血流限制訓練中肌纖維、心血管適應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校 江蘇淮安 223001)

長期以來，傳統的抗阻力量訓練一直被視為增加運動員力量和肌肉圍度的主要方法。美國運動醫學會建議以70%1RM的負荷進行抗阻訓練，以達到改善力量、耐力和肌肥厚的目的。然而高負荷訓練是受傷恢復期和神經肌肉控制能力下降人群的訓練禁忌，并且會增加再次受傷的風險。血流限制訓練（Blood Flow Restriction Training，BFRT）最早起源于20 世紀70 年代日本學者Yoshiaki Soto的Kaatsu 抗阻訓練。有研究認為，血流限制訓練可以在低負荷（20%～40%1RM）條件下產生相當于傳統力量訓練時的肌肉增益，包括肌力增加、肥大和血管生成等［1］。因BFRT 在競技體育、康復醫學等領域具有發展潛力，近年來受到越來越多關注。國內外大多數相關研究主要集中于BFRT 在訓練中的應用。而BFRT 對心血管的適應性改變及疼痛抑制機制的研究較少，誘導骨骼肌適應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，梳理并總結了BFRT誘導骨骼肌生長及痛覺減退機制，以期為該訓練方法在實踐中的應用提供理論依據。

1 BFRT介導的心血管的適應性改變

研究證明，BFRT 可以改善動脈順應性、硬度及增加動脈直徑，增加血流介導的血管擴張［2］，降低靜息心率和平均血壓。其機制可能是血流限制訓練能夠導致缺氧、機械拉伸、剪切應力和血管內皮生長因子（VEGF）的增加，刺激內皮細胞激活，調節一氧化氮（NO）的釋放，誘導血管生成，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，并降低血流介導的血管擴張功能，引起靜息收縮壓升高。另一方面，關于BFRT 對心血管疾病人群的影響，學界還存在分歧。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］。國內有學者研究則認為高血壓人群可能由于內皮功能障礙，在進行BFRT干預后出現較高的血流動力學和心血管反應，建議心血管疾病人群進行BFRT時應謹慎［4］。

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

2 BFRT誘導肌纖維適應性改變

已有諸多文獻報道［5］，血流限制訓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、耐力和誘導肌肉肥大等，但肌肉的適應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是機械應力和代謝應激的共同作用，以及由此引起的蛋白質合成增加、內分泌調節、訓練誘導的肌肉損傷、肌纖維的募集等。

2.1 機械應力誘導肌肉生長機制

機械應力可以引起肌纖維的牽張效應，從而誘導肌肉的生長。其具體的作用機制可能是：（1）當肌纖維受到機械應力刺激時，細胞膜上的機械感受器將機械能轉化為介導肌肉合成代謝的化學信號，調節細胞內的合成代謝，最終誘導蛋白質的合成增加。（2）機械應力可以增加肌纖維中神經元一氧化氮合酶的水平，引起細胞內鈣離子的釋放，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，在脂質雙分子層損傷修復的過程中，會形成囊泡堵塞，細胞內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，從而誘導蛋白合成代謝增加［6］。誠然有大量證據證明機械應力可以誘導肌肉肥大，但是目前并沒有直接的證據證明BFRT 在肌肉肥大中的貢獻，因此BFRT中的低機械應力能在多大程度上誘導肌肉肥大，仍需進一步研究。

2.2 代謝應激促進肌肉適應的機制

活性氧（ROS）是調節運動后合成代謝的重要機制。肌肉在運動后會產生ROS，在BFRT 中，肌肉內的氧氣供應會嚴重減少，缺氧環境和隨后的血液再灌注會進一步引起肌肉內ROS的增加，一方面，ROS可以激活肌肉生長抑制素基因在其調控區域內的兩個NF-KB結合位點，從而反向調節肌肉生長抑制素的分泌，促進肌肉蛋白的合成。另一方面，ROS 還可能通過介導高度保守的應激蛋白——熱休克蛋白（HSPs）的轉錄，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，協同蛋白質的組裝和轉運。Kawada 等人［7］經過2周的血流限制訓練干預，發現雄性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+調控下由神經元一氧化氮合酶（nNOS）產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節蛋白激酶（ERK1/2）信號通路，從而最終通過磷酸化級聯反應刺激肌肉生長；另一方面，運動過程中產生的NO 可以通過合成肝細胞生長因子（HGF）激活衛星細胞，隨后衛星細胞繼續分化、融合形成新的肌纖維和/或與現有肌纖維融合，導致肌纖維的肥大。

Ⅱ型肌纖維募集增加是引起肌肉肥厚效應的重要機制。以往研究發現，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不足和代謝物的大量積累，激活傳入神經III 和IV，這些神經纖維的激活可以抑制α 運動神經元對Ⅰ型肌纖維的支配，因此增加了對肌肉肥厚適應更敏感的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，這是一種內源性疼痛調節機制，被稱為運動誘發的痛覺減退（EIH）。類似于運動誘導的其他肌肉適應，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EIH，效果至少持續45 min［8］。在類風濕性關節炎和韌帶修復手術后，也觀察到了低強度在改善疼痛和身體功能上，BFRT比大負荷抗阻訓練效果更優。相較于高強度抗阻訓練引起的EIH，低強度BFRT可能有不同的誘發機制。

3.1 阿片類和大麻素介導的疼痛減退機制

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

3.2 條件性疼痛調節機制

內源性椎管上疼痛抑制機制也被稱為條件性疼痛調節機制（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節段外脊髓和三叉神經寬動態范圍神經元抑制，以減少對第二有害刺激的感知，降低疼痛敏感性。血流限制訓練過程中的缺血缺氧環境會造成高水平的代謝應激以及III 組和IV 組傷害性傳入神經元的激活，進而產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練中，高閾值的運動單元被優先募集［9］，這可能要歸因于血流限制導致的缺氧環境以及肌肉疲勞的加速。考慮到高閾值運動單元的募集對運動誘導的痛覺減退的重要性，低強度BFRT 中這些運動單元的優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 引起痛覺減退的應用前景，未來仍需要進一步研究。

4 結語

BFRT對心血管的影響雖未達成統一認識，但其引起心率和血壓適應性改變及改善血流介導的血管擴張的應用前景仍值得探索，BFRT的長期不良影響和最佳的訓練方案仍需要進一步研究。

學界對于BFRT 可以在低強度下產生積極的訓練適應已達成共識，但其潛在機制可能因實驗對象、干預手段及加壓設備而異，未來需要更多的研究數據支持。

BFRT可以誘發明顯的痛覺減退效應，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。