血流阻断结合传统抗阻运动对男性大学生运动员激活后增强效应的影响

2023-09-02刘嘉俊周喆啸汤珊郑航魏佳陈小平

中国体育科技 2023年8期

刘嘉俊，周喆啸，汤珊，郑航，魏佳，陈小平 *

热身是训练及比赛开始前的必要环节，有效热身能够提高运动员机体活性，并降低运动损伤的风险。精英运动员常在训练或赛前采用大强度热身来达到提高运动表现的目的，这是肌肉在刺激后被强化的现象（刘瑞东等，2017）。肌肉“激活-强化”学说的起源可追溯至1982年，生物学家Manning（1982）在动物实验中发现肌肉预激活的机制。次年，Vandervoort（1983）在人体中同样发现存在该机制，Brown（1998）将其命名为激活后增强效应（postactivation potentiation，PAP）。PAP练习一般分为2种（Folland et al.，2007；Kilduff et al.，2008）：1）静力性训练，提高某些动作的快速力量和爆发力；2）通过抗阻加超等长练习对主要发力肌群进行预激活。研究表明，25%～100% 1RM的收缩刺激均能引起PAP效应（Esformes et al.，2011；Lowery et al.，2012），同时该效应随刺激强度增加而增强（Mettler et al.，2012），目前已证实了PAP在短距离（Kilduff et al.，2011；Yetter et al.，2008）、跳跃（Kilduff et al.，2008）和投掷（Kilduff et al.，2007）等快速力量类动作中的存在，能够有效提升橄榄球、足球、举重、短跑、手球和游泳等（Baker，2003；Kilduff et al.，2007，2011；Lzquierdo et al.，2002）运动员的运动表现。但由于影响PAP效果的因素种类繁多，包括诱导练习的方式、强度、恢复时间、性别和个体差异等（Tillin et al.，2009），导致PAP的增强幅度和窗口期在实际应用中难以把控（姜自立等，2016）。此外，传统练习所采用的大负重方式会引起更强的疲劳效应（Miarka et al.，2011），同时伴随更高的损伤风险（Till et al.，2009），而且大负重的方式在许多项目赛前较难实施，因此目前亟需一种更为简便易行且效果显著的方法来解决该问题。

近年来，血流阻断训练法（blood flow restriction training）得益于其强度小、效果好等特点受到训练领域的高度关注，最初被应用于肌肥大训练。有研究发现，该方法仅需20%～30% 1RM的低负荷强度即能达到与大强度训练类似的效果（盛菁菁等，2019；Abe et al.，2005），为训练提供了新路径。在血流阻断状态下进行抗阻训练，受限局部内环境会处于缺血、缺氧状态（魏佳等，2019b），加速合成代谢激素的分泌，影响蛋白质合成和抑制的调节，并增强肌纤维募集和肌细胞肿胀效应（魏佳等，2019b），周期的血流阻断练习还能提高运动员的乳酸耐受能力和无氧供能能力（许以诚等，2003）。有调查研究发现，低强度血流阻断练习不仅能有效改善肌肉力量、维度和功能（吴旸等，2019；Abe et al.，2010；Kork et al.，2021），对心肺耐力提高（Paek et al.，2010）和疲劳恢复（Husmann et al.，2017）等方面也有显著增益效果。Abe等（2005）和Park等（2010）研究表明，普通人群和运动员均能从低强度的血流阻断有氧运动中获益。还有研究认为，血流阻断训练法可能是解决同期训练中力量-耐力不兼容问题的新途径（Abe et al.，2010）。

在血流阻断训练研究进展方面，大多集中于训练的效果和机制问题，而就该方法在提高运动员竞技成绩方面的证据尚不明确（徐飞等，2013）。已有研究发现，小强度血流阻断训练会加快运动神经传导速度（Kim，2010）。前期调查观察到，在单侧腿采取血流阻断的状态下进行双腿提踵运动时，血流阻断侧的下肢肌群放电程度显著高于未血流阻断侧（刘嘉俊等，2019），验证了血流阻断训练对肌肉募集有一定影响。若该方法对运动表现提高有积极作用，那么运动员就能实现以中低强度的热身达到理想预激活效果的目的，在保证较高安全系数的同时（孙科等，2019），更小的负重也方便运动队伍的携带和运输，弥补传统PAP方案的不足，因此有必要对该问题做进一步研究。为此，本研究探究中等血流阻断结合中等负荷强度抗阻练习对运动表现增强效应的影响，及其增强窗口期随恢复时间变化的特征。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

招募某高校男性二级水平运动员11人参加本实验，年龄为（22.70±1.79）岁，身高为（174.30±3.82）cm，体质量为（67.90±8.47）kg，训练年限为（4.40±2.38）年，1RM为（377.71±68.19）kg，大腿维度为（56.50±4.32）cm。要求日常保持良好的体育运动习惯，近3个月内没有下肢开放或闭合性损伤，且无心血管、高血压、高血糖、高血脂等生理疾病。在实验前48 h无剧烈运动，血流阻断测试气压值参考Loenneke（2012）的研究。

1.2 研究方法

1.2.1 实验仪器

纵跳台为Kistler便携式Quatto Jump-9290AD测力台，频率为500 Hz；诱导练习器械为Keiser-LegPress气阻腿举器；血流阻断设备为易动康Nano便携式加压训练仪。

1.2.2 实验方法

实验前安排下肢腿举1RM测试，测试流程参照美国国家体能协会（National Strength and Conditioning Association，NSCA）标准进行，7天后按随机顺序分别进行2次测试，空白对照组（CON）诱导练习强度为90% 1RM，实验组（BFR）为50% 1RM；激活练习量均为1×5次，间歇时间均为60 s；2次测试间隔48 h以上。测试流程为10 min热身（NSCA标准）、3次连续纵跳（counter movement jump，CMJ）（基准值）、腿举诱导练习。在练习后即刻、4、8、12 min 4个时间点分别进行3次CMJ，在每3次CMJ中选取最佳的1次记录并采集该次跳跃的高度（H）、重心高度变化（HC）、峰值功率（P）、蹬伸时间（T）、峰值垂直地面反作用力（the peak ground vertical reaction force，vGFR）和平均力量发展速率（rate force development，RFD）。指标中，蹬伸时间T通过重心高度变化指标进行划分，起跳阶段以下蹲至最低点时刻标记为t1，脚尖离开跳台时刻标记为t2，T=t2-t1；RFD表示起跳阶段的峰值力比达到峰值力所用的时间（T2），反映整个起跳阶段的力量发展速率平均值，计算公式采用：RFD=Fmax/T2（Guillaume et al.，2014；Laffaye et al.，2013；Slawinski et al.，2010）。

1.3 数据统计

采用SPSS 22.0对实验记录的H、P、T、vGFR和RFD分别进行重复测量方差分析，以2×5（treat×time）的处理方法，首先检验数据的正态分布情况、异常值和是否满足球形假设，满足球形假设（P＞0.05）的数据以一元方差统计结果为准，不满足的数据参考多元方差检验结果；其次，对每组数据再分别进行组内、组间比较，结果以平均值±标准差（M±SD）表示，P＜0.05表示具有显著差异，P＜0.01表示具有非常显著差异。

2 结果

2.1 2种诱导练习后的运动表现在不同恢复时间水平上的变化特征

双因素重复测量方差分析发现，Mauchly球形检验结果为P=0.86＞0.05。对主体内效应进行检验发现，时间因素与不同诱导方式之间的交互作用对H的影响具有非常显著差异［F（4，40）=3.941，P=0.009＜0.01］，时间主效应显著（P＜0.01），CON与BFR的组间效应不显著（P＞0.05）。对CON、BFR组内各时间点H与基准值进行重复测量方差分析发现，CON各时间点的H不满足Mauchly球形假设（P＜0.05），主旨内效果检定Greenhouse-Geisser发现时间与H的单独效应无显著性差异（P=0.553）。经成对比较发现，CON组内仅8 min时H［（56.93±6.72） cm］与基准值［（54.43±5.80） cm］相比有非常显著差异（P＜0.01），而BFR组在4、8 min时H［（57.76±6.24） cm，（57.85±6.02） cm］与基准值均有显著差异（P＜0.05），其他时间点之间无显著差异。组间对比发现，在CON、BFR组间只有即刻的H存在显著差异（P＜0.05；图1，图2）。

图1 2种预激活诱导练习前后H在不同恢复时间水平上的变化Figure 1. Changes of H at Different Recovery Time Points before and after the Two Types of Pre-activation Induction Exercise

图2 2种预激活诱导练习前后P在不同恢复时间水平上的变化Figure 2. Changes of Peak P at Different Recovery Time Points before and after the Two Types of Pre-activation Induction Exercise

2.2 峰值功率

重复测量方差分析发现，Mauchly球形检验结果为P＜0.05。再通过Greenhouse-Geisser发现，时间因素与不同诱导方式之间的交互作用对峰值功率的影响不具有显著差异（P=0.629）。后经CON、BFR组间和组内效应检验发现，各时间点之间均不存在显著差异，但BFR组较CON组的峰值功率有升高趋势（图3）。

图3 2种预激活诱导练习前后T在不同恢复时间水平上的变化Figure 3. Changes of T at Different Recovery Time Points before and after the Two Types of Pre-activation Induction Exercise

2.3 蹬伸时间

重复测量方差分析发现，Mauchly球形检验结果为P＜0.05。再通过Greenhouse-Geisser发现，时间因素与不同诱导方式之间的交互作用对蹬伸时间的影响不具有显著差异（P=0.459）。后经CON、BFR组间和组内效应检验发现，各时间点之间均不存在显著差异，但诱导练习后BFR与CON的蹬伸时间均呈上升趋势（图4）。

图4 2种预激活诱导练习前后vGRF在不同恢复时间水平上的变化Figure 4. Changes of vGRF at Different Recovery Time Points before and after the Two Types of Pre-activation Induction Exercise

2.4 峰值地面垂直反作用力

重复测量方差分析发现，2种诱导练习后各恢复时间vGRF的变化不同。处理后各组数据均服从正态分布（P＞0.05），且无异常值。Mauchly’s球形度检验结果为P=0.195。统计结果显示，诱导方式与恢复时间之间交互作用非常显著（P＜0.01）。组间两两比较发现，CON组与BFR组在诱导后即刻［（1 509.77±231.45） N，（1 736.32±238.03） N］与4 min时［（1 706.85±260.10） N，（1 801.36±313.43） N］的vGFR存在显著差异（P=0.01，P＜0.05），其他时间点无显著变化。组内5个时间点比较发现，相对基准值，CON组在诱导后8 min时［（1 804.65±294.30）N，P＜0.05）］出现vGRF最大值，BFR组在诱导后4、8 min时［（1 801.36±313.43） N，（1 794.78±310.19） N］与基准值相比存在显著差异（P＜0.05），其他组内各时间点之间均无显著变化（图5）。

图5 2种预激活诱导练习前后RFD在不同恢复时间水平上的变化Figure 5. Changes of RFD at Different Recovery Time Points before and after the Two Types of Pre-activation Induction Exercise

2.5 平均力量发展速率

重复测量方差分析对比两种诱导练习在不同恢复时间上RFD的变化。经Shapiro-Wilk检验，只有CON组在诱导后即刻的数据不服从正态分布（P=0.032）。球形检验结果为P=0.056，对于交互项，交互作用对2组各时间点RFD的影响具有显著差异（P＜0.05）。统计结果表明，仅BFR组在恢复时间8 min时［（6854.04±1553.80） N/s］相对基准值［（5916.35±1407.15） N/s］出现显著提高（P＜0.05）。组间5个时间点的比较发现，只有诱导后即刻2组组间RFD存在显著差异（P＜0.05；图6）。

图6 传统预激活方案的增强-疲劳模型（引自Science for Sport）与BFRT预激活方案的增强-疲劳模型假设（本研究假想图）Figure 6. Traditional Potentiation-Fatigue Model of Traditional（from Science for Sport） and BFRT （Speculations of This Study）Pre-activation Scheme

3 讨论

3.1 2种方案的PAP效果比较

研究发现，CON组与BFR组均存在显著的PAP效应。纵跳高度方面，CON组在恢复时间8 min时较基准出现显著提高，BFR组在恢复时间4、8 min时显著提高，且2种诱导方式在最佳运动表现增强效果上没有显著差异。传统激活后增强效应的理论研究相对成熟，在许多项目的热身环节都发挥了重要作用。目前研究已证实了PAP的存在（Kilduff et al.，2007；Lowery et al.，2012），等长或等张收缩条件下均能产生PAP效应（Ebben et al.，1998；Esformes et al.，2011；Kurt et al.，2008），其中肌球蛋白调节轻链的磷酸化、肌肉羽状角度改变和更多的运动单元被激活是其中的主要机制（Moore et al.，1984；Reardon et al.，2014）。在其生理机制的研究中发现，大强度抗阻诱导练习会引起Ca＋浓度变化，而Ca＋与钙调节蛋白的结合、肌球蛋白轻链激酶的活性增强和催化肌球蛋白调节轻链的磷酸化会激活肌球蛋白轻链激酶头部ATP酶活性，达到能量迅速被释放的效果（姜自立等，2016），从而提高运动表现。对于BFR组，证据表明低强度的血流阻断抗阻训练也会引起Ca＋浓度显著升高（Uematsu et al.，1995）。据此本研究推测，这是BFR组能够诱导出与CON组相似PAP效应的原因之一。

选取P、T、vGRF、RFD 4个指标测试中起跳阶段爆发力进行评价。结果表明，2种诱导练习方案和不同恢复时间均对运动员爆发力性能变化产生显著影响，且各指标在不同恢复时间水平上的特征也存在一定差异。在提高运动员功率输出方面，有研究认为，40%～70% 1RM的上肢抗阻练习（Baker et al.，2001；Esformes et al.，2011）和60% 1RM的下肢抗阻练习（Lzquierdo et al.，2002；Stone et al.，2003）是有效发展运动员功率输出的负荷强度。而进一步的研究认为，大于80% 1RM是较为可靠且能够诱导出最佳功率输出的负荷强度（Baker，2003；Gossen et al.，2000）。这是因为大强度的刺激能够募集到由大运动神经元控制的快收缩单位（姜自立等，2016），而肌肉收缩时力量的增强能够直接、有效地提高运动成绩（陈小平等，2004）。本研究中，2种诱导练习方式的纵跳峰值功率均未出现显著变化，Chiu等（2003）和Jeasen等（2003）的研究也得出这一结果。还有研究认为，测试对象的个体差异（Sygulla et al.，2014）和自身水平不同（Gourgoulis et al.，2003；Terzis et al.，2009）会导致结果不一致，但并不代表所有的测试对象，因此有必要针对不同个体提供个性化的诱导练习方案。

测试中记录了起跳的蹬伸时间，由于起跳过程用时极为短促，未能观察到2组在蹬伸时间上的显著差异，但BFR组在各恢复时间点的蹬伸时间均短于CON组，这对于RFD组的结果会产生较大影响。在力量发展速率指标上，仅BFR组在恢复时间8 min时出现显著提高，峰值地面垂直反作用力方面，CON组在恢复时间8 min，BFR组在4、8 min时出现显著提高。某些快速力量类动作要求短时间内肌肉收缩产生巨大力量来提供爆发力，例如在牵张-缩短循环（stretch-shortening cycle，SSC）类型的动作中，力量发展速率会随神经驱动的增强而提高（Docherty et al.，2004）。神经激活包括运动单元的刺激、募集的加强和突触前抑制降低等，促使肌肉单元在跨桥附着效应下产生更大的收缩力量。Kilduff等（2008）在进一步研究中发现，3×3×87% 1RM的诱导练习方案显著提高了橄榄球运动员在恢复时间8 min时CMJ高度、功率和力量发展速率。对此，Maffiuletti（2001）提出，MVC刺激对人体肌纤维中H波的变化有显著影响，认为这是由于高阶运动单元的募集能力发生变化所引起的。血流阻断训练过程中，局部氧浓度也出现降低（魏佳等，2019b），而高阈值运动单元的募集与氧浓度之间也存在关联（Moritani et al.，1992）。此外，血流阻断训练还能引起肌肉羽状角度变化（Kork et al.，2021），较小的肌肉羽状角度具有更高的机械效率（Folland et al.，2007），这也被认为是诱导PAP的原因之一（Terzis et al.，2009；Reardon et al.，2014）。

3.2 2种方案的PAP的时域特征及思考

CON纵跳高度随恢复时间的变化趋势与前人研究结果类似（Kilduff et al.，2007；Lowery et al.，2012），呈先下降、后上升、再下降的两极变化趋势，最佳纵跳高度出现在恢复时间8 min时。研究表明，诱导练习后一段时间内由于疲劳效应的影响并不能出现PAP效应，但随着恢复时间延长，增强效应将逐渐占据主导地位（Lowery et al.，2012）。目前有研究认为，有效恢复时间为4～12 min，过后增强作用将会消失（Lowery et al.，2012），本研究也支持这一观点。BFR组在各恢复时间点上均出现运动表现增强的现象，即刻纵跳高度显著高于CON组即刻值，恢复时间4、8 min时显著升高。本研究BFR组测试采用持续性血流阻断（间歇时不释放压力），相较间歇性血流阻断会引起更大的生理代谢压力和疲劳效应（Neto et al.，2017；Teixeira et al.，2018），但其作用时间却很短（Husmann et al.，2017）。本研究认为，BFR在诱导练习后增强效应持续占据主导地位。图6为本研究对BFR预激活方案的“增强-疲劳模型”假设。

有研究建议，采用较高的负荷强度对目标肌肉进行刺激来达到理想的激活效果（Baker，2003；Gossen et al.，2000）。Seitz（2014）认为，精英运动员应采用＞85% 1RM或大于2倍体质量的负荷强度，而这可能会打破增强-疲劳的平衡（Miarka et al.，2011），损伤出现的风险也随之升高（Till et al.，2009），种种限制给大强度热身的应用带来困难，且在许多赛前难以实现。本研究BFR组不仅达到理想的PAP效果，同时规避了上述方案中的不足，另外，更轻重量的需求也减小了队伍在外出集训或比赛的携带运输负担。在阻血程度方面，40%～80% AOP是常用范围（魏佳等，2019a）；负荷强度方面，有学者认为，过高的练习强度或阻血程度不会引起肌肉激活或肌肉力量、维度的进一步提高（Dankel et al.，2017；Loenneke et al.，2015）。当负荷强度超过70% 1RM时甚至会降低肌肉激活程度（Dankel et al.，2017；Teixeira et al.，2018），适中的负荷强度也许较为理想（Patterson et al.，2010），同时具有更高的安全性（魏佳等，2019a）。