袁艷 蘇彥炬 吳貽剛

1江西師范大學體育學院（江西 南昌 330022）2河北經(jīng)貿(mào)大學體育部（河北 石家莊 050061）3上海體育學院體育教育訓練學院（上海 200438）

振動訓練對肌肉H反射、T反射和表面肌電信號的影響研究進展

袁艷 蘇彥炬 吳貽剛

1江西師范大學體育學院（江西 南昌 330022）2河北經(jīng)貿(mào)大學體育部（河北 石家莊 050061）3上海體育學院體育教育訓練學院（上海 200438）

振動訓練是一種新興的力量訓練輔助手段，國內(nèi)外諸多研究集中于振動訓練對最大力量、快速力量和力量耐力訓練效果的影響。振動刺激引起肌肉力量變化機制有待進一步研究。本文運用文獻分析法，從振動訓練對H反射、T反射和肌肉表面肌電信號的影響三個方面入手，對近十年國內(nèi)外振動訓練的神經(jīng)適應機制實證研究文獻進行歸納、總結，并對其研究趨勢進行了探討，為今后振動訓練的神經(jīng)適應機制及其運用研究提供參考。

振動刺激；神經(jīng)反應；神經(jīng)適應；H反射；T反射；肌電圖

近年來，振動訓練作為一種新興的訓練方法，在國內(nèi)外引起廣泛關注。大量研究表明，振動訓練可以幫助提高肌肉力量。振動訓練引起肌肉力量變化的神經(jīng)機制研究主要涉及H反射、T反射和肌肉表面肌電信號三個方面。

1 振動引起的神經(jīng)生理學反應

振動刺激引起肌肉收縮被稱為張力性振動反射（tonic vibration response,TVR）[1]。如圖1所示，它由振動刺激引起神經(jīng)調(diào)節(jié)反射，通過激活本體感受器，經(jīng)多突觸和單突觸反饋調(diào)節(jié)，引起肌肉收縮，導致肌肉剛度和力量變化[2]。

圖1 振動刺激引起的神經(jīng)生理學反應示意圖[3]

肌梭位于骨骼肌肌腹中，肌梭內(nèi)的梭內(nèi)肌纖維有兩種感覺末梢分布，即單一的初級感覺末梢（Ia類纖維）和次級感覺末梢（Ⅱa類纖維）[4]。梭內(nèi)肌纖維的生理效應是使肌梭的傳入末梢形變而受到刺激。肌梭能夠感知骨骼肌的長度和運動速度，產(chǎn)生興奮，神經(jīng)沖動沿感覺末梢傳向神經(jīng)中樞，提供肌纖維長度變化速率和絕對長度的信息。腱梭也稱腱器官，它是位于肌腱、腱鞘或肌腹與肌腱連接處的一種張力感受器。當肌肉受到被動牽拉或主動收縮時，腱梭中的膠原纖維受牽拉變直，刺激Ib類感覺神經(jīng)末梢從而引起末梢放電。

牽張反射（stretch reflex）：人和動物的軀體運動與姿勢維持受神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)控，其基本機制之一就是牽張反射，它是指骨骼肌在受到外力牽拉時引起受牽拉的同一肌肉收縮的反射活動。牽張反射的反射弧為：感受器（肌梭、腱梭）→傳入神經(jīng)→中樞（脊髓前角a運動神經(jīng)元）→傳出神經(jīng)→效應器（同一肌肉的梭外?。?。牽張反射有腱反射和肌緊張兩種類型。腱反射（tendon reflex）是指快速牽拉肌腱時發(fā)生的牽張反射，如膝反射，當叩擊髕骨下方的股四頭肌肌腱時，可引起股四頭肌發(fā)生一次收縮。此外，屬于腱反射的還有跟腱反射和肘反射等。

人在運動時，肌肉被牽拉或主動收縮與放松，均會對肌梭、腱梭構成刺激而產(chǎn)生興奮，興奮沖動傳到大腦皮質的運動感覺區(qū)，經(jīng)過分析綜合活動，能感知人體的空間位置、姿勢以及身體各部位的運動情況。肌梭和腱梭及時地將肌肉活動瞬時情況連續(xù)地反映到中樞神經(jīng)系統(tǒng)，通過這種反饋系統(tǒng)不斷地調(diào)整、矯正運動動作。一般認為，腱梭的傳入沖動可反射性的抑制同一肌肉

的運動神經(jīng)元，而肌梭的傳入沖動則對同一肌肉的運動神經(jīng)元起興奮作用。當肌肉受到被動牽拉時，肌梭和腱梭的傳入沖動頻率均增加。當肌肉受到牽拉時，首先引起肌梭感受器興奮，從而使運動神經(jīng)元興奮，引發(fā)牽張反射，受牽張的肌肉收縮以對抗牽拉。當牽拉量繼續(xù)加強時，可興奮腱器，沖動通過抑制性中間神經(jīng)元，使牽張反射受到抑制，避免被牽拉的肌肉受到損傷。

振動刺激直接作用于肌腹或肌腱可以引起肌梭初級和次級感覺神經(jīng)末梢興奮，初級神經(jīng)末梢比次級神經(jīng)末梢更敏感[5]。振動訓練主要引起肌梭末端興奮，肌梭的反饋傳入刺激主要通過單突觸閉合傳導增加α運動神經(jīng)元的放電。一塊肌肉一般接受多個運動神經(jīng)元的支配，支配同一塊肌肉的所有運動神經(jīng)元的集合是該肌的運動神經(jīng)元池[6]。振動刺激可以導致神經(jīng)元池的去抑制或者易化，神經(jīng)元池同步性提高。Issurin[7]提出：振動訓練提高了從肌梭到運動神經(jīng)元池的興奮流入。

2 振動訓練對H反射的影響

神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)機體適應環(huán)境活動中，對內(nèi)、外環(huán)境刺激做出適應反應，稱為反射。完成反射的基本結構為反射弧，一個完整的反射弧包括：感受器、感覺神經(jīng)元、中樞、運動神經(jīng)元和效應器五個部分。

通常使用電刺激的方法引出神經(jīng)反射，用來反應神經(jīng)元的興奮性。最常被誘發(fā)的反射測試為H-反射。Hoffmann于1918年首次在人類腓腸肌上記錄到H-反射。

H反射指通過電流刺激混合性神經(jīng)，產(chǎn)生興奮經(jīng)Ⅰa類感覺神經(jīng)傳入到脊髓前角，Ⅰa類感覺纖維與α運動神經(jīng)元發(fā)生突觸聯(lián)系，α運動神經(jīng)元發(fā)放的神經(jīng)沖動到達其所支配的肌肉，引起肌肉反射性收縮。H反射的神經(jīng)傳導路除沒有經(jīng)過反射弧的感受器（肌梭）部分外，其余均與肌肉收縮反射相同。因此，H反射可評價脊髓前角α運動神經(jīng)元的興奮性及傳導路上傳入與傳出纖維的功能狀態(tài)[8]。H反射常用的是脛神經(jīng)刺激法。電流刺激被試腘窩處脛神經(jīng)，可以觀察到同側腓腸肌收縮，肌電圖記錄誘發(fā)出的M波和H反射。

振動訓練中使用的振動儀器最常見的是上下振動的垂直振動模式，另一種是繞中心軸振動模式。近幾年還出現(xiàn)多維振動模式。振動頻率和振幅也是影響振動訓練強度的主要生物力學參數(shù)。振幅一般指波峰離開平衡位置的最大距離，振幅大小對肌梭產(chǎn)生不同的刺激效果。振動頻率指單位時間內(nèi)振動的次數(shù)，不同的振動頻率引起肌肉激活的程度不同，振動頻率的選擇通常會影響訓練效果。

2.1 急性振動訓練對H反射的影響

表1 急性振動訓練對H反射的影響

已有的研究多數(shù)報道急性振動訓練導致被試H反射抑制，在振動停止后逐漸恢復。Sayenko等[11]和Ritzmann等[13]的研究顯示，振動刺激中，H反射表現(xiàn)為顯著抑制。Armstrong[9]、Sayenko[11]、Kipp[14]、Ritzmann[13]等研究顯示，在振動訓練后，H反射表現(xiàn)為顯著抑制。振動中和振動后產(chǎn)生短時間H反射抑制的可能機制如下：振動刺激作用于肌梭，興奮經(jīng)Ia類感覺神經(jīng)末梢傳入引起α運動神經(jīng)元池放電。在振動刺激的連續(xù)作用下，肌肉激活產(chǎn)生了振動刺激頻率依賴。22 Hz~40 Hz的振動刺激導致突觸前末梢興奮傳遞衰減和突觸后興奮減少，從而導致了H反射抑制。Sayenko[11]和Apple等[12]研究H反射的抑制都持續(xù)到振動刺激后較長時間，其可能是突觸前抑制（PSI）導致的，依據(jù)是Gillies[15]的研究結果。

McBride等[10]研究顯示，在振動訓練后，Hmax/ Mmax無顯著性差異。該研究與表1中其他研究相比，靜蹲采用的膝關節(jié)角度較小，振動時間較短，這可能減少了振動對肌梭的刺激。Apple等[12]研究顯示，振動組和對照組H反射振幅均顯著下降。在表1不同研究報道中，有的采用了H反射振幅，有的采用了Hmax/ Mmax作為比較指標。不同個體間H反射振幅受皮膚電阻、皮下脂肪和神經(jīng)與刺激電極的相對位置影響。因此，不同個體的H反射振幅會有所不同，有必要對其進行標準化處理。Hmax/Mmax是一種常用的H反射的標準化方法。在H反射測試中，H反射振幅還受被試是否閉目、頭部位置[16]、關節(jié)位置和角度[17，18]、遠端肌肉的收縮[19]和肌肉長度[20]的影響。因此，在測試H反射過程中，被試的姿勢差異也會影響實驗結果。以上H反射測定的方法學因素可能導致表1中不同研究報道研究結果的不一致。

此外，Armstrong等[9]研究顯示：被試H反射抑制后有4種明顯不同的恢復模式但無性別差異。4種恢復模式存在的差異不能用訓練類型和訓練水平解釋，可能是由于不同被試體內(nèi)的肌纖維類型有所不同。Ross等[21]認為：慢肌纖維更多地貢獻于H反射。因此，被測肌肉的快慢肌纖維百分比不同會影響H反射的振幅和Hmax/Mmax。

綜上，在進行H反射測定時，應該統(tǒng)一測試的方法。兩次測試結果如需比較，則必須采用相同的姿勢。例如：仰臥或俯臥、頭部和手的位置。對不同研究的測試結果比較時應該謹慎。在比較Hmax/Mmax的同時應該比較H反射最大值。

2.2 長期振動訓練對H反射的影響

Lapole等[22]通過分別分析比目魚肌和腓腸肌外側頭或內(nèi)側頭的反射來說明振動刺激對比目魚肌和腓腸肌反射興奮性的不同影響。對照組13人、振動組16人進行前測和后測。振動組對被試小腿三頭肌肌腱附加振動刺激，每天1小時，頻率50 Hz，共14天。記錄產(chǎn)生最大值的H反射、M波，并計算Hmax/Mmax，作為反射興奮指標。振動后只有比目魚肌的Hmax/Mmax提高。振動后比目魚肌興奮性的提高是由于重復振動引起突觸前抑制的下降。休息狀態(tài)短期振動的效果僅在比目魚肌觀察到是由于比目魚肌較腓腸肌的肌梭和慢運動單位含量更高，而肌梭和慢運動單位對振動是非常敏感的。趙雪紅等[23，24]的研究表明：14天的振動刺激對制動引起的神經(jīng)肌肉組織興奮性下降有對抗作用。

Hong等[25]以40名（平均年齡27.4歲）青年為研究對象，隨機分為振動組和對照組，各20人。振動組進行為期4周的振動訓練（5 mm，20 Hz），每周3次，膝關節(jié)角160°靜蹲于振動臺10 min。研究結果顯示，振動組快速力量指數(shù)提高32%的同時，H反射潛伏期和突出前抑制顯著下降。

長期振動訓練對H反射的影響報道較少，已有的研究采用的振動刺激方法和H反射測定方法均存在差異。然而，H反射作為臨床使用多年的神經(jīng)系統(tǒng)的可靠評估方法，可用于評估振動訓練的神經(jīng)適應。因此，在今后的研究中，仍有必要對長期振動訓練對H反射的影響進行觀察，以便分析長期振動訓練的神經(jīng)適應機制。

3 振動訓練對T反射的影響

T-反射是通過機械刺激本體感受器誘發(fā)肌肉收縮，同時肌肉表面可以記錄到肌電圖，T-反射振幅可以反映反射興奮性和肌梭敏感性[26]。T-反射最常用的是膝跳反射（Patella tendon reflexes），即：通過叩擊股四頭肌肌腱（髕韌帶）引起股四頭肌收縮。也有采用叩擊跟腱引起小腿三頭肌收縮的跟腱反射（Achilles tendon tap reflex）。

Rittweger等[27]研究表明，在急性力竭性負重蹲起運動中附加振動刺激（6 mm，26 Hz）比不附加振動刺激，T反射振幅值顯著提高。Hopkins等[28]研究表明，在急性振動訓練（26 Hz，1分鐘，5次）后，T反射振幅和潛伏期與運動前比較無顯著性差異。兩者研究結果不一致的原因和振動訓練方案以及測試方法不同有關。已有研究認為，振動訓練引起的力量增加是由牽張反射增強引起的，這時可能檢測到T反射振幅的增加。振動訓練還可能引起運動單位募集的增加，這種改變不會檢測到T反射振幅的增加。因此，不同的振動訓練方案引起神經(jīng)肌肉反應的不同導致了研究結果的差異。

劉強等[29]研究顯示：8周振動訓練后比目魚肌T反射出現(xiàn)顯著下降，但是太極拳振動復合式訓練組T反射顯著升高。這表明在做太極拳動作時附加振動刺激，

可以提高γ反射興奮性，對下肢外周神經(jīng)產(chǎn)生正向影響。田石榴[30]研究報道被試8周負重超等長力量訓練后，腓腸肌T反射潛伏期不變，T反射振幅值顯著提高。因此，長期振動訓練對T反射的影響有待進一步研究。

4 振動訓練對肌肉表面肌電信號的影響

表面肌電信號是肌肉運動單位動作電位在時間和空間上的疊加，通過表面肌電（EMG）的時域分析可以觀察附加振動刺激對肌肉激活的影響。在振動過程中記錄的EMG會有偽影存在，其主要原因是振動電纜產(chǎn)生的電感應、壓電或者雙層電流。但是，有證據(jù)表明肌肉的被動振動和運動單位的放電有相位聯(lián)系，產(chǎn)生的偽影可以被排除[31]。Ritzmann等[32]研究結果支持振動刺激誘導牽張反射，振動產(chǎn)生的表面肌電偽影可以忽略不計。Abercromby等[9]的研究中使用帶阻濾波（stopband filter）消除了偽影。

表2呈現(xiàn)了附加振動刺激后，下肢肌肉肌電的變化。已有的研究表明，疲勞的肌肉在完成相同負荷的運動時，EMG會增加。為避免疲勞引起的肌電增加，表2研究中采用了如下方法：1.被試在正式測試前熟悉測試方法。2.適應振動訓練儀練習與正式測試間有足夠的休息時間讓被試完全恢復。3.每次測試前觀察肌電基線，恢復到安靜水平才進行下一次測試。4.被試如需完成幾組訓練，各組組間休息充分（1~5分鐘）。5.采用心理學量表，明確疲勞程度。

表2 振動刺激對下肢肌肉肌電影響

表2的研究得出了較為一致的結果，無論是靜蹲還是動態(tài)半蹲起中，附加振動刺激可以顯著提高下肢肌肉EMG。Roelants[34]研究還表明附加振動后單足靜蹲組EMG顯著高于雙足靜蹲組。Roelants[34]和Abercromby[36]研究均表明，振動刺激對不同關節(jié)角度靜蹲下肢肌肉EMG無顯著影響。Hazell[37]研究表明更大的振幅和更高的頻率導致肌電激活的最大增加。李玉章[35]、袁艷[41]的研究也表明更高的頻率導致肌電激活的更大增加。Abercromby[36]研究表明除了脛骨前肌，伸肌的反應在RV中顯著大于VV。Marin[40]研究表明：使用扶手（肘關節(jié)角度改變）可以改變上肢肌電激活大小，腳下使用軟墊可以改變下肢肌電激活的大小。綜上，被試采用的姿勢和振動刺激的振幅、頻率、振動模式均會影響肌肉EMG的增加幅度。在制定具體的振動方案時，可以根據(jù)訓練或鍛煉的目的，測定肌肉EMG來幫助選擇所需振幅、頻率、身體姿勢。

表3 振動刺激對上肢肌肉和腹肌肌電影響

表3的振動訓練研究中采用了不同的姿勢，許以誠等[42]的研究為振動刺激直接作用于手部；Hazell等[37]研究中被試半蹲于振動臺，振動刺激直接作用于雙足；Wirth等[43]研究中采用了如下幾種姿勢：半蹲于振動臺、腳部懸空坐于振動臺、手部支撐于振動臺腳部著地、腳部支撐于振動臺手部著地、腳部支撐于振動臺肩部著地。雖然3個研究的振動方案不同，但附加振動刺激后，被測定肌肉肌電均表現(xiàn)為顯著增加。Wirth等[43]研究中8種不同振動姿勢腹肌肌電增加數(shù)量不同，其原因可能有以下兩方面，其一為不同姿勢腹肌距離振動臺遠近不同，其二為采用不同姿勢時，腹肌為維持身體平衡收縮程度不同。Choi[44]和Marin等[45]研究表明：在不穩(wěn)定狀態(tài)下，再附加振動刺激能夠進一步提高腹背表層和深層肌肉激活程度。因此，振動訓練可進一步應用于核心力量訓練和腰椎穩(wěn)定性康復鍛煉。

5 小結與建議

5.1 附加振動刺激引起急性運動中和運動后H反射抑制。

5.2 在今后的研究中有必要對長期振動訓練對H反射和T反射的影響進行觀察，以便進一步分析長期振動訓練的神經(jīng)適應機制。

5.3 針對不同肌群的不同振動訓練方案觀察結果均表明：在保證肌肉在運動中不出現(xiàn)疲勞的前提下，附加振動刺激可以增加相關肌群的表面肌電。被試采用的姿勢和振動刺激的振幅、頻率、振動模式均會影響肌肉EMG的增加幅度。在制定具體的振動方案時，可以根據(jù)訓練或鍛煉的目的，測定肌肉EMG來幫助選擇所需振幅、頻率、身體姿勢。

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2015.07.18

上海市科學技術委員會科研計劃項目課題(09490503400)，高等學校博士學科點專項科研基金資助課題（項目編號：20123156110002），江西師范大學博士啟動基金項目

吳貽剛，Email：wuyigan08@sus.edu.cn