科学健身
抗阻训练引起的肌肉肿胀与肌肥大之间的关系
Relationship Between Muscle Swelling and
Hypertrophy Induced by Resistance Training
原文："Strength and Conditioning Journal" - V36 – I2
▌摘要
Tetsuya Hirono, Tome Ikezoe, Masashi Taniguchi, Hiroki Tanaka, Junya Saeki, Masahide Yagi, Jun Umehara和Noriaki Ichihashi。抗阻训练引起的肌肉肿胀与肌肥大之间的关系。J Strength Cond Res 36(2): 359–364, 2022—抗阻训练后出现的急性肌肉肿胀可能是由代谢压力引起的。代谢压力的累积被认为可以促进肌肉肥大。本研究的目的是使用超音波来确定首次训练后的肌肉肿胀与6周抗阻训练后的肌肥大二者之间的关系。22名未经训练的年轻男性进行了6周的膝伸展抗阻训练，每周训练3天，每次训练包含3组动作，每组重复8次，负荷为最大肌力（1RM）的80%。使用超音波设备测量了股四头肌的肌肉厚度，分在大腿前侧的中段、外侧和内侧的3个解剖部位（近端、中段和远端位置）。取该9个测量点的肌肉厚度总和进行分析。首次抗阻训练后，肌肉厚度的急性变化被用作肌肉肿胀的指标。6周抗阻训练后，肌肉厚度所发生的慢性变化则被用作肌肥大的指标。在首次抗阻训练（平均8.3±3.2%，p<0.001）后，能够立即观测到肌肉厚度的明显增长；而在6周抗阻训练后，肌肉厚度也出现了明显增长（平均2.9±2.6%，p<0.001），即肌肉肿胀与肌肥大显著呈正相关关系（ρ = 0.443,p = 0.039)。本研究表明首次抗阻训练后发生的急性肌肉肿胀越明显，则抗阻训练后的肌肥大也越明显。
关键词：肌肥大，抗阻训练，膝伸展，超声波，肌肉厚度
▌引言
抗阻训练对于增加肌肉量或防止肌肉萎缩具有效果。使用60%1RM以上的负荷进行高强度抗阻训练且持续超过6周，已经被认为是可以达到肌肥大的训练方法(1，4)。有研究表明，关于增加肌肉质量的机制，是由肌肉张力或肌肉损伤所引起的机械和代谢压力启动合成代谢信号通路，从而导致肌肥大（23）。规律的渐进式抗阻训练能够显著促进合成代谢信号传导，形成更积极的代谢平衡，使得蛋白质合成优于蛋白质分解，从而在6周内促进肌肉量的增加（19）。
在抗阻训练后，代谢压力产物，如生长激素和反应性氧化物等，会同时产生，并在激活mTOR（雷帕霉素靶蛋白）和肌肉蛋白合成中扮演重要角色（5，28）。抗阻训练后的急性肌肉肿胀可能与代谢压力引起的肌肥大反应有关。因此，它也被认为是一种更新颖的肌肉增加机制（5，22，23，29）。肌肉肿胀发生的原因如下：（a）抗阻训练可以增加磷酸肌酸和氢离子的堆积，这是由于血乳酸和生长激素的产生（8）；（b）由于乳酸和氢离子的分子量比肌糖原小，因此根据细胞渗透压原理，高浓度的乳酸和氢离子可能会加速肌细胞吸收水分（21，31）。Peeze Binkhorst等人（18）称，动物实验表明，训练引起的肌肉肿胀是由于细胞间质体积增加导致的肌肉湿重增加。在一项体内研究中，Sjogaard等人（25）还发现，在高度依赖无氧代谢的运动中，由于乳酸引起的细胞渗透压改变，肌肉肿胀程度最大。此前一些使用生物抗阻光谱学的研究表明，离子浓度变化后，细胞内、外水分平衡的变化与训练后的骨骼肌细胞代谢改变有关（20，26）。综上，肌肉肿胀的发生，是由于血管通透性增加，导致细胞内、外水分平衡发生变化，同时也对渗透液起介导作用（9，12，13，16）。因此，肌肉肿胀可以作为代谢压力积累的一项间接指标。
肌肥大是肌肉蛋白合成代谢累积的长期适应结果，考虑到代谢压力可能有助于产生肌肥大适应（23），在抗阻训练后的急性肌肉肿胀测量也许是预测肌肥大的良好指标。比如，Bellamy等人（2）通过肌肉活检评估发现，卫星细胞急性反应与肌肥大之间具有显著相关性。
就肌细胞肿胀而言，高训练量的抗阻练习引起的肌肉肿胀比低训练量的抗阻练习要大（10）。考虑到高训练量会导致更明显的肌肥大（24），则更大的肌肉肿胀可能会引发更大的合成代谢信号反应并促进肌肥大。此外，关于带有血流限制（BFR）的抗阻训练，Fahs等人（6）和Farup等人（7）研究了急性肿胀和慢性肌肥大。结果表明，有BFR和无BFR的两组训练之间，其急性肌肉肿胀和慢性肌肥大相似，即使训练强度较低也是如此。根据这些BFR研究，肌肉肿胀可能与慢性肌肥大有关。然而，据我们所知，尚未有研究考察训练后发生的急性肌肉肿胀与几周抗阻训练后引起的肌肥大之间的关系。如果训练后发生的急性肌肉肿胀能导致更明显的肌肥大效果，那么评估训练后发生的急性肌肉肿胀，可能可以预测未来肌肥大的程度。因此，评估肌肉肿胀可能有助于为运动员的体育训练提供更有效的抗阻训练系统处方。
对于肌肉肿胀的测量，许多研究使用了肌肉厚度或横截面积的变化（3，6，7，10，15，29，32）。超声波是一种相对便宜、非侵入式的评估骨骼肌的方法，且可以在运动后立即使用。总而言之，本次研究的目的旨在探讨抗阻训练后立即发生的肌肉厚度增加，即肌肉肿胀，是否与6周抗阻训练后引起的肌肥大有关。我们假设，首次抗阻训练结束后立即发生的肌肉肿胀与6周抗阻训练引起的肌肥大之间存在正相关关系。
▌研究方法
问题的试验性方法
本研究的试验设计为单组干预的观察性研究，试验方案如图1所示。膝伸展的抗阻训练将在惯用腿上进行，也就是受试者用于踢球的腿。所有受试者都到实验室进行膝关节伸展力量和股四头肌肌肉厚度的评估，评估将在训练计划之前（PRE）和之后（POST）进行。该训练计划包括18次抗阻训练（RT），历时6周（RT1-RT18；图1）。训练前的评估环节（PRE）在第一次抗阻训练（RT1）前一周多进行。在第一次抗阻训练（RT1）中，股四头肌的肌肉厚度在抗阻训练前（基准值）和抗阻训练后即刻（0分钟）、5分钟、10分钟和15分钟进行测量。从基准值开始的急性肌肉厚度变化被确定为肌肉肿胀的指标。在这些测量完成后，进行了18次膝关节伸展的抗阻训练，每周3天，持续6周。最终的评估环节（POST）在最后一次训练（RT18）后的3-7天内进行。从PRE到POST的慢性肌肉厚度变化被确定为肌肥大的指标。我们分析了肌肉肿胀指标与肌肥大指标之间的关系。
图1.为期6周的膝关节伸展抗阻训练。所有受试者在6周抗阻训练前后到实验室进行膝关节伸展力量和肌肉厚度的评估。在6周的训练期内进行了18次阻力训练（RT1-RT18）。在RT1中，在抗阻训练前（基准值）和训练后即刻（0分钟）、5分钟、10分钟和15分钟测量股四头肌的肌肉厚度，以评估肌肉肿胀。MT：肌肉厚度；1RM：一次重复最大负荷；RT：阻力训练。
我们使用了G*Power 3.1软件（杜塞尔多夫海因里希海涅大学，德国）进行样本数量的计算，误差为0.05，统计功效为0.8，效应值为0.5。计算结果显示，进行相关性分析需要26名受试者。因此，26名健康的年轻男性（年龄范围为20-35岁，平均年龄为24 ± 6.3岁）参加了这项研究。受试者中没有人是运动员或经常进行抗阻训练的人士，并且排除了测试腿有神经肌肉疾病或手术史的受试者。
在受试者签署书面知情同意书前，其已被告知研究的目的和测试程序。研究符合赫尔辛基宣言，并获得了京都大学研究生院和医学院伦理委员会的批准（批准号C1294）。该试验已在UMIN临床试验注册系统注册。
试验流程
膝关节伸展力量的测试。1RM测试采用测力计（Biodex System 4；Biodex医疗系统公司，美国纽约）的等张模式进行，每5 N·m增加一次负荷。受试者坐在测力计座位上，并使用带子固定他们的躯干和骨盆。受试者需要将腿在所要求的活动范围（膝关节屈曲90°至20°）内进行运动，并在此期间对抗阻力。1RM是指受试者能够完成1次完整动作的最大负荷。每次试验的间隔都有2分钟以上的充足休息时间。最大等长肌力采用测力计的等长模式测试，膝关节角度分别为90°和70°，受试者被要求保持最大自主收缩3秒。最大等速肌力采用测力计的等速模式测试，膝关节活动角度为110°至20°，收缩速度为90°/s和180°/s。1RM、等长肌力和等速肌力的测试随机开展，每次测试间隔时间超过2分钟。
肌肉厚度的测量。股四头肌的肌肉厚度使用了B型超声波设备（Noblus；日立二郎神医疗系统，日本东京）和线性阵列探头（4.0cm）测量。受试者被要求仰面平躺并完全放松。根据先前的一项研究（11），股四头肌的肌肉厚度将在9个部位进行测量，即在前大腿的中部、外侧和内侧位置上，各测量其近端、中段和远端。中部的测量分别在距离髂前上棘到髌骨上缘之间的30%、50%和70%处进行；外侧的测量分别在距离股骨大转子到股骨外侧髁之间的30%、50%和70%处进行；内侧的测量分别在距离髂前上棘到内侧副韧带前缘关节间隙的70%、80%和90%处进行。Wakahara等人（30）曾发现，肌肥大在肌肉的近端和远端之间是非均匀地发生的。由于肌肉肿胀也可能在肌肉近端和远端之间有所不同，因此，本研究同样对股四头肌的9个部位进行测量。其中，肌肉厚度是指肌筋膜和骨面之间的距离，并使用9个部位的厚度总和进行分析。为了保证基准值和训练后之间测试的可重现性，在测试之前，我们检验了各界点间距离的平等性。我们使用基准值与第一次训练前的2次测量值计算intraclass相关性系数（ICC）（1,1），用以评估肌肉厚度测量的日间可靠性。ICC值（1,1）为0.961，表明测量具有高度的可靠性。此外，基准值和接近第一次训练前的肌肉厚度差别的标准差（SEM）为1.06mm。在第一次阻力训练后的肌肉厚度百分比变化是肌肉肿胀的指标。在6周的训练介入后，肌肉厚度的百分比变化是肌肉肥大的指标。当我们分析肌肉厚度的绝对变化时，发现结果与基于百分比变化的结果相似，说明绝对变化和相对变化都不会影响解释（参见图片，附加内容1，http://links.lww.com/JSCR/A175）。
抗阻训练。受试者使用测力计（Biodex System 4；Biodex医疗系统公司，美国纽约）进行膝伸展抗阻训练，训练负荷为80%1RM，1RM值取决于PRE测试结果。受试者坐在测力计座位上，使用带子固定他们的躯干和骨盆，并根据节拍器60拍/分钟的节奏，将腿在所要求的活动范围（膝关节屈曲90°至20°）内进行膝伸展运动，向心收缩、离心收缩及休息时间均为1秒。抗阻训练包括3组，每组重复8次，休息间隔60秒。抗阻训练将持续6周，每周训练3天。
统计分析
所有数据均使用SPSS 22.0版本软件（IBM（日本）公司，日本东京）进行分析。研究中使用了单因素重复测量方差分析（ANOVA）和Bonferroni事后检验，分析在第一次抗阻训练后肌肉厚度的急性变化；进行配对t测试，以研究抗阻训练干预对1RM、最大等长肌力、最大等速肌力以及肌肉厚度的影响。基准值和6周训练后的95%置信区间、效应值也纳入计算范围；此外，使用Spearman相关系数来检验第一次抗阻训练后（0分钟、5分钟、10分钟和15分钟）肌肉厚度变化的百分比，和经过6周抗阻训练后肌肉厚度变化的百分比之间的关系。设定的统计显著性水平α值为0.05。
结论
25名受试者完成了6周抗阻训练计划。1名受试者退出，3名受试者的数据不完整。因此，22名年轻人（年龄平均25 ± 4岁；身高平均175 ± 5cm；体重平均67 ± 10kg）完成了试验（图2）。
图2. 26名健康年轻男性参与了本研究。25名受试者完成了为期6周的抗阻训练计划。1名受试者退出，3名受试者的数据无法完全获得。因此，22名年轻男性完成了试验。RT代表抗阻训练。
单因素方差分析（ANOVA）结果显示，股四头肌肌肉厚度的急性变化有显著的主效应。事后检验结果表明，在第一次抗阻训练后0分钟、5分钟、10分钟和15分钟的肌肉厚度与基准值相比有显著增加（图3）。此外，从运动结束后的0分钟到15分钟全过程中，均观察到肌肉厚度发生了显著下降。
图3.第一次抗阻训练后肌肉厚度发生的急性变化。单因素方差分析显示股四头肌肌肉厚度急性变化有显著的主效应。事后检验显示，在第一次抗阻训练后0分钟、5分钟、10分钟和15分钟的肌肉厚度与基准值相比有显著增加。
数值为平均值±标准差：n = 22，显著性水平设为p<0.05。* 与基线相比具有显著差异。† 与0分钟相比具有显著差异。‡ 与5分钟相比具有显著差异。§ 与10分钟相比具有显著差异。ANOVA代表方差分析，RT代表抗阻训练。
配对t测试结果显示，在经过6周的抗阻训练后，1RM、最大等长肌力、最大等速肌力以及肌肉厚度都有显著增加（表1）。
* 1RM：一次重复最大负荷；RT：抗阻训练
† 数值为平均值±标准差。股四头肌的肌肉厚度是9个点位测量值的总和。
Spearman相关系数揭示了经过6周抗阻训练后，肌肉厚度变化与第一次抗阻训练后0分钟（ρ = 0.443，p = 0.039）、5分钟（ρ = 0.582，p = 0.004）、10分钟（ρ =0.596，p = 0.003）以及15分钟（ρ = 0.443，p = 0.039）的肌肉厚度急性变化之间存在显著的正相关关系（图4）。
图4 第一次抗阻训练和6周抗阻训练后肌肉厚度变化之间的关系（n = 22）。第一次抗阻训练后的0分钟（ρ = 0.443，p = 0.039）、5分钟（ρ = 0.582，p = 0.004）、10分钟（ρ =0.596，p = 0.003）以及15分钟（ρ = 0.443，p = 0.039）发生的急性变化，和6周抗阻训练后肌肉厚度发生的变化，Spearman相关系数显示二者间呈显著正相关。RT：抗阻训练。
▌讨论
本研究针对第一次抗阻训练后立即发生的肌肉肿胀与6周抗阻训练后的肌肥大之间的关系进行分析，我们的假设是第一次抗阻训练后的肌肉肿胀与肌肥大有关。为了确定急性肌肉肿胀和慢性肌肉肥大之间的关系，应尽量消除影响因素。本研究旨在探讨第一次抗阻训练对慢性适应产生的急性影响，因此训练负荷自第一次训练开始就没有变化。结果表明，尽管整个训练过程中负荷没有变化，但使用80%1RM的负荷进行抗阻训练确实能够引起肌肉肿胀，而且6周抗阻训练计划结束后可观察到肌肥大。此外，本研究还发现，第一次抗阻训练后0分钟、5分钟、10分钟和15分钟的肌肉肿胀与6周训练干预引发的肌肥大之间具有显著的正相关关系。这些结果支持了我们的假设，这是首次揭示抗阻训练后出现的急性肌肉肿胀和慢性肌肥大之间关系的研究。
在我们的研究中，肌肉厚度平均增加了2.9 ± 2.6%和6周抗阻训练后1RM平均增加了25.4 ± 9.6%。Tanimoto和Ishii（27）采用了与我们相似的抗阻训练方案，他们采用12周80%1RM的膝伸展抗阻训练方案进行了研究，发现膝伸展肌群横截面积（CSA）平均增加了4.3 ± 2.1%，1RM约增加了32%（从104.9 ± 18.6增至138.3 ± 18.6kg）。由于本研究的抗阻训练仅持续了6周，肌肉厚度和肌肉力量的增长量比前述的这些研究要小。
本研究表明第一次抗阻训练后的急性肌肉肿胀与6周抗阻干预后的肌肥大有关，训练后的急性肌肉肿胀是骨骼肌在代谢压力下的适应（14，23）。尽管多个代谢压力指标，比如激素释放或活性氧簇的生成，可以与肌肥大产生联系（5，23），但本研究结果提示了一种可能，即只有肌肉急性反应可以影响随后的肌肥大，其中，肌肉急性反应通过超声波设备检测肌肉厚度的变化进行评估。由于血乳酸和生长激素的产生（8，21，31），使得磷酸肌酸和氢离子堆积，促使肌细胞吸收水分，从而引起急性肌肉肿胀，并最终促进蛋白合成代谢。因此，更明显的急性肌肉肿胀也许能引起更明显的慢性肌肥大。而且，由于肌肥大是由反复抗阻训练引起的（19），一次抗阻训练对骨骼肌产生的机械与代谢压力的大小，可能可以预测数周反复抗阻训练后的肌肥大。一般来说，肌肥大可以通过超过6周以上的抗阻训练来获得（1，4）。因此，为了评估肌肥大的效果，需要进行一个长期的干预。本研究发现，抗阻训练后发生的急性肌肉肿胀与6周抗阻训练后发生的肌肥大之间存在明显相关性。结果表明，抗阻训练后发生的急性肌肉肿胀可能可以预测未来肌肥大的效果。非侵入式和即时的肌肉肿胀检测手段也许会有助于制定一个更加有效的抗阻训练方案。
与我们的研究不同的是，先前的研究并未找到肌肉对于抗阻训练的急性反应及其长期适应二者之间的关联。此前，Mitchell等人（17）曾报道过，初次抗阻训练后的肌纤维蛋白合成这一急性反应与持续抗阻训练产生的肌肥大适应无关，Damas等人（4）也报道过，初次抗阻训练后产生的肌肉损伤可能会促进肌纤维蛋白合成，导致肌肉重塑，而并非是肌肥大。训练导致的肌肉损伤和重塑的生理机制尚未被完全破解。此外，Mitchell等人（17）进行研究时，采用的是对股外侧肌上某一部位进行肌肉活检的方法，而目前的研究采用的是超声波设备在股四头肌的9个点位评估肌肉厚度的方法。尽管在这些研究中，评估方法存在差异，但这种差异并不能解释我们的研究数据，其作用机制仍有待进一步研究。
同时，这项研究也存在一些局限性。首先，尽管肌肉肿胀会受到血流或代谢产物等生理功能的影响（22，23），但我们未能测量到血流和血样数据；此外，我们也无法通过肌肉活检来检查骨骼肌的特征，如肌纤维大小和类型。然而，研究结果表明，肌肥大和肌肉肿胀之间存在正相关关系，也就是说，使用超声波图像评估肌肉肿胀是可以预测肌肥大的程度。其次，由于数据的可用性有限，样本量也较小。最后，我们仅使用了80%1RM以及持续6周的抗阻训练干预方案，其他训练方案（如低负荷训练或更长时间的干预）是否会产生与本次研究相似的成果，我们并不清楚。未来，仍需要通过不同的抗阻训练方案，比如低负荷、高重复的抗阻训练，来进一步了解肌肉适应的机制。
总之，本研究调查了未经训练的年轻健康男性第一次抗阻训练后发生的急性肌肉肿胀，与其6周抗阻训练后发生的肌肥大之间的关系。结果显示，肌肉肿胀和肌肥大之间存在显著的正相关关系。这项研究的结果表明，第一次抗阻训练后立即评估肌肉厚度的变化可以预测未来长期适应下肌肥大的程度。
▌实际应用
这一研究结果表明，使用超声波设备检测第一次抗阻训练后肌肉厚度的即时变化，可能是预测长期适应下肌肥大程度的一项指标。评估训练后肌肉厚度的即时变化可能有助于为受试者制定有效的训练方案。
致谢
本文作者对所有受试者在本研究中的合作表示感谢。本研究未获得任何机构、代理商或公司赞助。
▌作者：Tetsuya Hirono,1,2 Tome Ikezoe,1 Masashi Taniguchi,1 Hiroki Tanaka,1,3 Junya Saeki,2,4 Masahide Yagi,1 Jun Umehara,1,2 Noriaki Ichihashi1
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1. 京都大学医学研究生院人类健康科学 日本京都
2. 日本学术振兴会 日本东京
3. 京都大学医院康复部 日本京都
4. 早稻田大学体育科学学院 日本琦玉县
▌译者：陈绯璠
- NSCA-CSCS
- 云动体育训练中心 教练
▌校对：曹嫚君
- NSCA中国地区官方助教
- ARCA 亚洲康复体能学院课程讲师
- CPT, TSAC-F
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