重复性最大离心运动训练的交叉转移效应研究

廖永华

剧烈离心肌肉收缩运动易造成骨骼肌纤维细微损伤(简称EIMD)[1],EIMD 发生后,最大等长收缩肌力(简称MVC)、关节活动范围下降,延迟性肌肉酸痛(简称DOMS)上升,肌肉收缩时的肌电信号平均功率频率(简称MPF)下降等[2-6]。研究发现,若预先进行第1 回合最大离心运动引起肌肉损伤完全恢复后,再进行第2 回合可以使肌肉损伤反应程度减小,肌电信号中的MPF 或中位数功率频率(简称MDPF)均值显著下降,这种现象称为重复训练效应(简称RBE)[1,7-10]。目前关于RBE 效应的生理机制问题并不清楚,来自表面肌电的探测发现[2,5-6],在进行第2 个回合时所产生的效应可能与肌肉收缩时增加慢缩肌纤维招募有关[11-14]。

交叉转移意旨进行单侧肌群训练后将同时影响对侧肌群的表现。目前有关离心运动对RBE 交叉转移效果的研究文献不多。Hody 等[15]研究发现两次离心训练间隔长达6周时,无法产生显著的RBE 交叉转移效果,而Howatson等[16-17]研究发现间隔为2 周时,表层肌电信号MDPF 明显比第1 回合下降31%,MVC 与DOMS 明显减小。故提出如下假设:(1)单侧肘屈肌群进行第1 回合离心收缩后,间隔休息3 周再换成对侧,亦能产生RBE 交叉转移效果；(2)重复训练交叉转移效果应受神经适应的影响。

1 材料与方法

1.1 实验对象

招募23 名网球专选班的男大学生志愿者,实验前先进行最大等长肌力测试,并依测试结果排序后以奇、偶序号随机分配至实验组(N=12)及对照组(N=11),以确保各项参数及基本资料无统计差异。在整个实验过程中,实验组有2人中途退出,对照组有1 人退出,最终两组各10 人完成整个实验流程。实验对象基本信息:年龄21.69 ±3.15 岁、身高175.69 ± 5.78 cm、体重68.41 ± 5.74 kg、最大等长肌力45.77 ±7.26 Nm。

入选标准:(1)所有受试者在测试前6 个月内皆未曾有过任何上肢伤害、骨折、脱臼或脱位及任何神经病变的病史；(2)需接受专业医疗人员的特殊检查,包括测试是否有肱二头肌腱炎症、旋转肌肌腱炎症、夹挤症候群、关节唇损伤、肩关节脱位或脱臼的情形,这些特殊检查的结果应为阴性；(3)受试者为业余网球爱好者,训练年限皆为3 年及以上,参与训练频率为每周3 次。

排除标准:(1)过去6 个月参与过抗阻力训练者；(2)过去6 个月上肢有过重大伤害,如骨折、脱臼、肌肉拉伤等病史。

1.2 实验前准备

(1)实验前7 天开始直到整个实验结束,皆要求参与者避开任何运动、保持日常生活习惯；

(2)实验开始前,向受试者详细说明研究目的、实验流程、参与实验可能产生的风险(如局部肌肉酸痛、无力),征求同意后签署受试者须知及同意书。

图1 实验程序及时间测量点示意图Figure 1 Schematic diagram of experimental procedures and measurement time points

1.3 实验步骤与流程

1.3.1 前测

在第1 与第2 回合最大离心运动的前1 天,每位受试者需要完成如下指标测试。即肌肉酸痛(简称SOR)、肘关节放松角度(简称RANG)、最大等长肌力(MVC)。

1.3.2 最大离心运动训练的设计[8,16-17]

采用等速动力仪(Biodex Medical Systems,美国)；测试员第1 回合最大离心收缩,共做5 组× 6 次/组=30 次,如此练习的目的是诱发肘屈肌群损伤并引起DOMS。每1 次离心收缩(角速度=30°/s),由肘关节屈曲90°至0°,每次收缩过程约3 s,每两次离心收缩之间休息10 s,每完成1 组(6次)休息2 min。实验组完成第1 回合最大离心收缩后休息21 天,接着对对侧手进行第2 回合最大离心收缩,而对照组的两回合最大离心收缩皆使用同一侧手进行,间隔休息时间亦与实验组相同。每次离心收缩时的力矩与关节角度将同步记录于等速肌力仪配置的电脑里,经相关软件进行每次离心收缩时力矩峰值分析。每回合离心收缩所测得的30 次力矩峰值的平均值作为每回合离心运动时的力矩峰值。

1.3.3 最大离心训练后的观察期

受试者在进行第1 回合及第2 回合最大离心收缩运动后即刻、第1 天、第3 天(间隔24 h)分别进行1 次肌肉酸痛、肘关节放松角度、最大等长肌力及EMG 测验。

(1)肌肉酸痛。采用主观自觉肌肉酸痛量表进行测评。量表为0～100 mm 线段,其中0 mm 表示完全不酸痛,100 mm表示非常、非常酸痛。操作如下:受试者采用站姿、双眼直视前方,测量手握取1 kg 哑铃做水平伸展直到手臂完全伸直,紧接着手臂慢慢收回至起始状态(哑铃在整个移动过程时维持同一水平面上,测量时间约5 s)。要求受试者感觉作出上述动作时肘屈肌群的酸痛程度,并在酸痛量表上依个人自我的酸痛知觉程度画记号[8,18-20]。

(2)肘关节放松角度。受试者采用站姿、双脚与肩同宽,用角度尺测量肘关节自主放松角度。先让施测者在受试者手臂上以油性笔进行定位标记作为每天测验值。

(3)最大等长肌力。施测者标记点分别为手腕外侧中心点、肱骨外上髁及肩峰3 点；每天测验3 次(次与次间歇休息1 min),取3 次平均值即为肘关节放松角度值[20-21]。每天进行3 次最大自主性等长肌力测验,每次连续收缩5 s,次与次间休息45 s,分析每次等长收缩的力矩峰值并取3 次峰值平均值,即为本研究最大等长肌力的测验值[8,19-20]。

(4)表面肌电信号(EMG)。采用8 通道表面肌电仪(JE-TB0810,安徽埃力)及无线肌电信号接收器进行第1 及第2 回合训练时记录肌肉电位活动情形。测量前,先用酒精棉擦拭测验手臂肱二头肌群,待干燥后将电极片粘贴于肱二头肌肌腹处,采样频率1 000 Hz。

1.4 数理统计

选取每次离心收缩时最大力矩的前、后0.25 s 范围内原始肌电信号进行低通滤波(切断频率20 Hz)；接着将信号整流翻正及数据平滑,取其0.5 s 肌电信号均方根值(简称RMS),作为本研究RMS 值。将0.5 s 肌电信号再经快速傅立叶(简称FFT)进行频谱分析,计算其平均功率频率(简称MPF)。每回合离心收缩所测得的30 次RMS 与MPF 值,统一取30 次平均值作为每回合离心运动时的RMS 与MPF值[19]。运用二因素混合设计方差分析,考虑两组(实验组与控制)肌肉损伤评估指标(肌肉酸痛、肘关节放松角度、最大等长肌力)在组别、时间节点及组别×时间(2 ×3)是否有显著差异；当显示有交互作用、组别、时间节点再进行LSD 多重比较。再以双因素混合设计方差分析考验两组进行第1与第2 回合最大离心收缩时力矩峰值、MPF 与RMS 反应差异情形。所有指标显著水平设定为α=0.05。

2 研究结果

2.1 离心运动后实验组与对照组的力矩峰值、RMS 与MPF差异分析

表1 显示:最大力矩峰值(Nm)不存在组别差异(F=1.66,P=0.47)、回合差异(F=1.05,P=0.62),也不存在组别与回合的交互效应(F=0.85,P=0.64)；肌电均方根(RMS)不存组别差异(F=1.47,P=0.51)、回合差异(F=1.32,P=0.53)及组别与回合交互影响差异(F=0.87,P=0.77)；对平均功率频率(MPF)不存在组别差异(F=1.09,P=0.57)及组别与回合交互效应差异(F=0.92,P=0.66),但存在显著的回合差异(F=3.68,P=0.02),表现为第2 回合值显著低于第1 回合(P＜0.05)。

表1 两个回合离心运动后实验组与对照组的力矩峰值、RMS 与MPF 差异统计()Table 1 The statistical table of the difference of peak torque,RMS,and MPF between the experimental group and the control group after two rounds of eccentric exercise()

表1 两个回合离心运动后实验组与对照组的力矩峰值、RMS 与MPF 差异统计()Table 1 The statistical table of the difference of peak torque,RMS,and MPF between the experimental group and the control group after two rounds of eccentric exercise()

注:本表中的力矩峰值、RMS 与MPF 是以每回合30 次离心收缩的平均值呈现;“*”:同一指标回合间比较有显著差异(P ＜0.05)。

2.2 离心运动后即刻及后1～3 天最大等长肌力变化率分析

表2 显示:第1 回合中,实验组与对照组MVC 变化率在各时间节点不存在显著差异(P＞0.05)；第2 回合中,实验组与对照组MVC 变化率在实验后即刻、实验后第1 天、2 天及第3 天皆存在显著差异(P＜0.05),实验组均显著高于对照组(P＜0.05)；不同回合与时间点存在交互效应,经事后比较发现:MVC 变化率特征是,实验后即刻、实验后第1 天、第3 天一致表现为第2 回合实验组显著高于第1 回合实验组；无论是第1 还是第2 回合,实验后第2 天、3 天MVC 变化率%皆显著高于实验后即刻及第1 天。

表2 两个回合离心运动前、后及后1～3 天实验组与对照组的MVC 变化率(%)()Table 2 Two rounds of eccentric exercise before,after,and 1-3 days after the experimental group and control group MVC change rate (%) statistical table()

表2 两个回合离心运动前、后及后1～3 天实验组与对照组的MVC 变化率(%)()Table 2 Two rounds of eccentric exercise before,after,and 1-3 days after the experimental group and control group MVC change rate (%) statistical table()

注:“*”:不同回合实验组之间比较有显著差异(P ＜0.05);“#”:同一回合不同时间点(实验后即刻为基线)的比较有显著差异(P ＜0.05)。

2.3 离心运动后即刻及后1～3 天肘关节放松度分析

组(P＜0.05)；不同回合×时间交互效应显著,经事后比较发现实验组第2 回合肘关节放松度变化值在实验结束即刻、第1 天、2 天、3 天皆显著小于第1 回合(P＜0.05)。

表3 两个回合离心运动前、后及后1～3 天实验组与对照组肘关节放松度(°)变化()Table 3 Two rounds of eccentric exercise before,after,and 1-3 days after the experimental group and control group RANG changes statistics table (°) ()

表3 两个回合离心运动前、后及后1～3 天实验组与对照组肘关节放松度(°)变化()Table 3 Two rounds of eccentric exercise before,after,and 1-3 days after the experimental group and control group RANG changes statistics table (°) ()

注:“*”:不同回合实现组之间比较有显著差异(P ＜0.05);“#”:同一回合不同时间点(实验后即刻为基线)的比较有显著差异(P ＜0.05)。

2.4 离心运动后即刻及后1～3 天肌肉酸痛程度(SOR)分析

表4 显示:第1 回合中,实验组与对照组SOR 在实验即刻、实验后第1 天、2 天及实验后第3 天皆不存在差异(P＞0.05)；第2 回合中,实验组与对照组SOR 在实验后即刻、实验后第1 天、2 天皆不存在显著差异(P＞0.05),而在实验后第3 天两组存在显著差异(P＜0.05),表现为实验组显著小于对照组；不同回合与时间点存在交互效应,经事后比较发现,第2 回合实验组SOR 显著小于第1 回合值,不同时间点间比较皆一致表现为实验后第1、第2 天SOR 值皆显著高于实验后即刻值(P＜0.05)。

表4 两个回合离心运动前、后及后1-3 天实验组与对照组SOR(mm)变化()Table 4 Two rounds of eccentric exercise before,after and 1-3 days after the experimental group and control group SOR(mm)change statistics table ()

表4 两个回合离心运动前、后及后1-3 天实验组与对照组SOR(mm)变化()Table 4 Two rounds of eccentric exercise before,after and 1-3 days after the experimental group and control group SOR(mm)change statistics table ()

注:“*”:不同回合实验组之间比较有显著差异(P ＜0.05);“#”:同一回合不同时间点(实验后即刻为基线)的比较有显著差异(P ＜0.05)。

3 分析与讨论

相关研究表明[22-24]:肌力交叉转移的效果主要是因为大脑皮质在传递肌肉收缩信息时(刺激),在脊髓处产生动作刺激的扩散,以至肌肉收缩的刺激同时扩散至未动作边的肢体；其次因肢体动作姿势的维持,引起反射,使对称边的肌肉系统产生共同收缩。本研究发现,受试者进行第1 回合最大离心收缩后所引发的肌肉损伤皆能造成最大等长肌力与肘关节放松角度的显著下降,并诱发显著肌肉酸痛反应,而且这些指标在进行第1 合回最大离心收缩后第2～3 天出现最明显反应,这意味着第1 回合30 次离心运动就足够诱发明显的肌肉损伤及延迟性肌肉酸痛反应[18-19]。本研究还发现,离心运动所引起的肌肉损伤,在经过3 周后,再继续进行与第1 回合相同的离心运动时,所产生的损伤程度明显变小,且能够有效加速肌肉损伤的恢复速度。据先前以同侧肌群的重复训练效应研究发现,同侧重复训练效应可以维持长达6 个月之久[25]；Howatson 等[26]研究发现肘屈肌群经过第1 回合最大离心收缩后休息14 天再让受试者进行对侧肌群第2 回合最大离心收缩,结果能有效降低所引起的肌肉损伤效果,但作者没回答这种转移重复训练效应是否能维持2 周以上。Hody 等[15]让受试者在第1 与第2 两回合最大离心收缩训练之间间隔6 周,却发现无法产生显著的RBE 交叉转移效果。本研究实验组与对照组在两个回合最大离心收缩间隔时间为3 周,发现第2 个回合后肌肉损伤程度与恢复速度明显比第1 回合快。故可认为RBE 交叉转移效果可维持3 周时间。Dimitrios 等[14]探讨长期运动训练引起交叉转移的研究发现,未经过训练的肌群肌力虽然也获得显著提升,但通过核磁共振影像检查该肌肉横断面积时却并没有发现任何显著变化；后经肌肉穿刺技术取出肌肉组织做电子显微镜分析,同样没发现未受训练肌群的肌纤维形态与肌酶活性有明显改变[27]。单侧肌群进行运动时,同时收集双侧肌群的表层肌电信号时,也发现无运动侧的电位信号几乎呈现静止收缩状态[28]。从上述学者的研究成果中不难发现,单侧肌群进行训练时,并没有引起对侧肌纤维结构产生明显改变,那么交叉转移提升对侧肌群肌力的机制到底是什么呢?到目前为止未能有学者能进一步揭示这个谜团。

据先前文献所提出的相关解释,RBE 交叉转移效果可能与中枢神经系统及大脑皮质活化等有关。其第1 个假设是,经由中枢神经系统通过动作记忆改善训练肌群表现,促使胼胝体更容易控制对侧肌群[29]。第2 个假说则是单侧肌群训练可以增加大脑皮质的活化程度,进而增加神经驱动达到动作适应[30]。还有来自表层肌电信号的检测报道,肌肉从事第1 回合最大离心收缩训练时,其主要以活化快缩肌纤为主,然而在高张力、低神经激活状况下将造成参与收缩的肌纤维承受高压力而引起急性疲劳与肌纤维受损,因而在进行第2 回合最大离心收缩训练时MPF 明显下降,这意味着转向招募较多慢缩肌参与第2 回合离心收缩,这避免动员第1 回合离心收缩训练已引起肌肉损伤的肌肉群参与第2 回合离心收缩训练[12,31]。Starbuck 等[21]通过记录第1 回合与第2 回合最大离收缩训练的EMG 信号,结果发现仅在第2回合时对侧与同侧肌群组的MPF 显著低于第1 回合。本研究的肌电信号中,同样发现两组在第2 回合时的MPF 比第1回合明显下降,这进一步支持了先前学者的研究发现。故本研究推测离心运动引起RBE 交叉转移效果与神经适应调控因素有关,至于这一效果是否还涉及其他因素,需要更多后续研究予以探讨。

总之,本研究中,先使用一个肌群进行第1 回合最大离心收缩训练后,随后隔了3 周,接着以对侧肌群进行第2 回合的最大离心收缩训练,确实发现能产生RBE 交叉转移现象,这些结果对运动伤害防护及临床复健具有一定实践价值。因为运动员发生严重扭伤或拉伤初期,医生常会建议选手采用完全休息。但发生运动伤害后若连续休息6 周后,则容易造成肌力明显衰退的问题[20]。此时,运动员可针对非受伤(健康)侧肌群进行适当的离心运动,借由神经传导适应,促使受伤肌群产生RBE 交叉转移的潜在效果。故建议后续学者可以参照本研究设计进行临床实证探讨,进一步探究RBE 交叉转移的实践效益。

4 结论

单侧手进行离心运动后,间隔休息3 周(21 天)后改用对侧肌群进行先前同样的离心运动,平均功率频率明显降低,能有效降低肌肉损伤的发生,这种交叉转移效果可能与神经调配适应有关。