袁艷 蘇彥炬 吳貽剛

摘要：振動訓(xùn)練是一種新興的力量訓(xùn)練輔助手段，國內(nèi)外諸多研究集中于振動訓(xùn)練對最大力量、快速力量和力量耐力訓(xùn)練效果的影響。振動刺激引起肌肉力量變化機(jī)制有待進(jìn)一步研究。本文運(yùn)用文獻(xiàn)分析法，從振動訓(xùn)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(xùn)練的神經(jīng)適應(yīng)機(jī)制實(shí)證研究文獻(xiàn)進(jìn)行歸納、總結(jié)，并對其研究趨勢進(jìn)行了探討，為今后振動訓(xùn)練的神經(jīng)適應(yīng)機(jī)制及其運(yùn)用研究提供參考。

關(guān)鍵詞：振動刺激；神經(jīng)反應(yīng)；神經(jīng)適應(yīng)；H反射；T反射；肌電圖

振動刺激引起肌肉收縮被稱為張力性振動反射。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(dǎo)致肌肉剛度和力量變化。 

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）。梭內(nèi)肌纖維的生理效應(yīng)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(yùn)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(dāng)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（stretchreflex）：人和動物的軀體運(yùn)動與姿勢維持受神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)控，其基本機(jī)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(yùn)動神經(jīng)元）→傳出神經(jīng)→效應(yīng)器（同一肌肉的梭外肌）。牽張反射有腱反射和肌緊張兩種類型。腱反射是指快速牽拉肌腱時發(fā)生的牽張反射，如膝反射，當(dāng)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(yùn)動時，肌肉被牽拉或主動收縮與放松，均會對肌梭、腱梭構(gòu)成刺激而產(chǎn)生興奮，興奮沖動傳到大腦皮質(zhì)的運(yùn)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(yùn)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(yùn)動動作。一般認(rèn)為，腱梭的傳入沖動可反射性的抑制同一肌肉的運(yùn)動神經(jīng)元，而肌梭的傳入沖動則對同一肌肉的運(yùn)動神經(jīng)元起興奮作用。當(dāng)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(dāng)肌肉受到牽拉時，首先引起肌梭感受器興奮，從而使運(yùn)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?fàn)坷?。?dāng)牽拉量繼續(xù)加強(qiáng)時，可興奮腱器，沖動通過抑制性中間神經(jīng)元，使?fàn)繌埛瓷涫艿揭种?，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。振動訓(xùn)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(dǎo)增加α運(yùn)動神經(jīng)元的放電。一塊肌肉一般接受多個運(yùn)動神經(jīng)元的支配，支配同一塊肌肉的所有運(yùn)動神經(jīng)元的集合是該肌的運(yùn)動神經(jīng)元池。振動刺激可以導(dǎo)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提出：振動訓(xùn)練提高了從肌梭到運(yùn)動神經(jīng)元池的興奮流入。

神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)機(jī)體適應(yīng)環(huán)境活動中，對內(nèi)、外環(huán)境刺激做出適應(yīng)反應(yīng)，稱為反射。完成反射的基本結(jié)構(gòu)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(yùn)動神經(jīng)元和效應(yīng)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(yīng)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(yùn)動神經(jīng)元發(fā)生突觸聯(lián)系，α運(yùn)動神經(jīng)元發(fā)放的神經(jīng)沖動到達(dá)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(dǎo)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(yùn)動神經(jīng)元的興奮性及傳導(dǎo)路上傳入與傳出纖維的功能狀態(tài)。H反射常用的是脛神經(jīng)刺激法。電流刺激被試窩處脛神經(jīng)，可以觀察到同側(cè)腓腸肌收縮，肌電圖記錄誘發(fā)出的M波和H反射。振動訓(xùn)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(xùn)練強(qiáng)度的主要生物力學(xué)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(xùn)練效果。

已有的研究多數(shù)報道急性振動訓(xùn)練導(dǎo)致被試H反射抑制，在振動停止后逐漸恢復(fù)。Sayenko等和Ritzmann等的研究顯示，振動刺激中，H反射表現(xiàn)為顯著抑制。Armstrong、Sayenko、Kipp、Ritzmann等研究顯示，在振動訓(xùn)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(jī)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(yùn)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。22Hz~40Hz的振動刺激導(dǎo)致突觸前末梢興奮傳遞衰減和突觸后興奮減少，從而導(dǎo)致了H反射抑制。Sayenko和Apple等研究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(dǎo)致的，依據(jù)是Gillies的研究結(jié)果。McBride等研究顯示，在振動訓(xùn)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(guān)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(biāo)。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(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。Hmax/Mmax是一種常用的H反射的標(biāo)準(zhǔn)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、關(guān)節(jié)位置和角度、遠(yuǎn)端肌肉的收縮和肌肉長度的影響。因此，在測試H反射過程中，被試的姿勢差異也會影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。以上H反射測定的方法學(xué)因素可能導(dǎo)致表1中不同研究報道研究結(jié)果的不一致。

此外，Armstrong等研究顯示：被試H反射抑制后有4種明顯不同的恢復(fù)模式但無性別差異。4種恢復(fù)模式存在的差異不能用訓(xùn)練類型和訓(xùn)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等認(rèn)為：慢肌纖維更多地貢獻(xiàn)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(jìn)行H反射測定時，應(yīng)該統(tǒng)一測試的方法。兩次測試結(jié)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(jié)果比較時應(yīng)該謹(jǐn)慎。在比較Hmax/Mmax的同時應(yīng)該比較H反射最大值。

Lapole等通過分別分析比目魚肌和腓腸肌外側(cè)頭或內(nèi)側(cè)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(jìn)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50Hz，共14天。記錄產(chǎn)生最大值的H反射、M波，并計(jì)算Hmax/Mmax，作為反射興奮指標(biāo)。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(fù)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(yùn)動單位含量更高，而肌梭和慢運(yùn)動單位對振動是非常敏感的。趙雪紅等的研究表明：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等以40名（平均年齡27.4歲）青年為研究對象，隨機(jī)分為振動組和對照組，各20人。振動組進(jìn)行為期4周的振動訓(xùn)練（5mm，20Hz），每周3次，膝關(guān)節(jié)角160°靜蹲于振動臺10min。研究結(jié)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(xùn)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(xùn)練的神經(jīng)適應(yīng)。因此，在今后的研究中，仍有必要對長期振動訓(xùn)練對H反射的影響進(jìn)行觀察，以便分析長期振動訓(xùn)練的神經(jīng)適應(yīng)機(jī)制。

T-反射是通過機(jī)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。T-反射最常用的是膝跳反射（Patellatendonreflexes），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（Achillestendontapreflex）。Rittweger等研究表明，在急性力竭性負(fù)重蹲起運(yùn)動中附加振動刺激（6mm，26Hz）比不附加振動刺激，T反射振幅值顯著提高。Hopkins等研究表明，在急性振動訓(xùn)練（26Hz，1分鐘，5次）后，T反射振幅和潛伏期與運(yùn)動前比較無顯著性差異。兩者研究結(jié)果不一致的原因和振動訓(xùn)練方案以及測試方法不同有關(guān)。已有研究認(rèn)為，振動訓(xùn)練引起的力量增加是由牽張反射增強(qiáng)引起的，這時可能檢測到T反射振幅的增加。振動訓(xùn)練還可能引起運(yùn)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(xùn)練方案引起神經(jīng)肌肉反應(yīng)的不同導(dǎo)致了研究結(jié)果的差異。劉強(qiáng)等研究顯示：8周振動訓(xùn)練后比目魚肌T反射出現(xiàn)顯著下降，但是太極拳振動復(fù)合式訓(xùn)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。田石榴研究報道被試8周負(fù)重超等長力量訓(xùn)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(xùn)練對T反射的影響有待進(jìn)一步研究。

表面肌電信號是肌肉運(yùn)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(yīng)、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(yùn)動單位的放電有相位聯(lián)系，產(chǎn)生的偽影可以被排除。Ritzmann等研究結(jié)果支持振動刺激誘導(dǎo)牽張反射，振動產(chǎn)生的表面肌電偽影可以忽略不計(jì)。Abercromby等的研究中使用帶阻濾波（stopbandfilter）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(fù)荷的運(yùn)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：

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1.被試在正式測試前熟悉測試方法。

2.適應(yīng)振動訓(xùn)練儀練習(xí)與正式測試間有足夠的休息時間讓被試完全恢復(fù)。

3.每次測試前觀察肌電基線，恢復(fù)到安靜水平才進(jìn)行下一次測試。

4.被試如需完成幾組訓(xùn)練，各組組間休息充分（1~5分鐘）。

5.采用心理學(xué)量表，明確疲勞程度。 

表2的研究得出了較為一致的結(jié)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和Abercromby研究均表明，振動刺激對不同關(guān)節(jié)角度靜蹲下肢肌肉EMG無顯著影響。Hazell研究表明更大的振幅和更高的頻率導(dǎo)致肌電激活的最大增加。李玉章、袁艷的研究也表明更高的頻率導(dǎo)致肌電激活的更大增加。Abercromby研究表明除了脛骨前肌，伸肌的反應(yīng)在RV中顯著大于VV。Marin研究表明：使用扶手（肘關(guān)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(xùn)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的振動訓(xùn)練研究中采用了不同的姿勢，許以誠等的研究為振動刺激直接作用于手部；Hazell等研究中被試半蹲于振動臺，振動刺激直接作用于雙足；Wirth等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(yuǎn)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和Marin等研究表明：在不穩(wěn)定狀態(tài)下，再附加振動刺激能夠進(jìn)一步提高腹背表層和深層肌肉激活程度。因此，振動訓(xùn)練可進(jìn)一步應(yīng)用于核心力量訓(xùn)練和腰椎穩(wěn)定性康復(fù)鍛煉。

5.1附加振動刺激引起急性運(yùn)動中和運(yùn)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(xùn)練對H反射和T反射的影響進(jìn)行觀察，以便進(jìn)一步分析長期振動訓(xùn)練的神經(jīng)適應(yīng)機(jī)制。

5.3針對不同肌群的不同振動訓(xùn)練方案觀察結(jié)果均表明：在保證肌肉在運(yùn)動中不出現(xiàn)疲勞的前提下，附加振動刺激可以增加相關(guān)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(xùn)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。