The Discrepancy Between External and Internal Load/Intensity during Blood Flow Restriction Exercise: Understanding Blood FlowRestriction Pressure as Modulating Factor

Robert Bielitzki1*†, Martin Behrens2†, Tom Behrendt1, Alexander Franz3, Christoph Centner4, Luke Hughes5, Stephen D. Patterson6, Johnny Owens7, Michael Behringer8 and Lutz Schega1

刊登于《Sports Medicine - Open》——2024年

摘要

当运动刺激在足够长的时间段内以适当的强度反复进行时，体育锻炼会诱发急性心理生理反应，从而导致慢性适应。为了最大限度地提高长期训练适应性，控制和调节外部负荷以及由此产生的心理生理应变至关重要。因此，科学家们建立了一个理论框架，将运动中的体力劳动（即外部负荷/强度）和身体心理生理反应指标（即内部负荷/强度）区分开来。然而，在低外部负荷/强度（例如，≤ 30%的单次重复最大值，≤ 50%的最大摄氧量）的运动中应用血流限制（BFR）可引起生理和知觉反应，而这些反应通常与高外部负荷/强度有关。目前的观点旨在强调，在运动过程中施加 BFR 时，外部和内部负荷/强度之间的不匹配。在这方面，有证据表明BFR可用于操纵外部负荷/强度（当运动进行到筋疲力尽时，通过减少总功）和内部负荷/强度（与未使用BFR的相同外部负荷/强度的运动相比，通过导致更高的生理和知觉反应）。此外，考虑到 BFR 压力的大小不仅能决定内部负荷/强度，还能决定外部负荷/强度，因此建议将 BFR 视为额外的运动决定因素。最后，还给出了科学界和从业人员使用这些术语的建议，在设计、报告、讨论和介绍 BFR 研究、运动和/或训练计划时应考虑到这些建议。

要点

-在外部负荷/强度较低的运动过程中应用BFR，可能会导致通常与外部负荷/强度较高相关的内部反应，从而造成运动特性与急性心理生理反应之间的差异。

-可通过调节 BFR 压力来增加内部负荷/强度（即提高生理和感知反应），以加强运动刺激，或减少外部负荷/强度（例如，当运动进行到筋疲力尽时减少重复次数），这在肌肉骨骼康复期间尤为重要，因为此时可能不适宜使用高机械应力或累积性低机械应力。

-我们鼓励研究人员对阻力训练文献中的措辞进行相应调整，因为阻力训练过程中的内部负荷/强度程度是由多个外部运动变量（如外部阻力、重复次数/周期、袖带压力）的相互作用来决定的，以明确所产生的运动刺激（如 "低外部负荷阻力训练步行"、"低外部负荷阻力训练阻力运动"）。

导言

在过去二十年中，血流限制（BFR）训练越来越多地被用于提高不同人群（如精英运动员[1]、健康活跃的老年人[2]和肌肉骨骼康复患者[3]）的运动表现。在这方面，BFR 已被应用于多种运动模式，如阻力运动[4]、耐力运动[5]、平衡运动[6]或全身振动运动[7]。为了达到目标限制压力，通常会在肢体近端使用气动止血带袖带，以分别部分限制和完全阻断动脉血流入和静脉血回流[8]。众所周知，袖带对动脉和静脉血流的限制程度取决于各种调节变量，包括个体特征（如血压、臂围[9]）和袖带特性（如宽度[10]、硬度[11]）。为了考虑这些调节因素的变化，目标压力通常以动脉闭塞压（AOP，也称为肢体闭塞压）的百分比来确定，AOP 被定义为闭塞肢体动脉流入所需的最低压力[12]。BFR 袖带产生的外部压力会促进血液汇集，从而在限制远端造成局部缺氧环境[13]。据推测，与不使用 BFR 的相同运动相比，缺氧引起的无氧代谢比例增加，以及运动过程中肌肉中代谢产物的清除减少，会导致代谢压力增加和运动表现下降（即运动表现疲劳[14]）[15]。在应用 BFR 时，建议阻力运动和有氧运动分别使用单次重复最大运动量（1RM）的 20%-40%，以及峰值摄氧量（˙VO2 峰值）或心率储备的 < 50%[16]。在这方面，文献中经常使用低负荷阻力运动[17-19]或低强度阻力运动[20，21]等术语。然而，外部负荷/强度是由运动特征（如外部阻力、重复计划、意志性肌肉衰竭）表征的，而内部负荷/强度（即心理生理反应）则由多个变量，包括心率或感知运动率（RPE）[22-24]。在这种情况下，在低负荷/高强度运动中应用溴化BFR及其作用模式可导致心理生理反应，这些反应通常与低负荷但中等甚至高外部负荷/高强度运动无关。因此，这篇文章的目的是：(i) 详细阐述由 BFR 水平调节的外部和内部负荷/强度之间的相互关系及其对研究人员和从业人员的意义；(ii) 讨论在设计运动和训练计划时，BFR 作为操纵外部和内部负荷/强度的额外变量的潜力[25]。

定义外部和内部负荷/强度

体力活动和/或运动（如跑步、骑自行车、游泳）会引发急性心理生理反应，如果在足够长的时间段内以适当的强度重复施加运动刺激，则可导致慢性适应[23, 26]。为了最大限度地提高长期训练的适应性，控制和调节施加在运动者身上的压力以及由此产生的心理生理应变至关重要。因此，科学家们建立了理论框架，区分运动时的体力劳动（即外部负荷/强度）以及身体心理生理反应指标和特定组织因外部训练负荷/强度而承受的应变（即内部负荷/强度）[22-24，27]。最近，"外部和内部训练负荷"这一术语受到了生物力学观点的批评，指出负荷是一个机械变量，描述的是力[28-30]。不过，后来有人认为，力学并不能垄断 "负荷 "或其他通用术语，如 "应力 "和 "疲劳"。因此，"训练载荷 "必须被视为一个标签，它代表了一个具有子维度的高阶结构（即从此处开始称为外部和内部载荷），为研究和实践领域提供了一个支持框架[31]。外部负荷和内部负荷的区分有助于更好地理解训练过程和相关的运动适应（表 1）。外部负荷由运动特点（即运动过程中的体力劳动）决定，量化外部负荷的措施取决于运动方式（如耐力和阻力运动）和/或运动项目（如团队运动）。例如，在耐力运动中，外部负荷是通过速度、功率输出或总功、运动持续时间、运动距离和休息间隔等指标来确定的。在团队运动中，类似的指标也被用来量化外部负荷（如速度、覆盖距离、加速度），而外部阻力、张力下的时间、每组重复次数、组数和休息间隔通常被用来描述阻力运动中的外部负荷[23, 29, 32, 33]。为了应对外部负荷，急性和个体的心理生理学反应会启动，这些反应取决于运动方式（如耐力或阻力运动）和特定的环境因素（如个人和环境因素）[23, 34]。因此，运动特定变量被用来描述内部负荷。例如，心率（HR）通常被用来描述耐力运动时的内部负荷，尽管这一指标通常并不适合阻力运动的内部负荷测量[23]。除生理指标外，运动过程中的知觉反应（如 RPE 或努力感知、运动引起的肌肉痛感）也可用于描述几种运动模式中的内部负荷[33-36]。鉴于心理生理反应在很大程度上取决于所进行的运动的特点[14]，因此相应的内部负荷标记与所应用的外部负荷测量相匹配。然而，由于可改变和不可改变的个人因素（如营养、训练状况、健康、心理状态、遗传）会影响个人对运动的心理生理反应程度，因此相同的外部负荷（如相同的跑步速度）会产生内部负荷指标（如心率、RPE）的个体间差异。此外，可改变的个人因素（如营养、训练状况）和环境条件（如高温[37]、局部和全身缺氧[38]）也会发生变化，从而导致同一个体对相同的运动刺激产生不同的心理生理反应。鉴于运动特点、环境因素和由此产生的对运动的急性反应之间的相互作用决定了慢性适应，进而决定了训练结果，因此建议将内部负荷标记与外部负荷测量结合起来使用，以监测和控制训练过程[23, 39-42]。此外，还应考虑特定的环境因素，特别是如果所使用的训练方法意味着要刻意改变其中的一个或多个因素（如缺氧[43]或热调节[44]）。

与一般观察到的以较高外部负荷（如 70% 1RM）[45]或直至力竭[46]进行锻炼会导致内部负荷增加的情况相反，以较低外部负荷（如 30% 1RM）结合 BFR 进行锻炼时也会出现类似的高心理生理反应。例如，有研究发现，在≤ 30% 1RM 的阻力运动（65-75 次重复）和≥ 70% 1RM的阻力运动（30-40 次重复）中，有相似的 RPE [47, 48] 和不适感 [49, 50]。此外，在特定的运动模式（如反复骑自行车冲刺或阻力运动至力竭）中使用BFR 时，由于运动性能疲劳发展加快，外部负荷测量（即功率输出[25]、重复次数[51]）随之减少，因此不仅可以调节内部负荷，还可以调节外部负荷。因此，适当的运动和训练处方应主要关注内部负荷，同时也要考虑外部负荷和相关环境因素（即可调节和不可调节的个人因素和环境条件）[27, 34]。

血流受限运动中内外负荷的差异

低外部负荷运动时的内部负荷测量，结合和不结合血流限制

与不进行 BFR 的运动相比，当 BFR 与低外部负荷运动相结合时，代表内部负荷的心理生理反应会增加（图 1A）。因此，运动（如由慢到快的跑步或骑自行车）与强度类别（即轻度、中度、剧烈、高度[52]）之间的关系不适用于 BFR运动，从而导致外部和内部负荷测量之间可能存在差异。最近的一项荟萃分析[46]显示，在≤ 30% 1RM 的相同外部负荷下进行阻力运动时，参与者的知觉反应（如努力程度和运动引起的肌肉疼痛/不适感）在有阻力阻尼的情况下高于没有阻力阻尼的情况。例如，米勒等人[50]报告称，与不使用 BFR 的相同练习（即相同外部负荷）相比，使用 BFR（50% AOP）进行 30% 1RM 的压腿和伸膝练习时，RPE 和肌肉不适感更高。Mok 等人[53] 也发现了类似的结果，与单独步行相比，在有 BFR（200 mmHg）的情况下，以 5 km-h-1 的速度步行 5 次，每次 2 分钟，腿部不适感更高。

不同的知觉反应可以通过与阻力运动相关的伴随生理变化来解释。例如，鉴于运动诱发的肌肉疼痛或不适感是由刺激痛觉第 III 组和第 IV 组肌肉传入因子触发的，静脉血液汇集（由 BFR 期间的外部袖带压力诱发）可能会导致静脉扩张，这在一项动物研究中已被证明会刺激第 IV 组传入因子[54]。此外，痛觉肌肉传入点似乎对大量代谢物很敏感[55]，这与 BFR 运动有关，原因是无氧代谢增加和代谢物清除受损。在这方面，Franz 等人[56]的有创导管检查显示，与不进行 BFR 的相同运动相比，在以 30% 1RM 进行 4 组（75 次重复）单侧肱二头肌弯举时，BFR（50% AOP）会引起静脉血乳酸浓度（BLC）升高和代谢物（即 K+、Ca2+、Na+）增加，从而导致代谢性酸中毒（即动脉和静脉 pH 值降低）。此外，研究还显示，在 20% MVC 的 4 组（75 次重复）等长膝关节伸展运动中，脱氧血红蛋白浓度较高，可作为代谢压力的代表[57]；在 30% 1RM 的 4 组（75 次重复）单侧压腿运动中，使用BFR 的肌肉厚度增加，可作为水合介导的细胞肿胀的标志[58]，与不使用 BFR 的相同运动相比。在这方面，Kilgas 等人[59] 发现，与不使用 BFR 的相同外部负荷运动相比，使用 BFR 时（60% 和 80% AOP），在 40% ˙VO2 峰值下进行 6 次 2 分钟的循环期间，BLC 和股四头肌肌肉脱氧血红蛋白浓度的变化更高，同时运动引起的肌肉疼痛评级也更高。

BFR 阻力运动[50]和耐力运动[60]期间较高的 RPE 或努力感可能与较大的新陈代谢紊乱引起的收缩功能丧失有关[61, 62]，这是因为累积代谢物的清除受阻导致 Ca2+ 敏感性下降和/或从肌质网释放[63]。根据 Pageaux [64]讨论的必然放电模型，中枢运动指令增加是一种补偿机制，以抵消因代谢压力增大而导致的收缩功能丧失。为了维持继续运动所需的肌肉力量，需要向肌肉提供更高的下行神经驱动力（即肌肉活动增加）[35, 65, 66]，从而导致更高的努力感知。在这种情况下，Husmann 等人[35]的研究表明，与不使用 BFR的情况相比，在 30% 1RM 的膝关节伸展运动中，使用BFR（60% AOP）会引起更高的努力感知评分，并伴随着内侧阔肌和外侧腓肠肌肌肉活动的增加。Cai等人[67] 的研究也支持这些结果，他们发现，与单独进行相同的锻炼相比，在下蹲姿势下进行 10 组全身振动锻炼并施加 BFR（140 mmHg）时，股直肌和外侧肌的肌肉活动量更高，RPE 平均值也更高。

外部负荷测量对血流受限和不受限运动的反应

此外，有研究表明，当运动进行到筋疲力尽时，与不进行 BFR 的情况相比，BFR 期间的外部负荷较低（即重复次数较少），感知反应相似[68, 69]（图 1B）。在这方面，Kolind 等人[70] 发现，以 20% 的 1RM 进行一组单侧膝关节伸展运动的参与者，在进行 BFR（100 mmHg）时，重复次数减少了 43%，而运动引起的肌肉疼痛感觉却增加了。然而，虽然在 BFR 条件下重复次数较少，但在相应百分比的力竭时间内，内、外侧肌的肌肉氧合和肌肉活动发生了相似的变化[70]。与 Kolind 等人[70]相比，Behringer 等人[71]发现 BFR（AO-20 mmHg）减少了单侧偏心膝关节伸展运动 1RM 为 75% 的四组重复次数，同时引起了类似的内部反应（如 BLC 峰值、胰岛素样生长因子 1、肌酸激酶、肌肉疼痛）。此外，巴克纳等人[72]还观察到，与不使用 BFR 的情况相比，使用 BFR（80% AOP）进行 4 组单侧肘关节屈伸（15% 1RM）时，重复次数减少了。因此，在运动到力竭时额外应用 BFR 可以减少重复次数和力竭时间，从而减少外部负荷，同时引起相似水平的内部反应（例如，在相同运动时间百分比下的血液循环、肌肉氧合和肌肉活动）[70]。此外，BFR 还被证明可减少最大运动任务期间的外部负荷，这意味着多项研究显示，在重复冲刺运动至力竭期间，总冲刺次数减少[73-75]。Husmann 等人[35]发现，在以 30% 的 1RM 进行 4 组（75 次重复）膝关节伸展运动后，与非 BFR 条件相比，BFR（60% AOP）条件下每组的最大自主扭矩下降幅度更大。此外，Behrendt 等人[38] 发现，在 6 × 10 秒的重复骑车冲刺中，BFR（40% AOP）与无 BFR 的相同练习相比，导致平均和峰值功率输出的下降幅度更大。Pignanelli等人[76]的研究表明，每次训练期间外部负荷的降低会导致干预期间外部训练负荷的减少。作者发现，在为期 6 周的 BFR 训练期间（60%-70% AOP），使用 30% 1RM 的单腿深蹲至意志力衰竭，外部负荷（即训练量）减少了约 33%。有趣的是，尽管训练量较低，但肌肉力量和大小的增长却相似。这一点对于肌肉骨骼康复尤为重要，因为在肌肉骨骼康复过程中，人们希望肌肉力量和体积得到增加，但高机械应力或累积性低机械应力可能是禁忌[77]。

了解血流限制压力是调节内外负荷的决定因素

目前的阻力耐力运动文献指出，阻力耐力运动的袖带压力在 40% 至 80% AOP 之间就足够了，并对运动有益[16]。因此，袖带压力水平是操控阻力耐力运动心理生理反应的关键变量[78-80]。例如，Ilett 等人[57] 研究了在 80% MVC（即高外部负荷）和 20% MVC（即低外部负荷）下分别进行 4 组（32 次）等长伸膝运动和 4 组（75 次）在 80%、60% 和 40% AOP 下结合 BFR 以及不进行 BFR 运动时的生理反应。作者发现，在不进行 BFR 的情况下进行高外部负荷运动和在 80% AOP 时结合 BFR 的低外部负荷运动，以及在 40% AOP 时结合 BFR 的低外部负荷运动和不进行 BFR 的情况下，BLC 水平相似。此外，Hughes 等人[81] 发现，与 1RM 为 70% 的 3 组（30 次重复）相比，1RM 为 30% 的 4 组单侧压腿练习（75 次重复）结合 40% AOP 时的 RPE 值相似，但结合 80% AOP 时的 RPE 值更高。Hughes 等人的另一项研究[82]发现，与 40% AOP 相比，在 40% ˙VO2 峰值下进行 20 分钟有氧自行车运动时，80% AOP 的 BFR 会导致肌肉不适。此外，Loenneke 等人[48] 发现，在以 20% 1RM 结合 BFR 进行 4 组（75 次重复）双侧膝关节伸展运动时，60% AOP 与 40% AOP 的不适感评分更高。这种感觉上的差异可能与血管承受的机械压力较高有关，这导致了更大程度的新陈代谢紊乱（例如，脱氧血红蛋白浓度较高、静脉血汇集和扩张增加、代谢物积聚增加），最终，例如，由于第 III 和第 IV 组传入纤维细胞被更大程度地激活，导致了更高的肌肉疼痛评级[55]。Bielitzki 等人[6]的研究结果支持了这一假设，他们发现，在最后一组静态 BFR 平衡运动中，80% AOP 与 40% AOP 相比，努力感、运动引起的腿部肌肉疼痛感和股四头肌肌电活动（通过表面肌电图记录）更高，而阔筋膜肌的肌氧饱和度更低。这些发现与 Ilett 等人的研究结果相似[57]，他们发现在 20% MVC的 4 组（75 次重复）有节奏等长伸膝运动中，80% AOP 的 BFR 比 40% AOP 的 BLC、心率和肌肉活动更高，而肌氧饱和度更低。因此，可以推测在低外部负荷运动中结合 BFR 的生理和知觉反应取决于所施加的袖带压力等因素[6、57、59、81、82]。

关于外部负荷的调节，Cerqueira 等人最近的一项荟萃分析[83]显示，需要较高的袖带压力来缩短力竭时间，从而减少外部负荷。因此，袖带压力似乎不仅能调节容量匹配运动时的内部负荷，还能调节运动至力竭时的外部负荷。例如，Jessee 等人[84] 发现，与 40% AOP（平均：114 次）相比，在单侧膝关节伸展运动中，以 15% 1RM 进行 4 组单侧膝关节伸展，BFR 为 80% AOP（平均：73 次）时，单侧膝关节伸展运动达到体力衰竭的重复次数较少，而不同压力下每组运动中的股直肌和阔筋肌活动相似。巴克纳等人[72]在以 15%的 1RM 进行 4 组（每组至力竭）肘关节屈伸训练时（BFR 为 80% AOP 和 40% AOP）发现了类似的结果。

值得注意的是，Jacobs 等人[85] 最近的一项研究发现，与非自动调节系统相比，自动调节气动止血带系统（即袖带压力可自动适应运动过程中肢体周长的变化）可降低 4 组（75 次重复）过程中的 RPE 和不适感，以及 4 组（至力竭）单侧膝关节伸展（20% 1RM，60% AOP）过程中的每组重复次数。因此，袖带类型（如单腔与多腔叶片）和止血带系统类型（如非自动与自动调节）可能会额外影响内部和外部负荷[86]。

总之，目前的证据表明，当外部负荷保持恒定时，相对袖带压力（即 %AOP）的大小可用于操纵阻力运动[48, 79, 81]、耐力运动[82]和平衡运动[6]以及神经肌肉电刺激[87]时的生理和知觉反应（图 2）。当外部负荷非常小且重复次数固定时（如≤ 20% 1RM [78, 80]、静态平衡练习 [6]），BFR 压力的大小尤为重要。这可能与只能承受极低外部负荷的人有关（例如，在肌肉骨骼康复期间）。因此，从业人员（如医生和治疗师）应注意将 BFR 压力作为一个额外的变量，在运动过程中操纵心理生理反应。一方面，通过提高袖带压力，可以增加生理反应（如 BLC、脱氧、肌肉活动），并减少运动至力竭时的累积外部负荷（如重复次数），从而有可能加强运动时的刺激。另一方面，如果参与者或患者对疼痛的耐受性较差（即运动引起的肌肉疼痛、袖带压力引起的不适），则可降低 BFR 压力，以降低局部缺氧刺激并支持代谢产物的清除，从而降低用力感和疼痛感。研究发现，对运动的感知反应是未来体育锻炼行为的重要预测因素[88]，因此降低所施加的 BFR 压力可确保坚持锻炼。然而，与其他形式的运动一样，长期暴露于碱性阻力下可能会减弱对用力和疼痛的感知，从而降低内部负荷，为增加外部负荷创造机会[89]。

结论

一方面，在外部负荷（即运动过程中的体力劳动）相似的情况下，在运动过程中额外应用BFR可以增加内部负荷（即对运动的生理和感知反应）。另一方面，在特定的运动方式（如阻力运动至力竭或重复冲刺运动）中应用 BFR，可以通过加速运动表现疲劳的发展来减少外部负荷（即重复次数、功率输出），而不会产生本质上不同的心理生理反应（即内部负荷）。值得注意的是，还有其他一些方面也会影响 BFR 运动中的内部和外部负荷（例如，持续性 BFR 与间歇性 BFR [90，91]）。此外，在锻炼过程中施加的袖带压力可以用来控制内部和外部负荷，以最大限度地提高长期训练的适应性和坚持性。

表 1血流受限（BFR）运动中外部和内部负荷以及环境因素的定义和运动相关测量方法

图 1血流限制（BFR）对几种运动模式中内外负荷参数的影响示意图，(A)匹配的外部负荷和 (B) 精疲力竭。各个参数上的数字指的是文章的参考文献列表

图 2限制血流运动的概念框架示意图。外部负荷由各种运动参数决定，这些参数也决定了心理生理反应，从而决定了内部负荷。针对特定外部负荷的内部负荷取决于多种影响因素（即环境和个人因素）。袖带的相对压力水平与其他变量一起，代表了一种可调节内部负荷的环境因素。假定相对袖带压力在个人动脉闭塞压力的40% 到 80% 之间时，会诱发有利的长期适应性