低负荷动态膝关节伸展时血流限制对大腿前群肌肉活动的急性影响

郑永利 车同同 陈 冲

(1)北京市木樨园体育运动技术学校，100075，北京； 2)首都体育学院，100088，北京； 3)北京市体育科学研究所，100075，北京)

在过去十几年里，低负荷血流限制训练(Blood Flow Restriction Training，BFRT)作为一种新型的在康复环境中增加肌肉力量和尺寸的训练方法受到广泛的关注.相关研究认为，低强度血流限制训练可使肌肉力量得到很好地发展，其增长速度与常规力量训练相当[1,2]，有时甚至更快[3,4].在大腿根部利用加压带进行中度血流量限制(Blood Flow Restriction，BFR)，在低至最大力量的20%～30%的负荷下进行的阻力训练，对肌肉蛋白的合成和生长激素的释放具有强大的刺激作用[5,6].长期进行BFR训练已被证明可以增加骨骼肌的质量和力量[7,8].

本文研究目的之一是探究血流限制性运动诱导迟发性肌肉酸痛的程度，并与无血流限制条件下运动方案的效果进行比较.目前，关于血流限制训练后引发延迟性肌肉酸痛反应的系统研究甚少.而对血流限制训练长期适应性效果的研究较多[9-11].此外，有研究认为，当不间断地进行动态膝关节伸展直至力竭时，有无血流限制引起的急性疼痛评分几乎没有差异.这表明缺血是由运动本身引起的[12].因此，本研究主要讨论在血流限制下膝关节伸展运动对大腿前群肌肉活动的急性影响，通过肌电图(EMG)检测肌肉活动以探讨有无血流限制对肌肉活动影响的差异，并研究训练中自感疲劳用力程度和训练后延迟性肌肉酸痛的变化情况.

1 研究对象和方法

1.1受试者受试者为6名手球运动员，运动等级为一级以上，身体健康，无伤病史,均被告知测试程序以及其中的风险和益处，并自愿参与本研究.在主要测试前三天，告知参与者不要进行大腿前群肌肉训练.受试者基本信息如表1所示.

表1 受试者基本信息

1.2运动方案所有受试者均要进行自身对照实验，分别在血流限制状态(血流限制组或加压组)下和无血流限制状态(对照组)下进行低强度膝关节伸展练习.随机选取半数受试者首先在限制血流状态下练习，间隔 72 h后再进行常规练习，另外半数受试者则相反，使用相当于30%最大力量(1 Repetition Maximum,1 RM)进行3组膝关节伸展练习.练习方案如下：第1组 30次× 2 s/次，间歇60 s;第2组 15次× 2 s/次，间歇60 s;第3组 15次× 2 s/次，间歇60 s.

1.3膝关节伸展最大静力测试要求膝关节伸展最大静力测试要求如下：在主测试前一周，受试者在可变阻力膝关节伸展器中测试每条腿的单侧1RM力量.由于所有参与者都熟悉动态的膝关节伸展运动，所以只有1个环节专门用于力量测试.1RM测试依据Staron等人[13]制定的方案.动作要求如下：受试者平坐在膝关节延伸机上，从膝关节弯曲90°开始，至膝关节伸展180°停止，屈伸动作各1 s.

1.4血流限制方案在血流限制训练开始前，受试者站立，在受试者大腿上部三分之一处，垂直大腿纵轴方向缠绕上一条专用的弹性加压带.绑带内装有气囊，与气压控制系统相连，该系统可以监测和控制压力.为使受试者下肢的血管逐渐适应血流限制带来的血压变化，采用如下方式逐渐提高充气压力：绑好后，捆绑压达到40 mmHg，再向绑带内充气，直至气压达到 100 mmHg，持续20 s，释放气压5 s；然后充气至120 mmHg，保持20 s，再释放气压5 s.重复这一过程，直到最终气压达到200 mmHg.

1.5肌电测试方案在运动过程中，利用表面肌电测试仪和3 M银-氯化银电极片采集受试者右侧大腿股内侧肌(VMO)、股直肌(RF)和股外侧肌(VLO)的肌电信号.实验中使用双电极片测试，电极片连线与肌纤维走向一致，如图1所示.电极粘贴前，用酒精棉擦拭受试者皮肤，以降低皮肤阻抗，保证电极可以良好附着.实验选取的指标为反映肌肉激活程度的振幅均方根(RMS)，在原始肌电图上选取肌肉用力的平均范围.

图1 肌电安放位置

1.6主观用力感觉(RatingofPerceiredExertion,RPE)测试在每组练习后，参与者要对自身的主观疲劳程度进行评分，量表为CR-10(Borg, 1998)，分值从小到大为0～10，其中0为非常轻松，2为轻松，4为较为轻松，6为较为吃力，8为很吃力，10为相当吃力且几乎不能举起该重量.

1.7延迟性肌肉酸痛(DelayedOnsetMuscleSoreness，DOMS)测试延迟性肌肉酸痛(DOMS)的程度分别在运动后24 h、48 h和72 h采用视觉模拟评分法(VAS)进行测定.VAS的0分值表示“完全不疼痛”，10分值表示“极度肌肉疼痛”[12].

1.8数据统计方法所有数据都表示为平均值±标准差(M±SD)的形式.实验运用SPSS 20.0 软件采用重复测量方差分析(Repeat Measure ANOVA)对血流限制组和对照组运动过程中的肌电RMS值、RPE值和延迟性肌肉酸痛DOMS值进行统计分析，对血流限制组和对照组数据进行配对样本t检验，统计学意义为P<0.05.

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2 研究结果

2.1各组膝关节伸展运动中肌肉激活程度由图2可知，三组训练过程中，加压组在第一组训练中股外侧肌RMS值显著大于非加压组(P<0.01)；在第二组训练中，股外侧肌RMS值也显著大于非加压组(P<0.05)；第三组则未出现显著差异(P>0.05).

图2 各组训练中股外侧肌RMS值

由图3可知，在第二组训练时，加压组股直肌RMS值出现显著性增加(P<0.05).而在第一组和第三组训练时，加压组股直肌RMS值未出现显著性变化(P>0.05).

图3 各组训练中股直肌RMS值

由图4可知，在三组训练过程中，加压组股内侧肌均无显著性变化(P>0.05).

图4 各组训练中股内侧肌RMS值

2.2各组膝关节伸展训练后主观用力感觉(RPE)差异由表2可知，三组训练过程中，加压组RPE值显著大于对照组(P<0.01).

表2 实验过程中受试者主观疲劳评分

注：*表示P<0.05，**表示P<0.01，下同.

2.3各组膝关节伸展训练后延迟性肌肉酸痛(DOMS)评分由表3可知，三组训练中加压组24 h、48 h和72 h后采用视觉模拟评分法(VAS)所得评分值显著大于对照组(P<0.05).

表3 延迟性肌肉酸痛(DOMS)测试

3 讨论与分析

3.1各组膝关节伸展运动中肌肉活动的变化本研究结果似乎与已有的研究结果相矛盾.已有的研究比较了有无血流限制训练对肌肉活动的影响，认为血流限制训练能产生更高水平的肌肉活动.在已有的研究中[14]，不同情况下的主观努力程度很可能不同，而在本文的研究中，在有无血流限制情况下受试对象的状态均为最大努力程度.因此，本研究结果证实了Takarada等人[15]的研究结论：在低强度(20% ～ 40%1RM)限制血流训练时EMG信号变强.尽管肌电信号变强不能直接证明II型纤维募集的更多，然而Krustrup等人[16]的研究结果表明，绝大多数的II型纤维可以在低负荷纯向心活动缺血条件下被募集.

众所周知，无论是静力收缩还是动态收缩，肌肉血流量变化主要发生在收缩之间的松弛期[17].肌电图指标在肌肉离心收缩阶段的增加值得关注.因此，本研究认为缺血状态下低强度运动到疲劳的过程中可能包含一个类似于离心训练的过程，这可能是对照组产生差异的重要原因.低负荷运动到疲劳导致疼痛度增加，可能与大腿前群肌肉的缺血以及代谢产物的积累有关.如图2和图3所示，加压组在第一组训练中股外侧肌RMS值显著大于非加压组(P<0.01)；在第二组训练中，股外侧肌RMS值也显著大于非加压组(P<0.05).加压组股直肌在第二组训练时，RMS值也出现显著性增加(P<0.05).血流限制训练能够募集更多的快肌纤维，从而使肌电信号增强，进而使均方根RMS值变大.Abe等人[18]研究得出，在受限肢体和非受限躯干及臀部肌肉中引起肥大的最小抗阻训练强度分别约为10% MVC和20% MVC.Laurention等人[19]通过8周、每周2次的20%1RM低强度膝伸展加压训练发现，膝伸展1RM提高了40.1%，股四头肌CSA增加了6.3%.同样，Abe等人[18]采用20%1RM强度进行8天、每天2次的加压训练.每次课进行3组蹲起和屈膝练习，重复15次，组间间歇30 s.结果显示，加压训练组的深蹲和腿屈1RM分别增加17%和23%，股四头肌、股二头肌和臀大肌体积分别增加7.7%、10.1%和9.1%.这与已有的研究结果是一致的.

3.2各组膝关节伸展训练后主观用力感觉和延迟性肌肉酸痛变化本研究的另一目的是比较在有无血流限制条件下膝关节伸展练习后主观用力感觉和延迟性肌肉酸痛变化的情况，以便确定BFR运动在导致延迟性肌肉酸痛反应中的相对作用.研究结果显示，加压组受试者主观用力程度(RPE)显著高于控制组，这可能与加压训练下肌肉缺血以及运动员不适应加压训练等原因有关.BFR运动导致受试者在运动结束24 h后的平均酸痛度为4.14分(满分10分)，48 h后为5.57分，72 h后为3.4分.

一些研究表明，低强度BFR训练可以增加肌肉力量和尺寸，能达到与高强度训练相似的效果[8,15,20,].也有研究显示了BFR运动对延迟性肌肉酸痛的影响：四组低强度BFR膝关节伸展运动导致的延迟性肌肉酸痛在10分制量表中占5.5分[12].值得注意的是，低负荷20%～30%运动在没有BFR情况下也出现了延迟性肌肉酸痛(7分).本研究的结果表明，低强度BFR训练产生的疼痛可与已有的实验[21]中高强度训练产生的疼痛相似.然而，并不是所有的指标在运动后都发生了显著的改变.由于受试者个体差异的存在，指标变化的不一致是可接受的，这揭示出度量延迟性肌肉酸痛的指标中可能存在误差.

虽然延迟性肌肉酸痛的确切解释机制尚未完全搞清楚，但最初的损伤通常归因于肌肉纤维的机械破坏和相关的损伤以及肌肉内兴奋性收缩耦合的变化[22].有充足的实验证明，肌肉离心动作强度较高时，会导致肌肉损伤和酸痛[22,23].与肌肉离心运动相比，本研究认为低强度BFR运动也能导致延迟性肌肉酸痛增加，这表明BFR运动导致延迟性肌肉酸痛机制可能与高强度离心运动导致肌肉酸痛的机制不同.虽然延迟性肌肉酸痛的产生原因尚不明确，但仍有必要简要讨论一下潜在的调节因子.

离心收缩导致延迟性肌肉酸痛的程度大于向心或等长收缩运动，或许与机械应力和损伤有关[24]，这是由于在相同的绝对负荷下，离心运动比向心运动需要更少的肌纤维招募[25].研究结果表明机械应力导致细胞骨架损伤和膜破坏，主要是由于进入肌肉细胞的Ca2+离子增加和某种蛋白水解酶的激活引起的[26].本研究中运动产生的延迟性肌肉酸痛，似乎不太可能是机械应力介导所致.血流限制训练是另一种导致肌肉损伤的范式.一般肌肉通常被认为能够耐受2.5 h的局部缺血，而骨骼肌耐受时间似乎更长[27-29].因此，BFR训练可能导致缺血后再充血损伤，从而引起延迟性肌肉酸痛.缺血再灌注损伤也可能与活性氧的急剧增加有关，而活性氧被认为与肌肉损伤的诱导高度关联[30,31].还有可能就是BFR训练和机械应力合并对肌肉造成影响，共同导致了延迟性肌肉酸痛.

另外，因加压带所造成的压迫损伤或增强的代谢性酸中毒也可能引起延迟性肌肉酸痛[5,7].在本研究中加压带造成影响的可能性较低，因为实验所用加压设备已经被证明是安全的.关于乳酸积累造成延迟性肌肉酸痛的病因学探讨近来有所减弱[32,33].

4 结 语

急性膝关节血流限制伸展训练可以使大腿前群股外侧肌和股直肌激活程度增加;股内侧肌激活程度未见明显变化；血流限制方案实施过程中受试者主观用力感觉等级随训练的深入呈逐渐增大的趋势；低强度血流限制训练能导致肌肉延迟性酸痛时间延长.

本研究仍存在一些不足之处.首先，测试中控制了受试对象的伸膝次数.然而标准化后的伸膝次数对不同运动员的影响是不同的，这可能会造成膝关节伸展实验结果存在误差.其次，本实验，对受试对象进行了单侧膝关节伸展训练；如果对受试对象进行双侧膝关节伸展训练，可能会产生不同的结果.