振动训练对肌肉H反射、T反射和表面肌电信号的影响研究进展

袁艳 苏彦炬 吴贻刚

1江西师范大学体育学院（江西 南昌 330022）2河北经贸大学体育部（河北 石家庄 050061）3上海体育学院体育教育训练学院（上海 200438）

振动训练对肌肉H反射、T反射和表面肌电信号的影响研究进展

袁艳 苏彦炬 吴贻刚

1江西师范大学体育学院（江西 南昌 330022）2河北经贸大学体育部（河北 石家庄 050061）3上海体育学院体育教育训练学院（上海 200438）

振动训练是一种新兴的力量训练辅助手段，国内外诸多研究集中于振动训练对最大力量、快速力量和力量耐力训练效果的影响。振动刺激引起肌肉力量变化机制有待进一步研究。本文运用文献分析法，从振动训练对H反射、T反射和肌肉表面肌电信号的影响三个方面入手，对近十年国内外振动训练的神经适应机制实证研究文献进行归纳、总结，并对其研究趋势进行了探讨，为今后振动训练的神经适应机制及其运用研究提供参考。

振动刺激；神经反应；神经适应；H反射；T反射；肌电图

近年来，振动训练作为一种新兴的训练方法，在国内外引起广泛关注。大量研究表明，振动训练可以帮助提高肌肉力量。振动训练引起肌肉力量变化的神经机制研究主要涉及H反射、T反射和肌肉表面肌电信号三个方面。

1 振动引起的神经生理学反应

振动刺激引起肌肉收缩被称为张力性振动反射（tonic vibration response,TVR）[1]。如图1所示，它由振动刺激引起神经调节反射，通过激活本体感受器，经多突触和单突触反馈调节，引起肌肉收缩，导致肌肉刚度和力量变化[2]。

图1 振动刺激引起的神经生理学反应示意图[3]

肌梭位于骨骼肌肌腹中，肌梭内的梭内肌纤维有两种感觉末梢分布，即单一的初级感觉末梢（Ia类纤维）和次级感觉末梢（Ⅱa类纤维）[4]。梭内肌纤维的生理效应是使肌梭的传入末梢形变而受到刺激。肌梭能够感知骨骼肌的长度和运动速度，产生兴奋，神经冲动沿感觉末梢传向神经中枢，提供肌纤维长度变化速率和绝对长度的信息。腱梭也称腱器官，它是位于肌腱、腱鞘或肌腹与肌腱连接处的一种张力感受器。当肌肉受到被动牵拉或主动收缩时，腱梭中的胶原纤维受牵拉变直，刺激Ib类感觉神经末梢从而引起末梢放电。

牵张反射（stretch reflex）：人和动物的躯体运动与姿势维持受神经系统调控，其基本机制之一就是牵张反射，它是指骨骼肌在受到外力牵拉时引起受牵拉的同一肌肉收缩的反射活动。牵张反射的反射弧为：感受器（肌梭、腱梭）→传入神经→中枢（脊髓前角a运动神经元）→传出神经→效应器（同一肌肉的梭外肌）。牵张反射有腱反射和肌紧张两种类型。腱反射（tendon reflex）是指快速牵拉肌腱时发生的牵张反射，如膝反射，当叩击髌骨下方的股四头肌肌腱时，可引起股四头肌发生一次收缩。此外，属于腱反射的还有跟腱反射和肘反射等。

人在运动时，肌肉被牵拉或主动收缩与放松，均会对肌梭、腱梭构成刺激而产生兴奋，兴奋冲动传到大脑皮质的运动感觉区，经过分析综合活动，能感知人体的空间位置、姿势以及身体各部位的运动情况。肌梭和腱梭及时地将肌肉活动瞬时情况连续地反映到中枢神经系统，通过这种反馈系统不断地调整、矫正运动动作。一般认为，腱梭的传入冲动可反射性的抑制同一肌肉

的运动神经元，而肌梭的传入冲动则对同一肌肉的运动神经元起兴奋作用。当肌肉受到被动牵拉时，肌梭和腱梭的传入冲动频率均增加。当肌肉受到牵拉时，首先引起肌梭感受器兴奋，从而使运动神经元兴奋，引发牵张反射，受牵张的肌肉收缩以对抗牵拉。当牵拉量继续加强时，可兴奋腱器，冲动通过抑制性中间神经元，使牵张反射受到抑制，避免被牵拉的肌肉受到损伤。

振动刺激直接作用于肌腹或肌腱可以引起肌梭初级和次级感觉神经末梢兴奋，初级神经末梢比次级神经末梢更敏感[5]。振动训练主要引起肌梭末端兴奋，肌梭的反馈传入刺激主要通过单突触闭合传导增加α运动神经元的放电。一块肌肉一般接受多个运动神经元的支配，支配同一块肌肉的所有运动神经元的集合是该肌的运动神经元池[6]。振动刺激可以导致神经元池的去抑制或者易化，神经元池同步性提高。Issurin[7]提出：振动训练提高了从肌梭到运动神经元池的兴奋流入。

2 振动训练对H反射的影响

神经系统调节机体适应环境活动中，对内、外环境刺激做出适应反应，称为反射。完成反射的基本结构为反射弧，一个完整的反射弧包括：感受器、感觉神经元、中枢、运动神经元和效应器五个部分。

通常使用电刺激的方法引出神经反射，用来反应神经元的兴奋性。最常被诱发的反射测试为H-反射。Hoffmann于1918年首次在人类腓肠肌上记录到H-反射。

H反射指通过电流刺激混合性神经，产生兴奋经Ⅰa类感觉神经传入到脊髓前角，Ⅰa类感觉纤维与α运动神经元发生突触联系，α运动神经元发放的神经冲动到达其所支配的肌肉，引起肌肉反射性收缩。H反射的神经传导路除没有经过反射弧的感受器（肌梭）部分外，其余均与肌肉收缩反射相同。因此，H反射可评价脊髓前角α运动神经元的兴奋性及传导路上传入与传出纤维的功能状态[8]。H反射常用的是胫神经刺激法。电流刺激被试腘窝处胫神经，可以观察到同侧腓肠肌收缩，肌电图记录诱发出的M波和H反射。

振动训练中使用的振动仪器最常见的是上下振动的垂直振动模式，另一种是绕中心轴振动模式。近几年还出现多维振动模式。振动频率和振幅也是影响振动训练强度的主要生物力学参数。振幅一般指波峰离开平衡位置的最大距离，振幅大小对肌梭产生不同的刺激效果。振动频率指单位时间内振动的次数，不同的振动频率引起肌肉激活的程度不同，振动频率的选择通常会影响训练效果。

2.1 急性振动训练对H反射的影响

表1 急性振动训练对H反射的影响

已有的研究多数报道急性振动训练导致被试H反射抑制，在振动停止后逐渐恢复。Sayenko等[11]和Ritzmann等[13]的研究显示，振动刺激中，H反射表现为显著抑制。Armstrong[9]、Sayenko[11]、Kipp[14]、Ritzmann[13]等研究显示，在振动训练后，H反射表现为显著抑制。振动中和振动后产生短时间H反射抑制的可能机制如下：振动刺激作用于肌梭，兴奋经Ia类感觉神经末梢传入引起α运动神经元池放电。在振动刺激的连续作用下，肌肉激活产生了振动刺激频率依赖。22 Hz~40 Hz的振动刺激导致突触前末梢兴奋传递衰减和突触后兴奋减少，从而导致了H反射抑制。Sayenko[11]和Apple等[12]研究H反射的抑制都持续到振动刺激后较长时间，其可能是突触前抑制（PSI）导致的，依据是Gillies[15]的研究结果。

McBride等[10]研究显示，在振动训练后，Hmax/ Mmax无显著性差异。该研究与表1中其他研究相比，静蹲采用的膝关节角度较小，振动时间较短，这可能减少了振动对肌梭的刺激。Apple等[12]研究显示，振动组和对照组H反射振幅均显著下降。在表1不同研究报道中，有的采用了H反射振幅，有的采用了Hmax/ Mmax作为比较指标。不同个体间H反射振幅受皮肤电阻、皮下脂肪和神经与刺激电极的相对位置影响。因此，不同个体的H反射振幅会有所不同，有必要对其进行标准化处理。Hmax/Mmax是一种常用的H反射的标准化方法。在H反射测试中，H反射振幅还受被试是否闭目、头部位置[16]、关节位置和角度[17，18]、远端肌肉的收缩[19]和肌肉长度[20]的影响。因此，在测试H反射过程中，被试的姿势差异也会影响实验结果。以上H反射测定的方法学因素可能导致表1中不同研究报道研究结果的不一致。

此外，Armstrong等[9]研究显示：被试H反射抑制后有4种明显不同的恢复模式但无性别差异。4种恢复模式存在的差异不能用训练类型和训练水平解释，可能是由于不同被试体内的肌纤维类型有所不同。Ross等[21]认为：慢肌纤维更多地贡献于H反射。因此，被测肌肉的快慢肌纤维百分比不同会影响H反射的振幅和Hmax/Mmax。

综上，在进行H反射测定时，应该统一测试的方法。两次测试结果如需比较，则必须采用相同的姿势。例如：仰卧或俯卧、头部和手的位置。对不同研究的测试结果比较时应该谨慎。在比较Hmax/Mmax的同时应该比较H反射最大值。

2.2 长期振动训练对H反射的影响

Lapole等[22]通过分别分析比目鱼肌和腓肠肌外侧头或内侧头的反射来说明振动刺激对比目鱼肌和腓肠肌反射兴奋性的不同影响。对照组13人、振动组16人进行前测和后测。振动组对被试小腿三头肌肌腱附加振动刺激，每天1小时，频率50 Hz，共14天。记录产生最大值的H反射、M波，并计算Hmax/Mmax，作为反射兴奋指标。振动后只有比目鱼肌的Hmax/Mmax提高。振动后比目鱼肌兴奋性的提高是由于重复振动引起突触前抑制的下降。休息状态短期振动的效果仅在比目鱼肌观察到是由于比目鱼肌较腓肠肌的肌梭和慢运动单位含量更高，而肌梭和慢运动单位对振动是非常敏感的。赵雪红等[23，24]的研究表明：14天的振动刺激对制动引起的神经肌肉组织兴奋性下降有对抗作用。

Hong等[25]以40名（平均年龄27.4岁）青年为研究对象，随机分为振动组和对照组，各20人。振动组进行为期4周的振动训练（5 mm，20 Hz），每周3次，膝关节角160°静蹲于振动台10 min。研究结果显示，振动组快速力量指数提高32%的同时，H反射潜伏期和突出前抑制显著下降。

长期振动训练对H反射的影响报道较少，已有的研究采用的振动刺激方法和H反射测定方法均存在差异。然而，H反射作为临床使用多年的神经系统的可靠评估方法，可用于评估振动训练的神经适应。因此，在今后的研究中，仍有必要对长期振动训练对H反射的影响进行观察，以便分析长期振动训练的神经适应机制。

3 振动训练对T反射的影响

T-反射是通过机械刺激本体感受器诱发肌肉收缩，同时肌肉表面可以记录到肌电图，T-反射振幅可以反映反射兴奋性和肌梭敏感性[26]。T-反射最常用的是膝跳反射（Patella tendon reflexes），即：通过叩击股四头肌肌腱（髌韧带）引起股四头肌收缩。也有采用叩击跟腱引起小腿三头肌收缩的跟腱反射（Achilles tendon tap reflex）。

Rittweger等[27]研究表明，在急性力竭性负重蹲起运动中附加振动刺激（6 mm，26 Hz）比不附加振动刺激，T反射振幅值显著提高。Hopkins等[28]研究表明，在急性振动训练（26 Hz，1分钟，5次）后，T反射振幅和潜伏期与运动前比较无显著性差异。两者研究结果不一致的原因和振动训练方案以及测试方法不同有关。已有研究认为，振动训练引起的力量增加是由牵张反射增强引起的，这时可能检测到T反射振幅的增加。振动训练还可能引起运动单位募集的增加，这种改变不会检测到T反射振幅的增加。因此，不同的振动训练方案引起神经肌肉反应的不同导致了研究结果的差异。

刘强等[29]研究显示：8周振动训练后比目鱼肌T反射出现显著下降，但是太极拳振动复合式训练组T反射显著升高。这表明在做太极拳动作时附加振动刺激，

可以提高γ反射兴奋性，对下肢外周神经产生正向影响。田石榴[30]研究报道被试8周负重超等长力量训练后，腓肠肌T反射潜伏期不变，T反射振幅值显著提高。因此，长期振动训练对T反射的影响有待进一步研究。

4 振动训练对肌肉表面肌电信号的影响

表面肌电信号是肌肉运动单位动作电位在时间和空间上的叠加，通过表面肌电（EMG）的时域分析可以观察附加振动刺激对肌肉激活的影响。在振动过程中记录的EMG会有伪影存在，其主要原因是振动电缆产生的电感应、压电或者双层电流。但是，有证据表明肌肉的被动振动和运动单位的放电有相位联系，产生的伪影可以被排除[31]。Ritzmann等[32]研究结果支持振动刺激诱导牵张反射，振动产生的表面肌电伪影可以忽略不计。Abercromby等[9]的研究中使用带阻滤波（stopband filter）消除了伪影。

表2呈现了附加振动刺激后，下肢肌肉肌电的变化。已有的研究表明，疲劳的肌肉在完成相同负荷的运动时，EMG会增加。为避免疲劳引起的肌电增加，表2研究中采用了如下方法：1.被试在正式测试前熟悉测试方法。2.适应振动训练仪练习与正式测试间有足够的休息时间让被试完全恢复。3.每次测试前观察肌电基线，恢复到安静水平才进行下一次测试。4.被试如需完成几组训练，各组组间休息充分（1~5分钟）。5.采用心理学量表，明确疲劳程度。

表2 振动刺激对下肢肌肉肌电影响

表2的研究得出了较为一致的结果，无论是静蹲还是动态半蹲起中，附加振动刺激可以显著提高下肢肌肉EMG。Roelants[34]研究还表明附加振动后单足静蹲组EMG显著高于双足静蹲组。Roelants[34]和Abercromby[36]研究均表明，振动刺激对不同关节角度静蹲下肢肌肉EMG无显著影响。Hazell[37]研究表明更大的振幅和更高的频率导致肌电激活的最大增加。李玉章[35]、袁艳[41]的研究也表明更高的频率导致肌电激活的更大增加。Abercromby[36]研究表明除了胫骨前肌，伸肌的反应在RV中显著大于VV。Marin[40]研究表明：使用扶手（肘关节角度改变）可以改变上肢肌电激活大小，脚下使用软垫可以改变下肢肌电激活的大小。综上，被试采用的姿势和振动刺激的振幅、频率、振动模式均会影响肌肉EMG的增加幅度。在制定具体的振动方案时，可以根据训练或锻炼的目的，测定肌肉EMG来帮助选择所需振幅、频率、身体姿势。

表3 振动刺激对上肢肌肉和腹肌肌电影响

表3的振动训练研究中采用了不同的姿势，许以诚等[42]的研究为振动刺激直接作用于手部；Hazell等[37]研究中被试半蹲于振动台，振动刺激直接作用于双足；Wirth等[43]研究中采用了如下几种姿势：半蹲于振动台、脚部悬空坐于振动台、手部支撑于振动台脚部着地、脚部支撑于振动台手部着地、脚部支撑于振动台肩部着地。虽然3个研究的振动方案不同，但附加振动刺激后，被测定肌肉肌电均表现为显著增加。Wirth等[43]研究中8种不同振动姿势腹肌肌电增加数量不同，其原因可能有以下两方面，其一为不同姿势腹肌距离振动台远近不同，其二为采用不同姿势时，腹肌为维持身体平衡收缩程度不同。Choi[44]和Marin等[45]研究表明：在不稳定状态下，再附加振动刺激能够进一步提高腹背表层和深层肌肉激活程度。因此，振动训练可进一步应用于核心力量训练和腰椎稳定性康复锻炼。

5 小结与建议

5.1 附加振动刺激引起急性运动中和运动后H反射抑制。

5.2 在今后的研究中有必要对长期振动训练对H反射和T反射的影响进行观察，以便进一步分析长期振动训练的神经适应机制。

5.3 针对不同肌群的不同振动训练方案观察结果均表明：在保证肌肉在运动中不出现疲劳的前提下，附加振动刺激可以增加相关肌群的表面肌电。被试采用的姿势和振动刺激的振幅、频率、振动模式均会影响肌肉EMG的增加幅度。在制定具体的振动方案时，可以根据训练或锻炼的目的，测定肌肉EMG来帮助选择所需振幅、频率、身体姿势。

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2015.07.18

上海市科学技术委员会科研计划项目课题(09490503400)，高等学校博士学科点专项科研基金资助课题（项目编号：20123156110002），江西师范大学博士启动基金项目

吴贻刚，Email：wuyigan08@sus.edu.cn