低負荷動態(tài)膝關節(jié)伸展時血流限制對大腿前群肌肉活動的急性影響

鄭永利 車同同 陳 沖

(1)北京市木樨園體育運動技術學校，100075，北京； 2)首都體育學院，100088，北京； 3)北京市體育科學研究所，100075，北京)

在過去十幾年里，低負荷血流限制訓練(Blood Flow Restriction Training，BFRT)作為一種新型的在康復環(huán)境中增加肌肉力量和尺寸的訓練方法受到廣泛的關注.相關研究認為，低強度血流限制訓練可使肌肉力量得到很好地發(fā)展，其增長速度與常規(guī)力量訓練相當[1,2]，有時甚至更快[3,4].在大腿根部利用加壓帶進行中度血流量限制(Blood Flow Restriction，BFR)，在低至最大力量的20%～30%的負荷下進行的阻力訓練，對肌肉蛋白的合成和生長激素的釋放具有強大的刺激作用[5,6].長期進行BFR訓練已被證明可以增加骨骼肌的質量和力量[7,8].

本文研究目的之一是探究血流限制性運動誘導遲發(fā)性肌肉酸痛的程度，并與無血流限制條件下運動方案的效果進行比較.目前，關于血流限制訓練后引發(fā)延遲性肌肉酸痛反應的系統(tǒng)研究甚少.而對血流限制訓練長期適應性效果的研究較多[9-11].此外，有研究認為，當不間斷地進行動態(tài)膝關節(jié)伸展直至力竭時，有無血流限制引起的急性疼痛評分幾乎沒有差異.這表明缺血是由運動本身引起的[12].因此，本研究主要討論在血流限制下膝關節(jié)伸展運動對大腿前群肌肉活動的急性影響，通過肌電圖(EMG)檢測肌肉活動以探討有無血流限制對肌肉活動影響的差異，并研究訓練中自感疲勞用力程度和訓練后延遲性肌肉酸痛的變化情況.

1 研究對象和方法

1.1受試者受試者為6名手球運動員，運動等級為一級以上，身體健康，無傷病史,均被告知測試程序以及其中的風險和益處，并自愿參與本研究.在主要測試前三天，告知參與者不要進行大腿前群肌肉訓練.受試者基本信息如表1所示.

表1 受試者基本信息

1.2運動方案所有受試者均要進行自身對照實驗，分別在血流限制狀態(tài)(血流限制組或加壓組)下和無血流限制狀態(tài)(對照組)下進行低強度膝關節(jié)伸展練習.隨機選取半數受試者首先在限制血流狀態(tài)下練習，間隔 72 h后再進行常規(guī)練習，另外半數受試者則相反，使用相當于30%最大力量(1 Repetition Maximum,1 RM)進行3組膝關節(jié)伸展練習.練習方案如下：第1組 30次× 2 s/次，間歇60 s;第2組 15次× 2 s/次，間歇60 s;第3組 15次× 2 s/次，間歇60 s.

1.3膝關節(jié)伸展最大靜力測試要求膝關節(jié)伸展最大靜力測試要求如下：在主測試前一周，受試者在可變阻力膝關節(jié)伸展器中測試每條腿的單側1RM力量.由于所有參與者都熟悉動態(tài)的膝關節(jié)伸展運動，所以只有1個環(huán)節(jié)專門用于力量測試.1RM測試依據Staron等人[13]制定的方案.動作要求如下：受試者平坐在膝關節(jié)延伸機上，從膝關節(jié)彎曲90°開始，至膝關節(jié)伸展180°停止，屈伸動作各1 s.

1.4血流限制方案在血流限制訓練開始前，受試者站立，在受試者大腿上部三分之一處，垂直大腿縱軸方向纏繞上一條專用的彈性加壓帶.綁帶內裝有氣囊，與氣壓控制系統(tǒng)相連，該系統(tǒng)可以監(jiān)測和控制壓力.為使受試者下肢的血管逐漸適應血流限制帶來的血壓變化，采用如下方式逐漸提高充氣壓力：綁好后，捆綁壓達到40 mmHg，再向綁帶內充氣，直至氣壓達到 100 mmHg，持續(xù)20 s，釋放氣壓5 s；然后充氣至120 mmHg，保持20 s，再釋放氣壓5 s.重復這一過程，直到最終氣壓達到200 mmHg.

1.5肌電測試方案在運動過程中，利用表面肌電測試儀和3 M銀-氯化銀電極片采集受試者右側大腿股內側肌(VMO)、股直肌(RF)和股外側肌(VLO)的肌電信號.實驗中使用雙電極片測試，電極片連線與肌纖維走向一致，如圖1所示.電極粘貼前，用酒精棉擦拭受試者皮膚，以降低皮膚阻抗，保證電極可以良好附著.實驗選取的指標為反映肌肉激活程度的振幅均方根(RMS)，在原始肌電圖上選取肌肉用力的平均范圍.

圖1 肌電安放位置

1.6主觀用力感覺(RatingofPerceiredExertion,RPE)測試在每組練習后，參與者要對自身的主觀疲勞程度進行評分，量表為CR-10(Borg, 1998)，分值從小到大為0～10，其中0為非常輕松，2為輕松，4為較為輕松，6為較為吃力，8為很吃力，10為相當吃力且?guī)缀醪荒芘e起該重量.

1.7延遲性肌肉酸痛(DelayedOnsetMuscleSoreness，DOMS)測試延遲性肌肉酸痛(DOMS)的程度分別在運動后24 h、48 h和72 h采用視覺模擬評分法(VAS)進行測定.VAS的0分值表示“完全不疼痛”，10分值表示“極度肌肉疼痛”[12].

1.8數據統(tǒng)計方法所有數據都表示為平均值±標準差(M±SD)的形式.實驗運用SPSS 20.0 軟件采用重復測量方差分析(Repeat Measure ANOVA)對血流限制組和對照組運動過程中的肌電RMS值、RPE值和延遲性肌肉酸痛DOMS值進行統(tǒng)計分析，對血流限制組和對照組數據進行配對樣本t檢驗，統(tǒng)計學意義為P<0.05.

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2 研究結果

2.1各組膝關節(jié)伸展運動中肌肉激活程度由圖2可知，三組訓練過程中，加壓組在第一組訓練中股外側肌RMS值顯著大于非加壓組(P<0.01)；在第二組訓練中，股外側肌RMS值也顯著大于非加壓組(P<0.05)；第三組則未出現(xiàn)顯著差異(P>0.05).

圖2 各組訓練中股外側肌RMS值

由圖3可知，在第二組訓練時，加壓組股直肌RMS值出現(xiàn)顯著性增加(P<0.05).而在第一組和第三組訓練時，加壓組股直肌RMS值未出現(xiàn)顯著性變化(P>0.05).

圖3 各組訓練中股直肌RMS值

由圖4可知，在三組訓練過程中，加壓組股內側肌均無顯著性變化(P>0.05).

圖4 各組訓練中股內側肌RMS值

2.2各組膝關節(jié)伸展訓練后主觀用力感覺(RPE)差異由表2可知，三組訓練過程中，加壓組RPE值顯著大于對照組(P<0.01).

表2 實驗過程中受試者主觀疲勞評分

注：*表示P<0.05，**表示P<0.01，下同.

2.3各組膝關節(jié)伸展訓練后延遲性肌肉酸痛(DOMS)評分由表3可知，三組訓練中加壓組24 h、48 h和72 h后采用視覺模擬評分法(VAS)所得評分值顯著大于對照組(P<0.05).

表3 延遲性肌肉酸痛(DOMS)測試

3 討論與分析

3.1各組膝關節(jié)伸展運動中肌肉活動的變化本研究結果似乎與已有的研究結果相矛盾.已有的研究比較了有無血流限制訓練對肌肉活動的影響，認為血流限制訓練能產生更高水平的肌肉活動.在已有的研究中[14]，不同情況下的主觀努力程度很可能不同，而在本文的研究中，在有無血流限制情況下受試對象的狀態(tài)均為最大努力程度.因此，本研究結果證實了Takarada等人[15]的研究結論：在低強度(20% ～ 40%1RM)限制血流訓練時EMG信號變強.盡管肌電信號變強不能直接證明II型纖維募集的更多，然而Krustrup等人[16]的研究結果表明，絕大多數的II型纖維可以在低負荷純向心活動缺血條件下被募集.

眾所周知，無論是靜力收縮還是動態(tài)收縮，肌肉血流量變化主要發(fā)生在收縮之間的松弛期[17].肌電圖指標在肌肉離心收縮階段的增加值得關注.因此，本研究認為缺血狀態(tài)下低強度運動到疲勞的過程中可能包含一個類似于離心訓練的過程，這可能是對照組產生差異的重要原因.低負荷運動到疲勞導致疼痛度增加，可能與大腿前群肌肉的缺血以及代謝產物的積累有關.如圖2和圖3所示，加壓組在第一組訓練中股外側肌RMS值顯著大于非加壓組(P<0.01)；在第二組訓練中，股外側肌RMS值也顯著大于非加壓組(P<0.05).加壓組股直肌在第二組訓練時，RMS值也出現(xiàn)顯著性增加(P<0.05).血流限制訓練能夠募集更多的快肌纖維，從而使肌電信號增強，進而使均方根RMS值變大.Abe等人[18]研究得出，在受限肢體和非受限軀干及臀部肌肉中引起肥大的最小抗阻訓練強度分別約為10% MVC和20% MVC.Laurention等人[19]通過8周、每周2次的20%1RM低強度膝伸展加壓訓練發(fā)現(xiàn)，膝伸展1RM提高了40.1%，股四頭肌CSA增加了6.3%.同樣，Abe等人[18]采用20%1RM強度進行8天、每天2次的加壓訓練.每次課進行3組蹲起和屈膝練習，重復15次，組間間歇30 s.結果顯示，加壓訓練組的深蹲和腿屈1RM分別增加17%和23%，股四頭肌、股二頭肌和臀大肌體積分別增加7.7%、10.1%和9.1%.這與已有的研究結果是一致的.

3.2各組膝關節(jié)伸展訓練后主觀用力感覺和延遲性肌肉酸痛變化本研究的另一目的是比較在有無血流限制條件下膝關節(jié)伸展練習后主觀用力感覺和延遲性肌肉酸痛變化的情況，以便確定BFR運動在導致延遲性肌肉酸痛反應中的相對作用.研究結果顯示，加壓組受試者主觀用力程度(RPE)顯著高于控制組，這可能與加壓訓練下肌肉缺血以及運動員不適應加壓訓練等原因有關.BFR運動導致受試者在運動結束24 h后的平均酸痛度為4.14分(滿分10分)，48 h后為5.57分，72 h后為3.4分.

一些研究表明，低強度BFR訓練可以增加肌肉力量和尺寸，能達到與高強度訓練相似的效果[8,15,20,].也有研究顯示了BFR運動對延遲性肌肉酸痛的影響：四組低強度BFR膝關節(jié)伸展運動導致的延遲性肌肉酸痛在10分制量表中占5.5分[12].值得注意的是，低負荷20%～30%運動在沒有BFR情況下也出現(xiàn)了延遲性肌肉酸痛(7分).本研究的結果表明，低強度BFR訓練產生的疼痛可與已有的實驗[21]中高強度訓練產生的疼痛相似.然而，并不是所有的指標在運動后都發(fā)生了顯著的改變.由于受試者個體差異的存在，指標變化的不一致是可接受的，這揭示出度量延遲性肌肉酸痛的指標中可能存在誤差.

雖然延遲性肌肉酸痛的確切解釋機制尚未完全搞清楚，但最初的損傷通常歸因于肌肉纖維的機械破壞和相關的損傷以及肌肉內興奮性收縮耦合的變化[22].有充足的實驗證明，肌肉離心動作強度較高時，會導致肌肉損傷和酸痛[22,23].與肌肉離心運動相比，本研究認為低強度BFR運動也能導致延遲性肌肉酸痛增加，這表明BFR運動導致延遲性肌肉酸痛機制可能與高強度離心運動導致肌肉酸痛的機制不同.雖然延遲性肌肉酸痛的產生原因尚不明確，但仍有必要簡要討論一下潛在的調節(jié)因子.

離心收縮導致延遲性肌肉酸痛的程度大于向心或等長收縮運動，或許與機械應力和損傷有關[24]，這是由于在相同的絕對負荷下，離心運動比向心運動需要更少的肌纖維招募[25].研究結果表明機械應力導致細胞骨架損傷和膜破壞，主要是由于進入肌肉細胞的Ca2+離子增加和某種蛋白水解酶的激活引起的[26].本研究中運動產生的延遲性肌肉酸痛，似乎不太可能是機械應力介導所致.血流限制訓練是另一種導致肌肉損傷的范式.一般肌肉通常被認為能夠耐受2.5 h的局部缺血，而骨骼肌耐受時間似乎更長[27-29].因此，BFR訓練可能導致缺血后再充血損傷，從而引起延遲性肌肉酸痛.缺血再灌注損傷也可能與活性氧的急劇增加有關，而活性氧被認為與肌肉損傷的誘導高度關聯(lián)[30,31].還有可能就是BFR訓練和機械應力合并對肌肉造成影響，共同導致了延遲性肌肉酸痛.

另外，因加壓帶所造成的壓迫損傷或增強的代謝性酸中毒也可能引起延遲性肌肉酸痛[5,7].在本研究中加壓帶造成影響的可能性較低，因為實驗所用加壓設備已經被證明是安全的.關于乳酸積累造成延遲性肌肉酸痛的病因學探討近來有所減弱[32,33].

4 結 語

急性膝關節(jié)血流限制伸展訓練可以使大腿前群股外側肌和股直肌激活程度增加;股內側肌激活程度未見明顯變化；血流限制方案實施過程中受試者主觀用力感覺等級隨訓練的深入呈逐漸增大的趨勢；低強度血流限制訓練能導致肌肉延遲性酸痛時間延長.

本研究仍存在一些不足之處.首先，測試中控制了受試對象的伸膝次數.然而標準化后的伸膝次數對不同運動員的影響是不同的，這可能會造成膝關節(jié)伸展實驗結果存在誤差.其次，本實驗，對受試對象進行了單側膝關節(jié)伸展訓練；如果對受試對象進行雙側膝關節(jié)伸展訓練，可能會產生不同的結果.