方向（深蹲跳）产生最大爆发力的外部负重为上述重量之和的33.8%［（841牛+1647牛）×33.8%=840.9牛］。上述等式的答案是840.9牛，该数值大约与该运动员的体重相同，同时是总重量（2488牛）的33.8%，这一结果也与单束肌肉纤维研究［35，71］中得出最大力量的15%～30%这一数值相吻合。这表明运动员在移动大约与自身重量相同的负重时能够产生最大的爆发力［18，20，22，25，62，64］（图1.5）。这也表明当运动员训练时使用的负重逐渐增加［（1.0～1.5）×自身体重］，峰值力会增加，而峰值速度和峰值爆发力则会降低［64］。这就是为何弹震式爆发力训练（如深蹲跳）被认为是一种低抗阻训练（高峰值爆发力），而力量训练被视为高抗阻训练（高峰值力）［85］。在将深蹲（非弹震式）或者高翻（半弹震式）作为爆发力训练形式时，上述关系会出现微小变化［22，85］，若负重更大，则将其表示为运动员举起重量的百分比［杠铃重量或者单次重复最大负重（1RM）］。在深蹲中，这一数值可能是1RM的56%，而在高翻中则是1RM的80%［22，64，85］。有时候，深蹲跳和普通深蹲或者高翻之间负重的表示方式可能不同。如前文所述，深蹲跳的负重是将运动员自身体重（body weight，BW）（1.0×BW）或者运动员自身体重加上一定数量的外部负重（1.5× BM）作为其总负重。通常在深蹲或者高翻中我们所说的负重，就是运动员举起的杠铃重量（1RM）。在图1.5中，1.0×BW的负重等同于1RM的0%，即无外部负重。1.5×BW的负重（例如，如果运动员的体重为81千克，并且深蹲1RM的负重为138千克）等同于1RM的90%（1.5×81千克=122千克，122千克÷138千克=0.90）。我们可以看出，在深蹲跳中可能会采用低得多的强度（负重）（1RM的0%），而在普通深蹲（1RM的56%）和高翻中（1RM的80%），运动员一般会采用更高的强度（负重）来获得峰值爆发力输出［22，85］。
图1.5 以不同负重进行深蹲跳时的峰值力、峰值速度和峰值爆发力
在跳跃和奔跑时，运动员必须移动自身的体重。由于跳跃、奔跑以及其他大多数田径项目都是弹震式运动，因而使用深蹲跳模式，并以力、速度和爆发力为参数构建的概念应该是合理的。因此，当运动员进行自重跳跃或者奔跑时，可以将这些活动视为爆发力训练（即1.0× BW或1RM的0%）。进行普通深蹲或者高翻可以作为提高爆发力的补充练习，最好可以使用更大的负重，如前文所述（分别为1RM的56%或1RM的80%）。
有研究表明，使用能够使爆发力最大化的负重进行训练，能够有效地提高运动员的爆发力［89］。因此，在每一项训练中选用合适的负重，对于训练计划的设计来说是一个很重要的方面。除此之外，一般来说，采用多种不同负重进行训练，能够更加理想地提高肌肉的爆发力和速度［21，88］。爆发力是提升运动员运动表现的关键所在。本章中包含的信息，即从分子层面到跳跃和奔跑活动为上述论点提供了事实依据。我们依靠身体奔跑、跳跃、游泳、骑行和攀爬，这就是爆发力的本质。
美国国家体能协会（The National Strength and Conditioning Association，NSCA）是全世界运动训练领域的领先机构。NSCA汇集了众多知名专家，并拥有体能训练、运动科学、竞技水平研究、教育以及运动医学等领域的大量资源。NSCA能为全球教练员和运动员提供可信赖的知识和训练指导方针，它也成为实验室与训练场地之间的纽带。
照片由奥克兰理工大学提供
迈克·R. 麦奎根（Mike R. McGuigan）博士，CSCS，新西兰奥克兰理工大学（Auckland University of Technology，AUT）体能训练学教授。从2009年到2012年，麦奎根博士一直担任新西兰高水平运动协会（High Performance Sport New Zealand）的运动科学研究员。在此期间，他与许多优秀的专业运动员共同工作。在澳大利亚和美国的大学任职期间，麦奎根博士参与了多项学术项目。
麦奎根博士是《澳大利亚体能训练期刊》（Journal of Australian Strength and Conditioning）、《体能训练研究期刊》（Journal of Strength and Conditioning Research）及《国际运动生理学和竞技水平期刊》（International Journal of Sports Physiology and Performance）的副主编。在2009年到2015年，麦奎根博士担任了新西兰无挡板篮球银蕨队（New Zealand Silver Ferns netball team）的研究和创意协调员。他的研究领域包括力量和爆发力训练，以及对运动员的监测。
麦奎根博士获得了2016年美国国家体能协会的威廉·J.克雷默年度杰出运动科学家奖，获得了2010年《体能训练研究期刊》（Journal of Strength and Conditioning Research）的杰出编辑奖，并且获得了2007年美国国家体能协会颁发的杰出青年研究员奖。麦奎根博士居住于新西兰的奥克兰市。
邓肯·N.弗伦奇（Duncan N. French）博士，CSCS，*D，是终极格斗锦标赛竞技水平研究所（UFC Performance Institute）的竞技水平部副主任。在此之前，弗伦奇博士曾任美国圣母大学（Notre Dame University）竞技水平科学部主任，同时担任奥林匹克运动体能训练部主任。弗伦奇博士还曾担任英国体育学院（English Institute of Sport）体能训练部的技术主管，是英国跆拳道和英国篮球奥林匹克项目体能训练的全国引领者。他曾在多个运动项目上执教过奥运会、世界锦标赛和英联邦运动会的奖牌获得者，他还是英国纽卡斯尔联队足球俱乐部的体能训练负责人。他拥有美国康涅狄格大学（University of Connecticut）运动生理学博士学位，并撰写或共同撰写了超过55篇同行评议的科学手稿。弗伦奇博士是英国体能协会（United Kingdom Strength and Conditioning Association，UKSCA）的前主席。
G.格雷戈里·哈夫（G. Gregory Haff）博士，CSCS，* D，FNSCA，是澳大利亚埃迪斯科文大学（Edith Cowan University）运动科学系（体能训练）副教授和课程协调员。他是美国国家体能协会主席，并担任澳大利亚举重高水平项目小组（Australian Weightlifting High Performance Program Panel）的运动科学研究员。哈夫博士是澳大利亚体能协会（Australian Strength and Conditioning Association，ASCA）二级力量教练。2014年，他担任英国体能协会指定的年度教育和研究体能训练教练。此外，他还在2011年获得了美国国家体能协会的威廉·J.克雷默年度杰出运动科学家奖。哈夫博士是澳大利亚举重协会（Australian Weightlifting Association）三级教练，并且是美国国家体能协会认证的杰出体能训练专家。
迪萨·L.哈特菲尔德（Disa L. Hatfield）博士，CSCS，* D，目前是美国罗德岛大学（University of Rhode Island）运动学系的副教授。哈特菲尔德博士是美国国家体能协会认证的体能训练专家，曾就职于美国国家体能协会的教育、研究和提名委员会（NSCA’s Education, Research, and Nominating committees）。她是《体能训练期刊》（Journal of Strength and Conditioning）的高级副主编。哈特菲尔德博士在力量和爆发力、抗阻训练的激素反应以及儿童和运动训练方面已经发表了超过40篇研究文章。她还是三届U.S.A.P.L.力量举重冠军，I.O.C.世界运动会运动员，以及两次美国仰卧推举纪录保持者。
罗德里·S.劳埃德（Rhodri S. Lloyd）博士，CSCS，* D，是英国卡迪夫城市大学（Cardiff Metropolitan University）青年体育发展中心的体能训练高级讲师和主席。他还担任新西兰奥克兰理工大学（Auckland University of Technology，AUT）和怀卡托理工学院（Waikato Institute of Technology）的研究员。他的研究方向包括成长发育对长期运动发展的影响，以及青少年抗阻训练适应性的神经肌肉机制。他是《体能训练研究期刊》（Journal of Strength and Conditioning Research）和《体能训练期刊》（Journal of Strength and Conditioning）的副主编。2016年，他获得了英国体能协会颁发的年度研究和教育体能训练教练员奖。此前，他曾担任英国体能协会的董事。目前，他是美国国家体能协会青年培训特别兴趣小组的主任。
杰弗里·M.麦克布赖德（Jeffrey M. McBride）博士，CSCS，是美国阿巴拉契亚州立大学（Appalachian State University）健康与运动科学系的教授，还是神经肌肉和生物力学实验室的主任。麦克布赖德博士是芬兰于韦斯屈莱大学（University of Jyvaskyla）的博士后研究员，并在澳大利亚南十字星大学（Southern Cross University）获得人体运动博士学位。他在美国宾夕法尼亚州立大学（Penn State）获得了运动生理学硕士学位，并在美国西弗吉尼亚大学（West Virginia University）取得了运动科学学士学位。麦克布赖德博士于2006年获得美国国家体能协会颁发的杰出青年研究者奖。他也是美国国家体能协会的成员。他在科学杂志上发表了86篇手稿，撰写过128篇会议摘要报告。
索菲娅·尼姆菲尤斯（Sophia Nimphius）博士，CSCS，*D，是澳大利亚埃迪斯科文大学（Edith Cowan University）医学与健康科学学院的副教授。她是澳大利亚赫尔利冲浪高水平中心（Hurley Surfing Australia High Performance Centre）的运动科学经理，并且为西澳大利亚垒球运动提供高竞技水平服务。尼姆菲尤斯博士是美国国家体能协会认证的体能训练专家，澳大利亚体能协会认证的精英级教练，以及澳大利亚训练和运动科学（Exercise and Sports Science Australia，ESSA）认证的二级运动科学家。
杰里米·M.谢泼德（Jeremy M. Sheppard）博士，CSCS，自1994年以来一直担任体能训练教练。目前，他是加拿大太平洋体育学院（Canadian Sport Institute in the Pacific）竞技水平服务系的主任，加拿大单板滑雪运动科学与医学研究领域的带头人。他曾与澳大利亚冲浪协会（Surfing Australia）、昆士兰体育学院（Queensland Academy of Sport）、澳大利亚体育学院（Australian Institute of Sport）、澳大利亚排球联合会（Australian Volleyball Federation）和加拿大体育中心（Canadian Sport Centre）合作或领导过多项竞技运动项目。他还为多个职业体育联盟提供过咨询服务，包括美国职业橄榄球联盟（National Football League，NFL）、澳大利亚橄榄球联盟（National Rugby League，NRL）和美国足球联盟（American Football League，AFL）。
亚当·斯托雷（Adam Storey）博士是新西兰奥克兰理工大学（Auckland University of Technology, AUT）体育竞技水平研究所的研究员，主要负责体能训练以及运动生理学的研究。从2008年到2016年，他还执教并管理了多支新西兰举重队，带队参加高水平比赛，包括2012年和2016年奥运会，以及2010年和2014年英联邦运动会。他执教的运动员曾打破了250项新西兰纪录。斯托雷博士在力量和爆发力训练方面的专业背景使他在新西兰高水平运动项目中担任田径项目的首席体能训练专家。斯托雷博士对橄榄球有着浓厚的兴趣，他目前是新西兰蓝调超级橄榄球队（Blues Super Rugby）的特许运动科学经理和助理教练。
N.特拉维斯·特里普利特（N. Travis Triplett）博士，CSCS，*D，FNSCA，是美国阿巴拉契亚州立大学（Appalachian State University）运动科学专业的教授兼体能训练中心主任。她曾担任威斯康星大学拉克罗斯分校（University of WisconsinLa Crosse）体能中心主任，美国科罗拉多斯普林斯奥林匹克训练中心运动生理学研究助理，并获得了澳大利亚南十字星大学（Southern Cross University）博士后研究奖学金。她还完成了芬兰于韦斯屈莱大学（University of Jyvaskyla）和西班牙瓦伦西亚大学（University of Valencia in Spain）的国际研究学课程。特里普利特博士目前是《体能训练研究期刊》（Journal of Strength and Conditioning Research）的高级副主编。她曾是《体能训练期刊》（Journal of Strength and Conditioning）的总编。她获得了2010年威廉·J.克雷默杰出运动科学家奖，2000年特里·J.霍夫杰出青年调查员奖，以及2016年《体能训练研究期刊》（Journal of Strength and Conditioning Research）的优秀编辑奖。她曾加入过美国国家航空与航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）的两个小组，其中一个负责为国际空间站（International Space Station）的微重力环境制订抗阻训练对策。除了美国国家体能协会的认证外，特里普利特博士还拥有美国举重协会的资格认证。
曹洁
副研究员，华中科技大学硕士研究生，2016年赴德国访问，2017年赴美国留学；国家体育总局“优秀中青年专业技术人才百人计划”培养对象；担任湖北省体育科学研究所体能训练中心负责人和湖北省体育局水上项目中心科研团队负责人。主要研究方向：优秀运动员科研监控与体能训练评估。承担国家科技支撑项目子课题1项，国家体育总局科研项目3项，国家体育总局重点实验室科研项目2项，省局级科研项目4项，市局级科研项目1项。公开发表学术论文22篇，国内外会议收录14次，参与完成著作3部，手册1本。
曹兴龙
武汉体育学院体能训练方向硕士研究生；湖北省体育科学研究所体能训练中心教练员。曾任备战2020东京奥运会中国赛艇、皮划艇协会体能教练；曾服务于2015年国家雪橇、钢架雪车选拔集训队；曾参与指导武汉市消防支队特种人群体能训练实践；近年来为湖北省水上中心、篮排中心、乒羽中心等多支队伍提供体能训练指导。发表体能训练相关论文2篇，参与湖北省体育局科研项目2项。
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