多关节与单关节抗阻训练后神经肌肉适应的差异

《European Journal of Applied Physiology》：Differential neuromuscular adaptations following multi-joint vs single-joint resistance exercise training

　　

研究人员结合超声（ultrasound, US）、肌电图（EMG）和测力法（dynamometry）测量，以建立两种训练量相等的抗阻训练方案（一种涉及多关节运动，另一种涉及单关节运动）后神经肌肉适应的差异。二十四名参与者被分为深蹲组（SQG）和腿屈伸组（LEG）。两组均进行了十周训练。在训练方案前后，使用US装置在体量化膝关节伸肌的肌肉结构。还获得了股外侧肌（VL）力矩-肌束长度关系。确定了最大等长力矩（T_max）、最大EMG活动和最佳VL肌束长度（L₀）。训练后，两组1RM均显著增加（P<0.001）。两组肌肉厚度均增加（LEG：P=0.008；SQG：P<0.001），但SQG的增加大于LEG（P=0.031）。两组T_max均显著变化（LEG：P=0.0084；SQG：P=0.0044），且SQG的T_max改善（+14%）大于LEG（+10%）（P=0.041）。仅SQG训练后羽状角、肌束长度和VL L₀增加。两组均观察到1RM转移效应：SQG使腿屈伸1RM提高约16%，而LEG使深蹲1RM提高约9%；SQG的肌力改善转移大于LEG（P=0.037）。由于维持给定外部负荷所需的高膝关节力矩，本研究中采用的深蹲训练可能比腿屈伸训练更能有效地引发神经肌肉适应。

**论文解读文章**

**研究背景与目的**

抗阻训练（resistance training, RT）广泛应用于提升运动表现、增加肌肉质量和力量，以及预防因废用和衰老导致的肌肉萎缩。为优化训练效果，RT方案需基于科学原则，考虑多种变量（如负荷、速度、运动范围、强度与训练量）的操作与组合。此外，训练动作模式（多关节multi-joint vs. 单关节single-joint）也是一个关键因素。多关节运动（如深蹲）需多个关节协同参与，而单关节运动（如腿屈伸）仅涉及单一关节。现有研究显示，多关节训练在提高多关节动作表现（如行走、跑步）方面优于单关节训练，但两者在神经肌肉适应上的差异尚不完全清楚，尤其在训练量标准化时。肌肉结构适应（如肌束长度、羽状角）也可能因运动模式不同而异，因为不同模式下肌肉受力长度存在差异。因此，本研究旨在在标准化强度、重复次数和运动范围的前提下，比较十周深蹲（多关节）与腿屈伸（单关节）训练对膝关节伸肌肌肉结构、神经激活、力量及力矩-肌束长度（torque-fascicle length, T-L）关系的影响，并假设两组在肌肉大小、最大EMG活动和力量增长上相似，但仅深蹲组因肌肉在较长长度下受力而出现肌束长度增加，从而影响T-L关系。

**研究内容与结论**

研究人员将24名健康未训练男性（年龄24.7±2.4岁）随机分为深蹲组（SQG）和腿屈伸组（LEG），进行为期十周、每周两次的训练，训练量（重复次数、强度百分比、膝关节运动范围）在两组间标准化。训练前后测量了膝关节伸肌的肌肉结构（厚度、羽状角、肌束长度）、最大等长力矩（T_max）、最佳肌束长度（L₀）、EMG活动以及1RM（包括两种运动间的转移效应）。结果表明，深蹲训练在多项指标上优于腿屈伸训练：肌肉厚度增加更大（15% vs. 4%），羽状角和肌束长度仅在深蹲组增加；T_max改善更显著（+14% vs. +10%），且深蹲组出现L₀右移；最大EMG活动增加更多（+32.7% vs. +15.2%），次最大负荷下EMG降低更明显；1RM转移效应更强（深蹲组对腿屈伸1RM提高16%，腿屈伸组对深蹲1RM提高9%）。该研究发表于《European Journal of Applied Physiology》，表明深蹲训练可能通过诱发更大的膝关节力矩和肌肉在更长长度下收缩，从而更有效地促进神经肌肉适应。

**主要关键技术方法**

1. **超声成像（ultrasound, US）**：在体量化膝关节伸肌（股外侧肌VL、股直肌RF、股内侧肌VM）的肌肉厚度、羽状角及肌束长度，并获取VL的力矩-肌束长度（T-L）关系。
2. **表面肌电图（EMG）**：记录VL和股二头肌（BF）在最大等长收缩（MVC）及动态收缩中的肌电活动，计算RMS值以评估神经激活水平。
3. **测力法与逆动力学**：使用定制等长测力椅和应变计测量膝关节力矩；通过运动捕捉（Vicon摄像头）和测力板（Kistler）结合逆动力学计算深蹲时的膝关节力矩；腿屈伸力矩通过2D视频分析获得。
4. **1RM测试与转移效应评估**：采用标准化递增方案分别评估深蹲和腿屈伸的1RM，并计算训练组对另一运动的1RM转移百分比。
样本来源：24名健康未训练男性，招募自利物浦约翰摩尔大学（Liverpool John Moores University），实验方案获该校伦理委员会批准（编号18/SPS/027）。

**研究结果**

**1RM**：两组训练后1RM均显著增加（P<0.001），深蹲组（SQG）提高27%（从130±10 kg至165±15 kg），腿屈伸组（LEG）提高18%（从52.5±5 kg至62.5±5 kg），两组间差异显著（P=0.0078）。

**肌肉结构与最佳长度**：两组肌肉厚度均增加（LEG: P=0.0083; SQG: P<0.001），但SQG增加更大（15% vs. 4%，P=0.031）。仅SQG训练后羽状角（P=0.0066）和肌束长度（P<0.001）显著增加，而LEG无变化。VL的最佳肌束长度（L₀）仅在SQG中显著增加（P=0.021），表现为T-L曲线右移。

**膝关节力矩**：在75%1RM负荷下，深蹲运动在离心阶段（肌肉伸长时）产生最大膝关节力矩，而腿屈伸在向心阶段末端（肌肉缩短时）产生最大力矩。在整个运动范围内，深蹲组膝关节伸肌产生的归一化力矩（占MVC百分比）显著高于腿屈伸组（P=0.0011）。

**等长与动态EMG活动**：最大EMG活动（MVC时）在两组训练后均增加（LEG: +15.2%, P=0.0067; SQG: +32.7%, P<0.001），且SQG增加更大（P=0.0054）。在次最大负荷动态收缩中，SQG训练后EMG活动降低幅度大于LEG（P=0.028），表明神经肌肉效率提高。

**力矩-肌束长度关系**：两组T_max均显著增加（LEG: +10%, P=0.0084; SQG: +14%, P=0.0044），且SQG改善更显著（P=0.041）。仅SQG出现L₀右移（P=0.021），VL最佳肌束长度增加。

**动态运动中的肌束行为**：在深蹲运动中，SQG训练后各次最大负荷下的VL肌束长度（向心阶段）均显著大于训练前（P=0.032），而LEG在腿屈伸运动中无显著变化。

**训练间转移效应**：SQG的腿屈伸1RM提高约16%（从50±5 kg至59±5 kg），LEG的深蹲1RM提高约9%（从127.5±10 kg至140 kg），SQG的转移效应显著大于LEG（P=0.025）。此外，SQG在腿屈伸运动中操作于更长肌束长度（P=0.028），而LEG无此效应。

**讨论与结论**

本研究标准化了训练量、强度和运动范围，发现深蹲训练在引发膝关节伸肌肥大、神经肌肉适应及1RM转移方面均优于腿屈伸训练。深蹲组肌肉厚度、羽状角和肌束长度的增加更为显著，导致T_max改善更大以及L₀右移。这些差异可能源于深蹲运动需要更高的膝关节力矩（尤其是肌肉伸长时），以及肌肉在更长长度下收缩，从而激活更强的机械敏感信号通路和钙离子依赖级联反应，促进肌节增生成和肥大。此外，深蹲训练可能通过提高神经肌肉效率和改善多关节协调能力，实现更强的肌力转移效应。研究结论如下：
**结论**：本研究数据表明，深蹲训练比本研究中使用的腿屈伸训练更能有效地诱导膝关节伸肌肥大、神经肌肉适应以及向更长肌束长度的工作模式转移，同时也能更好地实现两种运动之间的1RM改善转移。这些效应很可能源于深蹲运动中维持给定外部负荷（%1RM）所需更大的膝关节力矩，以及膝关节伸肌在产生有效执行该运动所需的最大力时收缩的更长长度。