不同強度抗阻訓(xùn)練對青年男性腰部肌肉形態(tài)及機能的影響

邱丹 何輝 熊開宇

1 北京體育大學(xué)（北京 100084）

2 包頭師范學(xué)院

久坐少動的工作方式和生活方式使腰部軟組織承受較大的壓力，容易造成腰部肌肉及其附著點筋膜勞損，腰痛已成為世界范圍內(nèi)的公共健康問題[1]。豎脊肌對于人體直立姿勢的維持和腰椎的穩(wěn)定性具有重要作用。多裂肌的力量不足和功能狀態(tài)不佳直接影響到脊柱的穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致慢性腰痛[2]。有資料顯示，通過力量訓(xùn)練可以有效緩解腰肌勞損的癥狀，減少其發(fā)生率。制定科學(xué)訓(xùn)練方案改善腰部肌肉狀況是目前需要解決的問題。

用超聲進行肌肉檢查無創(chuàng)、可實時成像、軟組織分辨率高，而且具備無射線損害、價低、可重復(fù)測量等優(yōu)勢[3，4]。表面肌電技術(shù)在肌肉功能狀態(tài)的診斷和神經(jīng)肌肉康復(fù)評定中已有大量應(yīng)用，目前也有利用表面肌電測試來評定核心肌肉功能[5，6]。本研究通過超聲影像聯(lián)合表面肌電技術(shù)對豎脊肌和多裂肌形態(tài)及機能進行檢測，分析不同強度抗阻訓(xùn)練對腰部肌肉的影響，探討機理，為腰部肌肉訓(xùn)練及預(yù)防腰痛提供依據(jù)。

1 方法

1.1 研究對象

通過張貼招募啟事和口頭宣講等方式，招募志愿者，納入標準：男性，近期6個月沒有腰背部疼痛，未進行手術(shù)或服用任何會影響肌肉的藥物，無其他神經(jīng)系統(tǒng)、肌肉、骨科疾病以及其他重大疾病。最近一年內(nèi)均未進行過專門的負重力量訓(xùn)練。要求其在力量訓(xùn)練期間除所安排力量訓(xùn)練外不進行其他體育活動。

最終確定研究對象45人，根據(jù)訓(xùn)練負荷隨機分為6 RM組、10 RM組、15 RM組，每組15人，基本信息如表1所示。

表1 受試者基本信息（±s）

表1 受試者基本信息（±s）

分組15 RM組10 RM組6 RM組人數(shù)15 15 15年齡（歲）24.34±2.17 24.98±1.20 25.27±1.56身高（cm）175.39±4.26 175.81±5.19 176.14±3.72體重（kg）71.28±6.93 73.64±5.85 73.52±9.60

1.2 實驗儀器

實驗儀器：美國GE vivid 7型彩色多普勒超聲診斷儀（超聲探頭：12L線陣探頭，超聲頻率12MHZ）、芬蘭MEGA16導(dǎo)ME6000便攜式肌電儀、美國body-solid GRCH322羅馬椅腰腹力量測試儀、聯(lián)想Think-pad筆記本電腦、數(shù)顯式拉力傳感器、按摩床、杠鈴片及托盤，腰部肌肉練習(xí)器。

1.3 訓(xùn)練方案

抗阻負荷采用自身最大重復(fù)次數(shù)（repetition maximum，RM）來標定。第一組6 RM力量練習(xí)組，第二組10 RM力量練習(xí)組，第三組15 RM力量練習(xí)組。

受試者俯臥于腰背肌肉練習(xí)器，骨盆及下肢固定，髂前上棘以上部位懸空，三組軀干分別承受負荷6 RM、10 RM、15 RM，做背起動作，每個動作用時4 s，6 RM每組6次，10 RM每組10次，15 RM每組15次，均做6組，組間間歇5 min，每周3次，隔日進行，共8周。每周調(diào)整一次負荷，確保各組的訓(xùn)練負荷為6 RM、10 RM、15 RM。

1.4 測試方案

在訓(xùn)練前、訓(xùn)練4周后、訓(xùn)練8周后分別進行腰部最大力量測試、肌肉超聲測試和表面肌電測試.

1.4.1 腰部最大力量測試及指標選取

測試方法：采用Biering-Sorensen試驗姿勢，受試者俯臥于羅馬椅測試儀，髂前上棘平齊羅馬椅座前沿，骨盆及下肢固定，髂前上棘以上部位懸空，身體呈水平位，胸部借背帶連于拉力傳感器。測試開始，雙臂置于頭后，盡全力背伸，持續(xù)5秒。

選取指標：顯示屏顯示最大自主收縮（maximum voluntary contraction，MVC）值，單位kg。

1.4.2 超聲肌肉測試及指標選取

測試方法：探頭位置方向位于L1水平線，距身體后正中線2 cm處，探頭縱軸保持水平垂直投射，采集超聲信號，計算豎脊肌橫截面積、肌肉厚度；L5水平線，距身體后正中線2 cm處，探頭縱軸保持水平垂直投射，采集超聲信號，計算多裂肌橫截面積、肌肉厚度。

肌肉超聲測試分別選擇安靜放松狀態(tài)和100%MVC狀態(tài)下進行。安靜放松狀態(tài)在俯臥位平躺于按摩床上進行，100%MVC狀態(tài)選用腰部最大力量測試狀態(tài)。

選取指標：肌肉橫截面積（cross-sectional area，CSA）和肌肉厚度（muscle thickness，MT）[7]。

1.4.3 表面肌電測試及指標選取

測試方法：室溫25℃，房間密閉且周圍無大功率用電器等干擾。采用ME-6000表面肌電測試系統(tǒng)采集EMG信號，在T12-L1位置高度安放豎脊肌記錄電極，在L5-S1位置高度安放多裂肌記錄電極，采集100%MVC狀態(tài)下豎脊肌、多裂肌的肌電信號。安靜放松狀態(tài)在俯臥位平躺于按摩床上進行，100%MVC狀態(tài)選用腰部最大力量測試方式。

選取指標：積分肌電（integrated electromyography，IEMG）、平均功率頻率（mean power frequency，MPF）。

1.5 統(tǒng)計分析

描述性結(jié)果采用平均數(shù)±標準差或百分比（%）表示，變化率（%）=（8周訓(xùn)練后－訓(xùn)練前）/訓(xùn)練前×100%。組內(nèi)不同時間段比較采用配對t檢驗，顯著性水平為0.05。組間比較訓(xùn)練前后的變化率采用多個獨立樣本Kruskal-Wallis秩和檢驗比較兩兩差異，顯著性水平為0.05。統(tǒng)計分析采用SPSS22.0完成。

2 結(jié)果

2.1 超聲測試結(jié)果

2.1.1 安靜放松狀態(tài)下超聲測試結(jié)果

經(jīng)肌肉超聲測試，10 RM、6 RM組在4周和8周訓(xùn)練后與訓(xùn)練前相比較肌肉橫截面積和厚度未出現(xiàn)顯著性變化，15 RM組在8周訓(xùn)練后左、右豎脊肌橫截面積較訓(xùn)練前和4周后增加（P＜0.05），左多裂肌肌肉橫截面積較訓(xùn)練前增加（P＜0.05），左、右豎脊肌和左右多裂肌肌肉厚度均較訓(xùn)練前增加（P＜0.05）。3組8周訓(xùn)練前后變化率比較結(jié)果為：15 RM組和10 RM組相比，在左豎脊肌厚度、右豎脊肌厚度上差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 安靜放松狀態(tài)下腰部肌橫截面積和厚度

（續(xù)表2）

2.1.2100%MVC狀態(tài)下超聲測試結(jié)果

8周訓(xùn)練后，15 RM、10 RM和6 RM組左、右豎脊肌和左、右多裂肌橫截面積較訓(xùn)練前和4周無顯著性差異，6RM組左豎脊肌、左右多裂肌肌肉厚度較訓(xùn)練前增加且差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），15 RM和10 RM組訓(xùn)練前后左右豎脊肌、左右多裂肌肌肉厚度無顯著差異。3組8周訓(xùn)練前后變化率比較結(jié)果為：6 RM組和10 RM組左豎脊肌肌肉厚度之間的差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。具體數(shù)據(jù)見表3。

表3 100%MVC狀態(tài)下腰部肌橫截面積和厚度

（續(xù)表3）

2.2 最大力量測試結(jié)果

15 RM組4周訓(xùn)練后最大力量顯著增加（P＜0.05），8周后達到最大，相較于訓(xùn)練前力量顯著增加（P＜0.05），但相較于4周后變化不明顯。10 RM組出現(xiàn)同樣變化。6 RM組4周力量訓(xùn)練后力量顯著增加（P＜0.05）；8周后力量達到最大，相較于訓(xùn)練前和4周訓(xùn)練后力量顯著增加（P＜0.05）。3組8周訓(xùn)練前后變化率比較結(jié)果為：15 RM、10 RM組和6 RM組最大力量之間的差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。具體數(shù)據(jù)見表4。

表4 最大力量測試結(jié)果（kg）

2.3 表面肌電測試結(jié)果

在100%MVC狀態(tài)下15 RM、10 RM和6 RM組8周訓(xùn)練后左、右豎脊肌和左、右多裂肌IEMG相較于訓(xùn)練前和4周均顯著增加（P＜0.05），并表現(xiàn)出前4周增幅小，后4周增幅大的特點。10 RM、6 RM組左、右豎脊肌和左、右多裂肌4周訓(xùn)練后IEMG較訓(xùn)練前已出現(xiàn)顯著增加（P＜0.05）。15 RM組4周后除右豎脊肌IEMG出現(xiàn)顯著性變化（P＜0.05）外，其余測試肌肉IEMG未出現(xiàn)顯著性變化。各訓(xùn)練組4周和8周后豎脊肌和多裂肌平均功率頻率具有下降趨勢，但部分肌肉未表現(xiàn)出顯著性差異，原因可能與標準差過大有關(guān)。3組8周訓(xùn)練前后變化率比較結(jié)果為：15RM組和6RM組、15RM組和10RM組左豎脊肌IEMG和右多裂肌IEMG之間的差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。具體數(shù)值見表5。

表5 100%MVC負荷下腰部肌表面肌電測試結(jié)果

（續(xù)表5）

3 分析與討論

3.1 抗阻訓(xùn)練對腰部肌肉形態(tài)的影響

軀干穩(wěn)定肌位于深層，目前在核心穩(wěn)定性訓(xùn)練中超聲影像技術(shù)是測量軀干深層肌肉最有效的手段之一，超聲也被應(yīng)用于腰背肌肉功能評估中[8，9]。從本實驗超聲測試結(jié)果來看，放松狀態(tài)下，10 RM、6 RM組在4周和8周訓(xùn)練后豎脊肌和多裂肌形態(tài)學(xué)指標未出現(xiàn)顯著性變化，表明4周或者8周的中等強度和大強度抗阻訓(xùn)練對腰部穩(wěn)定肌的形態(tài)未產(chǎn)生特異性影響；15 RM組4周訓(xùn)練后豎脊肌和多裂肌未產(chǎn)生顯著性變化，表明4周15 RM抗阻訓(xùn)練不能引起腰部穩(wěn)定肌形態(tài)產(chǎn)生變化；但是8周15 RM抗阻訓(xùn)練左、右側(cè)豎脊肌和左側(cè)多裂肌橫截面積較訓(xùn)練前顯著增加，表明進行8周小強度抗阻訓(xùn)練可增加腰部穩(wěn)定肌橫截面積。經(jīng)過8周15 RM力量訓(xùn)練后，左、右側(cè)豎脊肌和左、右多裂肌肌肉厚度均較訓(xùn)練前顯著增加，在一定程度上可以反映8周小強度力量訓(xùn)練不但增加腰部穩(wěn)定肌橫截面積，同時增加了肌肉厚度。3組8周訓(xùn)練前后的變化率比較，15 RM組和10 RM組左豎脊肌厚度、右豎脊肌厚度之間的差異具有統(tǒng)計學(xué)意義，說明15RM腰部力量訓(xùn)練對增加肌肉厚度更加有利。以往力量訓(xùn)練通常認為，8 RM～12 RM抗阻訓(xùn)練主要用于增大肌肉橫斷面積，12 RM強度以上抗阻訓(xùn)練主要用于提高耐力水平。而在本實驗中10 RM訓(xùn)練組腰部肌肉并未出現(xiàn)橫截面積增加的結(jié)果，而15 RM組出現(xiàn)橫截面積增加這一現(xiàn)象，這也許與腰部穩(wěn)定肌肌纖維的類型有關(guān)，研究表明，在正常人中，腰部穩(wěn)定肌中慢肌纖維Ⅰ占有很高的比例，它對于維持姿勢具有重要作用[10]。小強度負荷運動使慢肌纖維選擇性肥大，因為腰部慢肌纖維所占的比例高，因此選擇性肥大產(chǎn)生的效果更加顯著。經(jīng)過8周15 RM力量訓(xùn)練后，左、右側(cè)豎脊肌和左、右多裂肌肌肉厚度均較訓(xùn)練前增加，在一定程度上可以反映8周小強度力量訓(xùn)練不僅增加腰部穩(wěn)定肌橫截面積同時增加了肌肉厚度，肌纖維排列更加集中，便于發(fā)力。也有研究[11-13]表明基于腰背肌肉的類型，肌肉厚度變化是最常被用于下腰痛肌肉功能研究中的量化評定參數(shù)，肌肉厚度在測量中表現(xiàn)出更加敏感易測的特點。

肌肉收縮是反映運動功能的重要指標，最大等長收縮被認為是定量評定肌肉功能的可靠指標[14]。在100%MVC負荷下，腰段各肌肉橫斷面積均未出現(xiàn)顯著性變化，這一結(jié)果與安靜狀況下肌肉橫截面積增加不一致。Hodges[15]曾詳細闡述了肌肉收縮初期形態(tài)學(xué)參數(shù)改變量很大，但是隨著收縮強度的不斷增大，特別是提高到最大自主收縮水平的20%之后，這些形態(tài)學(xué)參數(shù)變化降低，這是肌肉避免過度收縮造成肌肉斷裂或肌腱拉傷的自我保護機制。100%MVC負荷下，超聲測量結(jié)果顯示6 RM組左豎脊肌、左右多裂肌肌肉厚度較訓(xùn)練前顯著增加，且6 RM組8周訓(xùn)練后左豎脊肌肌肉厚度變化率和10 RM組相比差異具有統(tǒng)計學(xué)意義，表明高強度抗阻訓(xùn)練能夠使肌肉有更大限度的收縮，從而有利于瞬間發(fā)揮更加力量，此時有可能依靠募集更多的肌纖維收縮，表現(xiàn)出肌肉長度出現(xiàn)明顯的縮短，粗細肌絲有更大的重疊。右側(cè)豎脊肌厚度增加不多且沒有統(tǒng)計學(xué)意義，原因可能是左側(cè)豎脊肌厚度增加較多，出現(xiàn)代償現(xiàn)象，提示在訓(xùn)練中要注意左右側(cè)用力的一致性。8周訓(xùn)練后個別肌肉出現(xiàn)變化率為負值，原因可能是因為該肌肉在訓(xùn)練或者測試的時候沒有被更好動員，其協(xié)同肌給予代償作用造成的。

3.2 抗阻訓(xùn)練對腰部肌肉機能的影響

最大力量是特定肌群在適宜激活狀態(tài)下，產(chǎn)生最大隨意收縮對抗外加負荷的能力，是一種神經(jīng)-肌肉現(xiàn)象。產(chǎn)生肌肉最大力量的因素是肌肉的橫截面積、內(nèi)在因子和運動單位的募集[16]。本研究中，在4周力量訓(xùn)練后，三組最大力量較訓(xùn)練前已經(jīng)出現(xiàn)了顯著性增加，并且后4周訓(xùn)練除6 RM組仍呈現(xiàn)顯著性增長外，15 RM、10 RM組最大力量增加并不顯著，反映了4周15 RM、10 RM抗阻訓(xùn)練能夠在一定程度上提高最大力量，但將訓(xùn)練周期從4周延長至8周最大肌力方面效果并不明顯。從最大力量變化率上看，6 RM組顯著高于15 RM組、10 RM組，但6 RM組后4周的力量訓(xùn)練增幅明顯小于前4周。這提示我們腰部最大力量的突增期主要是體現(xiàn)在訓(xùn)練的前期，訓(xùn)練強度越小，這種情況越明顯。

由表面肌電時域指標來看，15 RM、10 RM和6 RM組8周訓(xùn)練后左、右豎脊肌和左、右多裂肌IEMG相較于訓(xùn)練前明顯增加，并具有統(tǒng)計學(xué)意義，可以反映不同強度的力量訓(xùn)練均增加了運動單位的募集程度，隨著被募集的參與收縮的肌纖維數(shù)目增加，就可以產(chǎn)生更大的力量，與我們前面的最大力量測試結(jié)果一致。Onishi等[17]指出：肌肉隨意靜力收縮時，積分肌電值與肌張力呈正相關(guān)。從IEMG增加的幅度來看，三組各肌肉IEMG前4周增加幅度均小于后4周，與之矛盾的是前4周訓(xùn)練最大力量增加值大于后4周，這從一定程度上顯示力-電的不一致性，有研究表明在力量訓(xùn)練的初期或訓(xùn)練動作發(fā)生改變時，神經(jīng)系統(tǒng)會發(fā)生適應(yīng)性的改變，以完成對肌肉的最佳控制，此時肌肉力量的增長主要是由于神經(jīng)系統(tǒng)適應(yīng)性變化引起的[18]。Selvanayagam研究了顱磁刺激（TMS）誘導(dǎo)肌肉顫搐的轉(zhuǎn)變，認為力量訓(xùn)練早期有著類似學(xué)習(xí)運動時皮質(zhì)出現(xiàn)的神經(jīng)反應(yīng)[19]。因此，短期抗阻訓(xùn)練后最大力量的增加并非僅是運動單位募集數(shù)量的增加，亦可能是各運動單位之間的活動更為協(xié)同，因此出現(xiàn)了我們實驗中前4周與后4周力-電增加的不一致性。在8周后，各組IEMG較4周后出現(xiàn)較大增加，并呈現(xiàn)顯著性，反映在后4周的抗阻訓(xùn)練中腰部神經(jīng)-肌肉的募集能力增加，動用更多的運動單元，以此可以說明抗阻訓(xùn)練后期最大力量的增加主要是以動員更多肌纖維參與收縮來增加肌力。6 RM和10 RM組左豎脊肌IEMG和右多裂肌IEMG變化率明顯高于15 RM組，說明8周大強度和中等強度腰部肌訓(xùn)練對肌肉運動單位的募集能力明顯優(yōu)于小強度力量訓(xùn)練。

從頻域指標來看，8周抗阻訓(xùn)練后各組別各肌肉MPF均具有下降趨勢，究其原因可能與慢肌纖維的參與程度有關(guān)，腰部穩(wěn)定肌慢肌纖維所占的比例較大，因此動用更多的肌纖維參加運動，在一定程度上可以說慢肌纖維參與工作的比例在提高，因此從頻譜指標上看，MPF出現(xiàn)了下降趨勢，由于慢肌纖維對最大力量的貢獻有限，因此，后4周的抗阻訓(xùn)練使神經(jīng)-肌肉的控制能力有了很大的提升，但是在最大力量的表現(xiàn)上并未出現(xiàn)更大的增加。6 RM組左豎脊肌和右多裂肌在后4周的下降幅度更大，可以反映盡管是大強度訓(xùn)練，但由于腰部穩(wěn)定肌的特點，后4周大強度訓(xùn)練仍然動用了較多的慢肌纖維參與收縮，因此后4周最大力量的增加幅度有限。15 RM組前4周和后4周MPF下降的幅度較平均，說明經(jīng)過系統(tǒng)訓(xùn)練，慢肌纖維參加的比例在不斷增加，神經(jīng)動員肌肉能力在增加，肌肉收縮出現(xiàn)更強的有序性，但是后4周最大力量增加并不明顯，這除了與慢肌纖維的力量特點有關(guān)以外，也可能與各系統(tǒng)對訓(xùn)練的適應(yīng)有關(guān)。

3.3 形態(tài)機能聯(lián)合分析

在本研究結(jié)果中，4周抗阻訓(xùn)練后各組最大力量有了較大增長，腰部肌最大收縮時IEMG有了一定增長，但是超聲指標顯示各訓(xùn)練組安靜和100%MVC狀態(tài)下各肌肉橫截面積均未出現(xiàn)增加，這從一定程度上反映了訓(xùn)練初期導(dǎo)致的力量增長的主要原因并不是肌肉本身的增長，而是增加了各運動單位的協(xié)調(diào)和神經(jīng)控制能力以及運動單位募集數(shù)量的增加。后4周訓(xùn)練后100%MVC負荷時，IEMG出現(xiàn)了較大幅度增長，說明在肌肉收縮過程中運動單位的募集數(shù)量明顯增加，但是考慮到腰部穩(wěn)定肌的肌纖維類型主要為慢肌纖維，慢肌纖維力量小，發(fā)放的IEMG低，頻率低，在后4周的15 RM、10 RM強度力量訓(xùn)練后，積分肌電雖然繼續(xù)呈現(xiàn)較大幅度的增長，但MPF出現(xiàn)持續(xù)下降，說明募集了更多低頻慢肌，因此外在表現(xiàn)為8周最大力量并未明顯高于4周最大力量。但是，15 RM組肌肉橫截面積和肌肉厚度有所增加，小強度訓(xùn)練引起慢肌纖維出現(xiàn)選擇性肥大，也可以說持續(xù)進行小強度的訓(xùn)練更容易使腰部穩(wěn)定肌產(chǎn)生增長。6 RM組在8周訓(xùn)練周期中肌電指標IEMG持續(xù)增加，最大力量持續(xù)增加，但是超聲測試顯示6 RM組安靜狀態(tài)下的肌肉橫截面積并未有明顯增加，這可以在一定程度上說明大強度力量訓(xùn)練主要是神經(jīng)系統(tǒng)通過運動單位募集的增加、運動單位放電率的增高、運動單位的同步與協(xié)調(diào)等方面表現(xiàn)出對抗阻訓(xùn)練的適應(yīng)。但是在100%MVC負荷狀態(tài)下超聲測試結(jié)果中顯示6 RM組肌肉厚度出現(xiàn)顯著性增加，這從一定程度上反映大強度訓(xùn)練使肌肉收縮的程度增大，最大收縮距離增加，收縮形式更有利于力量發(fā)揮。

有研究表明，腰部穩(wěn)定肌橫截面積與下腰痛的改善有關(guān)，多裂肌橫截面積減小和脂肪浸潤被認為是腰痛的危險因素和原因[20]。Hides等[21]的研究發(fā)現(xiàn)，急性下腰痛感消失后，多裂肌并沒有恢復(fù)正常，從而引起下腰痛復(fù)發(fā)率高。另有學(xué)者[22，23]指出，下腰痛的康復(fù)活動需要特別針對深層肌肉以降低復(fù)發(fā)率。因此，在預(yù)防和治療下腰痛方面，若想取得長遠的效果，需要通過鍛煉引起腰部穩(wěn)定肌肌肉本身的改變，僅僅提高腰部力量對下腰痛的預(yù)防和緩解效果并不持久。結(jié)合本研究結(jié)果，要想引起腰部肌肉自身的形態(tài)學(xué)改變，至少需要8周的小強度腰部力量訓(xùn)練。短時間的抗阻訓(xùn)練和大強度的抗阻訓(xùn)練不能引起腰部深層肌肉本身的變化。

4 結(jié)論

抗阻訓(xùn)練增加腰部慢肌纖維動員程度，在最大用力狀態(tài)下神經(jīng)-腰部肌控制能力增強。大強度腰部肌訓(xùn)練主要通過提高肌肉運動單位的募集能力顯著增加最大力量。長時間小強度抗阻訓(xùn)練能夠增加腰部穩(wěn)定肌橫截面積及厚度，有助于預(yù)防和緩解腰肌勞損和下腰痛。