肌肉電刺激訓(xùn)練研究綜述

杜承潤(rùn)，史 衍

（首都體育學(xué)院，北京 100091）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，肌肉電刺激訓(xùn)練（Muscle Electrical Stimulation，簡(jiǎn)稱MES）已經(jīng)成為運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練領(lǐng)域重要的訓(xùn)練手段之一。目前，有關(guān)肌肉電刺激訓(xùn)練與傳統(tǒng)力量訓(xùn)練的區(qū)別與結(jié)合，以及肌肉電刺激訓(xùn)練多學(xué)科應(yīng)用效果方面的研究逐漸增加。2011年，肌肉電刺激訓(xùn)練迎來(lái)了里程碑式的變革—無(wú)線便攜可穿戴儀器的出現(xiàn)，徹底改變了肌肉電刺激訓(xùn)練存在的場(chǎng)地使用環(huán)境受限、干擾正常技術(shù)動(dòng)作及佩戴復(fù)雜等方面的問(wèn)題，促使其在醫(yī)療、康復(fù)保健、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、行為干預(yù)等多個(gè)領(lǐng)域廣泛使用。

1 肌肉電刺激法概述

1.1 肌肉電刺激法的概念

伴隨著體育學(xué)科研究的不斷深入，促使人們對(duì)肌肉電刺激訓(xùn)練（MES）認(rèn)知不斷提高，早期研究（1992年）認(rèn)為，電刺激訓(xùn)練法是一種用電刺激代替大腦發(fā)出的神經(jīng)沖動(dòng)，使肌肉產(chǎn)生收縮的方法。隨后，王保成等（1997年）研究認(rèn)為，電刺激是指通過(guò)電脈沖代替人腦發(fā)出的神經(jīng)沖動(dòng)，使肌肉產(chǎn)生收縮，從而達(dá)到發(fā)展肌肉力量和促進(jìn)訓(xùn)練后局部肌肉的恢復(fù)及肌肉軟組織損傷康復(fù)的目的。隨著學(xué)科之間交叉融合，燕鐵斌（2006年）研究認(rèn)為，電刺激是指利用低頻脈沖電流，刺激神經(jīng)或肌肉，引起肌肉收縮，提高肌肉功能，或治療神經(jīng)肌肉疾患的一種治療方法。現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練更加強(qiáng)調(diào)神經(jīng)對(duì)肌肉的控制，肌肉電刺激訓(xùn)練適應(yīng)現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的需要，它將電極放置在皮膚表面，通過(guò)調(diào)節(jié)電刺激強(qiáng)度刺激運(yùn)動(dòng)神經(jīng)，從而引起肌肉收縮、提高肌肉工作效率的一種訓(xùn)練方法。

1.2 肌肉電刺激法的原理

1.2.1 肌源性因素 肌源性因素主要集中在肌肉橫斷面積、肌纖維類型、初長(zhǎng)度和關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)角度等方面。R.李森斯博士（1983年）指出，應(yīng)用電刺激進(jìn)行肌肉力量訓(xùn)練的理論基礎(chǔ)是依據(jù)肌肉力量取決于肌肉橫截面積大小這一原則。Cabric（1988年）等實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，電刺激能夠使肌肉組織結(jié)構(gòu)發(fā)生良好的變化，并且指出肌肉力量增強(qiáng)常伴隨肌纖維增粗、肌肉肥大現(xiàn)象。隨后金玉蘭（1996年）等對(duì)青紫藍(lán)兔股四頭肌進(jìn)行5～10周電刺激結(jié)果發(fā)現(xiàn)，肌纖維橫斷面積有所增加，導(dǎo)致肌肉力量增加，可見(jiàn)肌肉電刺激在對(duì)肌纖維刺激方式上有其獨(dú)到之處。但是上述實(shí)驗(yàn)并未解釋其他因素對(duì)肌肉橫斷面積的影響，如營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充，即肌肉力量的增加是因?yàn)殡姶碳ず髷z入營(yíng)養(yǎng)引起的肌纖維橫斷面積增加從而增加肌肉力量，還是因?yàn)殡姶碳な沟眉±w維橫斷面積增加促使肌肉力量增加。

1.2.2 神經(jīng)源性因素 神經(jīng)源性因素主要集中在中樞激活、中樞神經(jīng)對(duì)肌肉活動(dòng)協(xié)調(diào)控制力及中樞神經(jīng)系統(tǒng)的興奮狀態(tài)等方面。電刺激訓(xùn)練促進(jìn)肌肉力量增長(zhǎng)的理論機(jī)制主要是使用不同頻率和強(qiáng)度電刺激來(lái)代替大腦發(fā)出神經(jīng)沖動(dòng)以控制肌肉收縮完成身體活動(dòng)。部分研究認(rèn)為，通過(guò)電刺激儀產(chǎn)生的脈沖電流代替大腦發(fā)出的神經(jīng)沖動(dòng)使肌肉產(chǎn)生強(qiáng)烈的收縮，達(dá)到提高肌肉力量的目的。當(dāng)不同頻率和強(qiáng)度電刺激作用于運(yùn)動(dòng)神經(jīng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)神經(jīng)被激活后會(huì)產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)，神經(jīng)沖動(dòng)沿著神經(jīng)纖維傳導(dǎo)至肌肉可引起肌肉強(qiáng)烈收縮，從而提高肌肉力量。由此可知，肌肉收縮主要受神經(jīng)控制，電刺激可超過(guò)人類神經(jīng)沖動(dòng)發(fā)放頻率和強(qiáng)度。在抗阻訓(xùn)練中大腦自主發(fā)出的神經(jīng)沖動(dòng)與電刺激主要區(qū)別在于對(duì)肌纖維的募集順序上存在差別，肌肉隨意收縮中，首先活化慢肌纖維，隨著肌力的增加，逐漸活化快肌纖維；而電刺激訓(xùn)練則是優(yōu)先動(dòng)員快肌纖維，此觀點(diǎn)在Delitto（1990年）和王保成（1995年）的研究中被證實(shí)。在Massey（1990年）等研究中表明，電刺激訓(xùn)練可反饋性地導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)出的神經(jīng)沖動(dòng)增加，從而在肌肉收縮時(shí)調(diào)動(dòng)更多的肌纖維參加工作，增大收縮力量。可見(jiàn)電刺激對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)是有影響的，可是未進(jìn)一步說(shuō)明中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)出的神經(jīng)沖動(dòng)增加后是否對(duì)電刺激有影響作用，而且也未說(shuō)明不同強(qiáng)度和頻率的電刺激對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響是否一致。不難看出，肌源性因素主要集中在肌肉橫斷面積增加進(jìn)而導(dǎo)致肌肉力量增加，在此方面肌肉橫斷面積增加未說(shuō)明其他環(huán)境因素的影響，如營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充方面。在神經(jīng)源性因素中主要是集中在用不同頻率和強(qiáng)度電刺激代替大腦主動(dòng)發(fā)出神經(jīng)沖動(dòng)的過(guò)程，由于電刺激引起的興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)是雙向的（圖1），并未見(jiàn)研究詳細(xì)解釋不同強(qiáng)度和頻率的電刺激作用時(shí)大腦和電刺激之間會(huì)不會(huì)相互影響。基于上述2種理論，早期電刺激訓(xùn)練是通過(guò)電線傳遞電流并連接電極直接放在人體肌肉上進(jìn)行不同頻率、不同時(shí)間和不同電流的電刺激。目前，電刺激促進(jìn)肌肉力量發(fā)展的方法包括肌肉直接電刺激和神經(jīng)肌肉電刺激2種方法，前者把電極安放在軀干或遠(yuǎn)離軀干需要進(jìn)行訓(xùn)練的肌肉之上，而后者則是對(duì)某些運(yùn)動(dòng)神經(jīng)進(jìn)行刺激。在實(shí)踐應(yīng)用方面主要以肌肉直接電刺激為主，神經(jīng)肌肉電刺激使用較少。

1.3 肌肉電刺激訓(xùn)練發(fā)展歷程

1.3.1 肌肉電刺激訓(xùn)練國(guó)外研究進(jìn)展

肌肉電刺激訓(xùn)練源于人類早期對(duì)生物電的發(fā)現(xiàn)與探索。1758年，英國(guó)科學(xué)家卡文迪許（Cavendish）使用萊頓瓶試驗(yàn)中無(wú)意間發(fā)現(xiàn)了大黑魚(yú)的放電現(xiàn)象，揭開(kāi)了科學(xué)史上體表生物電的研究序幕。從此人類開(kāi)始涉足生物電領(lǐng)域研究，其神秘面紗逐漸褪去，關(guān)于人體肌電研究拉開(kāi)序幕。肌肉電刺激法在19世紀(jì)初開(kāi)始作為治療手段用于臨床，醫(yī)學(xué)上采用電刺激來(lái)防止肌肉萎縮及恢復(fù)癱瘓肌的功能等。隨后，Yakow Kots第1次在蘇聯(lián)宇航員身上使用中等頻率的電流，以補(bǔ)償在失重狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)飛行中的肌肉力量損耗和電解質(zhì)損耗，他也是把中等頻率電流用于安裝假肢方面增強(qiáng)肌肉力量的第一人，此后不久，人們就把這種電刺激用于體育領(lǐng)域進(jìn)行肌肉力量的訓(xùn)練。20世紀(jì)60年代，Yakow Kots博士由此得到啟發(fā)，他對(duì)國(guó)家摔跤隊(duì)員的肱二頭肌訓(xùn)練了9次，肌肉力量增加了38%；對(duì)小腿三頭肌訓(xùn)練了19次，肌肉力量增加了50%。因此，肌肉電刺激訓(xùn)練成為前蘇聯(lián)訓(xùn)練的“秘密武器”，從而造就了一批世界冠軍及世界紀(jì)錄的創(chuàng)造者。隨后，此方法引起各國(guó)學(xué)者和教練員的關(guān)注，被認(rèn)為是力量訓(xùn)練方法的一次歷史性變革，并在競(jìng)技體育強(qiáng)國(guó)中廣泛受到重視。1977年，Yakow Kots博士做了第1次電刺激講座后，肌肉電刺激訓(xùn)練研究的興趣再次高漲。20世紀(jì)80～90年代是肌肉電刺激訓(xùn)練大發(fā)展時(shí)期，Bortile（1981年）、Romero（1982年）、Larghman（1983年）和Currler（1988年）對(duì)膝關(guān)節(jié)在不同的角度下，采用不同頻率電刺激訓(xùn)練股四頭肌，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，肌肉力量獲得顯著性增長(zhǎng)，增幅在7%～48%之間，對(duì)電刺激后的骨骼肌組織觀察表明，電刺激可使肌肉的結(jié)構(gòu)組織產(chǎn)生良好的適應(yīng)性變化。Howard Eonka（1987年）應(yīng)用電刺激對(duì)運(yùn)動(dòng)員單側(cè)下肢股四頭肌進(jìn)行訓(xùn)練，一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)經(jīng)電刺激訓(xùn)練腿股四頭肌力量增長(zhǎng)16.5%，而未經(jīng)電刺激訓(xùn)練腿股四頭肌力量也相應(yīng)增長(zhǎng)5.7%，并認(rèn)為這是交叉遷移作用的結(jié)果。Delitto（1990年）提出，電刺激訓(xùn)練對(duì)運(yùn)動(dòng)單位的募集方式與正常的募集秩序正好相反，電刺激能優(yōu)先刺激快肌纖維。Vissing（2008年）等認(rèn)為，在增加正常肌的肌肉力量方面，電刺激方法優(yōu)于主動(dòng)訓(xùn)練。隨著對(duì)電刺激的不斷探索研究，電刺激作用效果的刺激參數(shù)，如刺激電流強(qiáng)度、刺激持續(xù)時(shí)間、刺激波形及刺激頻率等方面均有所進(jìn)展。

1.3.2 肌肉電刺激訓(xùn)練國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

20世紀(jì)70年代，肌肉電刺激訓(xùn)練傳入我國(guó)后，國(guó)內(nèi)學(xué)者隨即開(kāi)展理論探討及試驗(yàn)研究，同時(shí)將其應(yīng)用于訓(xùn)練實(shí)踐環(huán)節(jié)并取得突破性成果。郭慶芳（1977年）研究發(fā)現(xiàn)，電刺激可以增強(qiáng)肌肉力量，在高強(qiáng)度訓(xùn)練后應(yīng)用電刺激效果更好。隨后王保成（1997年）等對(duì)電刺激發(fā)展肌肉力量與促進(jìn)訓(xùn)練后局部肌肉恢復(fù)方面研究取得理論和實(shí)踐上的突破，將其應(yīng)用到國(guó)家舉重隊(duì)，幫助占旭剛和唐靈生在第26屆亞特蘭大奧運(yùn)會(huì)上獲得金牌。基于上述成功經(jīng)驗(yàn)，肖光來(lái)和鐘秉樞（1998年）等在國(guó)家體操隊(duì)對(duì)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行電刺激訓(xùn)練，結(jié)果顯示，運(yùn)動(dòng)員力量素質(zhì)及專項(xiàng)成績(jī)明顯提高，并預(yù)測(cè)電刺激可以成為體操專項(xiàng)力量訓(xùn)練的新途徑。隨著研究的不斷深入，黃志剛（2000年）等在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，使用電刺激一側(cè)腿部股四頭肌肌肉力量增加，未使用一側(cè)也增加，認(rèn)為這種現(xiàn)象與人體導(dǎo)電性有關(guān)，并且從反射及神經(jīng)角度解釋了這種現(xiàn)象的機(jī)制。隨后其又利用肌肉電刺激訓(xùn)練方法對(duì)肌肉力量增長(zhǎng)和柔韌性進(jìn)行研究，結(jié)果表明，電刺激訓(xùn)練可顯著的提高原動(dòng)肌和對(duì)抗肌肌群肌肉力量，亦可有效的提高肌肉的柔韌性，保證肌肉力量與柔韌性同步協(xié)調(diào)平衡發(fā)展。王麗（2013年）等運(yùn)用神經(jīng)對(duì)肌肉控制原理，探討電刺激影響肌肉力量增長(zhǎng)及退化的軌跡，結(jié)果顯示，肌肉電刺激訓(xùn)練可使力量快速增長(zhǎng)，傳統(tǒng)力量訓(xùn)練次之；但隨后力量退化速度與之前結(jié)果相反，為力量訓(xùn)練提供實(shí)踐依據(jù)。近10年來(lái)，伴隨著儀器設(shè)備的不斷創(chuàng)新，肌肉電刺激訓(xùn)練應(yīng)用到不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，并結(jié)合專項(xiàng)研究不同電刺激頻率、強(qiáng)度對(duì)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目應(yīng)用效果的影響。

圖1 肌肉電刺激訓(xùn)練原理分析

2 運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中肌肉電刺激法的應(yīng)用

2.1 動(dòng)作準(zhǔn)備（熱身）環(huán)節(jié)的應(yīng)用

肌肉電刺激訓(xùn)練可以作為動(dòng)作準(zhǔn)備的重要方法和手段，可以確保練習(xí)過(guò)程中肌肉收縮達(dá)到最佳條件。特別是反復(fù)、高強(qiáng)度動(dòng)作中提高肌肉爆發(fā)性并延遲神經(jīng)肌肉疲勞程度。動(dòng)作準(zhǔn)備環(huán)節(jié)中肌肉動(dòng)員依據(jù)神經(jīng)系統(tǒng)興奮→興奮傳導(dǎo)至肌肉→肌肉收縮途徑。肌肉電刺激訓(xùn)練越過(guò)神經(jīng)系統(tǒng)興奮環(huán)節(jié)，不受情緒、認(rèn)知、個(gè)性心理特征的影響，以訓(xùn)練儀器的節(jié)律性放電為起點(diǎn)，遵循電刺激運(yùn)動(dòng)神經(jīng)→運(yùn)動(dòng)神經(jīng)產(chǎn)生興奮→興奮傳導(dǎo)至肌肉→肌肉收縮這種特定類型的肌肉激活方式，有助于運(yùn)動(dòng)單位募集數(shù)量的增加，因而進(jìn)一步提高肌肉的收縮能力。

2.2 力量素質(zhì)訓(xùn)練環(huán)節(jié)的應(yīng)用

目前，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練領(lǐng)域多采用自由重量、彈震式及抗阻等方法進(jìn)行力量訓(xùn)練，而肌肉電刺激訓(xùn)練不同于上述訓(xùn)練方法，它以獨(dú)特的方式刺激運(yùn)動(dòng)神經(jīng)、活化肌纖維類型，進(jìn)而取得良好的訓(xùn)練效果，使其成為現(xiàn)代力量訓(xùn)練的重要手段之一。法國(guó)勃艮第大學(xué)Deley教授等和Billot教授等將肌肉電刺激訓(xùn)練分別用于青少年女性體操運(yùn)動(dòng)員和足球運(yùn)動(dòng)員，都取得良好的訓(xùn)練效果。法國(guó)地中海大學(xué)磁共振生物醫(yī)學(xué)中心教授Gondin J等認(rèn)為，肌肉電刺激訓(xùn)練能夠顯著增加最大自主等長(zhǎng)收縮的肌力，當(dāng)肌肉電刺激訓(xùn)練與動(dòng)態(tài)主動(dòng)運(yùn)動(dòng)結(jié)合的時(shí)候，它能夠改善運(yùn)動(dòng)專項(xiàng)技能和表現(xiàn)，并提出肌肉電刺激訓(xùn)練是主動(dòng)抗阻訓(xùn)練的有效補(bǔ)充。

2.3 訓(xùn)練恢復(fù)環(huán)節(jié)的應(yīng)用

現(xiàn)代競(jìng)技體育快速發(fā)展使教練員、運(yùn)動(dòng)員竭盡全力提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)，訓(xùn)練負(fù)荷明顯增加，不斷挑戰(zhàn)人體極限，導(dǎo)致訓(xùn)練后恢復(fù)緩慢，這成為運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練領(lǐng)域亟待解決的突出問(wèn)題之一，而肌肉電刺激訓(xùn)練在解決高負(fù)荷訓(xùn)練與恢復(fù)問(wèn)題中具有良好的效果。美國(guó)蒙大拿州立大學(xué)教授Warren等比較了自然恢復(fù)（6min無(wú)活動(dòng)）、慢跑恢復(fù)（6min慢跑）和肌肉電刺激恢復(fù)（對(duì)上肢和肩部肌肉進(jìn)行6min電刺激）3種恢復(fù)方法對(duì)高水平棒球運(yùn)動(dòng)員的影響。結(jié)果顯示，肌肉電刺激訓(xùn)練降低血乳酸的效果最明顯。

3 結(jié) 語(yǔ)

肌肉電刺激訓(xùn)練（MES）在動(dòng)作準(zhǔn)備方面可以快速激活肌肉和募集更多的運(yùn)動(dòng)單位，以提高肌群做功效率；在力量素質(zhì)訓(xùn)練方面可以作為主動(dòng)抗阻訓(xùn)練的有效補(bǔ)充；在緩解運(yùn)動(dòng)后疲勞、快速恢復(fù)方面也有獨(dú)特的效果，為提高競(jìng)技能力和奪取優(yōu)異運(yùn)動(dòng)成績(jī)奠定基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了肌肉電刺激與運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練完美結(jié)合。但是，人體是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，且具有良好的調(diào)節(jié)功能，在未來(lái)的電刺激訓(xùn)練研究方面還有許多問(wèn)題亟待解決，例如，長(zhǎng)期使用肌肉電刺激訓(xùn)練是否會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生負(fù)面影響，肌肉電刺激儀器放電與運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)電位信息是否存在疊加或干擾的問(wèn)題，以及此2種情況下，人體可能出現(xiàn)的應(yīng)激反應(yīng)。環(huán)境因素（日常膳食、營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)劑、溫度、濕度、抗阻方式、開(kāi)鏈與閉鏈動(dòng)作等）對(duì)肌肉電刺激訓(xùn)練應(yīng)用是否存在影響作用等問(wèn)題，有待于不斷的深入進(jìn)行研究。

[ 1 ] 王保成，楊漢雄，錢光鑒，等.26屆奧運(yùn)會(huì)國(guó)家舉重隊(duì)電刺激力量訓(xùn)練與恢復(fù)的研究[ J ].首都體育學(xué)院學(xué)報(bào)，1997（1）：36-40.

[ 2 ] 肖光來(lái)，鐘秉樞，黃玉斌，等.利用肌肉功能電刺激對(duì)中國(guó)體操隊(duì)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行專項(xiàng)力量訓(xùn)練的研究[ J ].北京體育大學(xué)學(xué)報(bào)，1998（1）：25-29.

[ 3 ] 張海潮，潘浩.電刺激對(duì)肌肉力量作用的研究分析[ J ].北京體育大學(xué)學(xué)報(bào)，2001（2）：189-190.