肌肉电刺激训练研究综述

杜承润，史 衍

（首都体育学院，北京 100091）

随着科学技术的发展，肌肉电刺激训练（Muscle Electrical Stimulation，简称MES）已经成为运动训练领域重要的训练手段之一。目前，有关肌肉电刺激训练与传统力量训练的区别与结合，以及肌肉电刺激训练多学科应用效果方面的研究逐渐增加。2011年，肌肉电刺激训练迎来了里程碑式的变革—无线便携可穿戴仪器的出现，彻底改变了肌肉电刺激训练存在的场地使用环境受限、干扰正常技术动作及佩戴复杂等方面的问题，促使其在医疗、康复保健、运动训练、行为干预等多个领域广泛使用。

1 肌肉电刺激法概述

1.1 肌肉电刺激法的概念

伴随着体育学科研究的不断深入，促使人们对肌肉电刺激训练（MES）认知不断提高，早期研究（1992年）认为，电刺激训练法是一种用电刺激代替大脑发出的神经冲动，使肌肉产生收缩的方法。随后，王保成等（1997年）研究认为，电刺激是指通过电脉冲代替人脑发出的神经冲动，使肌肉产生收缩，从而达到发展肌肉力量和促进训练后局部肌肉的恢复及肌肉软组织损伤康复的目的。随着学科之间交叉融合，燕铁斌（2006年）研究认为，电刺激是指利用低频脉冲电流，刺激神经或肌肉，引起肌肉收缩，提高肌肉功能，或治疗神经肌肉疾患的一种治疗方法。现代运动训练更加强调神经对肌肉的控制，肌肉电刺激训练适应现代运动训练的需要，它将电极放置在皮肤表面，通过调节电刺激强度刺激运动神经，从而引起肌肉收缩、提高肌肉工作效率的一种训练方法。

1.2 肌肉电刺激法的原理

1.2.1 肌源性因素 肌源性因素主要集中在肌肉横断面积、肌纤维类型、初长度和关节运动角度等方面。R.李森斯博士（1983年）指出，应用电刺激进行肌肉力量训练的理论基础是依据肌肉力量取决于肌肉横截面积大小这一原则。Cabric（1988年）等实验研究中发现，电刺激能够使肌肉组织结构发生良好的变化，并且指出肌肉力量增强常伴随肌纤维增粗、肌肉肥大现象。随后金玉兰（1996年）等对青紫蓝兔股四头肌进行5～10周电刺激结果发现，肌纤维横断面积有所增加，导致肌肉力量增加，可见肌肉电刺激在对肌纤维刺激方式上有其独到之处。但是上述实验并未解释其他因素对肌肉横断面积的影响，如营养补充，即肌肉力量的增加是因为电刺激后摄入营养引起的肌纤维横断面积增加从而增加肌肉力量，还是因为电刺激使得肌纤维横断面积增加促使肌肉力量增加。

1.2.2 神经源性因素 神经源性因素主要集中在中枢激活、中枢神经对肌肉活动协调控制力及中枢神经系统的兴奋状态等方面。电刺激训练促进肌肉力量增长的理论机制主要是使用不同频率和强度电刺激来代替大脑发出神经冲动以控制肌肉收缩完成身体活动。部分研究认为，通过电刺激仪产生的脉冲电流代替大脑发出的神经冲动使肌肉产生强烈的收缩，达到提高肌肉力量的目的。当不同频率和强度电刺激作用于运动神经时，运动神经被激活后会产生神经冲动，神经冲动沿着神经纤维传导至肌肉可引起肌肉强烈收缩，从而提高肌肉力量。由此可知，肌肉收缩主要受神经控制，电刺激可超过人类神经冲动发放频率和强度。在抗阻训练中大脑自主发出的神经冲动与电刺激主要区别在于对肌纤维的募集顺序上存在差别，肌肉随意收缩中，首先活化慢肌纤维，随着肌力的增加，逐渐活化快肌纤维；而电刺激训练则是优先动员快肌纤维，此观点在Delitto（1990年）和王保成（1995年）的研究中被证实。在Massey（1990年）等研究中表明，电刺激训练可反馈性地导致中枢神经系统发出的神经冲动增加，从而在肌肉收缩时调动更多的肌纤维参加工作，增大收缩力量。可见电刺激对中枢神经系统是有影响的，可是未进一步说明中枢神经系统发出的神经冲动增加后是否对电刺激有影响作用，而且也未说明不同强度和频率的电刺激对中枢神经系统的影响是否一致。不难看出，肌源性因素主要集中在肌肉横断面积增加进而导致肌肉力量增加，在此方面肌肉横断面积增加未说明其他环境因素的影响，如营养补充方面。在神经源性因素中主要是集中在用不同频率和强度电刺激代替大脑主动发出神经冲动的过程，由于电刺激引起的兴奋在神经纤维上的传导是双向的（图1），并未见研究详细解释不同强度和频率的电刺激作用时大脑和电刺激之间会不会相互影响。基于上述2种理论，早期电刺激训练是通过电线传递电流并连接电极直接放在人体肌肉上进行不同频率、不同时间和不同电流的电刺激。目前，电刺激促进肌肉力量发展的方法包括肌肉直接电刺激和神经肌肉电刺激2种方法，前者把电极安放在躯干或远离躯干需要进行训练的肌肉之上，而后者则是对某些运动神经进行刺激。在实践应用方面主要以肌肉直接电刺激为主，神经肌肉电刺激使用较少。

1.3 肌肉电刺激训练发展历程

1.3.1 肌肉电刺激训练国外研究进展

肌肉电刺激训练源于人类早期对生物电的发现与探索。1758年，英国科学家卡文迪许（Cavendish）使用莱顿瓶试验中无意间发现了大黑鱼的放电现象，揭开了科学史上体表生物电的研究序幕。从此人类开始涉足生物电领域研究，其神秘面纱逐渐褪去，关于人体肌电研究拉开序幕。肌肉电刺激法在19世纪初开始作为治疗手段用于临床，医学上采用电刺激来防止肌肉萎缩及恢复瘫痪肌的功能等。随后，Yakow Kots第1次在苏联宇航员身上使用中等频率的电流，以补偿在失重状态下长时飞行中的肌肉力量损耗和电解质损耗，他也是把中等频率电流用于安装假肢方面增强肌肉力量的第一人，此后不久，人们就把这种电刺激用于体育领域进行肌肉力量的训练。20世纪60年代，Yakow Kots博士由此得到启发，他对国家摔跤队员的肱二头肌训练了9次，肌肉力量增加了38%；对小腿三头肌训练了19次，肌肉力量增加了50%。因此，肌肉电刺激训练成为前苏联训练的“秘密武器”，从而造就了一批世界冠军及世界纪录的创造者。随后，此方法引起各国学者和教练员的关注，被认为是力量训练方法的一次历史性变革，并在竞技体育强国中广泛受到重视。1977年，Yakow Kots博士做了第1次电刺激讲座后，肌肉电刺激训练研究的兴趣再次高涨。20世纪80～90年代是肌肉电刺激训练大发展时期，Bortile（1981年）、Romero（1982年）、Larghman（1983年）和Currler（1988年）对膝关节在不同的角度下，采用不同频率电刺激训练股四头肌，结果发现，肌肉力量获得显著性增长，增幅在7%～48%之间，对电刺激后的骨骼肌组织观察表明，电刺激可使肌肉的结构组织产生良好的适应性变化。Howard Eonka（1987年）应用电刺激对运动员单侧下肢股四头肌进行训练，一段时间后发现经电刺激训练腿股四头肌力量增长16.5%，而未经电刺激训练腿股四头肌力量也相应增长5.7%，并认为这是交叉迁移作用的结果。Delitto（1990年）提出，电刺激训练对运动单位的募集方式与正常的募集秩序正好相反，电刺激能优先刺激快肌纤维。Vissing（2008年）等认为，在增加正常肌的肌肉力量方面，电刺激方法优于主动训练。随着对电刺激的不断探索研究，电刺激作用效果的刺激参数，如刺激电流强度、刺激持续时间、刺激波形及刺激频率等方面均有所进展。

1.3.2 肌肉电刺激训练国内研究进展

20世纪70年代，肌肉电刺激训练传入我国后，国内学者随即开展理论探讨及试验研究，同时将其应用于训练实践环节并取得突破性成果。郭庆芳（1977年）研究发现，电刺激可以增强肌肉力量，在高强度训练后应用电刺激效果更好。随后王保成（1997年）等对电刺激发展肌肉力量与促进训练后局部肌肉恢复方面研究取得理论和实践上的突破，将其应用到国家举重队，帮助占旭刚和唐灵生在第26届亚特兰大奥运会上获得金牌。基于上述成功经验，肖光来和钟秉枢（1998年）等在国家体操队对运动员进行电刺激训练，结果显示，运动员力量素质及专项成绩明显提高，并预测电刺激可以成为体操专项力量训练的新途径。随着研究的不断深入，黄志刚（2000年）等在实验中发现，使用电刺激一侧腿部股四头肌肌肉力量增加，未使用一侧也增加，认为这种现象与人体导电性有关，并且从反射及神经角度解释了这种现象的机制。随后其又利用肌肉电刺激训练方法对肌肉力量增长和柔韧性进行研究，结果表明，电刺激训练可显著的提高原动肌和对抗肌肌群肌肉力量，亦可有效的提高肌肉的柔韧性，保证肌肉力量与柔韧性同步协调平衡发展。王丽（2013年）等运用神经对肌肉控制原理，探讨电刺激影响肌肉力量增长及退化的轨迹，结果显示，肌肉电刺激训练可使力量快速增长，传统力量训练次之；但随后力量退化速度与之前结果相反，为力量训练提供实践依据。近10年来，伴随着仪器设备的不断创新，肌肉电刺激训练应用到不同运动项目，并结合专项研究不同电刺激频率、强度对运动项目应用效果的影响。

图1 肌肉电刺激训练原理分析

2 运动训练中肌肉电刺激法的应用

2.1 动作准备（热身）环节的应用

肌肉电刺激训练可以作为动作准备的重要方法和手段，可以确保练习过程中肌肉收缩达到最佳条件。特别是反复、高强度动作中提高肌肉爆发性并延迟神经肌肉疲劳程度。动作准备环节中肌肉动员依据神经系统兴奋→兴奋传导至肌肉→肌肉收缩途径。肌肉电刺激训练越过神经系统兴奋环节，不受情绪、认知、个性心理特征的影响，以训练仪器的节律性放电为起点，遵循电刺激运动神经→运动神经产生兴奋→兴奋传导至肌肉→肌肉收缩这种特定类型的肌肉激活方式，有助于运动单位募集数量的增加，因而进一步提高肌肉的收缩能力。

2.2 力量素质训练环节的应用

目前，运动训练领域多采用自由重量、弹震式及抗阻等方法进行力量训练，而肌肉电刺激训练不同于上述训练方法，它以独特的方式刺激运动神经、活化肌纤维类型，进而取得良好的训练效果，使其成为现代力量训练的重要手段之一。法国勃艮第大学Deley教授等和Billot教授等将肌肉电刺激训练分别用于青少年女性体操运动员和足球运动员，都取得良好的训练效果。法国地中海大学磁共振生物医学中心教授Gondin J等认为，肌肉电刺激训练能够显著增加最大自主等长收缩的肌力，当肌肉电刺激训练与动态主动运动结合的时候，它能够改善运动专项技能和表现，并提出肌肉电刺激训练是主动抗阻训练的有效补充。

2.3 训练恢复环节的应用

现代竞技体育快速发展使教练员、运动员竭尽全力提高运动成绩，训练负荷明显增加，不断挑战人体极限，导致训练后恢复缓慢，这成为运动训练领域亟待解决的突出问题之一，而肌肉电刺激训练在解决高负荷训练与恢复问题中具有良好的效果。美国蒙大拿州立大学教授Warren等比较了自然恢复（6min无活动）、慢跑恢复（6min慢跑）和肌肉电刺激恢复（对上肢和肩部肌肉进行6min电刺激）3种恢复方法对高水平棒球运动员的影响。结果显示，肌肉电刺激训练降低血乳酸的效果最明显。

3 结 语

肌肉电刺激训练（MES）在动作准备方面可以快速激活肌肉和募集更多的运动单位，以提高肌群做功效率；在力量素质训练方面可以作为主动抗阻训练的有效补充；在缓解运动后疲劳、快速恢复方面也有独特的效果，为提高竞技能力和夺取优异运动成绩奠定基础，实现了肌肉电刺激与运动训练完美结合。但是，人体是一个非常复杂的系统，且具有良好的调节功能，在未来的电刺激训练研究方面还有许多问题亟待解决，例如，长期使用肌肉电刺激训练是否会对人体产生负面影响，肌肉电刺激仪器放电与运动神经系统电位信息是否存在叠加或干扰的问题，以及此2种情况下，人体可能出现的应激反应。环境因素（日常膳食、营养补剂、温度、湿度、抗阻方式、开链与闭链动作等）对肌肉电刺激训练应用是否存在影响作用等问题，有待于不断的深入进行研究。

[ 1 ] 王保成，杨汉雄，钱光鉴，等.26届奥运会国家举重队电刺激力量训练与恢复的研究[ J ].首都体育学院学报，1997（1）：36-40.

[ 2 ] 肖光来，钟秉枢，黄玉斌，等.利用肌肉功能电刺激对中国体操队运动员进行专项力量训练的研究[ J ].北京体育大学学报，1998（1）：25-29.

[ 3 ] 张海潮，潘浩.电刺激对肌肉力量作用的研究分析[ J ].北京体育大学学报，2001（2）：189-190.