發展肌力與心肺功能的新型武器——電刺激訓練

功率自行車間歇訓練中對拮抗肌進行電刺激可以提高攝氧量和肌肉力量

摘要

日本康復專家Ryuki Hashida等人受國際空間站（ISS）研究項目的啟發對29名健康年輕男性進行功率自行車間歇訓練電刺激實驗👩‍🦼‍➡️，對比試驗前後心肺功能和肌肉力量的變化🙋🏿‍♂️。

一、前言（Introduction）

宇航員在探索宇宙的過程中，由於長期的太空飛行🦸🏼，許多身體機能退化。為了解決這個問題，ISS決定對這些宇航員進行身體訓練🦹🏽‍♀️，包括抗阻訓練和有氧訓練，以便適應不良的生理適應和減少身體機能退化。最終在4周的混合式訓練後（HTS），有效的預防了宇航員的骨骼肌萎縮，並且幫助他們保持健康。此外，我們設計了一種在功率自行車上使用HTS的鍛煉技術（HCE）。本研究的目的是調查HCE對健康青年男性心肺功能、肌肉力量和肌肉體積的影響🧛。

混合式訓練系統（HTS: Hybrid Training System）📇：一種訓練方式：包含肌肉自主向心收縮和通過電刺激使肌肉離心收縮

二、方法（Methods）

29名健康年輕男性被分為兩組，HCE組（14人）和VCE組（15人）🧛🏻‍♀️🧓。受試者被告知在實驗期間可以進行任何其他運動，並繼續正常的生活。通過6周🚴‍♀️，每周3次🤞🏻、每次30分鐘的功率自行車間歇訓練，其中每次訓練間隔至少48小時。分別在訓練前和訓練後（6周後）測試受試者心肺功能、肌肉力量和肌肉體積等數據，以評估訓練前後的變化🤚🏼。

HCE（HTS on cycle ergometer）🤳🏻：利用HTS在功率自行車上進行運動的方法

  VCE（volitional cycle ergometer）： 意誌力組（對照組）

兩組都交替進行2分鐘40%VO2peak強度的蹬車和2分鐘的漸升高強度蹬車（＞40%VO2peak）（圖1）。兩組強度相同，同時對HCE組進行電刺激❗️。結果發現🧛🏽，在所有運動負荷下，HCE組的攝氧量明顯高於VCE組，平均為21.2%。為了使兩組攝氧量相同，Ryuki Hashida等人根據這些數據使用線性回歸方程計算出實驗的運動負荷和攝氧量，並且調整了所有受試者的踏板負荷🫷🏻🤓，使其達到靶心率。

圖1. A）VCE組訓練方案 B）HCE組訓練方案

經調整後的HCE組：在5分鐘的熱身後，受試者進行2分鐘漸升高強度蹬車和2分鐘40%峰值攝氧量強度的電刺激的交替訓練（圖1B）🧑🏼‍🦱，並將低阻抗凝膠塗層碳電極放置在股四頭肌和腘繩肌的每個運動點(圖2)🤴🏿。電刺激運動期間，屈膝時股四頭肌和腘繩肌同時進行電刺激。而為了提供阻力，受試者在自由蹬車期間伸膝時電刺激腘繩肌，屈膝時電刺激股四頭肌🥖。

圖2. 彎曲角度和電擊時機

三👨🏻‍🦽、結果（Results）

最終，29名受試者在沒有任何損傷的情況下完成了訓練。在訓練期間👨🏻‍🏫，沒有受試者抱怨不適或疼痛。與訓練前相比🧔🏿‍♂️，兩組的峰值攝氧量都顯著上升（VCE3.3~5.5ml·kg－1·min－1 HCE4~8.6ml·kg－1·min－1）👨🏽‍🎤。VCE組的膝關節伸展的最大等速力矩無顯著提升（0~0.2N·m·kg-1）👇，股直肌厚度沒有明顯增加（0.1~1.1mm）👨🏿‍⚕️🎹；HCE組的膝關節伸展的最大等速力矩顯著提升（0.3N·m·kg-1）🕞，股直肌厚度顯著增加（1.5~1.7mm）。

四、討論（Discussion）

實驗評估了HCE訓練對健康年輕男性心肺功能👨🏼‍🦰、肌肉力量和肌肉體積的影響。訓練後，兩組VO2peak均較訓練前顯著升高🆒。此外，與VCE組相比，HCE組顯著改善了膝關節伸展力矩❤️‍，且無嚴重不良事件發生。因此，在健康年輕男性中，HCE可能是一種比傳統自行車運動更有效的肌肉力量訓練方法👉。

Jubeau等人證明電刺激的運動更能促生長激素(GH)分泌。Tavares等人也證明了GH可以增加健康男性下肢的肌肉力量。在相同的負荷下🚸，HCE功率自行車訓練比普通自行車運動更有效地刺激生長激素的急性增加💋⌚️。

此外，肌肉力量與雷帕黴素靶蛋白(mTOR)相關，mTOR使蛋白質合成的刺激因子p70 S6K和4E-BP1磷酸化。Dirks等發現電刺激激活了mTOR👨🏽‍🏫。因此，電刺激與功率自行車結合可以通過GH的生化反應和mTOR活動增加肌肉力量。

HCE訓練不會抹去功率自行車原本的收益，目前還沒有研究表明長期電刺激功率自行車訓練對健康男性的影響✌🏻。但是許多報道證實其在心肺功能方面的巨大收益。總之，HCE改善了心肺功能和伸膝力量🏈，同時，由於此訓練方法的便攜性🧎‍♂️，在未來小型航空飛船中飛行員訓練有巨大的發展潛力。