发展肌力与心肺功能的新型武器——电刺激训练

功率自行车间歇训练中对拮抗肌进行电刺激可以提高摄氧量和肌肉力量

摘要

日本康复专家Ryuki Hashida等人受国际空间站（ISS）研究项目的启发对29名健康年轻男性进行功率自行车间歇训练电刺激实验，对比试验前后心肺功能和肌肉力量的变化。

一、前言（Introduction）

宇航员在探索宇宙的过程中，由于长期的太空飞行，许多身体机能退化。为了解决这个问题，ISS决定对这些宇航员进行身体训练，包括抗阻训练和有氧训练，以便适应不良的生理适应和减少身体机能退化。最终在4周的混合式训练后（HTS），有效的预防了宇航员的骨骼肌萎缩，并且帮助他们保持健康。此外，我们设计了一种在功率自行车上使用HTS的锻炼技术（HCE）。本研究的目的是调查HCE对健康青年男性心肺功能、肌肉力量和肌肉体积的影响。

混合式训练系统（HTS: Hybrid Training System）：一种训练方式：包含肌肉自主向心收缩和通过电刺激使肌肉离心收缩

二、方法（Methods）

29名健康年轻男性被分为两组，HCE组（14人）和VCE组（15人）。受试者被告知在实验期间可以进行任何其他运动，并继续正常的生活。通过6周，每周3次、每次30分钟的功率自行车间歇训练，其中每次训练间隔至少48小时。分别在训练前和训练后（6周后）测试受试者心肺功能、肌肉力量和肌肉体积等数据，以评估训练前后的变化。

HCE（HTS on cycle ergometer）：利用HTS在功率自行车上进行运动的方法

  VCE（volitional cycle ergometer）： 意志力组（对照组）

两组都交替进行2分钟40%VO2peak强度的蹬车和2分钟的渐升高强度蹬车（＞40%VO2peak）（图1）。两组强度相同，同时对HCE组进行电刺激。结果发现，在所有运动负荷下，HCE组的摄氧量明显高于VCE组，平均为21.2%。为了使两组摄氧量相同，Ryuki Hashida等人根据这些数据使用线性回归方程计算出实验的运动负荷和摄氧量，并且调整了所有受试者的踏板负荷，使其达到靶心率。

图1. A）VCE组训练方案 B）HCE组训练方案

经调整后的HCE组：在5分钟的热身后，受试者进行2分钟渐升高强度蹬车和2分钟40%峰值摄氧量强度的电刺激的交替训练（图1B），并将低阻抗凝胶涂层碳电极放置在股四头肌和腘绳肌的每个运动点(图2)。电刺激运动期间，屈膝时股四头肌和腘绳肌同时进行电刺激。而为了提供阻力，受试者在自由蹬车期间伸膝时电刺激腘绳肌，屈膝时电刺激股四头肌。

图2. 弯曲角度和电击时机

三、结果（Results）

最终，29名受试者在没有任何损伤的情况下完成了训练。在训练期间，没有受试者抱怨不适或疼痛。与训练前相比，两组的峰值摄氧量都显著上升（VCE3.3~5.5ml·kg－1·min－1 HCE4~8.6ml·kg－1·min－1）。VCE组的膝关节伸展的最大等速力矩无显著提升（0~0.2N·m·kg-1），股直肌厚度没有明显增加（0.1~1.1mm）；HCE组的膝关节伸展的最大等速力矩显著提升（0.3N·m·kg-1），股直肌厚度显著增加（1.5~1.7mm）。

四、讨论（Discussion）

实验评估了HCE训练对健康年轻男性心肺功能、肌肉力量和肌肉体积的影响。训练后，两组VO2peak均较训练前显著升高。此外，与VCE组相比，HCE组显著改善了膝关节伸展力矩，且无严重不良事件发生。因此，在健康年轻男性中，HCE可能是一种比传统自行车运动更有效的肌肉力量训练方法。

Jubeau等人证明电刺激的运动更能促生长激素(GH)分泌。Tavares等人也证明了GH可以增加健康男性下肢的肌肉力量。在相同的负荷下，HCE功率自行车训练比普通自行车运动更有效地刺激生长激素的急性增加。

此外，肌肉力量与雷帕霉素靶蛋白(mTOR)相关，mTOR使蛋白质合成的刺激因子p70 S6K和4E-BP1磷酸化。Dirks等发现电刺激激活了mTOR。因此，电刺激与功率自行车结合可以通过GH的生化反应和mTOR活动增加肌肉力量。

HCE训练不会抹去功率自行车原本的收益，目前还没有研究表明长期电刺激功率自行车训练对健康男性的影响。但是许多报道证实其在心肺功能方面的巨大收益。总之，HCE改善了心肺功能和伸膝力量，同时，由于此训练方法的便携性，在未来小型航空飞船中飞行员训练有巨大的发展潜力。