负重深蹲中施加不同动脉闭塞压和间歇方式对大腿肌肉激活特征的影响*

李志远， 虞松坤， 李加鹏， 李玉章

(1. 浙江大学公共体育与艺术部， 杭州 310058； 2. 福建中医药大学体育部， 福州 350122； 3. 上海体育学院体育教育训练学院，上海 200438)

抗阻训练(resistance training，RT)是当今一种流行的身体活动方式，其可以通过肌肉抵抗外部阻力以提高肌肉的健康水平。传统抗阻训练采用70～85%1RM高强度来促进肌肉肥大和力量增加[1]，而近来研究发现，20%～30%1RM低强度RT结合一定程度的血流限制可以达到与传统抗阻训练相类似的肌肉肥大和力量增加效果[2]。这种目前在国际上流行的训练方法称为“血流限制训练”(blood flow restriction training，BFRT)，也被称为“加压训练”(KAATSU Training)[3,4]。以往研究中，多采用绝对压力值或根据静息时肱动脉收缩压(Brachial systolic blood pressure，BSBP)所计算出的值来确定外部限血压力[5]，而近年来，采用特定于根据个人大腿围推断出的动脉闭塞压(arterial occlusion pressure，AOP)计算出的动脉闭塞压百分比(%AOP)得到了普遍应用和推广[6]。Loenneke等[7]以成年男子为对象，通过进行不同相对压力条件下的加压等速膝伸展练习，比较股四头肌激活程度的研究结果显示，在40～50%AOP范围内限血压相对值可能会在一定程度上改变肌肉即时性反应，提高肌肉激活水平，更高的压力则不会引起上述变化。但是，此范围是否同样适用于高水平运动员群体还有待于进一步验证。同时，以上压力范围是否在负重深蹲时对下肢各肌群激活会达到同种程度的影响，以及同种外部压力条件下间歇方式改变时下肢肌肉激活特征具有哪些差异，都有待于进一步的研究。

基于此，本研究旨在探讨负重30%1RM深蹲练习中，施加不同动脉闭塞压和间歇方式对男子手球运动员大腿肌群激活程度的影响，找出引起大腿前、后肌群最大激活的最佳限血压力范围，进而为加压训练的科学普及与应用提供一定的理论依据和实际参考。

1 对象与方法

1.1 受试者

募集北京男子手球队一线10名运动员为受试者，年龄：(20.3±1.9)岁，身高：(190.0±7.7) cm，体重：(90.9±15.2)kg，运动等级为一级以上，运动员身体健康，均无下肢损伤史。

1.2 主要实验仪器

全自动加压训练仪和加压带(KAATSU Master，日本产)、无线表面肌电测试系统(Wave plus，意大利产)、电极片、数码摄像机(Panasonic HC-V100，日本产)、线性传感器设备(GymAware，澳大利亚产)等。

1.3 试验设计

采用间歇方式和施压强度的双因素交叉实验设计，其中，间歇方式选择：间歇期除压休息形式(Int)和间歇期不除压的休息形式(Con)两种；施加不同动脉闭塞压(下文简称“施压”)强度选择：无压力、40%AOP、50%AOP和60%AOP四种。其中，组间间歇采用60 s；不同施压练习间隔48 h。

1.3.1 实验流程 受试者在进行肌电测试实验前72 h进行1RM测试和大腿围度测量。肌电测试当天，受试者到达实验室进行8 min准备活动后，告知受试者实验流程，安放表面电极，连接电极线，进行下肢8块肌肉最大自主收缩测试(maximum voluntary contraction，MVC)，同时记录对应肌肉表面肌电信号。具体测试方法：① 受试者坐在椅子上，双脚自然下垂并悬空，背部紧靠在椅背上，两臂置于体侧，躯干与大腿成90°，右侧大腿与小腿成90°时尽力伸膝，同时测试人员在脚踝上端施加阻力对抗伸膝力量以测取股直肌、股内侧肌和股外侧肌的MVC值；② 受试者俯卧于瑜伽垫上，双手自然放于身体两侧，右膝关节弯曲，小腿与水平面约成20°时尽力屈膝，同时测试人员在脚踝部位上端施加阻力对抗屈膝力量以测取股二头肌和半腱肌的MVC值。

MVC测试后，进行加压逐渐增强的“加压——除压”热身体验3 min，最后进行加压深蹲练习测试。深蹲动作测试要求受试者站立于史密斯深蹲架上，双目平视，双脚自然分开，下蹲至膝关节角度为60°～70°后(大腿近似平行于地面)，以最快速度蹲起，蹲起时要求髋、膝同时伸展，最后有提踵动作。用线性传感器随时监控每次蹲起杠铃杆的峰值速度，并使其在1.1 m/s以上，确定为发展下肢快速力量的速度范围。使用关节角度计测定并监控运动过程中关节角度，用于口头提醒受试者。通过多次练习熟悉并掌握动作要领后开始正式实验。同时，采用节拍器控制蹲起动作的节奏，本研究规定蹲起动作为3秒/次，下蹲2 s，蹲起1 s。受试者根据节拍器来控制每次动作的时间和节奏。

动脉闭塞压施加依据根据Loenneke等人[7]的所绘制的动脉闭塞压与大腿围关系对应表来设定每个人限血压相对值(表1)。依次按照如下：(1)无加压；(2)40%AOP；(3)50%AOP；(4)60%AOP顺序完成，每种间隔48 h。4种加压的负重深蹲训练方案，每种方案练习四组，第一组到第四组的重复次数依次为30+15+15+15次，每次尽最大速度向上蹲起，组间间歇60 s。间歇方案为组间除压休息和组间不除压持续加压下休息。

Tab. 1 Table of correspondence between arterial occlusion pressure and thigh circumference

受试者分别完成深蹲，记录下肢8块肌肉肌电图，通过分析肌电图，探讨不同外部压力对下肢肌肉激活的差异，找出引起最大肌肉激活的个人动脉闭塞压相对值。

1.3.2 1RM测试和大腿围度测试

(1)1RM测试

采用线性传感器GymAware，利用负荷与速度的关系确定运动员的1 RM，通过负荷递增测试法计算运动员负重深蹲时最大力量[8]。在测试过程中，第一组蹲起的速度要大于1 m/s，最后1组蹲起的速度要在0.5 m/s以下。每次测试组数大约3～5组，每组递增负荷在20～30 kg，根据运动员体重和力量情况来确定。

(2)大腿围度测试

受试者两腿分开与肩同宽，两腿平均负担体重，将皮尺放在后臀下方横纹处，水平测量大腿一周的围度。左右腿各测量3次，取其平均值。每一级加压的压力设定根据左、右大腿围度而设定(表1)。

1.3.3 表面肌电数据的采集与处理

(1)电极片贴放位置与要求

选取右侧的股直肌(rectus femoris，RF)、股内侧肌(vastus medialis，VMO)、股外侧肌(vastus lateralis，VLO)、股二头肌(biceps femoris，BF)、半腱肌(semitendinosus，SEM)为测试肌肉。根据The ABC of EMG手册[9]中的要求安放电极，安放前对皮肤进行清洁，刮除汗毛，用砂纸清除皮肤角质，再用75%医用酒精擦拭，去除皮肤表面的油脂。表面电极片安放于肌肉肌腹最隆起的部分，顺着肌纤维走向进行固定，避免因振动引起的干扰。

(2)数据采集与处理

每次测试蹲起动作开始前，开启摄像机和肌电采集系统，使其处于准备状态，受试者开始动作后开启采集系统采集肌电信号数据。根据实验同步录像，选取第一组到第四组练习的所有肌电图。采用Emgserver仪器配套分析软件对原始肌电数据进行整流、滤波、平滑和标准化处理。肌肉激活水平选取指标为均方根振幅值(root mean square，RMS)，在原始肌电图上选取肌肉用力的范围，取RMS平均值。RMS标准化处理采用[10]：将MVC测试时获得的每块肌肉的肌电RMS定义为最大值，在各组运动中获得的肌电RMS值除以MVC状态下的RMS值来表示，单位为%。

1.4 统计学处理

2 结果

2.1 外部加压和间歇时间对负重深蹲中大腿肌群的激活程度总体影响

由表2可知，除压间歇负重深蹲模式下，40%AOP、50%AOP和60%AOP加压练习时大腿肌肉激活百分比与无加压练习相比，均呈现不同程度的增加，股直肌分别增加8.5、9.5和6.9，股外侧肌分别增加5.5、8.1和10.0，股内侧肌分别增加3.8、5.9和3.6，股二头肌分别增加6.5、8.0和7.3，半腱肌分别增加3.8、5.9和9.6；持续练习时，与无加压条件相比，40%AOP、50%AOP和60%AOP加压条件下肌肉激活百分比也均呈现不同程度的增加，股直肌分别增加7.1、9.6和5.8，股内侧肌分别增加 7.6、9.0和6.5，股外侧肌分别增加6.5、10.3和 5.0，股二头肌分别增加6.7、8.4和2.5，半腱肌分别增加1.9、4.6和3.2。整体比较来看，大部分肌群在实施50%AOP条件下的诱发激活程度更大，而60%AOP时反而呈略下降趋势。这充分说明了并非加压越大越好，有一个适宜的加压范围。

Tab. 2 Summary data of the normalized values of RMS of thigh for external pressure and intermittent mode(%, n=10)

2.2 多重对比分析

由表3可知，经双因素方差分析，施加动脉闭塞压对股直肌和半腱肌的诱发激活值具有显著性影响(P<0.05)，对股内侧肌、股外侧肌和股二头肌诱发激活值的差异具有显著性(P<0.01)；而间歇方式对所测肌肉诱发激活值均无统计学意义(P>0.05)；外部加压和间歇方式对所测肌肉肌电的交互作用均无统计学意义(P>0.05)。由此可见，外部施加的AOP是影响低负重肌肉激活程度大小的主要因素。

由表2可知：除压间歇练习时40%AOP和50%AOP相比于无加压条件，其股直肌的诱发激活值显著增加(P<0.05)；50%AOP和60%AOP相比于无压力条件，股内侧肌的诱发激活值增加显著(P< 0.05)；50%AOP相比于无加压条件，其股外侧肌的诱发激活值显著增加(P< 0.05)。另外，持续练习时40%AOP相比于无加压条件，其股外侧肌的诱发激活值显著增加(P<0.05)，50%AOP相比于无加压条件，其股直肌、股内侧肌和股外侧肌的诱发激活值显著增加(P<0.05)。

由表2比较结果可知：50%AOP相比于无加压条件，无论是除压间歇还是非除压持续加压练习中，股二头肌和半腱肌诱发激活值均显著增加(P< 0.05)；另外，60%AOP相比于无加压条件，间歇练习时，仅半腱肌诱发激活值显著增加(P<0.05)。

Tab. 3 Two-factor analysis of variance of the normalized values of RMS of thigh during external pressure and intermittent mode

3 讨论

3.1 不同施压刺激模式对负重蹲起动作中肌肉激活机制

许多研究表明，低强度加压训练可以增加活动肌肉的EMG振幅值[11,12]，导致肌电活动增加的主要原因是由于肌肉内代谢产物的“超负荷”，如肌肉在血流限制条件下进行收缩所造成肌内缺氧和代谢产物的堆积，可以通过刺激Ⅲ和Ⅳ传入中枢促进肌纤维的募集，这可能导致α运动神经元的抑制，募集更多的肌纤维以维持力量和防止传导失败[13]。也有研究指出，在低强度加压训练中，被限制的肢体内血流被限制，导致肌肉内血乳酸浓度升高，氧供应相对不足，为了补充能量供应下降导致的发力不足，更多的快肌纤维被募集参与运动[14,15]。因此，加压训练诱导的肌肉激活程度的增加可能是引起肌肉肥大反应的重要因素之一[16]。

本研究探讨了在低强度下肢多关节练习(负重蹲起)中加压训练对大腿肌群激活程度的影响，本研究结果显示(表2)，间歇和持续加压30%1RM负重深蹲练习都可以导致大腿前群和大腿后群肌肉激活程度的增加。同时，还发现外部加压刺激不仅提高股直肌、股内侧肌和股外侧肌等伸膝关节主动肌的肌电振幅，而且也可以使股二头肌和半腱肌等拮抗肌肌电振幅值提高。其中，50%AOP肌肉激活幅度最大。

3.2 外部加压强度的变化对加压负重蹲起中大腿肌肉激活特征分析

在抗阻训练中引起活动肌肉激活的最佳施加压力范围区间方面，不同研究中观点不一。Yasuda等[17]探讨了20%1RM强度的加压屈肘练习时不同外部压力对肱二头肌激活的影响，结果得出，147～160 mmHg压力范围为引起肱二头肌最大激活的最佳区间，可以在无不适感的同时募集更多的肌纤维。而Counts等[18]采用40%～90%AOP范围进行加压屈肘练习，观察不同压力水平对肱二头肌激活程度的影响的结果表明，肌肉激活程度不受外部压力的影响，高低压力对肌肉肥大、力量和耐力等方面产生的适应效果相类似，但是高压力会产生较高的不适感。因此该结果提示，采用低中压力可以使活动肌肉在未产生不适感的同时发生积极性适应反应。Sumide等[19]发现，20%1RM强度加压等速膝伸展练习中，50～150 mmHg压力范围可以在无不适感的同时有效增加股四头肌的力量和肌肉耐力，而肌肉力量的增加则可以间接反映运动单位募集水平的提高。Loenneke等人[7]采用根据动脉闭塞压百分比推算出的外部限血压相对值的研究发现，在加压等速膝伸展练习中，40%～50%AOP范围可以提高股外侧肌的激活水平，而更高的压力则不会引起上述变化。

相比于以往研究中仅探讨单关节动作而言，本研究采用多关节参与的深蹲练习，并附加30%1RM负重的结果显示，施加不同动脉闭塞压和不同间歇方式对大腿肌群激活程度的影响存在差异性，50%AOP无论在除压间歇还是在非除压持续练习中，相比于无加压条件，不仅可以显著提高股直肌、股内侧肌和股外侧肌的激活水平，同时还可以提高股二头肌和半腱肌的激活水平；而40%AOP的间歇和持续练习仅可以提高股直肌的激活水平；而60%AOP条件下，仅在除压间歇练习时可以显著提高股内侧肌和股二头肌的激活水平的结果提示，相比于无压力条件的负重深蹲练习而言，适宜外部压力条件下的低强度加压负重深蹲练习不仅可以提高伸膝关节主动肌的肌肉激活，而且还可以同时提高拮抗肌的肌肉激活。综合以上结果表明，50%AOP的间歇加压深蹲训练可以同时显著提高大腿前群和后群的激活程度。这与Yasuda等人[22]研究得出的40%～50%AOP最佳范围相类似，因此，50%AOP压力不仅适用于单关节等速膝伸展运动，同样也适用于多关节负重深蹲运动。在适用人群方面，不仅适用于普通男性，而且还适用于高水平男子手球运动员。

3.3 不同间歇方式对加压负重蹲起中大腿肌肉激活特征分析

组间间歇方式也是影响活动肌肉激活特征的重要因素。有研究表明，较高外部压力条件下的持续加压练习可以使组织氧合大幅度减少和代谢压力增加[20]，而多组加压练习过程中肌肉激活程度的提高也与外部压力强度有关联[22]，因此许多研究中采用较高的压力强度。另外，也有研究表明，较高压力强度可能导致持续多组加压训练不能完成，且存在较大的个体差异。同时，持续练习中期阶段肌肉激活程度会达到一个瓶颈期，而在最后阶段会导致神经紊乱和能量供应不足，且在移除袖带后会产生持续疲劳[21,22]。以上可能是由于在加压训练过程中磷酸肌酸浓度会处于较低的水平，而在间歇期间磷酸肌酸会发生再合成以保持充足的能量供应。持续练习相比间歇练习而言，其间歇期间磷酸肌酸再合成不足，从而导致代谢产物堆积引起酸中毒，造成神经紊乱和能量供应不足。而间歇练习则不会发生上述情况，肌肉可以在磷酸肌酸合成充足的情况下进行收缩，同时在解除加压袖带后可以避免疲劳的发生。Yasuda等[23]发现在较高外部压力条件下，持续和间歇加压屈肘练习时肱二头肌激活程度相似。本研究双因素方差分析结果也显示，间歇方式对加压深蹲练习时下肢肌群肌肉激活程度无显著性影响。因此，考虑到训练后避免疲劳的产生，促进肌肉功能尽快恢复，推荐高水平手球运动员在中等外部压力条件下，采用间歇练习方式进行加压深蹲不仅更能取得较好的练习效果，还可以避免过度疲劳。

综上，50%AOP施压对高水平手球运动员在轻负重蹲起练习中，可以同时显著提高股四头肌和股后肌群的最佳激活程度，产生最佳训练效果，在间歇模式中推荐采用除压间歇模式。