不同壓力血流限制結(jié)合低強(qiáng)度抗阻訓(xùn)練對(duì)大學(xué)生下肢肌肉及心肺功能影響*

蘆劼明， 劉善云， 孫 鵬， 李烏蘭， 連志強(qiáng)

(1. 天津體育學(xué)院社會(huì)體育與健康科學(xué)學(xué)院， 2. 天津體育學(xué)院財(cái)務(wù)處國(guó)有資產(chǎn)管理處， 3. 天津體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練科學(xué)學(xué)院， 天津 301617)

運(yùn)動(dòng)損傷后長(zhǎng)期制動(dòng)或缺乏運(yùn)動(dòng)習(xí)慣久坐的人群較易出現(xiàn)肌肉及心肺功能的下降，運(yùn)動(dòng)時(shí)較難耐受中高強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)，特別是進(jìn)行較大強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)時(shí)可能存在一定的運(yùn)動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，因此有必要研究和探討一種能夠以較低負(fù)荷強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)來(lái)達(dá)到提高肌肉和心肺功能的訓(xùn)練方法。近年來(lái)血流限制(blood flow restriction, BFR)訓(xùn)練得到較多關(guān)注，其通過(guò)在肢體近端施加一定壓力來(lái)限制血流并在低負(fù)荷強(qiáng)度下完成運(yùn)動(dòng)。BFR訓(xùn)練不會(huì)引起血液中凝血標(biāo)志物提高，不良事件發(fā)生率低[1]。有研究支持BFR訓(xùn)練對(duì)提高肌肉力量的作用[2-5]，但部分研究未發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練后肌肉力量或形態(tài)顯著改變[6-7]。部分研究結(jié)果的差異可能與BFR訓(xùn)練時(shí)的加壓壓力有關(guān)，BFR訓(xùn)練后肌肉的激活程度可能會(huì)隨BFR壓力的增加而變化[8]，但也有觀點(diǎn)認(rèn)為中低壓力的BFR訓(xùn)練可以產(chǎn)生積極的影響，較高的壓力可能會(huì)降低BFR訓(xùn)練的效應(yīng)[9]。關(guān)于BFR訓(xùn)練的研究所涉及的壓力范圍約從50 mmHg到300 mmHg不等，目前對(duì)于不同壓力的訓(xùn)練效果尚不十分明確，尚不清楚是否更高的壓力有利于訓(xùn)練效果的提高，而B(niǎo)FR結(jié)合抗阻訓(xùn)練對(duì)心肺功能影響的研究較少。為此本研究觀察12周不同壓力BFR結(jié)合低強(qiáng)度抗阻訓(xùn)練對(duì)男性大學(xué)生下肢肌肉和心肺功能的影響，探討B(tài)FR訓(xùn)練的適宜壓力，并提供有實(shí)踐意義的運(yùn)動(dòng)處方，為將BFR訓(xùn)練應(yīng)用于康復(fù)治療及大眾健身提供實(shí)驗(yàn)與理論依據(jù)。

1 對(duì)象與方法

1.1 對(duì)象

選取27名男性大學(xué)生，要求身體健康且無(wú)專項(xiàng)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練背景及規(guī)律運(yùn)動(dòng)習(xí)慣，國(guó)際體力活動(dòng)量表(international physical activity questionnaire, IPAQ)問(wèn)卷判斷個(gè)體體力活動(dòng)水平為低級(jí)別，體力活動(dòng)準(zhǔn)備問(wèn)卷(physical activity readiness questionnaire, PAR-Q)確定受試者無(wú)運(yùn)動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)?；加屑甭约膊?如高血壓、深靜脈血栓、心血管系統(tǒng)疾病等)的受試者不納入本研究。研究前向受試者告知本研究實(shí)驗(yàn)流程、風(fēng)險(xiǎn)和收益，并簽署知情同意書(shū)。

受試者隨機(jī)分為3組，每組9人，分別為對(duì)照組(C組)受試者大腿近端不施加壓力；低壓組(L組)受試者大腿近端施加120 mmHg壓力；高壓組(H組)受試者大腿近端施加180 mmHg壓力。訓(xùn)練開(kāi)始前記錄受試者年齡、身高、體重，因加壓壓力受肢體圍度影響，故記錄受試者下肢髕骨上緣10 cm處大腿圍度。各組受試者基本情況無(wú)顯著性差異(P>0.05，表1)。

Tab. 1 The basic information of n=9)

1.2 訓(xùn)練方案

受試者熟悉實(shí)驗(yàn)流程后,首先完成下肢半蹲1次重復(fù)最大力量(one repetition maximum, 1RM)測(cè)試及訓(xùn)練前相關(guān)測(cè)試，隨后開(kāi)始進(jìn)行12周訓(xùn)練。本研究訓(xùn)練方案為受試者完成4組負(fù)重半蹲訓(xùn)練，強(qiáng)度約為20%1RM，負(fù)重半蹲訓(xùn)練次數(shù)為第1組30次，第2至4組各15次，組間間歇1 min。BFR訓(xùn)練采用可充氣的非彈性袖帶進(jìn)行，袖帶寬度為8 cm，在熱身后安放于雙下肢大腿近端并充氣加壓，在訓(xùn)練時(shí)和組間間歇過(guò)程中均保持加壓狀態(tài)，在完成最后一組訓(xùn)練后釋放壓力。訓(xùn)練每周進(jìn)行三次，每次BFR訓(xùn)練后進(jìn)行牽拉放松，于12周后再次進(jìn)行測(cè)試。研究結(jié)束后向受試者進(jìn)行健康宣教。

1.3 測(cè)試指標(biāo)與方法

測(cè)試安排在天津體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)生理與運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，肌肉及心肺功能相關(guān)指標(biāo)測(cè)試分別安排在先后兩天的上午進(jìn)行，肌肉及心肺功能測(cè)試間隔約24 h，受試者在測(cè)試前避免劇烈運(yùn)動(dòng)并保持安靜狀態(tài)。測(cè)試過(guò)程由專業(yè)實(shí)驗(yàn)人員完成，訓(xùn)練前后測(cè)試在相同環(huán)境下由同一名測(cè)試者完成。

肌肉相關(guān)指標(biāo)：(1)采用歐姆龍骨骼肌超聲檢測(cè)儀測(cè)量股直肌、股中肌肌肉厚度。測(cè)試時(shí)受試者取仰臥位，超聲探頭放于髂前上棘與髕骨上緣連線的中下1/3處，沿肌肉長(zhǎng)軸中點(diǎn)處做垂線，測(cè)量垂線上股直肌、股中肌肌肉厚度(muscle thickness, MTH)，測(cè)量重復(fù)3次后取平均值；(2)采用IsoMed2000等速肌力測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量下肢肌肉力量、爆發(fā)力。測(cè)試時(shí)受試者坐于測(cè)試臺(tái)上，固定軀干及下肢并定位膝關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動(dòng)軸，取受試者優(yōu)勢(shì)側(cè)下肢，進(jìn)行6次角速度為60°/s的膝關(guān)節(jié)屈伸測(cè)試。取受試者相對(duì)伸膝肌群峰值力矩(relative peak knee extensor moment, rM)、峰值功率(peak power, P)。

心肺相關(guān)指標(biāo)：(1)采用h/p/cosmos pulsar4.0功率跑臺(tái)及Cortex Metalyzer 3B心肺功能分析儀進(jìn)行心肺功能測(cè)試，測(cè)試期間采用Sun Tech Tango M2運(yùn)動(dòng)血壓監(jiān)護(hù)儀監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)中的血壓，采用Polar心率表監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)中心率，用RPE量表監(jiān)測(cè)測(cè)試過(guò)程中的主觀運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，采用遞增負(fù)荷進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)能力測(cè)試。取受試者相對(duì)最大攝氧量(relative maximal oxygen uptake, rVO2max)、最大代謝當(dāng)量(metabolic equivalent, METs)。(2)采用邁瑞Resona5T多普勒超聲診斷儀測(cè)量心臟功能及形態(tài)。測(cè)試時(shí)受試者取仰臥或左側(cè)臥位，探頭置于胸骨左緣第3或第4肋間，探頭作弧形轉(zhuǎn)動(dòng)掃查，采用Simpson法進(jìn)行測(cè)量。取受試者每搏輸出量(stroke volume, SV)、心輸出量(cardiac output, CO)、射血分?jǐn)?shù)(ejection fraction,EF)、主動(dòng)脈內(nèi)徑、左心室心肌厚度及內(nèi)徑。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1 不同壓力BFR訓(xùn)練前后股直肌、股中肌MTH的變化

L組和H組受試者訓(xùn)練后股直肌和股中肌MTH較訓(xùn)練前顯著提高(P<0.05，P<0.01)，訓(xùn)練后較C組MTH顯著提高(P<0.05，P<0.01)，其它各指標(biāo)間比較均無(wú)顯著性差異(P>0.05，表2)。

Tab. 2 The comparison of MTH of rectus femoris and medius femoris before and aftertraining(cm, n=9)

2.2 不同壓力BFR訓(xùn)練前后伸膝肌群肌力的變化

L組和H組中受試者訓(xùn)練后rM較訓(xùn)練前顯著提高(P<0.01)，訓(xùn)練后較C組顯著提高(P<0.01)，其它各指標(biāo)間比較均無(wú)顯著性差異(P>0.05，表3)。

Tab. 3 The comparison of knee extension strength before and after training n=9)

2.3 不同壓力BFR訓(xùn)練前后rVO2max、METs的變化

L組和H組受試者訓(xùn)練后rVO2max、METs較訓(xùn)練前顯著提高(P<0.01)，訓(xùn)練后較C組均顯著提高(P<0.05，P<0.01)，其它各指標(biāo)間比較均無(wú)顯著性差異(P>0.05，表4)。

Tab. 4 The comparison of aerobic capacity before and after training n=9)

2.4 不同壓力BFR訓(xùn)練前后心臟功能和形態(tài)的變化

各組受試者主動(dòng)脈內(nèi)徑、左心室肌厚度、左心室收縮期及舒張期內(nèi)徑訓(xùn)練前后及組間比較均無(wú)顯著性差異(P>0.05，表5)。

Tab. 5 The comparison of cardiac morphology before and after training (mm, n=9)

L組和H組中受試者訓(xùn)練后SV、CO、EF較訓(xùn)練前顯著提高(P<0.05，P<0.01)，訓(xùn)練后較C組顯著提高(P<0.05，P<0.01)，其它各指標(biāo)間比較均無(wú)顯著性差異(P>0.05，表6)。

Tab. 6 The comparison of cardiac function before and after training n=9)

3 討論

本研究顯示BFR訓(xùn)練后顯著提高受試者肌肉力量和肌肉厚度，這與Poveda[10]及Luebbers[11]等學(xué)者的研究結(jié)果相一致。有研究認(rèn)為這一變化可能與BFR訓(xùn)練后引起的生長(zhǎng)激素水平升高有關(guān)[12]，或與BFR訓(xùn)練后激活雷帕霉素靶蛋白核糖體信號(hào)通路促進(jìn)蛋白質(zhì)合成有關(guān)[13]，也有學(xué)者認(rèn)為與BFR訓(xùn)練后引起的肌細(xì)胞腫脹等因素有關(guān)[14]。BFR訓(xùn)練引起了肌肉局部組織氧供應(yīng)不足，導(dǎo)致代謝產(chǎn)物累積，引起內(nèi)分泌、神經(jīng)等系統(tǒng)的適應(yīng)性調(diào)節(jié)。代謝產(chǎn)物的累積引起了神經(jīng)肌肉的快速疲勞，隨著疲勞加深募集更多的快肌纖維并提高肌纖維橫截面積[15]。以往研究中提高肌肉力量多采用中高強(qiáng)度的抗阻運(yùn)動(dòng)或如跆拳道等專項(xiàng)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的方法[16]，而由于長(zhǎng)期制動(dòng)會(huì)引起骨骼肌力量和橫截面積的顯著下降[17]，對(duì)處于運(yùn)動(dòng)損傷康復(fù)期的人群或老年人群較難耐受中高強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)，且對(duì)無(wú)訓(xùn)練基礎(chǔ)的普通人群進(jìn)行較高強(qiáng)度的抗阻運(yùn)動(dòng)容易增加運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)，而B(niǎo)FR訓(xùn)練則能夠以較小的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到提高肌肉力量和肌肉厚度的目標(biāo)，將有利于這類特殊人群提高肌肉功能。

最大攝氧量是評(píng)定心肺功能的黃金指標(biāo)，而最大攝氧量的影響因素主要包括氧氣運(yùn)輸、心臟泵血以及肌肉利用氧的能力。本研究中BFR訓(xùn)練后受試者SV、CO、EF顯著提高，心臟泵血能力的提高使得流向肺泡及肌肉血流量增加，有利于提高氣體交換率。另一方面，本研究中BFR訓(xùn)練顯著提高下肢肌肉力量及肌肉厚度，而骨骼肌質(zhì)量與最大攝氧量具有強(qiáng)相關(guān)性，訓(xùn)練后肌肉中線粒體的氧化能力大幅提高。BFR訓(xùn)練后肌肉內(nèi)毛細(xì)血管密度顯著提高，通過(guò)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的改變促進(jìn)了側(cè)支循環(huán)的建立，I型肌纖維橫截面積和分布百分比得到提高，這些有利于提高肌肉的攝氧能力。而本研究中BFR訓(xùn)練后L組和H組受試者M(jìn)ETs顯著提高表明受試者運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)能量代謝水平提高，這可能是由于BFR訓(xùn)練后引起肌肉活動(dòng)加強(qiáng)，耗氧量增加引起的。故BFR訓(xùn)練提高心肺功能水平一方面源自心臟泵血能力的改變，使得肌肉在工作時(shí)得到更充足的氧氣供應(yīng)；另一方面源自肌肉利用氧氣能力的增加。

本研究中不同壓力的BFR訓(xùn)練并未對(duì)受試者訓(xùn)練后肌肉及心肺功能產(chǎn)生顯著性改變。有研究表明施加150 mmHg壓力時(shí)限制約50%的動(dòng)脈血流，當(dāng)施加120 mmHg和180 mmHg時(shí)分別限制約40%、60%的動(dòng)脈血流[18]，而施加150 mmHg的壓力可能是BFR訓(xùn)練選擇壓力的中間值臨界值，而本研究前給予受試者施加180 mmHg以上壓力時(shí)，受試者主觀感覺(jué)較難完成負(fù)重半蹲訓(xùn)練，故本研究選取120 mmHg和180 mmHg作為兩實(shí)驗(yàn)組BFR訓(xùn)練時(shí)采用的加壓壓力。有研究發(fā)現(xiàn)在一次BFR訓(xùn)練中發(fā)現(xiàn)組織內(nèi)磷酸無(wú)機(jī)物積累增加，肌肉激活程度提高，肌肉募集增加，肌電圖中位頻率降低，均方根值提高，且機(jī)體隨著加壓壓力的提高產(chǎn)生了更顯著的改變[8]。另有研究發(fā)現(xiàn)施加約55.5 mmHg和109.6 mmHg壓力的BFR訓(xùn)練后，較高的壓力顯著提高BFR訓(xùn)練后股四頭肌橫截面積[19]。而本研究中L組和H組分別施加120 mmHg和180 mmHg的BFR訓(xùn)練后并未發(fā)現(xiàn)兩組受試者在肌肉及心肺功能方面出現(xiàn)顯著性差異，即180 mmHg的BFR訓(xùn)練較120 mmHg并未更顯著地提高肌肉及心肺功能。長(zhǎng)期BFR訓(xùn)練時(shí)的壓力與訓(xùn)練效果可能并非是線性關(guān)系。施加較低壓力時(shí)不足以刺激肌肉產(chǎn)生適應(yīng)性反應(yīng)，當(dāng)施加中低壓力時(shí)隨著壓力的增加會(huì)使肌肉產(chǎn)生一定的適應(yīng)性反應(yīng)，肌肉激活程度提高至一定水平后不再增加，而當(dāng)壓力繼續(xù)提高時(shí)肌肉激活程度可能朝向降低的趨勢(shì)發(fā)展，由于代謝產(chǎn)物過(guò)度積累等原因可能會(huì)抑制肌肉活動(dòng)。

綜上所述， 12周120 mmHg或180 mmHg壓力下20%1RM強(qiáng)度BFR訓(xùn)練均可有效提高男性大學(xué)生股四頭肌肌肉厚度及力量并顯著提高心肺功能。