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肌肉疲劳后不同恢复手段介入效益的对比实验

　　摘要:目的：探讨肌肉疲劳后,被动（Passive Recovery,PR）、主动（Active Recovery,AR）、振动（Vibration Recovery,VR）和冰敷（Cryotherapy Recovery,CR）等不同恢复方式对肌肉表现（最大肌力MVC、爆发力MP、肌肉激活程度sEMG）和力学特性（肌肉硬度MS、肿胀程度SD）的影响及差异.方法：20名身体健康的普通男性大学生为受试者,平均年龄（20.4&plun;2.3 yrs.）,平均身高（173.5&plun;3.4 cm）,平均体重（68.7&plun;3.9 kg）.先测量非惯用手肱二头肌的SD、MS、MVC和sEMG,之后进行肘关节屈曲45°/s向心与离心收缩运动直至疲劳,再进行后测.其后以随机方式进行其中1种恢复,10 min恢复后立即进行后测,各恢复方式间隔7天.以单因素重复测量方差分析检验SD、MS、MVC和sEMG在不同检测时间点的差异及恢复效果.结果：10 min VR和CR均有约15%的力量恢复效果,其中VR介入后sEMG的恢复效果显著高达（32.50&plun;16.10%）.另外,CR可以缓解疲劳后的SD,但AR后SD(28.51&plun;2.79 cm)显著高于疲劳前（27.93&plun;2.93 cm）,且MS（11.14&plun;1.58 mm/2kg）相较于疲劳后（11.59&plun;1.40 mm/2kg）也显著下降.结论：CR与VR均可有效帮助疲劳后的肌力恢复,2组间恢复效果无显著差异；同比之下AR则无法改善肌肉疲劳的恢复,甚至造成SD增加且MS降低.

　　关键词：肌肉疲劳；疲劳恢复；肌力表现；肌肉硬度；肱二头肌

　　中图分类号：G804.2文献标识码：A文章编号：1000-520X（2017）12-0088-08

　　运动对于身心健康有相当大益处,但过度运动抑或对抗激烈的比赛,却可能造成身体疲劳,尤其是持续肌肉收缩后所产生的肌肉疲劳,将会降低之后运动表现和引起肌肉损伤反应,因此若能在有限时间内使用有效的恢复方式,对于提升再次表现及降低运动伤害会有莫大助益.以往疲劳恢复多采用静止休息的被动恢复方式,其方式简单且所受限制也最低,但恢复效果相较其他主动恢复则较无优势,如先前研究发现在肌肉损伤情况下续以执行轻度向心收缩,能增加5倍血流量、加速氧气运送至受损肌肉［1］、加速排除肿胀肌肉的组织液堆积［2］,进而提升恢复效率［3］,但主动恢复效果可能因方式及时限而有所不同［4］,因此尚无定论.近来兴起的振动训练,属于被动且无需肌肉主动收缩就能产生类似主动恢复的效果,如提高肌肉温度［5］、增加局部血流［6］,以及提升力量表现［7］,这些特性对于疲劳恢复有较佳帮助.此外,亦能使用冰敷方式降低肌肉温度,促使血管收缩进而降低受损肌肉的血流量、发炎、肿胀及疼痛等情况［8］,但目前冰敷对疲劳后肌力恢复的研究结论并不一致,如有研究认为冰敷能恢复肌力［9］,但也有研究指出对肌力恢复较慢［10］或没有影响［11］,需再做更进一步确认.鉴于此,本研究以运动时较易疲劳的肱二头肌（biceps brachii muscle,BBM）为对象,探讨肌肉疲劳后介入被动（Passive Recovery,PR）、主动（Active Recovery,AR）、振动（Vibration Recovery,VR）和冰敷（Cryotherapy Recovery,CR）等不同恢复方式对肌肉表现（最大肌力、爆发力、肌肉激活程度）和力学特性（肌肉硬度、肿胀程度）恢复效益的影响及差异,以期为肌肉疲劳后再次提升运动表现及降低损伤提供科学参考.

　　1研究对象与方法

　　1.1研究对象

　　20名身体健康的普通男性大学生为受试者（无心血管疾病、高血压及相关内脏疾病且可接受最大运动测试）,平均年龄（20.4&plun;2.3 yrs.）,平均身高（173.5&plun;3.4 cm）,平均体重（68.7&plun;3.9 kg）.

　　1.2研究方法

　　1.2.1实验控制

　　受试者实验前24 h内不得参加任何激烈运动,或饮用含有咖啡因、肌酸、支链胺基酸与酒精等饮品；受试者在过去半年内无上肢肌肉及关节损伤等病史；实验当周及当天测量之前,禁止从事激烈运动以及产生肌肉损伤或酸痛；每次测量时间均控制在一天中的相同时段,全程在室内（室温约摄氏23°）完成实验；受试者在实验当天均无感冒、发烧等.

　　1.2.2实验设计

　　使用重复测量实验设计,每位受试者以对抗平衡次序法（ABBA）接受4种不同疲劳恢复方式：PR、AR、VR、CR；每阶段实验流程至少间隔7天以上,以避免延迟性肌肉酸痛干扰实验结果.具体实验流程如下：

　　①动作熟悉阶段,肘关节屈曲以角速度45°/s反复向心、离心收缩10次；②疲劳前测量阶段,依序测量BBM肌肉硬度（Muscle Stiffness,MS）、肿胀程度（Swelling Degree,SD）、最大肌力（Maximum Voluntary Contraction,MVC）、爆发力（Muscle Power,MP）、表面肌电（Surface Electromyography,sEMG）,以避免力学特性受肌肉表现测试的影响.③肌肉疲劳阶段,使用Biodex System Pro-4等速训练系统,对非惯用手肘关节屈曲以角速度45°/s反复进行向心、离心最大收缩运动,活动范围30~120°（手肘完全伸直为0°）,直到最后有连续3次肌力表现下降至50%MVC,即判定肌肉疲劳［12］,停止等速运动.④疲劳后测量阶段,立即测量肌肉表现和力学特性指标.⑤恢复方式介入阶段,以随机方式进行其中1种恢复方式：PR组,以安姿休息10 min；AR组,在等速训练系统（Biodex System Pro-4）上做等速向心收缩运动,强度以25% MVC开始,每2 min强度递减5% MVC,共10 min；VR组,使用振动训练台（Power Plate Pro5 AIRTM）局部振动BBM,振动频率30 Hz、振幅2 mm,共10 min；CR组,使用LP冰敷袋（LP894；M：22.9 cm；65%冰块填充）无压放置疲劳部位冰敷10 min.⑥恢复后测量阶段,立即测量BBM的肌肉表现和力学特性.⑦间隔7 天以上至完全恢复后再进行另1种恢复方式实验.

　　1.2.3实验指标与收集

　　（1）最大肌力（MVC）与爆发力（MP）

　　使用Biodex System Pro-4测量肘关节的MVC和MP,以肘关节屈曲 70°进行最大等长收缩3次,每次收缩3 s,间隔 30 s,取每次收缩中间2 s的均值为MVC（Nm）；取3次等长收缩（每次收缩开始250 ms力量变化）均值为MP（Nm/s）.其中,经由等速训练系统所搜集信号转至记录器（BIOPAC systems MP150）再传送至Acqknowledge 4.3软件进行分析（生理放大器放大后以低通50Hz进行滤波）.

　　（2）表面肌电（sEMG）

　　使用BIOPAC systems MP150测量肘关节进行MVC和MP时BBM激活程度.测量sEMG前,将BBM肌腹最突处皮肤表面毛发去除并使用酒精棉片擦拭以降低电阻,清除完毕后做上标记,以降低再次测量的误差,接着涂抹导电胶至表面肌电仪（Surface electromyography,Biopac,USA）且以顺着肌肉纵向方位粘贴固定.sEMG经放大作用后转至记录器（BIOPAC systems MP150）,以取样频率1000Hz记录.Acqknowledge 4.3将所收集信号使用生理放大器放大后进行带通滤波,设定低截止频率10Hz,高截止频率为500Hz,并整流翻正,再以均方根肌电值（EMGrms）计算.MVC的sEMG是截取每次肌肉收缩3 s中间2 s的均值（mV）.MP的sEMG则取出现肌电信号后250 ms的均值（mV）.所有测得EMGrms值皆以疲劳前MVC的EMGrms值进行标准化处理,以求出相对强度（%）.

　　（3）肌肉肿胀（SD）

　　使用皮尺测量上臂围,环绕BBM肌腹并以最大上臂围（cm）代表SD程度.

　　（4）肌肉硬度（MS）

　　使用Myotonometer(R)-肌肉状态测试系统测量BBM在不同时间点的MS值（图9）.实验者握住把手利用所设定外在压力（2 kg）垂直推进BBM,保持树脂玻璃环固定在皮肤表面维持不动,转换器可通过探头与树脂玻璃环的更动所产生的位移（cm）来监测压力变化,测试5次取均值后记录数据,并通过肌肉形变程度来判定MS.

　　（5）恢复效果

　　计算各参数（SD、MS、MVC、MP、sEMG）在不同测量时间点（疲劳前、疲劳后和恢复后）的数值,再以﹝（恢复后/疲劳前）×100%-（疲劳后/疲劳前）×100%﹞作为各参数恢复效果.

　　（6）恢复绩效

　　本研究恢复绩效指当肌肉输出相同力量时所需要激活运动单位多寡.以 sEMG（恢复效果）除以MVC（恢复效果）的比值代表恢复绩效的数值.值越高表示恢复绩效越差,反之则恢复绩效越好.

　　1.2.4统计处理与分析

　　SPSS 19.0进行统计处理,结果用均数&plun;标准差表示（&plun;SD）.使用单因素重复测量方差分析（one-way repeated measured ANOVA）分别比较肌肉表现（MVC、MP、sEMG）和力学特性（SD、MS）在各组（PR、AR、VR、CR）于不同时间点（疲劳前、疲劳后和恢复后）的差异,以及比较恢复效果的组间差异,若达显著则以Bonferroni法进行事后比较.统计学显著性水平为P<0.05,非常显著为P<0.01.

　　2结果

　　2.1不同恢复方式介入后最大肌力及其sEMG的变化

　　2.1.1不同时间点差异

　　各组MVC在不同时间点达显著差异（P<0.05）；经事后比较（表1）,各组疲劳后的MVC显著小于疲劳前（P<0.05）,且组间在疲劳后无显著差异（P>0.05）,然而VR和CR组恢复后的MVC皆显著大于疲劳后（P<0.05）.各组sEMG在不同时间点（疲劳后和恢复后）,仅有PR和VR组达显著差异（P<0.05）；经事后比较,PR组和VR组的sEMG皆是恢复后显著大于疲劳后（P<0.05）

　　2.1.2恢复效果差异

　　各组间MVC恢复效果达显著差异（P<0.05）,经事后比较（图1、图2）,CR（17.67&plun;10.17%）显著优于PR（5.57&plun;13.36%）和AR（-6.15&plun;21.07%）（P<0.05）,而VR（13.8&plun;8.34%）显著优于AR（-6.15&plun;21.07%）（P<0.05）.各组间sEMG恢复效果达显著差异（P<0.05）,经事后比较,VR（32.50&plun;16.10%）显著优于AR（5.89&plun;27.7%）,而PR组（15.85&plun;17.94%）与CR组（12.01&plun;33.54%）皆未与其他组达显著差异.

　　2.1.3恢复绩效差异

　　各组间MVC恢复效果达显著差异（P<0.05）,经事后比较（图3）,CR（-0.15&plun;0.47%）显著优于PR（0.12&plun;0.39%）（P<0.05）.

　　2.2不同恢复方式介入后爆发力及其sEMG的变化

　　2.2.1不同时间点差异

　　各组MP在不同时间点皆达显著差异（P<

　　0.05）；经事后比较（表2）,4组MVC皆是疲劳后和恢复后显著小于疲劳前（P<0.05）,且各组疲劳后无显著差异（P>0.05）；然而PR、VR和CR在恢复后的MP显著大于疲劳后（P<0.05）；疲劳后4组间的sEMG无显著差异（P>0.05）,且各组sEMG在不同时间点（疲劳后和恢复后）上,仅有PR和VR达显著差异（P<0.05）；经事后比较,PR和VR组在恢复后的MP显著大于疲劳后（P<0.05）.

　　2.2.2恢复效果差异

　　各组MP恢复效果达显著差异（P<0.05）,经事后比较（图4）,VR（23.89&plun;8.43%）显著大于AR（7.86&plun;14.94%）（P<0.05）,而PR（17.61&plun;9.49%）和CR（24.67&plun;11.99%）皆未与其他组达显著差异（P>0.05）；MP的sEMG方面,PR（21.48&plun;30.25%）、AR（4.24&plun;35.81%）、VR（17.34&plun;22.76%）和CR（0.48&plun;17.87%）的恢复效果皆未达显著差异（图5）（P>0.05）.

　　2.2.3恢复绩效差异

　　各组间MP恢复绩效达显著差异（P<0.05）,经事后比较（图6）,CR（-0.59&plun;0.42%）显著优于PR（-0.11&plun;0.54%）（P<0.05）.

　　2.3不同恢复方式介入后肌肉肿胀的变化

　　2.3.1不同时间点差异

　　各组SD在不同时间点达显著差异（P<0.05）；经事后比较（表3）,各组疲劳后的MSL显著大于疲劳前（P<0.05）；然而只有CR组的SD在恢复后显著小于疲劳后（P<0.05）.

　　2.3.2恢复效果的差异

　　各组恢复效果达显著差异（P<0.05）；经事后比较（图7）,AR恢复后的SD（0.53&plun;0.99%）显著大于PR（-0.61&plun;0.83%）和CR（-0.76&plun;0.89%）（P<0.05）,而VR（-0.7&plun;1.43%）与其他组无显著差异（P>0.05）.

　　图7SD恢复效果比较

　　2.4不同恢复方式介入后肌肉硬度的变化

　　2.4.1不同时间点差异

　　表4显示,仅有PR组和AR组的MS在不同时间点达显著关系（P<0.05）,经事后比较,PR在恢复后的MS显著大于疲劳前（P<0.05）,但疲劳后和恢复后无显著差异；AR则是恢复后的MS显著大于疲劳后（P<0.05）.

　　2.4.2恢复效果的差异

　　图8显示,PR（2.27&plun;8.67%）、AR（3.86&plun;5.39%）、VR（0.11&plun;14.47%）和CR（-0.67&plun;8.96%）组间的恢复效果皆未达显著差异（P>0.05）.

　　3讨论

　　3.1不同恢复方式对最大肌力和爆发力的影响

　　依据实验结果,证实经过振动刺激后可有效提升MVC、MP等运动表现；虽然以往研究多在未疲劳状况下接受振动刺激,但Jordan等人［13］指出在肌肉疲劳状态下给予振动刺激,对于力量输出表现也有较佳效果,说明振动刺激不仅可提升未疲劳肌肉力量表现,对于已经处疲劳状态肌肉,亦可增进MP和MVC表现.振动刺激能够改善力量表现的机制,其原因可能为振动刺激能促使中枢神经活化、提升运动神经兴奋与神经冲动、运动单位同步化、增强牵张反射和肌肉激活程度,并增加对拮抗肌肉的抑制等［14］,因此能有效改善运动表现.

　　关于CR对于疲劳后力量恢复的影响,实验结果显示有显著改善作用.以往研究也曾发现立即CR能有效恢复力量表现,如疲劳运动后进行15 min CR可促进肌力恢复［15］,甚至CR手臂和肩膀3 min［16］也同样能够恢复力量并提升运动表现,其作用机制可能如Sramek等学者［17］所解释：CR提升运动表现,可能与低温下为维持体温而增进交感神经系统激活,以及增加肾上腺素和心率有关,若肌肉温度相对较高,则容易导致过多能量消耗（如醣和磷酸物等）.因此,本研究同样认为当肌肉疲劳后立即给予CR不仅可以降低肌肉温度,亦能降低疲劳恢复时的能量消耗,对于提升后续运动表现也有大有裨益.不过需要指出的是,有研究［27］发现CR后第3天肌肉疲劳显著高于未CR,说明CR可有效降低离心运动后的肌肉损伤和发炎反应,但也会增加肌肉损伤以及延迟肌肉疲劳,2017年2月一篇研究［28］甚至认为局部CR介入对BBM损伤的恢复是无效的.显然,对于CR时间及温度的设计应多加审慎,此外,相关研究［29-30］也推荐无论是否加压CR时间不宜超过20 min.

　　本研究结果发现AR对于力量的恢复效果不佳,虽然许多研究证实AR能加速血液循环及促进乳酸代谢［18-20］,但是对于再次运动表现则有不同效果,以往研究表示AR比PR的需氧量要高,因此降低肌红蛋白与血红蛋白的氧合成,并且AR恢复期间会持续消耗能量并降低ATP-PCr的储存,导致再次运动表现的效果不佳［21］,虽然Dupont等人［22］指出短暂AR（15~120 s）对于之后运动表现的恢复效果较差,但是随着时间增长则可改善AR恢复效果,不过Mcainch等人［23］发现衰竭运动后AR（40%最大摄氧峰值）对于运动表现的效果不佳,并且AR相较于PR有明显较低的ATP-PCr；另外,Linnane等人［24］指出肌肉温度较高时,容易加速肝醣分解率,导致较快的疲劳发生和减少平均力量输出；然而本研究仅以肘关节进行10 min AR,相对于此前研究多属于全身性或大肌肉群有氧运动,可能对循环代谢及氧气和ATP-PCr储存恢复有限,因此有待未来研究中进一步厘清.

　　3.2不同恢复方式对最大肌力和爆发力sEMG的影响

　　肌电振幅信号会随着疲劳程度的增加而受到抑制［25］,本研究使用EMGrms来评估肌肉激活程度,在肌肉疲劳后MVC和MP的sEMG也都有下降趋势,代表当肌肉疲劳逐渐增加时,运动单位兴奋率则逐渐下降.介入不同恢复方式后,就MVC和MP的sEMG而言,VR和PR对于疲劳后恢复皆有明显效果,且VR比AR更有明显恢复效果.对于VR能改善运动表现并增加肌肉激活程度,主要是因为振动刺激能引起肌肉长度的改变,促使肌梭Ia的传入神经纤维兴奋,经脊髓由α运动神经纤维传出并引发牵张反射,快速提升肌肉激活,而且振动刺激能够激发对高阈值Ⅱ型运动单位的冲动频率能力,以及能够控制快缩肌和慢缩肌几乎同时达兴奋阈值［7］［14］,因此对于力量表现非常重要.

　　本研究CR组对于疲劳后力量表现的恢复有较佳效果,但是MVC的sEMG方面却无明显恢复,其可能原因为局部CR会造成温度改变,而温度改变后导致神经传导速率降低［26］,并直接影响神经肌肉反应,不过相关研究指出CR对于不同肌纤维张力有不同影响,当温度下降至20°前,快缩肌张力有上升、慢缩肌张力有下降趋势,而当温度下降到20°后,快缩肌和慢缩肌张力都呈下降趋势；有研究［32］在股四头肌疲劳后,进行20 min CR有明显恢复作用,但反应时间没有明显恢复效果,证实本研究使用10 min CR对于短时间力量表现有提升效果,但对于 sEMG无明显改变.

　　另外,本研究也进一步比较不同方式对于力量恢复作用的绩效,指当肌肉要产生相同力量下,相对所需要征召运动单位量的多寡,当数值越低时,表示只需要激活较少的运动单位就可产生相同力量,其绩效性越好.结果发现经过CR恢复后,虽然所招募运动单位数量无明显增加,却能有效提升力量表现,说明CR在力量表现（MVC与MP）的恢复绩效性优于其他3组,其中与PR的差异达显著,因此CR对于力量表现的恢复效果相较其他方式应是较佳选择.

　　3.3不同恢复方式对肌肉肿胀的影响

　　当肌肉经过大量运动后,产生疲劳、损伤等现象,尤其在离心运动后更易造成肌肉损伤,导致含蛋白质液体渗入并堆积在肌纤维中,进而产生SD情形［33］；研究结果显示经过疲劳运动后,的确造成上臂有明显SD现象,与先前研究［34］提出疲劳性运动引发肌肉损伤后促使上臂围肿大的观点一致,因此对于这些造成肌肉肿胀的堆积物,应立即停止再产生及加速排除,以免因肌肉肿胀产生疼痛而影响运动表现及舒适感.

　　实验结果显示CR有明显缓解SD的效果；并且AR缓解效果比PR和CR差.先前研究［35］指出局部CR可使局部组织温度降低,促进微血管收缩产生止血消肿的作用、增加血液粘稠度使受伤组织降低血流量,并且能够降低代谢的酵素活性而相应降低组织代谢和减少氧气需求量（避免因缺氧而影响其他未受伤组织）,进而减少损伤及降低SD情形.虽然先前研究大多建议CR时间为15~20 min,而本研究只冰敷上肢10 min,但有学者指出［36］不加压直接冰敷右小腿肌腹10 min后,能明显降低局部组织温度,由于本研究肌群为BBM,属于相对较小的肌肉群,推测局部CR可有效控制SD,实验结果也予以证实.

　　另外,PR、AR和VR都未能达到明显恢复效果,甚至AR恢复后的上臂围平均值增加,表示AR恢复不仅不能减缓SD,反而使情况更严重；虽然有研究认为AR恢复能加速血液循环［37］,与本研究结果不一致的原因,可能是肌肉损伤后又不断主动收缩,使疲劳损伤肌肉无法获得有效休息,导致组织液堆积大于排除,因而无法获得疲劳恢复而造成消极效果.

　　3.4不同恢复方式对肌肉硬度的影响

　　实验结果显示AR对于肌肉疲劳后MS恢复的效果不大,并且4种恢复方式的效果皆无显著差异.MS指肌肉受到外在压力时所产生的形变程度,本研究结果发现MS在不同的时间点变化不明显,其可能原因为疲劳运动在短时间内对MS没有造成明显差异,或是本研究所使用肌肉张力计的敏感度不够,以往研究使用该仪器大多使用于特殊患者中［38］,如肌肉麻痹或中风患者的康复情况及肌肉硬度判定；Murayama等学者［39］曾研究肌肉疲劳后对MS的影响,使用非惯用手BBM执行24次（1.57 rad；90°）最大离心收缩运动后,在MS检测上直到第3天才有明显增加,推测离心运动造成肌肉损伤后并没有立即对MS造成影响,所以本研究使用该仪器可能较难分辨肌肉疲劳恢复前后的差异.

　　虽然实验数据难以确认不同恢复方式对MS影响的差异,但是本研究发现AR后,MS测量数据有明显增加,即AR对于MS的恢复较无助益；由于肌肉温度也是影响MS的其中因素,当提升肌肉温度后,也会增加肌腱和被动收缩组织（如肌膜、肌束膜等）的胶原弹性,虽然本研究没有直接测量肌肉温度,但4种恢复方式中,AR仍不断持续肌肉收缩,可能会造成肌肉温度偏高,因而增加软组织延展性,导致MS测量值下降；而CR在恢复前后虽然没有明显差异,但从恢复效果的数据来看有下降趋势,表示MS增加可能也与肌肉温度有关.因此,未来研究将在恢复期间加以测量肌肉温度变化,以对MS变化能有更直接的解释.

　　4结论

　　（1）10 min CR与30Hz VR均可有效帮助疲劳后肌力恢复,其中,CR恢复效果优于VR,但未达显著差异.

　　（2）低强度开始等速45°/s主动向心收缩及被动拉伸后,持续递减强度的AR无法改善疲劳肌肉的恢复,甚至增加SD且降低MS.

　　（3）CR可有效控制因离心运动所产生的组织损伤与SD问题,而VR则是通过神经适应进而显著增加肌肉激活程度,以及改善疲劳后力量表现.

实验研究论文范文结:

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