血流限制伴小强度抗阻运动对低体重女性骨骼肌微循环、神经肌肉激活及主观疲劳的影响

潘颖 赵彦 马晓缓 田宜鑫 孙强

1 南京体育学院研究生部（江苏南京210014）

2 南京体育学院运动健康学院（江苏南京210014）

大学生体质监测报告显示，女生体重过低（BMI≤18.5）的情况较男生严重，且低体重和营养不良率逐年上升，呈现出年轻女性向低体重方向发展的趋势[1-3]。体重过低会导致力量素质下降，增加骨质疏松、肌肉减少症的风险[4，5]，还会增加冠心病和死亡的风险[6，7]。近些年来，血流限制结合低强度抗阻运动（low-load resistance exercise combined with blood flow restriction，LL-BFR）已成为一种新型的神经肌肉训练法，此方法的最大优点是仅需20%～30%一次重复最大力量（one repetition maximum，1RM）的低负荷并结合血流受限就能促进蛋白质合成、增加肌肉横截面积、提高肌肉力量，甚至与大强度抗阻运动（high-load resistance training，HLRT）产生相似的训练效果[8，9]。此训练法对于不能进行大强度训练，但有提高肌肉性能需求的特殊人群来说似乎更加安全有效[10，11]。目前该训练法的研究对象主要有老年人、术后康复患者、伴有损伤的运动员以及健康成年男性等[12，13]。但对于力量素质较差的低体重年轻女性这一特殊人群的研究依然是空白。

因此，本研究探讨LL-BFR 与单纯的小强度抗阻运动（low-load resistance training，LLRT）以及传统的HLRT 相比，是否对工作肌微循环、肌肉激活以及主观感受的影响更优，从而为低体重女性进行新型且安全有效的肌肉力量训练方法提供理论依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

本实验共招募20 名中等活动度的低体重年轻女性，中等活动度被定义为过去6个月每周平均运动150分钟[14]。所有受试者在实验前进行体格检查，其中有2名因不符合实验条件而被排除，剩余18名受试者身体健康、无心血管、肌肉骨骼以及代谢系统疾病。实验前，受试者被告知实验中可能存在的风险并签署知情同意书。受试者基本信息见表1。

表1 受试者基本信息（n=18）

1.2 研究方法

1.2.1 实验设计

采用随机交互式设计，每位受试者需完成3 次不同的抗阻伸膝运动方案[低强度抗阻运动（LLRT）；低强度抗阻运动结合血流限制（LL-BFR）；高强度抗阻运动（HLRT）]，将该18 名受试者随机分为A、B、C 3组，第1次实验，A 组进行LLRT，B 组进行LL-BFR，C 组进行HLRT；第2次实验，A组进行LL-BFR，B组进行HLRT，C 组进行LLRT；第3 次实验，A 组进行HLRT，B 组进行LLRT，C 组进行LL-BFR，每两次实验时间间隔为5～7天。其中，LLRT的运动负荷为30%的1RM；LL-BFR为30% 1RM，并结合60%安静状态动脉闭塞压（Arterial occlusion pressure，AOP）的血流限制；HLRT 的运动负荷为75% 1RM。抗阻运动以及1RM 的检测均采用KINEO Intelligent Load 智能训练仪（Globus，德国）。实验前，调节仪器，受试者坐于训练仪上，将11×103 cm的气压止血袖带（QZ-1型，上海汇丰医疗器械）置于双侧大腿根部。LLRT和HLRT两个方案仅将袖带置于大腿根部，运动全程不进行加压；LL-BFR 在实验开始前5 s，向袖带内充气，一旦充气达到60%AOP 立即开始运动。每组运动结束后，立刻将袖带内的气体放空，直到组间休息的最后5 s 再向袖带内充气，如此重复，直到最后一组最后一次重复完成后，将袖带立刻放气并移除。3种运动方案均需完成4组伸膝抗阻运动，在LLRT与LL-BFR方案中，第1组重复30次，后面3组重复15次，共计75次重复运动（30+15+15+15），组间休息30秒；在HLRT方案中，每组重复10次，共计40次重复运动，组间休息1 分钟[15]。此外，为保证所有受试者的运动频率一致，采用节拍器进行时间限制，在每个重复动作中，由屈膝90 度到伸膝180 度向心收缩2 s，由伸膝180度回到屈膝90度离心收缩2 s。

1.2.2 指标检测

1.2.2.1 一次重复最大重量（one repetition maximum，1RM）

使用KINEO Intelligent Load智能训练仪进行双侧股四头肌1RM的检测。在1RM测试之前，使用预估接近受试者30%1RM 的负荷重复进行5 次作为热身活动。热身结束后，初始负荷设置为预期1RM的80%，成功举起该负荷后，每次增加5%，直到受试者在关节活动全范围（90°～180°）仅能重复一次的负荷为1RM。1RM测试平均需要3～5次尝试，在每个尝试间需要2分钟的恢复时间，每次尝试均给予强烈的口头鼓励。

1.2.2.2 安静动脉闭塞压（arterial occlusion pressure，AOP）

使用Philips HD11XE彩色多普勒超声显像诊断仪（Philips，荷兰）进行下肢动脉闭塞压检测。将气压止血袖带置于受试者大腿最近端（腹股沟皱襞区），然后将3.8 MHz探头置于内踝后缘与跟腱之间的中点。先将袖带充气至50 mmHg（30 s），随后放气（10 s）。在受试者适应血流限制后，逐渐向止血带内充气，直到彩色流模式动脉搏动消失以及超声探头检测不到动脉血流，此压力即为最小完全动脉闭塞压（± s：197.39 ±16.52 mmHg）[16，17]。本实验LL-BFR方案中的血流限制按照个体AOP的60%设置（± s：116 ± 7 mmHg）。

1.2.2.3 骨骼肌微循环监测

采用激光多普勒血流仪Oxygen to See（LEA-Medizintechnik，Germany），利用多普勒原理来测量单位血液流速（blood velocity）和单位血流量（blood flow），利用后向散射光谱系统测量血氧饱和度（SO2）和单位血红蛋白（rHb）。由于散射系数和相位不可计算，制造商使用相对值的任意单位（arbitrary unit，AU）来描述这些值的伪定量特征。实验开始前，在自然光下校正探头光谱，清洁受试者局部皮肤，将探头贴于优势侧股外侧肌肌腹最隆起处，并用白色遮光片遮盖于探头上。从实验开始前直到运动结束，此期间一直进行监测，将每组运动中各指标的平均值纳入统计分析。

1.2.2.4 表面肌电（surface electromyography，sEMG）信号

使用Noraxon Myosystem 表面肌电图仪（1200 型，美国产）采集优势侧股外侧肌sEMG 信号。体表消毒后，将电极片贴于髌骨外上缘与股骨大转子连线的下1/3处，电极与肌纤维平行放置，两电极片中心间距15～20 mm。肌电采样频率为1500 Hz，带通滤波10～500 Hz，噪声水平＜5 Μv。采集到的sEMG 原始数据使用Myoresearch 软件进行整流和平滑处理，分析每组运动中股外侧肌sEMG的振幅均值（μV root mean square，μV rms）。

1.2.2.5 主观疲劳测量

使用OMINI- Resistnce Exercise Scale（OMNIRES）对运动中受试者的主观疲劳（rating of perceived exertion，RPE）进行评分[18]，该量表将抗阻运动中的主观感受分为0～10 级，其中0 表示非常轻松，2 表示轻松，4 表示较为轻松，6 表示较为吃力，8 表示很吃力，10 表示相当吃力且几乎不能举起该重量。在实验开始前，向受试者解释各等级的标准含义。每次实验包含4 组运动，每组运动结束均需记录受试者的OMIN-RES评分。

1.3 统计学方法

所有数据均采用SPSS 20.0 统计软件进行分析处理。使用双因素重复测量方差分析（ANOVA）检测方案与时间是否存在交互作用，若存在交互作用，则采用单因素重复测量ANOVA 在同一时间点进行组间对比或同一方案内进行组内对比，事后检验采用Bonferroni post hoc tests。由于RPE 不符合正态分布，非参数Friedman 检验对RPE 进行对比分析。使用Pearson 进行相关性分析。η2（eta squared）是效应大小的量度，η2≥0.0 1表示小效应，η2≥0.059表示中等效应，η2≥0.138表示大效应。除特殊说明外，数据采用平均值± 标准差（± s）表示，并以P＜0.05 为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 骨骼肌微循环

实验前3种方案的血氧饱和度、单位血流量、单位血红蛋白以及单位血液流速差异均无统计学意义，具体数据见表2。

表2 实验前3种方案血流动力学指标比较（n=18）

2.1.1 血氧饱和度

方案与时间存在交互作用（F=14.926，P＜0.001，η2=0.576）。从组内变化来看，HLRT 的SO2不受运动影响（P=0.894），LLRT以及LL-BFR两种方案均使运动中的SO2出现下降（P＜0.05），但LLRT可在运动后瞬间恢复，而LL-BFR 使运动后的SO2低于实验前水平（P=0.015）。从组间分析来看，运动中SO2的变化规律始终符合HLRT＞LLRT＞LL-BFR（P＜0.01），且运动后LLBFR的SO2低于另外两种方案（P＜0.01）。见图1。

图1 3种运动方案实验前、运动中以及运动后的血氧饱和度（n=18）

2.1.2 单位血流量

方案与时间无交互作用（F=0.723，P=0.634，η2=0.047）。如图2所示，单位血流量的变化主要受时间因素的影响（F=5.921，P＜0.001，η2=0.926），表现为单位血流量在运动时上升（P＜0.001），但在运动结束后迅速恢复（P=0.437）。并且单位血流量在3个方案间的差异不存在统计学意义（F=0.240，P=0.788，η2=0.016）。

图2 3种运动方案实验前、运动中以及运动后的单位血流量（n=18）

2.1.3 单位血红蛋白

方案与时间无交互作用（F=0.673，P=0.661，η2=0.06）。如图3所示，rHb的变化主要受时间因素的影响（F=4.105，P＜0.001，η2=0.749），表现为运动过程中以及运动结束后的rHb 均高于实验前安静水平（P＜0.001）。此外，不同的运动方案并未使rHb 产生差异（F=0.234，P=0.793，η2=0.022）。

2.1.4 单位血流速度

方案与时间存在交互作用（F=7.269，P＜0.001，η2=0.300）。从组内变化来看，3种方案的单位血流速度在运动中均出现提高（P＜0.05），但是，在运动结束后，LLRT以及HLRT两种方案的单位血流速度立刻回到实验前水平，而LL-BFR 的单位血流速度在运动后仍高于实验前（P=0.028）。从组间分析来看，在第3组和第4组运动中，LL-BFR 的单位血流速度低于HLRT（P＜0.01）；而在运动结束后，LL-BFR的单位血流速度反而显著高于另外两种方案（LL-BFR vs. HLRT：P=0.006；LL-BFR vs. LLRT：P=0.008）。见图4。

图3 3种运动方案实验前、运动中以及运动后的单位血红蛋白（n=18）

图4 3种运动方案实验前、运动中以及运动后的单位血流速度（n=18）

2.2 表面肌电信号

方案与时间无交互作用（F=1.714，P=0.156，η2=0.092），时间（F=15.73，P＜0.001，η2=0.316）和方案（F=6.008，P=0.006，η2=0.261）均会对股外侧肌的sEMG 信号产生影响。从组内变化来看（图5A），LLRT 的sEMG信号仅在第4 组运动时增加（set1≈set2≈set3＜set4），LL-BFR 的sEMG 信号从第2 组运动开始出现增强（set1＜set2≈set3≈set4），而HLRT 的sEMG 随时间的变化无统计学意义（P=0.058）。从组间分析来看（图5B），LLRT 的sEMG 信号始终低于HLRT（P＜0.05），而LLBFR 与HLRT 两方案在运动中的sEMG 信号差异无统计学意义（P=0.322）。

图5 3种运动方案实验过程中表面肌电信号（振幅均值）变化（n=18）

2.3 主观疲劳

如表3 所示，受试者在进行LLRT 时，主观感受最为轻松，疲劳程度较低；而在进行LL-BFR 时，主观感受最为强烈，受试者明显感受到身体的疲劳；且此两种方案的主观感受在整个运动过程中均存在差异（P＜0.05），而HLRT 引起的主观感受介于LLRT 与LL-BFR之间（P＞0.05）。

表3 3种运动方案每组运动结束OMNI-SCALE主观疲劳评分（n=18）

2.4 相关性分析

如表4 所示，在LLRT 方案中，主观疲劳评分与单位血流速度呈正相关；而在LL-BFR 方案中，主观疲劳评分与血氧饱和度以及单位血流速度均呈负相关，且LL-BFR 方案在运动中的表面肌电信号与血氧饱和度呈中等负相关。

表4 3种方案运动中血氧饱和度、单位血流速度、表面肌电信号以及主观疲劳评分之间的相关系数（n=18）

3 讨论

以往许多研究主要关注血流限制后对动脉血流量的影响[14，19]，但是骨骼肌股动脉侧支循环在血流受限后的重新开放对于骨骼肌性能影响的意义也不容忽视。本研究中，我们检测了局部骨骼肌微循环的单位血流量和血流速度，发现与传统的抗阻运动相比，额外地进行血流限制会明显降低运动中工作肌的血流速度，但这并未造成工作肌血流总量的下降，我们推测这与血管扩张以及侧支循环生成有关[20]，因为血流量与血管直径以及血流速度高度相关[21]。已有研究证实，与相同运动量的非BFR 运动相比，额外地进行血流限制可使运动中肱动脉直径显著增加[22]，并且运动中骨骼肌的血流量还受到微动脉功能与状态（收缩或者舒张）的影响，血流限制影响动脉供血，造成局部缺血，而缺血是激发或促进毛细血管扩张的有利条件，已有研究证实缺血可以调节血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）及其受体FLT-1，从而促进骨骼肌侧支循环的生成[23，24]。不仅如此，骨骼肌的血管生成还受到代谢体液因子的调节，机体内与代谢产物（乳酸）转运有关的单羧酸转运蛋白（MCT1）与Ⅰ型纤维的比例呈正相关，低体重人群股四头肌的慢肌纤维比例高、Ⅰ型纤维比例低[25]，这种肌纤维百分比的不同将明显影响骨骼肌的代谢特性，从而影响骨骼肌的血流量。本研究相关性分析结果显示，LLRT方案的血流速度与主观疲劳（RPE）正相关（r=0.558），而在LL-BFR方案中两者呈负相关（r=－0.526）。这说明血流速度减慢将很大程度地增强低体重女性的主观感受，暗示疲劳的出现。在运动结束后，传统抗阻运动的血流速度可瞬间恢复正常，而LL-BFR 方案的血流速度在运动后出现显著增加，这可能与运动中剪切力以及代谢应激的刺激有关，使运动后血管顺应性增强，加快运动后组织灌注和代谢产物的转运与清除[26]。

不仅如此，血流量还与组织灌注高度相关，这表明血流量的变化可用于评估骨骼肌氧供的相对变化[19]。本研究中3种运动方案工作肌的氧供情况相似，但LLBFR方案的血氧饱和度（SO2）明显低于另外两种方案，这与以往的研究结果一致，似提示额外进行BFR 会增加运动强度，加速运动中的能量消耗，使更多的O2参与供能[27]。并且这种SO2的大幅度下降增强了运动中的主观感受（r=－0.743），这种主观感受的增强，可能与女性的雄性激素含量较低、骨骼肌中三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）、磷酸肌酸（creatine phosphate，CP）储备低、无氧糖酵解能力低下有关，在缺氧、酸性刺激增强时，骨骼肌的抗酸性能力差，继而主观感受增强，产生疲劳[6]。不仅如此，即使运动停止，LL-BFR 方案的SO2也依然低于另外两种方案，并且低于实验前水平，LL-BFR 方案可能使运动后过量氧耗（EPOC）增强，SO2需更长的时间进行恢复[28]。本研究中HLRT 方案的SO2几乎保持不变，这也印证了短时大强度抗阻运动更多地依靠无氧代谢参与供能。

此外，单位血红蛋白（rHb）反映了骨骼肌微静脉的充血，这取决于毛细血管密度和微静脉的充盈程度[29]。本研究中，3种方案在运动中的微静脉充血程度相似，也就是说，额外的血流限制并没有进一步阻碍工作肌的静脉回流。方案间缺乏差异的原因可能与骨骼肌节律性收缩产生的“肌肉泵”以及静脉瓣的“静脉泵”共同作用有关[30]，使得微静脉即使受到外力限制但依然可以允许静脉回流，这也提示了本研究采用的压力值是在合理范围内，因为此压力并未明显抑制血管的调节功能。此外，也有研究表明，血流限制增加静脉内压，使静脉顺应性提高[31]，这也说明了为什么LL-BFR方案与传统抗阻运动间缺乏差异。

本研究还通过表面肌电检测，研究了3 种方案的神经肌肉激活。本研究结果支持LL-BFR 可产生与HLRT 相似的神经肌肉激活的观点[8]。本研究还发现，在LL-BFR方案中，表面肌电（sEMG）信号的增加与SO2呈负相关（r=－0.604），即SO2越低，工作肌局部缺氧越明显，此时低阈值Ⅰ型运动单位疲劳，需要激活更多的糖酵解型（即Ⅱ型）运动单位以维持运动[32]。同时，局部低氧环境和代谢产物堆积会进一步刺激骨骼肌间质内有髓鞘组Ⅲ和无髓鞘组Ⅳ传入神经，导致α运动神经元反射性抑制，从而促进高阈值运动单位的募集以保证运动的完成[33]。因此，LL-BFR方案即使在运动负荷低的情况下，也可增加神经肌肉激活的原因主要是增加了Ⅱ型运动单位的募集。此外，本研究中LLRT的肌纤维募集能力较差，30% 1RM的运动负荷对于受试者来说较为轻松，这可能不足以引起显著的动脉或静脉收缩[19]。并且本实验的运动重复次数是给定的，当改变运动总量时，是否也会产生相似的结果，有待进一步研究。

4 结论

本研究发现，单纯的小强度抗阻运动不足以诱发明显的神经肌肉反应，但在此基础上额外地增加血流限制，可使之产生与大强度抗阻运动相似的肌肉激活，这种肌纤维募集的增加与运动中工作肌的血流动力学有关，具体表现为血氧饱和度以及血流速度的下降，这也使得运动中的主观感受进一步增强。