不同负荷与收缩形式对肌肉抗阻力训练神经适应的影响

梁成军

辽宁师范大学体育学院（大连116029）

神经系统对抗阻力训练肌肉力量的增长起着十分重要的作用。神经适应有助于肌肉力量的增长[1]。关于神经适应目前没有标准定义，有研究将神经适应解释为运动单位激活能力的增强[2]。通常提法是肌肉力量的提高归因于肌肉激活方式的变化如运动神经元募集数量增加或者放电率增加[3]。抗阻力训练初期，肌肉力量的增长主要是由神经系统对训练负荷的适应导致的[4]，由于抗阻力训练时，肌肉既做向心收缩，又做离心收缩，那么这两种收缩形式在肌肉抗阻力训练时产生神经适应的作用如何，目前的研究还未能详细揭示。有研究[5]表明肌肉不同的收缩形式与肌肉运动单位激活模式如同步性有关。这可能会使肌肉在进行训练时产生不同的神经肌肉控制策略，使得产生神经适应的效果不同[6，7]。有文献[8]通过总结前人研究认为，不同肌肉收缩方式的神经肌肉适应由于缺乏标准化的比较研究，每种模式诱导的具体肌肉适应性仍然难以确定。

另外，现有研究多数是关于肌肉离心收缩和向心收缩肌电信号的变化特征，对于不同负荷与收缩形式的组合对肌肉抗阻力训练后肌电信号变化特征的影响还未见相关报道。表面肌电信号是肌肉各运动单位募集和放电频率合成的复杂结果[9]，因此，监测分析抗阻力训练肌肉的表面肌电信号，可在一定程度上揭示抗阻力训练肌肉产生神经适应的特征[10]。为了更好地理解抗阻力训练对神经肌肉控制系统产生的影响，本研究假设不同收缩形式的抗阻力训练神经肌肉控制策略可能并不相同，进而形成不同的神经适应效果。研究对不同负荷与不同收缩形式抗阻力训练肌肉产生的肌电信号进行监测分析，为探索肌肉抗阻力训练神经适应的特点及其产生机制奠定基础，也可为运动康复、竞技体育力量训练提供一定的参考依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

研究招募辽宁师范大学身体健康男性本科生60名，身高178.0±6.2 cm，体重70.6±7.8 kg，年龄20.8±0.9 yr。随机分成6 组，每组10 人。采用简单随机化分组方法，将招募的60名实验对象随机编上序号，然后按随机数字表抽取号码，遇到重复的或不在序号范围内的跳过，被抽到的前10 位为第1 组，11～20 位为第2 组，以此类推。对受试者所在分组的实验内容进行告知，所有招募对象均为自愿参加本实验。研究得到了辽宁师范大学伦理审查委员会的批准。

1.2 研究方法

1.2.1 训练方法

实验分两大组进行训练与监测。第一大组为向心抗阻力训练组，第二大组为离心抗阻力训练组。考虑到训练的安全性，选择肌肉近固定功能相对简单的肱二头肌在肘关节处的抗阻力屈伸训练。实验前充分做好准备活动。训练肢体选取右侧肱二头肌进行相应负荷与类型的训练。每大组各分成3小组，每小组10人。

依据Jenkins[11]对高（80%1RM）、低（30%1RM）负荷抗阻力训练神经适应效果的研究结论：高负荷抗阻力训练比低负荷具有更好的神经适应性，本实验选定较高的训练负荷来进行。参考Schoenfeld[12]对训练负荷高低的界定：65%1RM以上为高负荷，60%1RM以下为低负荷，同时考虑到研究需探讨不同负荷对神经适应影响的规律，负荷等级差应一致。选定的两种训练方式，每小组训练负荷均分别为65%1RM、80%1RM、95%1RM。抗阻力训练前8 周，肌肉体积不会出现明显变化，但肌肉力量却获得显著增长[1]。这种抗阻力训练早期阶段肌肉出现的适应性变化一般认为是神经系统因素作用的结果。因此，本研究训练期限设定为6周，避免训练时间过短产生的训练效果不足和训练时间过长产生的肌肉体积增加对实验结果的影响。

对于单纯离心、向心抗阻力训练方案，有研究[13]在等速训练设备上完成训练。但Guilhem[14]对等负荷离心抗阻力训练和等速离心抗阻力训练两种训练方法进行比较，结果表明训练后二者主动肌的表面肌电活动类似，但等负荷抗阻力离心训练比等速抗阻力离心训练在肌肉力量增加、肌肉肥大等方面效果更加明显。考虑到实验条件的限制，本研究选用等负荷离心、向心抗阻力训练。具体操作方法参考Vikne[15]与Dartnall[16]抗阻力训练方案设计，采用人工辅助完成单纯的离心、向心抗阻力训练。

实验首先测定每个受试者的1RM 值：先让受试者做准备活动，然后让受试者以接近最大力量的负荷进行抗阻力动作训练，能够有效完成动作后，休息2～3分钟，按5 kg、2.5 kg、1 kg增加重量，直至受试者只能完成一次动作，记为1RM。1RM测定后，计算每个受试者实际的训练负荷。根据计算负荷设定训练器械负荷，为减小器械负荷设定误差，采用在训练器械上悬挂辅助重物的方式来保证抗阻力负荷的精确性。

训练时，每小组均由专门的辅助训练人员协助完成训练。向心抗阻力训练设定训练负荷后，由受试者做肱二头肌向心收缩抗阻力训练，即前臂负重弯举到设备计数有效区域后，由辅助训练人员迅速接过训练器械负载，同时受试者训练肢体充分放松，自由下落到最低点，当辅助人员把负荷放到其手上时，再次进行下一次抗阻力训练。离心收缩抗阻力训练则与之相反，设定好训练负荷后，由辅助人员将负荷提起，受试者空负荷将手臂抬到120°左右，受试者接到负荷后，抵抗下放，时间控制与向心收缩一样，控制在1.5～2 s 左右一次。向心训练各负荷进行训练时均至力竭，记为完成1组训练，每次进行训练3 组，每周训练3 次，训练6 周。在第3周训练结束后，重测1RM值，进行训练负荷的调整，保证力量增长后肌肉负荷的比例。训练结束后再次测量1RM值，重新计算每个人的负荷，然后再进行肌电信号采集。

有研究表明，张力相同，快速离心收缩比慢速离心收缩产生更大的损伤[17]。为减小离心收缩抗阻力训练造成的肌肉损伤，实验通过控制动作速度来尽可能减少可能产生的损伤。通过预实验受试者的表现与感受，本实验将离心与向心动作速度控制在每次1.5～2 s左右。离心抗阻力训练每种负荷每组的训练次数按照相应组别向心抗阻力训练的次数平均值进行，如80%1RM向心抗阻力训练每组动作平均能完成12次左右，则相同负荷组别的离心训练组也进行12 次训练。同时控制训练量，每次训练3组，训练量适中。组间充分休息。

1.2.2 测试方法

测试设备采用ME6000-16 肌电仪，采样频率设定为2000 Hz。由于表面肌电信号个体差异较大，为使之具有可比性，因此需要对测得的肌电信号做标准化处理。考虑到研究需要，比较两个不同收缩形式抗阻力训练肌电信号，肌电基础值采用最大自主收缩（MVC）肌电值进行标准化处理。因此，训练前，首先测定受试者右臂肱二头肌最大自主收缩（maximum voluntary contraction，MVC）训练时的肌电信号。MVC测试时，让受试者坐在桌子前，调整座椅高度，使受试者上肢在桌面上呈水平放置，前臂与上臂呈90°，在手腕处加载固定装置，让受试者用力收缩，时长控制在4 s 左右。休息5 分钟，然后测量受试者以所属组别对应的训练负荷和训练方式进行抗阻力训练时右臂的表面肌电信号。测量完成后转入实验训练阶段。6 周后再次进行训练臂肱二头肌MVC 和各训练负荷与训练方式的肌电信号测定。

1.3 数据处理

实验测试的肌电信号分析指标主要选择时域指标平均肌电值（average electromyography，AEMG）和频域指标中位频率（median frequency，MF）。对测得的肌电信号标准化处理方法为X=Xi/Xj；X 为标准化后的肌电值，Xi为受试者各负荷肌电值，Xj为受试者MVC 肌电值。数据的处理采用spss19.0统计分析软件进行，训练前后比较采用配对样本t检验进行。考虑到各负荷AEMG、FM训练后标准化值可能受到训练前值的影响，为了排除这种可能存在的影响，在进行同种负荷不同收缩形式比较时，以训练前AEMG、MF 标准化值为协变量，采用协方差分析来进行。

2 结果

2.1 不同负荷离心与向心抗阻力训练AEMG 测试结果

由表1可知，向心抗阻力训练后各负荷AEMG值均大于离心抗阻力训练各相应负荷AEMG 值，差异有统计学意义（P＜0.05）。向心抗阻力训练80%1RM和95%1RM 训练后AEMG 值大于训练前，差异有统计学意义（P＜0.05）。而离心抗阻力训练仅有95%1RM负荷训练前后AEMG存在显著性差异（P＜0.05）。

表1 不同负荷与收缩形式抗阻力训练肌电AEMG比较（μv）

2.2 不同负荷向心与离心抗阻力训练MF测试结果

由表2可知，各负荷向心训练后MF标准化值均大于离心抗阻力训练，差异有统计学意义（P＜0.01）。各负荷向心训练后MF 标准化值大于训练前（P＜0.05，P＜0.01）；各负荷离心训练后MF标准化值小于训练前（P＜0.05，P＜0.01）。

表2 不同负荷与收缩形式抗阻力训练肌电MF比较表（Hz）

3 讨论

3.1 向心与离心收缩抗阻力训练AEMG分析

向心抗阻力训练各负荷训练后AEMG均与离心抗阻力训练差异显著。AEMG的增加意味着参与运动的运动单位数目增加和运动单位协同性增强。无论是单纯向心抗阻力训练还是单纯离心抗阻力训练，训练后肌电信号振幅均有明显增长[18]。本研究表明向心抗阻力训练的肌电AEMG 均高于同负荷的离心抗阻力训练。分析认为主要原因有以下几个方面：一方面向心抗阻力训练肌肉收缩产生的力矩必须大于负荷本身产生的力矩，而离心收缩由于肌筋膜等并联弹性元被动拉伸，也分担了一部分负荷力矩，致使肌肉力矩小于实际负荷产生的力矩。因此，肌肉做离心收缩抗阻力训练时达到给定的负荷力矩所需参与运动的运动单位数量相对较少[19]。另一方面，肌肉离心收缩期间肌纤维的残余力量增强，因此导致在离心收缩期间达到给定的绝对扭矩所需的运动单位数较少[20]，致使离心抗阻力训练各负荷AEMG 较小。再者，上述分析表明离心抗阻力训练肌肉可以招募更少的运动单位产生与向心收缩相同的张力，这导致每个运动单位机械应力增加，运动单位更难以控制与协同[21]。Duchateau[19]总结已有研究成果认为，在肌肉离心收缩期间，肌肉的自主激活通常比向心收缩与等长收缩激活更难实现，因此导致离心抗阻力训练期间神经肌肉系统动员运动单位比较困难，参与数目较少，与向心抗阻力训练相比肌电振幅大幅降低。

向心抗阻力训练前后，80%1RM 组和90%1RM 组AEMG 均存在显著性差异，65%1RM 组训练前后差异不显著。这说明大负荷向心抗阻力训练对增加运动单位参与数量和放电的协同一致性具有良好的神经适应效果。Schoenfeld[22]研究认为，与低负荷（30%1RM））抗阻力训练相比，高负荷（75%1RM）抗阻力训练后，肌电信号振幅峰值和平均值均明显增加，提示低负荷不能更大限度地激活所有运动单位参与运动，而高负荷可以更大程度地动员运动单位参与训练，神经适应性更好。Jenkins[11]的研究也表明，6周的80%1RM负荷抗阻力训练比30%1RM 训练产生更好的神经适应，这可能解释了大负荷训练后肌肉力量的改善。有研究证实，使用较高负荷的抗阻力训练是增加参与运动的运动单位数量的更有效手段，而不是使用较低负荷进行训练来达到这一结果，研究结论支持使用较高负荷抗阻力训练来促进肌肉力量增长[23]。运动单位动员的大小原则表明当中枢神经系统为特定的活动募集运动单位时，它从最小的、更容易被激发的、最不强大的运动单位开始，继而激活更大、更难以激发的、更强大的运动单位来保持或增加力量[24]。因此，较大负荷的抗阻力刺激可以动员激活更多的运动单位参与运动，训练后导致肌电AEMG值也相对有较高的增长。

离心收缩只有95%1RM负荷组训练前后AEMG差异显著。这表明大负荷离心抗阻力训练也会产生一定的神经适应效果。Dartnall[16]研究认为单纯离心抗阻力训练可以使肌肉运动单位的同步性增加。运动单位同步性增加导致运动单位放电信号同步性叠加，使肌电振幅值升高。有研究[25]表明10 周加大离心负荷（向心负荷+40%）抗阻力训练肌电信号均方根（RMS）出现明显增加。这表明大负荷的离心抗阻力训练也会产生良好的神经适应效果。正如Gabriel[1]等所概括的那样，所谓的神经适应是通过促进募集大的快速运动单位来实现的，这些运动单位在肌肉需要产生较高的力量时被募集，提高放电率和运动单位同步程度。因此，高负荷抗阻力训练产生的肌电AEMG增高的结果支持在阻力训练计划中使用较重载荷来促进神经肌肉适应的建议。

3.2 向心与离心收缩抗阻力训练MF分析

本研究结果显示，各负荷向心抗阻力训练与离心抗阻力训练后中位频率（MF）差异显著；同种类型训练各负荷训练前后MF 也存在显著性差异。与同负荷训练前相比，MF 标准化值向心抗阻力训练后显著增加，而离心抗阻力训练后MF 显著减小。可以看出抗阻力训练的类型不同，肌肉神经系统产生的反应亦不同。

抗阻力训练早期阶段，肌肉力量的增加主要是由于神经系统产生的适应性变化。尽管肌肉力量与运动单位放电率之间的具体关系目前还不是很清楚，仍需进一步研究探讨，但有研究[26]表明，随着肌肉力量的增加，放电率成指数函数增加，即随着肌肉力量的增加，运动单位放电率也相应增加。有研究发现经过6周的大负荷（100%MVC）等长抗阻力训练，无论是年轻人还是老年人，其运动单位放电率均明显增加[27]。肌肉力量增加同时放电率也显著增加。这表明肌肉放电率是影响肌肉力量的一个因素，大致表现为运动单位放电率越高，肌肉收缩产生的力量越大。

短期的力量训练运动单位放电率明显提高，耐力训练则降低[28]。Cadore[29]比较了力量训练、耐力训练和力量结合耐力训练对老年男性神经肌肉的影响，结果显示只有力量训练前后EMG 振幅存在显著性差异。这提示力量训练可以募集更多的运动单位参与运动和提高运动单位的放电频率。因此，运动训练可以提高运动单位的放电频率，进而使肌肉力量增加。运动单位放电率的变化至少在训练的初始阶段促成了力量输出的变化[30]。同时也有研究表明运动单位放电率的变化在提高力量的稳定性上也起着关键作用[31]。

为研究离心训练对肌肉运动单位放电率的影响，有研究让11 名女性以30°/s 重复进行30 次离心训练，结果肌电振幅前后差异不显著，但频率明显下降，认为离心收缩神经系统调节肌肉活动的方式包括减少动员运动单位数量、降低放电频率、增加运动单位同步性[32]。同等负荷下，肌肉离心收缩放电率明显小于向心收缩放电率。分析原因，认为肌肉向心抗阻力训练肌肉收缩产生的力矩必须要超过负载力矩，而离心收缩要小于负载力矩。因此，与提升负载相比，放下负载时肌肉的放电率下降，放电率与肌肉收缩产生的扭矩水平是相匹配的[33]。前述分析表明，放电率增大，可以引起肌力的变化增高，与同负荷离心抗阻力训练相比，向心抗阻力训练需要肌肉产生更大的力量来克服阻力矩，因此在抗阻力训练的初期阶段向心训练的肌肉收缩的MF高于离心训练。另一方面，考虑到离心运动比较容易使肌肉产生运动损伤，因此这种离心抗阻力训练导致的MF降低，可能是肌肉进行自我防护的一种手段。有研究表明肌肉进行最大自主收缩时，离心运动比向心运动运动单位放电率低。调整二者的收缩强度，离心仍比向心收缩低。这可能是肌肉做离心运动时的一种保护机制，当肌肉进行离心收缩时，限制运动单位放电率，保护肌肉不受损伤[34]。

另外，无论是向心抗阻力训练还是离心抗阻力训练，各负荷训练前后MF 均存在显著性差异，说明65%1RM到95%1RM负荷训练均可以产生一定程度的放电频率的适应性变化。而肌电AEMG值向心抗阻力训练则在80%1RM 以上、离心抗阻力训练在95%1RM 出现显著性差异，表明运动单位协调一致性需要较高负荷训练产生，而运动单位放电频率变化适应在65%1RM负荷即可产生较好的训练适应效果。

4 结论

不同负荷向心抗阻力训练均比相应负荷离心抗阻力训练产生更高的AEMG 增长，向心抗阻力训练比离心抗阻力训练更能增强运动单位放电的一致性与协同性适应。向心抗阻力训练在80%1RM及以上负荷产生很好的适应性增长变化，而离心抗阻力训练则在95%1RM负荷产生AEMG的明显增加。各负荷向心抗阻力训练和离心抗阻力训练均可使肌肉收缩的放电频率产生明显的适应性变化，各负荷向心抗阻力训练均导致肌电MF 值升高，而各负荷离心抗阻力训练则使肌电MF值降低。