血流限制性训练及其在竞技体育中的应用

邱范基，李金峰，朱绎桦

血流限制性训练(blood flow restriction training，BFRT)，也称作KAATSU training(KAATSU是日文词汇“加压”的罗马发音)，于1983年由日本学者Yoshiaki Sato教授最先提出［1］。BFRT指的是通过止血带、充气袖带、手动血压袖带或宽度在3至18厘米之间的弹性包裹物对四肢近端捆绑施加压力(60 ～ 270 mmHg)［2～4］，同时结合运动强度在20% ～50%一次最大重复次数(1RM)抗阻训练［2，5］的训练方法。整个运动过程中限制静脉回流的同时减少动脉的灌注，能够增加骨骼肌毛细血管血流量、刺激肌肉产生适应性增长［6，7］。

力量训练如抗阻训练能够有效提升肌肉力量，同时也对肌肉质量下降引起的肌肉萎缩、跌倒有预防作用［8］。美国运动医学学院建议在阻力训练中使用至少70%1 RM(最大重复次数)的外部负荷以增强肌肉力量［9］。在进行力量训练实践中，高负荷力量训练相比于低负荷更能够引起肌肉力量的改变。然而部分人群对于大负荷运动并不适用，比如老年人或者处于康复阶段的人群(包括运动员)。BFRT的出现为以上人群肌肉力量的改善提供了新的方法，实践证明BFRT在临床康复中能够有效增强老年人和康复人群的肌肉力量并提升身体机能［10～12］。近年来，随着BFRT在康复等领域的应用，发现其在较小的负荷便能达到大负荷力量训练的效果，其应用也在竞技体育项目展开。竞技体育运动对身体机能有更高的要求，肌肉力量是其中重要的一环。随着东京奥运会以及北京冬奥会的临近，BFRT作为一种安全有效提升身体机能的方法，无疑能够为运动员的训练以及恢复提供帮助。本研究对BFRT在竞技体育中的应用情况进行综述，旨在为BFRT在竞技体育中的实践应用提供理论基础。

1 BFRT训练的机制

BFRT已经被证明可以减少肌肉的萎缩，同时也能够增强肌肉力量和增大肌肉横截面积。对于这些促进作用的决定性机制仍未阐明，但普遍认为是由于BFR产生的缺氧缺血环境提升代谢应激水平、增加机械应力，从而引起代谢产物的累积、激素变化、蛋白质合成通道调节等方面的改变，并最终实现机能的提升。

1.1 代谢产物累积和激素分泌

代谢应激在正常的抗阻运动中扮演着重要的角色。其通过影响激素的释放、缺氧反应、活性氧(ROS)的产生以及细胞肿胀等方面改变肌肉对训练的适应性。通常认为代谢压力大小的决定因素在于运动时的训练强度、训练量以及组间间歇［13］。在BFRT实施过程中通常将压力施加在肢体的上部，以减少动脉血流量并在运动过程中关闭静脉血流量［6］。这样的训练方式增加了肌肉收缩的机械肌肉张力，导致运动产生的代谢产物在肢体远端的积累而引起代谢压力的上升［14，15］。Suga 等［16］人实验观察了 12 名受试者在不同剂量的运动强度和压力条件下代谢产物和pH值的变化，发现同等强度下施加BFR组的肌肉代谢产物和pH值显著升高。Takarada等［17］研究发现，受试者进行膝关节BFRT后血乳酸和生长激素水平明显升高，证实了BFRT能够引起代谢应激的观点。

BFRT训练可引起激素分泌明显改变。据此有学者［17］推测，BFRT引起的肌肉功能改善可能与相关激素增加有关。Formiga等［18］研究了BFRT对健康成年人有氧能力的影响，发现血管内皮生长因子(VEGF)上升。Takarada等［19］观察了18名受试者在不同类型BFRT下的生理变化，结果发现8周低强度BFRT能够使生长激素(GH)浓度显著上升，对于肌肉的生长有协助作用。李卓倩等［15］对10名普通健康成年男性在间隔72h以上的同一时间点进行4次不同压力的加压训练，观察到生长激素和睾酮的显著上升，提示肌肉质量增加可能和BFR引起的合成类激素增加有关。袁文涛等［20］对15名健康男性进行为期25天的研究发现，与高强度运动结合的BFRT能产生较高的生长激素水平并且能够维持到运动后30min，同时发现肌纤维募集增加。另有研究［21］指出，BFRT后机体肌肉生长抑制素含量下降，影响肌肉大小。综上所述，BFRT引起的代谢产物累积和激素分泌增加对于肌肉增长具有重要意义。

1.2 蛋白质合成途径活化

蛋白质合成相关机制有利于肌肉的生长，但是对于BFRT中对于蛋白合成机制的相关研究相对较少，结论主要集中在雷帕霉素(mammalian target of rapamycin，mTOR)、有丝分裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路等方面。

mTOR与蛋白激酶 B(AKT)、3-羟基-磷酶(PI3K)组成的信号通路能够调节蛋白质的生物合成，是细胞生长的重要一环［22］。已有研究表明，在不同模式常规运动后都能观察到mTOR表达含量的增加［23～25］。在对BFRT与蛋白质合成的相关研究中，Fry等［26］对7位健康老年人进行了两次腿部伸展实验，结果发现，BFR训练后机体mTOR下游核糖体S6激酶1(S6K1)磷酸化明显上升，同时肌肉合成(MPS)较基线上升了56%。Fujita等［27］对6名年轻健康男性的急性低强度BFRT后也观察到相似结果，即BFRT后mTOR信号通路的关键下游效应子S6K1被磷酸化，且MPS增加46%。可见mTOR信号传导的增强可能是重要的细胞机制，可以部分解释血流受限期间低强度抵抗运动引起的肥大。MAPK/PGC-1α信号通路是调节骨骼肌细胞分裂分化的重要途径，也是调控肌纤维类型的重要通路，其活化能够大幅提升肌纤维的质量［28，29］。先前的研究发现，急性运动能够引起MAPK通路的活化［30］。在针对BFRT的研究中，也有类似发现。Ozaki等［31］对6名健康年轻人进行了20分钟的急性运动实验，发现实施BFRT肢体MAPK磷酸化增强，BFR可能引发与肌肉肥大有关的细胞内信号传导级联。Xu等［32］所做的动物实验表明，BFR能够诱导肌肉肥大，MAPK途径在控制蛋白质合成中起调节剂作用。

除了信号通路的激活，其他分子调控机制也可能产生一定作用。研究发现核糖体的生物学改变是肌肉肥大的重要过程，其含量与肌肉肥大成正相关，在不同年龄人群的研究中显示其在诱导抗阻训练后肌肉肥大中起重要作用［33～35］。在 BFRT 中也有相似发现，Sieljacks 等［36］对 34名健康年轻人进行了6周与BFR结合的低强度运动干预，肌肉活检发现，BFR组肌肉蛋白合成(MPS)显著增加，同时还观察到肌肉RNA含量出现显著变化。提示BFRT引发了机体内核糖体生物合成的改变。PGC-1α是与MAPK通路相关的下游物质，通过影响肌肉氧化磷酸化产生ATP的能力参与调节肌肉对运动的反应。FXYD1蛋白存在于多个系统，其通过磷酸化可以直接或间接地影响蛋白的活性。Christiansen等研究了BFRT对mRNA反应。结果发现肌肉FXYD1 mRNA增加了2.7倍、PGC-1α的总肌肉mRNA含量提高了4.3倍，提示BFRT能够引起分子层面的调控。这表明分子层面的调控机制也是BFRT提升肌肉功能的重要一环。

1.3 肌纤维募集

肌纤维募集可能是BFRT导致肌肉功能增强的机制之一。肌纤维分为慢缩型(Ⅰ型)和快缩型(Ⅱ型)两种类型。在募集过程中慢肌首先被动员快肌其次，而且快肌的激活募集需要大运动强度的刺激［37］，因此针对肌肉力量的训练通常使用大负荷练习以保证最大程度的快肌纤维募集。研究发现在局部缺血条件下，运动时Ⅱ型纤维募集程度高于Ⅰ型纤维的情况且未按照募集顺序进行［38］。有学者［39］指出，肌肉进行最大程度运动时，疲劳更易导致Ⅱ型纤维的激活和募集。Kawada等［21］在低强度BFRT实验中观察到Ⅱ型纤维募集增强，推测其募集增强是由于BFR引起局部组织缺血、机体疲劳所致。还有研究运用肌电图对肌肉募集情况进行分析，结果表明在低强度BFRT中肌肉复合动作电位(CMAP)与放点频率［40］显著高于对照组，证明了BFRT在肌肉募集机制中的作用。国内学者［20］在高强度BFRT中也观察到肌纤维募集的增加，同时体内激素和代谢产物水平也出现上升。支持了BFRT中肌纤维募集机制对肌肉组织的正面效应。

2 BFRT在竞技体育项目中的应用

2.1 增肌效应与提升心血管功能

通常认为增肌训练是在肌肉微损伤刺激下，合成代谢类激素等促进生长的细胞因子分泌增加协助肌肉生长［43～45］。对健康人群研究表明，与BFR结合的高强度或者低强度抗阻训练后体内合成类激素明显提升［46，47］，在运动员人群中也有相似的发现。Amani等［48］对12名男子五人制足球运动员进行BFRT后观察到胰岛素样生长因子-1(IGF-1)明显升高，提示肌肉肥大来自于激素反应的增强。Cook［49］等在对橄榄球运动员3周干预后发现，唾液睾酮和皮质醇水平显著上升。除合成激素水平变化外，肌肉生长抑制素(MSTN)下降也是激素反应的一部分，赵之光等［50］对比了传统训练方式和BFRT对手球运动员激素反应的影响，结果发现生长激素(HGH)、白介素-6(IL-6)、皮质醇(cortisol)、IGF-1等明显升高，同时也观察到MSTN的下降。

心血管系统是复杂的适应性系统，能对多种训练负荷产生复杂的反应。定期的有氧运动和抗阻训练会对心血管系统产生长期的有益影响。心血管系统能够转运氧气和能量物质以满足细胞的需求，在运动过程中随着机体的需要提升工作能力以满足工作肌肉血流重新分配的需求，从而增加工作能力［52］。有研究［53］在田径运动员腹股沟处施加BFR，发现运动员收缩和舒张压相对较高，但ST段下降不明显，表明BFRT不会导致心脏功能超负荷。在另一项研究［54］中，运动员进行了一个月BFRT干预后，安静心率下降3.6次/分、肺活量增加370ml且运动后心率恢复加快，提示BFRT对心血管功能有良性影响。

2.2 增强肌肉力量和质量

力量素质是运动员竞技能力的重要基础，通常需要进行大强度力量训练来实现增长肌肉力量的目的。BFRT提供了在低强度负荷下能够达到常规训练效果的新方法。有研究显示，在20%1RM强度下的BFRT就能够达到肌肉力量增长的有益效果［55］。另有研究发现，在业余运动员中进行BFRT能够提升肌力、增加四肢围度和抗氧化能力。在仅对单侧肢体进行的BFRT中还观察到对侧肢体出现肌力的上升，提示BFRT的肌力增长有交叉效应。还有研究［56］发现，BFRT会对职业运动员股四头肌横截面积(CSA)和肌电活性(RMS)的有益影响。

通常认为运动强度大于70%的抗阻训练才能引起肌肉力量的改变，而BFRT使用较低的负荷(20～30%1RM)在不同体育项目应用中都有很好的效果。Luebbers等［57］让橄榄球运动员进行为期7周的BFRT(20%1RM)后发现深蹲、卧推能力明显提升。Yamanaka等［58］使用相同强度的BFRT在大学生足球运动员中的研究也发现，实验组在4周训练后卧推和深蹲1RM分别上升了7%和8%，胸围增长了3%。在无板篮球运动中也有类似发现。通过对比在BFR或常压低氧暴露条件下低强度运动(20%1RM)，发现BFRT组重复次数、股四头肌力量和CSA都有显著提升，再一次肯定了20%1RM的BFRT对肌肉功能的提升作用。国内学者还对30%1RM的BFRT效果进行了探究［59］。研究结果显示，对男子手球运动员进行4周的训练后卧推、深蹲等最大力量指标都出现了显著提升。其膝关节等速肌力、肌肉最大力量均优于传统抗阻训练。

随着研究的深入，更高强度的负荷也被应用到BFRT中。李志远［60］团队在对男子手球运动员进行8周BFRT干预后发现，BFRT组(30%1RM)肌肉力量和爆发力增长和高强度抗阻训练(70%1RM)一致，在灵敏素质、VO2max、纵跳能力等方面的提升甚至优于抗阻训练。在相对低年龄段的高中举重运动员的BFRT研究也有类似的发现。Luebbers等［61］观察到腿部力量显著增加，并初步确定其产生的交互效应。Manimmanakorn 等［56］和郭帅［62］都对 50%1RM的BFRT进行了研究。通过对橄榄球和游泳运动员分别进行8周和6周的运动干预后观察到下肢力量和耐力的显著提升。Cook等［49］对比了70%1RM运动强度下BFRT和传统抗阻训练对橄榄球运动员身体机能的影响，在3周干预后发现相同负荷下BFRT组比对照组卧推、深蹲、最大冲刺时间都有显著的提升。可见高强度负荷下的BFRT仍然对肌肉功能有很强的增益作用。

综上所述，在不同运动强度下的BFRT都对肌肉力量和质量有明显的提升作用，且在运动员群体中未发现负面影响。但值得注意的是BFRT对肌肉功能的提升与传统的高强度负荷刺激不同。对于其组织强度的影响还需要进一步探究。

2.3 提升运动表现

运动表现可反映运动员训练水平。采用不同训练手段的目的都是为了提升运动员有氧或者无氧运动的能力，最终提升运动表现。研究发现BFRT对运动员的运动表现有明显的增益作用。Abe等［63］发现田径运动员在进行8天的BFRT干预后虽然跳跃能力没有变化，但其CSA增长了4.5%，30m往返训练成绩显著提升。对田径运动员在一个月的干预后BFRT组的400m成绩相比对照组明显提升，同时发现运动员无氧代谢能力有所增强。Fortin等［64］对橄榄球运动员的研究表明，应用BFRT可提高冲刺速度、缩短单次完成时间，同时产生的血流动力学的变化能够对RSA造成长期有利影响。在对五人制足球运动员的研究中，Amani等［65］发现，10次BFRT训练后，运动员的有氧和无氧能力均得到明显改善，跑步经济性(running economy，RE)和平均功率显著增加。郭帅［62］在对运动员进行6周BFRT训练后发现，运动员的蛙泳打腿成绩和蛙泳成绩均有明显改善，结合下肢力量和跳跃能力的提升可以发现BFRT对肌肉功能的增强可以转变为运动表现的增益。

3 问题与挑战

血流限制性训练在竞技体育中有巨大的应用前景，不仅能够加快运动员的康复进程，也能够提升身体机能并最终达到提升运动表现的目的，为运动员训练提供了新的方法。但是，目前仍有很多问题亟待解决。

(1)现有研究主要集中在探究不同运动强度下BFRT的训练效果并证明了BFRT能够达到传统训练手段的效果。有研究［66］也发现每周1次高强度抗阻训练、2次低强度BFRT的组合也能够产生类似效果，但在不同项目中结合项目特征应用时的剂量效应关系仍未明确。未来研究仍然需要对BFRT在训练计划中的合理安排进行探究。

(2)BFR应用的方法学问题。研究显示压力范围在AOP的40% ～80%能有效改善肌肉力量［67，68］，建议在施加BFR时根据实时测量的动脉闭塞压力(AOP)来设定袖带压力。另一方面，总动脉肢体闭塞压力(LOP)也是确定袖带压力的一项重要参考指标。已有研究参考LOP进行BFRT并取得好的效果［69］。对于受个体影响较大的血压控制需要探索更为个性化和精确的方法，制定出精准的训练方案。

(3)BFRT的安全性已经得到了大多数学者的肯定。流行病学研究［69］也发现如肢体麻木、横纹肌溶解等不良反应发生率均较低(0.008%)，但相比健康人群，运动员训练中对于训练强度有较高的要求，在应用于更高的负荷强度相结合的BFRT时对代谢压力、血流动力学的潜在影响仍然需要进一步探究。

4 小结

BFRT作为提升肌肉功能的新手段，可以为竞技体育项目的训练提供新思路和新方法。随着东京奥运会备战和北京冬奥会的临近，结合项目特点应用BFRT训练无疑能为运动员康复进程的加快、竞技能力的提升、运动成绩的提高等方面提供帮助。另外，我们在不断探究BFRT剂量效应关系和完善方法学问题的同时，也要关注应用时的安全性问题。只有这样，才能真正发挥BFRT在竞技体育领域的作用。