不同强度抗阻训练对青年男性腰部肌肉形态及机能的影响

2019-03-14邱丹何辉熊开宇

中国运动医学杂志 2019年2期

邱丹何辉熊开宇

1 北京体育大学（北京 100084）

2 包头师范学院

久坐少动的工作方式和生活方式使腰部软组织承受较大的压力，容易造成腰部肌肉及其附着点筋膜劳损，腰痛已成为世界范围内的公共健康问题[1]。竖脊肌对于人体直立姿势的维持和腰椎的稳定性具有重要作用。多裂肌的力量不足和功能状态不佳直接影响到脊柱的稳定性，从而导致慢性腰痛[2]。有资料显示，通过力量训练可以有效缓解腰肌劳损的症状，减少其发生率。制定科学训练方案改善腰部肌肉状况是目前需要解决的问题。

用超声进行肌肉检查无创、可实时成像、软组织分辨率高，而且具备无射线损害、价低、可重复测量等优势[3，4]。表面肌电技术在肌肉功能状态的诊断和神经肌肉康复评定中已有大量应用，目前也有利用表面肌电测试来评定核心肌肉功能[5，6]。本研究通过超声影像联合表面肌电技术对竖脊肌和多裂肌形态及机能进行检测，分析不同强度抗阻训练对腰部肌肉的影响，探讨机理，为腰部肌肉训练及预防腰痛提供依据。

1 方法

1.1 研究对象

通过张贴招募启事和口头宣讲等方式，招募志愿者，纳入标准：男性，近期6个月没有腰背部疼痛，未进行手术或服用任何会影响肌肉的药物，无其他神经系统、肌肉、骨科疾病以及其他重大疾病。最近一年内均未进行过专门的负重力量训练。要求其在力量训练期间除所安排力量训练外不进行其他体育活动。

最终确定研究对象45人，根据训练负荷随机分为6 RM组、10 RM组、15 RM组，每组15人，基本信息如表1所示。

表1 受试者基本信息（±s）

分组15 RM组10 RM组6 RM组人数15 15 15年龄（岁）24.34±2.17 24.98±1.20 25.27±1.56身高（cm）175.39±4.26 175.81±5.19 176.14±3.72体重（kg）71.28±6.93 73.64±5.85 73.52±9.60

1.2 实验仪器

实验仪器：美国GE vivid 7型彩色多普勒超声诊断仪（超声探头：12L线阵探头，超声频率12MHZ）、芬兰MEGA16导ME6000便携式肌电仪、美国body-solid GRCH322罗马椅腰腹力量测试仪、联想Think-pad笔记本电脑、数显式拉力传感器、按摩床、杠铃片及托盘，腰部肌肉练习器。

1.3 训练方案

抗阻负荷采用自身最大重复次数（repetition maximum，RM）来标定。第一组6 RM力量练习组，第二组10 RM力量练习组，第三组15 RM力量练习组。

受试者俯卧于腰背肌肉练习器，骨盆及下肢固定，髂前上棘以上部位悬空，三组躯干分别承受负荷6 RM、10 RM、15 RM，做背起动作，每个动作用时4 s，6 RM每组6次，10 RM每组10次，15 RM每组15次，均做6组，组间间歇5 min，每周3次，隔日进行，共8周。每周调整一次负荷，确保各组的训练负荷为6 RM、10 RM、15 RM。

1.4 测试方案

在训练前、训练4周后、训练8周后分别进行腰部最大力量测试、肌肉超声测试和表面肌电测试.

1.4.1 腰部最大力量测试及指标选取

测试方法：采用Biering-Sorensen试验姿势，受试者俯卧于罗马椅测试仪，髂前上棘平齐罗马椅座前沿，骨盆及下肢固定，髂前上棘以上部位悬空，身体呈水平位，胸部借背带连于拉力传感器。测试开始，双臂置于头后，尽全力背伸，持续5秒。

选取指标：显示屏显示最大自主收缩（maximum voluntary contraction，MVC）值，单位kg。

1.4.2 超声肌肉测试及指标选取

测试方法：探头位置方向位于L1水平线，距身体后正中线2 cm处，探头纵轴保持水平垂直投射，采集超声信号，计算竖脊肌横截面积、肌肉厚度；L5水平线，距身体后正中线2 cm处，探头纵轴保持水平垂直投射，采集超声信号，计算多裂肌横截面积、肌肉厚度。

肌肉超声测试分别选择安静放松状态和100%MVC状态下进行。安静放松状态在俯卧位平躺于按摩床上进行，100%MVC状态选用腰部最大力量测试状态。

选取指标：肌肉横截面积（cross-sectional area，CSA）和肌肉厚度（muscle thickness，MT）[7]。

1.4.3 表面肌电测试及指标选取

测试方法：室温25℃，房间密闭且周围无大功率用电器等干扰。采用ME-6000表面肌电测试系统采集EMG信号，在T12-L1位置高度安放竖脊肌记录电极，在L5-S1位置高度安放多裂肌记录电极，采集100%MVC状态下竖脊肌、多裂肌的肌电信号。安静放松状态在俯卧位平躺于按摩床上进行，100%MVC状态选用腰部最大力量测试方式。

选取指标：积分肌电（integrated electromyography，IEMG）、平均功率频率（mean power frequency，MPF）。

1.5 统计分析

描述性结果采用平均数±标准差或百分比（%）表示，变化率（%）=（8周训练后－训练前）/训练前×100%。组内不同时间段比较采用配对t检验，显著性水平为0.05。组间比较训练前后的变化率采用多个独立样本Kruskal-Wallis秩和检验比较两两差异，显著性水平为0.05。统计分析采用SPSS22.0完成。

2 结果

2.1 超声测试结果

2.1.1 安静放松状态下超声测试结果

经肌肉超声测试，10 RM、6 RM组在4周和8周训练后与训练前相比较肌肉横截面积和厚度未出现显著性变化，15 RM组在8周训练后左、右竖脊肌横截面积较训练前和4周后增加（P＜0.05），左多裂肌肌肉横截面积较训练前增加（P＜0.05），左、右竖脊肌和左右多裂肌肌肉厚度均较训练前增加（P＜0.05）。3组8周训练前后变化率比较结果为：15 RM组和10 RM组相比，在左竖脊肌厚度、右竖脊肌厚度上差异有统计学意义（P＜0.05）。具体数据见表2。

表2 安静放松状态下腰部肌横截面积和厚度

（续表2）

2.1.2100%MVC状态下超声测试结果

8周训练后，15 RM、10 RM和6 RM组左、右竖脊肌和左、右多裂肌横截面积较训练前和4周无显著性差异，6RM组左竖脊肌、左右多裂肌肌肉厚度较训练前增加且差异有统计学意义（P＜0.05），15 RM和10 RM组训练前后左右竖脊肌、左右多裂肌肌肉厚度无显著差异。3组8周训练前后变化率比较结果为：6 RM组和10 RM组左竖脊肌肌肉厚度之间的差异具有统计学意义（P＜0.05）。具体数据见表3。

表3 100%MVC状态下腰部肌横截面积和厚度

（续表3）

2.2 最大力量测试结果

15 RM组4周训练后最大力量显著增加（P＜0.05），8周后达到最大，相较于训练前力量显著增加（P＜0.05），但相较于4周后变化不明显。10 RM组出现同样变化。6 RM组4周力量训练后力量显著增加（P＜0.05）；8周后力量达到最大，相较于训练前和4周训练后力量显著增加（P＜0.05）。3组8周训练前后变化率比较结果为：15 RM、10 RM组和6 RM组最大力量之间的差异有统计学意义（P＜0.05）。具体数据见表4。

表4 最大力量测试结果（kg）

2.3 表面肌电测试结果

在100%MVC状态下15 RM、10 RM和6 RM组8周训练后左、右竖脊肌和左、右多裂肌IEMG相较于训练前和4周均显著增加（P＜0.05），并表现出前4周增幅小，后4周增幅大的特点。10 RM、6 RM组左、右竖脊肌和左、右多裂肌4周训练后IEMG较训练前已出现显著增加（P＜0.05）。15 RM组4周后除右竖脊肌IEMG出现显著性变化（P＜0.05）外，其余测试肌肉IEMG未出现显著性变化。各训练组4周和8周后竖脊肌和多裂肌平均功率频率具有下降趋势，但部分肌肉未表现出显著性差异，原因可能与标准差过大有关。3组8周训练前后变化率比较结果为：15RM组和6RM组、15RM组和10RM组左竖脊肌IEMG和右多裂肌IEMG之间的差异有统计学意义（P＜0.05）。具体数值见表5。

表5 100%MVC负荷下腰部肌表面肌电测试结果

（续表5）

3 分析与讨论

3.1 抗阻训练对腰部肌肉形态的影响

躯干稳定肌位于深层，目前在核心稳定性训练中超声影像技术是测量躯干深层肌肉最有效的手段之一，超声也被应用于腰背肌肉功能评估中[8，9]。从本实验超声测试结果来看，放松状态下，10 RM、6 RM组在4周和8周训练后竖脊肌和多裂肌形态学指标未出现显著性变化，表明4周或者8周的中等强度和大强度抗阻训练对腰部稳定肌的形态未产生特异性影响；15 RM组4周训练后竖脊肌和多裂肌未产生显著性变化，表明4周15 RM抗阻训练不能引起腰部稳定肌形态产生变化；但是8周15 RM抗阻训练左、右侧竖脊肌和左侧多裂肌横截面积较训练前显著增加，表明进行8周小强度抗阻训练可增加腰部稳定肌横截面积。经过8周15 RM力量训练后，左、右侧竖脊肌和左、右多裂肌肌肉厚度均较训练前显著增加，在一定程度上可以反映8周小强度力量训练不但增加腰部稳定肌横截面积，同时增加了肌肉厚度。3组8周训练前后的变化率比较，15 RM组和10 RM组左竖脊肌厚度、右竖脊肌厚度之间的差异具有统计学意义，说明15RM腰部力量训练对增加肌肉厚度更加有利。以往力量训练通常认为，8 RM～12 RM抗阻训练主要用于增大肌肉横断面积，12 RM强度以上抗阻训练主要用于提高耐力水平。而在本实验中10 RM训练组腰部肌肉并未出现横截面积增加的结果，而15 RM组出现横截面积增加这一现象，这也许与腰部稳定肌肌纤维的类型有关，研究表明，在正常人中，腰部稳定肌中慢肌纤维Ⅰ占有很高的比例，它对于维持姿势具有重要作用[10]。小强度负荷运动使慢肌纤维选择性肥大，因为腰部慢肌纤维所占的比例高，因此选择性肥大产生的效果更加显著。经过8周15 RM力量训练后，左、右侧竖脊肌和左、右多裂肌肌肉厚度均较训练前增加，在一定程度上可以反映8周小强度力量训练不仅增加腰部稳定肌横截面积同时增加了肌肉厚度，肌纤维排列更加集中，便于发力。也有研究[11-13]表明基于腰背肌肉的类型，肌肉厚度变化是最常被用于下腰痛肌肉功能研究中的量化评定参数，肌肉厚度在测量中表现出更加敏感易测的特点。

肌肉收缩是反映运动功能的重要指标，最大等长收缩被认为是定量评定肌肉功能的可靠指标[14]。在100%MVC负荷下，腰段各肌肉横断面积均未出现显著性变化，这一结果与安静状况下肌肉横截面积增加不一致。Hodges[15]曾详细阐述了肌肉收缩初期形态学参数改变量很大，但是随着收缩强度的不断增大，特别是提高到最大自主收缩水平的20%之后，这些形态学参数变化降低，这是肌肉避免过度收缩造成肌肉断裂或肌腱拉伤的自我保护机制。100%MVC负荷下，超声测量结果显示6 RM组左竖脊肌、左右多裂肌肌肉厚度较训练前显著增加，且6 RM组8周训练后左竖脊肌肌肉厚度变化率和10 RM组相比差异具有统计学意义，表明高强度抗阻训练能够使肌肉有更大限度的收缩，从而有利于瞬间发挥更加力量，此时有可能依靠募集更多的肌纤维收缩，表现出肌肉长度出现明显的缩短，粗细肌丝有更大的重叠。右侧竖脊肌厚度增加不多且没有统计学意义，原因可能是左侧竖脊肌厚度增加较多，出现代偿现象，提示在训练中要注意左右侧用力的一致性。8周训练后个别肌肉出现变化率为负值，原因可能是因为该肌肉在训练或者测试的时候没有被更好动员，其协同肌给予代偿作用造成的。

3.2 抗阻训练对腰部肌肉机能的影响

最大力量是特定肌群在适宜激活状态下，产生最大随意收缩对抗外加负荷的能力，是一种神经-肌肉现象。产生肌肉最大力量的因素是肌肉的横截面积、内在因子和运动单位的募集[16]。本研究中，在4周力量训练后，三组最大力量较训练前已经出现了显著性增加，并且后4周训练除6 RM组仍呈现显著性增长外，15 RM、10 RM组最大力量增加并不显著，反映了4周15 RM、10 RM抗阻训练能够在一定程度上提高最大力量，但将训练周期从4周延长至8周最大肌力方面效果并不明显。从最大力量变化率上看，6 RM组显著高于15 RM组、10 RM组，但6 RM组后4周的力量训练增幅明显小于前4周。这提示我们腰部最大力量的突增期主要是体现在训练的前期，训练强度越小，这种情况越明显。

由表面肌电时域指标来看，15 RM、10 RM和6 RM组8周训练后左、右竖脊肌和左、右多裂肌IEMG相较于训练前明显增加，并具有统计学意义，可以反映不同强度的力量训练均增加了运动单位的募集程度，随着被募集的参与收缩的肌纤维数目增加，就可以产生更大的力量，与我们前面的最大力量测试结果一致。Onishi等[17]指出：肌肉随意静力收缩时，积分肌电值与肌张力呈正相关。从IEMG增加的幅度来看，三组各肌肉IEMG前4周增加幅度均小于后4周，与之矛盾的是前4周训练最大力量增加值大于后4周，这从一定程度上显示力-电的不一致性，有研究表明在力量训练的初期或训练动作发生改变时，神经系统会发生适应性的改变，以完成对肌肉的最佳控制，此时肌肉力量的增长主要是由于神经系统适应性变化引起的[18]。Selvanayagam研究了颅磁刺激（TMS）诱导肌肉颤搐的转变，认为力量训练早期有着类似学习运动时皮质出现的神经反应[19]。因此，短期抗阻训练后最大力量的增加并非仅是运动单位募集数量的增加，亦可能是各运动单位之间的活动更为协同，因此出现了我们实验中前4周与后4周力-电增加的不一致性。在8周后，各组IEMG较4周后出现较大增加，并呈现显著性，反映在后4周的抗阻训练中腰部神经-肌肉的募集能力增加，动用更多的运动单元，以此可以说明抗阻训练后期最大力量的增加主要是以动员更多肌纤维参与收缩来增加肌力。6 RM和10 RM组左竖脊肌IEMG和右多裂肌IEMG变化率明显高于15 RM组，说明8周大强度和中等强度腰部肌训练对肌肉运动单位的募集能力明显优于小强度力量训练。

从频域指标来看，8周抗阻训练后各组别各肌肉MPF均具有下降趋势，究其原因可能与慢肌纤维的参与程度有关，腰部稳定肌慢肌纤维所占的比例较大，因此动用更多的肌纤维参加运动，在一定程度上可以说慢肌纤维参与工作的比例在提高，因此从频谱指标上看，MPF出现了下降趋势，由于慢肌纤维对最大力量的贡献有限，因此，后4周的抗阻训练使神经-肌肉的控制能力有了很大的提升，但是在最大力量的表现上并未出现更大的增加。6 RM组左竖脊肌和右多裂肌在后4周的下降幅度更大，可以反映尽管是大强度训练，但由于腰部稳定肌的特点，后4周大强度训练仍然动用了较多的慢肌纤维参与收缩，因此后4周最大力量的增加幅度有限。15 RM组前4周和后4周MPF下降的幅度较平均，说明经过系统训练，慢肌纤维参加的比例在不断增加，神经动员肌肉能力在增加，肌肉收缩出现更强的有序性，但是后4周最大力量增加并不明显，这除了与慢肌纤维的力量特点有关以外，也可能与各系统对训练的适应有关。

3.3 形态机能联合分析

在本研究结果中，4周抗阻训练后各组最大力量有了较大增长，腰部肌最大收缩时IEMG有了一定增长，但是超声指标显示各训练组安静和100%MVC状态下各肌肉横截面积均未出现增加，这从一定程度上反映了训练初期导致的力量增长的主要原因并不是肌肉本身的增长，而是增加了各运动单位的协调和神经控制能力以及运动单位募集数量的增加。后4周训练后100%MVC负荷时，IEMG出现了较大幅度增长，说明在肌肉收缩过程中运动单位的募集数量明显增加，但是考虑到腰部稳定肌的肌纤维类型主要为慢肌纤维，慢肌纤维力量小，发放的IEMG低，频率低，在后4周的15 RM、10 RM强度力量训练后，积分肌电虽然继续呈现较大幅度的增长，但MPF出现持续下降，说明募集了更多低频慢肌，因此外在表现为8周最大力量并未明显高于4周最大力量。但是，15 RM组肌肉横截面积和肌肉厚度有所增加，小强度训练引起慢肌纤维出现选择性肥大，也可以说持续进行小强度的训练更容易使腰部稳定肌产生增长。6 RM组在8周训练周期中肌电指标IEMG持续增加，最大力量持续增加，但是超声测试显示6 RM组安静状态下的肌肉横截面积并未有明显增加，这可以在一定程度上说明大强度力量训练主要是神经系统通过运动单位募集的增加、运动单位放电率的增高、运动单位的同步与协调等方面表现出对抗阻训练的适应。但是在100%MVC负荷状态下超声测试结果中显示6 RM组肌肉厚度出现显著性增加，这从一定程度上反映大强度训练使肌肉收缩的程度增大，最大收缩距离增加，收缩形式更有利于力量发挥。

有研究表明，腰部稳定肌横截面积与下腰痛的改善有关，多裂肌横截面积减小和脂肪浸润被认为是腰痛的危险因素和原因[20]。Hides等[21]的研究发现，急性下腰痛感消失后，多裂肌并没有恢复正常，从而引起下腰痛复发率高。另有学者[22，23]指出，下腰痛的康复活动需要特别针对深层肌肉以降低复发率。因此，在预防和治疗下腰痛方面，若想取得长远的效果，需要通过锻炼引起腰部稳定肌肌肉本身的改变，仅仅提高腰部力量对下腰痛的预防和缓解效果并不持久。结合本研究结果，要想引起腰部肌肉自身的形态学改变，至少需要8周的小强度腰部力量训练。短时间的抗阻训练和大强度的抗阻训练不能引起腰部深层肌肉本身的变化。