肌肉加压训练环境下的表面肌电信号特征研究

张卓远，贾 谊

肌肉作为人体运动的动力器官，是人体运动系统中重要的组成部分。而肌肉体积是影响肌肉力量大小的重要因素。人在30岁之后，人体的肌肉形态以及功能会逐渐衰退[1]，因此需要不断地训练才能维持。目前所知，抗阻训练是促进肌肉体积和力量增长的有效手段。在传统抗阻训练中，一般多采用65% ～85%1RM的强度进行练习[2]，这种训练强度对运动员的心血管系统、肌肉以及关节的负担较大，极其容易产生疲劳带来伤病。近年来，加压训练(KAATSU training)在运动训练、康复医疗以及健康等领域得到很大的推广和普及，它可以在低强度(20% ～30%1RM)负荷条件下，起到刺激肌肉增长、提高肌肉力量的作用[3]。目前有关加压训练结合传统抗阻训练以及加压训练对肌肉形态、身体机能的研究较多，但是加压训练结合表面肌电的研究较少，且鲜有关于探索在抗阻训练中适宜的加压强度和负重负荷的相关研究。因此，本研究皆在探索抗阻训练中适宜的加压强度和负重负荷。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

募集高校男子运动员16名作为受试者。受试者测试前均无运动损伤、心血管疾病、皮肤过敏等情况。每位受试者至少进行1次预实验，熟悉实验流程、测试内容以及注意事项。所有受试者均自愿参加本次实验。运动员基本信息见表1。

表1 受试者基本情况

1.2 研究方法

1.2.1 整体实验设计本研究采用加压强度和负重负荷双因素实验设计，其中加压强度选取250mmHg、300mmHg、350mmHg 三种，负重负荷选取0%1RM、30%1RM、75%1RM三种。一种加压强度对应三种负荷，分别进行离心与向心两个动作。每个动作进行三次测试，记录相关肌电指标。

测试过程中每一位受试者分别进行不同加压强度、不同负重负荷的离心训练与向心训练。一种加压强度对应三种负重负荷，同时包含两个动作，即三种加压强度共有18个不同加压强度、负重负荷的动作。为了避免测试时，前面的测试项目影响后面项目的测试效果，每个人的测试顺序以抽签的形式决定。每名受试者总共进行三次测试完成整个实验。采用表面肌电技术，记录深蹲过程中两个阶段下肢不同肌肉的肌电数据。实验均以受试者右腿进行加压绑带。

图1 血流限制绑带和肌电贴片位置

1.2.2 血流限制训练方法加压训练是由日本的佐藤仪昭博士在跪坐中由于腿部受到压迫后造成发麻，进而引发“在力量训练中通过人为的方式对肢体带来额外的压力，来限制肢体的血流量，可能会利于增加某一负荷对身体的刺激深度导致肌肉快速增大”的设想。因加压的目的是闭塞血管以限制肢体的静脉血流量(blood flow restricted，BFR)，所以该训练方法也被称为“血流限制训练”(blood flow restricted training，BFRT)。加压力量训练通常采用可量化压力的特制弹性充气袖带和尼龙充气袖带对肢体给予适当的压力以限制远端的血流量，并结合某种运动形式(专项训练、康复训练、有氧训练等)进行训练[4，5]，适用于高水平运动员、伤后康复人群、特殊疾病人群以及中老年人群等[6]。本实验所采用的加压设备为B STRONG品牌加压训练带(配图见图2)。本产品具有设计精密，方便、耐用等特点，在竞技体育领域有极高的认可度。本器材由加压泵和压力带组成，调节方式是魔术贴。加压部位为受试者大腿根部位置。

图2 加压训练设备

1.2.3 深蹲最大力量测试测试前一周首先对受试者的深蹲最大力量(1RM)进行测试。根据运动员的体重、力量决定初始重量，每次测试组数大约在6～8组，每组递增负荷在10～20kg。根据完成情况增减重量5% ～10%，再进行一次深蹲，最终测出受试者杠铃深蹲1RM重量。动作要求:受试者双手握杠铃至于肩上，目视前方，两脚与肩同宽，脚尖略向外站立，膝关节的朝向与脚尖相同;保持腰背挺直，下蹲时髋关节低于膝关节至90度，大腿与地面平行，然后将杠铃自行抬起至身体站直。

1.2.4 表面肌电测试在热身结束后进行肌电测试。实验采用美国Delsys表面肌电采集分析系统，无需电极片，内置三轴加速度传感器。与系统配套软件为EMGworks Analysis，包括数据采集与分析两个模块，可以分别完成肌电信号的采集与处理工作。根据深蹲动作的基本特征，本次实验选取股直肌、股外侧肌、股内侧肌、股二头肌和腓肠肌进行测试。根据解剖学标准，选定传感器安放位置。在粘贴前进行皮肤清洁处理并刮去附近的毛发，用酒精棉擦拭皮肤区域，以降低皮肤阻抗，保证传感器良好附着。受试者准备好后听取操控者发出指令开始蹲起动作。每个动作测试三次，分开采集每次的肌电信号。蹲起的节奏要求受试者控制在4～5秒内完成。每做完一个动作之后受试者进行休息，随后进行加压强度和负重负荷的调整，继续下一个动作的测试。本实验选取均方根振幅(root mean square RMS)反映肌肉放电量大小，在原始数据上截取肌肉用力的范围，并计算RMS最大值，之后导入Excel进行分析。受试者完成深蹲后，记录下肢5块肌肉的肌电图，通过截取肌电图计算相关参数来探讨不同压力及负荷对下肢肌肉激活的差异，找出引起肌肉最大激活的压力及负荷范围。

表2 肌电数据采集方案设计

1.3 实验器材及设备

B Strong血流限制训练带、Delsys表面肌电采集分析系统、笔记本电脑、医用酒精、医用棉棒等。

1.4 数据分析方法与统计学分析

使用Excel软件对所有数据进行编辑整理，采用SPSS26.0统计学软件进行统计分析，采用单次测量双因素(压力负荷)、(压力动作形式)方差分析法进行差异性检验;组间压力比较使用配对t检验;组间压力比较使用LSD法。所有数值都表示为平均数±标准差，显著性水平取0.05，P＜0.05表示有显著性差异，P＜0.01有非常显著性差异。

2 研究结果

2.1 不同压力与负荷对肌电信号的交互影响

表3 不同压力刺激结合负重负荷对下肢肌肉均方根振幅影响(μν)

由表4双因素方差分析结果可知，压力对于肌肉均方根振幅不具有显著性影响(P＞0.05)，负荷对肌肉均方根振幅具有非常显著性影响(P＜0.01)。而压力和负荷对股直肌均方根振幅的交互作用具有显著性影响(P＜0.05)。由此可见，负荷是影响肌肉激活程度大小的主要因素，并且股直肌在负荷的基础上介入压力对肌肉激活有显著效果，而其他肌肉均无明显作用。

表4 压力和负荷对下肢肌肉均方根振幅影响的双因素方差分析结果

表5是一名受试者在各组深蹲运动中股直肌原始肌电图。可以看出，这名受试者在进行不同压力和负荷下的运动时肌电振幅的差异。

表5 一名受试者全部组合深蹲运动中股直肌原始肌电图

2.2 不同压力与动作形式对肌电信号的交互影响

由表6双因素方差分析结果可知，压力对于肌肉均方根振幅不具有显著性影响(P＞0.05)，动作形式对股直肌均方根振幅有显著性影响(P＜0.05)，对股外侧肌和股内侧肌具有非常显著性影响(P＜0.01)。压力和动作形式对所测肌肉肌电的交互作用均无显著性影响(P＞0.05)。因此，动作形式是影响肌肉激活程度大小的主要因素。

表6 压力和动作形式对下肢肌肉均方根振幅的双因素方差分析结果

2.3 加压强度对向心阶段下肢肌肉激活的影响

由图3可知，对不同组合下向心阶段的肌电数据进行整体统计，从整体运动中肌肉的肌电信号变化情况来看:与无负重相比，股直肌RMS在负重30%1RM情况下250mmHg和350mmHg出现增大(P＜0.01)，负重75%1RM情况下250mmHg和350mmHg出现增大(P＜0.01);股外侧肌RMS在负重30%1RM情况下350mmHg出现增大(P＜0.01)，负重 75%1RM情况下 250mmHg和300mmHg出现增大(P＜0.05);股内侧肌RMS在负重30%1RM时250mmHg出现增大(P＜0.05)，负重75%1RM时250mmHg和300mmHg出现增大(P＜0.01);股二头肌RMS在负重75%1RM时，250mmHg、300mmHg以及350mmHg均出现增大(P＜0.01)，腓肠肌 RMS在负重 75%1RM时，300mmHg和350mmHg均出现增大(P＜0.01)。

图3 向心阶段各肌肉均方根振幅测试结果

图4 加压与非加压对深蹲运动中股直肌RMS影响

在三种压力中，股直肌RMS在负重75%1RM时，300mmHg大于负重30%1RM(P＜0.05);股外侧肌 RMS在负重 75%1RM时，300mmHg和350mmHg均大于负重30%1RM(P＜0.01);股内侧肌RMS在负重75%1RM时，350mmHg大于负重30%1RM(P＜0.05);股二头肌以及腓肠肌RMS在负重75%1RM时，250mmHg和300mmHg均大于负重30%1RM(P＜0.01)。

2.4 加压与非加压对股直肌激活程度的影响

从LSD多重比较结果可以看出，在75%1RM负荷的刺激下，250mmHg和300mmHg压力之间不具有显著性差异，所以250mmHg～300mmHg结合75%1RM负荷刺激有助于加压训练以及抗阻训练过程中提高肌肉激活程度，进而提升训练效率。

表7 股直肌加压与非加压时不同压力之间LSD多重比较结果(P值)

3 分析与讨论

RMS是反映肌电信号幅值大小变化的指标。在运动过程中肌肉放电量增强，RMS越大，说明肌纤维的募集程度就越高[7]。本研究通过不断增加加压强度，发现下肢肌肉均方根振幅的反应无明显变化，其增长和下降的幅度也不一致。

加压训练中引起肌肉激活的最佳施加压力范围方面有着不同的研究观点。不适当的加压是加压训练造成相应风险以及影响训练效果的主要原因之一，因此，选择合适的加压压力对于加压训练的安全以及效果十分重要[8]。以往研究中加压训练采用肱动脉收缩压或者完全闭塞动脉血流压力的百分比来确定最佳外部压力的大小[9]，而近年来采用基于根据个人大腿围所推断出的动脉闭塞压计算出来的动脉闭塞压百分比(%AOP)得到了更多的应用和普及[10]。李志远[11]对男子手球运动员进行负重30%1RM的深蹲练习，分别完成无加压、40%动脉闭塞压(AOP)、50%AOP和60%AOP四种加压方式。结果表明50%AOP施压可以显著提高股四头肌和股后肌群的激活程度，产生更佳训练效果。Yasuda等[12]对受试者进行 20%1RM的加压屈肘练习，结果发现147～160mmHg之间能够引起肱二头肌最大程度激活，能够在无不适感的同时募集更多肌纤维参与运动。而Counts等[13]采用40% ～90%AOP范围进行加压屈肘练习，观察不同压力刺激下对肱二头肌的激活程度。结果表明肌肉激活程度不受外部压力的影响，压力的高低产生的效果并无差异，但是较高的压力会带来额外的不适感。因此可以看出采用低中强度的压力能够在不产生不适感的同时提升训练效果。赵泽铭[14]选取 150mmHg、200mmHg、250mmHg 以及300mmHg四种不同的压力值并观察结合30%1RM对下肢肌肉的影响。结果表明200mmHg～250mmHg的压力值可以得到较好的训练效果。Sumide等[15]发现20%1RM的负荷刺激的等速伸膝练习，结合50～150mmHg的压力范围能够有效增加股四头肌的力量和肌肉耐力，而肌肉力量的增加可以间接反映出肌纤维募集水平的提高。Loenneke等[16]通过分析动脉闭塞压百分比推算出的外部压力相对值发现，在加压等速膝伸展练习中，40%～50%AOP之间的范围能够提高肌肉的激活效果，而更高的压力则无明显变化。

本研究结果显示250mmHg～300mmHg的压力范围更有利于提升肌肉激活程度，可应用在成年男性抗阻力量训练当中，进而提升训练效率，这与前人的研究结果相类似[17]。研究中当压力达到350mmHg时所测肌肉均方根振幅出现下降，可能是由于压力过大导致肌肉内环境变化过大，神经敏感度降低进而影响了神经对肌肉的控制，减少了运动单位募集所导致的。其次由于本实验采用单次测量法进行测量而并非组数测量，训练过程中无法募集更多的肌纤维导致均方根振幅无十分明显的变化。

实验结果发现下肢所测肌肉均方根振幅(RMS)随着负荷的增加产生明显变化，这表明负荷对肌电信号能够产生积极显著的作用。然而实验中每块肌肉均方根振幅的变化情况是不同的，这说明同一种刺激下针对不同肌肉的激活效果有所差异。从图3可见:股二头肌在负重75%1RM时，当压力达到350mmHg后均方根振幅出现下降。这就表明不同压力结合负荷刺激对下肢肌肉激活程度是不同的，适宜的刺激以及运动强度才能够进一步提升肌肉的激活效果，相反则起不到或者阻碍肌肉的激活程度。说明加压强度结合负重刺激对肌肉的影响具有差异性，针对不同部位的肌肉需要采用更加适宜的刺激方式。覃倩[18]通过加压训练结合振动训练，选取250mmHg压力以及30Hz的刺激进行30%1RM的深蹲练习。研究表明实验后加压振动组、加压训练组以及振动训练组均方根振幅、积分肌电和中位频率较实验前显著提升。王梦婷[19]采用40%AOP、60%AOP 以及80%AOP 结合30%1RM进行抗阻训练，发现60%AOP压力下男性股内侧肌RMS、女性股直肌RMS均显著增加，其余各组无显著差异。陈科奕[20]对受试者进行上肢90mmHg、下肢120mmHg结合25%1RM的坐姿伸膝、卧推和站姿腿伸展三个动作测试，实验后发现实验组所测肌肉均方根振幅发生明显变化，加压训练结合低强度抗阻训练能够有效提升肌肉激活程度。因此，在设计加压训练方案的同时，要考虑不同压力和负荷对身体不同部位肌肉会产生不同的作用效果，并且采用适宜的加压强度和负重负荷才能产生积极适应性反应。

4 结论

正常成年男性在进行深蹲加压力量训练时，采用压力值以250mmHg～300mmHg之间为宜，同时结合75%1RM的刺激更有利于提高下肢肌肉激活程度，产生更佳训练效果。