摘要

本研究的目的是检验相同运动量的高强度和低强度离心运动对骨骼肌肌肉厚度（muscle thickness）、回声强度（echo intensity）、肌肉血流（muscle blood flow）、脂肪厚度（adipose thickness）变化的急性影响。对18名男性受试者（平均年龄23.2±3.0岁）的屈肘肌群随机进行负荷强度为40%（72次）或80%（36次）离心峰值力矩的力竭式等速（180°/s）离心训练，并在训练前、训练后即刻、训练结束后5分钟进行离心峰值力矩（Peak Torque, PT）和最大随意等长收缩（Maximal Voluntary Isometric Contraction, MVIC）的测试。同时在测试前、后及恢复期采用超声测量肌肉厚度、运动诱发的肌肉水肿、肌肉血流及脂肪厚度。离心峰值力矩、最大随意等长收缩、肌肉厚度、回声强度、肌肉血流以及脂肪厚度的反应模式并没有呈现出特定的负荷强度效应。然而，上述却呈现出了时间效应，即从训练前到训练后即刻、以及从训练前到训练后5分钟的两段时间中，离心峰值力矩分别下降21.5%和13.0%，最大随意等长收缩分别下降14.6%和5.8%，脂肪厚度分别下降10.0%和6.0%；与此同时，肌肉厚度分别增加7.6%和5.9％，回声强度分别增加13.7%和9.9%，肌肉血流分别增加129.6%和90.1%（两种运动强度下，上述各项指标均呈现这种反应模式）。这些发现表明，在运动量（exercise volume）相同时，肌肉厚度、回声强度、肌肉血流的增加，或者离心峰值力矩、最大随意等长收缩、脂肪厚度的下降均与运动强度无关。因此，运动量可能是离心运动时肌肉疲劳与表现的一个中介因素（mediating factor），而不受运动强度和重复次数的影响。

概述

肌肉肿胀（Muscle swelling）

肌肉肿胀可以被看作是肌肉肥大的前身或者标志，其重要性在近年来多有研究。有研究表明，运动引发的急性肌肉肿胀（通过肌肉厚度测出）和间质液体的转移有关，这会通过内部的容量感受器刺激mTOR（雷帕霉素靶蛋白）通路。肌肉厚度还被用来量化抗阻训练后肌肉肥大的效果。因此，肌肉厚度的改变可以作为急性运动后肌肉肥大过程的起点，并能反映长期抗阻训练后肌肉大小的提升。

运动性肌肉水肿（Exercise-induced muscle edema）

抗阻训练后肌肉厚度的早期（第一周）变化，并不一定代表着肌肉肥大，也有可能是肌肉损伤导致的运动性肌肉水肿。因此，很难描述早发性肌肉肥大导致的肌肉厚度变化的时间进程，但是由运动性肌肉水肿引发的肌肉厚度变化却是可以量化的。举个例子，对于无训练经验的受试者来说，首次抗阻训练后肌肉厚度有所增长，并且在随后为期8天的7次训练中肌肉厚度仍保持增加，但在此后的训练中肌肉厚度并未进一步增加。因此，可以假设经历最初肌肉变化后肌肉厚度的进一步增长，可能是对由训练所引起的肌肉肥大的反映。

回声强度（Echo intensity）

为了量化肌肉肥大（而非运动性水肿）引起的肌肉厚度改变，可采用超声仪器，通过回声强度同时测量肌肉厚度和运动性肌肉水肿。具体来说，运动性肌肉水肿导致的肌肉内部水含量的升高，与回声强度的升高是成比例的。因此，前人研究认为肌肉厚度和回声强度的急性增加是由运动性肌肉水肿所致。这的确是一种合理的解释，不过运动引发的血流增加也可能导致类似的结果出现，尽管此前还没有研究证实这一关系。具体讲，运动后肌肉血流的增加与运动强度和时间是成比例的。然而，由于回声强度无法区分肌肉血流和运动性肌肉水肿，因此在描述运动性水肿对肌肉厚度的影响时，测量应该分开来做。运动性肌肉水肿以及肌肉血流，都有可能引起肌肉厚度和回声强度的急性变化。

研究假设（Hypothesize）

我们已经得知离心运动对于刺激肌肉肥大十分重要，但肌肉肿胀的幅度与离心运动强度是否有关仍是未知。本研究试图通过最大随意等长收缩和离心峰值力矩的变化，判定运动表现的下降是否与运动强度有关，以及肌肉血流的变化能否解释肌肉厚度和回声强度的变化。还有可能的是，运动性肌肉水肿和肌肉血流会增加肌肉内的液体含量，导致肌肉变厚，脂肪层受到压迫从而变薄。因此，本研究的目的是检验相同运动量的高／低强度离心运动在肌肉厚度变化、肌肉血流、脂肪厚度上的急性效应。我们假设肌肉厚度和肌肉血流都会有所增加，肌肉厚度的增加与回声强度和肌肉血流相关，而回声强度则与肌肉血流有关。

研究方法

（1）研究方法

本研究检验了高／低强度力竭式离心运动对离心峰值力矩、最大随意等长收缩、肌肉厚度、运动性肌肉水肿、肌肉血流、脂肪厚度的影响。此外，由于与肌肉和脂肪组织的变化有关，本研究还检验了运动性肌肉水肿和肌肉血流的贡献。在熟悉完仪器的使用方法之后，受试者随机进行肘关节屈肌的力竭式等速（180°/s）离心训练，负荷强度为40%或80%离心峰值力矩，并在训练前、训练后即刻、训练后5分钟测试离心峰值力矩和最大随意等长收缩。同时，肌肉厚度、运动性肌肉水肿、肌肉血流、脂肪厚度也都进行了测量。此外，采用皮尔森相关矩阵来检验各个指标在前测－后测、前测－恢复测中的差异。

（2）受试者

18名男性受试者参与实验（平均年龄23.2±3.0岁；平均体重85.4±12.1千克；平均身高179.6±8.2厘米；抗阻训练6.9±2.8小时／周）。受试者无心血管、代谢等疾病。此外，受试者在此前的6个月及以上时间中均积极参与抗阻训练。同时，测试前48小时内受试者避免参加上肢锻炼，并防止出现肌肉酸痛。

（3）过程

1、熟悉

首次进实验室需要让受试者熟悉实验流程。培训时，受试者需要进行肘关节屈肌的最大强度和次最大强度等长运动，以及最大强度和次最大强度等速离心运动，速度为180°/s。为了熟悉力竭模型，受试者进行次最大强度的等速离心运动，速度为180°/s，负荷强度为40%或80%的离心峰值力矩。

2、离心峰值力矩和最大随意等长收缩

在两次测试过程中，首先进行热身活动，受试者肘关节屈肌进行3组、每组10次的离心-向心运动（优势侧），组间休息1分钟。每次测试都在校准好的等速肌力测试仪上进行，速度为180°/s，并采用50%的最大力量。然后，受试者休息5分钟，并在此后随机进行2次训练前的离心峰值力矩和最大随意等长收缩测试。肌肉离心收缩动作中，肘关节在0-90°的范围内活动（0°为完全伸展）；每次最大随意等长收缩持续3秒，关节角度为45°。训练后即刻测试及训练后5分钟测试也依据此流程进行。

   图1 等速离心测试（训练）

3、40%和80%离心峰值力矩强度的疲劳模式

在训练前测试结束后，受试者在每次训练时随机进行40%或80%离心峰值力矩强度的训练，速度仍为180°/s。为控制训练量，受试者在40%离心峰值力矩强度下连续训练72次，或者在80%离心峰值力矩强度下连续训练36次。

4、超声测量

肌肉血流、回声强度、肌肉厚度、脂肪厚度都能通过超声测出。优势侧屈肘肌群的超声图像可通过B超模式输出，而肌肉血流则借助多频线性探针，探测肱动脉远端到肘窝间的部位。肌肉厚度为脂肪与肌肉交界处到肌肉与骨交界处之间的距离；脂肪厚度为皮肤表面到脂肪与肌肉交界处之间的距离。肌肉厚度、回声强度、脂肪厚度在肩峰外侧至肘窝2/3处测量。所有测量均在仰卧位的姿势下进行，受试者的四肢均有支撑。需要注意，探针需要在动脉部位施加持续轻微的按压。在测试前还应在皮肤涂抹耦合剂，以确保成像清晰。

图2 超声测试

5、数据分析和信度

各项指标的重测信度由第一次测量和第二次测量评估，方差分析（ANOVAs）用来评估系统误差。还需计算同类相关系数（ICCs）和均值标准差（SEMs）。用学生化的t分布计算因变量平均值的95％置信区间。

结果

（1）信度

表1包括同类相关系数（ICC）、均值标准差（SEM）、测试1均值、测试2均值，以及p值代表系统误差。对于任何变量来说，首次测量均值和第二次测量均值之间并无平均差。40%强度和80％强度的运动量并无区别（p＝0.655）。

（2）最大随意等长收缩和离心峰值力矩的变化

强度和时间的交互作用没有显著性差异（p＝0.471），但在时间上有显著性差异（p<0.001）。具体来讲，对比测试前与测试后，最大随意等长收缩的值有所下降，并在随后的恢复阶段稍微恢复至测试前水平（表2和图3）。因此，40%和80%强度的训练会引起相似的最大随意等长收缩表现下降，并在随后的恢复阶段仍然保持下降水平（前测＞恢复阶段＞后测）。

对于离心峰值力矩来说，强度和时间的交互作用呈现显著性差异。后续分析表明，离心峰值力矩同样在测试后下降，随后又在测试后5分钟的恢复阶段部分回升。40%和80%强度的训练会引发相似的离心峰值力矩表现下降，并在随后的恢复阶段仍然保持下降水平（前测＞恢复阶段＞后测）。 

（3）肌肉厚度

强度和时间的交互作用没有显著性差异（p＝0.152），但在时间上有显著性差异（p<0.001）。具体来讲，对比测试前与测试后，肌肉厚度上升，并在随后的恢复阶段（测试后5分钟）稍微恢复到测试前水平（表2和图3）。因此，40%和80%强度的训练会引发相似的肌肉厚度增加，并在随后的恢复阶段仍然在一定程度上保持增加的水平（后测＞恢复阶段＞前测）。

（4）脂肪厚度

强度和时间的交互作用没有显著性差异（p＝0.698），但在时间上有显著性差异（p＝0.002）。具体来讲，脂肪厚度从测试前到测试后持续下降（表2），从测试后到测试后5分钟仍然没有回升。因此，40%和80%强度的训练会引发脂肪厚度的下降（前测＞后测和恢复阶段）。

（5）回声强度

强度和时间的交互作用没有显著性差异（p＝0.303），但在时间上有显著性差异（p<0.001）。具体来讲，对比前测与后测，回声强度上升，并在随后的恢复阶段（测试后5分钟）稍微恢复到测试前水平（表2）。因此，回声强度在测试前到测试后升高，并在测试后5分钟仍然偏高（前测＜后测和恢复阶段）。

（6）肌肉血流

强度和时间的交互作用没有显著性差异（p＝0.416），但在时间上有显著性差异（p<0.001）。具体来讲，对比前测与后测，肌肉血流增加，并且在测试后的恢复阶段（测试后5分钟）仍然偏高。因此，肌肉血流在测试前到测试后增加，在测试后5分钟仍然偏高（前测＜后测和恢复阶段）。

（7）皮尔森相关矩阵（Pearson Correlation Matrix）

对于任意变量来说，从测试前到测试后分数的改变并无显著相关。然而从测试前到测试后5分钟，回声强度在40%强度、80%强度、40%结合80%强度下与脂肪厚度呈负相关。也就是说，脂肪厚度下降，回声强度升高。

讨论

40%强度或80%强度的力竭式离心运动方案，其运动强度对肌肉厚度、回声强度、肌肉血流等没有特异性影响。从前测到后测，以及从前测到恢复阶段测试，肌肉厚度、肌肉血流、回声强度均在增加；其中，肌肉厚度与回声强度的研究结果与前人相一致，然而在肌肉血流上出现了分歧。运动后肌肉血流的提高一度被归结为在向心和等长运动中，由于血管部分或完全的闭塞所致。而在本研究中，肌肉血流的提升是由于80%和40%强度的力竭式离心运动，这可能反映了在两个强度下血管都完全闭合。或许正是由于血流的闭合，才导致两种强度的力竭式运动产生了相似的结果。此外，运动后肌肉血流的增加与血管闭合的时间成正例，因此80%强度的训练可能导致血管闭合更长的时间。然而，目前关于运动后肌肉血流反应的发现与该假设不一致，并且可能反映了静态与动态肌肉动作之间的特定模式，即与时间相关的肌肉血流反应模式。

肌肉厚度的增加与脂肪厚度无关，在两个不同的强度下，脂肪厚度的后测比前测低，并且在恢复期仍然偏低。脂肪厚度的偏低可能反映了由于运动性肌肉水肿、皮肤和肌肉之间的脂肪层被压迫所致。

不同强度下的力竭式离心运动后发现，最大随意等长收缩和离心峰值力矩的下降并无区别。而在恢复期，两者均部分回升。这表明尽管运动强度和重复次数均不同，但运动量却是相同的，最终并未呈现出与强度相关的效应。还有可能的是，最大随意等长收缩和离心峰值力矩的下降，是由于在两个强度下的血流限制所致。上述也与前人的研究一致。

本研究指出，在运动量相同时，肌肉厚度、回声强度、肌肉血流的增加，最大随意等长收缩、离心峰值力矩、脂肪厚度的降低均与强度无关。此外，与我们的假说相悖的是，在前测－后测、前测－恢复阶段之间，肌肉厚度、回声强度、肌肉血流前后并无显著相关。在两种强度下，肌肉血流相似的增加可能是由于血管的完全闭合所致。而在40%和80%强度下，最大随意等长收缩和离心峰值力矩均降低，并于恢复阶段仍然有明显降低。

实际应用

本研究的结果表明，高强度和低强度力竭式离心运动在运动量相同时，对肌肉厚度、回声强度、肌肉血流、最大随意等长收缩、离心峰值力矩和脂肪厚度具有相似的影响，但这些指标完全恢复需要的时间有所不同。因此，在为运动员或患者制定运动处方时，教练和从业者应将运动量与运动强度和重复次数分开考虑，并作为离心动作中肌肉疲劳和表现的中介因素。此外，教练和从业者在进行离心训练时应考虑休息时间，因为5分钟的恢复可能不足以使体能或生理指标恢复到测试前水平。