下肢低强度加压训练中血流受限部位和未受限部位肌肉活动的差异

孙 科，魏文哲，赵之光

在竞技体育训练和大众健身领域，通常认为需要通过大强度训练才能达到增肌的目的（ACSM Position Stand，2009；Earle et al.，2003），低于65% 1RM强度的训练很少会增加肌肉的大小或力量（Kraemer et al.，2004）。而大强度训练则可能产生一些不利后果，如：易引起较大程度的疲劳，影响其他训练内容和日常生活，运动系统承受较大的外力，运动损伤的风险较大等。在近些年，加压训练（KAATSU training），又称血流限制训练（blood flow restricted training，BFR training）被许多学者研究。在这种训练中，将特制的绑带绑在练习者的上肢或下肢近端，通过向绑带内置的气囊充气对肢体施加一定压力，进而使血液循环受到适度限制，并在这种状态下进行低强度训练。已有研究证实，加压训练可以用很小的负荷（20%～30% 1RM）刺激肌肉增长、提高肌肉力量（吴旸 等，2019；Barcelos et al.，2015；Daeyeol et al.，2016；Hernandez et al.，2013；Laurentino et al.，2008）。因其训练强度很低，运动损伤风险也较低（Takarada et al.，2000）。加压训练可能通过多种机制刺激肌肉生长。限制血液流动会引起局部肢体缺氧及乳酸的大量堆积，从而募集额外的快肌纤维参与运动（Takarada et al.，2006）。而在运动过程中动员额外的快肌纤维可能是加压训练诱发肌肉肥大、肌力增强的原因之一（Takarada et al.，2000）。另外，低强度加压训练可以显著增加胰岛素样生长因子-1（Insulin like growth factor-1，IGF-1）浓度（Seo et al.，2016），这是促进肌肉肥大的重要生理学机制（Abe et al.，2005）。此外，在加压训练时，静脉血流受到限制，会造成肢体远端出现“静脉池效应”，从而诱发肌细胞肿胀效应（Yasuda et al.，2012），这也被认为可导致肌肉肥大（Loenneke et al.，2012）。

上述研究表明，除了激素机制以外，其他机制的作用部位主要是被限制血流的肢体远端。与这些增肌机制相对应，以往研究多报道加压训练可引起血流限制部位肌肉的围度和力量的增加（盛菁菁 等，2019；Barcelos et al.，2015；Daeyeol et al.，2016；Hernandez et al.，2013；Laurentino et al.，2008），对其他部位的研究相对较少。Madarame等（2008）发现，在进行常规的中低阻力上肢力量练习后再进行下肢加压训练，会增大上肢训练的增肌效果。另有研究发现，加压训练不仅使血流受限部位肌肉出现肥大，未受限的近端肌肉也出现肥大，下蹲、屈腿加压练习可增加臀大肌的横截面积（Abe et al.，2005），卧推加压训练可增加胸大肌的横截面积（Yasuda et al.，2011）。这种效果转移（Cross-transfer effect）的范围和程度似乎与训练的动作形式和运动强度等因素有关，比如，慢速加压步行提高了大腿、小腿肌肉横截面积，但对臀大肌和髂腰肌无影响（Sakamaki et al.，2011）。

这些训练效果的转移机制尚不十分明确，转移的部位似乎只包括与四肢骨相连的肌肉，对距加压部位更远，但对于也参与运动的躯干肌肉有的影响却鲜见报道。有证据表明，加压训练可导致参与运动肌肉的肌电振幅值增加（Takarada et al.，2000；Tomohiro et al.，2009），而这一反应是加压训练诱发肌肉肥大的重要因素（Takarada et al.，2000）。鉴于腰部肌肉在维持人体姿势、预防下腰疼痛中的重要作用，以往少有针对加压训练对下肢后群肌肉、腰部肌肉活动影响的研究。因此，本研究采用硬拉练习，研究血流限制对硬拉动作中下肢、臀部和腰部肌肉活动的影响，探讨下肢肌肉和躯干肌肉之间可能发生的协同作用，以及血流限制对肌肉活动影响的程度和范围。

1 研究对象与方法

1.1 受试者

受试者为10名健康男性，均被告知测试程序以及其中的风险和益处，并自愿参与本研究。所有受试者在研究前没有参加过系统的专项力量训练。

表1 实验对象基本情况Table 1 Basic Information of Subjects n=10

1.2 运动方案

所有受试者进行自身对照实验，分别在血流限制状态（加压组）和无血流限制状态（对照组）进行低强度硬拉练习。随机选取半数受试者首先在限制血流状态下练习，间隔72 h后再进行常规练习，另外半数受试者则相反。使用相当于20%最大静力力量的杠铃进行4组硬拉练习，练习方案：第1组 30次×4 s/次，间歇30 s，第2组 15次×4 s/次，间歇30 s，第3组 15次×4 s/次，间歇30 s，第4组 15次×4 s/次。

1.3 硬拉最大静力测试和动作要求

鉴于大重量硬拉动作有一定风险性，受试者缺乏专业的力量训练经历，因此采用测力台和杠铃架进行硬拉最大静力测试。测试方法如图1所示，将杠铃杆固定在平齐受试者小腿中点的高度，受试者站到测力台上，称量体重，数据稳定后测力台示数清零；受试者俯身双手握住杠铃杆，保持膝关节微屈和躯干平直姿势，通过髋关节后伸动作，以标准硬拉姿势向上持续最大用力3～5 s，测力设备记录测得的最大压力，作为该名受试者的最大硬拉力量。休息3 min后，重复测试1次，取2次测试的最大值，将此数值乘以20%，即为练习使用的重量。练习过程中始终保持膝关节微屈和躯干平直姿势，仅通过髋关节后伸完成动作。动作最低点为杠铃到达小腿中点，最高点为髋关节不完全伸直，杠铃即将触碰身体时。每个动作的拉起和放下阶段各2 s。

图1 硬拉最大力量测试动作Figure 1. Deadlift Maximum Force Measurement

1.4 血流限制方案

在加压训练开始前，受试者站立，在其每侧大腿臀横纹位置，垂直大腿纵轴方向缠绕一条专用的弹性绑带（KAATSUMASTER，日本）。绑带内装有气囊，与气压控制系统相连，该系统可以监测和控制压力。为使受试者下肢的血管逐渐适应血流限制带来的血压变化，需逐渐提高充气压力：绑好后，向绑带内充气，直至气压达到100 mm Hg，持续20 s，释放气压5 s；然后充气至120 mmHg，保持20 s，再释放5 s。重复这一过程，直到最终气压达到200 mmHg（图2）。

图2 血流限制绑带位置Figure 2. The Location of BFR Band

1.5 肌电测试方案

在运动过程中，利用表面肌电测试仪（Wave Plus肌电仪，意大利）和3M银-氯化银电极片采集受试者右侧竖脊肌、臀大肌、股二头肌的肌电信号，具体位置分别为平齐髂嵴高度的竖脊肌隆起处、臀大肌中部隆起处、大腿后面中位高度竖直中线外侧。使用双电极片测试，二者连线与肌纤维走向一致。电极粘贴前，用酒精棉擦拭皮肤，以降低皮肤阻抗，保证电极良好附着。选取指标为反映肌肉激活程度的振幅均方根（RMS），在原始肌电图上选取肌肉用力的范围，取RMS平均值。将最大力量测试时获得的每块肌肉的肌电RMS定义为该名受试者的最大值，在各组运动中获得的肌电RMS值除以最大值，称为RMS标准值，以实现在不同受试者间的标准化。

1.6 数据统计方法

所有数据都表示为平均值±标准差（M±SD）。运用SPSS 20.0软件采用重复测量方差分析（repeat measure ANOVA）对加压组和对照组每组运动过程中的肌电RMS标准值进行统计学分析，对加压组和对照组之间的对比采用配对t检验，统计学意义为P＜0.05。

2 结果与分析

2.1 全部硬拉运动中各肌肉激活程度

对全部4组硬拉运动的肌电数据进行整体统计，结果显示，从整体运动中肌肉激活程度来看，加压组的臀大肌、股二头肌RMS标准值显著大于对照组（P＜0.05），竖脊肌则无显著性差异（图3）。

图3 全部硬拉运动中各肌肉RMS标准值Figure 3. The Normalized RMS during All Deadlift Exercise

2.2 各组硬拉运动中肌肉激活程度

分别统计受试者每组训练的RMS标准值，可以观察在4组练习过程中的肌肉活动变化情况。通过ANOVA分析，加压组臀大肌和股二头肌RMS标准值与运动组数的交互作用呈现出显著性差异（P＜0.05，图4），对照组各肌肉则均无显著性差异（P＞0.05）。加压组第4组与第1组相比，各肌肉RMS标准值增加幅度分别为15.0%，24.5%和31.5%，臀大肌在第3、4组训练，股二头肌在第2、3、4组训练的RMS标准值出现显著性差异（P＜0.05，图4），与图3的结果一致。

图4 每组硬拉运动中3块肌肉RMS标准值Figure 4. The Normalized RMS of Three Muscles during Every Sets of Deadlift Exercise

图5 是一名受试者在各组硬拉运动中各肌肉原始肌电图。可以看出，这名受试者在进行加压训练时肌电振幅值较大，各组内也呈现出了振幅的递增趋势。

图5 一名受试者全部4组硬拉运动中各肌肉原始肌电图Figure 5. The Original EMG Electromyogram of One Subject During All the 4 sets of Deadlift Exercise

3 讨论

3.1 实验方案

加压训练的增肌效应已被文献证实。根据其增肌机制和练习时的感受，以往多研究加压训练对四肢远端，如大腿、上臂等部位的训练效果（魏佳 等，2019；Barcelos et al.，2015；Daeyeol et al.，2016；Hernandez et al.，2013；Laurentino et al.，2008）。也有少数研究发现，加压训练对非血流限制部位的肌肉也有训练效应。Madarame等（2008）发现，在进行常规的中低阻力上肢力量练习后再进行下肢低阻力加压训练，会使上肢的训练效果更为明显。对此，该作者认为可能是下肢加压训练引起的激素变化促进了上肢训练效果的提高。有研究发现，不仅限制部位远端肢体肌肉出现肥大，近端肌肉也出现肥大。Abe等（2005）发现，在进行加压下蹲、屈腿练习后，股四头肌、股二头肌和臀大肌横截面积均显著增加，幅度分别为7.7%、10.1%和9.1%。在上肢方面，低强度加压训练使肱三头肌、胸大肌横截面积也分别增加了4.9%、8.3%，与高强度常规训练效果接近（Yasuda et al.，2011）。也有研究显示出不同的结果，Sakamaki等（2011）发现，慢速加压步行练习会显著提高大腿、小腿肌肉横截面积，而臀大肌和髂腰肌则无变化。

以往下肢加压训练中，所使用的充气绑带的气压一般在160～250 mmHg之间，训练强度在15%～40% 1RM之间（Barcelos et al.，2015；Daeyeol et al.，2016；Hernandez et al.，2013；Laurentino et al.，2008），所以，本研究把充气绑带气压定为200 mmHg，负重定为20%硬拉静力力量。因最大静力力量可能比1RM大10%左右（魏文哲 等，2014），但因为本研究采用的是20%的低强度，理论上与20% 1RM的差异仅在2%左右。本研究采用了4组练习方式，也是参考了针对血流限制状态对肌肉肌电活动相关研究中的实验设计方案（Yasuda et al.，2011，2014），固定重复次数的运动可以保证受试者之间的可对比性及自身前后一致性。

3.2 血流限制对肌电活动的影响

在强度较低且稳定的运动负荷中，运动单位的激活顺序已被认为是由size原则所决定。在该原则中，慢肌纤维（较小的运动单元）首先募集，当其功能下降时，快肌纤维（较大的运动单元）随之补充，并逐渐增加（Henneman et al.，1965）。随着肌肉疲劳的发生和发展，肌电振幅值逐渐升高（王健 等，2003）。

在低强度加压训练中，动脉、静脉血流受到限制，绑带远端肢体肌肉内乳酸浓度增加，氧供应相对不足（Takarada et al.，2000），为了弥补能量供应变化导致的发力不足，更多快肌纤维参与运动（Bigland et al.，1986；Leonard et al.，1994；Moritani et al.，1986）。在常规训练中也会发生以上现象，加压训练则加剧了以上各种变化的程度，所以导致募集了更多的肌纤维参与运动。加压训练诱导的肌肉激活程度增加可能是既往研究中加压训练引起肌肉肥大的一个重要因素（Takarada et al.，2000；Yasuda et al.，2012）。

本研究结果显示，加压状态下进行硬拉练习，显著增大了臀大肌、股二头肌的RMS标准值（P＜0.05），与对照组相比提高幅度分别为13.5%和26.0%；这3块肌肉的第4组与第1组相比，提高幅度分别为15.0%，24.5%和31.5%，基本符合理论分析和前人的研究，但增加幅度略小于文献数据。在Takarada等（2000）的研究中，100 mmHg 压力限制血流使40% 1RM负重屈肘的积分肌电值提高了约40%，接近无血流限制时80% 1RM负重的积分肌电。在Yasuda等（2009）的研究中，以动脉压的压力限制血流使30% 1RM卧推后肱三头肌的积分肌电值由占MVC肌电振幅的40%提高到了60%。在相同的用力时间内，RMS和积分肌电值在一定程度上均能反映肌肉放电大小，它们占最大力量的百分比可以互相对比（王瑞元 等，2012）。

这种结果可能与硬拉动作模式有关。在本研究的硬拉动作中，髋关节做伸的运动，股二头肌、臀大肌是原动肌；躯干做静力性伸的运动，竖脊肌是其原动肌。在分析某动作各环节肌肉激活程度时，可通过该动作中肌电振幅值占其在最大自主收缩（MVC）中肌电振幅值的百分百评价。虽未查阅到有关硬拉动作竖脊肌激活程度的相关资料，但有间接文献可供参考：在McCurdy等（2018）的研究中，在使用8RM重量硬拉时，臀大肌和腘绳肌的肌电振幅值分别占各自MVC肌电振幅值的40.5%和29.9%。8RM的重量可占1RM的75%左右，但这两块原动肌的激活程度却仅在40%左右，说明在硬拉动作中，它们可能不是限制最大力量的关键环节。在硬拉最大静力测试时，可能是竖脊肌的力量限制了最大力量的表现，竖脊肌最接近其MVC。而在20%最大静力的负重时，股二头肌、臀大肌的激活程度可能达不到各自MVC的20%，进而受血流限制的影响较其他研究小。另据前文所述，局部肌肉乳酸浓度过高，氧供不足是刺激肌肉活动增大的原因。在硬拉动作中，下肢最大的肌肉——股四头肌参与程度较低，致使大腿局部乳酸堆积浓度不高，降低了使加压训练效应扩大的助力因素。

在本研究中，虽然竖脊肌的相对激活程度比臀大肌和股二头肌大，但其激活程度未受血流限制影响。一方面，本实验的运动强度对血流限制的目标部位——下肢肌肉来说较低，可能产生的训练效应本身较少，潜在的转移效应就更少。另一方面，竖脊肌与臀大肌不同，虽然臀大肌也在血流限制范围之外，但它与股二头肌同为髋关节伸肌，存在功能协调代偿的可能。而竖脊肌是保持躯干后伸姿势的肌肉，在硬拉动作中，无论髋关节肌肉功能如何，躯干的负荷不会改变。上述两种因素相结合，可能造成了竖脊肌的激活程度未受下肢血流限制的影响。从加压组与对照组组间对比来看，本研究的组间RMS差异幅度也小于文献数据，可能也与运动强度较低有关。另外，个体差异也可能是导致组间RMS的增加未与运动组次发生显著性交互作用的原因。

尽管在本研究中下肢肌肉受血流限制因素增加的肌电振幅相对较小，但仍有意义。在Abe等（2005）的研究中，使用20% 1RM进行加压深蹲训练。由于训练强度较低，且臀大肌在血流限制范围之外，因此通常会认为这种负荷不足以使臀大肌肥大。然而训练引起的肌肉肥大不仅发生在大腿，也发生在臀大肌。本研究的发现正好解释了该现象，在下肢多关节参与的动作中，可能发生了大腿和臀部肌肉的协同作用。臀大肌有伸髋功能，股四头肌有伸膝功能，二者是下肢运动链上下相邻的重要原动肌，可能存在功能上的互补机制，在加压因素限制了股四头肌发力时，臀大肌则可能代偿性的募集额外的运动单位参与运动，这可能是臀大肌肥大的原因。

3.3 血流限制对不同部位肌肉影响的机制

血流限制除了对远端肌肉以外，对其他部位肌肉产生的影响主要有如下情况：

1）在上肢低强度力量练习后，进行加压下蹲练习，可使低强度的上肢练习产生增肌效果，其机制可能是激素因素（Madarame et al.，2008）。

2）加压低阻力下蹲、卧推训练会增大臀大肌、胸大肌的体积，其机制可能是合成代谢激素因素和肌肉之间的协调代偿因素共同作用（Abe et al.，2005；Yasuda et al.，2011）。

3）加压运动低强度较低时（步行），练习效果较难发生在未受血流限制的部位（Sakamaki et al.，2011）。

4）有大肌群参与的加压训练，可能更容易产生训练效果的转移（Madarame et al.，2008）。

把本研究结果结合文献，可以总结加压训练效果的转移或需满足以下条件：1）受血流限制的肢体要达到加压训练本身所要求的压力、训练强度，且有大肌群参与才能产生足够的训练刺激，进而引起足够的合成代谢效应；2）效果转移的目标部位也需进行不低于加压训练要求的训练强度（20% 1RM以上）；3）转移的效果可通过同一练习实现，也可通过连续的不同练习实现。

4 结论

低强度硬拉加压训练使血流受限的远端肌肉和非受限的近端协同功能肌肉激活程度增大，但未能增大躯干肌肉的激活程度。