低強(qiáng)度臥推加壓訓(xùn)練對(duì)肌肉激活程度和主觀疲勞度的影響

車同同,李志遠(yuǎn),趙之光,魏文哲,孫 科,陳 沖

加壓訓(xùn)練(KAATSU training)是當(dāng)今國(guó)際盛行的一種力量訓(xùn)練方法,目前廣泛應(yīng)用于醫(yī)療康復(fù)[1-2]、大眾健身[3]和競(jìng)技訓(xùn)練[4-5]等領(lǐng)域。又稱為“血流限制訓(xùn)練”(Blood flow restriction training,BFRT)。訓(xùn)練中通過適當(dāng)限制血流,減少動(dòng)脈血流入肢體,抑制靜脈血從肌肉流出,造成肢體遠(yuǎn)端肌肉缺血、缺氧,能夠以20%～40% 1 RM 訓(xùn)練強(qiáng)度達(dá)到與65%以上傳統(tǒng)高強(qiáng)度抗阻訓(xùn)練相類似的肌肉圍度和肌力增加效果[6-7]。加壓訓(xùn)練可使血液中乳酸等代謝產(chǎn)物堆積、細(xì)胞腫脹膨大,從而促進(jìn)生長(zhǎng)激素分泌、提高蛋白質(zhì)合成速率[8]。同時(shí),蛋白質(zhì)合成速率的增加可促進(jìn)肌纖維增長(zhǎng),進(jìn)而使肌肉圍度和力量增大[9-10]。

在加壓訓(xùn)練所引起神經(jīng)肌肉適應(yīng)的研究中,Lauver 等人[11]發(fā)現(xiàn),低強(qiáng)度加壓離心運(yùn)動(dòng)可顯著提高神經(jīng)肌肉激活程度。而Mcleay[12]得出,低強(qiáng)度加壓運(yùn)動(dòng)過程中,隨著時(shí)間的延長(zhǎng),活動(dòng)肌肉肌電(Electromyography,EMG)信號(hào)的RMS值和MF 值會(huì)發(fā)生顯著性變化。目前加壓訓(xùn)練主要集中在對(duì)肌肉力量和爆發(fā)力的長(zhǎng)期適應(yīng)性影響[13-14],而急性低強(qiáng)度加壓抗阻訓(xùn)練的相關(guān)研究較少[15-16]?；诖?本研究旨在探討低強(qiáng)度臥推加壓訓(xùn)練對(duì)上肢圍度、上臂肌肉和胸大肌肌肉激活程度和主觀感覺等的急性影響,為加壓訓(xùn)練進(jìn)一步普及和應(yīng)用提供一定的理論支撐和實(shí)際指導(dǎo)。

1 研究對(duì)象和方法

1.1 研究對(duì)象

募集10 名首都體育學(xué)院籃球?qū)ｍ?xiàng)大學(xué)生為受試者,運(yùn)動(dòng)等級(jí)為二級(jí)以上,身體健康,無傷病史。所有受試者均被告知測(cè)試的安全注意事項(xiàng)和應(yīng)急方案,并自愿參與本研究。受試者基本信息如表1 所示。

表1 受試者基本情況()Table 1 Basic information of subjects()

表1 受試者基本情況()Table 1 Basic information of subjects()

1.2 研究方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)方案

所有受試者進(jìn)行自身對(duì)照實(shí)驗(yàn),分別在加壓狀態(tài)和無加壓狀態(tài)下進(jìn)行低強(qiáng)度平板臥推訓(xùn)練,兩次實(shí)驗(yàn)間隔72 h,以降低肌肉酸痛等反應(yīng)對(duì)訓(xùn)練結(jié)果的影響。加壓組:在加壓條件下完成平板臥推練習(xí)(根據(jù)節(jié)拍器,使動(dòng)作速度的離心階段為2 s,向心階段為1 s,盡量保持每個(gè)動(dòng)作的一致性。),采用日本KAATSU Master 加壓訓(xùn)練設(shè)備,將加壓帶綁于受試者上臂中上1/3 處,并與上臂縱軸垂直,加壓帶寬30 mm,捆綁壓為30 mmHg,充氣壓為160 mmHg,該壓力符合前人研究所規(guī)定的適宜壓力范圍[17-18]。加壓訓(xùn)練方案的練習(xí)的組數(shù)、次數(shù)、組間間歇時(shí)間根據(jù)Scott 等[19]所提出的加壓訓(xùn)練最佳負(fù)荷范圍設(shè)定,即進(jìn)行4 組,第1 組30 次,其余各組15 次,組間歇為60 s,負(fù)荷強(qiáng)度為30% 1 RM。非加壓組:訓(xùn)練方案與加壓組相比除無加壓狀態(tài)外其他完全一致。

在正式測(cè)試48 h 前,所有受試者進(jìn)行1 RM 測(cè)試。測(cè)試時(shí),先進(jìn)行5 min 熱身,3 min 牽拉。之后進(jìn)行正式實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)流程:加壓組:①最大自主收縮(Maximal Voluntary Contraction,MVC)時(shí)的RMS 測(cè)試;②無加壓條件下3 次連續(xù)臥推;③加壓條件下3 次連續(xù)臥推;④4 組加壓條件下的臥推(30+15+15+15 次,組間間歇60 s)訓(xùn)練,間歇期間持續(xù)加壓;⑤加壓條件下3 次連續(xù)臥推;⑥除壓條件下的3 次連續(xù)臥推;⑦M(jìn)VC 時(shí)的RMS 測(cè)試。前測(cè)1 前后各休息3 min,其他各條件測(cè)試項(xiàng)目間休息1 min,整個(gè)過程中記錄肌電。非加壓組:實(shí)驗(yàn)流程同加壓組一樣,只是整個(gè)過程在無加壓的狀態(tài)下進(jìn)行。如圖1 所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)流程Figure 1 Flow diagram of experiment

1.2.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試指標(biāo)

(1)上臂圍度測(cè)試。

實(shí)驗(yàn)前后實(shí)驗(yàn)人員用圍度尺測(cè)量受試者上臂圍度。分別在試驗(yàn)訓(xùn)練前、訓(xùn)練后即刻兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)測(cè)量。

(2)最大力量測(cè)試。

實(shí)驗(yàn)開始前利用線性傳感設(shè)備Gymaware(澳大利亞),通過負(fù)荷遞增測(cè)試法測(cè)量臥推時(shí)最大力量[20]。在測(cè)試過程中,監(jiān)控運(yùn)動(dòng)員推起的負(fù)荷與傳感器顯示的速度,利用負(fù)荷與速度的關(guān)系確定運(yùn)動(dòng)員的最大力量。第1 組臥推的峰值速度要大于1 m/s,最后1 組臥推的峰值速度要在0.32 m/s以下。每次測(cè)試組數(shù)大約3～5 組,每組遞增負(fù)荷在5～10 kg,根據(jù)運(yùn)動(dòng)員體重、力量情況來確定。

(3)表面肌電測(cè)試。

在運(yùn)動(dòng)過程中,利用表面肌電測(cè)試儀(Wave Plus 肌電儀,意大利)和3M 銀-氯化銀電極片采集受試者右側(cè)胸大肌(Pectoralis Major,PM)、三角肌前束(Anterior Deltoid Muscle,ADM)、肱二頭肌(Biceps Brachii,BB)和肱三頭肌肌電信號(hào)(Triceps Brachii,TB),使用雙電極片測(cè)試,二者連線與肌纖維走向一致。在測(cè)試開始前,開啟攝像機(jī)同時(shí),將肌電采集系統(tǒng)Waveplus Wireless EMG 調(diào)試,使其處于準(zhǔn)備狀態(tài),受試者開始動(dòng)作后開啟采集系統(tǒng)進(jìn)行采集肌電信號(hào)數(shù)據(jù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)同步錄像,選取整個(gè)練習(xí)的所有肌電圖。采用Emgserver 儀器配套分析軟件對(duì)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,在原始肌電圖上選取肌肉用力的范圍,取RMS 平均值和MF 值。

BB、TB、ADM 和PM 在MVC 時(shí)的RMS(簡(jiǎn)稱RMSmvc,下同)測(cè)試方法按如下要求進(jìn)行[21]:①BB:上臂水平前臂用力屈;②TB:上臂水平,前臂用力伸;③ADM:直臂前屈;④PM:肘關(guān)節(jié)呈90°,俯臥撐(測(cè)試人員向下按壓受試者雙肩)。同時(shí)記錄對(duì)應(yīng)肌肉表面肌電。每次測(cè)定過程中要求被試緩慢增加用力,3 s 后達(dá)到最大力量并持續(xù)最大用力5 s,肌肉緩慢放松3 s 到安靜狀態(tài)。每塊肌肉測(cè)試2 次,每次間歇1 min。

(4)主觀疲勞度(rating of perceived exertion,RPE)測(cè)試。

在前后測(cè)試(前測(cè)1 和后測(cè)2)和每組練習(xí)后,對(duì)受試者進(jìn)行主觀疲勞度測(cè)試(CR-10 量表)[22],分值0～10,主觀感覺從0 非常輕松到10 相當(dāng)吃力且?guī)缀醪荒芘e起該重量。

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

所有數(shù)據(jù)采用Excel 2016 和SPSS 20.0 軟件處理,用平均值± 標(biāo)準(zhǔn)差()表示。采用重復(fù)測(cè)量雙因素方差(ANOVA)分析(加壓×?xí)r段)對(duì)兩次實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練前測(cè)1、2 和后測(cè)1、2 時(shí)段臥推時(shí)上肢肌群的RMS 值和MF 值進(jìn)行差異性檢驗(yàn),以及兩次實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練前后上臂圍度和上肢肌群MVC 條件下RMS 值同樣采用重復(fù)測(cè)量方差分析進(jìn)行差異性檢驗(yàn)。以上差異性檢驗(yàn)顯著性水平取0.05。

2 研究結(jié)果

2.1 實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練后上臂圍度的急性變化

由表2 可知,實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練后加壓組上臂圍度非常顯著性增加(P＜0.01),非加壓組訓(xùn)練后也顯著增加(P＜0.05)。且加壓組上臂圍度增長(zhǎng)率顯著大于非加壓組(P＜0.01)。

表2 加壓組與非加壓組實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練后上臂圍度的變化()單位:cmTable 2 Changes of upper limb circumference in the KAATSU group and the non-KAATSU group after experimental training()Unit:cm

表2 加壓組與非加壓組實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練后上臂圍度的變化()單位:cmTable 2 Changes of upper limb circumference in the KAATSU group and the non-KAATSU group after experimental training()Unit:cm

注:測(cè)試前與測(cè)試后比較,**,P＜0.01;*,P＜0.05;#加壓組與非加壓組變化率比較,##,P＜0.01;#,P＜0.05,下同。

2.2 實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練后各肌肉RMSMVC值的急性變化

表3 中顯示,實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練后,加壓組TB、ADM 和PM 的RMSMVC值值顯著增大(P＜0.05),非加壓組ADM 的RMSMVC值顯著增大(P＜0.05)。以及加壓組TB 和PM 在MVC 時(shí)的RMS 值顯著大于非加壓組(P＜0.05)。

表3 加壓組與非加壓組實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練后各肌肉RMSMVC值的變化()Table 3 Changes of RMS value of MVC in each muscle after experimental training in the KAATSU group and the non-KAATSU group()

表3 加壓組與非加壓組實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練后各肌肉RMSMVC值的變化()Table 3 Changes of RMS value of MVC in each muscle after experimental training in the KAATSU group and the non-KAATSU group()

2.3 實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練前、后各肌肉平均RMS 值和MF 值的急性變化

如圖2 顯示,加壓組BB 在后測(cè)1 時(shí)的MF 值明顯小于非加壓組(P＜0.05)。加壓組在后測(cè)1 和后測(cè)2 時(shí),TB 的RMS 值明顯大于非加壓組(P＜0.05)。TB 的MF 變化值的顯示中,加壓組在后測(cè)1 明顯小于非加壓組(P＜0.05)。加壓組在后測(cè)1 和后測(cè)2 時(shí),ADM 的RMS 值大于非加壓組(P＜0.05)。加壓組在后測(cè)1 的MF 值較非加壓組均成顯著降低(P＜0.05)。加壓組在后測(cè)1 和后測(cè)2 時(shí),PM 的RMS 值明顯大于非加壓組(P＜0.05),前測(cè)2 基本無變化。同樣,加壓組在后測(cè)1 和后測(cè)2 時(shí),PM 的MF 值明顯小于非加壓組(P＜0.05)。

圖2 實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練前、后測(cè)各肌肉平均RMS 值和MF 值的變化Figure 2 Acute changes of average RMS and MF values of muscles before and after experimental training

2.4 實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練狀態(tài)下各組臥推運(yùn)動(dòng)中肌肉RMS 值的急性變化

如圖3 所示,加壓組在第2～4 組訓(xùn)練中BB 和TB 的RMS 值均顯著大于非加壓組(P＜0.05),但BB 的RMS 值在第一組練習(xí)時(shí),加壓組略小于非加壓組,加壓組第1 組練習(xí)時(shí)TB 的RMS 值顯著大于非加壓組(P＞0.05)。

圖3 每組臥推時(shí)血流受限部位肌肉RMS 值的變化Figure 3 Changes of RMS value of muscles with blood flow restriction during bench press in each group

如圖4 所示,加壓組第4 組訓(xùn)練時(shí)ADM 的RMS 值均顯著大于非加壓組(P＜0.05)。同樣,加壓組第4 組訓(xùn)練時(shí)PM 的RMS 值均大于非加壓組,但只有第3 組和第4 組成顯著增加(P＜0.05)。

圖4 每組臥推時(shí)血流非受限部位肌肉RMS 值的變化Figure 4 Changes of RMS values of muscles without blood flow restriction during bench press in each group

2.5 實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練主觀體力感覺測(cè)試(RPE)結(jié)果

如表4 所示,加壓組4 組練習(xí)結(jié)束后主觀疲勞度均顯著大于非加壓組(P＜0.01),后測(cè)2 結(jié)束后主觀體力感覺較非加壓組成顯著增加(P＜0.05)。

表4 實(shí)驗(yàn)過程中受試者主觀疲勞評(píng)分) Unit:cmTable 4 RPE score of subjects during the experiment ) Unit:cm

表4 實(shí)驗(yàn)過程中受試者主觀疲勞評(píng)分) Unit:cmTable 4 RPE score of subjects during the experiment ) Unit:cm

注:加壓組與非加壓組相比,**,P＜0.01。

3 討論與分析

3.1 實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練后上臂圍度的比較分析

人類骨骼肌對(duì)與抗阻訓(xùn)練相關(guān)的急性和長(zhǎng)期刺激都會(huì)產(chǎn)生適應(yīng)性反應(yīng),肌肉圍度增加是加壓訓(xùn)練主要的作用之一。前人研究表明,加壓訓(xùn)練對(duì)上下肢遠(yuǎn)端肌肉橫截面積有顯著增大效果[23-25]。一次20% 1 RM 強(qiáng)度的加壓膝關(guān)節(jié)伸展運(yùn)動(dòng)可以增加股外側(cè)肌蛋白合成和Akt/mTOR 信號(hào)通路,從而引起股外側(cè)肌肥大[14]。也有研究表示,在急性低強(qiáng)度加壓訓(xùn)練前、中、后期,肌肉損傷和氧化應(yīng)激(過氧化脂物)的血漿標(biāo)記物沒有升高[26-27],說明急性低強(qiáng)度加壓訓(xùn)練后肌肉肥大的快速反應(yīng)與肌肉損傷或肌肉組織炎癥引起的細(xì)胞腫脹無關(guān)。本研究的結(jié)果與前人研究觀點(diǎn)相似,急性上肢低強(qiáng)度臥推加壓訓(xùn)練后上臂圍度顯著增加。主要是由于加壓訓(xùn)練減少動(dòng)脈血流入肢體,限制靜脈血回流,造成局部肌細(xì)胞缺血低氧的內(nèi)環(huán)境,使乳酸等酸性物質(zhì)的堆積和PH 值下降,形成濃度梯度,促使肌肉細(xì)胞外液進(jìn)入細(xì)胞內(nèi),引起細(xì)胞腫脹,從而導(dǎo)致肢體圍度急性增大。

3.2 實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練后上肢肌肉RMSMVC值變化比較分析

如表3 所示,低強(qiáng)度臥推訓(xùn)練方案后加壓組BB、TB、ADM 和PM 在MVC 時(shí)的RMS 值均大于非加壓組,且TB 和PM 呈顯著提高。這可能由于在加壓訓(xùn)練的過程當(dāng)中限制了肢體血液的流動(dòng),減少動(dòng)脈血流入肢體,動(dòng)脈血流量減少,造成遠(yuǎn)端肌肉活動(dòng)供氧不足,此時(shí)以有氧代謝為主的慢肌纖維的募集會(huì)受到抑制,取而代之的是不依賴于有氧代謝的快肌纖維的募集和激活,所以加壓訓(xùn)練后各肌肉RMSMVC值增大,其中TB 和PM 是臥推動(dòng)作的原動(dòng)肌,因此激活程度明顯提高。

還有研究表明,力竭性加壓訓(xùn)練后短時(shí)間內(nèi)肌肉MVC呈下降趨勢(shì)。Loenneke 等[28]通過單膝伸展練習(xí)實(shí)驗(yàn)得出,加壓腿與不加壓腿訓(xùn)練后膝關(guān)節(jié)伸肌群MVC 都減小。Thiebaud 等[29]得出,屈肘離心、向心加壓訓(xùn)練時(shí),向心收縮MVC 值即刻下降36%,離心收縮MVC 值下降12%,而后1～4 天未見明顯變化,但1 天和2 天時(shí)觀察到離心加壓手臂肌肉出現(xiàn)延遲性酸痛。另外,Umbel 等[30]發(fā)現(xiàn),單側(cè)膝伸展加壓訓(xùn)練24 h 后向心收縮MVC 值下降9.8%,離心收縮MVC 值下降3.4%。96 h MVC 恢復(fù)正常。MVC 值下降原因可能與肌肉延遲性酸痛有關(guān)。此外,訓(xùn)練后MVC 值的增大和減小,也可能由于受試者自身訓(xùn)練水平或力量基礎(chǔ)不同,以及訓(xùn)練負(fù)荷強(qiáng)度和量度大小不同所致。

3.3 實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練前、后測(cè)上肢肌肉RMS 值和MF 值的變化對(duì)比分析

肌電信號(hào)MF 值是反映肌肉疲勞程度的常用指標(biāo),神經(jīng)肌肉疲勞的程度隨著相對(duì)血管限制的作用而變化。RMS 值表示肌肉激活程度,急性加壓抗阻訓(xùn)練能夠增加肌電圖RMS 值。研究表明,低強(qiáng)度加壓練習(xí)時(shí),RMS 值逐漸增加[31-32]。如圖2 所示,BB 和ADM 前測(cè)2 時(shí)RMS 值急性增加,且大于非加壓組。4 組訓(xùn)練后,后測(cè)1 時(shí)加壓組TB、ADM 和PM 的RMS 值明顯大于非加壓組。4 組訓(xùn)練中,BB、TB 和PM 的RMS 值逐組遞增,此與前人研究結(jié)果一致。加壓組BB、TB、ADM 和PM 的MF 值在后測(cè)1 時(shí)均顯著小于非加壓組,造成以上結(jié)果的原因可能是由于加壓組在訓(xùn)練時(shí)肌肉更容易疲勞所致。Yasuda 等[17]又進(jìn)行單側(cè)屈肘練習(xí)實(shí)驗(yàn),得出加壓訓(xùn)練組BB 的iEMG 信號(hào)強(qiáng)度大于無加壓組,且肌肉激活程度大,本研究均與前人研究的觀點(diǎn)一致。加壓組PM 在后測(cè)1 和2 時(shí)的RMS 值均顯著大于非加壓組,而MF值均顯著小于非加壓組。本研究結(jié)果支持Yasuda 等[15]的觀點(diǎn),即在加壓臥推練習(xí)時(shí),iEMG 值在血流量受限的上臂肌和非受限的PM 和ADM 協(xié)同增加,PM 和ADM 更大的肌肉激活程度可能是為了彌補(bǔ)肱TB 力量發(fā)展的不足。

3.4 實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練時(shí)各組臥推運(yùn)動(dòng)過程中肌肉RMS 值的對(duì)比分析

在加壓條件下多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)中,肢體和軀干肌肉的肌電活動(dòng)都會(huì)增強(qiáng),目前原因尚不清楚。由圖3、4 可以看出,在低強(qiáng)度的加壓臥推練習(xí)中,可以觀察到BB、TB、ADM 和PM 的肌電活動(dòng)都有所增加?？梢缘贸黾訅河?xùn)練過程中肌電活動(dòng)的增強(qiáng)是由四肢肌肉和非受限軀干肌肉通過肩關(guān)節(jié)協(xié)同作用來實(shí)現(xiàn)的。此外,Madarame 等[33]提出,雖然加壓訓(xùn)練中血流受限的部位僅限于四肢,但它可能間接地增強(qiáng)對(duì)近端肌肉的訓(xùn)練效果,如腹部和背部肌肉等非受限肌群,發(fā)生訓(xùn)練增益效果的轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。是由于加壓訓(xùn)練除了發(fā)展練習(xí)部位的肌肉力量,還可以產(chǎn)生大量合成效應(yīng)的激素[34-35],如生長(zhǎng)素,他們會(huì)隨血液循環(huán)擴(kuò)散到全身,如果其他部位的肌肉在此前后有訓(xùn)練刺激,即可以幫助該部位肌肉和其他組織合成,使未加壓部位產(chǎn)生訓(xùn)練效果。本文中未受限部位肌肉活動(dòng)的變化可能與加壓訓(xùn)練增益效果的轉(zhuǎn)移現(xiàn)象有關(guān)。

3.5 實(shí)驗(yàn)過程中主觀疲勞度測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析

表4 中結(jié)果顯示,受試者在前測(cè)1(無加壓)疲勞程度低,阻力對(duì)手臂刺激較小。而在隨后的4 組練習(xí)中,疲勞程度逐漸增加,且加壓組每組練習(xí)時(shí)均顯著大于非加壓組。以上結(jié)果表明,在加壓訓(xùn)練的狀態(tài)下主觀疲勞度更加強(qiáng)烈,支持了前人[36]所提出的假設(shè),盡管在高強(qiáng)度阻力練習(xí)中完成了更高的總工作量,但低強(qiáng)度加壓訓(xùn)練顯示出更高的主觀疲勞度。在持續(xù)加壓訓(xùn)練的作用下,可能會(huì)導(dǎo)致肌肉神經(jīng)錯(cuò)亂和能量供應(yīng)不足為了彌補(bǔ)能量供應(yīng)變化導(dǎo)致的發(fā)力不足,更多快肌纖維參與運(yùn)動(dòng),此時(shí)肌電信號(hào)反應(yīng)強(qiáng)烈。除去加壓帶后(后測(cè)2),受試者疲勞相對(duì)減輕,但仍保留著肌肉的激活程度。

4 結(jié)論

低強(qiáng)度臥推加壓訓(xùn)練可以顯著提高原動(dòng)肌肱三頭肌、三角肌前束和胸大肌激活程度,訓(xùn)練過程中肌電活動(dòng)的增強(qiáng)是通過四肢肌肉和軀干肌肉協(xié)同作用來實(shí)現(xiàn)的。低強(qiáng)度臥推加壓訓(xùn)練較無加壓時(shí)主觀疲勞度更為強(qiáng)烈,且上臂圍度增大顯著。