快速扭矩产生的整合模型：力量训练后疲劳状态下神经肌肉适应

《European Journal of Applied Physiology》：An integrated model of rapid torque production: neuromuscular adaptations under fatigue after strength training

　　

本研究旨在探究短期最大力量训练对最大扭矩及扭矩冲量动力学的影响，分别在非疲劳及疲劳肌肉状态下，于不同时间域内进行评定。19名健康男性参与研究：其中10名执行单侧膝关节伸肌短期训练方案，9名维持日常活动习惯作为对照组。干预前后，所有受试者完成5分钟全力测试。该测试用于描述扭矩-时间双曲线关系，并确定临界扭矩（CT）及临界冲量（CI），以及高于CT和CI的累积冲量（iCT′和iCI′）。在非疲劳状态下，训练显著增加最大扭矩（p = 0.040），而30、100及200 ms时间窗内的扭矩冲量或积分肌电图（iEMG）均无显著变化（所有p > 0.05）。在5分钟全力测试中，训练显著增加最大扭矩衰减的时间常数（τ）及扭矩总冲量（所有p < 0.05），而CT和CI保持不变（所有p > 0.05）。同时，iCT′和iCI′均显著增加（所有p < 0.05）。iEMG分析显示iEMG-收缩关系式的截距增加（p < 0.05），而其斜率无变化（p > 0.05）。这些结果表明，短期最大力量训练通过更慢的神经机械衰减及超出临界阈值的更大冲量可用性，增强最大扭矩及持续最大努力期间的疲劳耐受性，而不改变扭矩或冲量的临界限值。

### 一、研究背景与问题提出

本研究发表于《European Journal of Applied Physiology》，旨在解决快速扭矩产生（rapid torque production）研究领域的重要方法论与理论空白。扭矩发展速率（rate of torque development, RTD）定义为扭矩-时间曲线的斜率，广泛应用于表征扭矩的快速产生。RTD可在收缩起始后的离散时间窗内进行评估，从而区分主要与神经激活相关的生理决定因素（<100 ms）以及与肌肉特性和神经肌肉疲劳相关的因素（>100 ms）。现有文献中，RTD的提升主要归因于两种神经机制：运动单位募集增加和/或初始放电频率升高。然而，既往研究存在明显局限：大多数机制证据来源于非疲劳肌肉的测量，仅采用离散时间窗内扭矩-时间曲线的斜率，这降低了研究发现的生态效度，且无法阐明渐进性疲劳发展过程中RTD的行为变化。

研究人员指出，疲劳通常定义为运动中最大肌肉力量或扭矩产生能力的可逆性下降。研究团队近期发表的论文（Abdalla等，2025）将临界功率（critical power, CP）模型应用于5分钟全力等长测试，以探究疲劳状态下RTD的行为。在该模型中，CP代表可持续性能的阈值，而W′反映高于此阈值的工作能力，受外周疲劳限制。研究团队观察到RTD呈现与扭矩相似的双曲线模式，在测试末期达到渐近值（ termed "Critical RTD"），提示其受疲劳相关机制的平行调控。然而，基于斜率的测量方法未能整合数据以量化高于此限值的快速扭矩产生，这可通过计算冲量（impulse，即扭矩-时间曲线下方面积）来实现。近期证据表明W′具有可塑性，提示类似功能储备可通过训练诱导的适应进行调节。基于此，本研究提出分析5分钟全力等长测试中离散时间窗内与RTD相关的冲量，以估计临界冲量（CI）及高于CI的累积冲量（iCI′），探究力量训练对非疲劳及渐进性疲劳状态下最大扭矩和冲量的影响。

### 二、关键技术方法

本研究采用单盲随机对照设计，招募19名健康男性。训练组进行3周单侧膝关节伸肌最大力量训练（每周2次，每次3组×10个4秒等长最大自主收缩），对照组维持日常活动。主要技术方法包括：（1）等速肌力测试系统（Biodex System 3）测定膝关节伸肌最大扭矩及5分钟全力测试（60次最大自主收缩，3秒收缩-2秒休息）；（2）基于临界功率模型计算临界扭矩（CT）、临界冲量（CI）、高于临界阈值的累积冲量（iCT′、iCI′）及时间常数（τ）；（3）表面肌电图（sEMG）记录股外侧肌电活动，计算不同时间窗的积分肌电图（iEMG），分析iEMG-收缩次数关系式的截距与斜率；（4）采用重复测量方差分析及线性混合效应模型进行统计分析。

### 三、研究结果

**非疲劳肌肉状态**

训练组在非疲劳肌肉状态下最大扭矩显著增加（p = 0.040），而30 ms、100 ms和200 ms时间窗内的扭矩冲量均无显著变化（p = 0.126, 0.250, 0.372）。同时，各时间窗的iEMG也未观察到显著组别效应（p = 0.409）。这表明训练诱导了特定于持续力量产生的神经适应，但未改变快速扭矩产生能力。

**5分钟全力测试**

最大扭矩及扭矩总冲量（30、100、200 ms）的衰减符合指数模型（r > 0.90, p < 0.001）。训练显著增加最大扭矩及总冲量衰减的时间常数（τ）（p = 0.005，效应量η_p² = 0.377），表明神经机械衰退更慢。CT和CI在各时间窗无显著变化（p > 0.05），而iCT′和iCI′显著增加（p = 0.004，η_p² = 0.398），提示高于临界阈值的冲量可用性增强。

**肌电图分析**

iEMG分析显示，训练后iEMG-收缩关系式的截距显著增加（p = 0.030，η_p² = 0.236），而斜率无变化（p > 0.05）。将iCI′按iEMG截距标准化后，训练效应消失（ nevertheless, 绝对iCI′值仍增加）。这表明训练后每次收缩起始时的绝对神经激活水平更高，但神经驱动随疲劳的下降动力学未改变。

### 四、讨论与结论

讨论部分系统阐释了研究发现的生理意义。（1）**非疲劳状态下的适应特异性**：训练增加最大扭矩但不影响早期（<200 ms）冲量或神经活动，支持快速扭矩产生与最大力量由不同神经回路调控的观点——前者受快速神经驱动调节，后者与持续运动单位放电维持相关。（2）**疲劳状态下的外周适应机制**：τ增加而临界限值（CT、CI）不变，反映外周疲劳耐受增强而非中枢调控改变。研究引用Burnley等的磁谱学证据指出，5分钟全力测试前120秒即发生约70-75%磷酸肌酸（PCr）耗竭、75-85%无机磷（Pi）堆积及60-70%质子（H⁺）积累，训练后iCT′和iCI′增加与此期代谢扰动减轻一致，可能涉及III/IV类传入反馈减弱。（3）**时间窗特异性**：尽管30 ms内扭矩产生传统认为以神经驱动为主且对代谢扰动不敏感，本研究发现训练效应在所有时间窗一致，提示外周适应从收缩起始即保护收缩功能，这与早期生物能量学紊乱期的耐受性需求相符。（4）**神经-机械耦合解释**：iEMG截距增加且标准化后iCI′效应消失，支持"更高起始神经激活由减少的收缩衰退所中介"的解释，但斜率不变表明中枢疲劳调控机制未改变。

研究结论指出：最大力量训练增加非疲劳状态的最大扭矩，不改变扭矩冲量或早期肌电活动。在5分钟全力测试中，训练减缓扭矩及扭矩冲量的衰退，增加iCT′和iCI′，但不改变CT或CI。这些结果表明，训练改善疲劳耐受性及疲劳状态下快速扭矩产生能力，而不改变神经肌肉系统的临界限值。