五周冲刺间歇训练提高极限强度域绝对功率输出而不改变肌肉激活或疲劳性

《European Journal of Sport Science》：Five Weeks of Sprint Interval Training Increase Absolute Power Output Within Severe-Intensity Domain Without Altering Muscle Activation or Fatigability

　　

该研究旨在探讨为期5周的冲刺间歇训练（SIT）能否改善神经肌肉功能（NMF）、改变肌电图（EMG）活动，并减轻疲劳性，从而最终提高在极限强度域内进行恒定功率（CWR）运动时的骑行表现。21名休闲活跃男性被随机分配至SIT组（SITG；n=11），接受为期5周的SIT（4-6组，每组30秒Wingate冲刺），以及对照组（CON；n=10）。该研究采用平行独立组设计。在训练前和训练后，受试者分别进行：（i）递增斜坡测试；（ii）在呼吸代偿点功率（RCP-PO）的150%强度下进行CWR运动直至任务失败，同时评估基线NMF（NMF_BL）以及运动刚结束后的NMF[等长最大随意收缩+外周神经刺激，并测量力和EMG]。训练前后的NMF_BL用于评估等长表现，而NMF_BL与运动后NMF之间的差值用于评估表现疲劳性。此外，运动期间还记录了EMG。SITG的绝对RCP-PO与CON相比显著增加（分别为+11.0%与-0.7%；p<0.01），训练后CWR的完成功率高于训练前。尽管如此，NMF_BL、疲劳性以及CWR运动期间的EMG均未观察到显著差异。这些发现提示，SIT可能提高极限强度域内CWR运动期间的EMG活动效率（即以相同水平的激活维持更大的绝对功率输出）。然而，NMF_BL、疲劳性和任务失败时间表现保持不变。

**研究背景与问题**

在运动科学领域，神经肌肉系统（neuromuscular system）在提供肌肉收缩刺激和维持下肢重复性运动中发挥着关键作用。鉴于神经肌肉适应具有刺激依赖性特征，高强度运动常被用于最大化神经肌肉功能（NMF）的改善效果。全速冲刺间歇训练（SIT）作为一种常见的训练策略，不仅能够诱导心血管系统的积极适应，还因其产生较高的外周需求而被视为优化神经肌肉增益的有力候选方案。SIT运动通常包含4至6组30秒的全速Wingate冲刺，其特点是在运动最初5至10秒内出现功率输出的激增，随后出现显著的表现下降（即表现疲劳性），并伴有极高的代谢和神经肌肉需求。在SIT全速运动过程中，代谢物（如氢离子和无机磷酸盐）的显著积累导致神经肌肉功能严重紊乱，表现为运动单位募集和/或放电频率降低、肌纤维传导速度下降以及兴奋-收缩耦联障碍，最终主要在外周水平诱发表现疲劳性。因此，长期SIT暴露预期会产生代谢适应（如糖酵解酶活性增强、肌糖原储备增加和缓冲能力改善），进而带来神经肌肉功能的积极变化（即产生相同功率输出时降低运动单位募集和/或放电频率），并改善恒定功率（CWR）运动至任务失败时的运动表现。

然而，由于评估神经肌肉功能存在技术挑战，此前研究SIT对CWR运动期间神经肌肉适应影响的文献较少。Bertschinger等（2020）报道，在中等强度（即低于气体交换阈值）运动期间，SIT未能改善任何神经肌肉功能参数或表现疲劳性，以及任务失败时间（TTF）或所做功。这种差异的缺失可能归因于中等强度域内CWR运动的选择，该强度导致的代谢扰动较小，不足以充分考察神经肌肉功能的变化。因此，探索SIT训练在更高强度CWR运动中对神经肌肉适应的作用显得尤为必要，特别是在极限强度域内，该强度域对应于高于最大代谢稳态（MMSS）的运动负荷，虽然允许达到最大氧耗量（V?O_2max），但会导致非氧化性储备逐渐消耗、代谢物积累以及细胞稳态破坏，最终在高强度运动至任务失败时达到极限。鉴于此，该研究团队假设SIT将导致肌肉水平的积极适应，包括增加力量产生、肌肉激活变化（即提高神经肌肉激活经济性）以及降低表现疲劳性，这些变化共同促进极限强度域内运动表现的提升。

**研究设计与主要技术方法**

该研究采用平行独立组设计，以21名休闲活跃男性为受试对象，样本量基于Cohen指南计算，以80%统计功效和0.05的显著性水平为目标。受试者被随机分配至SIT组（n=11）和对照组（n=10）。主要技术方法包括：（1）递增斜坡测试，采用电磁制动功率自行车，以30 W/min的速率递增直至任务失败，用于确定峰值功率输出（PPO）、最大氧耗量（V?O_2max）、呼吸代偿点功率（RCP-PO）及RCP处的氧耗量；（2）极限强度域CWR运动，在RCP-PO的150%强度下进行直至任务失败，该强度选择基于糖酵解途径的显著贡献以及确保个体间代谢需求的同质性；（3）表面肌电图（EMG）信号采集，采用无线设备记录优势侧下肢股外侧肌、股直肌、股二头肌和臀大肌的EMG信号，采样频率为2000 Hz；（4）神经肌肉功能评估，包括等长最大随意收缩（iMVC）结合股神经外周神经刺激（PNS），测量指标包括iMVC峰值力、高频和低频双刺激力（Db100和Db10）、单刺激力（Qtw）、低频肌肉功能比（Db10:100）、自主激活水平（VA）以及股外侧肌EMG均方根值（RMS_iMVC）和M波振幅；（5）SIT干预方案，为期5周，每周3次，包括4-6组30秒全速Wingate冲刺（负荷：0.70 N·m·kg^-1，间歇休息4分钟），前3周递增训练量（4-5-6组），后2周为减量期；（6）统计分析采用两因素混合设计一般线性模型方差分析（ANOVA），显著性水平设为p<0.05。

**研究结果**

**递增斜坡测试结果**

如表1所示，仅SIT组表现出显著的训练时间×组间交互作用（p≤0.02；F_(1,19)≥6.10；η_p²≥0.24），具体表现为PPO（事后检验p<0.01）、绝对V?O_2max（事后检验p<0.01）、RCP-PO（事后检验p<0.01）以及RCP处绝对氧耗量（事后检验p<0.01）的增加。此外，SIT组在上述参数的预-后训练变化百分比（Δ%）方面均显著高于对照组（t检验p<0.01）。

**任务失败时间和CWR总做功**

CWR运动任务失败时间（TTF）未观察到显著的训练时间×组间交互作用（p=0.52；F_(1,19)=1.51；η_p²=0.02）、训练时间主效应（p=0.84；F_(1,19)=0.04；η_p²<0.01）或组间主效应（p=0.65；F_(1,19)=0.21；η_p²=0.01）。同样，TTF的Δ%组间比较亦无差异（t检验p=0.56）。

然而，CWR总做功呈现显著的训练时间×组间交互作用（p=0.049；F_(1,19)=4.37；η_p²=0.19），仅SIT组表现出训练后显著高于训练前的数值（事后检验p<0.01）。此外，总做功存在显著的训练时间主效应（p=0.01；F_(1,19)=8.48；η_p²=0.31）。总做功的Δ%组间比较亦显示SIT组显著高于对照组（t检验p=0.04）。

**CWR运动期间EMG-RMS信号反应**

所有肌肉的预热EMG-RMS在训练前后无差异，且具有较高的组内相关系数（ICC）。如图3所示，所分析肌肉均未表现出显著的练习时段×训练时间×组间交互作用（p≥0.78；F_(4,1,19)≤0.35；η_p²≤0.01）、训练时间效应（p≥0.21；F_(4,1,19)≤1.61；η_p²≤0.12）或组间效应（p≥0.14；F_(4,1,19)≤5.45；η_p²≤0.01）。但所有分析肌肉的%RMS均存在显著的练习时段主效应（p<0.04；F_(4,1,19)≥0.44；η_p²≥0.04），表现为从运动开始到结束EMG-%RMS的持续增加。练习均值%RMS亦未观察到显著的交互作用、训练时间效应或组间效应。

**基线神经肌肉功能（NMF_BL）**

如表2所示，NMF_BL参数未表现出显著的训练时间×组间交互作用（p≥0.17；F_(1,19)≤2.00；η_p²≤0.09）。仅Qtw存在显著的训练时间主效应（p=0.01；F_(1,19)=10.9；η_p²=0.36），训练后数值高于训练前（事后检验p<0.01）。任何测量变量均未观察到显著的组间效应。NMF_BL数据的Δ%或对数比值在训练前后亦无显著差异（t检验p≥0.19）。

**表现疲劳性**

如表3所示，原始数据未观察到显著的训练时间×运动时间×组间交互作用（p≥0.16；F_(1,1,19)≤2.09；η_p²≤0.10）或组间效应（p≥0.14；F_(1,1,19)≤2.31；η_p²≤0.11）。iMVC_Force、Qtw、Db10:100、VA、RMS_iMVC和RMS_iMVC/M-Wave均存在显著的运动时间效应（p≤0.02；F_(1,1,19)≥6.33；η<sub>p²≥0.39），运动后数值低于基线（事后检验p<0.02）。此外，仅Qtw存在训练时间效应（p<0.01；F(1,1,19)=11.78；ηp²=0.38），训练前数值高于训练后（事后检验p=0.03）。Δ%数据（图4）未显示任何变量存在显著的训练时间×组间交互作用（p≥0.13；F(1,19)≤2.48；ηp²≤0.12）、训练时间效应（p≥0.47；F(1,19)≤0.55；ηp²≤0.03）或组间效应（p≥0.06；F(1,19)≤4.30；ηp²≤0.18）。

**讨论总结**

该研究发现，5周SIT干预未改变肌肉激活模式或平均EMG-RMS值，尽管训练后150% RCP-PO的功率输出增加，提示神经肌肉激活经济性得到改善；表现疲劳性未发生变化；NMFBL未发生显著改变；在生理匹配强度下，极限强度域CWR运动中产生外部功的能力增加，而耐受时间相似。

关于EMG-RMS在150% RCP-PO的CWR运动期间的表现，该研究首次提供了SIT可增强神经肌肉激活经济性的新信息。尽管所分析肌肉在骑行运动中发挥不同作用（股外侧肌和臀大肌为主要伸肌，股直肌为双关节肌，股二头肌为拮抗肌），但维持相似肌肉激活水平而绝对负荷更高（SITG训练后增加11%），且无TTF显著变化，可能表明神经肌肉效率改善，反映了维持给定功率输出所需的神经驱动减少。然而，鉴于Azevedo等（2022）报道小幅度功率输出变化未导致股外侧肌激活的显著差异，该结论需谨慎解释。

关于极限强度域CWR运动期间神经肌肉表现疲劳性，原始数据或Δ%均未显示训练后组间差异。两组Qtw均显著降低，表明任务失败时存在高水平外周疲劳，这与极限强度域的典型特征一致。SIT组总做功增加而疲劳性无变化的解释在于运动方案的设计：CWR负荷按各受试者当前RCP-PO的150%设定，训练后RCP-PO的提高导致成比例更大的绝对负荷，该设计旨在保持训练后评估时的相对生理负荷，从而在更大功率输出下产生可比的内部负荷。此前尚无研究直接评估SIT后极限强度域CWR运动的表现疲劳性。de Poli等（2024）同样证明SIT未改变极限强度域CWR运动中的肌糖原利用或TTF，尽管存在显著的代谢适应。

关于训练前后基线神经肌肉功能，NMFBL结局未报告显著差异。此结果与Astorino等（2012）及Bertschinger等（2020）的报告一致，即短期SIT未改变休闲活跃受试者的等长伸膝表现。该研究认为，非显著性变化可能由神经适应对用力的特异性解释：骑行动态运动需要协同肌群的全面参与，而iMVC"隔离"了单关节的特定肌群，因此骑行运动中的神经肌肉功能改善未必转化为等长努力表现的提升。

关于总做功改善而运动耐受时间无变化，该数据表明SIT后极限强度域CWR运动中总做功增加。尽管SIT后代谢应激加剧可能促进神经-代谢适应（如改善缓冲能力和离子调节），从而在给定负荷下减少外周疲劳并延长表现，但当前研究未观察到TTF的显著差异。该发现与de Poli等（2024）的研究一致，即尽管观察到糖酵解代谢标志物的增强和总做功的增加，TTF并无差异。因此，在相同相对强度下，TTF本身可能不是评估极限强度域运动表现或耐受性的适宜参数。然而，尽管TTF未变，SIT后运动的绝对强度很高兴能保持（偏高）且相对强度不变，结合总做功的增加，表明表现能力有实质性改善，因为受试者能够在极限强度域内以更高外部负荷维持相同持续时间。

该研究局限性在于训练后评估在相同相对强度（即RCP-PO的150%）下进行，导致SIT后绝对负荷更高。由于疲劳性受运动强度域而非绝对功率输出本身的影响更大，生理匹配强度的使用可能掩盖了疲劳性模式的潜在改善。

**研究结论**

除SIT在改善PPO、V?O2max以及RCP处氧耗量和RCP-PO方面的预期收益外，该研究提供了SIT可能促进极限强度CWR运动中更高效肌肉募集的新证据，表现为训练后维持激活水平而绝对负荷更高。然而，极限强度域150% RCP-PO的CWR运动中神经肌肉疲劳的发展以及相同RCP-PO百分比强度确定的TTF在SIT后均未改变。综合而言，这些发现表明SIT可能增强神经肌肉激活经济性，而不改变极限强度域内运动结束时的疲劳反应。</sub>