血流限制訓練法的研究阻礙及對老年人群的干預效益

蘇國柏 李紫荊 孫嘉偉 孟慶華，4 鮑春雨

(1天津醫科大學體育部，天津 300070；天津體育學院 2體育教育與教育科學學院；3社會體育與健康科學學院；4天津市運動生理與運動醫學重點實驗室)

血流限制法(BFR)是一種獨特的訓練方法，通過在運動期間限制肢體動脈的部分流入及靜脈流出來減少肌肉組織附近血管系統的血流量，進而增強目標肌群的局部代謝水平，實現肌肉的力量增長和骨骼肌肥大〔1〕。此方法由佐藤醫生于50年前所創，也被稱為Kaatsu訓練，意指增加壓力的訓練。Kaatsu訓練通常由氣動止血帶或普通袖帶在上肢或下肢的近端區域施加外部壓力從而達到限制血流的目的。當袖帶充氣時，袖帶下方的脈管系統會逐漸受到機械壓縮，導致動脈血流受限于袖帶，同時這也會加重影響袖帶下方的靜脈流出，使得骨骼肌局部缺氧引發肌肉組織內供氧不足，從而產生更大的應激代謝產物累積〔2〕。有證據表明，在低于45%最大攝氧量和20%～50%極限最大力量(1RM)的負荷強度下進行訓練時〔3〕，運用BFR技術可以顯著提高有氧能力、肌肉力量和骨骼肌肥大。這些改善已在一系列人群中得到證實，包括大學生、老年人、肌肉骨骼疾病患者和運動員。BFR雖已被證明其有獨特的訓練效果，但仍有著許多無法回避的問題和研究限制。例如在目前的研究中，對于壓力的使用范圍過于廣泛、無法明確解釋其使用理由、袖帶的材質和款式多樣化及受試者人群的廣泛性。因此，本文通過對BFR的作用優勢和現有缺陷進行綜合分析并整理，根據實際情況提出解決構想，以期為BFR的研究領域提供有價值的參考。

1 BFR的應用優勢及作用機制

近年來，BFR作為傳統抗阻訓練的一種衍生手段，其在運動訓練中得到廣泛應用，許多專業機構也用此方法減輕運動員的肌肉骨骼壓力。傳統上，BFR是在運動中應用氣動阻力裝置來限制動靜脈血液的流動，以此促進或增強肌肉-神經適應過程。現今BFR結合低負荷阻力訓練已被證明可以引起與非BFR條件更大的肌肉力量和骨骼肌圍度增長〔4〕。這種現象是通過眾多機制綜合調節而引發，其中主要的機制為：①促進合成代謝生長因子增加的代謝積累速度;②增強快速收縮纖維的募集;③通過哺乳動物雷帕霉素蛋白(mTOR)途徑增加蛋白質合成和減少肌抑制素的表達〔5〕。基于這些機制，BFR以其獨特的低負荷訓練特性被更廣泛應用于運動康復領域。

實驗證明，相較于傳統抗阻訓練，BFR能在相同負荷條件下更快速提升肌肉力量。在Pignanelli等〔6〕的實驗中，受試者被隨機分為BFR組和NOBFR組進行為期6 w，每周3次的腿部蹲起訓練，受試者均在相同負荷強度下進行，于第3周的例行檢測報告中顯示，BFR組的力量增長顯著高于NOBFR組。在2017年的一篇Meta分析報告中，Hughes等〔7〕對20項BFR研究數據進行統計分析，結果表明與傳統的低負荷抗阻訓練(LL-RE)相比較，LL-BFR在增加肌肉力量方面更有效。當LL-RE與LL-BFR訓練容量相匹配時，BFR能在更大程度上對骨骼肌重塑產生積極影響；然而，與LL-RE對照組相比，在阻力訓練期間應用BFR技術后，肌肉纖維募集和疲勞的產生會更早發生〔8〕。這可能是由于BFR的止血裝置導致部分動脈閉塞，進而在肌肉組織內造成缺氧環境，由此增加了肌肉內的酸性條件，此條件已被證明能夠刺激生長激素的合成〔9〕，提升肌肉纖維的募集速度并增強核糖體蛋白S6激酶(S6K)1磷酸化。在大多數研究中〔10〕，使用BFR-RE誘導的肌肉肥大和力量增長要顯著大于孤立的LL-RE，但并非所有的研究結果都是如此。這種適應性變化僅在開始訓練的1～3 w被觀察到〔11〕，而在高負荷抗阻運動(HL-RE)研究中，于HL-RE后1～3 w內通常不會觀察到相似的適應性變化〔12〕。顯然這不是典型的肌肉質量情況改變所導致的。雖然肌肉尺寸的增加可能是部分因為BFR-RE期間和之后觀察到的急性水腫〔13〕，但在訓練后的2～10 d仍可觀察到肌肉尺寸的改善〔14〕。

BFR不僅在LL條件下展現出優于傳統抗阻訓練的強大優勢，與HL的傳統抗阻訓練比較中仍顯示出其突出一面。Luebbers等〔15〕將25名高中生分為3組進行為期8 w，每周2次的深蹲訓練，隨機分組為：HI組(HL低次數傳統組，負荷強度大于60%1RM)；LO組(LL高次數傳統組，負荷強度為30%1RM)；LO-BFR組(BFR模式下LL高次數組，負荷強度為30%1RM)。在8 w后的力量測驗中顯示：1RM的提升，HI組與LO-BFR組之間并無顯著性差異，且LO-BFR的增長幅度更大；而LO組與LO-BFR組雖然在訓練量上維持相同，但LO組在前6 w內均維持著訓練前的力量水平。與之相似的實驗結果還有很多，這些實驗均顯示出BFR在訓練早期所具備的強力優勢。以舉重運動為例，新手舉重運動員在早期階段，其機體通常對訓練有著積極反應，即使在訓練頻率和訓練量相對較低的情況下也是如此。這主要由神經-肌肉適應水平增強所致，而不是骨骼肌的形態變化〔16〕。也就是說，當一個人學習一項新的運動技能(如深蹲)，身體會在運動單位的招募和同步性方面產生快速適應。在舉重運動中，這種運動效率的提高會導致力量增加，在訓練開始后很快就會顯現出來。然而，當這些動作的熟練程度達到極限時，力量的進一步增強就通常需要肌肉肥大及骨骼肌質量上的增長〔17〕。而BFR訓練則顯著加快了神經-肌肉適應過程。這種獨特優勢，使其能夠在無訓練經歷人群中得到更好應用。對于普通健身愛好者和職業運動員而言，在運動項目開始訓練的早期階段，BFR將是十分優秀的適應過渡手段。

2 BFR對老年人群體的影響干預

與傳統抗阻訓練相比較，BFR不僅能在訓練的早期快速提升機體神經-肌肉適應性，同時還因其較低的負荷強度特性，使得個體在運動過程中的關節壓力顯著降低〔18〕，這為HL運動承受能力較差的老年人和術后無法立即進行一定強度運動的傷病患者及因長時間制動而具有肌肉萎縮風險人群提供了更好的恢復手段。文獻綜述和Meta分析表明〔19〕，BFR-RE不僅可以有效增加健康年輕人的肌肉力量和骨骼肌肥大，對于老年人同樣有著顯著作用〔20〕。可能機制是mTOR復合物靶點信號增強了肌肉蛋白的合成，已被證明在年輕人和老年人BFR后有所增加。但是有研究發現，與年輕男性相比，老年男性在BFR運動后的生長激素反應更為遲鈍〔21〕，這表明年齡因素可能是影響BFR反應中肌肉肥大發生率和程度不同的一個潛在因素。然而在老年人中，肌肉肥大的其他重要影響因素，如合成代謝激素和性激素等，在BFR后均有所增長〔22〕。

BFR不僅在LL強度訓練下有顯著作用，在無負荷條件下同樣可發揮明顯功效。在沒有伴隨運動的情況下使用BFR可以減輕因停用而造成的力量和肌肉尺寸的減少〔23〕，例如在生病、受傷、手術、關節固定或臥床休息期間，長期減少負重活動會導致力量和肌肉圍度的減少，并隨之出現功能缺陷〔24〕，如在臥床休息30 d后，股四頭肌力量會下降20%～60%〔25〕，后膝關節伸肌的肌肉圍度平均下降幅度在11%～16%〔26〕。目前在不運動的情況下，用BFR維持骨骼肌質量的確切機制尚未明確〔27〕。可能是由代謝產物的血液積聚和反應性充血引起的細胞腫脹，可由內在容積傳感器檢測，并因此導致肌源性信號通路的激活。此外，通過β2腎上腺素受體〔28〕發出信號刺激的兒茶酚胺(去甲腎上腺素)的釋放也可能對肌肉蛋白質代謝產生積極影響。總的來說，目前研究表明，無運動下的BFR能夠很大限度地減少制動后的力量下降和肌肉萎縮。然而必須強調的是，當前納入的研究同樣顯示出較高的風險偏差。

雖然肌肉力量和肌肉質量經過訓練后會得到明顯增長，但這種增長是否會為個體的日常生活能力和運動功能(如爬樓梯、站起和坐下等)帶來顯著改善還有待研究。有資料顯示，對健康或運動受限的老年人進行傳統抗阻訓練后，其力量確實有明顯增長〔29〕，但身體功能卻沒有得到改善或僅得到中度改善〔30〕。與之相似的是，在一項使用BFR對完全由老年人組成的小組進行的研究中，沒有得到充分證據證明BFR可以提升身體功能。一篇2020年的Meta分析也表明〔31〕BFR訓練計劃對老年人的身體功能表現沒有額外影響。所以目前對于BFR的應用更多是單純提升個體基礎力量和維持肌肉質量及減少因制動而導致的失用性改變。而有關老年人的運動能力包括對于滿足日常生活所需的基本活動功能，仍需在有專業人員的陪同下進行針對性訓練。

3 BFR的實際應用問題及研究缺陷

盡管現階段BFR技術很受歡迎，但在該領域的一個共同限制是應用此技術時所使用的方法不一致。同樣，BFR雖然可以應用于廣泛的運動模式，但是針對目標人群的BFR運動指南處方卻依舊很少。最近的系統性綜述可能是迄今為止此類指南的最佳來源，但仍然只提供了適用于一般健康人群的訓練變量，并且含有過高的相似性及相當廣泛的變量范圍〔32〕。Murray等〔33〕在其Meta分析報告中〔33〕得出有56.6%的研究確定阻塞壓力方法是預先選擇一個確定的、非個性化的任意數字。而在剩下的研究中，25.6%的研究者根據個人肢體閉塞壓(LOP)來確定阻塞壓力，10.9%的研究者根據個體肱動脈收縮壓確定壓力，3.9%的研究者根據感知緊繃度來確定，而3.0%的研究者使用其他方法或沒有報告其干預壓力的方法。目前應用的限制壓力通常基于個體動脈閉塞壓力(AOP)的百分比或阻斷所有流向肢體血流所需LOP〔34〕。有關討論BFR運動最佳應用的文獻表明，為了最大限度提高參與者安全性并實現所需要的閉塞壓力，壓力的衡量標準應當基于LOP〔32〕。大量的實驗支持使用LOP不僅確保參與者的安全，而且加強了對BFR方案的干預控制，提升了研究結果的質量，所有參與者都將具有相同的相對閉塞壓力(無論肢體或袖口大小)〔35〕。

相關從業人員使用BFR進行一定強度的鍛煉、身體調節及現階段康復環境需求的增長也促進了對臨床人群的研究，例如慢性阻塞性肺疾病〔36〕、終末期腎臟疾病〔37〕、缺血性心臟病〔38〕和散發性包涵體肌炎〔39〕。與健康人群相比，以上患者需要考慮各種不同的血流動力學反應和個體所特有的禁忌證。因此，有必要確保在這些人群中使用的方法是精確的、一致的，以便考慮到可能受BFR應用影響的任何特定情況，特別是在研究環境中，以減少在各研究間對比所產生的問題異質性〔40〕。例如，BFR運動期間的個體化壓力可通過測量LOP或AOP得出，通常以該值的百分比表示〔41〕。當在BFR運動中通過袖帶施加壓力時，這些個性化的壓力是有利的，因為它們有助于解決在相同絕對壓力下，由于所用設備的差異(例如不同的袖帶寬度)而引起的一系列變化。盡管如此，直到最近才有研究開始確定最小壓力范圍閾值〔42〕。然而，由于對應用壓力體現出顯著的異質性，所以在BFR 期間理想的個體化壓力仍然沒有達成明確的共識。此外，施加壓力后與運動所產生的急性或慢性結果之間似乎沒有劑量-反應關系，盡管目前這還尚未成為一項綜述或獨立研究的重點。

規范的壓力使用范圍是應用BFR的重要因素，對于必須考慮血管損傷的臨床人群更是如此。這也將有助于確保在不影響技術療效的情況下〔43〕，使活動肌肉組織壓迫引起的不適降至最低。然而，問題仍是壓力的應用無法達成一致。一些研究應用任意壓力〔44〕，而另一些研究使用測量閉塞壓力的可變百分比〔45，46〕；一些研究使用靜態袖帶，而另一些研究使用動態袖帶〔46，47〕；一些研究應用基于個體參與者特征的估計方程從而計算壓力〔48〕。對于為什么在BFR期間選擇使用特定的個體化壓力也無明確解釋。所以這也是目前在BFR應用領域內存在的最大問題。

現階段，關于限制性袖帶的選擇大致分為兩種：個體化和實用化。個體化BFR本質上是一種先進的外科止血帶，允許個體調節為特定百分比，并在整個訓練過程中保持這種壓力，這已被證明是有益的，特別是在提供標準化結果的研究環境中。而另一個選擇則是單純限制血流，使用血壓袖帶或彈性帶來提供較低的非特異性值的外部壓力，這為進行大批量BFR活動提供了一種安全、經濟且有效的方法〔49〕。這一理論的基礎是，特定準確的壓力百分比并不重要，因此可以用較低的成本獲得類似的強度增益。雖然沒有直接比較個體化BFR和實用化BFR的研究，但有研究表明，實用化BFR對肌肉發育有著積極影響〔17〕。利用個體化袖帶壓力的目的是克服肢體血流大小的變化，當使用任意壓力或一定比例的收縮壓時，肢體血流的大小會受到限制，這是由于個體參與者的身體成分和血流動力學差異所致〔32，41〕。通過直接測量完全阻塞肢體血流所需的壓力(即AOP/LOP)，然后使用預期允許動脈流入但限制靜息時靜脈流出的百分比，由此可以直接獲得這些單獨的袖帶壓力。盡管有大量的研究采用這種方法，但所使用的AOP或LOP的百分比卻明顯不同，研究的AOP/LOP的范圍從30%～100%不等，并且沒有針對所選壓力的明確理由。此外，最近的BFR運動建議使用較為廣泛的個性化限制壓力(40%～80%AOP/LOP)，但在Clarkson等〔50〕的文章中12%的納入研究均超出了該范圍，所以目前尚無法對此建議做出支持表態。這是一個需要進一步探討的領域，以便為從業人員如何應用該技術提供明確的理由。

與選用的壓力計量方案不同，袖帶的寬度和材質同樣會對BFR運動效果產生不同影響。停止肢體血流所需的壓力(即AOP)很大程度上取決于施加在肢體上的袖帶寬度；更寬的袖帶需要更低的壓力〔51，52〕，這主要是由于施加壓力的表面積更大。因為有關BFR文獻中使用了范圍非常廣泛的袖帶寬度(3～18 cm)，將兩個不同尺寸的袖帶置于相同的壓力下可能會產生完全不同程度的肢體血流限制程度〔53〕。研究發現，對3個不同尺寸的袖帶施加壓力(以AOP的百分比計)會產生類似的靜息血流變化〔54〕，寬袖帶需要較少的絕對壓力來限制任何給定的AOP%的血流，但窄袖帶充氣到較高的絕對壓力才會產生(但與寬袖帶相同的AOP%的絕對壓力)相似的血流減少。與尼龍袖帶〔55，56〕相比，較窄的袖帶寬度需要更高的壓力才能完全阻塞肢體血流，彈性袖帶也是如此，因此在文章中僅報告所用壓力而沒有指示AOP/LOP百分比或所用設備，也會降低實驗的可重現性。但是，如果利用LOP或AOP的測量值并使其與鍛煉過程中所應用的袖帶相同，則可以通過使用特定的壓力來緩解該問題。

關于在運動中是否保持持續的血流限制目前眾說紛紜，有資料顯示連續充氣與間歇充氣相比顯示出類似的氧化應激〔57〕，但現已證明持續BFR與間歇BFR相比會帶來更大的不適感和更高的代謝產物累積〔58〕。有資料顯示，對于間歇方案和持續方案，在相同壓力下持續BFR的生化反應更大〔58〕，但另一項研究發現〔59〕，對于持續方案使用較低壓力的方式，血液動力學應力相對較低。這進一步強調了在報告中施加壓力和針對個性化壓力的選擇時應保持透明的必要性。

綜上，現階段對于BFR的應用研究已獲得一定程度的進展。BFR技術具備以較小負荷強度獲得更大神經-肌肉適應性的優勢，并擁有較為廣泛的潛在受眾群體。相對于大負荷強度的傳統抗阻訓練，BFR能以更快的速度誘導相似程度的骨骼肌肥大和力量增長。但與此同時，BFR同樣存在許多無法回避的問題與研究限制。目前在有關BFR運動的研究中傾向于使用個體化袖帶壓力，以此減少袖帶寬度和材料設備等差異帶來的干擾，并減少在參與者之間使用預先設定的任意壓力值時對BFR運動所產生的急性反應差異。盡管在制定BFR運動方案時已逐步規范化，但文獻中所應用的限制性壓力仍然缺乏一致性。并且在絕大多數的BFR運動研究中，沒有任何明確的理由來解釋所選擇的BFR壓力。鑒于BFR技術在方案的制定、應用人群和報告方面的差異性，在未來研究中需重點系統的測量和報告所有相關的急性反應和適應BFR壓力訓練下的實驗記錄，只有具備這種規范和深度的數據，理想的限制壓力才能最終證明對任何特定人群都是合理的，為BFR的實際應用提供有價值的參考。