肌肉電刺激訓練研究綜述

杜承潤，史 衍

（首都體育學院，北京 100091）

隨著科學技術的發展，肌肉電刺激訓練（Muscle Electrical Stimulation，簡稱MES）已經成為運動訓練領域重要的訓練手段之一。目前，有關肌肉電刺激訓練與傳統力量訓練的區別與結合，以及肌肉電刺激訓練多學科應用效果方面的研究逐漸增加。2011年，肌肉電刺激訓練迎來了里程碑式的變革—無線便攜可穿戴儀器的出現，徹底改變了肌肉電刺激訓練存在的場地使用環境受限、干擾正常技術動作及佩戴復雜等方面的問題，促使其在醫療、康復保健、運動訓練、行為干預等多個領域廣泛使用。

1 肌肉電刺激法概述

1.1 肌肉電刺激法的概念

伴隨著體育學科研究的不斷深入，促使人們對肌肉電刺激訓練（MES）認知不斷提高，早期研究（1992年）認為，電刺激訓練法是一種用電刺激代替大腦發出的神經沖動，使肌肉產生收縮的方法。隨后，王保成等（1997年）研究認為，電刺激是指通過電脈沖代替人腦發出的神經沖動，使肌肉產生收縮，從而達到發展肌肉力量和促進訓練后局部肌肉的恢復及肌肉軟組織損傷康復的目的。隨著學科之間交叉融合，燕鐵斌（2006年）研究認為，電刺激是指利用低頻脈沖電流，刺激神經或肌肉，引起肌肉收縮，提高肌肉功能，或治療神經肌肉疾患的一種治療方法。現代運動訓練更加強調神經對肌肉的控制，肌肉電刺激訓練適應現代運動訓練的需要，它將電極放置在皮膚表面，通過調節電刺激強度刺激運動神經，從而引起肌肉收縮、提高肌肉工作效率的一種訓練方法。

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、初長度和關節運動角度等方面。R.李森斯博士（1983年）指出，應用電刺激進行肌肉力量訓練的理論基礎是依據肌肉力量取決于肌肉橫截面積大小這一原則。Cabric（1988年）等實驗研究中發現，電刺激能夠使肌肉組織結構發生良好的變化，并且指出肌肉力量增強常伴隨肌纖維增粗、肌肉肥大現象。隨后金玉蘭（1996年）等對青紫藍兔股四頭肌進行5～10周電刺激結果發現，肌纖維橫斷面積有所增加，導致肌肉力量增加，可見肌肉電刺激在對肌纖維刺激方式上有其獨到之處。但是上述實驗并未解釋其他因素對肌肉橫斷面積的影響，如營養補充，即肌肉力量的增加是因為電刺激后攝入營養引起的肌纖維橫斷面積增加從而增加肌肉力量，還是因為電刺激使得肌纖維橫斷面積增加促使肌肉力量增加。

1.2.2 神經源性因素 神經源性因素主要集中在中樞激活、中樞神經對肌肉活動協調控制力及中樞神經系統的興奮狀態等方面。電刺激訓練促進肌肉力量增長的理論機制主要是使用不同頻率和強度電刺激來代替大腦發出神經沖動以控制肌肉收縮完成身體活動。部分研究認為，通過電刺激儀產生的脈沖電流代替大腦發出的神經沖動使肌肉產生強烈的收縮，達到提高肌肉力量的目的。當不同頻率和強度電刺激作用于運動神經時，運動神經被激活后會產生神經沖動，神經沖動沿著神經纖維傳導至肌肉可引起肌肉強烈收縮，從而提高肌肉力量。由此可知，肌肉收縮主要受神經控制，電刺激可超過人類神經沖動發放頻率和強度。在抗阻訓練中大腦自主發出的神經沖動與電刺激主要區別在于對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；而電刺激訓練則是優先動員快肌纖維，此觀點在Delitto（1990年）和王保成（1995年）的研究中被證實。在Massey（1990年）等研究中表明，電刺激訓練可反饋性地導致中樞神經系統發出的神經沖動增加，從而在肌肉收縮時調動更多的肌纖維參加工作，增大收縮力量。可見電刺激對中樞神經系統是有影響的，可是未進一步說明中樞神經系統發出的神經沖動增加后是否對電刺激有影響作用，而且也未說明不同強度和頻率的電刺激對中樞神經系統的影響是否一致。不難看出，肌源性因素主要集中在肌肉橫斷面積增加進而導致肌肉力量增加，在此方面肌肉橫斷面積增加未說明其他環境因素的影響，如營養補充方面。在神經源性因素中主要是集中在用不同頻率和強度電刺激代替大腦主動發出神經沖動的過程，由于電刺激引起的興奮在神經纖維上的傳導是雙向的（圖1），并未見研究詳細解釋不同強度和頻率的電刺激作用時大腦和電刺激之間會不會相互影響。基于上述2種理論，早期電刺激訓練是通過電線傳遞電流并連接電極直接放在人體肌肉上進行不同頻率、不同時間和不同電流的電刺激。目前，電刺激促進肌肉力量發展的方法包括肌肉直接電刺激和神經肌肉電刺激2種方法，前者把電極安放在軀干或遠離軀干需要進行訓練的肌肉之上，而后者則是對某些運動神經進行刺激。在實踐應用方面主要以肌肉直接電刺激為主，神經肌肉電刺激使用較少。

1.3 肌肉電刺激訓練發展歷程

1.3.1 肌肉電刺激訓練國外研究進展

肌肉電刺激訓練源于人類早期對生物電的發現與探索。1758年，英國科學家卡文迪許（Cavendish）使用萊頓瓶試驗中無意間發現了大黑魚的放電現象，揭開了科學史上體表生物電的研究序幕。從此人類開始涉足生物電領域研究，其神秘面紗逐漸褪去，關于人體肌電研究拉開序幕。肌肉電刺激法在19世紀初開始作為治療手段用于臨床，醫學上采用電刺激來防止肌肉萎縮及恢復癱瘓肌的功能等。隨后，Yakow Kots第1次在蘇聯宇航員身上使用中等頻率的電流，以補償在失重狀態下長時飛行中的肌肉力量損耗和電解質損耗，他也是把中等頻率電流用于安裝假肢方面增強肌肉力量的第一人，此后不久，人們就把這種電刺激用于體育領域進行肌肉力量的訓練。20世紀60年代，Yakow Kots博士由此得到啟發，他對國家摔跤隊員的肱二頭肌訓練了9次，肌肉力量增加了38%；對小腿三頭肌訓練了19次，肌肉力量增加了50%。因此，肌肉電刺激訓練成為前蘇聯訓練的“秘密武器”，從而造就了一批世界冠軍及世界紀錄的創造者。隨后，此方法引起各國學者和教練員的關注，被認為是力量訓練方法的一次歷史性變革，并在競技體育強國中廣泛受到重視。1977年，Yakow Kots博士做了第1次電刺激講座后，肌肉電刺激訓練研究的興趣再次高漲。20世紀80～90年代是肌肉電刺激訓練大發展時期，Bortile（1981年）、Romero（1982年）、Larghman（1983年）和Currler（1988年）對膝關節在不同的角度下，采用不同頻率電刺激訓練股四頭肌，結果發現，肌肉力量獲得顯著性增長，增幅在7%～48%之間，對電刺激后的骨骼肌組織觀察表明，電刺激可使肌肉的結構組織產生良好的適應性變化。Howard Eonka（1987年）應用電刺激對運動員單側下肢股四頭肌進行訓練，一段時間后發現經電刺激訓練腿股四頭肌力量增長16.5%，而未經電刺激訓練腿股四頭肌力量也相應增長5.7%，并認為這是交叉遷移作用的結果。Delitto（1990年）提出，電刺激訓練對運動單位的募集方式與正常的募集秩序正好相反，電刺激能優先刺激快肌纖維。Vissing（2008年）等認為，在增加正常肌的肌肉力量方面，電刺激方法優于主動訓練。隨著對電刺激的不斷探索研究，電刺激作用效果的刺激參數，如刺激電流強度、刺激持續時間、刺激波形及刺激頻率等方面均有所進展。

1.3.2 肌肉電刺激訓練國內研究進展

20世紀70年代，肌肉電刺激訓練傳入我國后，國內學者隨即開展理論探討及試驗研究，同時將其應用于訓練實踐環節并取得突破性成果。郭慶芳（1977年）研究發現，電刺激可以增強肌肉力量，在高強度訓練后應用電刺激效果更好。隨后王保成（1997年）等對電刺激發展肌肉力量與促進訓練后局部肌肉恢復方面研究取得理論和實踐上的突破，將其應用到國家舉重隊，幫助占旭剛和唐靈生在第26屆亞特蘭大奧運會上獲得金牌。基于上述成功經驗，肖光來和鐘秉樞（1998年）等在國家體操隊對運動員進行電刺激訓練，結果顯示，運動員力量素質及專項成績明顯提高，并預測電刺激可以成為體操專項力量訓練的新途徑。隨著研究的不斷深入，黃志剛（2000年）等在實驗中發現，使用電刺激一側腿部股四頭肌肌肉力量增加，未使用一側也增加，認為這種現象與人體導電性有關，并且從反射及神經角度解釋了這種現象的機制。隨后其又利用肌肉電刺激訓練方法對肌肉力量增長和柔韌性進行研究，結果表明，電刺激訓練可顯著的提高原動肌和對抗肌肌群肌肉力量，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調平衡發展。王麗（2013年）等運用神經對肌肉控制原理，探討電刺激影響肌肉力量增長及退化的軌跡，結果顯示，肌肉電刺激訓練可使力量快速增長，傳統力量訓練次之；但隨后力量退化速度與之前結果相反，為力量訓練提供實踐依據。近10年來，伴隨著儀器設備的不斷創新，肌肉電刺激訓練應用到不同運動項目，并結合專項研究不同電刺激頻率、強度對運動項目應用效果的影響。

圖1 肌肉電刺激訓練原理分析

2 運動訓練中肌肉電刺激法的應用

2.1 動作準備（熱身）環節的應用

肌肉電刺激訓練可以作為動作準備的重要方法和手段，可以確保練習過程中肌肉收縮達到最佳條件。特別是反復、高強度動作中提高肌肉爆發性并延遲神經肌肉疲勞程度。動作準備環節中肌肉動員依據神經系統興奮→興奮傳導至肌肉→肌肉收縮途徑。肌肉電刺激訓練越過神經系統興奮環節，不受情緒、認知、個性心理特征的影響，以訓練儀器的節律性放電為起點，遵循電刺激運動神經→運動神經產生興奮→興奮傳導至肌肉→肌肉收縮這種特定類型的肌肉激活方式，有助于運動單位募集數量的增加，因而進一步提高肌肉的收縮能力。

2.2 力量素質訓練環節的應用

目前，運動訓練領域多采用自由重量、彈震式及抗阻等方法進行力量訓練，而肌肉電刺激訓練不同于上述訓練方法，它以獨特的方式刺激運動神經、活化肌纖維類型，進而取得良好的訓練效果，使其成為現代力量訓練的重要手段之一。法國勃艮第大學Deley教授等和Billot教授等將肌肉電刺激訓練分別用于青少年女性體操運動員和足球運動員，都取得良好的訓練效果。法國地中海大學磁共振生物醫學中心教授Gondin J等認為，肌肉電刺激訓練能夠顯著增加最大自主等長收縮的肌力，當肌肉電刺激訓練與動態主動運動結合的時候，它能夠改善運動專項技能和表現，并提出肌肉電刺激訓練是主動抗阻訓練的有效補充。

2.3 訓練恢復環節的應用

現代競技體育快速發展使教練員、運動員竭盡全力提高運動成績，訓練負荷明顯增加，不斷挑戰人體極限，導致訓練后恢復緩慢，這成為運動訓練領域亟待解決的突出問題之一，而肌肉電刺激訓練在解決高負荷訓練與恢復問題中具有良好的效果。美國蒙大拿州立大學教授Warren等比較了自然恢復（6min無活動）、慢跑恢復（6min慢跑）和肌肉電刺激恢復（對上肢和肩部肌肉進行6min電刺激）3種恢復方法對高水平棒球運動員的影響。結果顯示，肌肉電刺激訓練降低血乳酸的效果最明顯。

3 結 語

肌肉電刺激訓練（MES）在動作準備方面可以快速激活肌肉和募集更多的運動單位，以提高肌群做功效率；在力量素質訓練方面可以作為主動抗阻訓練的有效補充；在緩解運動后疲勞、快速恢復方面也有獨特的效果，為提高競技能力和奪取優異運動成績奠定基礎，實現了肌肉電刺激與運動訓練完美結合。但是，人體是一個非常復雜的系統，且具有良好的調節功能，在未來的電刺激訓練研究方面還有許多問題亟待解決，例如，長期使用肌肉電刺激訓練是否會對人體產生負面影響，肌肉電刺激儀器放電與運動神經系統電位信息是否存在疊加或干擾的問題，以及此2種情況下，人體可能出現的應激反應。環境因素（日常膳食、營養補劑、溫度、濕度、抗阻方式、開鏈與閉鏈動作等）對肌肉電刺激訓練應用是否存在影響作用等問題，有待于不斷的深入進行研究。

[ 1 ] 王保成，楊漢雄，錢光鑒，等.26屆奧運會國家舉重隊電刺激力量訓練與恢復的研究[ J ].首都體育學院學報，1997（1）：36-40.

[ 2 ] 肖光來，鐘秉樞，黃玉斌，等.利用肌肉功能電刺激對中國體操隊運動員進行專項力量訓練的研究[ J ].北京體育大學學報，1998（1）：25-29.

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