不同压力血流限制结合低强度抗阻训练对大学生下肢肌肉及心肺功能影响*

芦劼明， 刘善云， 孙 鹏， 李乌兰， 连志强

(1. 天津体育学院社会体育与健康科学学院， 2. 天津体育学院财务处国有资产管理处， 3. 天津体育学院运动训练科学学院， 天津 301617)

运动损伤后长期制动或缺乏运动习惯久坐的人群较易出现肌肉及心肺功能的下降，运动时较难耐受中高强度的运动，特别是进行较大强度的运动时可能存在一定的运动风险，因此有必要研究和探讨一种能够以较低负荷强度运动来达到提高肌肉和心肺功能的训练方法。近年来血流限制(blood flow restriction, BFR)训练得到较多关注，其通过在肢体近端施加一定压力来限制血流并在低负荷强度下完成运动。BFR训练不会引起血液中凝血标志物提高，不良事件发生率低[1]。有研究支持BFR训练对提高肌肉力量的作用[2-5]，但部分研究未发现训练后肌肉力量或形态显著改变[6-7]。部分研究结果的差异可能与BFR训练时的加压压力有关，BFR训练后肌肉的激活程度可能会随BFR压力的增加而变化[8]，但也有观点认为中低压力的BFR训练可以产生积极的影响，较高的压力可能会降低BFR训练的效应[9]。关于BFR训练的研究所涉及的压力范围约从50 mmHg到300 mmHg不等，目前对于不同压力的训练效果尚不十分明确，尚不清楚是否更高的压力有利于训练效果的提高，而BFR结合抗阻训练对心肺功能影响的研究较少。为此本研究观察12周不同压力BFR结合低强度抗阻训练对男性大学生下肢肌肉和心肺功能的影响，探讨BFR训练的适宜压力，并提供有实践意义的运动处方，为将BFR训练应用于康复治疗及大众健身提供实验与理论依据。

1 对象与方法

1.1 对象

选取27名男性大学生，要求身体健康且无专项运动训练背景及规律运动习惯，国际体力活动量表(international physical activity questionnaire, IPAQ)问卷判断个体体力活动水平为低级别，体力活动准备问卷(physical activity readiness questionnaire, PAR-Q)确定受试者无运动风险。患有急慢性疾病(如高血压、深静脉血栓、心血管系统疾病等)的受试者不纳入本研究。研究前向受试者告知本研究实验流程、风险和收益，并签署知情同意书。

受试者随机分为3组，每组9人，分别为对照组(C组)受试者大腿近端不施加压力；低压组(L组)受试者大腿近端施加120 mmHg压力；高压组(H组)受试者大腿近端施加180 mmHg压力。训练开始前记录受试者年龄、身高、体重，因加压压力受肢体围度影响，故记录受试者下肢髌骨上缘10 cm处大腿围度。各组受试者基本情况无显著性差异(P>0.05，表1)。

Tab. 1 The basic information of n=9)

1.2 训练方案

受试者熟悉实验流程后,首先完成下肢半蹲1次重复最大力量(one repetition maximum, 1RM)测试及训练前相关测试，随后开始进行12周训练。本研究训练方案为受试者完成4组负重半蹲训练，强度约为20%1RM，负重半蹲训练次数为第1组30次，第2至4组各15次，组间间歇1 min。BFR训练采用可充气的非弹性袖带进行，袖带宽度为8 cm，在热身后安放于双下肢大腿近端并充气加压，在训练时和组间间歇过程中均保持加压状态，在完成最后一组训练后释放压力。训练每周进行三次，每次BFR训练后进行牵拉放松，于12周后再次进行测试。研究结束后向受试者进行健康宣教。

1.3 测试指标与方法

测试安排在天津体育学院运动生理与运动医学重点实验室完成，肌肉及心肺功能相关指标测试分别安排在先后两天的上午进行，肌肉及心肺功能测试间隔约24 h，受试者在测试前避免剧烈运动并保持安静状态。测试过程由专业实验人员完成，训练前后测试在相同环境下由同一名测试者完成。

肌肉相关指标：(1)采用欧姆龙骨骼肌超声检测仪测量股直肌、股中肌肌肉厚度。测试时受试者取仰卧位，超声探头放于髂前上棘与髌骨上缘连线的中下1/3处，沿肌肉长轴中点处做垂线，测量垂线上股直肌、股中肌肌肉厚度(muscle thickness, MTH)，测量重复3次后取平均值；(2)采用IsoMed2000等速肌力测试系统测量下肢肌肉力量、爆发力。测试时受试者坐于测试台上，固定躯干及下肢并定位膝关节屈伸运动轴，取受试者优势侧下肢，进行6次角速度为60°/s的膝关节屈伸测试。取受试者相对伸膝肌群峰值力矩(relative peak knee extensor moment, rM)、峰值功率(peak power, P)。

心肺相关指标：(1)采用h/p/cosmos pulsar4.0功率跑台及Cortex Metalyzer 3B心肺功能分析仪进行心肺功能测试，测试期间采用Sun Tech Tango M2运动血压监护仪监测运动中的血压，采用Polar心率表监测运动中心率，用RPE量表监测测试过程中的主观运动强度，采用递增负荷进行有氧运动能力测试。取受试者相对最大摄氧量(relative maximal oxygen uptake, rVO2max)、最大代谢当量(metabolic equivalent, METs)。(2)采用迈瑞Resona5T多普勒超声诊断仪测量心脏功能及形态。测试时受试者取仰卧或左侧卧位，探头置于胸骨左缘第3或第4肋间，探头作弧形转动扫查，采用Simpson法进行测量。取受试者每搏输出量(stroke volume, SV)、心输出量(cardiac output, CO)、射血分数(ejection fraction,EF)、主动脉内径、左心室心肌厚度及内径。

1.4 统计学处理

2 结果

2.1 不同压力BFR训练前后股直肌、股中肌MTH的变化

L组和H组受试者训练后股直肌和股中肌MTH较训练前显著提高(P<0.05，P<0.01)，训练后较C组MTH显著提高(P<0.05，P<0.01)，其它各指标间比较均无显著性差异(P>0.05，表2)。

Tab. 2 The comparison of MTH of rectus femoris and medius femoris before and aftertraining(cm, n=9)

2.2 不同压力BFR训练前后伸膝肌群肌力的变化

L组和H组中受试者训练后rM较训练前显著提高(P<0.01)，训练后较C组显著提高(P<0.01)，其它各指标间比较均无显著性差异(P>0.05，表3)。

Tab. 3 The comparison of knee extension strength before and after training n=9)

2.3 不同压力BFR训练前后rVO2max、METs的变化

L组和H组受试者训练后rVO2max、METs较训练前显著提高(P<0.01)，训练后较C组均显著提高(P<0.05，P<0.01)，其它各指标间比较均无显著性差异(P>0.05，表4)。

Tab. 4 The comparison of aerobic capacity before and after training n=9)

2.4 不同压力BFR训练前后心脏功能和形态的变化

各组受试者主动脉内径、左心室肌厚度、左心室收缩期及舒张期内径训练前后及组间比较均无显著性差异(P>0.05，表5)。

Tab. 5 The comparison of cardiac morphology before and after training (mm, n=9)

L组和H组中受试者训练后SV、CO、EF较训练前显著提高(P<0.05，P<0.01)，训练后较C组显著提高(P<0.05，P<0.01)，其它各指标间比较均无显著性差异(P>0.05，表6)。

Tab. 6 The comparison of cardiac function before and after training n=9)

3 讨论

本研究显示BFR训练后显著提高受试者肌肉力量和肌肉厚度，这与Poveda[10]及Luebbers[11]等学者的研究结果相一致。有研究认为这一变化可能与BFR训练后引起的生长激素水平升高有关[12]，或与BFR训练后激活雷帕霉素靶蛋白核糖体信号通路促进蛋白质合成有关[13]，也有学者认为与BFR训练后引起的肌细胞肿胀等因素有关[14]。BFR训练引起了肌肉局部组织氧供应不足，导致代谢产物累积，引起内分泌、神经等系统的适应性调节。代谢产物的累积引起了神经肌肉的快速疲劳，随着疲劳加深募集更多的快肌纤维并提高肌纤维横截面积[15]。以往研究中提高肌肉力量多采用中高强度的抗阻运动或如跆拳道等专项运动训练的方法[16]，而由于长期制动会引起骨骼肌力量和横截面积的显著下降[17]，对处于运动损伤康复期的人群或老年人群较难耐受中高强度的运动，且对无训练基础的普通人群进行较高强度的抗阻运动容易增加运动损伤风险，而BFR训练则能够以较小的运动强度达到提高肌肉力量和肌肉厚度的目标，将有利于这类特殊人群提高肌肉功能。

最大摄氧量是评定心肺功能的黄金指标，而最大摄氧量的影响因素主要包括氧气运输、心脏泵血以及肌肉利用氧的能力。本研究中BFR训练后受试者SV、CO、EF显著提高，心脏泵血能力的提高使得流向肺泡及肌肉血流量增加，有利于提高气体交换率。另一方面，本研究中BFR训练显著提高下肢肌肉力量及肌肉厚度，而骨骼肌质量与最大摄氧量具有强相关性，训练后肌肉中线粒体的氧化能力大幅提高。BFR训练后肌肉内毛细血管密度显著提高，通过血管内皮生长因子的改变促进了侧支循环的建立，I型肌纤维横截面积和分布百分比得到提高，这些有利于提高肌肉的摄氧能力。而本研究中BFR训练后L组和H组受试者METs显著提高表明受试者运动时相对能量代谢水平提高，这可能是由于BFR训练后引起肌肉活动加强，耗氧量增加引起的。故BFR训练提高心肺功能水平一方面源自心脏泵血能力的改变，使得肌肉在工作时得到更充足的氧气供应；另一方面源自肌肉利用氧气能力的增加。

本研究中不同压力的BFR训练并未对受试者训练后肌肉及心肺功能产生显著性改变。有研究表明施加150 mmHg压力时限制约50%的动脉血流，当施加120 mmHg和180 mmHg时分别限制约40%、60%的动脉血流[18]，而施加150 mmHg的压力可能是BFR训练选择压力的中间值临界值，而本研究前给予受试者施加180 mmHg以上压力时，受试者主观感觉较难完成负重半蹲训练，故本研究选取120 mmHg和180 mmHg作为两实验组BFR训练时采用的加压压力。有研究发现在一次BFR训练中发现组织内磷酸无机物积累增加，肌肉激活程度提高，肌肉募集增加，肌电图中位频率降低，均方根值提高，且机体随着加压压力的提高产生了更显著的改变[8]。另有研究发现施加约55.5 mmHg和109.6 mmHg压力的BFR训练后，较高的压力显著提高BFR训练后股四头肌横截面积[19]。而本研究中L组和H组分别施加120 mmHg和180 mmHg的BFR训练后并未发现两组受试者在肌肉及心肺功能方面出现显著性差异，即180 mmHg的BFR训练较120 mmHg并未更显著地提高肌肉及心肺功能。长期BFR训练时的压力与训练效果可能并非是线性关系。施加较低压力时不足以刺激肌肉产生适应性反应，当施加中低压力时随着压力的增加会使肌肉产生一定的适应性反应，肌肉激活程度提高至一定水平后不再增加，而当压力继续提高时肌肉激活程度可能朝向降低的趋势发展，由于代谢产物过度积累等原因可能会抑制肌肉活动。

综上所述， 12周120 mmHg或180 mmHg压力下20%1RM强度BFR训练均可有效提高男性大学生股四头肌肌肉厚度及力量并显著提高心肺功能。