血流限制訓(xùn)練中肌纖維、心血管適應(yīng)性改變及痛覺減退機制研究進展

陳懷新

(江蘇省淮安體育運動學(xué)校 江蘇淮安 223001)

長期以來，傳統(tǒng)的抗阻力量訓(xùn)練一直被視為增加運動員力量和肌肉圍度的主要方法。美國運動醫(yī)學(xué)會建議以70%1RM的負荷進行抗阻訓(xùn)練，以達到改善力量、耐力和肌肥厚的目的。然而高負荷訓(xùn)練是受傷恢復(fù)期和神經(jīng)肌肉控制能力下降人群的訓(xùn)練禁忌，并且會增加再次受傷的風(fēng)險。血流限制訓(xùn)練（Blood Flow Restriction Training，BFRT）最早起源于20 世紀70 年代日本學(xué)者Yoshiaki Soto的Kaatsu 抗阻訓(xùn)練。有研究認為，血流限制訓(xùn)練可以在低負荷（20%～40%1RM）條件下產(chǎn)生相當于傳統(tǒng)力量訓(xùn)練時的肌肉增益，包括肌力增加、肥大和血管生成等［1］。因BFRT 在競技體育、康復(fù)醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有發(fā)展?jié)摿?，近年來受到越來越多關(guān)注。國內(nèi)外大多數(shù)相關(guān)研究主要集中于BFRT 在訓(xùn)練中的應(yīng)用。而BFRT 對心血管的適應(yīng)性改變及疼痛抑制機制的研究較少，誘導(dǎo)骨骼肌適應(yīng)性改變的機制也尚未達成共識。該文綜述了BFRT對心血管的影響，梳理并總結(jié)了BFRT誘導(dǎo)骨骼肌生長及痛覺減退機制，以期為該訓(xùn)練方法在實踐中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 BFRT介導(dǎo)的心血管的適應(yīng)性改變

研究證明，BFRT 可以改善動脈順應(yīng)性、硬度及增加動脈直徑，增加血流介導(dǎo)的血管擴張［2］，降低靜息心率和平均血壓。其機制可能是血流限制訓(xùn)練能夠?qū)е氯毖?、機械拉伸、剪切應(yīng)力和血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）的增加，刺激內(nèi)皮細胞激活，調(diào)節(jié)一氧化氮（NO）的釋放，誘導(dǎo)血管生成，同時引起血管舒張［2］。但是，也有研究認為BFRT 會增加動脈僵硬度，并降低血流介導(dǎo)的血管擴張功能，引起靜息收縮壓升高。另一方面，關(guān)于BFRT 對心血管疾病人群的影響，學(xué)界還存在分歧。國外最近的一項研究認為低強度的BFRT 可能是預(yù)防和治療高血壓及改善冠狀動脈患者血壓的安全選擇［3］。國內(nèi)有學(xué)者研究則認為高血壓人群可能由于內(nèi)皮功能障礙，在進行BFRT干預(yù)后出現(xiàn)較高的血流動力學(xué)和心血管反應(yīng)，建議心血管疾病人群進行BFRT時應(yīng)謹慎［4］。

不一致的研究結(jié)果可能是由于不同的實驗對象以及不同訓(xùn)練方案（運動方式、劑量效應(yīng)、訓(xùn)練變量）造成的，關(guān)于BFRT干預(yù)后心血管的適應(yīng)性改變還需要進一步研究。

2 BFRT誘導(dǎo)肌纖維適應(yīng)性改變

已有諸多文獻報道［5］，血流限制訓(xùn)練作為一種輔助工具，其最大的潛力在于它能在不施加高強度負荷的前提下，提高肌肉力量、耐力和誘導(dǎo)肌肉肥大等，但肌肉的適應(yīng)機制仍然是推測性的。目前，大部分研究更傾向于肌肉對運動負荷的適應(yīng)是機械應(yīng)力和代謝應(yīng)激的共同作用，以及由此引起的蛋白質(zhì)合成增加、內(nèi)分泌調(diào)節(jié)、訓(xùn)練誘導(dǎo)的肌肉損傷、肌纖維的募集等。

2.1 機械應(yīng)力誘導(dǎo)肌肉生長機制

機械應(yīng)力可以引起肌纖維的牽張效應(yīng)，從而誘導(dǎo)肌肉的生長。其具體的作用機制可能是：（1）當肌纖維受到機械應(yīng)力刺激時，細胞膜上的機械感受器將機械能轉(zhuǎn)化為介導(dǎo)肌肉合成代謝的化學(xué)信號，調(diào)節(jié)細胞內(nèi)的合成代謝，最終誘導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成增加。（2）機械應(yīng)力可以增加肌纖維中神經(jīng)元一氧化氮合酶的水平，引起細胞內(nèi)鈣離子的釋放，從而激活哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）的信號通路，促進肌肉合成代謝。（3）研究證明，在脂質(zhì)雙分子層損傷修復(fù)的過程中，會形成囊泡堵塞，細胞內(nèi)的成分可以與雙分子層融合并釋放類胰島素生長因子IGF-1，最終激活磷酸肌醇3-激酶/蛋白激酶B，從而誘導(dǎo)蛋白合成代謝增加［6］。誠然有大量證據(jù)證明機械應(yīng)力可以誘導(dǎo)肌肉肥大，但是目前并沒有直接的證據(jù)證明BFRT 在肌肉肥大中的貢獻，因此BFRT中的低機械應(yīng)力能在多大程度上誘導(dǎo)肌肉肥大，仍需進一步研究。

2.2 代謝應(yīng)激促進肌肉適應(yīng)的機制

活性氧（ROS）是調(diào)節(jié)運動后合成代謝的重要機制。肌肉在運動后會產(chǎn)生ROS，在BFRT 中，肌肉內(nèi)的氧氣供應(yīng)會嚴重減少，缺氧環(huán)境和隨后的血液再灌注會進一步引起肌肉內(nèi)ROS的增加，一方面，ROS可以激活肌肉生長抑制素基因在其調(diào)控區(qū)域內(nèi)的兩個NF-KB結(jié)合位點，從而反向調(diào)節(jié)肌肉生長抑制素的分泌，促進肌肉蛋白的合成。另一方面，ROS 還可能通過介導(dǎo)高度保守的應(yīng)激蛋白——熱休克蛋白（HSPs）的轉(zhuǎn)錄，間接影響合成代謝。正常生理條件下，熱休克蛋白作為伴侶分子，協(xié)同蛋白質(zhì)的組裝和轉(zhuǎn)運。Kawada 等人［7］經(jīng)過2周的血流限制訓(xùn)練干預(yù)，發(fā)現(xiàn)雄性Wister大鼠跖肌中HSP-72含量顯著增加。熱休克蛋白-72表達的增加可以減緩肌肉萎縮，并在BFRT引起的肌肉肥大中起到重要作用。

NO 是在Ca2+調(diào)控下由神經(jīng)元一氧化氮合酶（nNOS）產(chǎn)生的一種重要的細胞信號傳遞分子，同時也是ROS的一種特殊變體。Pearson 認為，BFRT 可以刺激NO的產(chǎn)生：一方面，NO 可以激活平均動脈壓激酶（MAP-kinase）家族之一的細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（ERK1/2）信號通路，從而最終通過磷酸化級聯(lián)反應(yīng)刺激肌肉生長；另一方面，運動過程中產(chǎn)生的NO 可以通過合成肝細胞生長因子（HGF）激活衛(wèi)星細胞，隨后衛(wèi)星細胞繼續(xù)分化、融合形成新的肌纖維和/或與現(xiàn)有肌纖維融合，導(dǎo)致肌纖維的肥大。

Ⅱ型肌纖維募集增加是引起肌肉肥厚效應(yīng)的重要機制。以往研究發(fā)現(xiàn)，低強度BFRT可以引起更多的運動單位的募集和快肌纖維的激活，其原因可能是血流受限后引起慢肌纖維的氧氣供應(yīng)不足和代謝物的大量積累，激活傳入神經(jīng)III 和IV，這些神經(jīng)纖維的激活可以抑制α 運動神經(jīng)元對Ⅰ型肌纖維的支配，因此增加了對肌肉肥厚適應(yīng)更敏感的Ⅱ型肌纖維的募集。

3 BFRT與疼痛抑制機制

運動可以降低對疼痛的敏感性，這是一種內(nèi)源性疼痛調(diào)節(jié)機制，被稱為運動誘發(fā)的痛覺減退（EIH）。類似于運動誘導(dǎo)的其他肌肉適應(yīng)，如肌肉力量的增強，EIH的效果會隨著高強度運動而增加。而近年來的研究表明，低強度的BFRT 也會誘導(dǎo)EIH，效果至少持續(xù)45 min［8］。在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和韌帶修復(fù)手術(shù)后，也觀察到了低強度在改善疼痛和身體功能上，BFRT比大負荷抗阻訓(xùn)練效果更優(yōu)。相較于高強度抗阻訓(xùn)練引起的EIH，低強度BFRT可能有不同的誘發(fā)機制。

3.1 阿片類和大麻素介導(dǎo)的疼痛減退機制

低強度運動時的血流限制增加了肌肉的代謝應(yīng)激水平，觸發(fā)了阿片類和大麻素介導(dǎo)的疼痛減退機制。β-內(nèi)啡肽是由周圍神經(jīng)元和腦垂體產(chǎn)生的一種內(nèi)源性阿片神經(jīng)肽，是對疼痛和運動等生理應(yīng)激源的反應(yīng)。作為阿片受體的激動劑，β-內(nèi)啡肽可以和突觸前、突觸后末端的阿片受體結(jié)合并激活阿片系統(tǒng)，從而對誘發(fā)的有害活動（如疼痛等）產(chǎn)生抑制作用。另外，內(nèi)源性大麻素在疼痛抑制過程中同樣發(fā)揮著重要作用。研究證明，肌肉收縮時會激活A(yù)-δ 和C-δ 初級傳入神經(jīng)上的大麻素受體，導(dǎo)致內(nèi)源性大麻素循環(huán)濃度改變，進一步抑制突觸前神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)肽的釋放，以及激活下行疼痛抑制通路。

3.2 條件性疼痛調(diào)節(jié)機制

內(nèi)源性椎管上疼痛抑制機制也被稱為條件性疼痛調(diào)節(jié)機制（CPM）。研究認為，當兩種有害刺激作用于身體的兩個不同部位時，這種機制就會被激活，最初的有害刺激引發(fā)節(jié)段外脊髓和三叉神經(jīng)寬動態(tài)范圍神經(jīng)元抑制，以減少對第二有害刺激的感知，降低疼痛敏感性。血流限制訓(xùn)練過程中的缺血缺氧環(huán)境會造成高水平的代謝應(yīng)激以及III 組和IV 組傷害性傳入神經(jīng)元的激活，進而產(chǎn)生運動期間急性肌肉疼痛，后者可能作為一種有害的條件反射刺激，以CPM的方式誘導(dǎo)EIH。

3.3 高閾值運動單位的募集

Ⅱ型肌纖維的募集可能是運動誘導(dǎo)的痛覺減退（Exercise-induced Hypoalgesia，EIH）的重要機制。眾所周知，閾值較低的運動單元在低強度運動中被優(yōu)先募集，而高閾值運動單元通常只在高強度運動時被募集。然而有研究證明，低強度的血流限制訓(xùn)練中，高閾值的運動單元被優(yōu)先募集［9］，這可能要歸因于血流限制導(dǎo)致的缺氧環(huán)境以及肌肉疲勞的加速?？紤]到高閾值運動單元的募集對運動誘導(dǎo)的痛覺減退的重要性，低強度BFRT 中這些運動單元的優(yōu)先募集可能有助于痛覺減退。綜上所述，在疼痛抑制過程中可能存在一種或多種機制共同作用，何種機制起主要作用可能受到BFRT 訓(xùn)練的強度、頻率及加壓壓力等的影響，鑒于BFRT 引起痛覺減退的應(yīng)用前景，未來仍需要進一步研究。

4 結(jié)語

BFRT對心血管的影響雖未達成統(tǒng)一認識，但其引起心率和血壓適應(yīng)性改變及改善血流介導(dǎo)的血管擴張的應(yīng)用前景仍值得探索，BFRT的長期不良影響和最佳的訓(xùn)練方案仍需要進一步研究。

學(xué)界對于BFRT 可以在低強度下產(chǎn)生積極的訓(xùn)練適應(yīng)已達成共識，但其潛在機制可能因?qū)嶒瀸ο?、干預(yù)手段及加壓設(shè)備而異，未來需要更多的研究數(shù)據(jù)支持。

BFRT可以誘發(fā)明顯的痛覺減退效應(yīng)，但進一步探索潛在機制，能夠為其成為慢性疼痛人群的疼痛管理工具提供理論依據(jù)。