負(fù)重深蹲中施加不同動脈閉塞壓和間歇方式對大腿肌肉激活特征的影響*

李志遠(yuǎn)， 虞松坤， 李加鵬， 李玉章

(1. 浙江大學(xué)公共體育與藝術(shù)部， 杭州 310058； 2. 福建中醫(yī)藥大學(xué)體育部， 福州 350122； 3. 上海體育學(xué)院體育教育訓(xùn)練學(xué)院，上海 200438)

抗阻訓(xùn)練(resistance training，RT)是當(dāng)今一種流行的身體活動方式，其可以通過肌肉抵抗外部阻力以提高肌肉的健康水平。傳統(tǒng)抗阻訓(xùn)練采用70～85%1RM高強度來促進(jìn)肌肉肥大和力量增加[1]，而近來研究發(fā)現(xiàn)，20%～30%1RM低強度RT結(jié)合一定程度的血流限制可以達(dá)到與傳統(tǒng)抗阻訓(xùn)練相類似的肌肉肥大和力量增加效果[2]。這種目前在國際上流行的訓(xùn)練方法稱為“血流限制訓(xùn)練”(blood flow restriction training，BFRT)，也被稱為“加壓訓(xùn)練”(KAATSU Training)[3,4]。以往研究中，多采用絕對壓力值或根據(jù)靜息時肱動脈收縮壓(Brachial systolic blood pressure，BSBP)所計算出的值來確定外部限血壓力[5]，而近年來，采用特定于根據(jù)個人大腿圍推斷出的動脈閉塞壓(arterial occlusion pressure，AOP)計算出的動脈閉塞壓百分比(%AOP)得到了普遍應(yīng)用和推廣[6]。Loenneke等[7]以成年男子為對象，通過進(jìn)行不同相對壓力條件下的加壓等速膝伸展練習(xí)，比較股四頭肌激活程度的研究結(jié)果顯示，在40～50%AOP范圍內(nèi)限血壓相對值可能會在一定程度上改變肌肉即時性反應(yīng)，提高肌肉激活水平，更高的壓力則不會引起上述變化。但是，此范圍是否同樣適用于高水平運動員群體還有待于進(jìn)一步驗證。同時，以上壓力范圍是否在負(fù)重深蹲時對下肢各肌群激活會達(dá)到同種程度的影響，以及同種外部壓力條件下間歇方式改變時下肢肌肉激活特征具有哪些差異，都有待于進(jìn)一步的研究。

基于此，本研究旨在探討負(fù)重30%1RM深蹲練習(xí)中，施加不同動脈閉塞壓和間歇方式對男子手球運動員大腿肌群激活程度的影響，找出引起大腿前、后肌群最大激活的最佳限血壓力范圍，進(jìn)而為加壓訓(xùn)練的科學(xué)普及與應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)和實際參考。

1 對象與方法

1.1 受試者

募集北京男子手球隊一線10名運動員為受試者，年齡：(20.3±1.9)歲，身高：(190.0±7.7) cm，體重：(90.9±15.2)kg，運動等級為一級以上，運動員身體健康，均無下肢損傷史。

1.2 主要實驗儀器

全自動加壓訓(xùn)練儀和加壓帶(KAATSU Master，日本產(chǎn))、無線表面肌電測試系統(tǒng)(Wave plus，意大利產(chǎn))、電極片、數(shù)碼攝像機(Panasonic HC-V100，日本產(chǎn))、線性傳感器設(shè)備(GymAware，澳大利亞產(chǎn))等。

1.3 試驗設(shè)計

采用間歇方式和施壓強度的雙因素交叉實驗設(shè)計，其中，間歇方式選擇：間歇期除壓休息形式(Int)和間歇期不除壓的休息形式(Con)兩種；施加不同動脈閉塞壓(下文簡稱“施壓”)強度選擇：無壓力、40%AOP、50%AOP和60%AOP四種。其中，組間間歇采用60 s；不同施壓練習(xí)間隔48 h。

1.3.1 實驗流程 受試者在進(jìn)行肌電測試實驗前72 h進(jìn)行1RM測試和大腿圍度測量。肌電測試當(dāng)天，受試者到達(dá)實驗室進(jìn)行8 min準(zhǔn)備活動后，告知受試者實驗流程，安放表面電極，連接電極線，進(jìn)行下肢8塊肌肉最大自主收縮測試(maximum voluntary contraction，MVC)，同時記錄對應(yīng)肌肉表面肌電信號。具體測試方法：① 受試者坐在椅子上，雙腳自然下垂并懸空，背部緊靠在椅背上，兩臂置于體側(cè)，軀干與大腿成90°，右側(cè)大腿與小腿成90°時盡力伸膝，同時測試人員在腳踝上端施加阻力對抗伸膝力量以測取股直肌、股內(nèi)側(cè)肌和股外側(cè)肌的MVC值；② 受試者俯臥于瑜伽墊上，雙手自然放于身體兩側(cè)，右膝關(guān)節(jié)彎曲，小腿與水平面約成20°時盡力屈膝，同時測試人員在腳踝部位上端施加阻力對抗屈膝力量以測取股二頭肌和半腱肌的MVC值。

MVC測試后，進(jìn)行加壓逐漸增強的“加壓——除壓”熱身體驗3 min，最后進(jìn)行加壓深蹲練習(xí)測試。深蹲動作測試要求受試者站立于史密斯深蹲架上，雙目平視，雙腳自然分開，下蹲至膝關(guān)節(jié)角度為60°～70°后(大腿近似平行于地面)，以最快速度蹲起，蹲起時要求髖、膝同時伸展，最后有提踵動作。用線性傳感器隨時監(jiān)控每次蹲起杠鈴桿的峰值速度，并使其在1.1 m/s以上，確定為發(fā)展下肢快速力量的速度范圍。使用關(guān)節(jié)角度計測定并監(jiān)控運動過程中關(guān)節(jié)角度，用于口頭提醒受試者。通過多次練習(xí)熟悉并掌握動作要領(lǐng)后開始正式實驗。同時，采用節(jié)拍器控制蹲起動作的節(jié)奏，本研究規(guī)定蹲起動作為3秒/次，下蹲2 s，蹲起1 s。受試者根據(jù)節(jié)拍器來控制每次動作的時間和節(jié)奏。

動脈閉塞壓施加依據(jù)根據(jù)Loenneke等人[7]的所繪制的動脈閉塞壓與大腿圍關(guān)系對應(yīng)表來設(shè)定每個人限血壓相對值(表1)。依次按照如下：(1)無加壓；(2)40%AOP；(3)50%AOP；(4)60%AOP順序完成，每種間隔48 h。4種加壓的負(fù)重深蹲訓(xùn)練方案，每種方案練習(xí)四組，第一組到第四組的重復(fù)次數(shù)依次為30+15+15+15次，每次盡最大速度向上蹲起，組間間歇60 s。間歇方案為組間除壓休息和組間不除壓持續(xù)加壓下休息。

Tab. 1 Table of correspondence between arterial occlusion pressure and thigh circumference

受試者分別完成深蹲，記錄下肢8塊肌肉肌電圖，通過分析肌電圖，探討不同外部壓力對下肢肌肉激活的差異，找出引起最大肌肉激活的個人動脈閉塞壓相對值。

1.3.2 1RM測試和大腿圍度測試

(1)1RM測試

采用線性傳感器GymAware，利用負(fù)荷與速度的關(guān)系確定運動員的1 RM，通過負(fù)荷遞增測試法計算運動員負(fù)重深蹲時最大力量[8]。在測試過程中，第一組蹲起的速度要大于1 m/s，最后1組蹲起的速度要在0.5 m/s以下。每次測試組數(shù)大約3～5組，每組遞增負(fù)荷在20～30 kg，根據(jù)運動員體重和力量情況來確定。

(2)大腿圍度測試

受試者兩腿分開與肩同寬，兩腿平均負(fù)擔(dān)體重，將皮尺放在后臀下方橫紋處，水平測量大腿一周的圍度。左右腿各測量3次，取其平均值。每一級加壓的壓力設(shè)定根據(jù)左、右大腿圍度而設(shè)定(表1)。

1.3.3 表面肌電數(shù)據(jù)的采集與處理

(1)電極片貼放位置與要求

選取右側(cè)的股直肌(rectus femoris，RF)、股內(nèi)側(cè)肌(vastus medialis，VMO)、股外側(cè)肌(vastus lateralis，VLO)、股二頭肌(biceps femoris，BF)、半腱肌(semitendinosus，SEM)為測試肌肉。根據(jù)The ABC of EMG手冊[9]中的要求安放電極，安放前對皮膚進(jìn)行清潔，刮除汗毛，用砂紙清除皮膚角質(zhì)，再用75%醫(yī)用酒精擦拭，去除皮膚表面的油脂。表面電極片安放于肌肉肌腹最隆起的部分，順著肌纖維走向進(jìn)行固定，避免因振動引起的干擾。

(2)數(shù)據(jù)采集與處理

每次測試蹲起動作開始前，開啟攝像機和肌電采集系統(tǒng)，使其處于準(zhǔn)備狀態(tài)，受試者開始動作后開啟采集系統(tǒng)采集肌電信號數(shù)據(jù)。根據(jù)實驗同步錄像，選取第一組到第四組練習(xí)的所有肌電圖。采用Emgserver儀器配套分析軟件對原始肌電數(shù)據(jù)進(jìn)行整流、濾波、平滑和標(biāo)準(zhǔn)化處理。肌肉激活水平選取指標(biāo)為均方根振幅值(root mean square，RMS)，在原始肌電圖上選取肌肉用力的范圍，取RMS平均值。RMS標(biāo)準(zhǔn)化處理采用[10]：將MVC測試時獲得的每塊肌肉的肌電RMS定義為最大值，在各組運動中獲得的肌電RMS值除以MVC狀態(tài)下的RMS值來表示，單位為%。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1 外部加壓和間歇時間對負(fù)重深蹲中大腿肌群的激活程度總體影響

由表2可知，除壓間歇負(fù)重深蹲模式下，40%AOP、50%AOP和60%AOP加壓練習(xí)時大腿肌肉激活百分比與無加壓練習(xí)相比，均呈現(xiàn)不同程度的增加，股直肌分別增加8.5、9.5和6.9，股外側(cè)肌分別增加5.5、8.1和10.0，股內(nèi)側(cè)肌分別增加3.8、5.9和3.6，股二頭肌分別增加6.5、8.0和7.3，半腱肌分別增加3.8、5.9和9.6；持續(xù)練習(xí)時，與無加壓條件相比，40%AOP、50%AOP和60%AOP加壓條件下肌肉激活百分比也均呈現(xiàn)不同程度的增加，股直肌分別增加7.1、9.6和5.8，股內(nèi)側(cè)肌分別增加 7.6、9.0和6.5，股外側(cè)肌分別增加6.5、10.3和 5.0，股二頭肌分別增加6.7、8.4和2.5，半腱肌分別增加1.9、4.6和3.2。整體比較來看，大部分肌群在實施50%AOP條件下的誘發(fā)激活程度更大，而60%AOP時反而呈略下降趨勢。這充分說明了并非加壓越大越好，有一個適宜的加壓范圍。

Tab. 2 Summary data of the normalized values of RMS of thigh for external pressure and intermittent mode(%, n=10)

2.2 多重對比分析

由表3可知，經(jīng)雙因素方差分析，施加動脈閉塞壓對股直肌和半腱肌的誘發(fā)激活值具有顯著性影響(P<0.05)，對股內(nèi)側(cè)肌、股外側(cè)肌和股二頭肌誘發(fā)激活值的差異具有顯著性(P<0.01)；而間歇方式對所測肌肉誘發(fā)激活值均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)；外部加壓和間歇方式對所測肌肉肌電的交互作用均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。由此可見，外部施加的AOP是影響低負(fù)重肌肉激活程度大小的主要因素。

由表2可知：除壓間歇練習(xí)時40%AOP和50%AOP相比于無加壓條件，其股直肌的誘發(fā)激活值顯著增加(P<0.05)；50%AOP和60%AOP相比于無壓力條件，股內(nèi)側(cè)肌的誘發(fā)激活值增加顯著(P< 0.05)；50%AOP相比于無加壓條件，其股外側(cè)肌的誘發(fā)激活值顯著增加(P< 0.05)。另外，持續(xù)練習(xí)時40%AOP相比于無加壓條件，其股外側(cè)肌的誘發(fā)激活值顯著增加(P<0.05)，50%AOP相比于無加壓條件，其股直肌、股內(nèi)側(cè)肌和股外側(cè)肌的誘發(fā)激活值顯著增加(P<0.05)。

由表2比較結(jié)果可知：50%AOP相比于無加壓條件，無論是除壓間歇還是非除壓持續(xù)加壓練習(xí)中，股二頭肌和半腱肌誘發(fā)激活值均顯著增加(P< 0.05)；另外，60%AOP相比于無加壓條件，間歇練習(xí)時，僅半腱肌誘發(fā)激活值顯著增加(P<0.05)。

Tab. 3 Two-factor analysis of variance of the normalized values of RMS of thigh during external pressure and intermittent mode

3 討論

3.1 不同施壓刺激模式對負(fù)重蹲起動作中肌肉激活機制

許多研究表明，低強度加壓訓(xùn)練可以增加活動肌肉的EMG振幅值[11,12]，導(dǎo)致肌電活動增加的主要原因是由于肌肉內(nèi)代謝產(chǎn)物的“超負(fù)荷”，如肌肉在血流限制條件下進(jìn)行收縮所造成肌內(nèi)缺氧和代謝產(chǎn)物的堆積，可以通過刺激Ⅲ和Ⅳ傳入中樞促進(jìn)肌纖維的募集，這可能導(dǎo)致α運動神經(jīng)元的抑制，募集更多的肌纖維以維持力量和防止傳導(dǎo)失敗[13]。也有研究指出，在低強度加壓訓(xùn)練中，被限制的肢體內(nèi)血流被限制，導(dǎo)致肌肉內(nèi)血乳酸濃度升高，氧供應(yīng)相對不足，為了補充能量供應(yīng)下降導(dǎo)致的發(fā)力不足，更多的快肌纖維被募集參與運動[14,15]。因此，加壓訓(xùn)練誘導(dǎo)的肌肉激活程度的增加可能是引起肌肉肥大反應(yīng)的重要因素之一[16]。

本研究探討了在低強度下肢多關(guān)節(jié)練習(xí)(負(fù)重蹲起)中加壓訓(xùn)練對大腿肌群激活程度的影響，本研究結(jié)果顯示(表2)，間歇和持續(xù)加壓30%1RM負(fù)重深蹲練習(xí)都可以導(dǎo)致大腿前群和大腿后群肌肉激活程度的增加。同時，還發(fā)現(xiàn)外部加壓刺激不僅提高股直肌、股內(nèi)側(cè)肌和股外側(cè)肌等伸膝關(guān)節(jié)主動肌的肌電振幅，而且也可以使股二頭肌和半腱肌等拮抗肌肌電振幅值提高。其中，50%AOP肌肉激活幅度最大。

3.2 外部加壓強度的變化對加壓負(fù)重蹲起中大腿肌肉激活特征分析

在抗阻訓(xùn)練中引起活動肌肉激活的最佳施加壓力范圍區(qū)間方面，不同研究中觀點不一。Yasuda等[17]探討了20%1RM強度的加壓屈肘練習(xí)時不同外部壓力對肱二頭肌激活的影響，結(jié)果得出，147～160 mmHg壓力范圍為引起肱二頭肌最大激活的最佳區(qū)間，可以在無不適感的同時募集更多的肌纖維。而Counts等[18]采用40%～90%AOP范圍進(jìn)行加壓屈肘練習(xí)，觀察不同壓力水平對肱二頭肌激活程度的影響的結(jié)果表明，肌肉激活程度不受外部壓力的影響，高低壓力對肌肉肥大、力量和耐力等方面產(chǎn)生的適應(yīng)效果相類似，但是高壓力會產(chǎn)生較高的不適感。因此該結(jié)果提示，采用低中壓力可以使活動肌肉在未產(chǎn)生不適感的同時發(fā)生積極性適應(yīng)反應(yīng)。Sumide等[19]發(fā)現(xiàn)，20%1RM強度加壓等速膝伸展練習(xí)中，50～150 mmHg壓力范圍可以在無不適感的同時有效增加股四頭肌的力量和肌肉耐力，而肌肉力量的增加則可以間接反映運動單位募集水平的提高。Loenneke等人[7]采用根據(jù)動脈閉塞壓百分比推算出的外部限血壓相對值的研究發(fā)現(xiàn)，在加壓等速膝伸展練習(xí)中，40%～50%AOP范圍可以提高股外側(cè)肌的激活水平，而更高的壓力則不會引起上述變化。

相比于以往研究中僅探討單關(guān)節(jié)動作而言，本研究采用多關(guān)節(jié)參與的深蹲練習(xí)，并附加30%1RM負(fù)重的結(jié)果顯示，施加不同動脈閉塞壓和不同間歇方式對大腿肌群激活程度的影響存在差異性，50%AOP無論在除壓間歇還是在非除壓持續(xù)練習(xí)中，相比于無加壓條件，不僅可以顯著提高股直肌、股內(nèi)側(cè)肌和股外側(cè)肌的激活水平，同時還可以提高股二頭肌和半腱肌的激活水平；而40%AOP的間歇和持續(xù)練習(xí)僅可以提高股直肌的激活水平；而60%AOP條件下，僅在除壓間歇練習(xí)時可以顯著提高股內(nèi)側(cè)肌和股二頭肌的激活水平的結(jié)果提示，相比于無壓力條件的負(fù)重深蹲練習(xí)而言，適宜外部壓力條件下的低強度加壓負(fù)重深蹲練習(xí)不僅可以提高伸膝關(guān)節(jié)主動肌的肌肉激活，而且還可以同時提高拮抗肌的肌肉激活。綜合以上結(jié)果表明，50%AOP的間歇加壓深蹲訓(xùn)練可以同時顯著提高大腿前群和后群的激活程度。這與Yasuda等人[22]研究得出的40%～50%AOP最佳范圍相類似，因此，50%AOP壓力不僅適用于單關(guān)節(jié)等速膝伸展運動，同樣也適用于多關(guān)節(jié)負(fù)重深蹲運動。在適用人群方面，不僅適用于普通男性，而且還適用于高水平男子手球運動員。

3.3 不同間歇方式對加壓負(fù)重蹲起中大腿肌肉激活特征分析

組間間歇方式也是影響活動肌肉激活特征的重要因素。有研究表明，較高外部壓力條件下的持續(xù)加壓練習(xí)可以使組織氧合大幅度減少和代謝壓力增加[20]，而多組加壓練習(xí)過程中肌肉激活程度的提高也與外部壓力強度有關(guān)聯(lián)[22]，因此許多研究中采用較高的壓力強度。另外，也有研究表明，較高壓力強度可能導(dǎo)致持續(xù)多組加壓訓(xùn)練不能完成，且存在較大的個體差異。同時，持續(xù)練習(xí)中期階段肌肉激活程度會達(dá)到一個瓶頸期，而在最后階段會導(dǎo)致神經(jīng)紊亂和能量供應(yīng)不足，且在移除袖帶后會產(chǎn)生持續(xù)疲勞[21,22]。以上可能是由于在加壓訓(xùn)練過程中磷酸肌酸濃度會處于較低的水平，而在間歇期間磷酸肌酸會發(fā)生再合成以保持充足的能量供應(yīng)。持續(xù)練習(xí)相比間歇練習(xí)而言，其間歇期間磷酸肌酸再合成不足，從而導(dǎo)致代謝產(chǎn)物堆積引起酸中毒，造成神經(jīng)紊亂和能量供應(yīng)不足。而間歇練習(xí)則不會發(fā)生上述情況，肌肉可以在磷酸肌酸合成充足的情況下進(jìn)行收縮，同時在解除加壓袖帶后可以避免疲勞的發(fā)生。Yasuda等[23]發(fā)現(xiàn)在較高外部壓力條件下，持續(xù)和間歇加壓屈肘練習(xí)時肱二頭肌激活程度相似。本研究雙因素方差分析結(jié)果也顯示，間歇方式對加壓深蹲練習(xí)時下肢肌群肌肉激活程度無顯著性影響。因此，考慮到訓(xùn)練后避免疲勞的產(chǎn)生，促進(jìn)肌肉功能盡快恢復(fù)，推薦高水平手球運動員在中等外部壓力條件下，采用間歇練習(xí)方式進(jìn)行加壓深蹲不僅更能取得較好的練習(xí)效果，還可以避免過度疲勞。

綜上，50%AOP施壓對高水平手球運動員在輕負(fù)重蹲起練習(xí)中，可以同時顯著提高股四頭肌和股后肌群的最佳激活程度，產(chǎn)生最佳訓(xùn)練效果，在間歇模式中推薦采用除壓間歇模式。